專利名稱：模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置及其轉(zhuǎn)換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及一種模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置。
背景技術(shù)：
請參照圖1繪示已知的次范圍(sub-ranging)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置100的方塊圖。模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置100包括多數(shù)級的比較模塊101、102及103、編碼器120以及參考信號產(chǎn)生器130。比較模塊101、102及103均接收模擬形式的輸入信號VIN，其中，比較模塊101進行輸入信號VIN與參考信號VREFl的粗略比較的動作，并據(jù)以產(chǎn)生數(shù)字的比較結(jié)果Dl。在完成了比較模塊101所進行的粗略比較的動作后，比較模塊102接收經(jīng)過編碼器120所產(chǎn)生的第一級的前期編碼結(jié)果DEN1。比較模塊102根據(jù)此第一級的前期編碼結(jié)果DEN1,先從參考信號VREF2中選擇的一組選中參考信號,接著輸入信號再與此選中參考信號進行比較的動作，并對應(yīng)產(chǎn)生數(shù)字的比較結(jié)果D2。同理，當比較模塊102所進行的細微比較動作完成后，下一級的比較模塊會根據(jù)編碼器120所產(chǎn)生的第二級的前期編碼結(jié)果DEN2，進行更為細微的比較動作。當最后一級的比較模塊103根據(jù)編碼器120所產(chǎn)生的倒數(shù)第二級的前期編碼結(jié)果DEN(1-l)，完成所進行的輸入信號VIN與參考信號VREFi中所選擇的一組選中參考信號的比較動作后，編碼器120就可以依據(jù)比較模塊101 103所產(chǎn)生的多個數(shù)字的比較結(jié)果Dl Di來進行編碼(此處的i即代表正整數(shù))，并產(chǎn)生一編碼結(jié)果D0UT，其代表輸入信號VIN的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
本公開提供一種模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置及轉(zhuǎn)換方法，降低模擬數(shù)字的轉(zhuǎn)換時間。本公開提供一種模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換方法，降低模擬數(shù)字的轉(zhuǎn)換時間。本公開提出一種模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置，包括粗略比較模塊、至少一預(yù)先切換檢測模塊、至少一細微比較模塊以及編碼器。粗略比較模塊接收輸入信號，并依據(jù)比較輸入信號與多個第一參考信號以依序產(chǎn)生前期比較結(jié)果以及粗略比較結(jié)果。預(yù)先切換檢測模塊接收并依據(jù)前期比較結(jié)果以產(chǎn)生前期選擇信號。編碼器根據(jù)粗略比較結(jié)果以產(chǎn)生第一前期編碼結(jié)果。細微比較模塊耦接預(yù)先切換檢測模塊，并接收輸入信號、前期選擇信號以及第一前期編碼結(jié)果，且依據(jù)前期選擇信號以及前期編碼結(jié)果以選擇多個第二參考信號中多個初選參考信號，并利用初選參考信號中的選中參考信號以對輸入信號進行比較，藉以產(chǎn)生細微比較結(jié)果。本公開還提出一種模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換方法，包括:接收輸入信號，并依據(jù)比較輸入信號與多個參考信號以依序產(chǎn)生前期比較結(jié)果以及粗略比較結(jié)果。并且，依據(jù)前期比較結(jié)果以產(chǎn)生前期選擇信號。再依據(jù)前期選擇信號以及前期編碼結(jié)果以選擇多個第二參考信號中多個初選參考信號，并利用初選參考信號中的選中參考信號以對輸入信號進行比較，藉以產(chǎn)生細微比較結(jié)果?；谏鲜觯竟_利用在粗略比較模塊進行相對大范圍的比較動作時，利用較快產(chǎn)生的前期比較結(jié)果來產(chǎn)生前期選擇信號，并利用粗略比較模塊產(chǎn)生的粗略比較結(jié)果來產(chǎn)生第一級的前期編碼結(jié)果。如此一來，細微比較模塊可以依據(jù)前期編碼結(jié)果以及前期選擇信號來選擇與輸入信號進行比較的初選參考信號中的選中參考信號，并藉以產(chǎn)生細微比較結(jié)果。如此一來，下一級的細微比較模塊所對應(yīng)的初選參考信號選擇可以在當級比較模塊進行輸入信號的比較時一起被執(zhí)行，故可有效節(jié)省模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換所需的時間，以達到加速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換速度的目的。為讓本公開的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合附圖作詳細說明如下。


