專利名稱：采用逐次逼近原理的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種模數(shù)轉(zhuǎn)換方法和一種用于模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)的裝置，特別是一種采用逐次逼近原理的模數(shù)轉(zhuǎn)換方法(SA-ADC)。
背景技術(shù)：
在數(shù)字信號(hào)處理過(guò)程中能將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)是必要的。現(xiàn)有幾種模數(shù)轉(zhuǎn)換器的類型，它們?cè)诔杀竞托阅苌嫌斜举|(zhì)區(qū)別。成本是由模數(shù)轉(zhuǎn)換器的線路復(fù)雜性以及根據(jù)所述線路的復(fù)雜程度作出線路元件所需的技術(shù)決定的。性能可根據(jù)轉(zhuǎn)換速率、分辨率和能量消耗進(jìn)行代表性地測(cè)量。
一種采用逐次逼近原理的模數(shù)轉(zhuǎn)換器由一種算法控制，例如二分搜索法。原理上模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置包含一個(gè)儲(chǔ)存輸入信號(hào)瞬時(shí)值的取樣單元、一個(gè)產(chǎn)生已知參考值的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)和一個(gè)比較儲(chǔ)存值和參考值的比較器。該算法以根據(jù)標(biāo)尺確定存儲(chǔ)值的方式控制參考值序列，該標(biāo)尺通常是一個(gè)由二進(jìn)制數(shù)表示的整數(shù)。該原理受到一種因果要求的限制，即，必需在算法找出在下次比較中將使用哪個(gè)參考值之前完成比較。這樣循環(huán)決定了SA-ADC的最大速率。
另一個(gè)問(wèn)題是參考值的精度。在電路中，根據(jù)一個(gè)指數(shù)曲線設(shè)定一個(gè)值，即可用時(shí)間越長(zhǎng)，值就變得越精確。這能導(dǎo)致動(dòng)態(tài)誤差，并是一個(gè)與速率相關(guān)問(wèn)題。所述問(wèn)題能用一種冗余碼解決，見M.P.V.Kolluri,“A 12-BIT 500-NSSubranging ADC”,IEEE Journal of Solid State Circuits,vol.24,no.6,pp.1498-1506,Dec.1989；作為一種替換，可以使用許多個(gè)比較器和許多個(gè)參考電平，見P-EDanielsson，“采用逐次逼近具有雙重比較器的A/D-轉(zhuǎn)換”(A/D-conversionemploying successive approximation with dual comparators),Report No.Lith-ISYR-1976,951004,Linkkopings Universitet.
發(fā)明技術(shù)方案根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，采用逐次逼近原理的模擬信號(hào)值變成數(shù)字信號(hào)值的轉(zhuǎn)換存在的問(wèn)題是該方法包含了一個(gè)取決于其逼近過(guò)程的限制速率的因素。
本發(fā)明的一個(gè)目的是通過(guò)改進(jìn)尋找區(qū)間的分割并在其中設(shè)置的參考電平來(lái)增加逼近過(guò)程的速率。
