[发明专利]逐次逼近模拟数字转换器及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种逐次逼近模拟数字转换器(successiveapproximation analog to digital converter，SAR ADC)，尤指一种分成最大有效位(MSB)与最小有效位(LSB)等两组电容，分别耦合于比较器的正负端的逐次逼近模拟数字转换器，适用于高分辨率的SARADC。

背景技术

图1是显示传统的逐次逼近模拟数字转换器的电路示意图。在图1中，C*32/31与其右侧的所有电容构成了LSB电容组，而C*32/31左侧的所有电容则构成了MSB电容组，此为10位的SAR ADC，MSB电容组具有5位，且LSB电容组也具有5位。VIN为模拟输入信号，VREF与VREF/2为参考电压，cmpo为比较器的输出端，其所输出的为比较结果，而GND为接地。

虽然如图1所示的传统的逐次逼近模拟数字转换器，其电容的面积可以因为串接C*32/31，使两边电容组的最大与最小的电容比例缩小，但是串接的32/31并非整数，容易因为制程与制图的问题而产生转换误差。

图1中的传统电路的缺点，现在进一步说明如下：

a)需要非整数倍电容32/31串接MSB与LSB两组电容，实际制图并不容易准确，如果有误差也不容易调整。

b)每次转换过程或取样，需要所有电容参与分配电荷，拉长电位稳定的时间。

基于上述传统SAR ADC的缺点，因此需要使用更有效的电容排列方式解决传统电容排列中串连电容的比例并非整数倍的问题，使电容的匹配问题降低。

因此，发明人根据现有技术的缺点，以及改良发明的目的，提出本发明的逐次逼近模拟数字转换器及其方法。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种逐次逼近模拟数字转换器，将其所包括的电容分成MSB组与LSB组，分别耦合于比较器的非反向输入端与反向输入端或者分别耦合于比较器的反向输入端与非反向输入端，以能透过使用此更有效的电容排列方式，解决传统电容排列中，串连电容的比例并非整数倍的问题，使电容的匹配问题降低。

本发明的又一目的在于提供一种逐次逼近模拟数字转换器，包括比较器，具有反相输入端、非反相输入端与第一输出端，用以输出比较结果，最大有效位电容组，具有最大有效位，第一输入端，用以接收第一参考电压，第二输入端，用以取样模拟信号，以从该最大有效位开始进行第一转换，第三输入端，用以接收第二参考电压，以及第二输出端，用以输出第一电位值，且耦合于该反相输入端或该非反向输入端，以及最小有效位电容组，具有最小有效位，第四输入端，用以接收该第二参考电压，第三输出端，输出第二电位值，当该第二输出端耦合于该反相输入端时，该第三输出端耦合于该非反相输入端，且当该第二输出端耦合于该非反相输入端时，该第三输出端耦合于该反向输入端，其中当该最大有效位电容组进行该第一转换时，使该第二电位值保持在该第二参考电压，当该第一转换完成时，使该第一电位保持不变，并使该最小有效位电容组进行第二转换，直至进行到该最小有效位，并依据该比较结果以进行该第一与该第二转换，据以输出数字信号。

根据上述构想，该逐次逼近模拟数字转换器更包括一逐次逼近开关控制器，其中该最小有效位电容组包含m个位，该最大有效位电容组包含n-m个位，n为该逐次逼近模拟数字转换器的位数，每一该位均对应于至少一电容与至少一开关，该第一转换指该最大有效位电容组的n-m个位的转换，该第二转换为该最小有效位电容组的m个位的转换，该逐次逼近开关控制器耦合于该比较器的该第一输出端，依据该比较结果，以在进行该第一转换时，逐一切换该最大有效位电容组的每一该位的该至少一开关，用以调整每一该位的电位，据以改变该第一电位值，且在进行该第二转换时，逐一切换该最小有效位电容组的每一该位的该至少一开关，用以调整每一该位的电位，据以改变该第二电位值。

根据上述构想，该最小有效位电容组更包括第五输入端，用以接收第三参考电压，该第三参考电压为该第一参考电压除以2的m次方。

根据上述构想，该最小有效位电容组更包括第五与第六输入端，用以接收第三与第四参考电压，其中该第三与该第四参考电压的差为该第一参考电压除以2^m。

根据上述构想，该第二参考电压为该第一参考电压的1/2。

根据上述构想，该逐次逼近开关控制器包括最大有效位控制器耦合于该比较器的该第一输出端与该最大有效位电容组，用以依据该比较结果控制该最大有效位电容组，以及最小有效位控制器，耦合于该比较器的该第一输出端与该最小有效位电容组，用以依据该比较结果控制该最小有效位电容组。