專(zhuān)利名稱(chēng)：閃速模數(shù)轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
閃速模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，也稱(chēng)為直接轉(zhuǎn)換ADC，是能夠輸出代表輸入模擬信號(hào)電平 的數(shù)字編碼的器件。圖1描述了閃速ADC的典型結(jié)構(gòu)。模擬域中的輸入信號(hào)Si在輸入6 處被接收到。器件包括一組彼此平行布置的比較器4。該組比較器4的每一個(gè)在一個(gè)輸入 處接收輸入信號(hào)Si，并在另一個(gè)輸入處接收參考信號(hào)。每一個(gè)比較器接收不同的參考信號(hào)。 在圖1中，這一點(diǎn)通過(guò)串聯(lián)布置在承載參考電壓供電線(xiàn)7和承載參考電壓&的供電線(xiàn) 8之間的電阻3的梯形網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。梯形網(wǎng)絡(luò)具有在每一個(gè)節(jié)點(diǎn)5處產(chǎn)生不同的參考電壓的 效果。每一個(gè)比較器比較輸入信號(hào)與該比較器的相應(yīng)參考電平，并輸出判決結(jié)果。邏輯模 塊9接收比較器4的判決結(jié)果并將此判決結(jié)果轉(zhuǎn)換為代表模擬輸入信號(hào)Si的的信號(hào)電平 的數(shù)字編碼。標(biāo)準(zhǔn)的N比特閃速ADC需要2n個(gè)參考電平和2N個(gè)比較器。閃速ADC具有相比其他類(lèi)型的ADC提供快速轉(zhuǎn)換的優(yōu)勢(shì)。閃速ADC的精度(即由 ADC輸出的數(shù)字編碼相對(duì)于輸入模擬信號(hào)的電平的精確程度)由許多因素決定。一個(gè)重要 的因素是參考電平的數(shù)量，因?yàn)锳DC只能將輸入信號(hào)分辨為可用參考電平之一。處于兩個(gè) 相鄰參考電平之間范圍的輸入信號(hào)只能被分辨為兩個(gè)相鄰參考電平之一。其它因素包括比 較器自身的精度；和施加到每一個(gè)比較器的參考電平的精度。ADC的性能典型的以信噪比 和失真率(SINAD)表述。構(gòu)造準(zhǔn)確的比較器是不簡(jiǎn)單的，需要大晶體管或者校準(zhǔn)每一個(gè)比較器的裝置。如 果使用大晶體管，轉(zhuǎn)換器的輸入電容增大，這使得晶體管更難驅(qū)動(dòng)并降低了最大操作速度， 并且需要更大的硅面積，這提高了成本和器件尺寸。每一個(gè)比較器的校準(zhǔn)需要很多附加電 路和復(fù)雜度。在實(shí)踐中限制了以確定的速度/帶寬的組合分辨的比特?cái)?shù)量。通常，已發(fā)現(xiàn) 對(duì)于高速大帶寬的轉(zhuǎn)換N = 6(即分辨為6比特)為實(shí)踐最大值。對(duì)于比較器更高的精度 需求也轉(zhuǎn)化為增加的能量消耗。在現(xiàn)代寬帶通信系統(tǒng)中，ADC的輸入信號(hào)包括很多信道，其導(dǎo)致了輸入信號(hào)具有高 斯形幅度分布。因此，輸入信號(hào)大部分位于時(shí)間零點(diǎn)附近，因而最迫切的精度需求在信號(hào)范 圍的中間。這和正弦波形輸入信號(hào)的小帶寬系統(tǒng)形成對(duì)比。W02006/000987描述了具有非 線(xiàn)性梯形網(wǎng)絡(luò)的閃速ADC。其在確定幅度范圍內(nèi)提供了改進(jìn)的精度，如在過(guò)零點(diǎn)附近，這對(duì) 于寬帶信號(hào)是有益的。然而，這種類(lèi)型的轉(zhuǎn)換器仍具有以上描述的傳統(tǒng)閃速ADC的其它缺 陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明尋求提供至少解決這些缺點(diǎn)之一的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。本發(fā)明的第一方面提供了模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括信號(hào)輸入，所述信號(hào)輸入接收模擬輸入信號(hào)；
