[發明專利]流水線A/D轉換器

有效

• 申請號: 200980111563.5
• 申請日: 2009-03-03
• 公開（公告）號: CN102067455A
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發明（設計）人: 荻田進一;河邊章;鬼頭崇泰
• 申請（專利權）人: 松下電器產業株式會社
• 主分類號: H03M1/14
• 分類號: H03M1/14;H03M1/10
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 陳松濤;蹇煒

技術領域

本發明涉及流水線A/D轉換器，并且更具體地，涉及用于校正流水線A/D轉換器的輸出的技術。

背景技術

隨著視聽領域、信息通信等的數字化，在AD轉換器中需要較快的速度和較高的分辨率，AD轉換器是關鍵設備。流水線AD轉換器在近些年得到了許多應用，就速度和功耗來說，其是極優的電路。然而，隨著設備性能的增加，要求流水線AD轉換器具有更高精度，以及高速度、低電壓、多位轉換以及低成本。

圖16是示出流水線A/D轉換器的基本配置的框圖。此流水線A/D轉換器包括n級，即第一級1[1]至第n級1[n]，這些級級聯連接，以閃速(flash)AD轉換器2作為最后級。輸入模擬信號Vin由該n級從最高有效位到最低有效位一次一位地轉換為數字信號。作為由數字運算部分6組合的n級和閃速AD轉換器2的輸出信號的結果，獲得了從被以期望數量的位數A/D轉換的輸入模擬信號Vin得到的輸出信號。

雖然圖16中僅詳細示出了第一級1[1]的配置，但是其它級的配置類似。即，每一級由AD轉換部分3、DA轉換部分4、以及余數運算(remainder?operation)部分5構成。

AD轉換部分3生成并輸出通過將至該級的模擬信號輸入三進制化(ternarizing)而獲得的數字信號，并且將該數字信號供應至DA轉換部分4。DA轉換部分4基于AD轉換部分3輸出的數字信號生成模擬參考信號，并將模擬參考信號供應至余數運算部分5。通過減去DA轉換部分4輸出的模擬參考信號并針對該級的輸入模擬信號執行放大，余數運算部分5生成余數模擬信號，并將余數模擬信號供應至下一級作為輸入模擬信號。

圖17示出了用于使用DA轉換部分4和余數運算部分5獲得規定功能的電路。DA轉換部分4由邏輯運算部分7和電壓供應部分8組成。其它元件，即運算放大器9、采樣電容器Cs、反饋環電容器Cf、以及開關10至12構成了圖16中的余數運算部分5。DA轉換部分4輸出的模擬參考信號供應至采樣電容器Cs和開關10之間的連接節點。還有，采樣電容器Cs的運算放大器9側經由開關15連接至bias0。需要注意，在以下描述中，采樣電容器Cs和反饋環電容器Cf的電容值將分別由Cs和Cf表示。

電壓供應部分8通過切換三個開關來選擇并供應三進制(ternary)參考電壓+Vref、0V以及-Vref。邏輯運算部分7基于從AD轉換部分3輸出的數字信號的值輸出用于切換電壓供應部分8的開關的信號。在電壓供應部分8中，根據數字信號的值選擇三進制參考電壓中的一個，并將其作為模擬參考信號Vdac供應。

作為圖17中所示的時鐘和時鐘交替地取高電平(H)和低電平(L)值的結果，此電路執行采樣時段和放大時段的運算。在時鐘為H且為L的狀態，開關10和11開通且開關12關斷，導致輸入模擬信號Vin被采樣于采樣電容器Cs中。在時鐘為L且為H的狀態，開關10和11關斷且開關12開通，導致采樣電容器Cs中采樣的電荷重新分配給采樣電容器Cs和反饋環電容器Cf。還有，邏輯運算部分7操作，且模擬參考信號Vdac從電壓供應部分8供應至采樣電容器Cs。結果，由運算放大器9放大的輸出信號Vout如下：

Vout＝{(Cs+Cf)/Cf}·Vin-(Cs/Cf)·Vdac????(1)

如果設定Cs＝Cf，則

Vout＝2·Vin-Vdac????????????????????????(2)

將參照圖18的輸入-輸出特性更詳細地描述運算放大器9的輸出信號Vout。圖18中的水平軸示出供應至每一級的模擬信號Vin。豎直軸示出運算放大器9的輸出信號Vout。如此圖中所示，水平軸上輸入模擬信號Vin的電平被分成第一范圍(-Vref至-Vref/4)、第二范圍(-Vref/4至+Vref/4)、以及第三范圍(+Vref/4至Vref)。

使用對應于每一個范圍的邊界的參考電壓，AD轉換部分3根據輸入模擬信號Vin生成三進制數字信號。在電壓供應部分8中，使用邏輯運算部分7基于此數字信號輸出的控制信號，選擇電壓+Vref、0V和-Vref中的一個。此外，作為等式(2)的運算的結果，運算放大器9的輸出信號Vout關于輸入模擬信號Vin的輸入-輸出特性將如圖18中所示。