模数转换器以及流水线模数转换器的制造方法
【专利说明】模数转换器以及流水线模数转换器
[0001]“本申请为2012年01月20日递交的申请号为201210019221.4，发明名称为模数转换器以及流水线模数转换器的分案申请。”
技术领域
[0002]本发明有关模数转换器，更具体地有关一种可减少比较器使用数量的模数转换器以及流水线模数转换器。
【背景技术】
[0003]便携式数字多媒体消费电子系统中，对模拟信号进行处理时需要高速、低功耗的模数转换器(Analog-to-Digital Convertor，以下简称为ADC)，其中，流水线(pipeline)ADC是一种既能实现高速又能实现高精度的流水线结构的ADC，流水线ADC的采样速率可高达每秒钟几十兆采样点，甚至每秒钟上百兆采样点，即采样速率为几十MS/s，甚至上百MS/s，这一特性使得流水线ADC成为消费电子系统中常用的模数转换器件。
[0004]图1A是传统的流水线ADC的架构示意图。如图1A所示，流水线ADC包括多级(stage)流水线电路结构，以第二级(Stage 2)流水线电路为例(见图1A下方所示虚线框部分)，其包括采样保持(sample-and-hold，以下简称为S/Η)电路、子ADC(sub ADC)电路、子数模转换(sub Digital-to-Analog Convertor，以下简称为子DAC)电路、减法器电路以及余量放大器(residue amp)电路，其中，子ADC电路用于对模拟信号输入量Vin量化，进行模数转换，并输出与该模拟信号输入量Vin对应的数字量，即二进制的数字信号；子DAC电路对该子ADC电路输出的数字量进行处理，并输出对应的模拟信号量；减法器电路用于将模拟信号输入量Vin与该子DAC电路输出的模拟信号量相减，并通过余量放大器电路放大处理后，得到模拟信号输入量Vin的余量信号Vout，以将该余量信号Vout作为下一级流水线电路的模拟信号输入量，由下一级流水线电路进行处理。流水线电路中的S/H电路、子DAC电路、减法器电路和余量放大器电路可统称为乘法数模转换器(MultiplyingDigital-to-Analog Convertor，以下简称为 MDAC)。
[0005]图1B为传统流水线ADC中3.5bits MDAC与子ADC电路结构示意图；图1C为图1B中电路输入输出特性的示意图。如图1B和图1C所示，对于3.5bits精度的流水线电路来说，其中的子ADC电路10包括14个并联结构的比较器101，各比较器的输入端的比较电压(即采样电压)分别为Vr1-Vr 14，即采样电压为14个等级，子ADC电路10输入输出特性可参见图1C所示，其中Vrl为-13/16Vr，Vrl4为13/16Vr。该传统流水线ADC中，子ADC中比较器的数量为14个，比较器数量多，比较器占用电路面积大，电路功耗较高。
[0006]综上，传统流水线ADC中子ADC中比较器数量较多，占用电路面积大，功耗高，而且随着流水线电路精度的增加，流水线电路中比较器的数量也将会增加，从而导致整个流水线电路面积大，流水线ADC功耗将会非常高。
【发明内容】
[0007]为了解决现有技术中的缺陷，本发明提供一种模数转换器以及流水线模数转换器，可有效减少流水线电路中比较器的使用数量，减少流水线电路的占用电路面积，降低电路功耗。
[0008]本发明提供一种模数转换器，包括第一比较电路、第二比较电路、采样电压提供电路和编码器电路，其中:所述采样电压提供电路，用于为所述第一比较电路提供第一组比较电压，为所述第二比较电路提供第二组比较电压；所述第一比较电路，与所述采样电压提供电路连接，用于在所述第一组比较电压中的各第一比较电压下，对模拟信号输入量进行比较处理并输出第一比较数字量；所述第二比较电路，与所述采样电压提供电路和第一比较电路连接，用于根据所述第一比较数字量从所述第二组比较电压中选择对应的第二比较电压，在选择的各第二比较电压下对所述模拟信号输入量进行比较处理并输出第二比较数字量；所述编码器电路，与所述第一比较电路和第二比较电路连接，用于对所述第一比较数字量和第二比较数字量进行编码，输出与所述模拟信号输入量对应的数字量。
[0009]本发明另提供一种流水线模数转换器，包括:相互串联连接的多级流水线电路，所述流水线电路包括子模数转换器和乘法数模转换器，所述子模数转换器包括第一比较电路、第二比较电路、采样电压提供电路和编码器电路，其中:所述采样电压提供电路，用于为所述第一比较电路提供第一组比较电压，为所述第二比较电路提供第二组比较电压；所述第一比较电路，与所述采样电压提供电路连接，用于在所述第一组比较电压中的各第一比较电压下，对模拟信号输入量进行比较处理并输出第一比较数字量；所述第二比较电路，与所述采样电压提供电路和第一比较电路连接，用于根据所述第一比较数字量从所述第二组比较电压中选择对应的第二比较电压，在选择的各第二比较电压下对所述模拟信号输入量进行比较处理并输出第二比较数字量；所述编码器电路，与所述第一比较电路和第二比较电路连接，用于对所述第一比较数字量和第二比较数字量进行编码，输出与所述模拟信号输入量对应的数字量。
[0010]本发明提供的模数转换器，通过设置两个比较电路对模拟信号输入量分别进行处理，可通过第一比较电路确认出模拟信号输入量的大致范围后，再利用第二比较电路在该范围内对模拟信号进行比较处理，可有效减少比较电路中比较器的使用数量，从而可节省比较器占用的电路面积，减少电路功耗。本发明提供的模数转换器应用于流水线模数转换器时，可有效减少整个流水线电路中比较器的使用数量，节省比较器占用的电路面积，提高流水线电路的集成度，降低电路功耗。
【附图说明】
[0011]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0012]图1A是传统流水线ADC的架构示意图；
[0013]图1B为传统流水线ADC中3.5bits MDAC与子ADC电路结构示意图；
[0014]图1C为图1B中电路输入输出特性的示意图；
[0015]图2为本发明实施例一提供的模数转换器的结构示意图；
[0016]图3为本发明实施例二提供的模数转换器的结构示意图；
[0017]图4A为本发明实施例三提供的模数转换器的结构示意图；
[0018]图4B为图4A中各比较电路的比较机制示意图；
[0019]图4C为图4A中控制时序不意图；
[0020]图4D为与图4A对应的电路原理结构示意图；
[0021]图5为本发明实施例四提供的流水线模数转换器的结构示意图；
[0022]图6A为本发明实施例五提供的流水线模数转换器的两级流水线电路中第一乘法数模转换器、第二乘法数模转换器和子模数转换器具体实现的电路结构示意图；
[0023]图6B为图6A中的电路工作时序示意图。
【具体实施方式】
[0024]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0025]图2为本发明实施例一提供的模数转换器的结构示意图。如图2所示，本实施例模数转换器包括:第一比较电路1、第二比较电路2、采样电压提供电路3和编码器电路4，其中:
[0026]采样电压提供电路3，用于为第一比较电路I提供第一组比较电压，为第二比较电路2提供第二组比较电压；
[0027]第一比较电路1，与采样电压提供电路3连接，用于在第一组比较电压的各第一比较电压下，对模拟信号输入量Vin进行比较处理并输出第一比较数字量；
[0028]第二比较电路2，与采样电压提供电路3和第一比较