[发明专利]分辨率对采样与保持信道的数目可互换的模拟－数字转换器

说明书

相关专利申请案

本申请案主张2005年2月24日申请的Sumit K.Mitra、Harry Hu和Pieter Schieke的题为“Analog-to-Digital Converter With Interchangeable Resolution and SamplingChannels”的第60/655,933号共同拥有的美国临时专利申请案的优先权，所述申请案为了所有目的而以引用的方式并入本文中。

技术领域

本揭示案涉及模拟-数字转换器，更确切地说，涉及具有可互换的分辨率和采样与保持放大器信道的模拟-数字转换器。

背景技术

结合用于大量不同的工业和消费应用的数字系统使用模拟-数字转换器。然而，这些不同的应用要求不同的模拟-数字转换器配置，例如采样信道数目和位分辨率。举例来说，马达控制装置可使用4信道10位的模拟-数字转换器(ADC)，而通用装置可采用单信道12位的ADC。

一般来说，可将逐步逼近寄存器ADC(SARADC)用于10和12位分辨率转换。SARADC的成本较低，消耗的操作功率较低，且具有合理的转换速度。也可结合SAR ADC使用采样与保持电路。采样与保持电路包括电容器和用以将电容器耦合到待转换的模拟电压的切换器。将这个模拟电压进行采样并保持在电容器中。接着将保持在电容器中的电压样本耦合到ADC比较器，以便将模拟电压转换成数字表示形式(例如，10或12位)。

SAR ADC中的电容器可提供两种功能：采样和转换。在采样阶段期间，电容器可存储待转换的模拟电压，例如模拟电压与内部参考电压(例如，Vdd/2)之间的电压差。电容器的电容值在采样阶段期间并不重要。当电容器与内部参考之间的切换器打开时，采样阶段结束且保持阶段开始。下一阶段是转换。在转换阶段期间，允许电容器的耦合到电压比较器的末端浮动(例如，不被驱动)。接着，在逐步逼近过程期间，通过逐步逼近寄存器(SAR)和控制电路将电容器的其它末端以二进制加权群组切换到电压参考，例如Vrefh或Vrefl(例如，接地或常用电压)。在此转换过程期间，电容器的电容值非常重要。电容器的电容值匹配的质量可能会决定SAR ADC的微分非线性(DNL)和积分非线性(INL)性能。

发明内容

需要一种具有采样与保持电路的逐步逼近寄存器模拟-数字转换器(SARADC)，其可容易地针对单采样信道ADC或多(例如四)采样信道ADC来配置。需要此种可配置的采样与保持SARADC可使用大致相同的集成电路布局。根据本揭示案的教示，可通过利用与IC小片上的SAR ADC电路采样与保持电容器相关联的金属遮罩、可编程熔丝链和/或可编程切换器，将集成电路(IC)小片上的SAR ADC电路配置成：N位的SAR ADC，例如具有多个采样信道(例如，四个(4)采样信道)的10位SARADC，其可用于(例如但不限于)马达控制应用；或者M位的SARADC(其中M＞N)，例如具有比N位SARADC少的输入采样信道(例如，一个(1)采样信道)的12位SAR ADC，其可用于(例如但不限于)普通应用。可通过存储在非易失性存储器(例如，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪存储器等)中的位图案来控制可编程切换器。因此，相同的可配置SAR ADC IC遮罩组布局可用于专门马达控制和/或较普通的应用。

根据本揭示案的教示，可将与SAR ADC的电容器区域结合的分别(例如)为位可配置或金属遮罩可配置的切换器或金属连接选项连接成单采样信道12位电容器配置或四采样信道10位电容器配置。SAR ADC电路的其它所有部分对于任一配置可以是大致相同的，例如数字-模拟转换器(DAC)、逐步逼近寄存器(SAR)、ADC控制器、输入采样与保持切换器、比较器等。所述SAR ADC可包括用于低位分辨率的电阻器数字-模拟转换器(RDAC)与用于高位分辨率的电荷重新分配数字-模拟转换器(CDAC)结合。这种结合也可称为“混合SAR DAC”，且可有利于使用容易在集成电路小片上制造的电路来进行有效、低成本、低功率且快速的模拟-数字转换。

可预期且在本揭示案范围内的是，根据本揭示案的多个电容器区域可配置用于各种位分辨率值和采样与保持信道的数目，且可与使用CDAC的SAR ADC一起使用。