圖1繪示已知的次范圍(sub-ranging)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置100的方塊圖。圖2繪示本公開一實施例的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置200的示意圖。

圖3A繪示的粗略比較模塊201的一實施方式的示意圖。圖3B繪示比較器經(jīng)控制信號CTL啟動至確定輸出結(jié)果穩(wěn)定后的延遲時間，對應(yīng)比較器被比較信號的輸入電壓差的關(guān)系圖。圖4A以及圖4B所繪示的粗略比較模塊201的不同的實施方式。圖5繪示本公開實施例的預(yù)先切換檢測模塊的一實施方式。圖6A繪示本公開實施例的預(yù)先切換檢測電路600的一實施方式。圖6B 圖6D繪示預(yù)先切換檢測電路600的動作示意圖。圖7A以及圖7B分別繪示本公開實施例的細微比較模塊的不同的實施方式。圖8繪示本公開實施例的一模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換方法的流程圖。主要元件符號說明100,200:模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置101、102、103:比較模塊201:粗略比較模塊211 21P:細微比較模塊221 22P:預(yù)先切換檢測模塊120>230:編碼器130,250:參考信號產(chǎn)生器510 530:預(yù)先切換檢測電路DENl DEN (1-Ι):前期編碼結(jié)果DC:粗略比較結(jié)果DP, DP DP1:前期比較結(jié)果VIN:輸入信號VREF, VREFl VREF1、VREFC、CREFll CREF17、VREFll VREFlQ:參考信號DFl DF1:細微比較結(jié)果DOUT:模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換結(jié)果PSl PS1、PSA、PSB、PSAl PSA3、PSB1 PSB3:前期選擇信號Dl D1、T0 T6、T0b T2b:比較結(jié)果701 70Q:前置放大器
CMPl CMP7、711 71Q、721 72J:比較器CTRLl、CTLl、CTL:控制信號610:預(yù)充電開關(guān)電路620:電壓傳送開關(guān)電路Vcm:中間電壓Vlt:邏輯臨界電壓VREFSl VREFSJ:初選參考信號PSAb、PSBb:端點MUXl、MUX2:多工器VDD:參考電源BUFl BUF4:緩沖器Ml M4:晶體管t0 t3:時間點S810 S830:模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換步驟
具體實施例方式請參照圖2，圖2繪示本公開一實施例的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置200的示意圖。模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置200包括粗略比較模塊201、細微比較模塊211 2IP、預(yù)先切換檢測模塊221 22P、編碼器230以及參考信號產(chǎn)生器250。參考信號產(chǎn)生器250耦接于粗略比較模塊201以及細微比較模塊211 21P，并用以提供參考信號VREFC、VREFl VREFi，其中i為正整數(shù)。粗略比較模塊201接收模擬的輸入信號VIN，并依據(jù)比較輸入信號VIN與多數(shù)個參考信號VREFC以依序產(chǎn)生前期比較結(jié)果DPl以及粗略比較結(jié)果DC。預(yù)先切換檢測模塊221 22P中，第一級的預(yù)先切換檢測模塊221耦接至粗略比較模塊201以及細微比較模塊211。值得注意的是，前期比較結(jié)果DPl的產(chǎn)生順序是早于粗略比較結(jié)果DC，也就是說，在粗略比較模塊201最后的粗略比較結(jié)果DC產(chǎn)生前，前期比較結(jié)果DPl會先被產(chǎn)生。預(yù)先切換檢測模塊221接收前期比較結(jié)果DPl，并依據(jù)前期比較結(jié)果DPl以產(chǎn)生前期選擇信號PS1。另外，編碼器230根據(jù)粗略比較結(jié)果DC以產(chǎn)生前期編碼結(jié)果DEN1。前期選擇信號PSl以及前期編碼結(jié)果DENl依序被提供并耦接于細微比較模塊211。細微比較模塊211在接收了前期選擇信號PSl，則可以在多個參考信號VREFFl或前置放大器中來選取要與輸入信號VIN進行比較的多個初選參考信號或前置放大器。并且，在前期編碼結(jié)果DENl被穩(wěn)定產(chǎn)生后,細微比較模塊211則可以由多個初選參考信號選擇出一組選中參考信號來與輸入信號VIN進行比對以產(chǎn)生細微比較結(jié)果DF1?；蛘?，細微比較模塊211也可以由細微比較模塊211中所設(shè)置的多個已致能的前置放大器(未繪示)中選擇出一組已致能前置放大器來與輸入信號VIN進行比對以產(chǎn)生細微比較結(jié)果DFl。在此，細微比較模塊211在進行上述的輸入信號VIN與選中參考信號或已致能前置放大器的比對動作時，與粗略比較模塊201相類似的，會先產(chǎn)生前期比較結(jié)果DP2，再產(chǎn)生細微比較結(jié)果DF1。