專利名稱：一種可預(yù)檢測比較器輸入范圍的逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬集成電路技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器是一種具備中高轉(zhuǎn)換精度和速度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)。由于不需要運(yùn)算放大器，該結(jié)構(gòu)具有低電壓、較功耗和小芯片面積的特點(diǎn)，適合系統(tǒng)芯片(SoC)的嵌入應(yīng)用。由于逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換的串行信號處理特性，其轉(zhuǎn)換速度較其他結(jié)構(gòu)慢。為優(yōu)化其電路速度，本發(fā)明提出比較器的輸入范圍預(yù)檢測方法。主要思路是針對模擬輸入信號的實(shí)際情況，優(yōu)化內(nèi)部數(shù)模轉(zhuǎn)換器在各個轉(zhuǎn)換周期的基準(zhǔn)電壓建立時間，使逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器總轉(zhuǎn)換時間最小化。傳統(tǒng)的逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器由采樣保持電路、內(nèi)部數(shù)模轉(zhuǎn)換器、比較器、逐次逼 近邏輯構(gòu)成(如圖I所示)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種可預(yù)檢測比較器輸入范圍的逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器。本發(fā)明提出的可預(yù)檢測比較器輸入范圍的逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。它由采樣保持電路、內(nèi)部數(shù)模轉(zhuǎn)換器、比較器、逐次逼近邏輯、輸入范圍預(yù)檢測器和數(shù)字延遲線構(gòu)成。其中，原始模擬輸入信號(匕)連接到采樣保持電路301的一端，得到的保持信號連接到比較器303的一端，內(nèi)部數(shù)模轉(zhuǎn)換器302的輸入是逐次逼近邏輯304的數(shù)字輸出碼，其輸出是建立的基準(zhǔn)電壓，該基準(zhǔn)電壓連接到比較器的另一端；比較器比較保持信號和內(nèi)部數(shù)模轉(zhuǎn)換器建立的基準(zhǔn)電壓的大小，比較器的輸出是比較結(jié)果，作為逐次逼近邏輯的輸入連接到逐次逼近邏輯的一端；根據(jù)比較結(jié)果，逐次逼近邏輯產(chǎn)生控制碼控制內(nèi)部數(shù)模轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓供下一周期比較；比較器的輸出和采樣時鐘作為逐次逼近邏輯的輸入，決定內(nèi)部數(shù)模轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓信號，其輸出是比較器的原始時鐘；保持信號和內(nèi)部數(shù)模轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓作為輸入范圍預(yù)檢測器305的輸入；我們定義保持信號和基準(zhǔn)電壓之差的絕對值是輸入范圍，Λ為輸入范圍的閾值也作為輸入范圍預(yù)檢測器的輸入，輸入范圍預(yù)檢測器檢測輸入范圍和△的迫近程度，其輸出是檢測結(jié)果；將檢測結(jié)果作為數(shù)字延遲線306的控制端，連接到數(shù)字延遲線，比較器的原始時鐘是數(shù)字延遲線的輸入端，在檢測結(jié)果的控制下，數(shù)字延遲線將比較器的原始時鐘進(jìn)行延遲，產(chǎn)生比較器的時鐘，連接至比較器。對于N比特的逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器，N個比較周期完成后，逐次逼近邏輯產(chǎn)生N比特的數(shù)字輸出碼。本發(fā)明的工作原理是原始模擬輸入信號經(jīng)過采樣保持電路得到保持信號；內(nèi)部數(shù)模轉(zhuǎn)換器經(jīng)過一定建立時間產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓(在比較器的復(fù)位時間之內(nèi)完成)；比較器對基準(zhǔn)電壓和保持信號進(jìn)行比較(在比較器的比較時間之內(nèi)完成)。輸入范圍預(yù)檢測器對比較器輸入信號(基準(zhǔn)電壓和保持信號之差)的變化范圍進(jìn)行預(yù)檢測。若輸入范圍很小，即基準(zhǔn)電壓迫近保持信號，則下一周期比較器要在基準(zhǔn)電壓完全建立后再開始比較；若輸入范圍較大，則下一周期允許比較器在基準(zhǔn)電壓未完全建立時就可以提前比較，在下一周期的比較過程中基準(zhǔn)電壓繼續(xù)建立。由此看出，本發(fā)明中基準(zhǔn)電壓完全建立的過程是在本周期的比較器復(fù)位時間加上下一周期的比較器比較時間之內(nèi)完成的。而傳統(tǒng)逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器中基準(zhǔn)電壓完全建立的過程是在比較器的復(fù)位時間之內(nèi)完成的。綜上可以得出，傳統(tǒng)逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的比較器復(fù)位時間由基準(zhǔn)電壓完全建立時間決定，本發(fā)明中比較器復(fù)位時間小于基準(zhǔn)電壓完全建立時間。可預(yù)檢測比較器輸入范圍的逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換周期為#次比較器復(fù)位時間(小于基準(zhǔn)電壓完全建立的時間)+ #次比較器比較時間。傳統(tǒng)逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換周期為#次比較器復(fù)位時間(等于基準(zhǔn)電壓完全建立的時間)+ #次比較器比較時間。因此，可預(yù)檢測比較器輸入范圍的逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的速度優(yōu)于傳統(tǒng)逐次逼 近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器。


