專利名稱：模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(Analog-to-Digital Circuit, ADC)。
技術(shù)背景隨著通信網(wǎng)絡(luò)頻寬不斷地增加，使得適用于前端的模擬轉(zhuǎn)數(shù)字電路 (Analog-to-Digital Circuit, ADC)的轉(zhuǎn)換速度也必須不斷的提升以達(dá)到整個(gè)系 統(tǒng)的需求，例如在超寬頻(Ultra-Wideband, UWB)無線通信與部分響應(yīng)最大似 然(Partial Response-Maximum Likelihood, PRML)上，就非常需要具有低至中 分辨率及高速取樣頻率的模擬轉(zhuǎn)數(shù)字電路，所以發(fā)展具有校正能力的高速模 擬轉(zhuǎn)數(shù)字電路來降低功率消耗。在高速快閃模擬轉(zhuǎn)數(shù)字電路(Flash ADC)中，主要影響效率的來源為參考 階梯(reference ladder)電阻值工藝變異及比較器(含前置放大器(preamp)與鎖 存器(latch))路徑上晶體管不匹配所產(chǎn)生的偏移電壓(offset voltage, Vos)。為了 使比較器較不受輸入偏移電壓影響時(shí)，往往需要更大長寬比的晶體管，卻會(huì) 讓電容寄生效應(yīng)愈加嚴(yán)重，使得模擬轉(zhuǎn)數(shù)字電路在高頻操作時(shí)受到限制，也 會(huì)讓取樣電路消耗更多的功率。觀察目前發(fā)展具有校正機(jī)制的快閃模擬轉(zhuǎn)數(shù) 字電路中，用以補(bǔ)償功率消耗將是未來的主流。圖1繪示為美國專利公告號第US5,789,974號專利申請的可校正放大器 直流偏移量的電路圖。請參考圖1,在校正過程中，將放大器的負(fù)輸入端接 地，故可以將放大器兩輸入端的等效偏移電壓經(jīng)由開回路組態(tài)放大至邏輯電 平，再判斷該邏輯值來驅(qū)動(dòng)偏移補(bǔ)償電路來抵消偏移電壓。此技術(shù)可將放大 器的偏移電壓補(bǔ)償至最小。圖2繪示為美國專利公告號第US5,696,508號專利申請的比較器偏移量 補(bǔ)償轉(zhuǎn)換器的電路圖。請參考圖2，假設(shè)偏移電壓變異大于l LSB，所以在 校正過程中，經(jīng)由切換參考階梯12上士3LSB后，與鄰近的抽頭(tap)相比來 找出此抽頭上的最小的偏移量。此技術(shù)由于只能校正士1LSB的偏移電壓值， 所以不適用于高精確度的模擬轉(zhuǎn)數(shù)字電路補(bǔ)償。 圖3繪示為美國專利公告號第US6,515,464號專利申請的使用微控制器 于模擬裝置的輸入電壓偏移校正的電路圖。請參考圖3,利用微控制器送出 控制碼至校正邏輯后補(bǔ)償模擬元件的偏移電壓，并判斷運(yùn)算放大器輸出電壓 是否大于比較器的正端電壓。比較器輸出若有轉(zhuǎn)態(tài)發(fā)生時(shí)，微控制器將運(yùn)算 放大器的偏移電壓求出，并透過校正邏輯補(bǔ)償運(yùn)算放大器。然而，因?yàn)楸容^ 器本身也會(huì)受偏移電壓影響，致使此技術(shù)無法將運(yùn)算放大器的偏移電壓補(bǔ)償 至最小。圖4繪示為美國專利公告號第US7,075,465號專利申請的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換 器的比較器偏移量校正的電路圖。請參考圖4，校正控制單元的計(jì)數(shù)器所輸 出的遞增斜波(ramp)經(jīng)過數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器DAC1 DAC7轉(zhuǎn)換產(chǎn)生校正電壓 V—CAL1 V—CAL7,以^更校正比較器COMPl COMP7。于校正期間，分別 使比較器COMPl COMP7的二輸入端接收參考電壓REF1 REF7。在計(jì)數(shù)器 持續(xù)遞增的過程中，當(dāng)比較器COMPl COMP7有轉(zhuǎn)態(tài)點(diǎn)發(fā)生，即停止校正 發(fā)生轉(zhuǎn)態(tài)的比較器及其遞增斜坡。此方法可補(bǔ)償高精確度的比較器。圖5繪示為美國專利公告號第US6,847,320號專利申請的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換 器的線性補(bǔ)償?shù)碾娐穲D。在平均電阻(averaging resistor)與下級前置放大器 (preamp)間串聯(lián)調(diào)整電阻。另外在校正過程中，會(huì)有調(diào)整電流流經(jīng)調(diào)整電阻 來降低模擬轉(zhuǎn)數(shù)字電路受偏移電壓的影響，改善了模擬轉(zhuǎn)數(shù)字電路的線性度。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，可有效地解決電路中的偏移電壓，亦 可達(dá)到低功率功能需求，本發(fā)明所提及的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器可校正。