模拟数字转换器和信号处理系统的制作方法

专利名称：模拟数字转换器和信号处理系统的制作方法
技术领域：
本技术涉及配置为将模拟信号转换为数字信号的模拟数字(AD)转换器和信号处理系统。
背景技术：
在现有技术中，流水线型已经广泛用于具有lOOMS/s附近的采样频率和从8位到14位的解析度的AD转换器。这是因为与配置为一次在I个时钟周期内用2的n次方的比较器执行N位处理的并行型AD转换器相比，流水线型AD转换器具有下述优点。 也就是说，流水线型AD转换器比并行型AD转换器更广泛地使用，因为其诸如更少数目的比较器、不需要具有高精度的比较器、以及通过分为若干时钟周期执行N位处理的优点。在此，将用这样的示例提供流水线AD转换器的操作说明，其中通过使用配置位每一级执行I位处理的MDAC实现10位AD转换器。输入信号示出位Vin，并且基准电压为Vr (0 < Vin < Vr)。首先，第一级MDAC在第一时钟周期中采样输入信号Vin，并且比较器确定是Vin
<Vr/2 还是 Vin > Vr/2。在Vin > Vr/2的情况下，通过第一级MDAC执行减法以生成(Vin_Vr/2)的信号，并且放大器倍增该信号以输出模拟残差信号(2Vin-Vr)。并行地，输出数字信号I (MSB)。在下一个时钟周期中，第二级MDAC米样第一级MDAC的模拟残差信号输出(2Vin-Vr)，并且将其与Vr/2进行比较。此时，第一级MDAC采样下一个模拟输入信号，并且重复在第一时钟周期中执行的处理。在第二级MDAC中(2Vin-Vr > Vr/2)的情况下，执行{(2Vin_Vr) -Vr/2}的减法处理，并且放大器倍增它以输出模拟残差信号(4Vin-3Vr)。并行地，输出数字信号I。通过串行连接的MDAC重复类似的处理，以便在10个时钟周期中输出10位数字信号。

发明内容
然而，在该系统中，应该对模拟输入信号精确地执行运算处理，并且具有高精度(高增益)的闭环运算放大器(运算放大器)的必要性出现(例如，见日本专利申请公开No.2007-5095654)。在半导体工艺小型化的情况下，由于晶体管的器件特性劣化(漏电流增加，输出电阻的劣化)等，过去在厚膜工艺中实现的具有高精度的运算放大器的实现在亚微型工艺中已经变得困难。此外，对于闭环放大器存在特有问题，即高速操作(高采样操作)的困难。可以应用开环运算放大器。
复制放大器通常用于运算放大器的增益控制。通常，在此情况下，在用于增益控制的方法中监控复制放大器的增益，并且反馈控制信号以便将增益设置为设置值。然而，在该方法中，在复制放大器和要控制的运算放大器之间存在相对变化，并且由于添加复制放大器使元件增加，这导致尺寸的增加。希望提供一种不需要具有高精度的运算放大器的AD转换器和信号处理系统，其能够低功率操作和高速操作、便于小型化、并且精确控制输出级中放大器的增益。根据本技术第一实施例的AD转换器包括多个级联连接的模拟数字(AD)转换级，配置为生成具有对应于两个输入的模拟信号之间关系的值的数字数据，并且用要控制的增益分别用第一放大器和第二放大器放大两个模拟残差信号，以便输出信号；以及增益控制部分，配置为监控第一放大器和第二放大器的输出信号，以便基于监控结果控制第一放大 器和第二放大器的增益。第一放大器和第二放大器由开环放大器形成，并且增益控制部分在AD转换级的至少一个中取出第一放大器和第二放大器的输出信号的幅值信息，并且执行增益控制，使得从该级输出的模拟信号的幅值收敛在设置的设置幅值。根据本技术第二实施例的一种信号处理系统，包括模拟数字(AD)转换器，配置为将来自模拟信号处理系统的模拟信号转换为数字信号。AD转换器，包括多个级联连接的模拟数字(AD)转换级，配置为生成具有对应于两个输入的模拟信号之间关系的值的数字数据，并且用要控制的增益分别用第一放大器和第二放大器放大两个模拟残差信号，以便输出信号；以及增益控制部分，配置为监控第一放大器和第二放大器的输出信号，以便基于监控结果控制第一放大器和第二放大器的增益。第一放大器和第二放大器由开环放大器形成，并且增益控制部分在AD转换级的至少一个中取出第一放大器和第二放大器的输出信号的幅值信息，并且执行增益控制，使得从该级输出的模拟信号的幅值收敛在设置的设置幅值。根据本技术，可以实现AD转换器而不需要具有高精度的运算放大器，其能够进行低功率操作和高速操作并且便于小型化。如附图所示，鉴于本公开的最佳模式实施例的以下详细描述，本公开的这些和其他目的、特征和优点将变得更加明显。


图I是示出根据第一实施例的N位AD转换器的结构示例的框图；图2是示出根据该实施例的N位AD转换器中各个AD转换级的基本结构示例的框图；图3是示出能够增益控制并且应用于根据实施例的AD转换器的放大器的结构示例的电路图；图4是示出两个放大器的输入信号和输出信号之间的关系的图；图5A到图5C是说明根据实施例的放大器的增益控制的原理的图；图6是示出应用第一控制方法的增益控制部分的结构示例的图，该第一控制方法取出正相信号(反相信号)之间的差，并且将它与希望的幅值信息比较以控制两个放大器的增益；
图7是示出应用第二控制方法的增益控制部分的结构示例的图，该第二控制方法取出两个放大器的差分信号分量，并且将取出的差分幅值的和与希望的幅值信息比较以控制两个放大器的增益；图8是示出应用第三控制方法的增益控制部分的结构示例的图，该第三控制方法取出正相信号之间的差和反相信号之间的差，并且将其平均值与希望的幅值信息比较以控制两个放大器的增益；图9是示出结构示例的图，在该结构示例中，在所有AD转换级中监控两个放大器的输出以执行增益控制；图10是示出结构示例的图，在该结构示例中，间隔多个级监控两个放大器的输出以执行增益控制；图11是示出结构示例的图，在该结构示例中，在作为最终级之前的一级的AD转换级中监控两个放大器的输出，以在模拟信号生成级中执行两个放大器的增益控制； 图12是示出结构的模拟结果的图，其中在N = 5的情况下，在初始AD转换级中监控两个放大器的输出以执行两个放大器的增益控制；图13是示出结构的模拟结果的图，其中在N = 5的情况下，在所有AD转换级中监控两个放大器的输出以执行两个放大器的增益控制；图14是示出结构的模拟结果的图，其中在降低增益之后在N = 5的情况下，在所有AD转换级中监控两个放大器的输出以执行两个放大器的增益控制；图15是示出结构的模拟结果的图，其中在N=Il的情况下，从初始级起在间隔3个级的AD转换级中监控两个放大器的输出以执行两个放大器的增益控制；图16A和图16B是示出对于各个情况，基于图2中AD转换级中比较部分的比较结果输出的残差信号和数字信号的图；图17是示出根据实施例的I位AD转换级的具体结构示例的电路图；图18A和图18B是说明图17中的I位AD转换级的操作的基本概念的图；图19是说明图17中的I位AD转换级的操作并且示出各个相位的操作概述的图；图20是说明图17中的I位AD转换级中第一相位的操作的图；图21是说明图17中的I位AD转换级中第二相位的操作并且说明利用获得的第一比较结果的操作的图；图22是说明图17中的I位AD转换级中第二相位的操作并且说明利用获得的第二比较结果的操作的图；图23是示出通过级联图17中的两个AD转换级形成的2位AD转换器的结构示例的框图；图24是示出通过级联图17中的两个AD转换级形成的2位AD转换器的结构示例的电路图；图25是说明图24中的2位AD转换器的流水线操作并且示出各个相位中的操作概述的图；图26是示出通过级联图17中的两个AD转换级形成的3位AD转换器的结构示例的电路图；图27是示出通过级联图17中的两个AD转换级形成的3位AD转换器的结构示例的电路图；图28是示出3位AD转换器的操作概述的时序图；图29是示出根据实施例的I位AD转换级的另一结构示例的电路图；图30A和30B是通过与比较示例的比较示出实施例的效果的图；图31是示出根据实施例的信号处理系统的结构示例的框图。
具体实施例方式下文中，将参照附图描述本技术的实施例。将按以下顺序提供说明。 I. N位AD转换器的结构示例2.放大器的增益控制2. I对应于第一控制方法的增益控制部分的结构示例2. 2对应于第二控制方法的增益控制部分的结构示例2. 3对应于第三控制方法的增益控制部分的结构示例3. AD转换级的具体结构示例4.信号处理系统的结构不例I. N位AD转换器的结构示例图I是示出根据第一实施例的N位AD转换器的结构示例的框图。图2是示出根据实施例的N位AD转换器中各个AD转换级的基本结构示例的框图。在该实施例中，通过使用开环放大器和开环电容器操作形成开环流水线型AD转换器10。图I中的N位AD转换器10包括多个(N-I)AD转换级20-1到20_(N_1)、最终级(第N级)AD转换级20-N、模拟信号生成级30、以及增益控制部分40。各个AD转换级20(-1到-N)包括第一模拟信号输入端子Till、第二模拟信号输入端子TI12、以及数字数据输出端子TD11。AD转换级20 (-1到-N)还包括第一模拟信号输出端子TOlI,以及第二模拟信号输出端子T012。各个AD转换级20 (-1到N-1)生成具有对应于输入的两个模拟信号之间的关系的值的数字数据，以便输出两个模拟残差信号。各个AD转换级20(-1到N-1)包括信号生成部分21、比较部分22、第一输出部分23、第二输出部分24、以及切换部分25。将在增益控制部分40的说明之后给出这些部分的每个的具体结构的详细描述。最终级AD转换级20-N例如由闪速AD转换器形成，并且可以通过仅安排比较部分22输出N位来形成。在各个AD转换级20(-1到N-1)中，第一输出部分23包括第一放大器(amp)AMPll，并且第二输出部分24包括第二放大器(amp)AMP12。第一放大器AMPll和第二放大器AMP12由所谓的开环放大器形成。在各个AD转换级20(-1到N-1)中，第一放大器AMPll和第二放大器AMP12的主线信号通过用两个输入的内插(例如，电容内插)执行用于到随后级的传输的操作。