本發(fā)明通過(guò)為每個(gè)尋找區(qū)間定義至少3個(gè)區(qū)域解決上面提到的問(wèn)題，這樣由所述區(qū)域覆蓋整個(gè)尋找區(qū)間，每個(gè)區(qū)域覆蓋至少一個(gè)其它的區(qū)域；每一個(gè)這樣的區(qū)域定義一個(gè)新的更小的尋找區(qū)間，直至最后的尋找區(qū)間達(dá)到預(yù)定值；在每個(gè)冗余部分中定義一個(gè)參考值，這樣在一個(gè)尋找區(qū)間中的N個(gè)區(qū)域給出N-1個(gè)參考值；定義每個(gè)尋找區(qū)間中的至少一個(gè)參考電平與至少一個(gè)其它的參考電平相同，在此，至少一個(gè)這樣相同的參考電平屬于由最接近較大尋找區(qū)間的區(qū)域形成的兩個(gè)尋找區(qū)間。
為達(dá)到所述的數(shù)字信號(hào)值，一個(gè)未知的采樣值與尋找區(qū)間中所有的參考電平比較，由此至少一個(gè)位于所述尋找區(qū)間中的區(qū)域被排除，并且在逐次逼近的進(jìn)行過(guò)程中，未知的采樣值與新的較小尋找區(qū)間中的所有參考值相作比較，在此每一個(gè)比較參考電平的選擇不依賴于在最接近前一步驟中的結(jié)果，直至能以預(yù)定的精度確定所述未知的采樣值。
上述過(guò)程能在一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器中方便地完成。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于能以低的收斂條件實(shí)現(xiàn)逼近過(guò)程。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于它僅包括一個(gè)比較器。
本發(fā)明還有的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它有助于實(shí)現(xiàn)高速率。
現(xiàn)將通過(guò)優(yōu)選實(shí)施例并參照附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
圖2是與

圖1的尋找區(qū)間分割相同的實(shí)施例，其中給出參考電平的附圖標(biāo)記。
圖3表示依據(jù)本發(fā)明的逼近過(guò)程的流程圖。
優(yōu)選實(shí)施例圖1表示一個(gè)從值X到值Y的尋找區(qū)間，它表示在其中未知模擬信號(hào)值將轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)值的數(shù)值區(qū)間。所述尋找區(qū)間被分割成許多更小的尋找區(qū)間，為采用逐次逼近方法以迭代到想要的數(shù)字信號(hào)值而劃分成不同區(qū)域。
在該實(shí)施例中，尋找區(qū)域X-Y首先被分割成三個(gè)區(qū)域a,b和c。這些區(qū)域在絕對(duì)值上相等。區(qū)域a始自X-電平并結(jié)束于Y-電平之前的某處。區(qū)域b既不開始也不結(jié)束在X或Y的終點(diǎn)值處，但具有與X-Y區(qū)間的中點(diǎn)相同的中點(diǎn)。區(qū)域c在X-Y區(qū)間的某處開始并在Y-電平處結(jié)束。區(qū)域a,b和c中的每一個(gè)與相同尋找區(qū)間中其它區(qū)域中的至少一個(gè)重疊，即區(qū)域a至少重疊區(qū)域b，區(qū)域b至少重疊區(qū)域c。根據(jù)圖1中所示的實(shí)施例區(qū)域a和c能夠相互重疊。所述區(qū)域布置產(chǎn)生叫做冗余出現(xiàn)的部分。因此，圖1中的實(shí)施例在整個(gè)b區(qū)就有冗余。
在該冗余部分將布置參考電平。在一個(gè)尋找區(qū)間中使用3個(gè)區(qū)域的情況下，可以看作似乎區(qū)域a和區(qū)域c沒(méi)有相互重疊，而僅是在同一點(diǎn)結(jié)束和開始，將產(chǎn)生兩個(gè)不同的冗余部分。一個(gè)冗余部分由區(qū)域b和c形成，另一個(gè)冗余部分由a和b形成。為每個(gè)冗余部分布置一個(gè)參考電平，即為三個(gè)區(qū)域布置兩個(gè)參考電平，對(duì)于四個(gè)區(qū)域布置三個(gè)參考電平，而對(duì)于N個(gè)區(qū)域，布置N-1個(gè)參考電平。因而，在附圖1的實(shí)施例中，冗余部分布置了兩個(gè)參考電平。
