專(zhuān)利名稱(chēng)：三階式模/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)換器及其轉(zhuǎn)換方法，更明確地說(shuō)，是關(guān)于多級(jí)的平行式轉(zhuǎn)換器。它使用第一轉(zhuǎn)換級(jí)來(lái)決定輸入電壓的粗略范圍，而后續(xù)的轉(zhuǎn)換級(jí)再解出模擬輸入訊號(hào)至更精確的增量。本發(fā)明可應(yīng)用于視頻訊號(hào)及數(shù)字訊號(hào)處理的領(lǐng)域。
模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字處理和傳輸?shù)膽?yīng)用需要一種技術(shù)，將它們的模擬形式轉(zhuǎn)換成數(shù)字的代表方式。已知的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的種類(lèi)有逐漸逼近式，它產(chǎn)生一個(gè)數(shù)字輸出，是使用數(shù)/模轉(zhuǎn)換器以嘗試錯(cuò)誤法產(chǎn)生逼近輸入位準(zhǔn)的信號(hào)；另外一種是并聯(lián)比較器式或快閃式轉(zhuǎn)換器，它利用比較多個(gè)參考電壓與輸入電壓的關(guān)系，將結(jié)果由編碼邏輯輸出，在每次轉(zhuǎn)換中，數(shù)字碼代表最接近輸入電壓的參考電壓。

圖1為快閃式模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。一般來(lái)說(shuō)，輸出的部分是由編碼邏輯30建立的二進(jìn)位碼，因此可以提供輸入訊號(hào)n位元的解析度。這種架構(gòu)通常需要2n個(gè)參考電壓10和2n個(gè)比較器20。當(dāng)這種形式的轉(zhuǎn)換器的解析度增加時(shí)(輸出的位元數(shù)目增加)，設(shè)計(jì)就會(huì)變得很難處理。
為了要簡(jiǎn)化快閃式模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)，已知有兩種技術(shù)可以運(yùn)用。這兩種多級(jí)轉(zhuǎn)換的技術(shù)都可以用來(lái)完成模/數(shù)的轉(zhuǎn)換。在第一種技術(shù)里，如美國(guó)專(zhuān)利No.5302869(Hosotani等人)，美國(guó)專(zhuān)利No.5389929(Nayebi等人)，美國(guó)專(zhuān)利No.5353027(Vorenkamp等人)，美國(guó)專(zhuān)利No.5369309(Bacrania等人)，美國(guó)專(zhuān)利No.5387914(Mangelsdof)所示，第一級(jí)為粗略解析度的快閃式模/數(shù)轉(zhuǎn)換器；而具有數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的第二級(jí)則調(diào)整電壓比較器的參考電壓來(lái)完成解析度更佳的轉(zhuǎn)換。這兩種轉(zhuǎn)換的結(jié)果再被編碼成數(shù)位輸出位元組，以代表模擬輸入電壓的大小。在第二種技術(shù)里，如美國(guó)專(zhuān)利No.5291198(Dingwall等人)，美國(guó)專(zhuān)利No.5223836(Komatsu)，美國(guó)專(zhuān)利No.5400029(Kobayashi)，美國(guó)專(zhuān)利No.4733217(Dingwall)，美國(guó)專(zhuān)利No.5349354(Ho等人)所示，這種使用多個(gè)轉(zhuǎn)換級(jí)的技術(shù)，是利用決定邏輯根據(jù)前一比較級(jí)的結(jié)果，將參考電壓適當(dāng)?shù)那袚Q到每一級(jí)。
以第二種多級(jí)轉(zhuǎn)換的技術(shù)為例，請(qǐng)參考圖2，其為美國(guó)專(zhuān)利NO.4903028(Fukashima)的電路圖。它先產(chǎn)生一組電壓源1，由VREFBOT(最低值)逐漸增加至VREFTOP(最高值)，以建立電壓輸入(Vin)的轉(zhuǎn)換范圍。一組粗略分域比較器2連接至輸入電壓以及在分開(kāi)的區(qū)間所建立的Vin的1a、1b粗略范圍的一組參考電壓。粗略分域比較器的輸出5為控制邏輯與開(kāi)關(guān)單元3的輸入，單元3可以將一組細(xì)微分域比較器4連接至適當(dāng)?shù)膮⒖茧妷旱姆钟蚍秶?。參考電壓組1a被分成更細(xì)微的增量，以建立轉(zhuǎn)換Vin成為數(shù)字輸出(D0，D1，D2...，Dn)的最大解析度。當(dāng)Vin變化時(shí)，輸出碼的值或粗略分域比較器的輸出碼5也跟著改變，而且控制邏輯與開(kāi)關(guān)單元3也移動(dòng)細(xì)微分域比較器4至下一個(gè)分域范圍(從1a至1b)。
由于元件選擇及制程漂移的容限不同，粗略分域比較器2的輸出碼5可能是錯(cuò)誤的。為了檢查這個(gè)錯(cuò)誤，就需要額外的細(xì)微分域比較器4a及4b，它們將視Vin的大小分別擺在分域1a或1b的旁邊。額外的細(xì)微分域比較器4a及4b的輸出碼為錯(cuò)誤校正碼7，其與粗略分域碼5送至輸出編碼邏輯8以決定輸入電壓Vin的數(shù)字輸出代表碼(D0，D1，D2，...Dn)。