這個前期比較結(jié)果DP2則可以被提供至下一級的預(yù)先切換檢測模塊222，預(yù)先切換檢測模塊222并可對應(yīng)產(chǎn)生要提供給下一級的細微比較模塊的前期選擇信號。其中，預(yù)先切換檢測模塊22P是依據(jù)所接收的前期比較結(jié)果DPi以產(chǎn)生前期選擇信號PSi，而細微比較模塊21P接收預(yù)先切換檢測模塊22P所產(chǎn)生的前期選擇信號PSi以進行細微比較動作。值得注意的是，細微比較模塊的個數(shù)并非是固定，而可以由設(shè)計者依據(jù)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置200所屬系統(tǒng)的需求來進行設(shè)定。其中，細微比較模塊的個數(shù)至少要是大于或等于I的正整數(shù)。編碼器230耦接至粗略比較模塊201以及細微比較模塊211 21P，并接收粗略比較結(jié)果DC以及細微比較結(jié)果DFl DFi以進行編碼，其中i為正整數(shù)，進以獲得編碼結(jié)果D0UT，此編碼結(jié)果即為輸入信號VIN所對應(yīng)的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換結(jié)果。關(guān)于粗略比較模塊201的實施方式，請參照圖3A繪示的粗略比較模塊201的一實施方式的示意圖。其中，粗略比較模塊201包括控制信號CTL、多個比較器CMPl CMP3以及多數(shù)個參考信號CREFll CREF13。其中，參考信號CREFll CREF13分別耦接至比較器CMPl CMP3，且參考信號的電壓大小關(guān)系為參考信號CREFll <參考信號CREF12 <參考信號 CREF13。比較器CMPl CMP3則共同接收輸入信號VIN，并根據(jù)控制信號CTL以決定執(zhí)行輸入信號VIN與參考信號CREFll CREF13的比較動作的時機，并藉以產(chǎn)生比較結(jié)果TO T2。以下請先參照圖3B，圖3B繪示比較器經(jīng)控制信號CTL啟動至確定輸出結(jié)果穩(wěn)定后的延遲時間，對應(yīng)比較器被比較信號的輸入電壓差的關(guān)系圖。由圖3B可以清楚發(fā)現(xiàn)，當比較器所接收的被比較信號的輸入電壓差越小時，比較器進行比較動作所需要的時間延遲會越大(越慢產(chǎn)生比較結(jié)果)；相反的，當比較器所接收的被比較信號的輸入電壓差越大時，t匕較器進行比較動作所需要的時間延遲會越小(越快產(chǎn)生比較結(jié)果)。配合圖3B的關(guān)系圖，并請同時參照圖3A，當輸入信號VIN接近于參考信號CREF13時，比較器CMP3的比較結(jié)果T2最慢產(chǎn)生；但是，比較器CMPl的比較結(jié)果TO則最快產(chǎn)生。也就是說，在此條件下，當比較結(jié)果TO比較結(jié)果確定后，此刻TO T2的邏輯狀態(tài)即為前期比較結(jié)果；待比較結(jié)果T2確定時，此刻TO T2的邏輯狀態(tài)即為粗略比較結(jié)果。更詳細地說，當比較器所產(chǎn)生的比較結(jié)果中的前期比較結(jié)果(例如比較結(jié)果T0)確定時，僅比較結(jié)果TO的邏輯狀態(tài)是可以確定的；但是，此時比較結(jié)果Tl以及T2的邏輯狀態(tài)則處于未知狀態(tài)。同理，待比較結(jié)果T2的邏輯狀態(tài)確定后，則比較結(jié)果Tl的邏輯狀態(tài)必為已知。相對的，如果是輸入信號VIN接近于參考信號CREFll時，比較器CMP3所產(chǎn)生的比較結(jié)果T2最快產(chǎn)生，而比較器CMPl所產(chǎn)生的比較結(jié)果TO則最慢產(chǎn)生。也就是說，在此條件下，當比較結(jié)果T2比較結(jié)果確定時，此刻比較結(jié)果TO T2的邏輯狀態(tài)用以提供作為前期比較結(jié)果；待比較結(jié)果TO確定后，此刻比較結(jié)果TO T2的邏輯狀態(tài)則用以提供粗略比較結(jié)果。更詳細地說，當前期比較結(jié)果確定時，僅比較結(jié)果T2的邏輯狀態(tài)是可以確定的；但是，此時比較結(jié)果Tl以及TO的邏輯狀態(tài)則處于未知狀態(tài)。同理，待比較結(jié)果TO的邏輯狀態(tài)確定后，則比較結(jié)果Tl的邏輯狀態(tài)必為已知。關(guān)于粗略比較模塊201的實施方式，請參照圖3A繪示的粗略比較模塊201的一實施方式的示意圖。其中，粗略比較模塊201包括控制信號CTL、多個比較器CMPl CMP3以及多數(shù)個參考信號CREFll CREF13。其中，參考信號CREFll CREF13分別耦接至比較器CMPl CMP3，且參考信號的電壓大小關(guān)系為參考信號CREFll <參考信號CREF12 <參考信號 CREF13。