圖I為傳統(tǒng)的逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)。圖2為傳統(tǒng)情況、理想情況和最優(yōu)情況下每個轉(zhuǎn)換周期需要的建立時間分布圖。其中，Ca)為傳統(tǒng)的逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器一現(xiàn)有電路，(b)為傳統(tǒng)的逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器一理想電路，(c)為本發(fā)明的逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器一最優(yōu)電路。圖3為可預(yù)檢測比較器輸入范圍的逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)。圖4為傳統(tǒng)情況、理想情況和最優(yōu)情況下每個轉(zhuǎn)換周期需要的復(fù)位時間。其中，(a)為傳統(tǒng)的逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器一現(xiàn)有電路，(b)為傳統(tǒng)的逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器一理想電路，(c)為本發(fā)明的逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器一最優(yōu)電路。圖5為輸入范圍預(yù)檢測器結(jié)構(gòu)。圖中標(biāo)號100表不傳統(tǒng)的逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)。101表不米樣保持電路，102表示內(nèi)部數(shù)模轉(zhuǎn)換器，103表示比較器，104表示逐次逼近邏輯。200表示傳統(tǒng)情況、理想情況和最優(yōu)情況下每個轉(zhuǎn)換周期需要的建立時間分布圖。300表示預(yù)檢測比較器輸入范圍的逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)。301表不米樣保持電路,302表不內(nèi)部數(shù)模轉(zhuǎn)換器,303表示比較器，304表示逐次逼近邏輯，305表示輸入范圍預(yù)檢測器，306表示數(shù)字延遲線。400表示傳統(tǒng)情況、理想情況和最優(yōu)情況下每個轉(zhuǎn)換周期需要的復(fù)位時間。500表示輸入范圍預(yù)檢測器結(jié)構(gòu)。501表示預(yù)檢測比較器。
具體實(shí)施例方式下面針對#比特可預(yù)測比較器輸入范圍的逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器，考慮一階RC模型，推導(dǎo)內(nèi)部數(shù)模轉(zhuǎn)換器在每個周期中所需要的信號完全建立的時間。假設(shè)信號從O建立到滿擺幅Vref,建立前信號為K1,建立后信號為K2⑴。則第一周期建立1/2 Vref,第二周期建立1/4 Vref,第i周期建立(1/20 Vref。設(shè)建立時間常數(shù)為『，建立時間為 ，第i周期建立的階躍響應(yīng)為
權(quán)利要求
1.一種可預(yù)檢測比較器輸入范圍的逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于由采樣保持電路、內(nèi)部數(shù)模轉(zhuǎn)換器、比較器、逐次逼近邏輯、輸入范圍預(yù)檢測器和數(shù)字延遲線構(gòu)成；其中 原始模擬輸入信號(匕)連接到采樣保持電路301的一端，得到的保持信號連接到比較器的一端；內(nèi)部數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入是逐次逼近邏輯的數(shù)字輸出碼，其輸出是建立的基準(zhǔn)電壓，該基準(zhǔn)電壓連接到比較器的另一端；比較器比較保持信號和內(nèi)部數(shù)模轉(zhuǎn)換器建立的基準(zhǔn)電壓的大小，比較器的輸出是比較結(jié)果，作為逐次逼近邏輯的輸入連接到逐次逼近邏輯的一端；根據(jù)比較結(jié)果，逐次逼近邏輯產(chǎn)生控制碼控制內(nèi)部數(shù)模轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓供下一周期比較；比較器的輸出和采樣時鐘作為逐次逼近邏輯的輸入，決定內(nèi)部數(shù)模轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓信號，其輸出是比較器的原始時鐘；保持信號和內(nèi)部數(shù)模轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓作為輸入范圍預(yù)檢測器的輸入；定義保持信號和基準(zhǔn)電壓之差的絕對值是輸入范圍，Λ為輸入范圍的閾值也作為輸入范圍預(yù)檢測器的輸入，輸入范圍預(yù)檢測器檢測輸入范圍和△的迫近程度，其輸出是檢測結(jié)果；將檢測結(jié)果作為數(shù)字延遲線的控制端，連接到數(shù)字延遲線，比較器的原始時鐘是數(shù)字延遲線的輸入端，在檢測結(jié)果的控制下，數(shù)字延遲線將比較器的原始時鐘進(jìn)行延遲，產(chǎn)生比較器的時鐘，連接至比較器； 對于N比特的逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器，N個比較周期完成后，逐次逼近邏輯產(chǎn)生N比特的數(shù)字輸出碼。
全文摘要
發(fā)明屬集成電路技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種可預(yù)檢測比較器輸入范圍的逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器。該模數(shù)轉(zhuǎn)換器由采樣保持電路、內(nèi)部數(shù)模轉(zhuǎn)換器、比較器、逐次逼近邏輯、輸入范圍預(yù)檢測器和數(shù)字延遲線構(gòu)成。它在每個轉(zhuǎn)換周期中預(yù)先檢測比較器輸入信號范圍，即保持信號和基準(zhǔn)電壓之差的變化范圍，由此決定下一個轉(zhuǎn)換周期中，在內(nèi)部數(shù)模轉(zhuǎn)換器基準(zhǔn)電壓未完全建立時，比較器提前比較的時間。本發(fā)明使N個轉(zhuǎn)換周期中的每個周期都可以有不同程度的提前比較。相比傳統(tǒng)的逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器，本發(fā)明減少了比較器的復(fù)位時間，提高了逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的整體轉(zhuǎn)換速度。
文檔編號H03M1/38GK102832941SQ20121037412
公開日2012年12月19日 申請日期2012年10月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月7日
發(fā)明者任俊彥, 顧蔚如, 王明碩, 林濤, 王振宇, 陳遲曉, 葉凡, 李寧 申請人:復(fù)旦大學(xué)