利用前面所述的技術(shù)，需要兩組誤差檢測(cè)電路。而誤差校正功能在每次細(xì)微分域比較器的比較周期時(shí)，只會(huì)使粗略分域的一邊發(fā)生作用。這種結(jié)構(gòu)消耗額外的功率，并增加實(shí)際實(shí)施的額外復(fù)雜度。為了減少額外比較器的數(shù)目，并且簡(jiǎn)化實(shí)際架構(gòu)的復(fù)雜度，與本發(fā)明同一申請(qǐng)人的申請(qǐng)中的中國(guó)臺(tái)灣專(zhuān)利，申請(qǐng)?zhí)枮榈诎怂囊?八0七0號(hào)，即如圖3所示，使用一組嵌入式粗略分域比較器140來(lái)達(dá)到這些目的。嵌入式粗略分域比較器產(chǎn)生的參考碼，決定細(xì)微分域比較器160的適當(dāng)參考范圍。由粗略分域比較器，嵌入式粗略分域比較器，及細(xì)微分域比較器得到的碼分別為170，180，190，再編碼成數(shù)字輸出碼。如何選擇嵌入式粗略分域比較器140的輸入?yún)⒖茧妷?31，是由嵌入式粗略分域選擇邏輯及開(kāi)關(guān)130，參考粗略分域比較器的輸出170來(lái)決定。而如何選擇細(xì)微分域比較器的參考電壓151，是由細(xì)微分域選擇邏輯及開(kāi)關(guān)150，參考粗略分域比較器的輸出170及嵌入式粗略分域比較器的輸出180來(lái)決定。
本發(fā)明的一個(gè)目的是要減少實(shí)際實(shí)施并聯(lián)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的復(fù)雜度；本發(fā)明的另一目的則是為了降低功率消耗，而將不必要的電路去掉。
為了完成以上目的，三階式模/數(shù)轉(zhuǎn)換器有一個(gè)粗略解析度的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，一個(gè)次粗略模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，及一個(gè)細(xì)微模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。一個(gè)取樣與保持電路在不同的時(shí)間點(diǎn)抓取一個(gè)輸入的模擬電壓，并維持此模擬輸入電壓為粗略模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，次粗略模/數(shù)轉(zhuǎn)換器及細(xì)微模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入訊號(hào)源。另有一個(gè)參考電壓產(chǎn)生器則連接于兩個(gè)參考電壓源之間，可以產(chǎn)生一組參考電壓。
粗略模/數(shù)轉(zhuǎn)換器連接至取樣的模擬輸入訊號(hào)，它再與一組來(lái)自參考電壓產(chǎn)生器的粗略參考電壓比較，然后產(chǎn)生一個(gè)粗略數(shù)字碼。此粗略數(shù)字碼被送入?yún)⒖茧妷哼x擇邏輯處理單元，它與參考電壓選擇開(kāi)關(guān)連接，以選出一組次粗略分域的參考電壓。
次粗略模/數(shù)轉(zhuǎn)換器連接至取樣的輸入訊號(hào)，它與次粗略參考電壓比較，產(chǎn)生一個(gè)次粗略數(shù)字碼。接著，這一個(gè)次粗略數(shù)字碼和粗略數(shù)字碼，供參考電壓選擇邏輯處理單元使用來(lái)選擇參考電壓選擇開(kāi)關(guān)，從參考電壓中產(chǎn)生一組細(xì)微的參考電壓。
細(xì)微模/數(shù)轉(zhuǎn)換器連接至取樣的輸入訊號(hào)，將它與細(xì)微參考電壓比較，產(chǎn)生一個(gè)細(xì)微數(shù)字碼。
粗略數(shù)字碼，次粗略數(shù)字碼，及細(xì)微數(shù)字碼在輸出編碼處理單元轉(zhuǎn)換產(chǎn)生輸出數(shù)字碼。此輸出數(shù)字碼為二進(jìn)位數(shù)字，代表模擬輸入電壓的大小。
本發(fā)明有8張附圖圖1說(shuō)明并聯(lián)式或快閃式模/數(shù)轉(zhuǎn)換器前案技術(shù)的電路圖；圖2說(shuō)明二階式模/數(shù)轉(zhuǎn)換器前案技術(shù)的電路圖；圖3說(shuō)明嵌入式模/數(shù)轉(zhuǎn)換器前案技術(shù)的電路圖；圖4本發(fā)明較佳實(shí)施例的功能方塊圖；圖5本發(fā)明中參考電壓產(chǎn)生器的電路圖；圖6本發(fā)明中參考電壓選擇方式的說(shuō)明圖；圖7本發(fā)明的轉(zhuǎn)換模擬訊號(hào)至數(shù)字碼方法的流程圖；圖8本發(fā)明的一個(gè)轉(zhuǎn)換周期時(shí)序圖。
本發(fā)明公開(kāi)一個(gè)較佳實(shí)施例。
請(qǐng)參考圖4，模擬輸入電壓Vin400連接至取樣與保持電路410，周期性地對(duì)(Vin)400取樣并維持住取樣的模擬輸入訊號(hào)電壓425。
