專利名稱：采用單一轉(zhuǎn)換器模塊的雙輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可多路復(fù)用兩個模擬信號、而只需要單個轉(zhuǎn)換模塊的半閃速(half—flash)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。該轉(zhuǎn)換器用于處理電視信號很便利。
我們用三種信號進(jìn)行視頻信號的傳輸和處理亮度信號Y及色度(色差)信號U和V。信號Y的通帶高于信號U和V，因此在ADC中必須將Y信號的采樣頻率轉(zhuǎn)換成U和V兩信號采樣頻率的兩倍。這樣就帶來幾個信號同時進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的問題。
解決這個問題可采用兩種技術(shù)。第一種包括使用三個ADC在頻率fs數(shù)字化信號Y，在頻率fs/2將信號U和V數(shù)字化。這種方案簡單，但增加了功率消耗和元件的尺寸。第二種解決辦法是只用兩個ADC(如果將其與多路復(fù)用信號U和V的模擬多路復(fù)用器一起使用就可以做到)，然后在第一個ADC中以頻率fs/2將信號U和V數(shù)字化。第二個ADC用來以頻率fs數(shù)字化信號Y。第二種解決辦法耗電較少，但其主要缺點(diǎn)是制造模擬多路復(fù)用器很困難(速度、線性度等)。
現(xiàn)有幾種ADC，一些轉(zhuǎn)換速度高，另一些速度低但功耗較少或體積較小。一種廣泛使用的技術(shù)是分兩步進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。第一步，大致確定要以頻率fs轉(zhuǎn)換的電壓。這樣就可產(chǎn)生被轉(zhuǎn)換電壓的最高有效位(MSB)。大致知道了電壓后，在第二周期(1/fs時間后)進(jìn)行更精細(xì)的比較來產(chǎn)生被轉(zhuǎn)換電壓的最低有效位(LSB)。由于第一步比第二步快，所以使用兩個精細(xì)比較器組以便對每個粗略比較實(shí)現(xiàn)兩個精細(xì)比較。


圖1給出這種使用一個粗略比較器組1和兩個精細(xì)比較器組2和3的ADC。Vmin和Vmax間的電壓范圍被分成n＋1個相等的間隔，給出n個基準(zhǔn)電壓，每個間隔被分成m＋1個相等的子間隔，給出每個大間隔中m個基準(zhǔn)電壓。粗略比較器組1接收n個等于Vmin＋k(Vmax－Vmin/(n＋1))(其中k的范圍在為從1到n)的電壓作為基準(zhǔn)電壓。由粗略比較器組1確定的大致的電壓間隔被分成m個間隔，然后饋送至精細(xì)比較器組2或3。然后將這樣選擇的基準(zhǔn)電壓與要轉(zhuǎn)換的電壓Vmin相比。比較器組1、2和3的輸出分別具有由編碼器5、6、7編碼以給出MSB和LSB的n、m和m個位。
為校正饋送至粗略比較器組1和精細(xì)比較器組2、3間電壓基準(zhǔn)的偏差，饋送P個額外的基準(zhǔn)至精細(xì)比較器2和3。這P個基準(zhǔn)對應(yīng)于與粗略比較器組1確定的大間隔相鄰的細(xì)小間隔。精細(xì)比較器2和3于是具有m＋p個并行比較器。如果需要，這些輔助基準(zhǔn)將被用于校正粗略比較器組確定的電壓基準(zhǔn)中的LSB。較正電路8和9以已知的方式校正由粗略比較提供的有關(guān)的位。
圖2給出比較器1、2和3的時序圖；顯示了包含兩次粗略比較的完整工作周期。在時鐘信號的第一個周期T1中，粗略比較器組1采樣信號Vin，然后將其與n個基準(zhǔn)電壓相比。在這段時間中，精細(xì)比較器組2也將采樣并保持(鎖住)信號Vin。在第二周期T2開始時，保持閉鎖以使基準(zhǔn)電壓穩(wěn)定(畫陰影線部分)。現(xiàn)在可進(jìn)行精細(xì)比較。在第二周期中，粗略比較器1第二次采樣信號Vin，這次是為比較器3的精細(xì)比較。
如上所述的半閃速ADC的例子在由Thomson ConsumerElectronics遞交的法國專利申請n°93 12026中給出。
本發(fā)明包含前面提到的兩種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，尤其是簡單且功耗低，同時避免了它們的缺點(diǎn)。如上所述，其原理是基于使用包括兩“精細(xì)比較器”組和一“粗略比較器”組的半閃速模數(shù)轉(zhuǎn)換器模塊。