本發(fā)明提供一種模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，包括至少一轉(zhuǎn)換單元,其中此轉(zhuǎn)換單 元包括比較器、控制單元、計(jì)數(shù)單元及校正單元。比較器用以比較其第一輸 入端與第二輸入端的電壓，并輸出比較結(jié)果?？刂茊卧獧z查比較器的比較結(jié) 果而輸出控制信號。計(jì)數(shù)單元依據(jù)控制信號進(jìn)行計(jì)數(shù)操作，并輸出計(jì)數(shù)結(jié)果。 校正單元提供參考電壓至比較器的第二輸入端，并且依據(jù)計(jì)數(shù)單元的計(jì)數(shù)結(jié) 果調(diào)整參考電壓的電平。本發(fā)明因采用校正單元取代傳統(tǒng)電路中的參考階梯電阻，因此不會(huì)有參 考階梯電阻值的影響，并且可有效地解決比較器等效輸入偏移電壓路徑上的
總偏移電壓。數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換單元與控制單元在校正完成后皆不消耗功率，可 達(dá)到低功率功能的需求。為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉優(yōu)選實(shí)施例，并 配合附圖，作詳細(xì)說明如下。


圖1繪示為已知的可校正放大器直流偏移量的電路圖。圖2繪示為已知的比較器偏移量補(bǔ)償轉(zhuǎn)換器的電路圖。圖3繪示為已知的使用微控制器于模擬裝置的輸入電壓偏移校正的電路圖。圖4繪示為已知的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的比較器偏移量校正的電路圖。圖5繪示為已知的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的線性補(bǔ)償?shù)碾娐穲D。圖6繪示為本發(fā)明實(shí)施例的可校正模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的方塊圖。圖7繪示為依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例說明圖6可校正模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的電路圖。圖8繪示為圖7的受控電流源的實(shí)施范例。圖9繪示為轉(zhuǎn)換單元的電路方塊圖。圖IO繪示為圖9的校正時(shí)序圖。圖11繪示為根據(jù)圖7的校正時(shí)序圖。圖12繪示為本發(fā)明實(shí)施例的可校正模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的校正流程圖。主要元件符號說明
DAC1 DAC7:數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器 V—CAL1 V—CAL7:校正電壓 COMPl COMP7: 4交正比較器 REF1 REF7:參考電壓 600:模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器601— 0-601—a:轉(zhuǎn)換單元602— 0~602—a:比較器603— 0 603—a:控制單元 604_0~604—a:計(jì)數(shù)單元 605 0~605 a:校正單元
610:數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換單元 620:切換單元 630:計(jì)數(shù)器 640:編碼器OCE:偏移補(bǔ)償使能信號 Vin:才莫擬輸入信號 Vs(i):標(biāo)準(zhǔn)電壓 Ss:選擇信號 Vs(i):標(biāo)準(zhǔn)電壓 T(0) T(a):比較結(jié)果 Vref—0~ Vref—a:參考電壓 704—0 704—a:受控電流源701— 0~701—a:電流電壓轉(zhuǎn)換器 Ic(b):參考電流源/槽 Rc_0~Rc—a:電阻Ml—0 M1—a:晶體管702— 0-702—a:前置放大器 703一0 703—a:鎖存器S2、 S3:開關(guān)Vos(0)~ Vos(a):等效偏移電壓Vc(0) Vc(a):比較器602_0~602—a的第二輸入端電壓 S1201 S1209:本發(fā)明實(shí)施例的步驟具體實(shí)施方式
圖6繪示為本發(fā)明實(shí)施例的可校正模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的方塊圖。此模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器600包括多個(gè)轉(zhuǎn)換單元601—0、 601—1..... 601—a、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換(digital-to-analog conversion, DAC)單元610、切換單元620、計(jì)數(shù)器630以及 編碼器640。其中，a = 0~2n-l為轉(zhuǎn)換器的個(gè)數(shù)，而n為編碼器640的輸出比 特?cái)?shù)。例如，若模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器600為4比特轉(zhuǎn)換器，則a = 24-l = 15，亦 即此模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器600包括16個(gè)轉(zhuǎn)換單元601一0 601—15;若模擬數(shù)字轉(zhuǎn) 換器600為6比特轉(zhuǎn)換器，則a = 26-l = 63，亦即此模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器600包
