專利名稱：具窗口預(yù)測功能的逐漸逼近式模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種逐漸逼近式(successiveapproximation register, SAR)模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器，特別是涉及一種具窗口預(yù)測功能的SAR模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
逐漸逼近式(SAR)模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)為各種模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器當(dāng)中的一種，用以將模擬信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字信號。SAR模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器借由比較及搜尋所有可能的量化準(zhǔn)位以獲得數(shù)字輸出。SAR模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器所需的電路面積及成本遠(yuǎn)較其它模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器來得低。然而，SAR模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器需要更多的周期以獲得數(shù)字輸出，因此不適于高速應(yīng)用。有一些方法被提出以加速SAR模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器的操作。其中一個方法是在比較階段容忍其穩(wěn)定(settling)誤差，但是會降低其線性度。雖然SAR模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器消耗的電源遠(yuǎn)較其它模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器來得少，但是，其消耗量對于一些電源資源受限的電子裝置來說，仍然太高。因此亟需提出一種新穎的SAR模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器，以加速其操作而不會影響其線性度。由此可見，上述現(xiàn)有的逐漸逼近式模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、實施方法與使用上，顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進一步改進。為了解決上述存在的問題，相關(guān)廠商莫不費盡心思來謀求解決之道，但長久以來一直未見適用的設(shè)計被發(fā)展完成，而一般產(chǎn)品及方法又沒有適切的結(jié)構(gòu)及方法能夠解決上述問題，此顯然是相關(guān)業(yè)者急欲解決的問題。因此如何能創(chuàng)設(shè)一種新的具窗口預(yù)測功能的逐漸逼近式模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器及方法，實 屬當(dāng)前重要研發(fā)課題之一，亦成為當(dāng)前業(yè)界極需改進的目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于，克服現(xiàn)有的逐漸逼近式模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器存在的缺陷，而提供一種新型結(jié)構(gòu)的具窗口預(yù)測功能的逐漸逼近式模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器及方法，所要解決的技術(shù)問題是提出一種具窗口預(yù)測功能的SAR模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器，可在比較階段容忍其穩(wěn)定(settling)誤差,非常適于實用。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的一種具窗口預(yù)測功能的逐漸逼近式模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其包含一第一電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器，用以接收一第一輸入信號；一第二電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器，用以接收一第二輸入信號；一第一粗略比較器，用以比較該第一電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器的輸出與一窗口參考電壓；一第二粗略比較器，用以比較該第二電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器的輸出與該窗口參考電壓；一精確比較器，用以比較該第一電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器的輸出與該第二電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器的輸出；及一逐漸逼近式控制器，其接收該第一粗略比較器及該第二粗略比較器的輸出，用以決定該第一電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器及該第二電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器的輸出是否落入一預(yù)測窗口，該預(yù)測窗口是由該窗口參考電壓所決定，其中，當(dāng)該第一電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器及該第二電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器的輸出落入該預(yù)測窗口時，該逐漸逼近式控制器跳過該逐漸逼近式模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換的至少一階段；其中該逐漸逼近式控制器對該第一粗略比較器、該第二粗略比較器及該精確比較器的輸出進行譯碼，以獲得該逐漸逼近式模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換輸出。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進一步實現(xiàn)。