比較器CMPl CMP3則共同接收輸入信號VIN，并根據(jù)控制信號CTL，以決定執(zhí)行輸入信號VIN與參考信號CREFll CREF13的比較動作的時機，并藉以產(chǎn)生比較結(jié)果TO T2。當然，上述的粗略比較模塊201并非僅能利用三個比較器CMPl CMP3來建構(gòu)。以下請參照圖4A以及圖4B所繪示的粗略比較模塊201的不同的實施方式。在圖4A的繪示中，參考信號CREFll以及CREF12分別耦接至比較器CMPl以及CMP2，且參考信號的電壓大小關(guān)系為參考信號CREFll <參考信號CREF12。比較器CMPl以及CMP2則共同接收輸入信號VIN，并根據(jù)控制信號CTL，以決定執(zhí)行輸入信號VIN與參考信號CREFll以及CREF12的比較動作的時機，并藉以產(chǎn)生比較結(jié)果TO以及Tl。在圖4B的繪示中，參考信號CREFll CREF17分別耦接至比較器CMPl CMP7，其中參考信號CREFll CREF17可以依據(jù)等差級數(shù)來依序排列，且CREFll為最小參考電壓，而參考信號CREF17為最大參考電壓。比較器CMPl CMP7則共同接收輸入信號VIN，并根據(jù)控制信號CTL，以決定執(zhí)行輸入信號VIN與參考信號CREFll CREF17的比較動作的時機，并藉以產(chǎn)生比較結(jié)果TO T6。值得一提的是，在圖4B的實施方式中，以輸入信號VIN介于參考信號CREFll CREF13的范圍為范例，比較結(jié)果T4 T6相對于TO T2會較快被產(chǎn)生；反觀，比較結(jié)果TO T2相對于比較結(jié)果T4 T6則會較慢被產(chǎn)生。也就是說，當比較結(jié)果T4 T6比較結(jié)果確定時，此刻比較結(jié)果TO T6的邏輯狀態(tài)即為前期比較結(jié)果；待比較結(jié)果TO T2確定后，此刻比較結(jié)果TO T6的邏輯狀態(tài)即為粗略比較結(jié)果。更詳細地說，當前期比較結(jié)果確定時，僅比較結(jié)果T4 T6的邏輯狀態(tài)是可以確定的；但是，此時比較結(jié)果TO T3的邏輯狀態(tài)則處于未知狀態(tài)。同理，待比較結(jié)果TO T2的邏輯狀態(tài)確定后，則比較結(jié)果T3的邏輯狀態(tài)必為已知。以下請參照圖5，圖5繪示本公開實施例的預(yù)先切換檢測模塊的一實施方式。以預(yù)先切換檢測模塊221為范例，預(yù)先切換檢測模塊221包括參考源切換檢測電路510 530。對應(yīng)圖4B繪示的粗略比較模塊201，預(yù)先切換檢測模塊221耦接粗略比較模塊201產(chǎn)生的比較結(jié)果TO T2以及T4 T6，其中預(yù)先切換檢測電路510接收比較結(jié)果TO以及T6。預(yù)先切換檢測電路520接收比較結(jié)果Tl以及T5，而預(yù)先切換檢測電路530則接收比較結(jié)果T2以及T4。以輸入信號VIN介于參考信號CREFll CREF13的范圍為范例，當比較結(jié)果T4 T6的邏輯狀態(tài)確定時，此時作為前期比較結(jié)果的比較結(jié)果TO T6當中的比較結(jié)果TO T2以及比較結(jié)果T4 T6將影響預(yù)先切換檢測電路510 530并分別產(chǎn)生前期選擇信號PSAl PSA3以及PSBl PSB3。換句話說，本實施方式中的預(yù)先切換檢測模塊221所產(chǎn)生的前期選擇信號PSl會是包含前期選擇信號PSAl PSA3以及PSBl PSB3的一組六位的信號。請注意，預(yù)先切換檢測模塊中所設(shè)置的預(yù)先切換檢測電路的個數(shù)是依據(jù)其前一級的粗略比較模塊(或細微比較模塊)的比較器的個數(shù)來決定的，如果前一級的粗略比較模塊(或細微比較模塊)的比較器的個數(shù)等于N(N為正整數(shù))，預(yù)先切換檢測模塊中所設(shè)置的預(yù)先切換檢測電路的個數(shù)等于N/2 (余數(shù)采用無條件舍去，并取其商數(shù))。請參照圖6A，圖6A繪示本公開實施例的預(yù)先切換檢測電路600的一實施方式。預(yù)先切換檢測電路600包括預(yù)充電開關(guān)電路610、緩沖器BUFl BUF4以及電壓傳送開關(guān)電路620。預(yù)充電開關(guān)電路610接收參考電源VDD并受控于控制信號CTRLl。預(yù)充電開關(guān)電路610依據(jù)控制信號CTRLl為邏輯低電平電壓時導(dǎo)通，并將端點PSAb以及PSBb的電位，充電至參考電源VDD以完成預(yù)充電的動作?？刂菩盘朇TRLl為邏輯高電平電壓時，預(yù)充電開關(guān)電路610被關(guān)閉。緩沖器BUFl及BUF2則分別接收由前一級的比較模塊(粗略比較模塊或細微比較模塊)所產(chǎn)生的比較結(jié)果T2的反相信號T2b以及比較結(jié)果TO (請參照圖6B所繪示的比較模塊示意圖)。緩沖器BUFl及BUF2并提供其所產(chǎn)生的輸出至電壓傳送開關(guān)電路620，且在本實施例中，緩沖器BUFl及BUF2均為反相器。電壓傳送開關(guān)電路620依據(jù)緩沖器BUFl的輸出來決定是否傳送緩沖器BUF2的輸出至端點PSAb，而電壓傳送開關(guān)電路620依據(jù)緩沖器BUF2的輸出來決定是否傳送緩沖器BUFl的輸出至端點PSBb。