參考電壓產(chǎn)生器500連接在參考電壓源Vref1 450及Vref2 475之間。參考電壓產(chǎn)生器500可以產(chǎn)生一組參考電壓505，它們從Vref2 475至Vref1 450逐漸增加。而參考電壓505的增加量可以由下面的式子決定(Vref1-Vref2)/2n其中n為數(shù)字輸出碼590的位元數(shù)目。
這些參考電壓505連接參考電壓開(kāi)關(guān)網(wǎng)路510。粗略參考電壓組512是由參考電壓505中獲得，并常能連接至粗略分域比較器520。取樣的模擬輸入電壓訊號(hào)425與這組粗略參考電壓512比較。比較的結(jié)果為粗略的溫度尺碼522(thermometer code)，溫度尺碼是一種二進(jìn)制碼，碼的形成是由連續(xù)的數(shù)字組成，當(dāng)碼增加時(shí)，連續(xù)1的數(shù)目也增加，例如0000 值最低的碼0001001101111111 值最高的碼。
粗略溫度尺碼522連接至參考電壓選擇邏輯處理單元570，經(jīng)過(guò)處理后，連接適當(dāng)?shù)拈_(kāi)關(guān)選擇線572。這些開(kāi)關(guān)選擇線572連接至參考電壓開(kāi)關(guān)網(wǎng)路510，以啟動(dòng)合適的開(kāi)關(guān)，連接一組參考電壓505，產(chǎn)生次粗略參考電壓514。
次粗略參考電壓連接到次粗略分域比較器530及540。取樣的模擬輸入電壓425在次粗略比較器530及540中與次粗略參考電壓514比較，產(chǎn)生次粗略溫度尺碼532及542。次粗略溫度尺碼532及542分別連接至次粗略編碼器535及545。而次粗略編碼器將產(chǎn)生次粗略數(shù)位碼537和547。
次粗略數(shù)位碼537和547連接到參考電壓選擇邏輯處理單元570。參考電壓選擇邏輯處理單元570處理粗略碼522及次粗略碼537、547，設(shè)定合適的開(kāi)關(guān)選擇線572。開(kāi)關(guān)選擇線572連接至電壓開(kāi)關(guān)網(wǎng)路以啟動(dòng)合適的開(kāi)關(guān)，連接一組參考電壓505，以產(chǎn)生細(xì)微參考電壓516。
細(xì)微參考電壓516連接至細(xì)微電壓比較器550和560。取樣的模擬輸入電壓425，拿來(lái)與細(xì)微參考電壓516比較，產(chǎn)生細(xì)微溫度尺碼552及562。細(xì)微溫度尺碼552及562連接至細(xì)微編碼器555及565。細(xì)微編碼器555及565轉(zhuǎn)換細(xì)微溫度尺碼552及562，產(chǎn)生細(xì)微數(shù)字碼557和567。
粗略數(shù)字碼585，次粗略數(shù)字碼537，547及細(xì)微數(shù)字碼557和567送到輸出編碼邏輯580，在其中轉(zhuǎn)換成輸出數(shù)字碼590。輸出數(shù)字碼590是一種二進(jìn)位數(shù)字，代表模擬輸入電壓(Vin)400的大小。數(shù)字碼585可以被解析成一組二進(jìn)位數(shù)字的最大有效位元。而次粗略數(shù)字碼537及547則被解析為一組二進(jìn)位數(shù)字的中間有效位元。最后細(xì)微數(shù)字碼557及567則被解析為一組二進(jìn)位數(shù)字的最小有效位元。細(xì)微數(shù)字碼557及567也提供誤差修正因子給中間有效位元。
圖4中模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的架構(gòu)有一對(duì)次粗略比較器530、540及細(xì)微比較器550、560，以及一對(duì)個(gè)次粗略編碼器535、545和細(xì)微編碼器555、565。如此可允許交錯(cuò)處理的方式使得取樣與保持電路410取樣Vin400速度更快。第一個(gè)取樣點(diǎn)會(huì)由次粗略比較器530，次粗略編碼器535，細(xì)微比較器550以及細(xì)微編碼器555處理。而下一個(gè)取樣點(diǎn)則由次粗略比較器540，次粗略編碼器545，細(xì)微比較器560以及細(xì)微編碼器565處理。這種交錯(cuò)處理不斷進(jìn)行，以產(chǎn)生連續(xù)的數(shù)字碼，來(lái)代表Vin400。
圖5說(shuō)明參考電壓產(chǎn)生器(圖4中的500)。參考電壓供應(yīng)器Vref1接至電阻r111，而參考電壓供應(yīng)器Vref2則連接至r444。這些串聯(lián)的電阻r11，r12，…，r443及r444形成電壓分壓，在這些串聯(lián)的電阻r111、r12、r443、及r444的每一個(gè)連接點(diǎn)上，為一個(gè)參考電壓(圖4中的505)。
粗略比較器的參考電壓(圖4中的520)產(chǎn)生在1000A、1000B、1000C和1000D。這些參考電壓和粗略比較器(圖4中的520)直接連接。有效的次粗略比較器的參考電壓(圖4中的530、540)為1100A、1100B、…11000及1100P。這些連接點(diǎn)是由開(kāi)關(guān)選擇邏輯處理單元(圖4中的570)及經(jīng)由參考電壓開(kāi)關(guān)網(wǎng)路(圖4中的510)連接次粗略比較器(圖4中的530、540)來(lái)決定。所有由串聯(lián)電阻r111、r112、...r443及r444產(chǎn)生的參考電壓都可以有效的連接細(xì)微比較器(圖4中的550及560)，但是它們被集合起來(lái)，如1200區(qū)段將同時(shí)經(jīng)由參考電壓開(kāi)關(guān)網(wǎng)路(圖4中的510)連接。