图I中的A D转换器10级联到模拟信号生成级30和多个(N个)AD转换级20_1到 20-No模拟信号生成级30在第一级AD转换级20-1中生成第一模拟信号Vin和第二模拟信号(Vin-Vr)。模拟信号生成级30形成为具有T/H(跟踪和保持)功能的比较放大电路。之后将对于模拟信号生成级30的具体结构提供描述。随后级侧的AD转换级20-m (2彡m彡N)中的第一模拟信号输入端子TI 11连接到之前级侧的AD转换级20-(m-1)中的第一模拟信号输出端子T011。随后级侧的AD转换级20-m输入从之前级侧的AD转换级20-(m-1)输出的第一残差信号作为第一模拟信号。随后级侧的AD转换级20-m中的第二模拟信号输入端子TI 12连接到之前级侧的AD转换级20-(m-1)中的第二模拟信号输出端子T012。随后级侧的AD转换级20_m输入从之前级侧的AD转换级20-(m-1)输出的第二残差信号作为第二模拟信号。也就是说，之前级AD转换级20- (m-1)包括作为到下一级AD转换器20_m的模拟信号的第一残差信号和第二残差信号的输出级中的第一放大器AMPll和第二放大器AMP12。AD转换级20-(m-1)从第一放大器AMPll输出具有预定增益(放大率)的第一残差信号，并且从第二放大器AMPll输出具有预定增益(放大率)的第二残差信号。在第一级AD转换级20-1中，第一模拟信号输入端子TIll输入第一模拟信号Vin,其具有模拟信号生成级30中的基准电压和全量程电压之间的电压值。在第一级AD转换级20-1中，第二模拟信号输入端子TI12输入第二模拟信号(Vin-Vr)，其具有对应于输入第一模拟信号输入端子的第一模拟信号的电压值和全量程电压之间差的电压值。也就是说，AD转换级20-1从第一模拟信号输入端子TIll输入具有电压值(Vin)的第一模拟信号Vin。并行地，AD转换级20-1从第二模拟信号输入端子TI 12输入具有通过从输入信号Vin减去基准电压的差电压Vr计算的值(Vin-Vr)的第二模拟信号(Vin-Vr)。模拟信号生成级30包括到第一级AD转换级20-1的模拟信号的输出级中的第三放大器AMP13和第四放大器AMP14。模拟信号生成级30从第三放大器AMP13输出第一模拟信号Vin,并且从第四放大器AMP14输出第二模拟信号(Vin-Vr)。在各个AD转换级20 (-1到N-1)中，信号生成部分21生成至少一个第三模拟信号，其具有通过第一模拟信号的电压值和第二模拟信号的电压值生成的中间电压值。信号生成部分21输出第一模拟信号和第二模拟信号到比较部分22，并且输出第一模拟信号、第二模拟信号和第三模拟信号到切换部分25。比较部分22输入第一模拟信号和第二模拟信号，并且比较第一模拟信号的电压值与第二模拟信号的电压值，以便输出具有对应于比较结果的值的数字数据到数字数据输出端子TDlI。当获得第一模拟信号的电压值低于第二模拟信号的电压值的第一比较结果时，t匕较部分22输出第一数字数据。当获得第一模拟信号的电压值高于第二模拟信号的电压值的第二比较结果时，比较部分22输出第二数字数据。
第一输出部分23的第一放大器AMPll用预定增益(放大率)放大通过切换部分25的第一残差信号以便输出该信号。第二输出部分24的第二放大器AMPll用预定增益(放大率)放大通过切换部分25的第二残差信号以便输出该信号。切换部分25基于比较部分22的比较结果，切换从信号生成部分21输出的第一模拟信号、第二模拟信号和第三模拟信号到第一输出部分23和第二输出部分的输入。
当在比较部分中获得第一比较结果时，切换部分25输入从信号生成部分21输出的第一模拟信号到第一输出部分23作为第一残差信号，并且输入第三模拟信号到第二输出部分24作为第二残差信号。当在比较部分中获得第二比较结果时，切换部分25输入从信号生成部分21输出的第三模拟信号到第一输出部分23作为第一残差信号，并且输入第二模拟信号到第二输出部分24作为第二残差信号。在说明增益控制部分的结构和功能之后，将提供AD转换级20 (-1到N-1)的具体结构和功能的详细描述。2.放大器的增益控制如上所述，在根据实施例的AD转换器10中，模拟信号生成级30包括在到第一级AD转换级20-1的模拟信号的输出级中的第三放大器AMP13和第四放大器AMP14。在各个AD转换级20(-1到N-1)中，第一放大器AMPl I和第二放大器AMP12包括在作为到下一级AD转换级20-m的模拟信号的第一残差信号和第二残差信号的输出级中。在作为一个系统的AD转换器10中，包括增益控制部分40用于在没有复制电路的情况下控制第一放大器AMP11、第二放大器AMP12、第三放大器AMP13和第四放大器AMP14的增益。有利的是在监控所有放大器的输出信号幅值的同时通过增益控制部分40执行增益控制。然而，如在第一实施例中，可以在监控例如一个AD转换级20-2中的第一放大器AMPll和第二放大器AMP12的输出的同时，执行第一放大器AMPlI和第二放大器AMP12的增益控制。此外，可以在监控例如作为最终级之前的一级的AD转换级20-(N_l)中的第一放大器AMP11和第二放大器AMP12的输出的同时，执行第三放大器AMP13和第四放大器AMP14的增益控制。如图I所示，在第一实施例中，提供这样的示例，其中在AD转换级20-2中监控第一放大器AMPll和第二放大器AMP12的输出，以便控制第一放大器AMPll和第二放大器AMP12的增益。放大器的结构示例首先，将对于作为增益控制对象的第一放大器AMPll和第二放大器AMP12的结构示例提供描述。图3是示出能够应用于根据实施例的AD转换器的增益控制的放大器的结构示例的电路图。示出放大器AMP11(12、13和14)作为对应于差分的电路结构。
图3中的放大器AMPl I包括形成差分对的n沟道场效应晶体管(NM0S晶体管)Ml I、M12和M13、电流源Ill和112、电阻R11、R12和R13、输入端子TI21和TI22、以及输出端子T021 和 T022。电阻Rll和R12用作负载电阻，并且分别在NMOS晶体管Mll和M12的漏极与电源电势VDD连接。电流源Ill和112分别连接到NMOS晶体管Mll和M12的源极。电阻R13连接在NMOS晶体管Mll和M12的源极之间，并且NMOS晶体管M13的源极和漏极分别连接到电阻R13的任一端。NMOS晶体管M13的栅极连接到通过增益控制部分40生成的增益控制信号CTLG的提供线。
如上所述，放大器AMPl I通过控制连接在形成差分对的NMOS晶体管Mll和M12的源极之间的NMOS晶体管M13的栅极电压，执行增益控制。在该实施例中，通过增益控制部分40控制第一放大器AMPll和第二放大器AMP12的增益。增益控制部分40通过接收作为开环放大器的第一放大器AMPll和第二放大器AMP12的输出，在没有复制电路的情况下执行增益控制，以便计算放大器的增益。图I中的增益控制部分40包括输出放大检测部分41、基准幅值设置部分42、以及幅值控制部分43。输出放大检测部分41从第一放大器AMPll的输出和第二放大器AMP12的输出检测输出幅值。幅值控制部分43生成增益控制信号CTLG，使得由输出放大检测部分41检测到的输出幅值收敛在由基准幅值设置部分42设置的基准幅值。幅值控制部分43将生成的增益控制信号CTLG输出到第一放大器AMPlI和第二放大器AMP12。如上所述，在该实施例中，在预定AD转换级中控制第一放大器AMPlI和第二放大器AMP12的增益。下文中，将对于为何执行增益控制的理由和具体控制方法提供描述。为何执行放大器的增益控制的理由图4的部分(A)到(C)是示出两个放大器(AMP11和AMP12)的输入信号和输出信号之间的关系的图。图4的部分(A)示出AD转换级的基本结构。图4的部分(B)示出两个开环放大器的输入信号和输出信号的对应。图4的部分(C)不出输入和输出之间的关系。在图4的示例中，第一放大器AMPlI的输入是INlP和IN1M，并且输出是OUTlP和OUTIM。第二放大器AMP12的输入是IN2P和IN2M，并且输出是0UT2P和0UT2M。图4的部分(C)中的电压Vl给出为(IN1P-IN1M = 0)，并且V2是(IN2P-IN2M =0)。因此，输入全量程(input full scale) IFS给出为(输入全量程)=(IN1P-IN1M=0)-(IN2P-IN2M = 0)。通过直到第一放大器AMPlI和第二放大器AMP12的输入累积的累积增益确定输入全量程IFS。在没有控制的情况下，IFS显著变化，并且在多级结构中产生上限。因此，在该实施例中控制第一放大器AMPll和第二放大器AMP12的增益。增益控制的原理图5A到5C是说明根据实施例的放大器(AMP11和AMP12)的增益控制的原理的图。图5A不出任何输入电压时的恒定输出。图5B不出两个开环放大器的输入信号和输出信号的对应。图5C示出能够恒定而不管输入全量程的输出范围。在根据该实施例的各个AD转换级20(-1到-N-1)中，第一放大器AMPl I和第二放大器AMP12的主线信号通过用两个输入的内插(例如，电容内插)执行用于传输到随后级 的操作。因此,第一放大器AMPll和第二放大器AMP12之间的两个输入/输出关系如图5A和5B所示。如图5A所示，第一放大器AMPll和第二放大器AMP12的正相(反相)的幅值差变为很定而不管输入信号。其意味着例如当控制第一放大器AMPll和第二放大器AMP12的正相或反相之间的差为设置幅值时，输出范围能够恒定而不管输入全量程。结果，如实施例所示，构成开环MDAC级流水线型AD转换器的AD转换级可以形成为多级结构，并且还可以提供高解析度。在开环MDAC级流水线型AD转换器10中，作为不依赖于来自两个输入信号的输入取出幅值信息并且控制幅值为恒定的控制方法，下面说明主要的三种方法。在第一控制方法中，取出正相信号(反相信号)之间的差并且与希望的幅值信息比较以控制放大器的增益(图6)。在第二控制方法中，取出各个放大器AMPll和AMP12的差分信号分量，并且将取出的差分幅值的和与希望的幅值信息比较以控制放大器AMPll和AMP12的增益(图7)。在第三控制方法中，取出正相信号之间的差和反相信号之间的差，并且将其平均值与希望的幅值信息比较以控制两个放大器AMPll和AMP12的增益(图8)。2. I对应于第一控制方法的增益控制部分的结构示例图6是示出应用第一控制方法的增益控制部分的结构示例的图，该第一控制方法取出正相信号(反相信号)之间的差，并且将它与希望的幅值信息比较以控制两个放大器(AMP11 和 AMP12)的增益。图6中的增益控制部分40A基本具有与图I所示的结构类似的结构。在图6的示例中，通过输出幅值检测部分取出第一放大器AMPll的正相信号SPl和第二放大器AMP12的正相信号SP2之间的差作为幅值信息。然后，在幅值控制部分43中，生成增益控制信号CTLG，使得由输出幅值检测部分41检测到的输出幅值收敛在由基准幅值设置部分42设置的基准幅值，以便控制第一放大器AMPll和第二放大器AMP12的增益。此外，可以通过取出反相之间的差作为幅值信息控制幅值。2. 2对应于第二控制方法的增益控制部分的结构示例图7是示出应用第二控制方法的增益控制部分的结构示例的图，该第二控制方法取出两个放大器(AMP11和AMP12)的差分信号分量，并且将取出的差分幅值的和与希望的幅值信息比较以控制两个放大器的增益。在图7中的增益控制部分40B中，输出幅值检测部分41B包括运算放大器411，其配置为检测第一放大器AMPll的正相信号SPl和反相信号SMl之间的差分幅值。输出幅值检测部分41B包括运算放大器412，其配置为检测第二放大器AMP12的正相信号SP2和反相信号SM2之间的差分幅值。此外，输出幅值检测部分41B包括运算放大器413，其配置为取出运算放大器411的差分幅值信息和运算放大器412的差分幅值信息的和作为幅值信息。在幅值控制部分43中，生成增益控制信号CTLG，使得由输出幅值检测部分41B检测到的输出幅值收敛在由基准幅值设置部分42设置的基准幅值，以便控制第一放大器AMPll和第二放大器AMP12的增益。