在本實施方式中，預(yù)充電開關(guān)電路610由晶體管Ml及M2所構(gòu)成，晶體管Ml及M2的第一端(例如源極)耦接至參考電源VDD，晶體管Ml及M2的控制端(例如柵極)耦接至控制信號CTRL1，而晶體管Ml及M2的第二端(例如漏極)則分別耦接至端點PSAb以及PSBb0以晶體管Ml及M2為P型晶體管為范例，晶體管Ml及M2為P型晶體管在控制信號CTRLl為邏輯低電平電壓時被導(dǎo)通，并執(zhí)行對端點PSAb以及PSBb充電至參考電源VDD的預(yù)充電動作。緩沖器BUFl及BUF2則由反相器所構(gòu)成，并用以驅(qū)動寄生電容性負載。緩沖器BUFl傳送與反相信號T2b反相的輸出信號至電壓傳送開關(guān)電路620,而緩沖器BUF2傳送與比較信號TO反相的輸出信號至電壓傳送開關(guān)電路620。電壓傳送開關(guān)電路620則由晶體管M3及M4所構(gòu)成，以晶體管M3及M4為N型晶體管為范例，晶體管M3及M4的第二端(例如漏極)分別耦接至端點PSAb以及PSBb，晶體管M3及M4的控制端(例如柵極)分別耦接至緩沖器BUFl及BUF2的輸出端，晶體管M3及M4的第一端(例如源極)則分別耦接至緩沖器BUF2及BUFl的輸出端。預(yù)先切換檢測電路600還包括緩沖器BUF3以及BUF4，并用以驅(qū)動寄生電容性負載。緩沖器BUF3以及BUF4的輸入端分別耦接至端點PSAb以及PSBb，并分別在其輸出端產(chǎn)生前期選擇信號PSA以及PSB。關(guān)于預(yù)先切換檢測電路600的動作細節(jié)，請同時參照圖6A、圖6B、圖6C以及圖6D。其中圖6C與圖6D繪示預(yù)先切換檢測電路600所對應(yīng)的電路運作示意圖。首先，在時間點t0時，控制信號CTRLl與CTLl皆為邏輯低電平電壓。參照圖6B此時前一級的比較模塊(粗略比較模塊或細微比較模塊)的比較結(jié)果TO T2以及TOb T2b皆被重置于邏輯低電平電壓。且預(yù)充電開關(guān)電路610提供參考電源VDD至端點PSAb以及PSBb并使前期選擇信號PSA以及PSB等于邏輯低電平電壓(例如等于接地電壓)。由圖6D可知，初選參考信號被設(shè)定在參考信號0.25FS -0.25FS間，其中FS即代表模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置的全擺動振幅范圍。上述的預(yù)充電動作以及前一級的比較模塊中的比較器的重置機制會在控制信號CTRLl以及CTLl皆上升至邏輯高電平電壓后結(jié)束。接著，以下請同時參考圖6A、6B、6C以及6D，以輸入信號VIN約等于參考信號
0.25FS為范例，此時，輸入信號VIN將通過比較器CMPl CMP3與三個參考信號-0.25FS、O以及0.25FS進行比較。并由圖6C可以得知，在時間點tl時，比較結(jié)果TO以及T2b皆上升至等于其所對應(yīng)的比較器所產(chǎn)生的中間電壓Vcm的電壓電平。在此狀態(tài)下，由于比較器的比較結(jié)果未能超過預(yù)先切換檢測電路600的緩沖器BUFl及BUF2的邏輯臨界電壓Vlt，故緩沖器BUFl及BUF2的輸出依然皆維持邏輯高電平電壓，以至于晶體管M3及M4并未能被有效導(dǎo)通。此時，初選參考信號被設(shè)定在參考信號0.25FS -0.25FS間。接著，由于比較結(jié)果TO相對于比較結(jié)果T2b較快被產(chǎn)生。因此，在時間點t2時(此刻比較器的比較結(jié)果TO T2以及TOb T2b的邏輯狀態(tài)，即代表前期比較結(jié)果)，由于比較結(jié)果TO上升至超過緩沖器BUF2的邏輯臨界電壓Vlt，使得緩沖器BUF2產(chǎn)生一低于晶體管M4的臨界電壓VTHn的輸出，以至于晶體管M4進入截止區(qū)。另外，緩沖器BUFl則持續(xù)接收等于中間電壓Vcm的比較結(jié)果T2b，故緩沖器BUFl的輸出仍持續(xù)維持邏輯高電平電壓，也因此，晶體管M3在時間點t2被有效的導(dǎo)通。如此一來，緩沖器BUF2所產(chǎn)生的低于晶體管M4的臨界電壓VTHn的輸出會通過晶體管M3傳送至端點PSAb。也就是說，在時間點t2時端點PSAb上的電壓等于一個低于晶體管M4的臨界電壓VTHn的電壓值。而在此同時，緩沖器BUF3產(chǎn)生前期選擇信號PSA的電壓值由邏輯低電平電壓變更為邏輯高電平電壓，并使初選參考信號通過多工器MUXl變更為設(shè)定在參考信號0.5FS O間(請參照圖6D)。如此一來，初選參考信號就可以依據(jù)前期選擇信號有效的被設(shè)定。在時間周期t3時，參考圖6B中的比較器CMP3的比較結(jié)果T2b則依據(jù)輸入信號VIN與參考信號0.25FS的差異不同而開始產(chǎn)生變化。假設(shè)，輸入信號VIN是略小于參考信號0.25FS，則比較結(jié)果T2的反相信號T2b會上升至邏輯高電平電壓，如圖6D所標示的線段T2bl隨時間變化的電壓值，此結(jié)果將使緩沖器BUFl的輸出下降至邏輯低電平電壓?；蛘?，輸入信號VIN是略大于參考信號0.25FS，則比較結(jié)果T2的反相信號T2b會下降至邏輯低電平電壓，如圖6D所標示的線段T2b2隨時間變化的電壓值，并使緩沖器BUFl的輸出則繼續(xù)維持邏輯高電平電壓。因此，根據(jù)圖6A至圖6D的描述，即可清楚闡述預(yù)先切換檢測電路、前一級的比較模塊(粗略比較模塊或細微比較模塊)以及參考信號之間的電路運作關(guān)系。附帶一提的，上述的控制信號CTRLl及CTLl可以是相同的信號。以下則請參照圖7A以及圖7B，圖7A以及圖7B分別繪示本公開實施例的細微比較模塊的不同的實施方式。