如果模擬輸入訊號(hào)(圖4中的400)的大小，相對(duì)于參考電壓產(chǎn)生器是在X的位置，則粗略比較器(圖4中的520)的輸出為0011。這就說(shuō)明串聯(lián)電阻r111、r112、...、r443及r444構(gòu)成的參考電壓產(chǎn)生器的第三段，是要用來(lái)連接次粗略參考電壓(圖4中的514)區(qū)段。經(jīng)由參考電壓開(kāi)關(guān)網(wǎng)路(圖4中的510)連接至次粗略比較器(例如圖4中的535)1100I、1100J、1100K及1100L。次粗略比較器的輸出為0011。這表示串聯(lián)電阻r111、r112、…r443及r444其中的區(qū)段1200是正確的細(xì)微比較器(例如圖4中的550)使用的參考電壓范圍。細(xì)微比較器(圖4中的550)的輸出將為0000111。
圖6說(shuō)明電壓產(chǎn)生器700的其中一段。電壓產(chǎn)生器中的點(diǎn)741到742是由粗略溫度尺碼(圖4中的522)的解析度選擇。在741-742區(qū)段中，次粗略參考點(diǎn)為731、721及732。細(xì)微電壓比較器(圖4中的550、560)的參考電壓位置要視Vin(圖4中的400)的大小在這個(gè)區(qū)段中的位置來(lái)決定。如果Vin(圖4中的400)小于參考電壓731，則細(xì)微參考電壓(圖4中的516)成為區(qū)段701。如果Vin(圖4中的400)大于參考電壓731，而小于參考電壓721則細(xì)微參考電壓(圖4中的516)成為區(qū)段702。如果Vin(圖4中的400)大于參考電壓721，而小于參考電壓732，則細(xì)微參考電壓(圖4中的516)成為區(qū)段703。如果Vin(圖4中的400)大于參考電壓732，則細(xì)微參考電壓(圖4中的516)成為區(qū)段704。
圖7為轉(zhuǎn)換一個(gè)模擬輸入訊號(hào)(Vin)600成為數(shù)字輸出訊號(hào)660轉(zhuǎn)換方法的流程圖。第一步610為Vi600的取樣與保持；第二步620為取樣的Vi600與粗略參考電壓比較。在獲得粗略數(shù)字訊號(hào)621及623之后，次粗略參考電壓也已被選擇625。下一步是次粗略比較630及635，其中所取樣的Vi600與所選擇的次粗略參考電壓比較。次粗略數(shù)字訊號(hào)632及637和粗略數(shù)字訊號(hào)621及623則使用來(lái)選擇細(xì)微參考電壓640。然后細(xì)微參考電壓再與取樣的Vi600比較645及650，以產(chǎn)生細(xì)微數(shù)字訊號(hào)647及652，和次粗略數(shù)字訊號(hào)的誤差修正訊號(hào)649及654。粗略數(shù)字訊號(hào)621及623，次粗略數(shù)字?jǐn)?shù)字訊號(hào)632及637，誤差修正訊號(hào)649及654，以及細(xì)微數(shù)字訊號(hào)647及652進(jìn)行編碼655，產(chǎn)生輸出碼660。
這個(gè)方法包含兩條路徑，第一條路徑670在第一個(gè)Vi600的取樣點(diǎn)實(shí)施。第二個(gè)路徑680在第二個(gè)Vi600的取樣點(diǎn)實(shí)施。第一條路徑670或680則交錯(cuò)選擇配合Vin600連續(xù)不同的取樣點(diǎn)。這種交錯(cuò)的處理方式可以允許Vin600的取樣率為個(gè)別路徑的兩倍。
本發(fā)明的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的時(shí)序圖見(jiàn)于圖8。模擬輸入訊號(hào)Vin805在時(shí)鐘訊號(hào)800的周期1時(shí)取樣803。取樣的訊號(hào)812、822及832分別保持在粗略模/數(shù)轉(zhuǎn)換器810，第一個(gè)次粗略模/數(shù)轉(zhuǎn)換器820，以及第一個(gè)細(xì)微模/數(shù)轉(zhuǎn)換器830。第一個(gè)粗略比較813在時(shí)鐘訊號(hào)800的周期2完成。第一個(gè)次粗略比較823在時(shí)鐘訊號(hào)800的周期3完成。在同一個(gè)周期內(nèi)，Vin805第二個(gè)取樣點(diǎn)807也完成取樣動(dòng)作。取樣的817、842及852則分別保持在粗略模/數(shù)轉(zhuǎn)換器810，第二個(gè)次粗略模/數(shù)轉(zhuǎn)換器840，以及細(xì)微模/數(shù)轉(zhuǎn)換器850之中。第一個(gè)細(xì)微比較833及第二個(gè)粗略比較817在時(shí)鐘訊號(hào)800的周期4中完成。第二個(gè)次粗略比較843在時(shí)鐘訊號(hào)800的周期5中完成。同時(shí)，第一個(gè)輸出模/數(shù)870變成有效，并維持到時(shí)鐘訊號(hào)800的周期6。而且，第二個(gè)細(xì)微比較853也在時(shí)鐘訊號(hào)800的周期6完成。第二個(gè)輸出數(shù)據(jù)880在時(shí)鐘訊號(hào)800的周期7變成有效。