2. 3对应于第三控制方法的增益控制部分的结构示例图8是示出应用第三控制方法的增益控制部分的结构示例的图，该第三控制方法取出正相信号之间的差和反相信号之间的差，并且将其平均值与希望的幅值信息比较以控制两个放大器AMPll和AMP12的增益。在图8中的增益控制部分40C中，输出幅值检测部分41C包括运算放大器414，其配置为检测第一放大器AMPll的正相信号SPl和第二放大器AMP12的正相信号SP2之间的
差分幅值。输出幅值检测部分41C包括运算放大器415，其配置为检测第一放大器AMPll的反相信号SMl和第二放大器AMP12的反相信号SM2之间的差分幅值。此外，输出幅值检测部分41C包括运算放大器416，其配置为取出运算放大器414的差分幅值信息和运算放大器415的差分幅值信息的和作为幅值信息。在幅值控制部分43中，生成增益控制信号CTLG，使得由输出幅值检测部分41C检测到的输出幅值收敛在由基准幅值设置部分42设置的基准幅值，以便控制第一放大器AMPll和第二放大器AMP12的增益。在根据实施例的AD转换器10中，从两个输入的信号取出不依赖于输入的幅值信息，以便控制两个放大器的增益使得幅值恒定。这提供下述效果。根据实施例，放大器AMP随着增益变大而变得失真，而S/N随着增益变小而劣化。控制增益降低失真和S/N劣化。目前，复制电路和控制电路两者是需要的，但是因为监控主线信号，所以可以仅用控制电路构造该系统，并且这有助于面积减小。此外，因为不使用复制电路，所以不出现复制电路和主线放大器AMP之间的相对误差，并且可以执行精确控制。在上述实施例中，在一个AD转换级20-2中监控第一放大器AMPll和第二放大器AMP12的输出，以便执行第一放大器AMPl I和第二放大器AMP12的增益控制。实施例不限于图I中的结构。如图9所示，例如，可以在所有AD转换级20-2中监控第一放大器AMPll和第二放大器AMP12的输出，以便执行第一和第二放大器AMPll和AMP12的增益控制。此外，如图10所示，例如可以在两或三级的间隔监控第一放大器AMPll和第二放大器AMP12的输出，以便执行第一和第二放大器AMPll和AMP12的增益控制。
此外，如图11所示，可以在最终级AD转换级20-(N_l)的之前级中监控第一放大器AMPll和第二放大器AMP12的输出，以便执行第三放大器AMP13和第四放大器AMP14的增益控制。图12是示出结构的模拟结果的图，其中在N = 5的情况下，在初始AD转换级20-1中监控第一放大器AMPll和第二放大器AMP12的输出以执行两个放大器AMPll和AMP12的增益控制如图12所示，通过仅在初始AD转换级20-1中执行第一放大器AMPll和第二放大器AMP12的增益控制，第二和随后级的输出范围区域更小，但是所有级的输出幅值可以保
持在一定水平。图13是示出结构的模拟结果的图，其中在N = 5的情况下，在所有AD转换级20 (_1到4)中监控第一放大器AMPll和第二放大器AMP12的输出以执行两个放大器AMPll和 AMP12的增益控制。如可以从图13所见，在对所有AD转换级执行控制的情况下，所有AD转换级的输出幅值可以比图12中的一个AD转换级的控制的情况下更恒定。图14是示出模拟结果的图，其中在降低增益之后在N = 5的情况下，在所有AD转换级20(-1到4)中监控第一放大器AMPll和第二放大器AMP12的输出以执行两个放大器的增益控制。降低增益导致更大的增益损失。然而，如图14所示，即使在大增益损失的情况下，输出幅值也可以在所有AD转换级中恒定。图15是示出模拟结果的图，其中在N = 11的情况下，从初始级起在间隔3个级的AD转换级20 (-1、-4和-7)中监控第一放大器AMPll和第二放大器AMP12的输出以执行两个放大器的增益控制。在此情况下，使用控制信号，使得在初始级AD转换级20-1中增益变小，这有助于第二级和第三级AD转换级20-2和20-3中信号小。使用控制信号，使得在第四级AD转换级20-4中增益变大,这有助于第五级和第六级AD转换级20-5和20-6中信号大。使用控制信号,使得在第七级AD转换级20-7中增益变小,这有助于第八级、第九级和第十级AD转换级20-8、20-9和20-10中信号小。在开环MDAC级流水线型AD转换器10中，已经对于这样的结构提供了描述，其中从两个输入的信号取出不依赖于输入的幅值信息，以便控制幅值为恒定。下文中，将对于用于在不需要具有高精度的运算放大器的情况下实现AD转换器的I位AD转换级20 (-1到N-1)以及模拟信号生成级的具体结构和功能提供描述，该AD转换器能够进行低功率操作和高速操作并且便于小型化。3. AD转换级的具体结构示例首先，尽管一些部分与上面的说明重叠，但是将对于也可应用为I位AD转换器的一个基本AD转换级的具体结构和功能提供描述。为了便于理解，在描述中使用初始级AD转换级20-1作为示例。在随后级AD转换级20-2到20- (N-I)中，输入从前一级AD转换级20_1到20- (N-2)输出的第一残差信号和第二残差信号作为第一模拟信号和第二模拟信号。
根据实施例的AD转换器10的输入范围(电压)是从0到Vr。在该实施例中，第一基准电压Vrt对应于电压Vr，并且第二基准电压Vrb对应于电压OV。如上所述，第一模拟信号和第二模拟信号输入AD转换级20。输入到初始级AD转换级20-1的第一模拟信号输入为具有电压值(Vin-Vrb)的信号，该电压值(Vin-Vrb)对应于两个电压(第一基准电压Vrt和第二基准电压Vrb)之间电压值(Vin)与第二基准电压Vrb之间差。在该实施例中，第一模拟信号是Vin，因为如上所述Vrb = O。输入第二模拟信号作为具有电压值(Vin-Vrb-(Vrt-Vrb)) = (Vin-Vrt)的信号，该电压值(Vin-Vrb-(Vrt-Vrb)) = (Vin-Vrt)对应于第一模拟信号的电压值(Vin-Vrb)和第一基准电压Vrt和第二基准电压Vrb之间的差电压(Vrt-Vrb)之间的差。
在该实施例中，如上所述，输入模拟信号Vin具有O(Vrb)和Vr(Vrt) (0 < Vin<Vr)之间电压值，并且提供到第一模拟信号输入端子Till作为第一模拟信号(电压)Vin0第一模拟信号输入端子TIll通过信号输入线LIll输入第一模拟信号Vin到AD转换级20-1。第二模拟信号输入端子TI12通过信号输入线LI12输入第二模拟信号到AD转换级20-1,第二模拟信号具有对应于第一模拟信号Vin的电压值(Vin)和基准电压的差电压Vr之间的差的电压值(Vin-Vr)。AD转换级20-1从第一模拟信号输入端子TIll输入具有电压值(Vin)的第一模拟信号Vin。并行地，AD转换级20-1从第二模拟信号输入端子TI 12输入第二模拟信号(Vin-Vr)，其具有通过从输入电压Vin减去基准电压的差电压Vr计算的值(Vin-Vr)。AD转换级20-1包括信号生成部分21，配置为从两个信号(第一和第二模拟信号)生成作为残差信号的第三模拟信号(Vin-Vr/2)。这意味着AD转换级20_1生成第三模拟信号(Vin-Vr/2)，其具有通过将第一模拟信号的电压值Vin加到第二模拟信号的电压值(Vin-Vr)并且将其除以2计算的电压值。AD转换级20在内部比较部分22中执行两个信号(第一和第二模拟信号)的电压Vin和(Vin-Vr)之间的高和低(大和小)比较。AD转换级20-1基于比较部分22的比较结果，从第一模拟信号输出端子TOll输出放大A倍的第一残差信号A*Vin或A* (Vin-Vr/2)类似地，AD转换级20-1基于比较部分22的比较结果，从第二模拟信号输出端子T012输出放大A倍的第二残差信号A*(Vin-Vr/2)或A*(Vin_Vr)。A是显示放大率的常数。并行地，AD转换级20-1基于比较部分22的比较结果，从数字数据输出端子TDll输出具有0或I的数字值(数据)的数字数据DS。在该实施例中，数字值(数据)0对应于第一数字数据，并且数字值(数据)I对应于第二数字数据。图16A和图16B是示出对于各个情况，基于图2中AD转换级中比较部分的比较结果输出的残差信号和数字信号的图。AD转换级20-1在比较部分22中确定通过将第一模拟信号电压Vin加到第二模拟信号电压(Vin-Vr)计算的信号电压(2Vin-Vr)是高于还是低于O。当获得其中信号电压(2Vin-Vr)低于0(2Vin_Vr < 0)第一比较结果时，这意味着(Vin < Vr/2)，AD转换级20-1执行下述处理。这等价于这样的情况，其中两个模拟输入电压IVinI和IVin-VrI相互比较，并且结果显不第一模拟信号电压I Vin I低于第二模拟信号电压I Vin-Vr I (|Vin < | Vin-Vr |)。如图16A所示，当获得第一比较结果(Vin < Vr/2)时，AD转换级20_1从第一模拟信号输出端子TOll输出A*Vin作为第一残差信号。AD转换级20-1从第二模拟信号输出端子T012输出A* (Vin-Vr/2)作为第二残差信号。
并行地，AD转换级20-1从数字数据输出端子TDll输出具有数字值(数据)0的数字数据DS。当获得其中信号电压(2Vin-Vr)高于0 (2Vin_Vr > 0)第二比较结果时，这意味着(Vin > Vr/2)，AD转换级20-1执行下述处理。这等价于这样的情况，其中两个模拟输入电压IVinI和IVin-VrI相互比较，并且结果显不第一模拟信号电压I Vin I高于第二模拟信号电压I Vin-Vr I (|Vin > | Vin-Vr |)。如图16B所示，当获得第二比较结果(Vin > Vr/2)时，AD转换级20_1从第一模拟信号输出端子TOll输出A*(Vin-Vr/2)作为第一残差信号。AD转换级20-1从第二模拟信号输出端子T012输出A* (Vin-Vr)作为第二残差信号。并行地，AD转换级20-1从数字数据输出端子TDll输出具有数字值(数据)I的数字数据DS。如上所述，根据实施例的AD转换器10的AD转换级20-1在获得第一比较结果(Vin
<Vr/2)时输出第一数字数据0，并且在获得第二比较结果(Vin > Vr/2)时输出第二数字数据I。根据比较结果，AD转换级20-1用第一放大器AMPll和第二放大器AMP12将模拟残差信号(Vin和Vin-Vr/2、或者Vin-Vr/2和Vin-Vr)放大A倍以输出信号。I位AD转换级的具体结构示例图17是示出根据实施例的I位AD转换级的具体结构示例的电路图。为了便于理解，如上所述，使用初始级AD转换级20-1作为示例。在随后级AD转换级20-2到20-(N-I)中，输入从前一级AD转换级20_1到20_(N_2)输出的第一残差信号