在圖7A的繪示中，細微比較模塊710包括前置放大器701 70Q以及比較器711 71Q。其中，前置放大器701 70Q共同接收輸入信號VIN，并且，前置放大器701 70Q分別接收參考信號VREFll VREF1Q。請注意，在本實施方式中，前置放大器701 70Q所接收的參考信號VREFll VREFlQ是固定不變的。另外，前置放大器701 70Q并接收其前一級的預(yù)先切換檢測模塊所提供的前期選擇信號PS，并且，前置放大器701 70Q中的部分，會依據(jù)所接收的前期選擇信號PS以決定是否進入致能狀態(tài)，其余的部分的前置放大器則維持在禁能的狀態(tài)。比較器711 71Q則分別接收控制信號CTL以及經(jīng)過編碼器根據(jù)前一級的粗略比較模塊(或細微比較模塊)所提供的粗略比較結(jié)果DC(或細微比較結(jié)果DF)進而產(chǎn)生的前期編碼結(jié)果DEN。并依據(jù)所接收的前期編碼結(jié)果DEN搭配控制信號CTL來選擇比較器711 71Q中的多個來進行比較的動作。值得注意的，比較器711 71Q的輸入是分別耦接于前置放大器701 70Q的輸出，而未與輸入信號VIN以及參考信號VREFll VREFlQ連接。舉例來說，當前期選擇信號PS所設(shè)定的初選前置放大器例如為前置放大器701以及702時，則前置放大器701以及702被設(shè)定為初選已致能前置放大器。前置放大器701以及702并根據(jù)輸入信號VIN分別與參考信號VREFll以及VREF12的電壓差進行前置放大的功能。當前期編碼結(jié)果DEN產(chǎn)生后(根據(jù)粗略比較結(jié)果DC或細微比較結(jié)果DF)，如果前期編碼結(jié)果選擇前置放大器701為選中已致能前置放大器時，則比較器711亦同時被設(shè)定為選中比較器。此時，比較器711依據(jù)選中已致能前置放大器701的前置放大輸出結(jié)果來實際執(zhí)行比較動作。在圖7B的繪示中，細微比較模塊720包括比較器721 72J以及選擇器730。選擇器730接收參考信號VREF以及前期選擇信號PS。選擇器730依據(jù)前期選擇信號PS來選擇參考信號VREF中的多個以作為初選參考信號VREFSl VREFSJ。比較器721 72J耦接至選擇器730以接收初選參考信號VREFSl VREFSJ。另外，比較器721 72J還接收控制信號CTL以及經(jīng)過編碼器根據(jù)前一級的粗略比較模塊(或細微比較模塊)所提供的粗略比較結(jié)果DC(或細微比較結(jié)果DF)進而產(chǎn)生的前期編碼結(jié)果DEN。并依據(jù)所接收的前期編碼結(jié)果DEN搭配控制信號CTL來選擇比較器721 72J中的多個來進行比較的動作。以參考信號VREFSl為選中參考信號為范例，比較器721 72J會依據(jù)前期編碼結(jié)果DEN設(shè)定比較器721為選中比較器。也就是說，比較器721依據(jù)前期編碼結(jié)果DEN而執(zhí)行選中參考信號VREFSl與輸入信號VIN的比較動作。接著請參照圖8，圖8繪示本公開實施例的一模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換方法的流程圖。其中，本實施例所進行的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換步驟包括:首先，接收輸入信號，并依據(jù)比較輸入信號與多個參考信號以依序產(chǎn)生前期比較結(jié)果以及粗略比較結(jié)果(S810)。并且，依據(jù)前期比較結(jié)果以及粗略比較結(jié)果，以分別產(chǎn)生前期選擇信號以及前期編碼結(jié)果(S820)。再依據(jù)前期選擇信號以及前期編碼結(jié)果以選擇多個參考信號中多個初選參考信號，并使初選參考信號中的選中參考信號以對輸入信號進行比較，藉以產(chǎn)生細微比較結(jié)果(S830)。同理，此流程也可適用于相鄰兩級細微比較模塊的運作流程。關(guān)于上述各步驟所執(zhí)行的動作細節(jié)則在前述的實施例及實施方式有詳盡的介紹，以下恕不多贅述。綜上所述，本公開通過在粗略比較模塊進行比較的同時，通過會較早產(chǎn)生的前期比較結(jié)果來對應(yīng)產(chǎn)生前期選擇信號，并通過前期選擇信號來預(yù)先設(shè)定細微比較模塊中可能會使用的初選參考信號或前置放大器。并且，在前期編碼結(jié)果產(chǎn)生時，再由初選參考信號或已致能前置放大器中選出一組選中參考信號或已致能前置放大器以與輸入信號進行比對。如此一來，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置不需要在進行初選參考信號的設(shè)定時進行等待，使得細微比較模塊可以在粗略比較模塊完成比較動作后，快速的執(zhí)行比較的動作，有效提升模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換的效率。同理，此概念也可適用于相鄰兩級細微比較模塊的運作流程。雖然本公開已以實施例公開如上，然其并非用以限定本公開，本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本公開的精神和范圍內(nèi)，當可作些許的更動與潤飾，故本公開的保護范圍當視所附權(quán)利要求書所界定者為準。
