[發明專利]模數轉換器

有效

• 申請號: 200680042232.7
• 申請日: 2006-11-14
• 公開（公告）號: CN101305518A
• 公開（公告）日: 2008-11-12
• 發明（設計）人: 邁克爾·亨尼西;克里斯托弗·彼得·赫里爾;科林·格拉爾德·萊登
• 申請（專利權）人: 模擬裝置公司
• 主分類號: H03M1/10
• 分類號: H03M1/10
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司
• 代理人: 高少蔚;李德山

技術領域

本發明涉及用于將顫振施加到模數轉換器的裝置和方法，以及涉及包括這種裝置的模數轉換器。?

背景技術

通常希望模數轉換器應當具有良好的分辨率，而且也呈現良好的線性。轉換器的分辨率由其轉換的位數來表示。典型的高性能轉換器呈現14位或18位的分辨率。然而，用戶還應當注意模數轉換器的其它性能度量，如整體非線性(INL)和差分非線性(DNL)。差分非線性是指由模數轉換器產生的每個離散碼的相對步長。在理想情況下，如果將斜坡輸入電壓施加于模數轉換器，則從一個數字碼到下一個數字碼的每一次過渡應當是沿模擬斜坡等間隔的。然而，差分非線性誤差會導致這些過渡變為非等間隔的。設想將模擬值分類到不同的數字“容器(bin)”中而由此每個容器應當具有相同的尺寸可能是有用的。差分非線性可以用最低有效位的尺寸來表達。可以看到，通過使用圖2所示的DNL描述，具有大于-1LSB(-1LSB＜DNL誤差)的差分非線性的轉換器保證沒有失碼。為了最優化的直流性能，DNL誤差在所有的碼上應當是零。?

雖然制造商努力使得差分非線性最小化，但工藝變化和對于制造器件可達到的物理精度的限制幾乎不可避免地意味著仍將存在某些DNL誤差。?

US?5,010,339公開了一種配置，其中標準模數轉換器被結合于包括位于該模數轉換器前面的加法器的附加外部電路中。加法器在第一輸入端接收要被轉換的信號，并在第二輸出端接收數模轉換器的輸出。驅動模數轉換器，以便在轉換之前將變化的、但已知的電壓加到模擬信號。這導致具有相同值的重復的輸入電壓信號被轉換到模數轉換器的不同容器中，從而由于不等的容器寬度而使DNL誤差最小化。然而，這種電路增加了模數轉換器的復雜性，且附加電路可能是偏移誤差和增益誤差的源。?

US?7,015,853公開了一種提供有N個電容器的開關電容器陣列的轉換器。這些電容器中的K個可以在其余N-K個電容器對輸入信號進行采樣期間被切換到+Vref。當逐次近似轉換開始時，全部N個電容器被牽涉到搜索過程中，因此在用于對輸入進行采樣的N-K個電容器與不對輸入進行采樣的那K個電容器之間出現電荷重新分布。這必然引起電路中的增益誤差。另外，顫振是單極性的(即，僅具有單個符號)。?

發明內容

根據本發明的第一方面，提供一種模數轉換器，其包括：用于參加逐次近似轉換的第一組電容器，每個電容器具有至少一個相關的開關，用于將電容器的端子可控地連接到第一參考電壓或第二參考電壓；具有對應開關的第二組電容器，這些開關用于將其電容器連接到第三參考電壓或第四參考電壓；以及用于生成位序列的序列發生器，其中，在第一組電容器中的至少一些電容器對輸入進行采樣期間，或進行樣本轉換期間，序列發生器的輸出被提供給第二組電容器的開關，以控制第二組電容器中的給定電容器被其相關的開關連接到第三參考電壓還是第四參考電壓，使得能夠將顫振施加于模數轉換器。?

因此可以使用電容器向被采樣的輸入提供受控擾動。對基本上相同的輸入值的多次轉換使得在轉換過程中由于在每個單獨的采樣點施加不同的擾動從而使輸入值被分配到不同的“容器”中。這造成DNL誤差的改善，顯著減小了失碼的可能性，且在設計優良的轉換器中，有效的地保證沒有失碼。?

第三參考電壓和第四參考電壓可以等于第一參考電壓和第二參考電壓。?

第二組中的電容器優選地不參加SAR轉換。?

然而，第二組電容器中的電容器也可以被用于求平均步驟中，在該求平均步驟中，進行一次或多次平均轉換，然后在前的轉換結果(例如，在傳統的SAR轉換(但任選地可施加顫振)中對電容器CN到C1進行連續設置和測試而得到的)通過多個校正轉換被修改，每個校正轉換可造成的對轉換結果的改變通常是小的，例如約1或0.5LSB。?

第一組電容器被包括在SAR轉換中，這樣，例如，如果轉換器提供第N位的結果，則在第一組電容器中有N個電容器，加上可能被提供以允許冗余的任何附加電容器。?

有益的是，電容器陣列中的一些電容器用于對輸入信號進行采樣，以及參與其轉換。?

優選地，第二組電容器選自電容器陣列中的最低有效電容器。?

有益地，具有基本上在0.5到2LSB的范圍內的位權數(bit?weight)的多個電容器被提供為開關電容器陣列中的附加電容器，這些電容器構成第二組電容器。?

有益地，第二組電容器是電容器陣列的整體組成部分，雖然可替選地，它們可以被形成為通過耦合電容器連接到主電容器陣列的副陣列。主陣列本身可以是分段陣列。?