一組比較器，所述一組比較器的每一個(gè)比較器具有連接到信號(hào)輸入的第一輸入， 連接到參考電壓的第二輸入，且被布置為基于在第一輸入和第二輸入處的信號(hào)的比較結(jié)果 產(chǎn)生輸出，其中對(duì)于組中的所有比較器，參考電壓是相同的，且其中該組比較器對(duì)于參考電 壓和輸入信號(hào)具有不一樣的響應(yīng)；加法器，所述加法器確定這一組比較器的輸出的和；轉(zhuǎn)換邏輯模塊，所述轉(zhuǎn)換邏輯模塊被布置以產(chǎn)生依賴(lài)于確定的和的輸出數(shù)字信號(hào)。詞語(yǔ)“不一樣的響應(yīng)”意思是，當(dāng)輸入信號(hào)和參考電壓的同樣組合提供給每一個(gè)比 較器時(shí)，比較器不會(huì)產(chǎn)生同樣的輸出。這種不一樣的響應(yīng)歸因于具有內(nèi)在偏移量的比較器。 這種偏移量具有當(dāng)比較器的輸入處的信號(hào)相差偏移量值時(shí)使得比較器提供輸出，而不是當(dāng) 比較器的輸入處的信號(hào)嚴(yán)格相等時(shí)提供輸出的效果。內(nèi)部偏移量可以描述成在比較器的兩 個(gè)輸入端之一的相等的偏移量。這組比較器具有不同的偏移量值的展度(spread)。對(duì)一些 比較器來(lái)說(shuō)，偏移量可以是零，但全部這組比較器將具有分布在零的兩邊的偏移量值的范 圍。偏移量通常被看做比較器不受歡迎的特征，但在本發(fā)明中，它以積極的方式被利用。不 一樣的響應(yīng)可以以?xún)煞N主要方式出現(xiàn)。在第一種方式中，該組比較器被設(shè)計(jì)為具有一樣的 響應(yīng)，但在實(shí)際中它們的響應(yīng)由于IC制造失配和工藝擴(kuò)散而變成不一樣的。在第二種方式 中，該組比較器故意設(shè)計(jì)為不一樣的，即因此響應(yīng)是不一樣的，例如一些比較器具有比其他 的比較器更大的展度，因?yàn)樗鼈兙褪沁@么設(shè)計(jì)的。為了提供轉(zhuǎn)換器的有益輸入范圍，需要比較器具有寬展度的偏移量值。ADC可以利 用物理上很小的比較器，因?yàn)樗鼈儾恍枰峁└呔?。寬展度的偏移量值可以通過(guò)使用相 比傳統(tǒng)閃速ADC更小的、更不精確的比較器來(lái)獲得。更小的比較器具有更低的輸入電容的 附加的優(yōu)點(diǎn)，這使得器件更容易驅(qū)動(dòng)并允許器件更快地響應(yīng)輸入信號(hào)。雖然ADC相比傳統(tǒng) 閃速ADC占優(yōu)勢(shì)地具有更多數(shù)量的比較器，但與傳統(tǒng)閃速ADC相比，在器件中更小的晶體管 的使用需要更小的總硅面積。這降低了器件的成本。具有優(yōu)勢(shì)地，轉(zhuǎn)換器包括N組比較器(其中N是大于等于2的整數(shù))，且N組比較 器的每一個(gè)被提供不同的參考電壓。布置加法器以確定所有比較器的輸出的和。這具有增 大轉(zhuǎn)換器的輸入范圍的優(yōu)勢(shì)。具有優(yōu)勢(shì)地，參考電壓的第一個(gè)基本上等于零，且其他參考電 壓(平均地)分布在第一參考電壓的兩邊。具有優(yōu)勢(shì)地，每一組比較器包括基本相等數(shù)量的比較器。更適宜地，在每一組中適 度大數(shù)量的比較器提供優(yōu)良的偏移量值展度。達(dá)到十個(gè)或十幾個(gè)的一組比較器可以提供具 有優(yōu)勢(shì)的結(jié)果，雖然每組比較器的數(shù)量可以比這個(gè)更大或更小。具有優(yōu)勢(shì)地，轉(zhuǎn)換邏輯模塊包括查詢(xún)表，所述查詢(xún)表存儲(chǔ)由加法器輸出的可能值 的范圍與相應(yīng)的對(duì)每一個(gè)值的數(shù)字編碼之間的關(guān)系。