括64個(gè)轉(zhuǎn)換單元601_0~601—63)。模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器600是通過偏移補(bǔ)償使能(offset calibration enable, OCE) 信號(亦即信號OCE)而進(jìn)入補(bǔ)償狀態(tài)。在正常操作期間，通過信號OCE將 數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換單元610與計(jì)數(shù)器630禁用。切換單元620受控于信號OCE, 而將模擬輸入信號Vin導(dǎo)接至轉(zhuǎn)換單元601—0~601—a。轉(zhuǎn)換單元601—0-601—a 將模擬輸入信號Vin轉(zhuǎn)換成數(shù)字溫度計(jì)代碼。編碼器640將轉(zhuǎn)換單元601— 0~601—a所輸出的溫度計(jì)代碼(thermometer code)轉(zhuǎn)換成另 一數(shù)字代碼 (例^口 Gray code、 binary code等)。在校正操作期間，通過信號OCE將數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換單元610與計(jì)數(shù)器630 使能。切換單元620將數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換單元610所輸出的標(biāo)準(zhǔn)電壓Vs(i)導(dǎo)接 至轉(zhuǎn)換單元601—0~601—a。上述i為整數(shù)，且0《i < 2n-l。計(jì)數(shù)器630 可以是一個(gè)mod-2n遞增遞減計(jì)數(shù)器，亦即計(jì)數(shù)器630可以在0-2n-l的范圍 內(nèi)進(jìn)行增/減數(shù)計(jì)數(shù)。在本實(shí)施例中是利用計(jì)數(shù)器630的計(jì)數(shù)結(jié)果做為選擇信 號Ss。計(jì)數(shù)器630提供選擇信號Ss至轉(zhuǎn)換單元601—0 601—a,以便決定哪 一個(gè)轉(zhuǎn)換單元可以進(jìn)行校正。同時(shí)，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換單元610將選擇信號Ss 轉(zhuǎn)換為相對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電壓Vs(i)。此標(biāo)準(zhǔn)電壓Vs(i)將經(jīng)由切換單元620傳送 至轉(zhuǎn)換單元601—0~601_a。配合選擇信號Ss的控制，轉(zhuǎn)換單元601_0~601—a 可以使用標(biāo)準(zhǔn)電壓Vs(i)來進(jìn)行校正。以下將說明轉(zhuǎn)換單元601—0的實(shí)施方式，其余轉(zhuǎn)換單元601—1 -601—a 可以參照轉(zhuǎn)換單元601—0實(shí)施。轉(zhuǎn)換單元601—0包括比較器602—0、控制單 元603_0、計(jì)數(shù)單元604_0、校正單元605—0。比較器602—0用以比較其第一 輸入端(例如為正輸入端)與第二輸入端(例如為負(fù)輸入端)的電壓，并輸出比 較結(jié)果T(0)至編碼器640。例如，當(dāng)T(O) = 1時(shí)，表示比較器602—0的正輸 入端電壓大于負(fù)輸入端電壓；當(dāng)丁(0) = 0時(shí)，表示比較器602—0的正輸入端 電壓小于負(fù)輸入端電壓；當(dāng)T(O)處于亞穩(wěn)態(tài)(metastability)時(shí)，表示比較器602— 0的正輸入端電壓近似于負(fù)輸入端電壓?？刂茊卧?03—0依據(jù)計(jì)數(shù)器630所輸出的選擇信號Ss而決定是否檢查 比較器602—0的比較結(jié)果T(0)。若選擇信號Ss表示選擇轉(zhuǎn)換單元601—0,則 控制單元603_0檢查比較器602—0的比較結(jié)果T(O)的電平，并據(jù)以輸出控制 信號Sc(0)至計(jì)數(shù)單元604_0。在本實(shí)施例中，計(jì)數(shù)單元604—O例如為一mod-B遞增遞減計(jì)數(shù)器，其中mod-B為控制補(bǔ)償?shù)姆直媛剩鳥的大小可由使用者自行選擇。在此可以設(shè) 定計(jì)數(shù)單元604J)每步長為補(bǔ)償± 1/4LSB或± 1/2LSB補(bǔ)償量或是其他補(bǔ)償 量，如此可以將比較器602—0的偏移電壓補(bǔ)償至最小誤差量。