這種時(shí)序說(shuō)明轉(zhuǎn)換的交錯(cuò)處理程序。不斷重復(fù)這種轉(zhuǎn)換，可使模擬輸入電壓以?xún)杀队趩我晦D(zhuǎn)換的取樣速率進(jìn)行。
雖然本發(fā)明特別以較佳實(shí)施例表示與描述，但是熟知本領(lǐng)域技藝者應(yīng)當(dāng)了解，形式或詳細(xì)內(nèi)容上可以有不同的變化，但仍不脫離本發(fā)明的精神與范疇。
權(quán)利要求
1.一種將模擬輸入電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為輸出數(shù)字碼的三階式模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于它包含a)一個(gè)取樣保持裝置，在周期時(shí)間點(diǎn)對(duì)模擬輸入電壓信號(hào)取樣，并在轉(zhuǎn)換過(guò)程中維持該取樣后的模擬輸入信號(hào)；b)一個(gè)參考電壓產(chǎn)生器，耦合于第一參考電壓源VREF1與第二參考電壓源VREF2之間，從上述的第一電壓源VREF1與第二電壓源VREF2間產(chǎn)生一組參考電壓；c)一個(gè)參考電壓選擇開(kāi)關(guān)網(wǎng)路，與上述的一組參考電壓連接；d)一個(gè)粗略解析模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，與上述的取樣后的模擬輸入信號(hào)耦合，以將上述的取樣后模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為次粗略數(shù)字碼；e)一個(gè)次粗略解析模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，與上述的取樣后的模擬輸入信號(hào)耦合，以將上述的取樣后模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為次粗略數(shù)字碼；f)一個(gè)細(xì)微解析模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，與上述的取樣后的模擬輸入信號(hào)耦合，以將上述的取樣后模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為細(xì)微數(shù)字碼；g)一個(gè)參考電壓選擇邏輯裝置，與上述的參考電壓選擇開(kāi)關(guān)網(wǎng)路耦合，以從上述的一組參考電壓中選擇耦合至次粗略及細(xì)微模/數(shù)轉(zhuǎn)換器；h)一個(gè)輸出編碼裝置，將上述的粗略數(shù)字碼、次粗略數(shù)字碼及細(xì)微數(shù)字碼轉(zhuǎn)換成一輸出數(shù)字碼，該輸出數(shù)字碼具有n個(gè)位元。
2.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于該參考電壓產(chǎn)生器包含第一電阻，與上述的第一參考電壓源連接；一個(gè)尾端電阻，連接至上述的第二參考電壓源；以及一組串接的電阻耦合于該第一與尾端電阻之間，串接電阻間的接點(diǎn)電壓即為上述的一組參考電壓之一。
3.如權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于參考電壓產(chǎn)生器相鄰兩接點(diǎn)電壓的差值為(VREF1-VREF2)/2n。
4.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于輸出數(shù)字碼是一個(gè)二進(jìn)位數(shù)，包含一組最大有效位元，一組中間有效位元以及一組最小有效位元。
5.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于粗略解析模/數(shù)轉(zhuǎn)換器包含a)第一組電壓比較器，其中每一個(gè)比較器包含一個(gè)電壓輸入端，與上述的取樣后的模擬輸入電壓信號(hào)耦合；一個(gè)參考電壓端，與上述的一組參考電壓其中之一耦合；一個(gè)參考電壓端，與上述的一組參考電壓其中之一耦合；一個(gè)比較輸出端，上有比較器輸出信號(hào)；以及一個(gè)電壓比較裝置，產(chǎn)生上述的比較器輸出信號(hào)，該比較器輸出信號(hào)在輸入端的取樣后模擬輸入信號(hào)大于在參考電壓端的參考電壓時(shí)，為第一態(tài)；而在輸入端的取樣后模擬輸入信號(hào)小于參考電壓端的參考電壓時(shí)，則為第二態(tài)；b)一個(gè)粗略數(shù)字編碼器，用以將該第一組電壓比較器的比較器輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為上述的粗略數(shù)字碼，以表示該取樣后的模擬輸入信號(hào)大小的粗略近似。
6.如權(quán)利要求5所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述的粗略數(shù)字碼形成該輸出數(shù)字碼的最大有效位元。