可以通過(guò)施加一組已知值的校正信號(hào)到轉(zhuǎn)換器的信號(hào)輸入并記錄對(duì)每一個(gè)校正 信號(hào)加法器的輸出來(lái)校正轉(zhuǎn)換邏輯模塊。校正裝置可以與轉(zhuǎn)換器一起本地提供，和轉(zhuǎn)換器 一樣作為同一集成電路的一部分。這具有最小化器件的裝配時(shí)間的優(yōu)勢(shì)，并允許轉(zhuǎn)換器在 多種時(shí)機(jī)下進(jìn)行校正，如轉(zhuǎn)換器每一次加電時(shí)。可選地，校正裝置可以作為測(cè)試平臺(tái)的一部 分提供。本發(fā)明的另一方面提供校正模數(shù)轉(zhuǎn)換器的方法和執(zhí)行模擬輸入信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換
5的方法。


通過(guò)示例，參照附圖，本發(fā)明的實(shí)施例將被描述，其中圖1圖示了著名的閃速ADC ；圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的閃速ADC，其中每一個(gè)ADC的輸入連接到相同的
參考信號(hào)；圖3圖示了一組比較器的偏移量值的高斯分布；圖4圖示了基于圖3的分布，將提供輸出的比較器的百分比與輸入信號(hào)電平相關(guān) 聯(lián)的曲線(xiàn)；圖5圖示了補(bǔ)償轉(zhuǎn)移函數(shù)；圖6圖示了校正圖3的轉(zhuǎn)換器的裝置；圖7圖示了多個(gè)比較器在性能上的差異；圖8圖示了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的閃速ADC，其中比較器按組布置并且每 一組具有不同的參考電平；圖9圖示了四組比較器的偏移量值的高斯分布，每一組通過(guò)使用不同的參考電壓 偏置；和圖10圖示了圖9中的單獨(dú)分布的組合累積分布函數(shù)。
具體實(shí)施例方式圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的閃速ADC。ADC具有一組比較器4，每一個(gè) 比較器具有第一輸入21和第二輸入22。在輸入端6處接收輸入信號(hào)Si并且將其連接到 比較器4的每一個(gè)的相應(yīng)第一輸入21。比較圖2的閃速ADC與圖1中圖示的傳統(tǒng)的閃速 ADC，可以看出沒(méi)有電阻器的梯形網(wǎng)絡(luò)。代替的是，比較器4的每一個(gè)的第二輸入22連接到 相同的接線(xiàn)端16，在所述接線(xiàn)端16上有公共參考電壓電平。在此示例中，接線(xiàn)端16連接 到地(OV)。加法器25連接到每一個(gè)比較器4的輸出。每一個(gè)比較器4比較輸入21和22 接收到的信號(hào)并產(chǎn)生判決結(jié)果輸出23。當(dāng)輸入信號(hào)Si超過(guò)參考信號(hào)時(shí)比較器4產(chǎn)生邏輯 “1”，且當(dāng)輸入信號(hào)S小于參考信號(hào)時(shí)比較器4產(chǎn)生邏輯“0”。在操作中，加法器25從比較 器4的每一個(gè)處接收判決結(jié)果輸出(邏輯“1”或“0”)，將這些輸出的數(shù)字相加，并將和值 26輸出到邏輯模塊27。邏輯模塊27基于從加法器25接收到的數(shù)字26產(chǎn)生數(shù)字編碼。邏 輯模塊27可以以很多種方式實(shí)現(xiàn)。在第一種實(shí)現(xiàn)方式中，邏輯模塊27是具有針對(duì)每一個(gè) 可能的輸入值26的表?xiàng)l目(對(duì)應(yīng)于輸出值28)的查詢(xún)表。在第二種實(shí)現(xiàn)方式中，邏輯模塊 27是具有比在第一種實(shí)現(xiàn)方式中少的條目的查詢(xún)表。插值操作由邏輯模塊27執(zhí)行以確定 對(duì)應(yīng)于位于查詢(xún)表中表?xiàng)l目之間的輸入值26的輸出值28。