計(jì)數(shù)單元604—0 依據(jù)控制信號Sc(O)的控制而進(jìn)行計(jì)數(shù)操作。亦即，計(jì)數(shù)單元604—0可以依 據(jù)控制信號Sc(O)的控制而執(zhí)行遞增功能、遞減功能、以及停止計(jì)數(shù)功能。 計(jì)數(shù)單元604—0將計(jì)數(shù)結(jié)果輸出至校正單元605—0。校正單元605—0提供參考電壓Vref一0至比較器602—0的第二輸入端，并 且依據(jù)計(jì)數(shù)單元604_0的計(jì)數(shù)結(jié)果調(diào)整參考電壓Vref—0的電平。在此同時(shí)， 數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換單元610亦依據(jù)選擇信號Ss而輸出相對應(yīng)的模擬標(biāo)準(zhǔn)電壓 Vs(O)。此模擬標(biāo)準(zhǔn)電壓Vs(O)經(jīng)由切換單元620輸入至比較器601_0的第一 輸入端。圖7繪示為依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例說明圖6可校正模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的電路 圖。校正單元605—0包括受控電流源704—0及電流電壓轉(zhuǎn)換器701—0。受控 電流源704_0提供參考電流源/槽Ic(b),并且依據(jù)計(jì)數(shù)單元604—0的計(jì)數(shù)結(jié) 果調(diào)整參考電流源/槽Ic(b)。電流電壓轉(zhuǎn)換器701—0耦接至受控電流源704—0。 電流電壓轉(zhuǎn)換器701—0尚包括電阻Rc一O及晶體管Ml—0。電阻Rc一O的第一 端耦接至受控電流源704_0。晶體管(例如為NMOS晶體管)M1一0的漏極與 柵極耦接至電阻RcJ)的第二端，其源極耦接至第一電壓(亦即界定清楚的電 壓，例如為接地電壓)。因此，電流電壓轉(zhuǎn)換器701—0可以將受控電流源704_0 所輸出的參考電流Ic(b)轉(zhuǎn)換為參考電壓VrefJ)。所屬領(lǐng)域具有通常知識者可以任何手段實(shí)現(xiàn)受控電流源704—0。例如， 圖8是依據(jù)本發(fā)明說明受控電流源704—0的其中一個(gè)實(shí)施例。請參照圖8, 受控電流源704_0包括多個(gè)子電流源，每一子電流源各自提供不同大小的電流I、 21、 41.....2hI。每一子電流源依據(jù)計(jì)數(shù)單元604—0的計(jì)數(shù)結(jié)杲而各自決定是否提供電流。例如，當(dāng)計(jì)數(shù)單元604—0計(jì)數(shù)值為1時(shí)，則受控電流 源704—O提供電流I做為參考電流Ic(b);當(dāng)計(jì)數(shù)單元604一a計(jì)數(shù)值為2時(shí)， 則受控電流源704—0提供電流2I做為參考電流Ic(b)。因此當(dāng)計(jì)數(shù)單元604—a 每往上計(jì)數(shù)一次，便使參考電流Ic(b)增加一步長的電流I (I的大小可由使用 者自行決定)。因此，可以依據(jù)計(jì)數(shù)單元604—0的計(jì)數(shù)結(jié)果而調(diào)整受控電流 源704—O輸出的參考電流Ic(b),進(jìn)而決定參考電壓VrefJ)的電平。請繼續(xù)參照圖7，比較器602_0可以包括前置放大器702—0及鎖存器703—0。通過鎖存器703_0將前置放大器702—0的輸出信號進(jìn)行鎖存，可使 得比較器602—0的輸出信號更明確為高邏輯電平"1"或低邏輯電平"0"。 前置放大器702—O的第一輸入端(例如為正輸入端)與第二輸入端(例如為負(fù)輸 入端)分別做為比較器601—0的第一輸入端與第二輸入端。鎖存器703_0的 輸入端耦接至前置放大器702—0的輸出端，而鎖存器703_0的輸出端輸出比 較結(jié)果T(O)。圖7的切換單元620可以包括開關(guān)S2與S3。于正常操作期間，通過信 號OCE致使開關(guān)S2導(dǎo)通并使開關(guān)S3關(guān)閉，使得模擬輸入信號Vin導(dǎo)接至 比較器602—0的第一輸入端。于校正操作期間，通過信號OCE致使開關(guān)S3 導(dǎo)通并使開關(guān)S2關(guān)閉，使得數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換單元610所輸出的標(biāo)準(zhǔn)電壓Vs(i) 導(dǎo)接至比較器602—0的第一輸入端。接下來將配合圖9與圖10來說明轉(zhuǎn)換單元601_0的才交正過程。其他轉(zhuǎn) 換單元601—1~601_&的校正過程與轉(zhuǎn)換單元601_0相似，故不再贅述。圖9 繪示為轉(zhuǎn)換單元601_0的電路方塊圖。圖IO繪示為圖9的校正時(shí)序圖。