附圖2表示根據(jù)圖1的實(shí)施例在冗余部分如何布置這些參考電平的一個(gè)例子。尋找過(guò)程是否有效取決于如何布置參考電平。
在下一個(gè)步驟中，區(qū)域a,b和c被分割成各自的尋找區(qū)間。這樣區(qū)域a形成一個(gè)含有區(qū)域a1,a2和a3的新尋找區(qū)間，區(qū)域b形成一個(gè)含有區(qū)域b1,b2和b3的新尋找區(qū)間，區(qū)域c形成一個(gè)含有區(qū)域c1,c2和c3的新尋找區(qū)間。在該實(shí)施例中，每一個(gè)新的較小的尋找區(qū)間作成一個(gè)最接近的上級(jí)尋找區(qū)間的縮減復(fù)制，即包含區(qū)域a1,a2和a3的新尋找區(qū)間是包含區(qū)域a,b和c的尋找區(qū)間的縮減復(fù)制。
一個(gè)尋找區(qū)間能包含三個(gè)區(qū)域，而另一個(gè)尋找區(qū)域能包含三個(gè)或更多的區(qū)域。因而，包含區(qū)域a1,a2和a3的尋找區(qū)間不需要含有與由區(qū)域a,b和c形成的尋找區(qū)域一樣多的區(qū)域，它是沒(méi)有限制的，也不需要較大的尋找區(qū)間比較小的尋找區(qū)間分割的區(qū)域更多。包含在每個(gè)尋找區(qū)間中的區(qū)域的長(zhǎng)度可以不同。每個(gè)區(qū)域a1,a2和a3可以是不同的長(zhǎng)度，其它尋找區(qū)間中的區(qū)域也是如此。
因而，圖1中區(qū)域a,b和c分別形成包含新區(qū)域a1,a2和a3、區(qū)域b1,b2和b3和區(qū)域c1,c2和c3的新尋找區(qū)間。
根據(jù)前面所述，在每個(gè)這樣的新的較小尋找區(qū)間中，根據(jù)所含區(qū)域的數(shù)目布置兩個(gè)或更多的參考電平。在每個(gè)所述新的較小尋找區(qū)間中至少一個(gè)參考電平與至少一個(gè)其它參考電平共用，在此，至少一個(gè)這樣的其它參考電平屬于同一劃分步驟中的一個(gè)尋找區(qū)間，即，例如，由區(qū)域a形成的尋找區(qū)間將與區(qū)域b形成的尋找區(qū)間有共用的參考電平，一個(gè)屬于由區(qū)域c形成的尋找區(qū)間的參考電平將與由區(qū)域b形成的尋找區(qū)間具有共用的參考電平。圖2中有屬于區(qū)域a1,a2和a3、區(qū)域b1,b2和b3和區(qū)域c1,c2和c3的尋找區(qū)間的共用的參考電平的例子，例如R4和R5。在圖2所示的實(shí)施例中，尋找區(qū)間的兩個(gè)參考電平變得與另一個(gè)參考電平共用。
在下一步驟中，區(qū)域a1,a2和a3、區(qū)域b1,b2和b3和區(qū)域c1,c2和c3被分成不同的尋找區(qū)間，這樣區(qū)域a1形成包含區(qū)域a11、a12和a13的新的尋找區(qū)間，區(qū)域a2形成包含區(qū)域a21、a22和a23的新的尋找區(qū)間，區(qū)域a3形成包含區(qū)域a31、a32和a33的新的尋找區(qū)間，區(qū)域b1形成包含區(qū)域b11、b12和b13的新的尋找區(qū)間，區(qū)域b2形成包含區(qū)域b21、b22和b23的新的尋找區(qū)間，區(qū)域b3形成包含區(qū)域b31、b32和b33的新的尋找區(qū)間，c1形成包含區(qū)域c11、c12和c13的新的尋找區(qū)間，區(qū)域c2形成包含區(qū)域c21、c22和c23的新的尋找區(qū)間，區(qū)域c3形成包含區(qū)域c31、c32和c33的新的尋找區(qū)間。在該實(shí)施例中，每一個(gè)新的較小尋找區(qū)間成為最接近的上級(jí)尋找區(qū)間的縮減復(fù)制，即包含區(qū)域a11、a12和a13的新尋找區(qū)間是包含區(qū)域a1、a2和a3的尋找區(qū)間的縮減復(fù)制。