在另一種實(shí)現(xiàn)方式中，沒(méi)有查詢(xún) 表，但有算法，例如分段線(xiàn)性近似或多項(xiàng)式近似函數(shù)，產(chǎn)生對(duì)于任意輸入值的輸出值。圖2中的比較器4的每一個(gè)圖示為在輸入之一具有偏移量。理想地，比較器沒(méi)有 偏移量，且當(dāng)輸入嚴(yán)格匹配參考電平時(shí)比較器產(chǎn)生輸出。然而，比較器的實(shí)際實(shí)現(xiàn)將呈現(xiàn)一 些偏移量，且這是轉(zhuǎn)換器的實(shí)際實(shí)現(xiàn)中不可避免的現(xiàn)象。偏移量的根源來(lái)自比較器的內(nèi)部。 源自?xún)?nèi)部的偏移量可以認(rèn)為是與輸入之一相關(guān)，且可以描述成在比較器輸入之一上的一個(gè)正的或負(fù)的值。這種約定術(shù)語(yǔ)稱(chēng)之為“輸入相關(guān)偏移量(input referred offset)”。偏移 量導(dǎo)致比較器4在偏離期望值的(輸入電壓或輸入電流)值處產(chǎn)生判決結(jié)果輸出。此偏移 電壓由例如比較器中的晶體管的尺寸等因素決定?？紤]轉(zhuǎn)換器中的該組比較器4，比較器的 偏移值具有隨機(jī)高斯分布，且它可以具有確定性的/系統(tǒng)性的部分。關(guān)于零均值的高斯分 布在圖3中圖示，且它可以用來(lái)描述本發(fā)明，但無(wú)需受限于此。圖3圖示了比較器的偏移量 值可以分布在沒(méi)有偏移量的理想狀態(tài)的兩邊。假設(shè)比較器4的偏移量的分布是完美的零均值的高斯分布，如圖3所示。如果在 此假設(shè)下，斜線(xiàn)形狀的輸入信號(hào)施加到圖2的轉(zhuǎn)換器，并且具有數(shù)字“1”作為輸出的比較器 的數(shù)量被計(jì)數(shù)，于是作為結(jié)果的傳遞函數(shù)將與圖4所示的類(lèi)似。圖4圖示了作為輸入電平 的函數(shù)的輸出“1”的比較器數(shù)量，因此它將模擬輸入映射到它的數(shù)字表述，這是系統(tǒng)的傳遞 函數(shù)。從圖4中很清楚，從模擬輸入信號(hào)到數(shù)字輸出的傳遞函數(shù)不是線(xiàn)性的。然而，可以計(jì) 算圖4的“累積分布函數(shù)”，且其在足夠大數(shù)量的比較器時(shí)是不變的。圖5中圖示的相反的 函數(shù)被稱(chēng)之為補(bǔ)償傳遞函數(shù)(CTF)。CTF執(zhí)行與圖4所示的傳遞函數(shù)相反的操作，且顯示在 輸出處呈現(xiàn)“1”的比較器的數(shù)量與施加的輸入信號(hào)的關(guān)系。通過(guò)將圖4的y軸作為輸入且 圖4的χ軸作為輸出來(lái)構(gòu)造CTF。圖4的傳遞函數(shù)和圖5的CTF均基于具有如圖3所示的偏移量值的高斯分布的轉(zhuǎn) 換器。轉(zhuǎn)換器的實(shí)際傳遞函數(shù)與這些圖中的曲線(xiàn)圖有很大的不同，且基于轉(zhuǎn)換器的特性也 不同，例如晶體管的尺寸。即使對(duì)于具有相同物理特性的轉(zhuǎn)換器，不同批次或不同集成電路 (IC)的CTF也有可能不同。為了最好的結(jié)果，需要單獨(dú)校準(zhǔn)每一個(gè)轉(zhuǎn)換器或每一批轉(zhuǎn)換器 的補(bǔ)償傳遞函數(shù)(CTF)。圖6圖示了校準(zhǔn)轉(zhuǎn)換器的補(bǔ)償傳遞函數(shù)的合適的裝置。多路選擇器30連接到轉(zhuǎn) 換器的輸入。通過(guò)輸入31控制多路選擇器，以選擇性接收信號(hào)輸入Si (正常操作)或校準(zhǔn) 輸入33。控制邏輯模塊35控制校準(zhǔn)功能，且輸出控制信號(hào)31到多路選擇器和輸出控制數(shù) 據(jù)36到存儲(chǔ)CTF的邏輯模塊27。信號(hào)源34產(chǎn)生校準(zhǔn)輸入，所述校準(zhǔn)輸入包括一組已知DC 電平，例如0. 2V、0. 4V和0. 