前述的具窗口預(yù)測功能的逐漸逼近式模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中所述的該第一電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器及該第二電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器當(dāng)中的任一個包含可個別切換的電容數(shù)組。前述的具窗口預(yù)測功能的逐漸逼近式模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中所述的該第一或該第二電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器，每一階段使用二該電容，以獲得最高有效位，且每一階段使用一該電容，以獲得最低有效位。 前述的具窗口預(yù)測功能的逐漸逼近式模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中所述的該第一電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器的電容的第一端耦接至該第一輸入信號，該第二電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器的電容的第一端耦接至該第二輸入信號，且該第一及該第二電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器的電容的第二端可切換至一第一參考電壓或一第二參考電壓。前述的具窗口預(yù)測功能的逐漸逼近式模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中所述的其更包含多個開關(guān)，借由逐漸逼近式控制器以控制該電容的切換。前述的具窗口預(yù)測功能的逐漸逼近式模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中所述的該第一電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器的輸出是由該第一電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器的電容的第一端所得到，且該第二電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器的輸出是由該第二電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器的電容的第一端所得到。前述的具窗口預(yù)測功能的逐漸逼近式模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中所述的該第一粗略比較器包含一第一差動運算放大器，其非反相輸入節(jié)點接收該第一電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器的輸出，而反相輸入節(jié)點則接收該窗口參考電壓；且該第二粗略比較器包含一第二差動運算放大器，其非反相輸入節(jié)點接收該第二電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器的輸出，而反相輸入節(jié)點則接收該窗口參考電壓。前述的具窗口預(yù)測功能的逐漸逼近式模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中所述的該精確比較器包含一第三差動運算放大器，其非反相輸入節(jié)點接收該第一電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器的輸出，而反相輸入節(jié)點則接收該第二電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器的輸出。前述的具窗口預(yù)測功能的逐漸逼近式模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中所述的該第一粗略比較器及該第二粗略比較器在部分階段執(zhí)行比較以獲得最高有效位，且該精確比較器在其余階段執(zhí)行比較以獲得最低有效位。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)。依據(jù)本發(fā)明提出的其包括對一第一輸入信號進行第一次數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換，以產(chǎn)生一第一模擬轉(zhuǎn)換器輸出；對一第二輸入信號進行第二次數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換，以產(chǎn)生一第二模擬轉(zhuǎn)換器輸出；第一次粗略比較該第一模擬轉(zhuǎn)換器輸出與一窗口參考電壓，以產(chǎn)生一第一粗略輸出；第二次粗略比較該第二模擬轉(zhuǎn)換器輸出與該窗口參考電壓，以產(chǎn)生一第二粗略輸出；精確比較該第一模擬轉(zhuǎn)換器輸出與該第二模擬轉(zhuǎn)換器輸出，以產(chǎn)生一精確輸出；接收該第一粗略輸出及該第二粗略輸出，以決定該第一模擬轉(zhuǎn)換器輸出及該第二模擬轉(zhuǎn)換器輸出是否落入一預(yù)測窗口，該預(yù)測窗口是由該窗口參考電壓所決定，其中，當(dāng)該第一模擬轉(zhuǎn)換器輸出及該第二模擬轉(zhuǎn)換器輸出落入該預(yù)測窗口時，則跳過該逐漸逼近式模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換的至少一階段；及對該第一粗略輸出、該第二粗略輸及該精確輸出進行譯碼，以獲得一逐漸逼近式模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換輸出。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進一步實現(xiàn)。前述的具窗口預(yù)測功能的逐漸逼近式模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換方法，其中所述的該第一次及該第二次數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換步驟當(dāng)中的任一步驟，包含個別切換一電容數(shù)組的多個電容。前述的具窗口預(yù)測功能的逐漸逼近式模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換方法，其中所述的該第一次或該第二次數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換步驟，每一階段使用二該電容，以獲得最高有效位，且每一階段使用一該電容，以獲得最低有效位。
