[发明专利]可在低电压下运作的两级模数转换电路

说明书

本发明涉及一种模数转换(A/D)电路，特别是涉及一种包括一个减运算电路和低精度和高精度的两个模数转换器的两级模数转换电路。

A/D转换电路的本质是用数字电路来处理模拟信号。现在人们已设计出各种A/D转换电路并投入使用。作为一种A/D转换电路的两级A/D转换电路为该领域的技术人员所熟知。

如图1所示，一种现有的两级A/D转换电路中包括：一个输入要被转换的模拟信号的输入端IN、一个第一缓冲电路BF1、一个低精度A/D转换器AD1、一个减运算电路SUB、一个第二缓冲器BF2、一个高精度A/D转换器AD2、以及一个输出缓冲器OBF。该缓冲电路BF1作为采样/保持(S/A)电路用于对模拟信号采样，并保持采样电平。被采样保持的模拟电平经低精度A/D转换器AD1进行低精度的A/D转换；同时产生表示高位或高有效位的数字数据并输入到输出缓冲器OBF和减运算电路SUB。

减运算电路SUB上带有一个模拟电压输入节点或端子1、一个减运算结果输出端2、一个减运算电阻Rs、以及一个数模(D/A)转换器DA1。来自A/D转换器AD1的数字数据经D/A转换器DA1进行D/A转换。该D/A转换器DA1由多个单位电流源和开关(两者都未示出)组成，用于在电流端4a产生代表数字数据D1的电流并在另一电流端4b产生其互补电流。也就是说，在端子4a的电流值14a随着数字数据D1数值的增大而增大。电流I4a流经电阻Rs并在其两端产生电压差。这样，减运算电路SUB减去对应于从采样模拟电平转换而得的数字数据的最高有较数据位的模拟电平。

该减运算的结果(即剩余的模拟电平)输入到高精度A/D转换器AD2并进行A/D转换，同时产生代表低位或低有效位的其他数字数据D2，并输入到输出缓冲器OBF。该输出缓冲器OBF把这两个数字数据D1和D2合并，并作为对应于该采样模拟电平的数字数据进行输出。

图2表示图1中的减运算电路SUB的输出端2的电压V2与减运算电路SUB的输入端1的电压V1之间的关系，以及分别流过端子4a和4b的电流I4a和I4b与电压V1之间的关系。当电压V1增高时，阶段式地把来自单位电流源的电流加到电流I4a上，相反地，阶段式地从电流I4a减去单位电流源的电流，如图2所示。电压V2为从电压V1减去电流I4a与电阻Rs的电阻值Rs的乘积I4a×Rs所得的结果。

图3所示的是在日本专利特开平5-95287中公开的两级A/D转换电路，其中与图1所示结构相同的部分以相同的附图标记表示，并略去其具体说明。在该转换电路中，D/A转换器DA1的电流端4a和4b分别与电阻Rs的两端3和5相连，即减运算电路SUB的输出端2和输入端1。在图1的转换电路中，流入端子4a的电流是从BF1输出并流经电阻Rs后。才流入端子4a的。因此，如果BF1的输出阻抗较高。电流I4a中就包含了由于该高输出阻抗所产生的误差。相反，在图3中，电流I4a和I4b都来自缓冲器BF1，并且电流I4a与电流14b互补地变化。D/A转换器DA1的总电流Ifs由(1)式得出：

Ifs=I4a+I4b    (1)相应地，从缓冲器BF1流出经过端子1流入D/A转换器DA1的电流为常量，而与端子1的电压值V1无关。即使BF1的输出阻抗较高也不会产生误差。在此，在端子1和2的电压V1和V2以及在端子4a和4b的电流的特性曲线与图2所示相同。

但是，这些A/D转换电路中存在如下问题：减运算电路SUB的输出电压V2表示被采样的模拟电平减去在电阻Rs两端的电压降Rs×I4a。该电压降的最大电平为Vfs(=Rs×Ifs)。因此，当电源电压下降或模拟信号的振幅变大时，缓冲器电路BF2不能运作。例如，如果电源电压Vcc设为2.5V，该A/D转换器的振幅电压Vfs设为0.5V,V1的中值电压设为等于电源电压Vcc的中值电压1.25V，电压V2的中幅电压为1V。如果缓冲器BF2为由双极晶体管形成的差分电路，由于基-射电压VBE为0.8V，而差分缓冲器的恒流源晶体管的集-射电压Vcc最多只为0.2V。则该晶体不能导通。如果模拟信号的振幅电压Vfs增大情况会更槽。

本发明的目的在于提供一种改进的两极A/D转换电路。

本发明的另一目的在于提供一种能在低电源电压下运作的两级A/D电路。

本发明的A/D转换电路的主要特点是在减运算电阻的一端与电源端之间增加一个电流源。

采用这种方案，与现有转换电路不同的是提供给高精度A/D转换器的电平升高。相应地构成A/D转换电路各部分的每个晶体管即使在电源电压较低或输入模拟信号的振幅较大时也可得到使晶体管运作起来的必要偏压。