6V等。對(duì)每一個(gè)施加到轉(zhuǎn)換器的輸入的校準(zhǔn)輸入33，加法器將 在它們的輸出產(chǎn)生邏輯“1”的比較器的數(shù)量相加。對(duì)每一個(gè)校準(zhǔn)輸入，校準(zhǔn)算法35接收來(lái) 自加法器25的指示響應(yīng)輸入信號(hào)電平的比較器的數(shù)量的輸入38。校準(zhǔn)算法35存儲(chǔ)數(shù)據(jù)元 素(輸入電平、比較器的數(shù)量)作為數(shù)據(jù)表，且這形成CTF。對(duì)于其他輸入信號(hào)電平，CTF可 以通過(guò)在已知的信號(hào)電平之間插值來(lái)獲得。在校準(zhǔn)過(guò)程的結(jié)尾，表被傳遞到CTF邏輯模塊 27?？蛇x地，CTF在校準(zhǔn)過(guò)程中由邏輯模塊27構(gòu)造。對(duì)每一個(gè)校準(zhǔn)輸入，校準(zhǔn)算法35指示 邏輯模塊27存儲(chǔ)校準(zhǔn)輸入電平(例如0.2V)和響應(yīng)此輸入電平的比較器的數(shù)量。校準(zhǔn)比 較器的另一種方法是施加慢的、斜線(xiàn)形(即線(xiàn)性)信號(hào)到比較器的輸入端且在存儲(chǔ)器中存 儲(chǔ)具有邏輯“1”的比較器的數(shù)量。斜線(xiàn)信號(hào)在超出比較器的范圍的值處開(kāi)始，且所有比較 器輸出均是“0”。然后，在某個(gè)時(shí)刻，進(jìn)行有效輸出讀取。指示“1”的比較器的數(shù)量可在等 距的時(shí)刻被記錄。因?yàn)檩斎胄盘?hào)是線(xiàn)性斜線(xiàn)，輸入值被相等量隔開(kāi)，且因此可以簡(jiǎn)單地推導(dǎo) 相對(duì)應(yīng)的輸入值。一旦輸入信號(hào)超出了 ADC的范圍，所有的輸出均是“1”。這種情況可以被 檢測(cè)到且校準(zhǔn)過(guò)程停止。對(duì)于提供校準(zhǔn)裝置作為ADC集成電路的一部分有幾種選擇。一種選擇是在IC的 制造期間執(zhí)行一次校準(zhǔn)。在這種模式下，多路選擇器30、源34和校準(zhǔn)算法35形成測(cè)試平臺(tái)的部分且不集成在ADC IC中。所有的校準(zhǔn)算法由測(cè)試平臺(tái)執(zhí)行。在硅面積方面，這也是最 便宜的選項(xiàng)，但它需要在制造期間附加的時(shí)間和花費(fèi)。備選的選擇是提供多路選擇器30、 源34和校準(zhǔn)算法35作為ADC IC的一部分。周期性地，例如當(dāng)主機(jī)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)換器校 準(zhǔn)自己。在一個(gè)實(shí)施例中，ADC有2048個(gè)比較器。通過(guò)針對(duì)256個(gè)已知輸入電平的每一個(gè) 記錄具有邏輯“1”的比較器的數(shù)量來(lái)校準(zhǔn)ADC。插值過(guò)程用來(lái)計(jì)算對(duì)于其他輸入電平具有 邏輯“1”的比較器的數(shù)量，所述其他輸入電平位于實(shí)際施加到ADC的已知輸入電平之間。圖7圖示了 10個(gè)不同的ADC的仿真結(jié)果。轉(zhuǎn)換器的每一個(gè)的信噪比和失真率 (SINAD)在校準(zhǔn)后作為輸入電平的函數(shù)圖示。從圖6中很清楚，結(jié)果不是很依賴(lài)于比較器 的偏移量的實(shí)際分布。也可以看出，對(duì)于用于小輸入電平的普通10比特轉(zhuǎn)換器，SINAD是 可比較的，但對(duì)于大輸入信號(hào)電平，SINAD降低。通過(guò)比較，完美的10比特轉(zhuǎn)換器對(duì)應(yīng)于輸 入電平-62dB OdB呈現(xiàn)出OdB 62dB的直線(xiàn)SINAD。示例曲線(xiàn)呈現(xiàn)，對(duì)于_50dB輸入， SINAD約為IOdB (對(duì)于-30dB輸入，SINAD約為30dB)，這與10比特轉(zhuǎn)換器的性能是可比較 的。