前述的具窗口預(yù)測功能的逐漸逼近式模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換方法，其中所述的該第一次及該第二次粗略比較步驟執(zhí)行于部分階段以獲得最高有效位，且執(zhí)行于其余階段以獲得最低有效位。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點和有益效果。由以上技術(shù)方案可知，本發(fā)明的主要技術(shù)內(nèi)容如下該逐漸逼近式(SAR)模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)包含第一電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)、第二電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器、第一粗略比較器、第二粗略比較器、精確比較器及SAR控制器。第一電容式DAC接收第一輸入信號，且第二電容式DAC接收第二輸入信號。第一粗略比較器比較第一電容式DAC的輸出與窗口參考電壓,第二粗略比較器比較第二電容式DAC的輸出與窗口參考電壓,且精確比較器比較第一電容式DAC的輸出與第二電容式DAC的輸出。SAR控制器接收第一粗略比較器及第二粗略比較器的輸出，用以決定第一電容式DAC及第二電容式DAC的輸出是否落入預(yù)測窗口，該預(yù)測窗口是由窗口參考電壓所決定。當(dāng)?shù)谝浑娙菔紻AC及第二電容式DAC的輸出落入預(yù)測窗口時，SAR控制器跳過SAR ADC的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換的至少一階段。SAR控制器對第一粗略比較器、第二粗略比較器及精確比較器的輸出進行譯碼，以獲得SAR ADC的轉(zhuǎn)換輸出。借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明具窗口預(yù)測功能的逐漸逼近式模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器及方法至少具有下列優(yōu)點及有益效果一者，可加速操作且能降低電源消耗；再者，可解決非完整的穩(wěn)定問題以提高線性度。綜上所述，本發(fā)明其第一及第二電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)分別接收第一及第二輸入信號。第一粗略比較器比較第一電容式DAC的輸出與窗口參考電壓,第二粗略比較器比較第二電容式DAC的輸出與窗口參考電壓,且精確比較器比較第一與第二電容式DAC的輸出。SAR控制器接收第一及第二粗略比較器的輸出，用以決定第一及第二電容式DAC的輸出是否落入預(yù)測窗口，該預(yù)測窗口是由窗口參考電壓所決定。當(dāng)?shù)谝患暗诙娙菔紻AC的輸出落入預(yù)測窗口時，SAR控制器跳過SAR ADC的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換的至少一階段。SAR控制器對第一、第二粗略比較器及精確比較器的輸出進行譯碼，以獲得SAR ADC的轉(zhuǎn)換輸出。本發(fā)明在技術(shù)上有顯著的進步，并具有明顯的積極效果，誠為一新穎、進步、實用的新設(shè)計。上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細(xì)說明如下。


圖I顯示本發(fā)明實施例的具窗口預(yù)測功能的逐漸逼近式(SAR)模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器的電路圖。圖2顯示圖I的SAR模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器的前三階段的時序圖。圖3例示階段的時序圖，以及圖I的第一粗略比較器、第二粗略比較器及精確比較器的輸出。圖4的表格顯示根據(jù)圖I的第一粗略比較器及第二粗略比較器的輸出以決定是否直接跳至LSB的階段。
圖5顯示圖I的SAR控制器的解碼方法，用以對第一粗略比較器、第二粗略比較器及精確比較器的輸出進行譯碼，以獲得SAR模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換輸出。圖6例示另一個階段時序圖，以及圖I的第一粗略比較器、第二粗略比較器及精確比較器的輸出。圖7A顯示適用于圖I的SAR控制器的階段產(chǎn)生器，用以適應(yīng)地產(chǎn)生階段控制信號。圖7B例示階段控制信號的時序圖。圖8的表格比較未使用預(yù)測窗口的SAR模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器以及使用預(yù)測窗口的SAR模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器的電源消耗。圖9例不一種適用于本實施例的信號波形。IOA :第一電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器12 :SAR控制器IOB :第二電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器14A :第一粗略比較器14B:第二粗略比較器16:精確比較器20:預(yù)測窗口90 :基礎(chǔ)線91:較低幅度部分92:較高幅度部分Vip :第一輸入信號Vin :第二輸入信號Cla 至 Cltl 電容SWla 至 Sw9 開關(guān)SWip :開關(guān)SWin:開關(guān)Vrefp:第一參考電壓Vrefn:第二參考電壓Vr :窗口參考電壓:共電壓Spla-Sp9 :切換信號Snla-Sn9 :切換信號Blp-B4p :第一粗略比較器的輸出B5-Bltl :精確比較器的輸出Bln-B4n:第二粗略比較器的輸出Dwt:轉(zhuǎn)換輸出P1-P10 :階段控制信號Valid :有效信號Win:信號Clk:全域頻率信號Sample :階段信號Clkc :頻率信號
具體實施例方式為更進一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的具窗口預(yù)測功能的逐漸逼近式模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器及方法其具體實施方式