請 參考圖9、 10,首先，設(shè)定計(jì)數(shù)單元60七0的初始值為b-BQ(亦即計(jì)數(shù)單 元604—0計(jì)數(shù)范圍的中間值)，并且假設(shè)選擇信號Ss指定轉(zhuǎn)換單元601—0進(jìn) 行校正程序(此時(shí)數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換單元610所輸出的標(biāo)準(zhǔn)電壓Vs(i) = Vs(O))。圖 9中符號V。s(0)表示轉(zhuǎn)換單元601_0內(nèi)部的等效偏移電壓。此時(shí)比較器602—0 的輸出函數(shù)為式(1卜式(3),其中參考電壓Vref—0 = Ic(b)*Rc—0 + VDS1,而VDS1 表示晶體管Ml—0的漏極-源極電壓。T(0)=1; if Vs(O) > Vref一O ± Vos(0) 式(l)T(0)=0; if Vs(O) < VrefJ) ± Vos(0) 式(2)T(0)=metastability; if Vs(O)三Vref—0 ± Vos(0) 式(3)例如圖10中時(shí)間tl，假設(shè)比較器602—0的輸出函數(shù)T(0)為式(1)時(shí)，即 表示此時(shí)Vs(O) > Vref_0 ± Vos(0)。因此，控制單元603一0控制計(jì)數(shù)單元6(M—0 由初始值b = B/2每次往上遞增一個(gè)步長，使得參考電流Ic(b)逐漸增力o(亦即 參考電壓Vref—0每次增加一個(gè)步長)，使得比較器602—0的第二輸入端電壓 Vc(O)(即Vref_0 ± Vos(0》慢慢往Vs(O)靠近。例如圖10中時(shí)間t2，當(dāng)?shù)刃齐妷篤os(O)凈皮抵消至最小時(shí)，會(huì)使得 比較器的輸出T(O)進(jìn)入亞穩(wěn)態(tài)區(qū)(此時(shí)比較器602_0的輸出函數(shù)T(O)則為式 (3))。然而計(jì)數(shù)單元604—0依舊往上遞增，直到當(dāng)比較器602—0的輸出T(O) 有轉(zhuǎn)態(tài)發(fā)生時(shí)，控制單元603—(H更立即控制計(jì)數(shù)單元604—0停止計(jì)數(shù)。此時(shí) 比較器602—0的輸出函數(shù)T(0)則為式(2)。但是由于對等效偏移電壓Vos(a) 補(bǔ)償最小時(shí)，比較器應(yīng)在亞穩(wěn)態(tài)區(qū)，故控制單元603_0可以控制計(jì)數(shù)單元604— 0將計(jì)數(shù)值b減l(例如從原先b = B/2 + 4變成b = B/2 + 3,如圖10中時(shí) 間M)。然后，計(jì)數(shù)單元6(MJ)保持輸出減l后的b值(圖10為B/2 + 3)。由于比較器602_0的偏移電壓分為靜態(tài)偏移與動(dòng)態(tài)偏移，所以上述校正 過程可以有效的將靜態(tài)偏移壓抑至最小。而在處理動(dòng)態(tài)偏移時(shí)，可以采用高 速高解析的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換單元610來解決動(dòng)態(tài)偏移上的問題。而校正單元605— 0不但取代了已知參考階梯抽頭的位置，并且也具有校正偏移電壓的能 力。圖11繪示為根據(jù)圖7的校正時(shí)序圖。請同時(shí)參考圖6、 7與11。假設(shè)模 擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器600的比特?cái)?shù)為6 bit(亦即轉(zhuǎn)換單元個(gè)數(shù)為26=64, 601—0-601—63)。另外假設(shè)計(jì)數(shù)單元604—0~604—63為mod-16的遞增遞減計(jì) 數(shù)器，所以在初始狀態(tài)先設(shè)定b-B/2-8。經(jīng)由信號OCE啟動(dòng)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器600進(jìn)入校正狀態(tài)。此時(shí)開關(guān)S2會(huì) 依據(jù)信號OCE而呈截止?fàn)顟B(tài)，并且開關(guān)S3會(huì)依據(jù)信號OCE而呈導(dǎo)通狀態(tài)。 透過計(jì)數(shù)器630的控制，轉(zhuǎn)換單元601—0 601—63可以依據(jù)選擇信號Ss而決 定進(jìn)行校正的時(shí)序。若計(jì)數(shù)器630所輸出的選擇信號Ss為0,則轉(zhuǎn)換單元 601—0-601—63中只有轉(zhuǎn)換單元601_0會(huì)進(jìn)行校正程序。在此同時(shí)，數(shù)字沖莫擬 轉(zhuǎn)換單元610會(huì)根據(jù)計(jì)數(shù)器630的選擇信號Ss產(chǎn)生相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電壓Vs(O), 并將標(biāo)準(zhǔn)電壓Vs(0)經(jīng)由開關(guān)S3傳送給比較器602—0。假設(shè)Vs(0)> Vref—0±VOS(0),即比較器輸出結(jié)果T(O) = 1,此時(shí)控制單 元603—0送出控制信號Sc(0)至計(jì)數(shù)單元604—0,以使計(jì)數(shù)單元604—0進(jìn)行遞 增的操作。