[发明专利]一种高速、高精度模/数(A/D)转换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种模拟-数字(A/D)转换器，特别涉及一种能够大量减少元件数量、能以较小的电路规模实现更高精度的高速、高精度A/D转换器。

背景技术

当今的社会已经进入了高速信息数字化的时代，大量的信号需经高速、高精度数字处理，这就需要大量的高速、高精度A/D转换器。早期采用全并行转换方式(Flash闪烁结构)，n位精度的A/D转换器需要2n个具有n位线性要求的精密电阻，这些电阻经串接并将电阻串两端接至精密电源，便产生2n-1个基准电源信号，这些基准电源信号后接2n-1个高速比较器，与输入信号进行比较来确定转换值。随着转换器精度的增加，制作难度和芯片功耗将会大增，因此这种方式通常用于精度为八位或八位以下的A/D转换器。在中、高精度的高速A/D转换器中，常采用分步转换方式。所谓分步转换方式，即，A/D转换分几步进行。每一分步的精度可以较低，因此可采用全并行方式来实现。而下一分步转换的输入信号是将前一分步转换成的数字量用D/A转换器再转变回模拟量，并与前一分步的输入模拟量相减后产生的。这种分步方式较大地减少了元器件数量，但由于增加了D/A转换器及模拟量减法器，制作难度较大，工作速度不易提高。八十年代中、后期，开发了模拟开关的分步转换法。这种方法取消了常规分步法中所需的高速D/A转换器及模拟量减法器，而仅增加了高速模拟开关，因此工作速度得到较大提高，制作难度亦有所下降。

图1示出现有采用模拟开关分步法的A/D转换器电路示意图。现有的这类A/D转换器包含一个由m×p个等值精密电阻串联组成的多阶位标准电压发生器102，它的两端分别接基准电压Vref1和Vref2，其中的m×p个等值精密电阻以每p个为一组分成m组，由相邻组的连接点处接出(m-1)个阶位的粗分阶位标准电压输出端，并在组内相邻电阻的连接点处分别经一模拟开关接出(p-1)个阶位的细分标准电压输出端，同一组内的模拟开关的控制端连接在一起构成总共(n-1)个模拟开关组的控制端。多阶位标准电压发生器102的(n-1)个粗分阶位标准电压输出端分别接至一个粗分阶位标准电压判断器103的相应标准电压输入端。输入的模拟信号Vin经采样保持电路101输出采样电位至粗分阶位标准电压判断器103，经与(m-1)个粗分阶位标准电压作比较输出粗分阶位判断信号。此粗分阶位判断信号一方面经一高数位编码器104输出数字信号的高数位值，另一方面经模拟开关组选通控制器105向所选通的相应模拟开关组的控制端提供选通控制输出，使所选通的粗分组内的(p-1)个细分阶位标准电压输往一个细分阶位标准电压判断器106，经与来自采样保持电路101的采样信号相比较输出细分阶位判断信号。此细分阶位判断信号经一低数位编码器107输出数字信号的低数位值。数字信号的高数位值与数字信号的低数位值经过数位码合成器108合成后就构成转换的高精度数字输出Dout。

虽然现有这种模拟开关分步法A/D转换器不需要高速D/A转换器及高速模拟量减法器，工作速度得到较大提高，制作难度有所下降，但这种方式所需精密电阻及模拟开关数量较大。而精密电阻的制作占用较大的芯片面积，同时模拟开关数量多后连线复杂，增加了制作复杂度，从而对制作这种方式的高精度A/D转换器仍然带来一定的困难。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种能够大量减少精密电阻和模拟开关数量并降低芯片制作难度的高速与高精度模拟开关分步法的A/D转换器。

本发明的一项目的是要大量减少模拟开关分步法A/D转换器所需的精密电阻和模拟开关的数量，减少它们在芯片中占用的面积，从而降低芯片的制作难度，提高产品的合格率并降低成本。

本发明的另一目的是要在模拟开关分步法的A/D转换器中使用具有低插入效应的单向模拟开关以保证高速度和高精度A/D转换器的实现。