、結(jié)構(gòu)、方法、步驟、特征及其功效，詳細(xì)說明如后。圖I顯示本發(fā)明實施例的具窗口預(yù)測功能的逐漸逼近式(SAR)模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器的電路圖。本實施例雖以具五位預(yù)測窗口的十位SAR模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器作為例示，但本發(fā)明可適用于一般具m位預(yù)測窗口的η位SAR模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器(m<n)，其中，SAR模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器的m個最高有效位(MSB)對應(yīng)至預(yù)測窗口，而其余的n-m位則對應(yīng)至最低有效位(LSB)。在本實施例中，SAR模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器包含第一電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器(DAC) IOA及第二電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器10B，其分別接收第一輸入信號Vip及第二輸入信號Vin。其中，第一電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器IOA包含可個別切換的電容數(shù)組(^至(1(|。m-1階段當(dāng)中的每一階段使用二電容，以獲得m個最高有效位(MSB)(亦即，D1至D5)，且m+1階段當(dāng)中的每一階段使用一電容，以獲得n-m個最低有效位(LSB)(亦即，D6至Dltl)。例如，使用電容Cla及Clb在階段I，以獲得MSB D2，而電容C6則用于階段I，以獲得LSB D6。電容Cla至Cltl的第一端借由開關(guān)SWDip耦接至第一輸入信號Vip，電容Cla至C9的第二端可切換至第 一參考電壓Vrefp (例如正參考電壓)或第二參考電壓VMfn(例如負(fù)參考電壓)。電容Cltl的第二端切換至第二參考電壓VMfn。電容Cla至C9的切換是受控于開關(guān)SWla至SW9，其是由SAR控制器12的切換信號Spla-Sp9K控制。第二電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器IOB的組成類似于第一電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器10A,不同的地方在于，電容Cla至Cltl的第一端借由開關(guān)SWin率禹接至第二輸入信號Vin。在本實施例中，電容Cla至Cltl的權(quán)重如下，但不限定于此Cla = Clb = 2C2a = 2 C2b = 4C3a = 4C3b = 8C4a = 8 C4b = 8C5 = 16C6 = 32C7 = 64C8=128C9 = 128C10。在進入轉(zhuǎn)換階段之前，SAR模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器進行取樣階段，在此階段中，第一電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器IOA及第二電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器IOB分別借由開關(guān)SWip及SWin以接收第一輸入信號Vip及第二輸入信號vin。每一電容對,例如Cla及Clb,的第二端稱接至不同的參考電壓。例如，電容Clb耦接至第一參考電壓VMfp，而電容Cla耦接至第二參考電壓
Vrefn0在本實施例中，SAR模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器還包含二粗略比較器一第一粗略比較器14A及第二粗略比較器14B。在執(zhí)行m個最高有效位(MSB)的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換階段時，第一粗略比較器14A比較第一電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器IOA的輸出(例如，耦接至電容Cla至Cltl第一端的節(jié)點)與窗口參考電壓I，其可決定預(yù)測窗口的大小。例如，第一粗略比較器14A包含一差動運算放大器，其非反相輸入節(jié)點接收第一電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器IOA的輸出，而反相輸入節(jié)點則接收窗口參考電壓Vr。在階段1-4，用以獲得MSB D2-D5的第一粗略比較器14A的輸出Blp-B4p被饋至SAR控制器12。類似的情形，在執(zhí)行m個最高有效位(MSB)的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換階段時，第二粗略比較器14B比較第二電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器IOB的輸出(例如，耦接至電容Cla至Cltl第一端的節(jié)點)與窗口參考電壓V-例如，第二粗略比較器14B包含一差動運算放大器，其非反相輸入節(jié)點接收第二電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器IOB的輸出，而反相輸入節(jié)點則接收窗口參考電壓V,。在階段1-4，用以獲得MSB D2-D5的第二粗略比較器14B的輸出Bln-B4n被饋至SAR控制器12。在本實施例中，SAR模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器還包含一精確比較器16。在執(zhí)行n_m個最低有效位(LSB)的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換階段時，精確比較器16比較第一電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器IOA的輸出與第二電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器IOB的輸出。例如，精確比較器16包含一差動運算放大器，其非反相輸入節(jié)點接收第一電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器IOA的輸出，而反相輸入節(jié)點則接收第二電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器IOB的輸出。在階段5-10，精確比較器16的輸出B5-Bltl被饋至SAR控制器12。