所以計(jì)數(shù)單元604—0依序送出計(jì)數(shù)值b = B/2 + 1 = 9、B/2 + 2 = 10、 B/2 + 3 = 11、...。受控電流源704—0受計(jì)數(shù)單元604_0的控制而使得流經(jīng) Rc一O的參考電流Ic(b)變大(亦即參考電壓Vref—0增加)。因此，參考電壓 Vref—0慢慢4妄近Vs(O),直到Vs(O) < Vref—0 (例如當(dāng)計(jì)數(shù)值b為B/2 + 6 = 14 時(shí))。此時(shí)比較器602—0的輸出發(fā)生轉(zhuǎn)態(tài)(亦即T(0)=0)，則控制單元603—O輸 出控制信號Sc(O)使得計(jì)數(shù)單元604—0回到前一狀態(tài)，即B/2 + 5-13。接著 控制單元603—0控制計(jì)數(shù)單元604_0停止計(jì)數(shù)，并且將計(jì)數(shù)值b存入控制單 元603—0的寄存器中(或是將計(jì)數(shù)值b存入計(jì)數(shù)單元604—0的寄存器中)，即
完成比較器602_0的校正動(dòng)作。
若計(jì)數(shù)器630輸出的選擇信號Ss為30,則轉(zhuǎn)換單元601—0 601—63中只 有轉(zhuǎn)換單元601—30會(huì)進(jìn)行校正程序。在此同時(shí)，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換單元610會(huì) 根據(jù)計(jì)數(shù)器630的選擇信號Ss產(chǎn)生相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電壓Vs(30),并將標(biāo)準(zhǔn)電壓 Vs(30)經(jīng)由開關(guān)S3傳送給比豐支器602—30。假設(shè)此時(shí)Vs(30) < Vref—30 ± Vos(30),所以比較器602—30輸出T(30)-0。此時(shí)控制單元603_30送出控制 信號Sc(30)至計(jì)數(shù)單元604—30并進(jìn)行遞減的操作。計(jì)數(shù)單元604—30依據(jù)控 制單元603—30的控制而依序送出計(jì)數(shù)值b = B/2 - 1 = 7、 B/2 - 2 = 6、 B/2 -3=5、...。受控電流源704—30受計(jì)數(shù)單元604一0的控制而使得流經(jīng)Rc—30的 參考電流Ic(b)變小(亦即參考電壓Vref_30降低)。因此，參考電壓Vref_30 慢慢接近Vs(30),直至Vs(30) > Vref—30 ± Vos(30)(例如當(dāng)計(jì)數(shù)值b為B/2 - 3 =5)。
此時(shí)比較器602—30的輸出發(fā)生轉(zhuǎn)態(tài)(亦即T(30)=l),則控制單元603—30 輸出控制信號Sc(30)使得計(jì)數(shù)單元604—30回到前一狀態(tài)，即B/2-2 = 6。接 著控制單元603—30控制計(jì)數(shù)單元604—30停止計(jì)數(shù)，并且將計(jì)數(shù)值b存入控 制單元603—30的寄存器中(或是將計(jì)數(shù)值b存入計(jì)數(shù)單元604—30的寄存器 中)。即完成比較器602—30的校正流程。
當(dāng)轉(zhuǎn)換單元601_0 601—63全部完成校正程序后，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器600 便結(jié)束校正。此時(shí)可以將此模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器600重新設(shè)于正常操作狀態(tài)(亦 即開關(guān)S2導(dǎo)通，開關(guān)S3關(guān)閉)。于本實(shí)施例中，可以在正常操作狀態(tài)時(shí)將 數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換單元610與計(jì)數(shù)器630與其控制邏輯設(shè)定為禁用，以節(jié)省消耗 功率。
圖12繪示為本發(fā)明實(shí)施例的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的校正流程圖。請同時(shí)參 考圖6、 7、 12,在步驟S1201中，經(jīng)由偏移校正使能信號OCE啟動(dòng)模擬數(shù) 字轉(zhuǎn)換器600進(jìn)入校正，此時(shí)開關(guān)S2會(huì)依據(jù)信號OCE而呈截止?fàn)顟B(tài)，開關(guān) S3會(huì)依據(jù)信號OCE而呈導(dǎo)通狀態(tài)，并且數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換單元610與計(jì)數(shù)器630 會(huì)依據(jù)信號OCE而被使能。設(shè)定初始值為a=0、 b=B/2與i=0。在步驟S1202 中，計(jì)數(shù)器630所輸出的選擇信號Ss為0，則由轉(zhuǎn)換單元601—0首先進(jìn)行沖吏 正程序。在此同時(shí)，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換單元610會(huì)根據(jù)計(jì)數(shù)器630的選擇信號 Ss產(chǎn)生相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電壓Vs(O)，并將標(biāo)準(zhǔn)電壓Vs(O)經(jīng)由開關(guān)S3傳送給比較 器602 0。
