[发明专利]混合模拟-数字转换器和混合模拟-数字转换方法

说明书

一种混合模拟‑数字转换器包括多个模拟‑数字转换电路和一个合并电路。所述多个模拟‑数字转换电路分别用于为同一个模拟输入产生局部数字输出，其中，所述多个模拟‑数字转换电路包括数字斜坡模拟‑数字转换器用于在时间域执行信号量化处理。所述合并电路用于合并所述多个模拟‑数字转换电路产生的局部数字输出，以产生所述模拟输入的最终的数字输出。

本申请要求申请日为2014年8月28日，申请号为62/042,886的美国临时专利的优先权，该美国专利的全部内容均包含在本发明中。

【技术领域】

本发明所披露的实施例涉及将模拟输入转换为数字输出，更具体的，涉及一种使用数字斜坡模拟-数字转换器的混合模拟-数字转换器和相应的混合模拟-数字转换方法。

【背景技术】

逐次逼近寄存器(Successive Approximation Register，SAR)模拟-数字转换器(Analog to Digital Converter，ADC)为通过搜索机制(search scheme)将连续的模拟波形转换为离散的表现的模拟-数字转换器。一种最常见的SAR ADC，开关电容器(switched-capacitor)(或电荷再分配)SAR ADC，使用由多个电容器构成的开关电容器网络。所述多个电容器基于搜索机制独立地被切换以获得模拟输入的逼近(approximation)。

近年来，基于互补金属氧化物半导体技术，SAR ADC的操作速度得到改善。在8比特至10比特的分辨率时，SAR ADC每秒可获得几百兆采样点(MS/s)。高速SAR ADC的信号噪声比(Signal-to-Noise Ratio，SNR)主要取决于比较器噪声并通常限定在50dB-60dB。所述比较器的功率消耗可以指数方式增加以抑制所限定的比较时间内的比较器噪声，由此改善所述信号噪声比。关于传统的容噪(noise-tolerant)SAR ADC，其通过使用粗糙的(coarse)比较器来降低第一比特周期内的比较器功率，但精细的(fine)比较器在接下来的比特周期仍然会消耗大量的功率以获得超过60dB的信噪比。关于传统的SAR辅助流水线(SAR-assistedpipelined)ADC，其可不需要低噪声比较器，但会引入级间增益误差(gain error)。而增益校准增加了设计的复杂度。此外，放大器和后面各级将给ADC引发额外的噪声和面积。关于传统的全差分数字斜坡(fully-differential digital slope)ADC，其由于在时间域量化信号而存在固有的低噪声，但是其硬件和分辨率呈指数增长，并且每增加1比特分辨率，其最大转化率将减半。因此，该传统的全差分数字斜坡ADC对于高于8比特的分辨率没有任何吸引力。

因此，需要一个全新的ADC的设计来获取低功率消耗、低噪声以及高分辨率。

【发明内容】

对应于本发明的示范性实施例，本发明提供了一种使用数字斜坡模拟-数字转换器的混合模拟-数字转换器和相应的混合模拟-数字转换方法。

依据本发明的第一方面，提供了一种典型的混合模拟-数字转换器(ADC)。所述典型的混合ADC包括多个模拟-数字转换电路和一个合并电路。所述多个模拟-数字转换电路分别用于为同一个模拟输入产生局部数字输出，其中，所述多个模拟-数字转换电路包括数字斜坡模拟-数字转换器用于在时间域执行信号量化处理。所述合并电路用于合并所述多个模拟-数字转换电路产生的局部数字输出，以产生所述模拟输入的最终的数字输出。

依据本发明的第二方面，提供一种典型的混合ADC转换方法。所述典型的混合ADC转换方法包括：执行多个模拟-数字转换，以分别为同一个模拟输入产生局部数字输出，其中，所述多个模拟-数字转换包括数字斜坡模拟-数字转换用于在时间域执行信号量化处理；以及合并所述多个模拟-数字转换产生的多个局部数字输出，以产生所述模拟输入的最终的数字输出。

在阅读了接下来各图形和图示中描述的本发明的优选的实施例的详细说明之后，对本领域技术人员而言，本发明的目的是显而易见地。