根據(jù)第一粗略比較器14A和第二粗略比較器14B的輸出，SAR控制器12可決定第一電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器IOA和第二電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器IOB的輸出是否位在預(yù)測窗口范圍內(nèi)，借此，使用切換信號Spla-Sp9以控制開關(guān)SWla-SW9因而控制電容Cla至C9的切換。SAR控制器12還對第一粗略比較器14A的輸出Blp-B4p、第二粗略比較器14B的輸出Bln-B4n及精確比較器16的輸出B5-Bltl進行譯碼，以獲得SAR模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換輸出D-。圖2顯示圖I的SAR模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器的前三階段的時序圖。當(dāng)進行MSB的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換時，如果SAR控制器12判定第一輸入信號Vip及第二輸入信號Vin(或第一電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器IOA和第二電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器IOB的輸出)落于預(yù)測窗口 20范圍內(nèi)，則模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換可直接進入階段5，其對應(yīng)至預(yù)測窗口的LSB。否則，模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換進入下一階段。 圖3例示階段的時序圖，以及相應(yīng)的第一粗略比較器14A的輸出Blp-B4p、第二粗略比較器14B的輸出Bln-B4n及精確比較器16的輸出B5。在階段I的時間t0，第一粗略比較器14A的輸出Blp具邏輯值1，且第二粗略比較器14B的輸出Bln具邏輯值O (或^ )。SAR控制器12因此判定第一輸入信號Vip及第二輸入信號Vin未落于預(yù)測窗口 20范圍內(nèi)，因此模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換進入下一階段2。當(dāng)進入階段2，在時間tl，判定第一電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器IOA的輸出大于窗口參考電壓I,第一電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器IOA的電容Cla/Clb從原來的第一參考電壓VMfp切換至第二參考電壓VMfn，因而降低第一電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器IOA的輸出幅度，如圖所不。另一方面，同樣在時間11,判定第二電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器IOB的輸出小于窗口參考電壓I，第二電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器IOB的電容Cla/ClbW原來的第二參考電壓VMfn切換至第一參考電壓Vrefp，因而提高第二電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器IOB的輸出幅度，如圖所示。根據(jù)上述的切換，第一電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器IOA和第二電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器IOB的輸出會逼近至共電壓νεπ。在階段2的時間t2，第一粗略比較器14A的輸出B2p具邏輯值1，且第二粗略比較器14B的輸出B2n具邏輯值I (或艮 =0 )。SAR控制器12因此判定第一輸入信號Vip及第二輸入信號Vin落于預(yù)測窗口 20范圍內(nèi)，因此模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換跳過階段3及4，而直接進入階段5。圖4的表格顯示根據(jù)第一粗略比較器14A的輸出Bxp及第二粗略比較器14B的輸出Bxn以決定是否直接跳至LSB的階段。再參閱圖3，由于跳過階段3及4，第一粗略比較器14A的輸出B3p/B4p及第二粗略比較器14B的輸出B3n/B4n會維持于重置值O (亦即，B3p = 0，
B3 =i,B4p = 0，B4n=1)。因此，在階段5的時間t3，可獲得精確比較器16的輸出B5(及相應(yīng)于LSB的其它輸出)。圖5顯示SAR控制器12的解碼方法，用以對第一粗略比較器14A的輸出Blp_B4p、第二粗略比較器14B的輸出Bln-B4n及精確比較器16的輸出B5-Bltl進行譯碼，以獲得SAR模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換輸出Drat(亦即，D1至Dltl)。其中，MSB D1S進位。根據(jù)上述譯碼方法，只需使用四個全加器以獲得轉(zhuǎn)換輸出Dtjut的MSB B2-B5。圖6例示另一個階段時序圖，以及相應(yīng)的第一粗略比較器14A的輸出Blp-B4p、第二粗略比較器14B的輸出Bln-B4n及精確比較器16的輸出B5。圖6的第一輸入信號Vip及第二輸入信號Vin雖同于圖3，但是并不跳過階段3及4，因為，在時間t2b (其早于圖3的時間t2), SAR控制器12判定第一輸入信號Vip及第二輸入信號Vin并未落于預(yù)測窗口 20范圍內(nèi)。不過，SAR控制器12在圖3所獲得的轉(zhuǎn)換輸出Dtjut同于圖6所獲得的轉(zhuǎn)換輸出D。#圖7A顯示適用于SAR控制器12的階段產(chǎn)生器，用以適應(yīng)地產(chǎn)生階段控制信號P1-Piq0階段產(chǎn)生器受到有效信號Valid的觸發(fā)，該有效信號Valid是為第一粗略比較器14A、第二粗略比較器14B在完成比較時所提供的。圖7B例示階段控制信號P1-Pltl的時序圖，其可適應(yīng)地受控于信號Win，當(dāng)?shù)谝淮致员容^器14A、第二粗略比較器14B的輸出Bxp及Bxn顯示第一輸入信號Vip及第二輸入信號Vin落于預(yù)測窗口 20范圍內(nèi)時(例如Bxp= I且民 =0)，則該信號Win變?yōu)橹鲃?。本實施例的系統(tǒng)還具有一全域(global)頻率信號Clk，據(jù)以產(chǎn)生階段信號Sample及頻率信號Clkc。高位準(zhǔn)階段信號Sample表示取樣階段，而低 位準(zhǔn)階段信號Sample表示轉(zhuǎn)換階段。頻率信號Clkc用以控制第一粗略比較器14A、第二粗略比較器14B及精確比較器16。轉(zhuǎn)換階段的階段I開始于階段控制信號P1的升緣，轉(zhuǎn)換階段的階段2開始于階段控制信號P2的升緣，以此類推。