因而，本發(fā)明是關(guān)于具有兩個模擬輸入信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的包括一粗略比較器組和兩精細(xì)比較器組，所述粗略比較器組用于確定被轉(zhuǎn)換信號的最高有效位并為確定最低有效位的所述精細(xì)比較器組確定電壓間隔，其中每個輸入信號與一個精細(xì)比較器組相連，所述粗略比較器組交替地將所述第一和第二輸入信號與基準(zhǔn)電壓相比。本發(fā)明的一個重要特點(diǎn)在于兩輸入信號中的每一個與精細(xì)比較器相連，粗略比較器組包括交替地將第一采樣電壓和第二采樣電壓與相同基準(zhǔn)電壓相比較。
本發(fā)明的另一重要特點(diǎn)為粗略比較器組的比較器是自動回零比較器，其交替地將第一和第二電壓與相同基準(zhǔn)電壓相比。類似地，精細(xì)比較器組的比較器最好也是自動回零比較器。
本發(fā)明可方便地用于采用MOS技術(shù)的轉(zhuǎn)換器，用于處理電視的色度信號U和V。
本發(fā)明提供了一種比已知轉(zhuǎn)換器簡單、體積小且耗能較少的轉(zhuǎn)換器。
閱讀下面參考附圖所做的描述將能更好地理解本發(fā)明并且其它優(yōu)點(diǎn)也將更加清晰可見。其中圖1(如上所述)是現(xiàn)有技術(shù)的半閃速模數(shù)轉(zhuǎn)換器的框圖；圖2(如上所述)給出了圖1中ADC的精細(xì)和粗略比較器組的轉(zhuǎn)換周期的時序；圖3a和3b給出構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的精細(xì)和粗略比較器組的比較器器件的例子；圖4是根據(jù)本發(fā)明所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器實(shí)施例的框圖。
為清楚起見，所有圖中具有相同功能的器件有相同的標(biāo)號。
圖3a示出了包括兩輸入端的所謂“自動回零(auto－zeroing)”比較器Vin是欲比較電壓，Vref是基準(zhǔn)電壓。這兩個輸入端由開關(guān)15和16控制，通過節(jié)點(diǎn)17與負(fù)載電容器18相連。電容器18與節(jié)點(diǎn)19、反相器20、節(jié)點(diǎn)21和輸出端22串聯(lián)。與反相器20并聯(lián)的開關(guān)23與節(jié)點(diǎn)19和21相連。自動回零功能由在閾值區(qū)Vdd/2極化反相器20的開關(guān)23的閉合來保證的，其中Vdd是電路的電源電壓，這樣就使電路對電容器18上的電壓很敏感。以相似的方式，圖3b給出被擴(kuò)展用來將兩輸入電壓Vin1和Vin2與基準(zhǔn)電壓Vref相比的自動回零比較器。通過使用開關(guān)25、26和27可簡便地進(jìn)行雙比較(Vin1與Vref、Vin2與Vref)。
在圖4所示實(shí)施例中，具有兩模擬信號Vin1和Vin2的ADC包括兩精細(xì)比較器組31和32。本發(fā)明的重要特點(diǎn)在于第一比較器組31通過接線33接收第一信號Vin1，第二比較器組32通過接線34接收第二信號Vin2，精細(xì)比較器組31和32由一組示于圖3a的自動回零比較器28構(gòu)成。此外，本發(fā)明的另一重要特點(diǎn)，是兩個欲轉(zhuǎn)換的模擬信號Vin1和Vin2與由一組示于圖3b的自動回零比較器28構(gòu)成的粗略比較器組30并聯(lián)。圖4中其它器件4、5、6、7、8、9具有與圖1中那些器件相同的功能。
我們看到，圖4中根據(jù)本發(fā)明所述的轉(zhuǎn)換器29等效于工作在頻率fs/2的雙ADC。雙粗略比較通過由圖3b的比較器28構(gòu)成的粗略比較器組30保證，比較器28交替地比較Vin1和Vref以及Vin2和Vref。精細(xì)比較通過對Vin1信號采用比較器組31、對Vin2信號采用比較器組32進(jìn)行。整個轉(zhuǎn)換的頻率是fs，但Vin1和Vin2數(shù)字化的值以頻率fs/2輸出。