和第二残差信号作为第一模拟信号和第二模拟信号。因此，AD转换级20-1到20-(N-I)具有与AD转换级20的结构相同的结构。图17中的I位AD转换级20本身可以应用为I位AD转换器10D。如上所述，图17中的AD转换级20包括信号生成部分21、比较部分22、第一输出部分23、第二输出部分24和切换部分25。信号生成部分21通过信号输入线LIll和LI 12输入第一模拟信号Vin和第二模拟信号(Vin-Vr)。信号生成部分21生成第三模拟信号(Vin-Vr/2)，其具有通过将第一模拟信号的电压值Vin加到第二模拟信号的电压值(Vin-Vr)并且将其除以2计算的电压值。
信号生成部分21输出米样模拟信号、第一模拟信号Vin、第二模拟信号(Vin-Vr)和第三模拟信号(Vin-Vr/2)到切换部分25。
图17中的信号生成部分21通过电容内插生成第三模拟信号(Vin-Vr/2)。图17中的信号生成部分21包括第一电容器C11、第二电容器C12、第三电容器C13和第四电容器C14。信号生成部分21包括第一开关SW11、第二开关SW12、第三开关SW13、第一输出节点ND11、第二输出节点ND12和第三输出节点13。在该实施例中,例如,第一电容器Cll和第二电容器C12的电容值设为2C,并且第三电容器C13和第四电容器C14的电容值设为1C。 这意味着第一电容器Cl I和第二电容器C12的电容值与第三电容器C13和第四电容器C14的电容值之间的比率设为2 I。第一电容器Cll的一端连接到第一模拟信号Vin的输入线LI11,并且另一端连接到用于输出第一模拟信号Vin的第一输出节点NDlI。第二电容器C12的一端连接到第二模拟信号(Vin-Vr)的输入线LI12，并且另一端连接到用于输出第二模拟信号(Vin-Vr)的第二输出节点ND12。第三电容器C13的一端连接到第一模拟信号Vin的输入线LI11，并且另一端连接到用于输出第三模拟信号(Vin-Vr/2)的第三输出节点ND13。第四电容器C14的一端连接到第二模拟信号(Vin-Vr)的输入线LI12，并且另一端连接到用于输出第三模拟信号(Vin-Vr/2)的第三输出节点ND13。第一开关SWll连接在第一输出节点NDll和固定电势VC之间。固定电势VC例如是地电势GND。第二开关SWl2连接在第二输出节点ND12和固定电势VC之间。第三开关SW13连接在第三输出节点ND13和固定电势VC之间。在第一相位信号的高电平时段期间，第一开关SW11、第二开关SW12和第三开关SW13保持在导电状态(短路状态)，并且在低电平时段期间保持在非导电状态(打开状态)。第一电容器Cll在第一开关SWll的导电状态期间米样作为输入信号的第一模拟信号Vin，并且在非导电状态下在第一输出节点NDll侧生成采样的电压Vin，以便输出其电
压信号。第二电容器C12在第二开关SW12的导电状态期间采样作为输入信号的第二模拟信号(Vin-Vr)，并且在非导电状态下在第二输出节点ND12侧生成采样的电压Vin，以便输出其电压信号。第三电容器C13在第三开关SW13的导电状态期间采样作为输入信号的第一模拟信号Vin，并且在非导电状态下在第三输出节点ND13侧生成采样的电压Vin。第四电容器C14在第三开关SW13的导电状态期间采样作为输入信号的第二模拟信号(Vin-Vr)，并且在非导电状态下在第三输出节点ND13侧生成采样的电压。如上所述，第三电容器C13和第四电容器C14在第三开关SW13的导电状态期间采样输入信号，并且在非导电状态下在第三输出节点ND13侧生成每个采样的电压。然后，合成电压并且从第三输出节点ND13输出。
比较部分22通过信号输入线LIll和LI 12输入第一模拟信号Vin和第二模拟信号(Vin-Vr)。比较部分22将第一模拟信号的电压值Vin加到第二模拟信号的电压值(Vin-Vr)，并且比较信号(2Vin-Vr)是高于还是低于O。实际上，比较部分22比较通过从第一模拟信号的电压值Vin减去第二模拟信号的中间电压值Vr/2计算的电压值(Vin-Vr/2)与OV (基准电压值)。比较部分22从数字数据输出端子TDll输出具有对应于比较结果的值的数字数据DS0 比较部分22基于比较结果，在切换部分25中执行对于从信号生成部分21输出的第一模拟信号Vin、第二模拟信号(Vin-Vr)和第三模拟信号(Vin-Vr/2)的提供路线和输出 部分上的信号的切换控制。也就是说，比较部分22基于比较结果，执行对于第一模拟信号Vin、第二模拟信号(Vin-Vr)和第三模拟信号(Vin-Vr/2)的提供路线和第一输出部分23和第二输出部分24上的信号的切换控制当获得其中通过将第一模拟信号的电压值Vin加到第二模拟信号的电压值(Vin-Vr)计算的电压值(2Vin-Vr)低于0的第一比较结果时，比较部分22从数字数据输出端子TDll输出具有值(数据)0的数字数据DS。当获得其中电压值(2Vin_Vr)高于0的第二比较结果时，比较部分22从数字数据输出端子TDll输出具有值(数据)I的数字数据DS。当获得第一比较结果时，比较部分22执行切换部分25的切换控制如下。比较部分22控制切换部分25，使得从信号生成部分21输出的第一模拟信号Vin输入第一输出部分23作为第一残差信号,并且第三模拟信号(Vin-Vr/2)输入第二输出部分24作为第二残差信号。当获得第二比较结果时，比较部分22执行切换部分25的切换控制如下。比较部分22控制切换部分25，使得从信号生成部分21输出的第三模拟信号(Vin-Vr/2)输入第一输出部分23作为第一残差信号，并且第二模拟信号(Vin-Vr)输入第二输出部分24作为第二残差信号。图17中的比较部分22包括比较器CMP11、控制部分CTL11、第五电容器C15、第六电容器C16、第四开关SW14和比较器CMPll的输入节点ND14和输出节点ND15。在该实施例中，第五电容器C15和第六电容器C16的电容值设为1C’。第五电容器C15的一端连接到第一模拟信号Vin的输入线LI 11,并且另一端连接到比较器CMPll的输入节点ND14。第六电容器C16的一端连接到第二模拟信号(Vin-Vr)的输入线LI12,并且另一端连接到比较器CMPll的输入节点ND14。第四开关SW14连接在比较器CMPll的输入节点ND14和固定电势VC之间。在作为第一相位信号的反相的第二相位信号02的高电平时段期间，第四开关SW14保持在导电状态(短路状态)，并且在低电平时段期间保持在非导电(打开状态)。在第二相位信号0 2的高电平时段期间，第四开关SW14保持在导电状态(短路状态)，并且在低电平时段期间保持在非导电(打开状态)。
反相代表相位偏离180度的关系。也就是说，当第一相位信号O I处于高电平时，第二相位信号0 2处于低电平,并且当第一相位信号处于低电平时,第二相位信号0 2处于高电平。第五电容器C15在第四开关SW14的导电状态期间米样作为输入信号的第一模拟信号Vin，并且在预定定时在比较器CMPll的输入节点ND 14侧生成采样的电压Vin。第六电容器C16在第四开关SW14的导电状态期间采样作为输入信号的第二模拟信号(Vin-Vr)，并且在预定定时在比较器CMPll的输入节点ND14侧生成采样的电压。如上所述，第五电容器C15和第六电容器C16在第四开关SW14的导电状态期间采样输入信号，并且在预定定时在比较器CMPll的输入节点ND14侧生成各个采样的电压。比较器CMPll比较输入的合成信号电压(Vin+Vin-Vr)与O。
当获得(Vin+Vin-Vr) < 0的第一比较结果时，比较器CMPll通过输出节点ND15输出第一数字数据0到数字数据输出端子TDll和控制部分CTLlI。当获得(Vin+Vin-Vr) > 0的第二比较结果时，比较器CMPll通过输出节点ND15输出第二数字数据I到数字数据输出端子TDll和控制部分CTLlI。在第一实施例中，当第一相位信号从高电平切换到低电平时的定时，比较器CMPll执行比较操作。当从比较器CMPll接收第一数字数据0时，控制部分CTLll确定获得第一比较结果(Vin+Vin-Vr) < 0作为比较结果，并且如下所述用第一控制信号Sll和第二控制信号S12控制切换部分25。控制部分CTLll控制切换部分25，使得从信号生成部分21输出的第一模拟信号Vin输入第一输出部分23，并且第三模拟信号(Vin-Vr/2)输入第二输出部分24。在第一实施例中，当第二相位信号02从低电平切换为高电平时，控制部分CTLll确定输出处于有效高电平的信号，第一控制信号Sll或第二控制信号S12。控制部分CTLll输出信号到切换部分25，使得第二相位信号O 2处于高电平区域，并且第一控制信号Sll和第二控制信号S12以互补方式具有高电平和低电平。当从比较器CMPll接收第二数字数据I时，控制部分CTLll确定获得第二比较结果(Vin+Vin-Vr) > 0作为比较结果，并且如下所述用第一控制信号Sll和第二控制信号S12控制切换部分25。控制部分CTLll控制切换部分25，使得从信号生成部分21输出的第三模拟信号(Vin-Vr/2)输入第一输出部分23，并且第二模拟信号(Vin-Vr)输入第二输出部分24。当第二相位信号02从低电平切换为高电平时，控制部分CTLll确定输出处于有效高电平的信号，第一控制信号Sll或第二控制信号S12。第一输出部分23以预定放大率用第一放大器AMPll放大通过切换部分25提供的第一残差信号Vin或(Vin-Vr/2),以便从第一模拟信号输出端子TOll输出该信号。图17中的第一输出部分23包括第一放大器(amp) AMPlI、第一输入节点ND16和第九开关SW19。第一放大器AMPl I以预定放大率(增益)A放大通过切换部分25提供到第一输入节点ND16的第一残差信号Vin或(Vin-Vr/2),以便从第一模拟信号输出端子TOll输出该信号。
第九开关SW19连接在第一输入节点ND16和固定电势VC之间。在第一相位信号O I的高电平时段期间，第九开关SW19保持在导电状态(短路状态)，并且在低电平期间保持在非导电状态(打开状态)。当第九开关SW19处于导电状态时,第一输入节点ND16处于到信号生成部分21的第一输出节点NDll和第三输出节点ND13的非连接状态，重置为第一放大器AMPll没有输入信号的状态。第二输出部分24以预定放大率A用第二放大器AMP12放大通过切换部分25提供的第二残差信号(Vin-Vr/2)或(Vin-Vr),以便从第二模拟信号输出端子T012输出该信号。图17中的第二输出部分24包括第二放大器(amp)AMP12、第二输入节点ND17和第十开关SW20。第二放大器AMP12以预定放大率(增益)A放大通过切换部分25提供到第二输入 节点ND17的第二残差信号(Vin-Vr/2)或(Vin-Vr)，以便从第二模拟信号输出端子T012输
