专利名称：逐次逼近寄存器模数转换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及逐次逼近寄存器模数转换器以及用于数模转换的方法。
背景技术：
采用逐次逼近实现多种模数转换器(ADC)方法。在逐次逼近中，采用对分查找(binary search)算法，其中在大量循环期间将模拟电压与参考电压进行比较。在每个循环中，将模拟电压与参考电压进行比较以确定数字位值。如果输入电压大于参考电压，则将阶跃电压添加至当前参考电压。将新产生的电压用作用于下一个循环阶段的参考电压输入，用于更精确的比较。在对分查找的每个逐次循环中，通过将参考电压调整为在剩余的可能的电压范围内居中而将查找空间大致减半。以这种方式，采用逐次循环增加比较精度，以相同的模拟输入确定接下来的较低有效位。在一种方法中，由数字逻辑电路控制数模转换器(DAC)以产生用于模拟电压范围的对分查找的参考值。为了针对N位逐次逼近寄存器(SAR)ADC实现N位分辨率，馈送至比较器输入的每个参考电平必须稳定在+/-0.5LSB误差内，其中“1.0LSB”被定义为“(Vkefp-Vkefn)/2N”，其为能够由“N位” ADC检测到的最小电压。来自在对分查找过程中采用的DAC的参考值的总建立时间决定SAR ADC转换速度，特别是在通过电阻器梯形网络组成DAC且通过动态锁存进行所述比较时。而且，多种干扰(如源自电源、地以及正负参考值的噪声)和实际比较器的有限增益会影响比较器操作，该有限增益限定在两个二进制状态之间进行输出摆动所需要的最小输入变化量(分辨率)。例如，比较器的输入可以在比较器作出所述决定的瞬间变化。结果， 比较器输出变为错误极性，并且进一步改变接下来的对分查找方向并引入转换误差。可以实现冗余以增强可靠性，使得能够修正比较器亚稳定误差(meta-stabilityerror)，并增加SAR ADC的速度和精度。冗余通过为每个模拟输入采用更多个比较器或附加查找步骤而在两个或更多个参考电平之间形成重叠。在一些其它实施例中，多个比较器可以用来检查每个循环的较大的电压范围。例如，三个比较器可以用来将模拟输入与三个不同的参考电平(如“3/4VKEF”，“l/2VKEF”和“1/4Vkef”)进行比较。这三个比较器产生三个数字输出“C3C2C1”。这三个数字号码由编码器进行编码以形成两位数字输出“D2D1”，如“00”或“01”或“10”或“11”。两个中间编码“01”和“ 10”涵盖当前查找步骤，其它两个编码“00”和“11”与邻近它的参考范围重叠，以引入冗余。然而，这三个比较器之间的等效于参考电平偏差的偏移失配引入潜在的线性误差。作为采用更多个比较器的替换，还可以通过采用非对分查找方法形成冗余。非对分查找不同于常规对分查找算法，其中SAR ADC输出被表示为，Dms = - 1)2Α*- + D(N - 2)2 -2 +.■■ + ￡>(1)2 + Ι>(0) = 2s-1 + (Y^S(1-1) Zy-1V^(SCAi) — I)
权利要求
1.一种逐次逼近寄存器模数转换器，包括: 比较器，该比较器具有连接至第一参考电压的第一输入端；多路复用器，该多路复用器具有连接至比较器的第二输入端的输出端、连接至逐次逼近寄存器模数转换器的模拟输入端的第一输入端、和连接至第二参考电压的第二输入端；数模转换电路，该数模转换电路具有第一数模转换子电路、第二数模转换子电路和将第一数模转换子电路连接至第二数模转换子电路的开关阵列，所述数模转换电路被配置和设置为将第二参考电压输出至多路复用器的第二输入端；和 控制电路，该控制电路连接至数模转换电路并被配置和设置为控制比较器、多路复用器和数模转换电路，以通过采用第一数模转换子电路进行第一非对分参考值查找和采用第二数模转换子电路进行第二非对分参考值查找而经过多次循环对模拟输入进行逐次逼近。
2.根据权利要求1所述的逐次逼近寄存器模数转换器，其中比较器的第一输入端经由第一电容器连接至第一参考电压。
3.根据权利要求1所述的逐次逼近寄存器模数转换器，其中多路复用器的输出端经由第二电容器连接至比较器的第二输入端。
4.根据权利要求3所述的逐次逼近寄存器模数转换器，其中第二电容器的底板连接至多路复用器的输出端，并且第二电容器的顶板连接至比较器的第二输入端。