7.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述的參考電壓選擇開(kāi)關(guān)網(wǎng)路包含a)一組以粗略解析選擇開(kāi)關(guān)，以將上述的一組參考電壓的第一子集合選擇耦合至上述的次粗略解析模/數(shù)轉(zhuǎn)換器；b)一組細(xì)微解析選擇開(kāi)關(guān)，以將上述的一組參考電壓的第二子集合選擇耦合至上述的細(xì)微解析模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。
8.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于次粗略解析模/數(shù)轉(zhuǎn)換器包含a)第二組電壓比較器，其中每一個(gè)比較器包含一個(gè)電壓輸入端，與上述的取樣后的模擬輸入電壓信號(hào)耦合；一個(gè)參考電壓端，與上述的一組次粗略參考電壓其中之一耦合；一個(gè)比較輸出端，上有比較器輸出信號(hào)；以及一個(gè)電壓比較裝置，產(chǎn)生該比較器輸出信號(hào)，該比較器輸出信號(hào)在輸入端的取樣后模擬輸入信號(hào)大于在參考電壓端的次粗略參考電壓時(shí)，為第一態(tài)，而在輸入端的取樣后模擬輸入電壓信號(hào)小于參考電壓端的次粗略參考電壓時(shí)，則為第二態(tài)；b)次粗略解析數(shù)字編碼器，用以將該第二組電壓比較器的比較器輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為上述的次粗略數(shù)字碼，以表示該取樣后的模擬輸入信號(hào)大小的粗略近似的中間精微區(qū)別。
9.如權(quán)利要求8所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于其次粗略數(shù)字碼形成上述的數(shù)字輸出碼的中間有效位元。
10.如權(quán)利要求1所述的細(xì)微解析模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，包含a)第三組電壓比較器，其中每一個(gè)比較器包含一個(gè)電壓輸入端，與上述的取樣后的模擬輸入電壓信號(hào)耦合；一個(gè)參考電壓端，與上述的一組細(xì)微參考電壓耦合；一個(gè)比較輸出端，上有比較器輸出信號(hào)；以及一個(gè)電壓比較裝置，產(chǎn)生上述的比較器輸出信號(hào)，該比較器輸出信號(hào)在輸入端的取樣后的模擬輸入信號(hào)大于該參考電壓端的細(xì)微參考電壓時(shí)為第一態(tài)，而在輸入端的取樣后模擬輸入電壓小于該參考電壓端的細(xì)微參考電壓時(shí)為第二態(tài)，以及b)細(xì)微解析數(shù)字編碼器，用以將該第三組比較器的比較器輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為上述的細(xì)微數(shù)字碼，以表示該取樣后的模擬輸入信號(hào)的粗略近似的細(xì)微決定。
11.如權(quán)利要求10所述的細(xì)微解析模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于細(xì)微數(shù)字碼形成上述的最小有效位元以及該中間有效位元的校正因子。
12.如權(quán)利要求7所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述的參考電壓選擇邏輯裝置包含a)一個(gè)粗略數(shù)字碼輸入端，與該粗略數(shù)/模轉(zhuǎn)換器連接；b)一個(gè)次粗略數(shù)字碼輸入端，與該次粗略數(shù)字模/數(shù)轉(zhuǎn)換器連接；c)一個(gè)次粗略開(kāi)關(guān)位置決定裝置，依上述的粗略數(shù)字碼決定上述的次粗略解析選擇開(kāi)關(guān)的動(dòng)作；d)一個(gè)細(xì)微開(kāi)關(guān)位置決定裝置，依上述的粗略數(shù)字碼及次粗略數(shù)字碼決定上述的細(xì)微解析選擇開(kāi)關(guān)的動(dòng)作。
13.一種將模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字輸出碼的三階式模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于它包含a)一個(gè)取樣保持裝置，在周期性交錯(cuò)的第一取樣與第二取樣時(shí)間點(diǎn)對(duì)模擬輸入電壓信號(hào)取樣，并且在轉(zhuǎn)換過(guò)程中維持該取樣后的模擬輸入信號(hào)；b)一個(gè)參考電壓產(chǎn)生器，耦合于第一參考電壓源VREF1與第二參考電壓源VREF2之間，從上述的第一電壓源VREF1與第二電壓源VREF2間產(chǎn)生一組參考電壓；c)一個(gè)參考電壓選擇開(kāi)關(guān)網(wǎng)路，與上述的一組參考電壓連接；d)一個(gè)粗略電壓比較裝置，與該取樣后的模擬輸入信號(hào)耦合，以將上述的模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為一組粗略溫度尺碼；e)一個(gè)粗略編碼器，用以將該組粗略溫度