階段控制信號P1-Pltl在階段信號Sample升緣時被重置。根據(jù)本發(fā)明實施例，圖3的操作可大量降低第一 /第二粗略比較器14A/14B、第一/第二電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器10A/10B及SAR控制器12的控制邏輯的電源消耗。圖8的表格比較未使用預(yù)測窗口的SAR模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器以及使用預(yù)測窗口的SAR模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器的電源消耗。本發(fā)明實施例可適用于各種模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換應(yīng)用，特別是對于如圖9所例示的信號轉(zhuǎn)換，該信號在大部分時間具有低幅度。經(jīng)選定信號基礎(chǔ)線90且依窗口參考電壓I決定窗口大小而得到一適當(dāng)預(yù)測窗口后，由于信號的低幅度部分91落于預(yù)測窗口內(nèi)，因而可以較少電源及時間來進行轉(zhuǎn)換，至于信號的高幅度部分92則使用較高分辨率來進行轉(zhuǎn)換。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的方法及技術(shù)內(nèi)容作出些許的更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具窗口預(yù)測功能的逐漸逼近式模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于其包含 一第一電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器，用以接收一第一輸入信號； 一第二電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器，用以接收一第二輸入信號； 一第一粗略比較器，用以比較該第一電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器的輸出與一窗口參考電壓； 一第二粗略比較器，用以比較該第二電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器的輸出與該窗口參考電壓； 一精確比較器，用以比較該第一電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器的輸出與該第二電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器的輸出 '及 一逐漸逼近式控制器，其接收該第一粗略比較器及該第二粗略比較器的輸出，用以決定該第一電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器及該第二電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器的輸出是否落入一預(yù)測窗口，該預(yù)測窗口是由該窗口參考電壓所決定，其中，當(dāng)該第一電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器及該第二電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器的輸出落入該預(yù)測窗口時，該逐漸逼近式控制器跳過該逐漸逼近式模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換的至少一階段； 其中該逐漸逼近式控制器對該第一粗略比較器、該第二粗略比較器及該精確比較器的輸出進行譯碼，以獲得該逐漸逼近式模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具窗口預(yù)測功能的逐漸逼近式模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于該第一電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器及該第二電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器當(dāng)中的任一個包含可個別切換的電容數(shù)組。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具窗口預(yù)測功能的逐漸逼近式模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于該第一或該第二電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器，每一階段使用二該電容，以獲得最高有效位，且每一階段使用一該電容，以獲得最低有效位。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具窗口預(yù)測功能的逐漸逼近式模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于該第一電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器的電容的第一端耦接至該第一輸入信號，該第二電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器的電容的第一端耦接至該第二輸入信號，且該第一及該第二電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器的電容的第二端可切換至一第一參考電壓或一第二參考電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具窗口預(yù)測功能的逐漸逼近式模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于其更包含多個開關(guān)，借由逐漸逼近式控制器以控制該電容的切換。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具窗口預(yù)測功能的逐漸逼近式模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于該第一電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器的輸出是由該第一電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器的電容的第一端所得到，且該第二電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器的輸出是由該第二電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器的電容的第一端所得到。