出该信号。第十开关SW20连接在第二输入节点ND17和固定电势VC之间。在第一相位信号O I的高电平时段期间，第十开关SW20保持在导电状态(短路状态)，并且在低电平期间保持在非导电状态(打开状态)。当第十开关SW20处于导电状态时，第二输入节点ND17处于到信号生成部分21的第二输出节点ND12和第三输出节点ND13的非连接状态，重置为第二放大器AMP12没有输入信号的状态。切换部分25基于比较部分22的比较结果，切换通过信号生成部分21到第一输出部分23和第二输出部分24的第一模拟信号Vin、第二模拟信号(Vin-Vr)和第三模拟信号(Vin-Vr/2)的输入。切换部分25响应于比较部分22的控制信号Sll和S12，执行如下所述的切换。当在比较部分22中获得第一比较结果时，切换部分25指示第一输出部分23通过信号生成部分21输入第一模拟信号Vin作为第一残差信号。然后，切换部分25指示第二输出部分24输入第三模拟信号(Vin-Vr/2)作为第二残差信号。当在比较部分22中获得第二比较结果时，切换部分25指示第一输出部分23通过信号生成部分21输入第三模拟信号(Vin-Vr/2)作为第一残差信号。然后，切换部分25指示第二输出部分24输入第二模拟信号(Vin-Vr)作为第二残差信号。图17中的切换部分25包括第五开关SW15、第六开关SW16、第七开关SW17和第八开关SW18。第五开关SW15连接在信号生成部分21的第一输出节点NDll和配置为输入第一残差信号到第一输出部分23的第一输入节点ND16之间。第六开关SW16连接在信号生成部分21的第二输出节点ND12和配置为输入第二残差信号到第二输出部分24的第二输入节点ND17之间。第七开关SW17连接在信号生成部分21的第三输出节点ND13和配置为输入第一残差信号到第一输出部分23的第一输入节点ND16之间。第八开关SW18连接在信号生成部分21的第三输出节点ND13和配置为输入第二残差信号到第二输出部分24的第二输入节点ND17之间。
基于由比较部分22输出的控制信号Sll,第五开关SW15和第八开关SW18在导电状态和非导电状态之间切换。基于由比较部分22输出的控制信号S12,第六开关SW16和第七开关SW17在导电状态和非导电状态之间切换。当在比较部分22中获得第一比较结果时，第五开关SW15和第八开关SW18通过控制信号Sll保持在导电状态，并且第六开关SW16和第七开关SW17通过控制信号S12保持在非导电状态。当在比较部分22中获得第二比较结果时，第五开关SW15和第八开关SW18通过控制信号Sll保持在非导电状态，并且第六开关SW16和第七开关SW17通过控制信号S12保持在导电状态。通过比较部分22提供控制信号Sll和S12作为具有与第二相位信号02相同相 位的信号。因此，在比较部分22中，切换部分25的两个开关在与第四开关SW14处于导电状态的时段相同的时段期间保持在导电状态，并且采样第一模拟信号Vin和第二模拟信号(Vin-Vr)以执行比较和确定。此时，在信号生成部分21中，第一开关SWlI、第二开关SW12和第三开关SW13保持在非导电状态，并且采样的电压保持在输出状态。并且第一输出部分23的第九开关SW19和第二输出部分24的第十开关SW20通过第一相位信号保持在非导电状态，并且处于等待到第一放大器AMPll和第二放大器AMP12的信号输入的状态。图18A和18B是说明图17中的I位AD转换级的操作的基本概念的图。如图18A所示，AD转换级20输出对应于比较部分22中的比较结果的数字数据。也就是说，AD转换级20相互比较两个模拟信号(第一模拟信号Vin和第二模拟信号(Vin-Vr))的大小Vin和I Vin-Vr |，并且基于比较结果输出数字数据0或I。在该实施例中，作为由此的方法，通过将第一模拟信号Vin加到第二模拟信号(Vin-Vr)获得信号(Vin+ (Vin-Vr) = 2Vin-Vr)。然后，比较器CMPll比较并且确定信号(2Vin-Vr)是大于(高于)或小于(低于)0，并且输出数字数据0或I。AD转换级20还应用比较部分22的比较结果到两个模拟信号输出。也就是说，当获得在AD转换级20中输出第一数字数据0的第一比较结果时，如图18B所不，执行模拟信号输出，使得取决于面积选择和输出第一模拟信号Vin和第三模拟信号(Vin-Vr/2)。当获得在AD转换级20中输出第二数字数据I的第二比较结果时，如图18B所示，执行模拟信号输出，使得取决于面积选择和输出第三模拟信号(Vin-Vr/2)和第二模拟信号(Vin-Vr)。接下来，将参照图19到图22描述图17中的I位AD转换级的操作。基本上,执行第一相位操作和第二相位操作。在第一相位操作中，第一相位信号 有效，并且第二相位信号0 2无效,而在第二相位操作中,第二相位信号O2有效,并且
第一相位信号O I无效。
例如，当第一相位信号或第二相位信号02有效时，该信号设为高电平。类似地，当其无效时，其设为低电平。图19A和19B时说明图17中的I位AD转换级的操作并且示出各个相位中的操作概况的图。图19A示出信号生成部分21的第一到第三开关SWll到SW13以及在相同相位中相位驱动为导电状态和非导 电状态的第一和第二输出部分23和24的第九开关SW19和第十开关SW20的状态。图19B示出以信号生成部分21的各个开关SWll到SW13以及第一和第二输出部分的各个开关SW19和SW20的反相相位驱动的切换部分25的第五到第八开关SW15到SW18的状态。在图19A和19B中，导电状态示出为“接通”，并且非导电状态示出为“关断”。在图19A中，Cs示出用于采样的电容器，其是信号生成部分21的第一到第四电容器 Cll 到 C14。图20是说明图17中的I位AD转换级的第一相位的操作的图。图21是说明图17中的I位AD转换级的第二相位的操作并且说明利用获得的第一比较结果的操作的图。图22是说明图17中的I位AD转换级的第二相位的操作并且说明利用获得的第二比较结果的操作的图。第一相位的操作在第一相位中，第一相位信号以有效高电平提供到信号生成部分21、第一输出部分23和第二输出部分24。此时，第二相位信号02以无效低电平提供到比较部分22。在这样的情况下，信号生成部分21的第一开关SW11、第二开关SW12、第三开关SW13、第一输出部分23的第九开关SW19、以及第二输出部分24的第十开关SW20处于导电状态(接通)。另一方面，比较部分22的第四开关SW14处于非导电状态(关断)。在信号生成部分21中，在第一到第三开关SWll到SW13处于导电状态的情况下，通过采样电容Cs采样输入的第一模拟信号Vin和第二模拟信号(Vin-Vr)。具体地,通过作为米样电容Cs的第一和第三电容器Cll和C13米样第一模拟信号Vin,并且通过第二和第四电容器C12和C14采样第二模拟信号(Vin-Vr)。在第一和第二输出部分23和24的第九和第十开关SW19和SW20处于导电状态的情况下，重置第一放大器AMPll和第二放大器AMP12。第二相位的操作在第二相位中，第二相位信号0 2以有效高电平提供到比较部分22。此时,第一相位信号以无效低电平提供到号生成部分21、第一输出部分23和第二输出部分24。在这样的情况下，比较部分22的第四开关SW14处于导电状态(接通)。另一方面，信号生成部分21的第一开关SW11、第二开关SW12、第三开关SW13、第一输出部分23的第九开关SW19、以及第二输出部分24的第十开关SW20处于非导电状态(关断)。在比较部分22中，在第四开关SW14处于导电状态的情况下，通过第五电容器C15和第六电容器C16米样第一模拟信号Vin和第二模拟信号(Vin-Vr)。然后,在预定定时在比较器CMPll的输入节点ND14侧生成各个采样的电压。在第一开关SWl I、第二开关SW12和第三开关SW13处于非导电状态的情况下，在第一到第三输出节点NDll到ND13侧生成采样的电压V，并且信号生成部分21处于等待电压信号输出的状态。在比较部分22中，合成电压并且提供到比较器CMPlI。比较器CMPll在第一相位信号O I从高电平切换位低电平的定时执行比较操作。在比较操作中，比较器CMPll比较输入的合成信号电压(Vin+Vin-Vr)与OV。当获得第一比较结果(Vin+Vin-Vr) < 0时，比较器CMPll通过输出节点ND15输出第一数字数据0到数字数据输出端子TDll和控制部分CTLlI。当获得第二比较结果(Vin+Vin-Vr) > 0时，比较器CMPll通过输出节点ND15输出第二数字数据I到数字数据输出端子TDll和控制部分CTLlI。然后，当第二相位信号02从低电平切换位高电平时，控制部分CTLll确定输出处 于有效高电平的信号，第一控制信号Sll或第二控制信号S12。当从比较器CMPll接收第一数字数据0时，控制部分CTLll确定获得第一比较结果(Vin+Vin-Vr) < 0作为比较的结果，并且如下所述通过第一控制信号Sll和第二控制信号S12控制切换部分25。控制部分CTLll设置第一控制信号Sll为有效高电平，并且第二控制信号S12为无效低电平。结果，如图21所示，切换部分25中第五开关SW15和第八开关SW18保持处于导电状态(接通)，并且第六开关SW16和第七开关SW17保持处于非导电状态(关断)。然后，从信号生成部分21输出的第一模拟信号Vin输入到第一输出部分23的第一放大器AMP11,并且第三模拟信号(Vin-Vr/2)输入到第二输出部分24的第二放大器AMP12。第一放大器AMPll用预定放大率A放大通过切换部分25提供的第一残差信号Vin,并且从第一模拟信号输出端子TOll输出信号A*Vin。第二放大器AMP12用预定放大率A放大通过切换部分25提供的第二残差信号(Vin-Vr/2)，并且从第二模拟信号输出端子T012输出信号A* (Vin-Vr/2)。当从比较器CMPll接收第二数字数据I时，控制部分CTLll确定获得第二比较结果(Vin+Vin-Vr) > 0作为比较的结果，并且如下所述通过第一控制信号Sll和第二控制信号S12控制切换部分25。控制部分CTLll设置第二控制信号S12为有效高电平，并且第一控制信号Sll为无效低电平。结果，如图22所示，第六开关SW16和第七开关SW17保持处于导电状态(接通)，并且第五开关SW15和第八开关SW18保持处于非导电状态(关断)。在此情况下,从信号生成部分21输出的第三模拟信号(Vin-Vr/2)输入到第一输出部分23的第一放大器AMPlI，并且第二模拟信号(Vin-Vr)输入到第二输出部分24的第二放大器AMP12。第一放大器AMPll用预定放大率A放大通过切换部分25提供的第一残差信号(Vin-Vr/2)，并且从第一模拟信号输出端子TOll输出信号A* (Vin-Vr/2)。第二放大器AMP12用预定放大率A放大通过切换部分25提供的第二残差信号(Vin-Vr)，并且从第二模拟信号输出端子T012输出信号A* (Vin-Vr)。如上所述，图17中AD转换级20基于从两个模拟输入电压Vin和(Vin-Vr)自身生成的比较对象值(阈值)执行比较。类似地，从两个模拟输入电压自身生成模拟残差信号。因此，AD转换器IOD不存在需要精确绝对值的部分。尽管通过增益控制部分40控制放大器AMPll和AMP12的放大率(增益)，但是可 以用简单的差分放大器构造放大器，因为也通过开环执行电容器操作(不使用闭环)。已经对于I位AD转换级20的具体结构和功能的示例提供了描述。下文中，将对于级联连接到多个(该描述中2个)AD转换级20的2位AD转换器的结构和操作提供描述。为了便于理解，提供通过将第一级和第二级AD转换级20-1和20_2相互级联连接构造2位AD转换器的示例。图23是示出通过级联连接图17中的两个AD转换级形成的2位AD转换器的结构示例的框图。图24是示出通过级联连接图17中的两个AD转换级形成的2位AD转换器的结构示例的电路图。通过级联连接图17中的两个I位AD转换级形成2位AD转换器IOE作为2位AD