尺碼轉(zhuǎn)換為一組粗略數(shù)字碼，以表示該取樣后模擬輸入信號(hào)大小的粗略近似；f)第一次粗略電壓比較裝置，與該取樣后的模擬輸入信號(hào)耦合，以將該取樣后的模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為一組第一次粗略溫度尺碼；g)第二次粗略電壓比較裝置，與該取樣后的模擬輸入信號(hào)耦合，以將該取樣后的模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為一組第二次粗略溫度尺碼；h)第一次粗略編碼器，用以將上述的第一組次粗略溫度尺碼轉(zhuǎn)換為第一組次粗略數(shù)字碼；i)第二次粗略編碼器，用以將上述的第二組次粗略溫度尺碼轉(zhuǎn)換為第二組次粗略數(shù)字碼；j)第一組微電壓比較裝置，與該取樣后的模擬輸入信號(hào)連接，用以將該輸入模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為一組第一溫度尺碼；k)第二細(xì)微電壓比較裝置，與該取樣后的模擬輸入信號(hào)連接，以將該輸入模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為一組第二溫度尺碼；l)第一細(xì)微編碼器，用以將上述的第一組細(xì)微溫度尺碼轉(zhuǎn)換為第一組細(xì)微數(shù)字碼；m)第二細(xì)微編碼器，用以將上述的第二組細(xì)微溫度尺碼轉(zhuǎn)換為第二組細(xì)微數(shù)字碼；n)一個(gè)參考電壓選擇邏輯裝置，與上述的參考電壓選擇開(kāi)關(guān)網(wǎng)路連接，以選擇耦合至該次粗略及該細(xì)微模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓；o)一個(gè)輸出編碼裝置，用以將該粗略數(shù)字碼，該次粗略數(shù)字碼，該細(xì)微數(shù)字碼轉(zhuǎn)換為包含n位元的輸出數(shù)字位元組。
14.如權(quán)利要求13所述的參考電壓產(chǎn)生器，其特征在于它包含第一電阻，與上述的第一參考電壓源連接；一個(gè)尾端電阻，連接至上述的第二參考電壓源；以及一組串接的電阻，耦合于該第一與尾端電阻之間，串接電阻間的接點(diǎn)電壓即為上述的一組參考電壓之一。
15.如權(quán)利要求14所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于參考電壓產(chǎn)生器相鄰兩接點(diǎn)電壓的差值為(VREF1-VREF2)/2n。
16.如權(quán)利要求13所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于輸出數(shù)字位元組為一個(gè)二進(jìn)位數(shù)，包含一組最大有效位元，一組中間有效位元以及一組最小有效位元。
17.如權(quán)利要求13所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于粗略數(shù)字碼形成輸出數(shù)字位元組的最大有效位元。
18.如權(quán)利要求13所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于參考電壓選擇開(kāi)關(guān)網(wǎng)路包含a)一組次粗略解析選擇開(kāi)關(guān)，以將上述的一組參考電壓的第一子集合耦合至上述的第一及第二次粗略電壓比較裝置；b)一組細(xì)微解析選擇開(kāi)關(guān)，以將上述的一組參考電壓的第二子集合耦合至上述的第一與第二細(xì)微電壓比較裝置。
19.如權(quán)利要求13所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于第一次粗略比較裝置與第二次粗略比較裝置各包含a)一個(gè)電壓輸入端，與該模擬輸入電壓信號(hào)耦合；b)一個(gè)參考電壓端，與上述的次粗略參考電壓其中之一耦合；c)一個(gè)比較輸出端，上有比較器輸出信號(hào)；d)一個(gè)電壓比較裝置，產(chǎn)生比較器輸出信號(hào)，該比較器輸出信號(hào)在輸入端的模擬輸入電壓信號(hào)大于該參考電壓端的次粗略參考電壓時(shí)為第一態(tài)，而在該輸入端的模擬輸入電壓小于該參考電壓端的次粗略參考電壓時(shí)為第二態(tài)。
20.如權(quán)利要求13所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于第一細(xì)微比較裝置與第二細(xì)微比較裝置各包含a)一個(gè)電壓入端，與該取樣后的模擬輸入電壓信號(hào)耦合；b)一個(gè)參考電壓端，與上述的細(xì)微參考電壓其中之一耦合；c)一個(gè)比較輸出端，上有比較器輸出信號(hào)；d)一個(gè)電壓比較裝置，產(chǎn)生比較器輸出信號(hào)，該比較器輸出信號(hào)在輸入端的模擬輸入電壓信號(hào)大于該參考電壓端的細(xì)微參考電壓時(shí)，為第一態(tài)，而在該輸入端的模擬輸入電壓小于該參考電壓端的細(xì)微參考電壓時(shí)為第二態(tài)。