權(quán)利要求
1.一種模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，包括: 粗略比較模塊，接收輸入信號，并依據(jù)比較該輸入信號與多數(shù)個第一參考信號以依序產(chǎn)生前期比較結(jié)果以及粗略比較結(jié)果；至少一預(yù)先切換檢測模塊，接收并分別依據(jù)該前期比較結(jié)果以產(chǎn)生前期選擇信號；編碼器，耦接該粗略比較模塊，依據(jù)該粗略比較結(jié)果以產(chǎn)生前期編碼結(jié)果；以及至少一細微比較模塊，耦接該預(yù)先切換檢測模塊及該編碼器，接收該輸入信號、該前期選擇信號及該前期編碼結(jié)果，依據(jù)該前期選擇信號選擇多數(shù)個第二參考信號中的多個初選參考信號，并依據(jù)該前期編碼結(jié)果選擇這些初選參考信號中的選中參考信號來與該輸入信號進行比對以產(chǎn)生細微比較結(jié)果。
2.如權(quán)利要求1所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于該細微比較模塊包括: 多數(shù)個比較器，這些比較器分別接收這些第二參考信號，這些比較器并共同接收該輸入信號，其中，該細微比較模塊依據(jù)該前期選擇信號選擇這些比較器中的多數(shù)個初選比較器，并依據(jù)該前期編碼結(jié)果來選擇這些初選比較器中的至少一選中比較器以執(zhí)行比較動作。
3.如權(quán)利要求2所述的模擬數(shù)字 轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于這些初選比較器所對應(yīng)接收的參考信號分別為這些初選參考信號，該選中比較器所對應(yīng)接收的參考信號為該選中參考信號。
4.如權(quán)利要求1所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于該細微比較模塊包括: 多數(shù)個比較器，其中該細微比較模塊依據(jù)該前期選擇信號提供這些初選參考信號至這些比較器，該細微比較模塊并依據(jù)該前期編碼結(jié)果來選擇這些比較器中的至少一選中比較器以執(zhí)行比較動作。
5.如權(quán)利要求4所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于該選中比較器所對應(yīng)接收的參考信號為該選中參考信號。
6.如權(quán)利要求1所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于該粗略比較模塊包括: N個比較器，這些粗略比較模塊針對該輸入信號分別與這些第一參考信號進行比較并產(chǎn)生N個位的比較結(jié)果，這些比較結(jié)果用以提供N個位的該前期比較結(jié)果或N個位的該粗略比較結(jié)果，其中N為大于I的整數(shù)。
7.如權(quán)利要求6所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于該預(yù)先切換檢測電路包括: 預(yù)充電開關(guān)電路，接收參考電源并受控于控制信號，該預(yù)充電開關(guān)電路依據(jù)該控制信號而導(dǎo)通并傳送該參考電源至第一輸出端點以及第二輸出端點； 第一緩沖器，接收這些比較結(jié)果的其中之一的反相信號； 第二緩沖器，接收這些比較結(jié)果的另一個；以及 電壓傳送開關(guān)電路，耦接至該第一及該第二輸出端以及該第一及該第二緩沖器，該電壓傳送開關(guān)電路受控于該第一緩沖器的輸出電壓以傳送該第二緩沖器的輸出電壓至該第一輸出端，并受控于該第二緩沖器的輸出電壓以傳送該第一緩沖器的輸出電壓至該第二輸出端。
8.如權(quán)利要求7所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于該預(yù)充電開關(guān)電路包括: 第一晶體管，具有第一端、第二端以及控制端，其第一端接收該參考電源，其控制端接收該控制信號，且其第二端耦接至該第一輸出端；以及第二晶體管，具有第一端、第二端以及控制端，其第一端接收該參考電源，其控制端接收該控制信號，且其第二端耦接至該第二輸出端。
9.如權(quán)利要求8所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于該第一及該第二晶體管為P型晶體管。
10.如權(quán)利要求8所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于該電壓傳送開關(guān)電路包括: 第三晶體管，具有第一端、第二端以及控制端，其第二端耦接該第一輸出端，其控制端耦接該第一緩沖器的輸出端，其第一端耦接該第二緩沖器的輸出端；以及 第四晶體管，具有第一端、第二端以及控制端，其第二端耦接該第二輸出端，其控制端耦接該第二緩沖器的輸出端，其第一端耦接該第一緩沖器的輸出端。
11.如權(quán)利要求10所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于該第三及該第四晶體管為N型晶體管。
12.如權(quán)利要求7所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于該第一及該第二緩沖器分別為第一以及第二反相器。
