[发明专利]模数转换器及控制方法

说明书

本发明涉及模数转换领域，公开一种将模拟输入信号转换为数字输出信号的方法及转换器，该方法包括将数控偏移电压添加到逐次逼近模数转换器电路的比较级中，其中数控偏移电压呈周期性重复，每个周期内包括至少2^(K+1)个电压步进，且每个电压步进的值分别等于与N位数字信号的最低有效位(LSB)对应的模拟电压(ALSB)的整数倍与2^(‑K)的乘积，操作逐次逼近模数转换器电路，根据至少2^(K+1)个步进的数控偏移电压，依次产生至少2^(K+1)个N位数字信号，将至少2^(K+1)个N位数字信号相加得到求和结果，通过除法器模块将求和结果进行除法得到(N+K)位数字信号。

本申请要求于2021年1月29日提交的题为“ADC Apparatus and Control Method”的美国临时申请第63/143,537号的权益以及要求于2021年12月16日提交的美国正式申请第17/644,589号的权益，该申请通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及模数转换器(ADC)，并且在特定实施例中，涉及逐次逼近ADC。

背景技术

ADC通常用于电子系统中以将模拟信号转换为数字信号。数字信号可以由各种数字处理器进一步处理，例如数字音频/视频处理器、无线通信处理器等。在某些应用中，ADC可以作为独立的半导体器件来实现。或者，ADC可以与其他电路集成在单个集成电路上。在各种ADC中，逐次逼近型ADC被广泛应用于各种需要良好分辨率和精度的应用中。

逐次逼近ADC通过在多个时钟周期内将数模转换器(DAC)的各种输出值与输入模拟信号进行比较来将模拟信号转换为数字信号。例如，在第一个转换周期中，数字信号的最高有效位(MSB)是通过比较输入模拟信号与DAC的中量程输出(即对应于100...00的模拟输出，其中DAC的MSB设置为逻辑1)来确定的。如果输入模拟信号的值大于DAC的中量程输出，则数字信号的MSB设置为逻辑1。另一方面，如果输入模拟信号的值小于DAC的中量程输出，则数字信号的MSB设置为逻辑零。在第二个转换周期中，根据第一个转换周期的结果，将输入模拟信号与DAC的1/4量程或3/4量程输出进行比较。在第二个转换周期中，确定第二个最高有效位。上述比较方法一直持续到数字信号的最低有效位(LSB)。一旦确定了LSB，模数转换就完成了，数字信号存储在逐次逼近ADC的寄存器中。

通用分辨率的逐次逼近ADC(例如，10位分辨率)对于大多数应用来说就足够了。然而，在某些应用中可能需要更高分辨率的逐次逼近ADC(例如11位或12位分辨率)。期望有一种简单可靠的方法来提高通用分辨率逐次逼近ADC的分辨率，以满足不同的应用需求。

发明内容

本公开的优选实施例通过将数控偏移电压添加到逐次逼近的比较级中来提供更高分辨率的逐次逼近ADC来解决或规避这些和其他问题的。

根据一个实施例，一种将模拟输入信号转换为数字输出信号的方法包括将数控偏移电压添加到逐次逼近模数转换器电路的比较级中，其中数控偏移电压呈周期性重复，每个周期内包括至少2^(K+1)个电压步进，且每个电压步进的值分别等于与N位的数字信号的最低有效位(LSB)对应的模拟电压(ALSB)的整数倍乘以2^(-K)，根据至少2^(K+1)步数控偏移电压，操作逐次逼近模数转换器电路顺序产生至少2^(K+1)个N位数字信号，将至少2^(K+1)个N位数字信号相加得到相加结果，并通过除法模块对相加结果进行除法得到具有(N+K)位的数字信号。