[发明专利]连续逼近式模拟至数字转换器与转换方法

说明书

本发明公开了连续逼近式模拟至数字转换器与转换方法。本发明揭露一种连续逼近式模拟至数字转换器，能够提高转换的准确性，包含：一连续逼近式模拟至数字转换电路，用来依据一模拟输入信号产生M个位，其中该M个位是由一最高有效位与接续于该最高有效位之后的连续M‑1个位所组成，且该M为大于1之整数；以及一多位产生电路，用来于该M个位产生后，接收该连续逼近式模拟至数字转换电路所输出之一电容数组输出信号以及一对比信号达一预定时间，再据以一次性地产生N个位，其中该N个位是由一最低有效位及先于该最低有效位之连续N‑1个位所组成，且该N为大于1之整数。

技术领域

本发明是关于模拟至数字转换技术，尤其是关于连续逼近式模拟至数字转换器与转换方法。

背景技术

连续逼近式模拟至数字转换器(Successive Approximation Analog-to-DigitalConverter)是一种依据本身所有可得的量化准位来对模拟输入信号进行二进制搜寻(Binary Search)以产生数字输出信号的转换器。在多种连续逼近式模拟至数字转换器中，电荷重分配(Charge Redistribution)连续逼近式模拟至数字转换器是种常见的实施选择，其利用一电容数组对一模拟输入信号做取样；取样后依电容值由大至小的顺序以及回授的比较结果将该电容数组中的多个电容之下电极板一一耦接至预设的电位，以在电荷守恒的情形下，逐渐调降该电容数组所输出的电压(亦即该多个电容之上电极板的电压)；接着依序比较该电容数组之输出电压与一模拟至数字转换单元(例如另一电容数组)之输出电压或一固定电压，以产生上述比较结果；以及依据该多个比较结果产生由最高有效位(Most Significant Bit,MSB)至最低有效位(Least Significant Bit,LSB)所构成之一数字输出信号。

承上所述，电荷重分配连续逼近式模拟至数字转换器是透过多次的电压比较以依序产生一数字输出信号之最高有效位至最低有效位，然而，基于连续逼近式模拟至数字转换的原理，在最后一次或数次的电压比较过程中，电容数组所输出的电压会愈来愈小，因此该输出电压会愈来愈容易受 到噪声影响，从而使最后一次或数次的电压比较结果可能有误，亦即最低有效位之位值或最后数个位之位值可能有误。为解决上述问题，一种先前技术是利用多次比较之多数决结果(Majority Vote)来产生一个位(例如最低有效位或最后数个位中的每个位)，藉此减少噪声影响，然而此种先前技术耗费太多时间于该多个额外比较上(尤其是耗费时间在比较器的重置与等待被重置的过程上)，因而牺牲了模拟至数字转换的速度且导致功耗增加。相关技术内容可见于下列文献：

(1)专利号8,749,412之美国专利；

(2)申请号14/183637之美国专利申请；

(3)Pieter Harpe,Eugenio Cantatore,Arthur van Roermund,“A2.2/2.7fJ/conversion-step 10/12b 40kS/s SAR ADC with Data-Driven Noise Reduction”,ISSCC2013/SESSION 15/DATA CONVERTER TECHNIQUES/15.2.；以及

(4)Takashi Morie,Takuji Miki,Kazuo Matsukawa,Yoji Bando,TakeshiOkumoto,Koji Obata,Shiro Sakiyama,Shiro Dosho,“A 71dB-SNDR 50MS/s4.2mW CMOSSAR ADC by SNR Enhancement Techniques Utilizing Noise”,ISSCC 2013/SESSION 15/DATA CONVERTER TECHNIQUES/15.3.。

除电荷重分配连续逼近式模拟至数字转换器外，其它类型的连续逼近式模拟至数字转换器也会有类似的问题或其它方面的问题，该多个类型的转换器及其问题习见于本领域，故在此不一一说明。

发明内容