13.如權(quán)利要求7所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于該預(yù)先切換檢測電路還包括: 第三緩沖器，其輸入端耦接至該第一輸出端并產(chǎn)生該前期選擇信號的一位；以及 第四緩沖器，其輸入端耦接至該第二輸出端并產(chǎn)生該前期選擇信號的另一位。
14.如權(quán)利要求13所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于該第三及該第四緩沖器分別為第三及第四反相器。
15.如權(quán)利要求1所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于該編碼器還依據(jù)該粗略比較結(jié)果以及該細微比較結(jié)果以產(chǎn)生模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換結(jié)果。
16.—種模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換方法,其特征在于,包括: 接收輸入信號，并依據(jù)比較該輸入信號與多數(shù)個第一參考信號以依序產(chǎn)生前期比較結(jié)果以及粗略比較結(jié)果； 依據(jù)該前期比較結(jié)果以及該粗略比較結(jié)果，以分別產(chǎn)生前期選擇信號以及前期編碼結(jié)果；以及 依據(jù)該前期選擇信號選擇多數(shù)個第二參考信號中的多個初選參考信號，并依據(jù)該前期編碼結(jié)果選擇這些初選參考信號中的選中參考信號來與該輸入信號進行比對以產(chǎn)生細微比較結(jié)果。
17.如權(quán)利要求16所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換方法，其特征在于依據(jù)比較該輸入信號與這些第一參考信號以依序產(chǎn)生該前期比較結(jié)果以及該粗略比較結(jié)果的步驟包括: 針對該輸入信號分別與這些第一參考信號進行比較并依序產(chǎn)生N個位的該前期比較結(jié)果以及N個位的該粗略比較結(jié)果，其中N為大于I的整數(shù)。
18.如權(quán)利要求16所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換方法，其特征在于依據(jù)該前期選擇信號選擇這些第二參考信號中的這些初選參考信號，并依據(jù)該前期編碼結(jié)果選擇這些初選參考信號中的該選中參考信號來與該輸入信號進行比對以產(chǎn)生該細微比較結(jié)果的步驟包括: 依據(jù)該前期選擇信號選擇多數(shù)個比較器中的多數(shù)個初選比較器；以及 依據(jù)該前期編碼 結(jié)果來選擇這些初選比較器中的至少一選中比較器以執(zhí)行比較動作， 其中，這些比較器分別接收這些第二參考信號，這些比較器并共同接收該輸入信號。
19.如權(quán)利要求16所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換方法，其特征在于依據(jù)該前期選擇信號選擇這些第二參考信號中的這些初選參考信號，并依據(jù)該前期編碼結(jié)果選擇這些初選參考信號中的該選中參考信號來與該輸入信號進行比對以產(chǎn)生該細微比較結(jié)果的步驟包括: 依據(jù)該前期選擇信號提供這些初選參考信號至多數(shù)個比較器；以及 依據(jù)該前期編碼結(jié)果來選擇這些比較器中的至少一選中比較器以執(zhí)行比較動作。
20.如權(quán)利要求15所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換方法，其特征在于還包括: 針對該粗略比較結(jié)果 及該細微比較結(jié)果進行編碼以產(chǎn)生模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換結(jié)果。
全文摘要
一種模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置及其轉(zhuǎn)換方法，該模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置包括粗略比較模塊、至少一預(yù)先切換檢測模塊、至少一細微比較模塊以及編碼器。粗略比較模塊依據(jù)比較輸入信號與多個第一參考信號以依序產(chǎn)生前期比較結(jié)果以及粗略比較結(jié)果。預(yù)先切換檢測模塊接收并依據(jù)前期比較結(jié)果以產(chǎn)生前期選擇信號。編碼器根據(jù)粗略比較結(jié)果以產(chǎn)生第一前期編碼結(jié)果。細微比較模塊依據(jù)前期選擇信號以及前期編碼結(jié)果以選擇多個第二參考信號中的選中參考信號以對輸入信號進行比較，藉以產(chǎn)生細微比較結(jié)果。
文檔編號H03M1/34GK103178854SQ20121005411
公開日2013年6月26日 申請日期2012年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月23日
發(fā)明者陳博瑋 申請人:財團法人工業(yè)技術(shù)研究院