21.如權(quán)利要求18上述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述的參考電壓選擇邏輯裝置，包含a)粗略數(shù)字碼輸入端，與上述的粗略比較裝置連接；b)第一次粗略數(shù)字碼輸入端，與上述的第一次粗略編碼器連接；c)第二次粗略數(shù)字碼輸入端，與所上述的第二次粗略編碼器連接；d)一個(gè)次粗略開(kāi)關(guān)位置決定裝置，用以根據(jù)上述的粗略數(shù)字碼及次粗略數(shù)字碼從決定上述的次粗略解析選擇開(kāi)關(guān)的動(dòng)作；e)一個(gè)細(xì)微開(kāi)關(guān)位置決定裝置，用以根據(jù)上述的粗略數(shù)字碼決定上述的細(xì)微解析選擇開(kāi)關(guān)的動(dòng)作。
22.如權(quán)利要求13所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述的粗略電壓比較裝置與粗略編碼器在上述的第一取樣時(shí)間點(diǎn)產(chǎn)生第一粗略數(shù)位碼，在第二取樣時(shí)間點(diǎn)產(chǎn)生第二粗略數(shù)字碼，以分別供給第一與第二次粗略電壓比較裝置，第一與第二次粗略編碼器，第一與第二細(xì)微電壓比較裝置，第一與第二細(xì)微編碼器做交錯(cuò)處理。
23.一種將輸入模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為可表示該模擬電壓信號(hào)大小的輸出數(shù)字碼的方法，其特征在于該方法的步驟包含a)在周期時(shí)間點(diǎn)取樣該模擬電壓信號(hào)；b)將該取樣后模擬電壓信號(hào)與一組粗略參考電壓比較，以形成粗略數(shù)字碼；c)根據(jù)該粗略數(shù)字碼，選擇一組次粗略參考電壓；d)將該取樣后模擬電壓信號(hào)與該組次粗略參考電壓比較，以形成次粗略數(shù)字碼。e)根據(jù)該粗略數(shù)字碼及該次粗略數(shù)字碼選擇一組細(xì)微參考電壓；f)將該取樣后模擬電壓信號(hào)與該組細(xì)微參考電壓比較，以形成細(xì)微數(shù)字碼；g)將該粗略數(shù)字碼，次粗略數(shù)字碼及細(xì)微數(shù)字碼編碼，以形成輸出數(shù)字碼。
24.一種將輸入模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為可表示該模擬電壓信號(hào)大小的輸出數(shù)字碼的方法，其特征在于該方法的步驟包含a)在周期性交錯(cuò)的第一與第二取樣時(shí)間周期取樣該模擬電壓信號(hào)；b)將在上述的第一與第二取樣周期取樣的模擬電壓信號(hào)一一與一組粗略參考電壓比較，以依序形成第一與第二粗略數(shù)字碼；c)根據(jù)該粗略數(shù)字碼選擇一組次粗略參考電壓；d)分別將該第一與第二取樣周期取樣的模擬信號(hào)與該組次粗略參考電壓比較，以形成第一與第二次粗略數(shù)字碼；e)根據(jù)該次粗略數(shù)字碼與該粗略數(shù)字碼選擇一組細(xì)微參考電壓；f)分別將該第一與第二取樣周期取樣的模擬電壓信號(hào)與該組細(xì)微參考電壓比較以形成第一與第二細(xì)微數(shù)字碼；g)將上述的第一粗略數(shù)字碼，第一次粗略數(shù)字碼，第一細(xì)微數(shù)字碼，以及第二粗略數(shù)字碼，第二次粗略數(shù)字碼，第二細(xì)微數(shù)字碼依交錯(cuò)順序編碼產(chǎn)生第一與第二輸出數(shù)字碼。
25.如權(quán)利要求24所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于該方法的步驟f)分別將該第一與第二取樣周期取樣的模擬電壓信號(hào)與該組細(xì)微參考電壓比較又可形成第一與第二誤差修正碼，以供使用于步驟g)的編碼而形成該輸出數(shù)字碼。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種三階式模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，首先，它用一組粗略比較器使模擬輸入信號(hào)與一組粗略參考電壓進(jìn)行比較，輸出粗略數(shù)字碼。接著，再根據(jù)粗略數(shù)字碼選擇一組次粗略參考電壓用一組次粗略比較器使模擬輸入信號(hào)與該次粗略參考電壓比較，輸出次粗略數(shù)字碼，并根據(jù)該次粗略數(shù)字碼與粗略數(shù)字碼選擇一組細(xì)微參考電壓，又使模擬輸入信號(hào)與該組細(xì)微參考電壓比較，形成細(xì)微數(shù)字碼。最后，上述粗略數(shù)字碼、次粗略數(shù)字碼與細(xì)微數(shù)字碼經(jīng)過(guò)編碼器，輸出與模擬輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)的數(shù)字碼。
文檔編號(hào)H03M1/12GK1164147SQ9610490
公開(kāi)日1997年11月5日 申請(qǐng)日期1996年4月26日 優(yōu)先權(quán)日1996年4月26日
發(fā)明者許博欽, 林永裕 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院