象前面披露的涉及參考電平的布置一樣，對(duì)應(yīng)于所述的尋找區(qū)間的N個(gè)區(qū)域，這些尋找區(qū)間也將含有N-1個(gè)參考電平。在此也是，每個(gè)所述尋找區(qū)間中的至少一個(gè)參考電平與至少一個(gè)其它的參考電平共用，即，例如，由區(qū)域a1形成的尋找區(qū)間將與由區(qū)域a2形成的尋找區(qū)間具有共用的參考電平，屬于由區(qū)域a3形成的尋找區(qū)間的參考電平將與由區(qū)域a2形成的尋找區(qū)間具有共用的參考電平。圖2中有共用參考電平的例子，例如R8,R9,R12,R13,R16和R17。雖未說(shuō)明，但完全可能的是，例如，將共用參考電平R5與共用的參考電平R13一起布置。同樣，將共用參考電平R9與共用參考電平R14一起布置。
按照前述方法進(jìn)行分割，直至最后的尋找區(qū)間達(dá)到預(yù)先給定的終止值。
圖3中有表示如何執(zhí)行逼近過(guò)程的流程圖的一個(gè)例子。圖3中所有的附圖標(biāo)記與圖1和圖2相對(duì)應(yīng)。
在第一步驟中，將一個(gè)未知的采樣值V與所述尋找區(qū)間的參考電平中的一個(gè)比較。在此，尋找區(qū)間是X-Y，參考電平是R2。應(yīng)強(qiáng)調(diào)，比較中所述的第一步不必從圖1和圖2所示的初始區(qū)間開始。
所述的尋找區(qū)間可以是較大尋找區(qū)間中的一部分，即，圖1和2中的尋找區(qū)間X-Y是一個(gè)原始較大尋找區(qū)間中的一部分。換句話說(shuō)，假如未知的采樣值能被定義到包含在所述的尋找區(qū)間中，逼近操作可開始于任意一個(gè)尋找區(qū)間。
逼近操作的下一步是將未知的采樣值V與參考電平R1比較。在第一個(gè)結(jié)果中，如果采樣值V小于參考電平R2，我們將從圖3的左路到達(dá)終點(diǎn)。相反，如果結(jié)果是未知的采樣值比參考電平R2大，我們將從中的右路到達(dá)終點(diǎn)。如果V＜R2，區(qū)域a或b是相關(guān)的，而區(qū)域c將被排除。如果V＞R2，區(qū)域c是相關(guān)的，而區(qū)域a和b將被排除。現(xiàn)在假設(shè)如果留在圖3中流程圖的左路，即未知的采樣值小于參考電平R2，區(qū)域a或b是相關(guān)的。下一步驟中，不依賴于未知的采樣值V和參考電平R1之間比較的結(jié)果，未知的采樣值V將和R4比較。這是由于通過(guò)在每個(gè)尋找區(qū)間中布置至少一個(gè)與另一個(gè)尋找區(qū)間中至少一個(gè)其它的參考電平共用的參考電平，在此，至少一個(gè)所述的“其它的尋找區(qū)間”也是由最接近的較大尋找區(qū)間的區(qū)域形成的，能夠預(yù)計(jì)哪一個(gè)后續(xù)參考電平將與未知的采樣值V比較。能夠理解的是我們?cè)趫D3中的流程圖的左路中，并打算將未知的采樣值與參考電平R1作比較，由于我們提前能夠準(zhǔn)備下面的比較，這樣在未知的采樣值和R4間產(chǎn)生比較，不依賴于與R1比較的結(jié)果。
因而，在下一個(gè)步驟中，未知的采樣值V與參考電平R4比較。依賴于未知的采樣值V是大于還是小于參考值R1，我們分別在左路或右路與R4比較。假設(shè)我們現(xiàn)在位于左路，即與R1比較，未知的采樣值V小于所述的參考值R1，區(qū)域a是相關(guān)的，而區(qū)域b可被排除。下一步驟中，由于對(duì)于給定的尋找區(qū)間，我們將未知的采樣值V與那個(gè)尋找區(qū)間中的每個(gè)參考值比較，此處尋找區(qū)間由區(qū)域a組成，我們將未知的采樣值V與R3比較。例如，在尋找區(qū)間含有四個(gè)區(qū)域的情況下，未知的采樣值V將與所述尋找區(qū)間的三個(gè)參考電平比較。