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具窗口預(yù)測功能的逐漸逼近式模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于該第一粗略比較器包含一第一差動運算放大器，其非反相輸入節(jié)點接收該第一電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器的輸出，而反相輸入節(jié)點則接收該窗口參考電壓；且該第二粗略比較器包含一第二差動運算放大器，其非反相輸入節(jié)點接收該第二電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器的輸出，而反相輸入節(jié)點則接收該窗口參考電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具窗口預(yù)測功能的逐漸逼近式模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于該精確比較器包含一第三差動運算放大器，其非反相輸入節(jié)點接收該第一電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器的輸出，而反相輸入節(jié)點則接收該第二電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器的輸出。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具窗口預(yù)測功能的逐漸逼近式模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于該第一粗略比較器及該第二粗略比較器在部分階段執(zhí)行比較以獲得最高有效位，且該精確比較器在其余階段執(zhí)行比較以獲得最低有效位。
10.一種具窗口預(yù)測功能的逐漸逼近式模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換方法，其特征在于其包括 對一第一輸入信號進行第一次數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換，以產(chǎn)生一第一模擬轉(zhuǎn)換器輸出； 對一第二輸入信號進行第二次數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換，以產(chǎn)生一第二模擬轉(zhuǎn)換器輸出； 第一次粗略比較該第一模擬轉(zhuǎn)換器輸出與一窗口參考電壓，以產(chǎn)生一第一粗略輸出； 第二次粗略比較該第二模擬轉(zhuǎn)換器輸出與該窗口參考電壓，以產(chǎn)生一第二粗略輸出； 精確比較該第一模擬轉(zhuǎn)換器輸出與該第二模擬轉(zhuǎn)換器輸出，以產(chǎn)生一精確輸出； 接收該第一粗略輸出及該第二粗略輸出，以決定該第一模擬轉(zhuǎn)換器輸出及該第二模擬轉(zhuǎn)換器輸出是否落入一預(yù)測窗口，該預(yù)測窗口是由該窗口參考電壓所決定，其中，當(dāng)該第一模擬轉(zhuǎn)換器輸出及該第二模擬轉(zhuǎn)換器輸出落入該預(yù)測窗口時，則跳過該逐漸逼近式模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換的至少一階段 '及 對該第一粗略輸出、該第二粗略輸及該精確輸出進行譯碼，以獲得一逐漸逼近式模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換輸出。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的具窗口預(yù)測功能的逐漸逼近式模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換方法，其特征在于該第一次及該第二次數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換步驟當(dāng)中的任一步驟，包含個別切換一電容數(shù)組的多個電容。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的具窗口預(yù)測功能的逐漸逼近式模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換方法，其特征在于該第一次或該第二次數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換步驟，每一階段使用二該電容，以獲得最高有效位，且每一階段使用一該電容，以獲得最低有效位。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的具窗口預(yù)測功能的逐漸逼近式模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換方法，其特征在于該第一次及該第二次粗略比較步驟執(zhí)行于部分階段以獲得最高有效位，且執(zhí)行于其余階段以獲得最低有效位。
全文摘要
一種具窗口預(yù)測功能的逐漸逼近式(SAR)模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)及方法，第一及第二電容式數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)接收第一及第二輸入信號。第一粗略比較器比較第一電容式DAC的輸出與窗口參考電壓，第二粗略比較器比較第二電容式DAC的輸出與窗口參考電壓，且精確比較器比較第一與第二電容式DAC的輸出。SAR控制器接收第一及第二粗略比較器的輸出，用以決定第一及第二電容式DAC的輸出是否落入預(yù)測窗口，預(yù)測窗口是由窗口參考電壓所決定。當(dāng)?shù)谝患暗诙娙菔紻AC的輸出落入預(yù)測窗口時，SAR控制器跳過SAR ADC的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換的至少一階段。SAR控制器對第一、第二粗略比較器及精確比較器的輸出進行譯碼，以獲得SAR ADC的轉(zhuǎn)換輸出。
文檔編號H03M1/38GK102790618SQ20111013530
公開日2012年11月21日 申請日期2011年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月18日
發(fā)明者劉純成, 張順志, 林進富, 黃冠穎, 黃崇銘, 黃志豪 申請人:奇景光電股份有限公司, 承景科技股份有限公司, 財團法人成大研究發(fā)展基金會