對(duì)于-IOdB輸入，SINAD約為46dB，這低于10比特轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)的性能。對(duì)于大于_5dB 的輸入，SINAD降低，這不是類(lèi)似閃速ADC而是類(lèi)似Σ -Δ的行為。圖示的性能是校準(zhǔn)之后 的性能。很清楚，此性能將因轉(zhuǎn)換器而異。圖8圖示了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，其中整個(gè)比較器組被劃分為子組41、42和43。 每一個(gè)比較器的第一輸入21連接輸入端6，且接收輸入信號(hào)Si。子組中的每一個(gè)比較器的 第二輸入端22連接相同的參考電平。對(duì)比較器的每一個(gè)子組41、42和43提供不同的參考 電平。在圖7中，通過(guò)電阻5的梯形網(wǎng)絡(luò)提供不同的參考電平，所述電阻5串聯(lián)在承載電壓 Vh的供電線(xiàn)和承載電壓八的供電線(xiàn)之間。這施加了除每一個(gè)比較器具有的自然引起的偏 移量之外的供電偏移量，且具有在沿水平軸偏移的位置處復(fù)制如圖3所示的高斯分布曲線(xiàn) 的效果。這具有提升轉(zhuǎn)換器的輸入范圍的優(yōu)勢(shì)。圖9圖示了一組四條沿水平軸偏移的高斯 分布曲線(xiàn)μρ μ2、口3和μ4。圖10圖示了圖9的一組單獨(dú)分布的相應(yīng)的組合分布。具有 優(yōu)勢(shì)地，當(dāng)輸入信號(hào)是AC信號(hào)且沒(méi)有DC偏移時(shí)，希望提供OV的第一參考電平、正電壓電平 的第二參考電平和負(fù)電壓電平的第三參考電平。具有優(yōu)勢(shì)地，所提供的偏移量達(dá)到幾十到 百毫伏(mV)。圖8圖示了三組比較器41、42和43，每一組具有不同的參考電平。提供更大 數(shù)量的比較器組是可能的，向所述每一組提供不同的參考電平。極端的是，每一組只包括兩 個(gè)比較器(每組一個(gè)單一比較器的情況等同于傳統(tǒng)閃速ADC)。然而，這不是必須的，因?yàn)榧?術(shù)上需要在每一組中有相當(dāng)大數(shù)量的比較器，以提供合適的偏移量值的分布。如果只有幾 個(gè)比較器在一組中，希望組之間的偏移量很小以保證分布仍然是交迭的且每個(gè)電平附近存 在足夠的比較器。因此，伴隨大偏移量，每組中的數(shù)量必須很大。伴隨小偏移量區(qū)別，每組 中使用小數(shù)量的比較器是可能的。每組至少提供幾十個(gè)比較器被認(rèn)為是有益的。因?yàn)楦咚剐畏植?，過(guò)零點(diǎn)在在零輸入附近的比較器的數(shù)量比過(guò)零點(diǎn)遠(yuǎn)離零輸入的 比較器的數(shù)量大。因此，與較大的輸入信號(hào)相比，ADC對(duì)于在OV附近的幅度范圍內(nèi)的輸入 信號(hào)具有較高的精度(較好的分辨率)。這適合例如具有OV附近的高斯信號(hào)幅度分布的寬 帶信號(hào)和反饋系統(tǒng)的特性。應(yīng)意識(shí)到的是，比較器可以具有非零均值的高斯分布(即分布 中心位于非零值)。在上述描述中，從傳遞函數(shù)(圖4)獲得補(bǔ)償傳遞函數(shù)(CTF，圖5)的過(guò)程是值的線(xiàn)
8性匹配。如果ADC用作孤立器件這是有用的。如果ADC與一些非線(xiàn)性預(yù)處理器件例如飽和 放大器一起集成，CTF可以校正處理器件的非線(xiàn)性行為，從而整個(gè)系統(tǒng)的輸出是線(xiàn)性的。在 這種情況下，從圖4的傳遞函數(shù)到圖5的補(bǔ)償傳遞函數(shù)的匹配是非線(xiàn)性的。為獲得該組比較器中的偏移量值的展度，依靠來(lái)自IC制造過(guò)程的性能上的差異 是可能的。