因而，下一個(gè)步驟中，不依賴于前述步驟中的結(jié)果，我們將未知的采樣值V與參考值R3比較。在此也是，當(dāng)我們已經(jīng)知曉我們?cè)谧舐放cR4比較時(shí)，我們準(zhǔn)備與R3作比較。因?yàn)椴僮鞑襟E總是不依賴于前面步驟的結(jié)果，所以能在同一個(gè)迭代線路中進(jìn)行兩次比較。換句話說(shuō)，取代了等候未知的采樣值和一個(gè)參考電平比較的結(jié)果，而在結(jié)果給出前準(zhǔn)備下一個(gè)步驟。那樣，由于在同一個(gè)迭代線路中作兩次比較，就可加速逼近過(guò)程。假設(shè)在未知的采樣值和參考值R4的比較中，結(jié)果是V＜R4。我們?cè)僖淮卧谧舐罚⑶抑绤^(qū)域a1和a2是相關(guān)的，區(qū)域a3就被排除。與R3比較時(shí)，我們知道在下一步驟V將和R8比較，而不依賴于與R3比較所得的結(jié)果，等等。
上述步驟持續(xù)進(jìn)行，直至未知的采樣值V以預(yù)定的精度被確定。
圖3中，不依賴于先前結(jié)果的比較用虛線表示，例如圖3中能看到當(dāng)未知的采樣值與R1比較時(shí)，左路中與R4的比較不依賴于先前步驟的結(jié)果。
該逼近過(guò)程可以是模數(shù)轉(zhuǎn)換器的一部分。由于其性能和結(jié)構(gòu)在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)公知，這種模數(shù)轉(zhuǎn)換器不再進(jìn)一步詳細(xì)描述了，并且這不是本發(fā)明的一部分。
應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明并不限于上面提到的實(shí)施例，但可在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)作出修改。
權(quán)利要求
1．一種用于模擬信號(hào)值到數(shù)字信號(hào)值的轉(zhuǎn)換的逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換的方法，包括以下步驟對(duì)每個(gè)尋找區(qū)間定義至少3個(gè)區(qū)域，這樣所述區(qū)域覆蓋整個(gè)尋找區(qū)間，每個(gè)區(qū)域至少和一個(gè)其它區(qū)域重疊，將每個(gè)這樣的區(qū)域定義成新的較小尋找區(qū)間，直至最后一個(gè)尋找區(qū)間達(dá)到預(yù)定值，在每個(gè)冗余部分內(nèi)定義參考電平，這樣在一個(gè)尋找區(qū)間中的N個(gè)區(qū)域給出N-1個(gè)參考電平，在每個(gè)尋找區(qū)間中定義至少一個(gè)參考電平與至少一個(gè)其它的參考電平相等，在此，至少一個(gè)這樣相等的參考電平屬于由最接近較大尋找區(qū)間中的區(qū)域形成的兩個(gè)尋找區(qū)間，為得到所述數(shù)字信號(hào)值將未知的采樣值與一個(gè)尋找區(qū)間中所有的參考電平比較，由此所述尋找區(qū)間中的至少2個(gè)區(qū)域被排除，并且在連續(xù)逐次逼近過(guò)程中將未知的采樣值與新的較小尋找區(qū)間中的所有參考值比較，在此，比較參考電平的每個(gè)選擇不依賴于最接近前一步驟中的結(jié)果，直至所述未知的采樣值能以預(yù)定的精度被確定。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，特征在于每個(gè)新的較小尋找區(qū)間是最接近的較大尋找區(qū)間的縮小。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，特征在于每個(gè)尋找區(qū)間中的所述區(qū)域在絕對(duì)值上相等。