5.根据权利要求1所述的逐次逼近寄存器模数转换器，其中: 第一数模转换子电路包括第一参考网络，第二数模转换子电路包括第二参考网络；第二参考网络通过开关矩阵与第一参考网络隔离；并且 控制电路被配置和设置 为使得开关矩阵将第一非对分参考值查找中确定的第一参考网络的第一参考节点和第二参考节点分别连接至第二参考网络的正端子和第二参考网络的负端子。
6.根据权利要求1所述的逐次逼近寄存器模数转换器，其中控制电路被配置和设置为: 在逐次逼近的每个循环中确定查找步长；和 根据比较器的输出电压，将所确定的查找步长添加至第一数模转换子电路或第二数模转换子电路中存储的相应的值；或 根据比较器的输出电压，从第一数模转换子电路或第二数模转换子电路中存储的相应的值中减去所确定的查找步长。
7.根据权利要求1所述的逐次逼近寄存器模数转换器，其中控制电路被配置和设置为修正在第一非对分参考值查找和第二非对分参考值查找中出现的由参考值建立误差、比较器亚稳定效应和来自数模转换子电路的参考值的噪声引起的误差。
8.根据权利要求1所述的逐次逼近寄存器模数转换器，其中 第一数模转换子电路被配置和设置为进行粗略数模转换；并且 第二数模转换子电路被配置和设置为进行精细数模转换。
9.根据权利要求1所述的逐次逼近寄存器模数转换器，其中 第一数模转换子电路包括2K-1个单位电阻器和被配置为将二进制符号转换成独热码的译码器电路，所述2Κ-1个单位电阻器的每一个端子经由相应的开关连接至第一节点；第二数模转换子电路包括21-1个单位电阻器和被配置为将二进制符号转换成独热码的译码器电路，所述21-1个单位电阻器的每一个端子经由相应的开关连接至第二节点；并且 第二多路复用器具有连接至第一节点的第一输入端和连接至第二节点的第二输入端以及连接至数模转换电路的输出端的输出端。
10.一种用于数模转换的方法，包括: 采用第一数模转换电路，对输入值的第一位组进行第一参考值查找过程；以及在对第一位组进行数模转换之后，采用第二数模转换电路，对输入值的第二位组进行第二参考值查找过程，第二位组与第一位组相比是较低有效的。
11.根据权利要求10所述的方法，其中: 第一参考值查找过程包括执行将冗余引入至第一数模转换电路中的参考电平的第一非对分查找，第一非对分查找局限于第一数模转换电路中； 第二参考值查找过程包括执行将冗余引入至第二数模转换电路中的参考电平的第二非对分查找，第二非对分查找局限于第二数模转换电路中； 在第一参考值查找过程期间，未达到第二数模转换电路中的参考电平；以及 在第二参考值查找过程期间，未达到第一数模转换电路中的参考电平。
12.根据权利要求11所述的方法，其中: 第一非对分查找包括Ks个查找步骤，其中K个步骤进行常规对分查找且Ks-K个步骤重复所述K个步骤中的一个或更多个； 第二非对分查找包括Ls个查找步骤(Ls > L);并且 第二非对分查找的查找步骤的步长使得所述步长的总和等于第二数模转换电路的内部参考电平的数量，并且使得第一查找步骤提供的第一参考电平是第二数模转换中的参考值梯形网络的中点。
13.根据权利要求12所述 的方法，其中在第二非对分查找中的每个步骤中采用的参考电平具有冗余，该冗余由下一个查找步长以及除下一个步长之外的接下来的步长的总和确定。
全文摘要
公开了逐次逼近寄存器模数转换器以及用于数模转换的方法。该器件执行模数转换，其中减轻对参考值建立误差的要求，并且改善对源自电源、地以及正负参考值的噪声的免疫性。它包括将指定参考电平与模拟输入进行比较的比较器、其中应用单独的非对分查找方案的多个DAC子电路、以及控制参考值查找过程的数字控制逻辑电路。在不同的非对分查找算法之间不发生串扰。每个冗余方案局限于相应的DAC子电路并仅涵盖当前DAC中的参考电平。在数字域中实现非对分查找算法，并以查找步骤的数量为代价折中非对分查找步长以将冗余引入至参考电平。
文档编号H03M1/38GK103227642SQ201310037818
公开日2013年7月31日 申请日期2013年1月31日 优先权日2012年1月31日
发明者吴琼, 凯文·马胡提, 胡庆海 申请人:Nxp股份有限公司