[發明專利]模數轉換器、模數轉換方法和位移檢測裝置

在審

• 申請號: 201910572714.2
• 申請日: 2019-06-28
• 公開（公告）號: CN110661528A
• 公開（公告）日: 2020-01-07
• 發明（設計）人: 河合章生;麥倉俊
• 申請（專利權）人: 株式會社三豐
• 主分類號: H03M1/12
• 分類號: H03M1/12;H03M1/46
• 代理公司: 11105 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 邸萬奎

一種模數轉換器，包括循環處理單元和控制單元。循環處理單元通過對模擬輸入信號執行多次循環處理以按照從高階位到低階位的順序采集每個位的值，來將模擬輸入信號轉換成具有多個位的數字信號。控制單元控制循環處理單元，使得循環處理的周期根據循環處理的循環次數而縮短。

技術領域

本公開涉及模數轉換器、模數轉換方法和位移檢測裝置。

背景技術

作為模數轉換器(analog-to-digital，A/D)的一種類型，被稱為循環型或算法型的A/D轉換器是熟知的。例如，JP-A-2008-28820中公開了一種通用循環A/D轉換器的配置。

該A/D轉換器包括模數(A/D)轉換電路、數模(D/A)轉換電路、放大器電路、輸入差分電路和兩個開關。A/D轉換電路將輸入模擬信號轉換成數字信號。D/A轉換電路將A/D轉換電路的輸出轉換成模擬信號。放大器電路放大輸入模擬信號。在JP-A-2008-28820中，放大器電路將輸入模擬信號放大兩倍。輸入差分電路計算放大器電路的輸出與D/A轉換電路的輸出之間的差。通過在兩個開關之間切換，輸入模擬信號和輸入差分電路的輸出中的任何一個被選擇，并且被輸入到A/D轉換電路和放大器電路。

在A/D轉換器中，在給定循環中采樣的輸入差分電路的輸出在下一循環中被輸入到A/D轉換電路和放大器電路，使得該輸出在A/D轉換電路中被遞歸轉換。結果，通過重復的循環處理，可以按照從最高階位的順序采集每個位的值。因此，可以配置通過重復循環處理N次(“N”表示2或更大的整數)將輸入模擬信號轉換成具有一定位數的數字信號的A/D轉換器，該位數由N和A/D轉換電路的位數的乘積表示。

如上所述，在通用循環A/D轉換器中，通過增加循環處理的次數，可以容易地提高分辨率。然而，在給定循環中產生的誤差會在下一循環中被放大兩倍。也就是說，隨著包括誤差的位的位置增加，誤差被放大的倍數也增加，并且對低階位的影響增加。因此，A/D轉換器的分辨率受到從高階位產生的誤差的限制。

通過在信號采樣期間充分分配穩定輸入到A/D轉換器的信號的電壓所需的穩定時間(settling time)，可以減少每個周期中產生的誤差。結果，可以提高A/D轉換器的分辨率。然而，在通用循環A/D轉換器中，循環處理的周期是相同的。因此，通過增加穩定時間，循環處理的周期增加，并且完成A/D轉換所需的總A/D轉換時間也增加。A/D轉換時間的增加還會導致功耗的增加。

這樣，A/D轉換器分辨率的提高和A/D轉換時間的減少具有權衡關系。因此，難以同時實現A/D轉換器分辨率的提高和A/D轉換時間的減少。

發明內容

本公開的目的是提供一種能夠以高分辨率執行高速模數轉換的模數轉換器、模數轉換方法和位移檢測裝置。

根據本公開，模數轉換器包括：

循環處理單元，被配置為通過對模擬輸入信號執行多次循環處理以按照從高階位到低階位的順序采集每個位的值，來將模擬輸入信號轉換成具有多個位的數字信號；和

控制單元，被配置為控制循環處理單元，使得循環處理的周期根據循環處理的循環次數而縮短。

“N”表示2或更大的整數，并且

循環處理單元通過對模擬輸入信號執行N次循環處理以在每次循環處理中采集1位值，來將模擬輸入信號轉換成具有N位的數字信號。

當“τ”表示模數轉換器的時間常數且“i”表示1至N的整數時，

第(i+1)次循環處理和第i次循環處理之間的循環處理周期Ti由以下表達式表示：

Ti>τ{(N-i)ln2+ln(N-1)}。

在第一次循環處理中使用的輸入信號是模擬輸入信號，