转换器。在示例中，使用开环放大器和开环电容器操作形成开环流水线型AD转换器。在AD转换器IOE中，第一级AD转换级20-1具有与图17中的I位AD转换级相同的结构，并且具有相同的操作效果。第二级AD转换级20-2具有与第一级AD转换级20_1的结构类似的结构。第一级AD转换级20-1中的第一和第二输出部分23-1和24_1的放大器AMPll-I和AMP12-1的放大率设为Al。并且第二级AD转换级20-2中的第一和第二输出部分23-2和24-2的放大器AMPl 1-2和AMP12-2的放大率设为A2。在AD转换器IOE中，第一级AD转换级20_1的第一模拟信号输出端子TOl 1_1连接到第二级AD转换级20-2的第一模拟信号输入端子TI 11-2。类似地，在AD转换器IOE中，第一级AD转换级20-1的第二模拟信号输出端子TOl 1-2连接到第二级AD转换级20-2的第二模拟信号输入端子TI12-2。因此，从第一模拟信号输入端子TI 11-2输入(Al*Vin)或{Al* (Vin-Vr/2)}到第二级AD转换级20-2作为第一模拟信号。类似地，从第二模拟信号输入端子TI12-2输入{Al*(Vin-Vr/2)}或{Al* (Vin-Vr)}到第二级AD转换级20_2作为第二模拟信号。在此将省略对于第一级AD转换级20-1的操作的描述，因为已经在第一实施例中提供了。基本改变是放大率从Al到A2。
如上所述，第二级AD转换级20-2的操作基本类似于第一实施例中的操作，但是输入模拟信号和模拟信号输出改变。因此，将聚焦比较部分22-2和两个模拟信号输出提供对于第二级AD转换级20_2的操作的描述。在第二级AD转换级20-2中的比较部分22_2中，在第四开关SW14的导电状态期间，第五电容器C15采样作为输入信号的第一模拟信号(Al*Vin)或{Al* (Vin-Vr/2)}。然后，在比较器CMPll的输入节点ND14侧生成预定定时采样的电压(Al*Vin)或{Al* (Vin-Vr/2)}。在第四开关SW14的导电状态期间,第六电容器C16米样作为输入信号的第二模拟信号{Al* (Vin-Vr/2)}或{Al* (Vin-Vr)}。然后，在比较器CMPll的输入节点ND14侧生成预定定时采样的电压{Al* (Vin-Vr/2)}或{Al* (Vin-Vr)}。
如上所述，在第四开关SW14的导电状态期间，第五电容器C15和第六电容器C16采样输入信号，并且在比较器CMPll的输入节点ND14侧生成预定定时采样的各个电压。然后，合成电压并且提供到比较器CMPlI。在此情况下，合成信号电压是{(Al*Vin)+Al*(Vin-Vr/2)}或{Al*(Vin-Vr/2)+Al*(Vin-Vr)}。在比较部分22-2中，比较器CMPll比较输入的合成信号电压{(Al*Vin)+Al*(Vin-Vr/2)}与 0V。当获得第一比较结果{(Al*Vin)+Al* (Vin-Vr/2)} < 0时，比较器CMPll通过输出节点ND15输出数字数据0到数字数据输出端子TD11-2和控制部分CTL11-2。当获得第二比较结果{(Al*Vin)+Al* (Vin-Vr/2)} > 0时，比较器CMPll通过输出节点ND15输出数字数据I到数字数据输出端子TD11-2和控制部分CTL11-2。在AD转换器IOE中，第二级AD转换级20_2的比较器CMPll在第二相位信号0 2从高电平切换为低电平的定时执行比较操作。在AD转换器IOE中，第一级AD转换级20_1的比较器CMPll在第一相位信号①I从高电平切换为低电平的定时执行比较操作。在AD转换器IOE中，控制第一相位和第二相位，使得第一级AD转换级20_1和第二级AD转换级20-2以反相操作，因为应用流水线处理。当从比较器CMPll接收数字数据0时，控制部分CTLl 1-2确定获得第一比较结果{(Al*Vin)+Al* (Vin-Vr/2)} <0作为比较结果。然后，控制部分CTL11-2如下所述通过第一控制信号SI 1-2和第二控制信号S12-2控制切换部分25-2。控制部分CTLl 1-2控制切换部分25-2，使得从信号生成部分21-2输出的第一模拟信号Al*Vin输入到第一输出部分23-2，并且第三模拟信号Al*(Vin-Vr/4)输入到第二输出部分24-2。当从比较器CMPll接收数字数据I时，控制部分CTLl 1-2确定获得第二比较结果{(Al*Vin)+Al* (Vin-Vr/2)} >0作为比较结果。然后，控制部分CTL11-2如下所述通过第一控制信号SI 1-2和第二控制信号S12-2控制切换部分25-2。控制部分CTLl 1-2控制切换部分25_2，使得来自信号生成部分21_2的第三模拟信号Al*(Vin-Vr/4)输入到第一输出部分23_2，并且另一第三模拟信号Al* (Vin_Vr/4)输入到第二输出部分24-2。当第一相位信号从低电平切换为高电平时，控制部分CTL11-2确定输出处于有效高电平的信号，第一控制信号S11-2或第二控制信号S12-2。另一方面，当第二相位信号02从低电平切换为高电平时，控制部分CTLll-I确定输出处于有效高电平的信号，第一控制信号Sll-I或第二控制信号S12-1。第一输出部分23-2用预定放大率A2放大通过切换部分25_2提供的第一残差信号Al*Vin或Al*(Vin-Vr/4)，并且从第一模拟信号输出端子T011-2输出该信号。也就是说,第一输出部分23-2从第一模拟信号输出端子T011-2输出第一残差信号 Al*A2*Vin 或 A1*A2* (Vin-Vr/4)。第二输出部分24-2用预定放大率A2放大通过切换部分25_2提供的第二残差信 号Al* (Vin-Vr/4)或Al* (Vin-Vr/2)，并且从第二模拟信号输出端子T012-2输出该信号。也就是说，第二输出部分24-2从第二模拟信号输出端子T012-2输出第二残差信号 A1*A2* (Vin-Vr/4)或 A1*A2* (vin-Vr/2)。在比较部分22-2中，比较器CMPll比较输入的合成信号电压{Al* (Vin-Vr/2)+Al*(Vin-Vr)}与 0V。当获得第一比较结果{Al* (Vin-Vr/2)+Al* (Vin-Vr)} < 0时，比较器CMPll通过输出节点ND15输出数字数据0到数字数据输出端子TD11-2和控制部分CTL11-2。当获得第二比较结果{Al* (Vin-Vr/2)+Al* (Vin-Vr)} > 0时，比较器CMPll通过输出节点ND15输出数字数据I到数字数据输出端子TD11-2和控制部分CTL11-2。当从比较器CMPll接收数字数据0时，控制部分CTLl 1-2确定获得第一比较结果{Al* (Vin-Vr/2)+Al* (Vin-Vr)} <0作为比较结果。然后，控制部分CTLl 1_2通过第一控制信号SI 1-2和第二控制信号S12-2控制切换部分25-2。控制部分CTLl 1-2控制切换部分25-2，使得从信号生成部分21_2输出的第一模拟信号Al* (Vin-Vr/2)输入到第一输出部分23_2，并且第三模拟信号Al* (Vin_3Vr/4)输入到第二输出部分24-2。当从比较器CMPll接收数字数据I时，控制部分CTLl 1-2确定获得第二比较结果{Al* (Vin-Vr/2) +Al* (Vin-Vr)} > 0作为比较结果。然后，控制部分CTLl 1-2如下所述通过第一控制信号SI 1-2和第二控制信号S12-2控制切换部分25-2。控制部分CTLl 1-2控制切换部分25-2，使得从信号生成部分21_2输出的第三模拟信号Al*(Vin-3Vr/4)输入到第一输出部分23_2，并且第二模拟信号Al* (Vin-Vr)输入到第二输出部分24-2。第一输出部分23-2用预定放大率A2放大通过切换部分25_2提供的第一残差信号Al* (Vin-Vr/2)或Al* (Vin_3Vr/4)，并且从第一模拟信号输出端子T011-2输出该信号。也就是说,第一输出部分23-2从第一模拟信号输出端子T011-2输出第一残差信号 A1*A2* (Vin-Vr/2)或 A1*A2* (Vin-3Vr/4)。第二输出部分24-2用预定放大率A2放大通过切换部分25_2提供的第二残差信号Al*(Vin-3Vr/4)或Al* (Vin-Vr)，并且从第二模拟信号输出端子T012-2输出该信号。也就是说，第二输出部分24-2从第二模拟信号输出端子T012-2输出第二残差信号 A1*A2* (Vin-3Vr/4)或 A1*A2*(Vin-Vr)。