我們清楚地看到，根據(jù)本發(fā)明所述的轉(zhuǎn)換器29有許多優(yōu)點(diǎn)，包括這個事實(shí)與在頻率fs下的單個模數(shù)轉(zhuǎn)換相比，其以fs/2的頻率轉(zhuǎn)換兩不同的輸入信號而沒有附加功耗。此外，在功耗和轉(zhuǎn)換器1的尺寸方面的優(yōu)點(diǎn)在前面提到的三個視頻信號Y、U和V的處理的應(yīng)用中也得以實(shí)現(xiàn)。與前面描述的現(xiàn)有技術(shù)的解決方法相比，本發(fā)明不需要外圍模擬多路復(fù)用器。另外，根據(jù)本發(fā)明所述的ADC的結(jié)構(gòu)(如圖4所示)保證了信號Vin1和Vin2的隔離，精細(xì)比較對每個輸入信號是獨(dú)立的。
本發(fā)明可用于所有接收兩個輸入信號Vin1和Vin2的模數(shù)轉(zhuǎn)換器類型，尤其是那些用于處理電視信號的亮度信號U和V的ADC。
權(quán)利要求
1.具有兩個模擬輸入信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其包括一個粗略比較器組和兩個精細(xì)比較器組，所述粗略比較器組用來確定被轉(zhuǎn)換信號的最高有效位和為確定被轉(zhuǎn)換信號的最低有效位的所述精細(xì)比較器組確定電壓間隔，其中每個輸入信號與一個精細(xì)比較器組相連，所述粗略比較器組交替地將第一和第二輸入信號與基準(zhǔn)電壓相比。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中構(gòu)成所述粗略比較器組的比較器是自動回零比較器，其交替地將所述第一和第二輸入信號與相同基準(zhǔn)信號相比。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述精細(xì)比較器組由自動回零比較器構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中構(gòu)成所述粗略比較器組的比較器具有用于所述第一模擬輸入信號的第一輸入端，用于所述基準(zhǔn)信號的第二輸入端和用于所述第二模擬輸入信號的第三輸入端，每個輸入端由一開關(guān)控制并與相同節(jié)點(diǎn)相連，該節(jié)點(diǎn)與電容器和反相器串聯(lián)，一個開關(guān)跨接在該反相器的兩端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其采用MOS技術(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述兩個模擬輸入信號是電視信號的模擬色度信號。
7.用于電視信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，其包括根據(jù)權(quán)利要求1所述、用于轉(zhuǎn)換色度信號的第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器模塊和根據(jù)權(quán)利要求1所述、用于轉(zhuǎn)換亮度信號的第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器模塊。
8.包括至少一個根據(jù)權(quán)利要求1所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字電視裝置。
全文摘要
公開的是一種提供兩模擬輸入信號的多路復(fù)用因而只需要一個轉(zhuǎn)換器模塊的半閃數(shù)模速轉(zhuǎn)換器。其包括用于確定被轉(zhuǎn)換信號的最高有效位并為確定被轉(zhuǎn)換信號最低有效位的兩精細(xì)比較器組確定電壓范圍的粗略比較器，其中每個輸入信號與一精細(xì)比較器組相連，所述粗略比較器組交替地將第一和第二輸入信號與基準(zhǔn)電壓相比。該模數(shù)轉(zhuǎn)換器可方便地用于電視信號處理。
文檔編號H03M1/12GK1126402SQ95106539
公開日1996年7月10日 申請日期1995年5月23日 優(yōu)先權(quán)日1994年5月24日
發(fā)明者弗雷德里克·帕爾拉德特, 弗朗西斯·德洛瓦, 布魯諾·邦霍瑞 申請人:湯姆森多媒體公司