因此，雖然每一個(gè)比較器已經(jīng)設(shè)計(jì)為在嚴(yán)格相同的參考電壓和輸入信號(hào)的組合 處產(chǎn)生輸出，制造過(guò)程將引進(jìn)一些變化到響應(yīng)中，這足以在該組比較器中給出合適的偏移 量值的展度?？蛇x地，該組比較器可以故意設(shè)計(jì)為對(duì)于參考電壓和輸入信號(hào)的組合具有不 一樣的響應(yīng)，從而例如，一些比較器可以比其他比較器具有更大的展度，因?yàn)樗鼈兙褪沁@么 設(shè)計(jì)的。應(yīng)注意到，上述提及的實(shí)施例闡述而非限制本發(fā)明，且本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠不 離開(kāi)附加權(quán)利要求的范圍設(shè)計(jì)很多可選實(shí)施例。在權(quán)利要求中，位于括號(hào)中的附圖標(biāo)記不 應(yīng)解釋為限制該權(quán)利要求。詞語(yǔ)“包含”和“包括”不排除權(quán)利要求中未列出的其它元件和 步驟的存在。系統(tǒng)/器件/裝置權(quán)利要求記載了幾個(gè)裝置，這些裝置的一些可以通過(guò)同一 個(gè)硬件實(shí)現(xiàn)。在上述描述中，參考附圖，描述了模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括接收模擬輸入 信號(hào)的信號(hào)輸入和一組比較器。每一個(gè)比較器具有連接到信號(hào)輸入的第一輸入和連接到參 考電壓的第二輸入。每一個(gè)比較器基于在第一輸入和第二輸入處的信號(hào)的比較結(jié)果產(chǎn)生輸 出。參考電壓對(duì)于所有比較器是相同的。該組比較器對(duì)參考電壓和輸入信號(hào)具有不一致的 響應(yīng)，且歸因于內(nèi)部引起的偏移量。加法器確定該組比較器的輸出的和，且轉(zhuǎn)換邏輯模塊依 賴(lài)確定的和產(chǎn)生輸出數(shù)字信號(hào)?？梢蕴峁┒嘟M比較器，每一組比較器具有不同的相應(yīng)參考 電壓。
權(quán)利要求
一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括信號(hào)輸入，用于接收模擬輸入信號(hào)；一組比較器，每個(gè)比較器具有連接到信號(hào)輸入的第一輸入，連接到參考電壓的第二輸入，所述比較器被布置為基于在第一輸入和第二輸入處的信號(hào)的比較結(jié)果產(chǎn)生輸出，其中對(duì)于組中的所有比較器，參考電壓是相同的，且其中該組比較器對(duì)于參考電壓和輸入信號(hào)具有不一樣的響應(yīng)；加法器，用于確定該組比較器的輸出的和；轉(zhuǎn)換邏輯模塊，所述轉(zhuǎn)換邏輯模塊被布置以產(chǎn)生依賴(lài)于確定的和的輸出數(shù)字信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括N組比較器，其中N> = 2，向每個(gè)比較器 組提供不同的參考電壓，且其中加法器被布置為確定N組比較器的輸出的和。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中第一參考電壓實(shí)質(zhì)上等于零，且其他參考 電壓分布在第一參考電壓的兩邊。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中每個(gè)比較器組包括實(shí)質(zhì)上相等數(shù)量的 比較器。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中每個(gè)比較器組包括至少十個(gè) 比較器。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中轉(zhuǎn)換邏輯模塊包括查詢(xún)表，所 述查詢(xún)表存儲(chǔ)由加法器輸出的可能值的范圍與對(duì)每一個(gè)值的相應(yīng)數(shù)字編碼之間的關(guān)系。