如下所述，在第一模拟信号Vin和对应于第一基准电压Vrt的全量程电压Vr之间的大-小(高-低)关系的条件下，2位AD转换器IOE基本执行2位数字数据输出和两个模拟信号输出。在Vin < Vr/4的情况下，从两个数字数据输出端子TDl 1_1和TDl 1_2输出数字数据00。在Vr/4 < Vin < Vr/2的情况下，从两个数字数据输出端子TD11-1和TD11-2输出数字数据01。 在Vr/2 < Vin < 3Vr/4的情况下，从两个数字数据输出端子TDl 1_1和TDl 1-2输出数字数据10。在3Vr/4 < Vin < Vr的情况下，从两个数字数据输出端子TD11-1和TD11-2输出数字数据11。此外，基于比较结果从两个模拟信号输出端子T011-2和TD12-2输出残差信号。残差信号Al*Vin和Al* (Vin-Vr/4)放大A2倍并且输出。在另一情况下，残差信号Al* (Vin-Vr/4)和Al* (Vin-Vr/2)放大A2倍并且输出。在另一情况下，残差信号Al* (Vin-Vr/2)和Al* (Vin_3Vr/4)放大A2倍并且输出。在另一情况下，残差信号Al*(Vin-3Vr/4)和I* (Vin-Vr)放大A2倍并且输出。例如，当在第一级AD转换级20-1中模拟信号输入Vin是0 < Vin < Vr/2时，从数字数据输出端子TDll-I输出数字数据O。然后，AD转换级20-1从两个模拟信号输出端子 T011-1 和 TD12-1 输出残差信号 Al*Vin 和 Al* (Vin-Vr/2)。在Al*Vin > Al* (Vin-Vr/2)的情况下，这意味着 Vr/4 < Vin < Vr/2，第二级 AD转换级20-2从数字数据输出端子TD11-2输出数字数据I。然后，AD转换级20_2从两个模拟信号输出端子T011-1和TD12-1输出残差信号A2*A1* (Vin-Vr/4)和A2*A1* (Vin-Vr/2)。也就是说，具有两级结构的AD转换器IOE从两个数字数据输出端子TDll-I和TDl 1-2输出2位数字数据01。如上所述，在2位AD转换器IOE中，控制第一相位和第二相位，使得第一级AD转换级20-1和第二级AD转换级20-2以反相操作，因为应用流水线处理。下文中，将对于流水线操作提供描述。在图24的AD转换器IOE中，第一级AD转换级20_1中的信号生成部分21_1、第一输出部分23-1和第二输出部分24-1在第一相位用导电的开关执行米样和重置操作。在第一级AD转换级20-1中，信号生成部分21-1、第一输出部分23-1和第二输出部分24-1在第二相位执行米样电压的输出和输入。然后，在第一级AD转换级20-1中，比较部分22_1和切换部分25_1在第二相位执行比较确定和残差信号到第一输出部分23-1和第二输出部分24-1的提供控制。相反，第二级AD转换级20-2中，信号生成部分21_2、第一输出部分23_2和第二输出部分24-2在第二相位用导电的开关执行采样和重置操作。在第二级AD转换级20-2中，信号生成部分21-2、第一输出部分23-2和第二输出部分24-2在第一相位执行米样电压的输出和输入。然后，在第二级AD转换级20-2中，比较部分22_2和切换部分25_2在第一相位执行比较确定和残差信号到第一输出部分23-2和第二输出部分24-2的提供控制。
图25中的部分(A)和⑶是说明图24中的2位AD转换器的流水线操作并且示出各个相位的操作概况的图。图25中的部分(A)示出第一级AD转换级20_1的第一相位和第二相位的操作概况。图25中的部分(B)示出第二级AD转换级20_2的第一相位和第二相位的操作概 况。将参照图25，对于图24中2位AD转换器IOE的流水线操作提供描述。当第一相位信号处于高电平时，在第一级I位AD转换级20-1中，信号生成部分21-1的第一开关SW11-1、第二开关SW12-1和第三开关SW13-1接通。因此，通过作为采样电容的第一到第四电容器Cll到C14采样第一模拟信号Vin和第二模拟信号(Vin-Vr)。此时,重置第一放大器AMPll-I和第二放大器AMP12-1,因为第一输出部分23_1的第九开关SW19-1和第二输出部分24-1的第十开关SW20-1接通。在第一相位信号①I从高电平切换到低电平的定时，比较部分22-1的比较器CMPll执行比较操作。然后，当第二相位信号02切换到高电平时，控制部分CTLll-I确定设置控制切换部分25-1的控制信号Sll-I和S12-1的哪一个为有效高电平当第一相位信号处于低电平时，重置模拟信号，并且通过采样电容采样的信号通过切换部分25-1发送到第一放大器AMPll-I和第二放大器AMP12-1。此时，通过比较部分22-1的控制部分CTLll-I选择的第五和第八开关SW15-1和SW18-1或者第六和第七开关SW16-1和SW17-1处于导电状态(接通)。因此，残差信号Al*Vin 和 Al* (Vin-Vr/2)或者 Al* (Vin-Vr/2)和 Al* (Vin-Vr)输入到第二级I位AD转换级作为第一和第二模拟信号。此外，从第一级AD转换级20-1输出数字数据0或I。第二级I位AD转换级20-2在相位从第一级I位AD转换级20_1中的切换操作偏离180度的定时执行切换操作，这意味着上述操作相位变为相反。也就是说，当第二相位信号0 2处于高电平时，在第二级I位AD转换级20-2中，信号生成部分21-2的第一开关SW11-2、第二开关SW12-2和第三开关SW13-2接通。因此，通过作为采样电容的第一到第四电容器Cll到C14采样第一模拟信号Al*Vin 或 Al* (Vin-Vr/2)和第二模拟信号 Al* (Vin-Vr/2)或 Al* (Vin-Vr)。此时,重置第一放大器AMP11-2和第二放大器AMP12-2,因为第一输出部分23_2的第九开关SW19-2和第二输出部分24-2的第十开关SW20-2接通。在第二相位信号02从高电平切换到低电平的定时，比较部分22-2的比较器CMPll执行比较操作。然后，当第一相位信号切换到高电平时，控制部分CTL11-2确定设置控制切换部分25-1的控制信号SI 1-2和S12-2的哪一个为有效高电平。当第二相位信号02处于低电平时，重置模拟信号，并且通过采样电容采样的信号通过切换部分25-2发送到第一放大器AMPl 1-2和第二放大器AMP12-2。此时，通过比较部分22-2的控制部分CTL11-2选择的第五和第八开关SW15-2和SW18-2或者第六和第七开关SW16-2和SW17-2处于导电状态(接通)。因此，从第二级AD转换级20-2输出残差信号A2*Al*Vi和A2*A1* (Vin-Vr/4)或者残差信号 A2*A1* (Vin-Vr/4)和 A2*A1* (Vin-Vr/2)。
在另一情况下，从第二级AD转换级20-2输出残差信号A2*A1*(Vin-Vr/2)和A2*Al*(Vin-3Vr/4)或者残差信号 A2*A1* (Vin_3Vr/4)和 A2*A1* (Vin-Vr)。此外，从第二级AD转换级20-2输出数字数据0或I。如上所述，同样在图24中的AD转换器IOE的AD转换级20_1和20_2中，基于从两个模拟输入电压本身生成的比较对象值(阈值)执行比较。类似地，从两个模拟输入电压本身生成模拟残差信号。因此，AD转换器IOE不存在需要精确绝对值的部分。尽管通过增益控制部分40控制放大器AMPll和AMP12的放大率(增益)，但是可以用简单的差分放大器构造放大器，因为也通过开环执行电容器操作(不使用闭环)。图26是通过级联连接图17中的两个AD转换级形成的3位AD转换器的结构示例 的电路图。仅通过在图24中的2位AD转换器IOE的第二级AD转换级的输出侧安排AD转换器的比较部分22-3，形成AD转换器IOF作为3位AD转换器。该结构对应于图I和图9到图11中AD转换器10和IOA到IOC中N = 3的情况。比较部分22-3不包括控制部分，并且比较器CMPll的输出连接到数字数据输出端子 TD11-3。比较部分22-3以与第一级AD转换级20_1的比较部分22_1的相位相同的相位操作，并且以与第二级AD转换级20-2的比较部分22-2的相位偏离180度的反相操作。在第二级AD转换级20-2的输出侧的比较部分22_3中，在第四开关SW14的导电期间，第五电容器C15米样作为输入信号的第一模拟信号。具体地，第五电容器C15采样第一模拟信号(Al*A2*Vin)或{A1*A2* (Vin-Vr/4)}或{A1*A2*(Vin-Vr/2)}或{A1*A2*(Vin_3Vr/4)。然后，在比较器CMPll的输入节点ND14侧生成在预定定时采样的电压(Al*A2*Vin)、{A1*A2* (Vin-Vr/4)}、{A1*A2* (Vin-Vr/2)}或{A1*A2*(Vin_3Vr/4)}。在第四开关SW14的导电期间，第六电容器C16米样作为输入信号的第二模拟信号。具体地，第六电容器C15米样第二模拟信号{(A1*A2* (Vin-Vr/4))、{A1*A2*(Vin-Vr/2)}、 {A1*A2*(Vin_3Vr/4)}或{A1*A2*(Vin-Vr)}。然后，在比较器CMPll的输入节点ND14侧生成采样的电压{A1*A2*(Vin-Vr/4)}、{A1*A2*(Vin-Vr/2)}、 {A1*A2*(Vin_3Vr/4)}或{A1*A2*(Vin-Vr)}。如上所述,在第四开关SW14的导电期间，第五电容器C15和第六电容器C16米样输入信号，并且在比较器CMPll的输入节点ND14侧生成在预定定时采样的各个电压。然后，合成电压并且提供到比较器CMPlI。在此情况下，如下所述存在四个合成信号电压。第一合成信号电压是{(Al*A2*Vin)+A1*A2* (Vin-Vr/4)}。第二合成信号电压是{A1*A2*(Vin-Vr/4) +A1*A2* (Vin-Vr/2)}。第三合成信号电压是{A1*A2*(Vin-Vr/2) +A1*A2* (Vin_3Vr/4)}。第四合成信号电压是{A1*A2*(Vin-3Vr/4)+Al*A2* (Vin-Vr)}。在比较部分22-3中，比较器CMPll比较输入的第一合成信号电压{(Al*A2*Vin)+Al*A2*(Vin-Vr/4)}与 OV。当获得第一比较结果{(Al*A2*Vin)+Al*A2*(Vin-Vr/4)} < 0 时，比较器 CMPll 通过输出节点ND15输出数字数据0到数字数据输出端子TD11-3。当获得第二比较结果{(Al*A2*Vin)+Al*A2*(Vin-Vr/4)} > 0 时，比较器 CMPll 通过输出节点ND15输出数字数据I数字数据输出端子TD11-3。在比较部分22-3中，比较器CMPll比较输入的第二合成信号电压{A1*A2* (Vin-Vr/4)+Al*A2*(Vin-Vr/2)}与 0V。当获得第一比较结果{A1*A2*(Vin-Vr/4)+A1*A2*(Vin-Vr/2)} < 0 时，比较器CMPll通过输出节点ND15输出数字数据0到数字数据输出端子TD11-3。当获得第二比较结果{A1*A2*(Vin-Vr/4)+A1*A2*(Vin-Vr/2)}> 0 时，比较器CMPll通过输出节点ND15输出数字数据I数字数据输出端子TD11-3。在比较部分22-3中，比较器CMPll比较输入的第三合成信号电压{A1*A2* (Vin-Vr/2)+Al*A2*(Vin-3Vr/4)}与 0V。