在步驟S1203中，檢查比較器602—0的輸出結(jié)果T(O)(亦即判斷比較器 602_0的第一輸入端與第二輸入端的電壓)，當(dāng)T(0) = 0時(shí)(亦即比較器602_0 的正輸入端電壓小于負(fù)輸入端電壓)，則進(jìn)入步驟SU04;當(dāng)T(0)-1時(shí)(亦 即比較器602—0的正輸入端電壓大于負(fù)輸入端電壓)，則進(jìn)入步驟S1205。
在步驟S1204中，亦即比較器602—O輸出T(0) = 0,此時(shí)控制單元603—0 送出控制信號Sc(O)至計(jì)數(shù)單元604—0并進(jìn)行遞減的操作。受控電流源704_0 受計(jì)數(shù)單元604—0的控制而使得流經(jīng)Rc一O的參考電流Ic(b)變小(亦即參考電 壓Vref一O降低)。因此，參考電壓Vref—O慢慢接近Vs(O),直到比較器602—0 的輸出發(fā)生轉(zhuǎn)態(tài)(亦即T(0)=1)，則進(jìn)入步驟S1206。
在步驟S1205中，亦即比較器602—0輸出結(jié)果T(O) = 1 ，此時(shí)控制單元
603— 0送出控制信號Sc(O)至計(jì)數(shù)單元604—0,以使計(jì)數(shù)單元604—0進(jìn)行遞增 的操作。受控電流源704—0受計(jì)數(shù)單元604—0的控制而使得流經(jīng)Rc_0的參 考電流Ic(b)變大(亦即參考電壓Vref—0增加)。因此，參考電壓Vref一O慢慢 接近Vs(O)，直到比較器602—0的輸出發(fā)生轉(zhuǎn)態(tài)(亦即T(O)-O)，則進(jìn)入步驟 S1206。
在步驟S1206中，控制單元603—0輸出控制信號Sc(Oyf吏得計(jì)數(shù)單元
604— 0回到前一狀態(tài)。接著控制單元603—0控制計(jì)數(shù)單元604—0停止計(jì)數(shù)， 并且將前一狀態(tài)的計(jì)數(shù)值b - 1存入控制單元603—0的寄存器中(或是將計(jì)數(shù) 值b存入計(jì)數(shù)單元604—30的寄存器中)，即表示此轉(zhuǎn)換單元601_0以校正完 成。在步驟S1207中，轉(zhuǎn)換單元601—0已校正完成，此時(shí)計(jì)數(shù)器630則遞增 一個(gè)步長，亦即a-a+l，以進(jìn)行校正下一個(gè)轉(zhuǎn)換單元。在步驟S1208中， 檢查是否所有轉(zhuǎn)換單元皆校正完成，若a * 2n-l,則回到步驟S1203繼續(xù) 進(jìn)行轉(zhuǎn)換單元的校正；若a-2。-l，表示已校正完最后一個(gè)轉(zhuǎn)換單元601一2n-l (亦即所有轉(zhuǎn)換單元都校正完成)則進(jìn)行步驟S1209,此時(shí)設(shè)定初始值為a=0、 b=B/2與i=0。且在步驟S1209中，依據(jù)信號OCE而導(dǎo)通開關(guān)S2、關(guān)閉開關(guān) S3,并且禁用數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換單元610與計(jì)數(shù)器630,使得模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器600 重新進(jìn)入正常操作狀態(tài)。
上述流程圖的計(jì)數(shù)器630是采遞增的方式對模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器600的轉(zhuǎn)換 單元進(jìn)行校正，但計(jì)數(shù)器630不限以遞增的方式進(jìn)行，亦可使用遞減的方式 進(jìn)行校正，故不再贅述。
綜上所述，本發(fā)明因采用校正單元取代傳統(tǒng)電路中的參考階梯電阻，因
此不會(huì)有參考階梯電阻值的影響，并且可有效地解決比較器等效輸入偏移電 壓路徑上的總偏移電壓。數(shù)字才莫擬轉(zhuǎn)換單元與控制單元在校正完成后接不消 耗功率，可達(dá)到低功率功能的需求。并且本發(fā)明的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器也適用于
比較器式模擬轉(zhuǎn)數(shù)字電路(comparator-based ADC)，如二階架構(gòu)(Two-type)、 折迭插值(Folding and interpolation)架構(gòu)…等。