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中查詢(xún)表存儲(chǔ)由加法器輸出的可能值的全集 的子集與對(duì)每一個(gè)值的相應(yīng)數(shù)字編碼之間的關(guān)系，且其中轉(zhuǎn)換邏輯模塊被布置為當(dāng)加法器 的數(shù)值不是存儲(chǔ)在查詢(xún)表中的值的子集的一部分時(shí)，使用插值函數(shù)以確定數(shù)字編碼。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求任意一個(gè)所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中通過(guò)施加一組已知值的校準(zhǔn)信 號(hào)到轉(zhuǎn)換器的信號(hào)輸入，并記錄加法器的針對(duì)每一個(gè)校準(zhǔn)信號(hào)的輸出，來(lái)校準(zhǔn)轉(zhuǎn)換邏輯模 塊。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，進(jìn)一步包括用于校準(zhǔn)轉(zhuǎn)換器的校準(zhǔn)裝置。
10.一種用于校準(zhǔn)根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的方法，包括施加一組已知值的校準(zhǔn)信號(hào)到轉(zhuǎn)換器的信號(hào)輸入，并記錄加法器的針對(duì)每一個(gè)校準(zhǔn)信 號(hào)輸出。
11.一種執(zhí)行模擬輸入信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換的方法，包括 接收模擬輸入信號(hào)；將輸入信號(hào)施加到一組比較器的每一個(gè)的第一輸入；將參考電壓施加到該組比較器的每一個(gè)的第二輸入，每一個(gè)比較器被布置為基于在第 一輸入和第二輸入處的信號(hào)的比較結(jié)果產(chǎn)生輸出，其中該組比較器對(duì)于參考電壓和輸入信 號(hào)具有不一樣的響應(yīng)；確定該組比較器的輸出的和； 產(chǎn)生依賴(lài)于確定的和的輸出數(shù)字信號(hào)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)一步包括 施加輸入信號(hào)到N組比較器，其中N >= 2，； 施加不同的參考電壓到每一組比較器；和確定所有N組比較器的輸出的和。
全文摘要
一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括接收模擬輸入信號(hào)的信號(hào)輸入(6)和一組比較器(4)。每一個(gè)比較器(4)具有連接到信號(hào)輸入(6)的第一輸入(21)和連接到參考電壓(16)的第二輸入(22)。每一個(gè)比較器基于在第一輸入(21)和第二輸入(22)處的信號(hào)的比較結(jié)果產(chǎn)生輸出。對(duì)于所有比較器，參考電壓是相同的。該組比較器(4)對(duì)于參考電壓(16)和輸入信號(hào)具有不一樣的響應(yīng)，且歸因于內(nèi)部引起的偏移量。加法器(25)確定該組比較器的輸出的和，且轉(zhuǎn)換邏輯模塊(27)產(chǎn)生依賴(lài)于確定的和的輸出數(shù)字信號(hào)。可以提供多組比較器，每一組比較器具有不同的相應(yīng)參考電壓。
文檔編號(hào)H03M1/36GK101978604SQ200980109479
公開(kāi)日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2009年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月19日
發(fā)明者亨德里克·范德普洛格, 埃爾溫·楊森, 康斯坦丁諾斯·多麗絲 申請(qǐng)人:Nxp股份有限公司