4．一種用于模擬信號(hào)值到數(shù)字信號(hào)值的轉(zhuǎn)換的逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換的裝置，特征在于它被設(shè)置成為每個(gè)尋找區(qū)間定義至少3個(gè)區(qū)域，這樣所述區(qū)域覆蓋整個(gè)尋找區(qū)間，并且每個(gè)區(qū)域和至少一個(gè)其它的區(qū)域重疊，將每個(gè)所述區(qū)域定義成一個(gè)新的較小尋找區(qū)間，直至最后一個(gè)尋找區(qū)間達(dá)到預(yù)定值，在每個(gè)冗余部分內(nèi)定義一個(gè)參考電平，這樣在尋找區(qū)間中N個(gè)區(qū)域給出N-1個(gè)參考電平，定義每個(gè)尋找區(qū)間中的至少一個(gè)參考電平與至少一個(gè)其它的參考電平相等，在此，至少一個(gè)這樣相等的參考電平屬于由最接近較大尋找區(qū)間中的區(qū)域形成的兩個(gè)尋找區(qū)間，為得到所述數(shù)字信號(hào)值，將未知的采樣值與一個(gè)尋找區(qū)間中所有的參考電平比較，并在所述尋找區(qū)間中排除至少2個(gè)區(qū)域，并在所述逐次逼近處理過(guò)程中，未知的采樣值與新的較小尋找區(qū)間中的所有參考值比較，在此，比較參考電平的每個(gè)選擇不依賴于最接近的前一步驟中的結(jié)果，直至所述未知的采樣值達(dá)到預(yù)定的精度
5．根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，特征在于對(duì)于每個(gè)新的較小尋找區(qū)間，被設(shè)置成縮小最接近的較大尋找區(qū)間。
6．根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，特征在于將所述區(qū)域設(shè)置成絕對(duì)值相等的每個(gè)尋找區(qū)間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于模擬信號(hào)值到數(shù)字信號(hào)值的轉(zhuǎn)換的逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換的方法和裝置,包括以下步驟:對(duì)每個(gè)尋找區(qū)間定義至少3個(gè)區(qū)域,這樣所述區(qū)域覆蓋整個(gè)尋找區(qū)間,每個(gè)區(qū)域至少和一個(gè)其它區(qū)域重疊,將每個(gè)這樣的區(qū)域定義成新的較小尋找區(qū)間,直至最后一個(gè)尋找區(qū)間達(dá)到預(yù)定值,在每個(gè)冗余部分內(nèi)定義參考電平,這樣一個(gè)尋找區(qū)間中的N個(gè)區(qū)域給出N－1個(gè)參考電平,在一個(gè)尋找區(qū)間中定義至少一個(gè)參考電平與至少一個(gè)其它的參考電平相等,在此,至少一個(gè)這樣相等的參考電平屬于由最接近較大尋找區(qū)間中的區(qū)域形成的兩個(gè)尋找區(qū)間,為得到所述數(shù)字信號(hào)值,將一個(gè)未知的采樣值與一個(gè)尋找區(qū)間中所有的參考電平比較,由此在所述尋找區(qū)間中的至少2個(gè)區(qū)域被排除,并且,在逐次逼近操作的過(guò)程中,未知的采樣值與新的較小尋找區(qū)間中的所有參考值比較,在此,每個(gè)比較參考電平的選擇不依賴于最接近前一步驟中的結(jié)果,直至所述未知的采樣值能以預(yù)定的精度被確定。
文檔編號(hào)H03M1/38GK1297614SQ9980501
公開日2001年5月30日 申請(qǐng)日期1999年4月20日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月20日
發(fā)明者J·E·?？藗惖? A·埃德曼 申請(qǐng)人:艾利森電話股份有限公司