雖然本發(fā)明已以優(yōu)選實(shí)施例披露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng) 域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與潤飾， 因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，包括至少一轉(zhuǎn)換單元，其中該轉(zhuǎn)換單元包括一比較器，用以比較其第一輸入端與第二輸入端的電壓，并輸出比較結(jié)果；一控制單元，用以檢查該比較器的比較結(jié)果而輸出一控制信號；一計(jì)數(shù)單元，用以依據(jù)該控制信號進(jìn)行一計(jì)數(shù)操作，并輸出計(jì)數(shù)結(jié)果；以及一校正單元，用以提供一參考電壓至該比較器的第二輸入端，并且依據(jù)該計(jì)數(shù)單元的計(jì)數(shù)結(jié)果調(diào)整該參考電壓的電平。
2. 如權(quán)利要求1所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中該控制單元更依據(jù)一選擇 信號而決定是否檢查該比較器的比較結(jié)果。
3. 如權(quán)利要求2所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，還包括 一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換單元，用以將該選擇信號轉(zhuǎn)換為相對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電壓；以及一切換單元，用以于一正常操作期間將一模擬輸入信號導(dǎo)接至該比較器 的第一輸入端，以及于一校正操作期間將該數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換單元所輸出的標(biāo)準(zhǔn) 電壓導(dǎo)接至該比較器的第 一輸入端。
4. 如權(quán)利要求2所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，還包括一計(jì)數(shù)器，用以提供該 選擇信號，其中該計(jì)數(shù)器為一遞增遞減計(jì)數(shù)器。
5. 如權(quán)利要求1所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中該校正單元包括 一受控電流源，用以提供一參考電流源/槽，并且依據(jù)該計(jì)數(shù)單元的計(jì)數(shù)結(jié)果調(diào)整該參考電流；以及一電流電壓轉(zhuǎn)換器，耦接至該受控電流源，用以該參考電流轉(zhuǎn)源/槽換為 該參考電壓。
6. 如權(quán)利要求5所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中該受控電流源包括多個(gè)子 電流源，每一子電流源依據(jù)該計(jì)數(shù)單元的計(jì)數(shù)結(jié)果而各自決定是否提供電流o
7. 如權(quán)利要求5所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中該電流電壓轉(zhuǎn)換器包括 一電阻，其第一端耦接至該受控電流源；以及一晶體管，其漏極與柵極耦接至該電阻的第二端，其源極耦接至一第一 電壓。
8. 如權(quán)利要求7所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中該第一電壓為一界定清楚 的電壓。
9. 如權(quán)利要求1所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中該比較器包括 一前置放大器，其第一輸入端與第二輸入端分別做為該比較器的第一輸入端與第二輸入端；以及一鎖存器，其輸入端耦接至該前置放大器的輸出端，而該鎖存器的輸出 端輸出該比較結(jié)果。
全文摘要
一種模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，包括至少一轉(zhuǎn)換單元，其中此轉(zhuǎn)換單元包括比較器、控制單元、計(jì)數(shù)單元及校正單元。比較器用以比較其第一輸入端與第二輸入端的電壓，并輸出比較結(jié)果?？刂茊卧罁?jù)該比較器的比較結(jié)果以及選擇信號而輸出控制信號。計(jì)數(shù)單元依據(jù)控制信號進(jìn)行計(jì)數(shù)操作，并輸出計(jì)數(shù)結(jié)果。校正單元提供參考電壓至比較器的第二輸入端，并且依據(jù)計(jì)數(shù)單元的計(jì)數(shù)結(jié)果調(diào)整參考電壓的電平。因此，每一轉(zhuǎn)換單元中的參考電壓以及傳統(tǒng)電阻階梯所產(chǎn)生參考電壓可以被消除。
文檔編號H03M1/10GK101212228SQ200710305560
公開日2008年7月2日 申請日期2007年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月29日
發(fā)明者洪棕順, 鮮思康 申請人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院