当获得第一比较结果{A1*A2*(Vin-Vr/2)+Al*A2*(Vin-3Vr/4)}< 0 时，比较器CMPll通过输出节点ND15输出数字数据0到数字数据输出端子TD11-3。当获得第二比较结果{A1*A2*(Vin-Vr/2)+Al*A2*(Vin-3Vr/4)}> 0 时，比较器CMPll通过输出节点ND15输出数字数据I数字数据输出端子TD11-3。在比较部分22-3中，比较器CMPll比较输入的第四合成信号电压{A1*A2* (Vin_3Vr/4)+A1*A2*(Vin-Vr)}与 0V。当获得第一比较结果{Al*A2*(Vin-3Vr/4)+Al*A2*(Vin-Vr)}< 0 时，比较器CMPll通过输出节点ND15输出数字数据0到数字数据输出端子TD11-3。当获得第二比较结果{Al*A2*(Vin-3Vr/4)+Al*A2*(Vin-Vr)}> 0 时，比较器CMPll通过输出节点ND15输出数字数据I数字数据输出端子TD11-3。因此，可以通过仅安排第三级比较器22-3构造3位AD转换器。图27是示出通过级联连接图17中的两个AD转换级形成的3位AD转换器的结构示例的电路图。3位AD转换器IOG在以下点上不同于图26中的AD转换器10F。在3位AD转换器IOG中，在第一级AD转换级20_1的输入级中安排配置来生成第一模拟信号Vin和第二模拟信号(Vin-Vr)的模拟信号生成级30。模拟信号生成级30形成为具有T/H(跟踪和保持)功能的比较放大电路。该结构对应于N = 3的情况下图I和图9到图11中的N位AD转换器10和IOA到 IOC0模拟信号生成级30包括第三放大器AMP13、第四放大器AMP14、第七电容器C17和第八电容器C18。模拟信号生成级30包括第十一开关SW31、第十二开关SW32、第十三开关SW33、第十四开关SW34、第十五开关SW35和第十六开关SW36。模拟信号生成级30包括第三模拟信号输入端子TI31、第二基准电压提供端子TREFB、第一基准电压提供端子TREFT、第三模拟信号输出端子T031和第四模拟信号输出端子 T032。
模拟信号生成级30包括第三放大器AMP13的输入节点ND31和第四放大器AMP14的输入节点ND32。第三放大器AMP13的输入端子连接到输入节点ND31，并且输出端子连接到第三模拟信号输出端子T031。第H^一开关SW31连接在输入节点ND31和固定电势VC之间。第七电容器C17的一端通过第十二开关SW32连接到第三模拟信号输入端子TI31，并且通过第十三开关SW33连接到第二基准电压提供端子TREFB。第七电容器C17的另一端连接到第三放大器AMP13的输入节点ND31。第四放大器AMP14输入端子连接到输入节点ND32，并且输出端子连接到第四模拟信号输出端子T032。第十四开关SW34连接在输入节点ND32和固定电势VC之间。第八电容器C18的一端通过开关SW35连接到第三模拟信号输入端子TI31，并且通过第十六开关SW36连接到第一基准电压提供端子TREFT。第八电容器C18的另一端连接到第四放大器AMP14的输入节点ND32。 在模拟信号生成级30中，当第一相位信号处于有效高电平时，第^ 开关SW31、第十二开关SW32、第十四开关SW34和第十五开关SW35处于导电状态(接通状态)。此时，第一级AD转换级20-1的信号生成部分21_1、以及第一和第二输出部分
23-1和24-1以第二相位操作，同时比较部分22-1和切换部分25-1以第一相位操作。第二级AD转换级20-2的信号生成部分21_2、以及第一和第二输出部分23_2和
24-2以第一相位操作，同时比较部分22-2和切换部分25-2以第二相位操作。并且第三级比较部分22-3以第一相位操作。在模拟信号生成级30中，当第二相位信号02处于有效高电平时，第十三开关SW33和第十六开关SW36处于导电状态。图27中的AD转换器IOG也形成为使用开环放大器和开环电容器操作的开环流水线型AD转换器。如上所述，AD转换器IOG具有从0到Vr的输入范围(电压)，并且包括作为T/H电路的模拟信号生成级30，其配置来采样输入信号Vin，并且生成Vin (通过从Vin减去0计算的值)和(Vin-Vr)。此外，串联连接(级联连接)两个AD转换级20-1和20-2，配置来每一级执行I位转换并且基于比较结果输出数字数据和残差模拟信号。此外，图27中的AD转换器IOG是通过在第二级AD转换级20_2中连接用于输出的I位比较器22-3构造的具有3位解析度的开环流水线型AD转换器。图28是示出3位AD转换器的操作概况的时序图。将对于3位AD转换器的操作提供描述。当第一相位信号(时钟)O I处于高电平时，信号生成级(T/H电路)30中第^ 、第十二、第十四和第十五开关SW31、SW32、SW33、SW34和SW35处于导电状态(接通)。因此，在模拟信号生成级30中，通过第七和第八电容器C17和ClS(Cs)采样第n模拟输入信号Vin (n)。当第一相位信号(时钟)处于低电平时，第十一、第十二、第十四和第十五开关SW31、SW32、SW33、SW34和SW35处于非导电状态(关断)，并且第十三和第十六开关SW33和SW36处于导电状态(接通)。
因此,模拟信号生成级30分别从第三模拟信号输出端子T031和第四模拟信号输出端子T032输出第n残差模拟信号(Vin(n)-O) = Vin (n)和(Vin-Vr (n))。此时，在第一级I位AD转换级中，信号生成部分21-1的第一到第三开关SWll-I到SW13-1接通。因此，通过第一到第四电容器Cll到C14采样来自模拟信号生成级30的输出信号 Vin (n)和(Vin-Vr (n))。并行地，比较部分22-1的第四开关SW14-1处于非导电状态(关断)。结果,在比较部分22-1中，通过第五和第六电容器C15和C16执行第n残差信号Vin (n)和Vin-Vr(n)的操作，并且比较器CMPll相互比较残差信号Vin (n)和(Vin_Vr(n))的大小。当第一相位信号(时钟再次处于高电平时，模拟信号生成级(T/H电路)采样第(n+1)模拟信号。 此时，在第一级I位AD转换级中，第一到第三开关SWll-I到SW13-1关断。并且基于比较部分22-1的比较器CMPll的比较结果，确定控制信号Sll-I和S11-2的选择。也就是说，在Vin(n) | < Vin(n)-Vr的情况下，在AD转换级20_1中选择控制信号S11-1，并且分别从第一放大器AMPll-I和第二放大器AMP12-1输出信号Al*Vin和Al*(Vin-Vr/2)。此外，从数字数据输出端子TDll-I输出数字数据O。在I Vin (n) I > Vin (n) -Vr的情况下,通过AD转换级20-1中的比较部分22-1选择控制信号S12-1。结果，从第一放大器AMPl 1-1输出信号Al* (Vin-Vr/2)。并且从第二放大器AMP12-1输出信号Al* (Vin-Vr)。此外，从数字数据输出端子TDll-I输出数字数据
Io从第一和第二模拟信号输出端子T011-1和T012-1输出的两个模拟残差信号由第二级I位AD转换级20-2中的信号生成部分21-2的第一到第四电容器Cll到C14采样。然后，第二级AD转换级20-2还通过重复与第一级中相同的操作输出数字数据和模拟残差信号。最后，通过比较部分22-3将两个模拟残差信号相互比较，并且从数字数据输出端子TDl 1-1、TDl 1-2和TDl 1-3输出3位数据。AD转换器IOG具有下述显著特征。每级AD转换级基于从两个模拟输入电压本身生成的阈值执行比较。类似地，模拟残差信号也从两个模拟输入电压本身生成。因此，在AD转换级或串联连接的AD转换级之间不存在需要精确绝对值的部分。该结构减小精确控制放大器AMPll和AMP12的增益的必要性，并且通过开环执行电容器操作(不使用闭环)。因此，各个级中的放大器AMPll和AMP12可以用如图3所示的简单差分放大器构造。尽管已经对于应用图17中的结构作为AD转换级20的结构的AD转换器给出说明，但是例如图29所示的另一结构也可以应用于AD转换级20。图29是示出根据实施例的I位AD转换级的另一结构示例的电路图。根据第二实施例的AD转换器IOH不同于图17中的AD转换器IOD在于应用通过放大器(amp)的内插用于信号生成部分21H中的第三模拟信号(Vin-Vr/2)的生成。应用放大器内插的信号生成部分2IH包括差分型放大器AMP21、AMP22和AMP23。在信号生成部分2IH中，除了图17中的第四电容器外，安排第一电容器Cl I、第二电容器C12和第三电容器C13具有电容值1C。在放大器AMP21中，提供第一模拟信号Vin到两个输入端子，以便用预定放大率放大第一模拟信号Vin。在放大器AMP21中,输出端子连接到第一电容器Cll的一端。第一电容器Cll的另一端连接到第一输出节点ND11。在放大器AMP22中，提供第二模拟信号(Vin-Vr)到两个输入端子，以便用预定放大率放大第二模拟信号(Vin-Vr)。在放大器AMP22中，输出端子连接到第二电容器C12的 一端。第一电容器C12的另一端连接到第二输出节点ND12。在放大器AMP23中，提供第一模拟信号Vin到输入端子之一,并且提供第二模拟信号(Vin-Vr)到另一端子，以便放大第一模拟信号Vin和第二模拟信号(Vin-Vr)之间的中间电压。在放大器AMP23中，输出端子连接到第三电容器C13的一端。第三电容器C13的另一端连接到第二输出节点ND12。在图29中的AD转换级20H中，结构的其他部分类似于图17中的AD转换级20的那些部分，并且可以获得类似于上述图17中的AD转换器的那些动作和效果。如上所述，实施例中的AD转换级20基于从两个模拟输入电压Vin和(Vin-Vr)本身生成的比较对象值(阈值)执行比较。类似地，也从两个模拟输入电压本身生成模拟残
差f目号。因此，如图30(B)所示，当与如图30(A)所示在AD转换器中使用现有技术中的闭环运算放大器的情况相比时，不存在需要精确绝对值的部分。该结构减小精确控制放大器AMPll和AMP12的放大率(增益)的必要性，并且可以用简单的差分放大器构造放大器，因为通过开环执行电容器操作(不使用闭环)。如上所述，根据该实施例，可以不使用具有高精度(高增益)的闭环运算放大器实现AD转换器。也就是说，根据该实施例，可以实现基于具有低增益和通过开环的电容器操作的开环放大器的流水线型AD转换器(开环流水线型AD转换器)。因此，根据实施例的AD转换器可以用小面积实现低压操作、低功率操作和高速操作。并且可以精确控制输出级中各放大器的增益。4.信号处理系统的结构示例图31是示出根据实施例的信号处理系统的结构示例的框图。信号处理系统100形成为可应用于上述AD转换器10到IOH的信号处理系统。作为信号处理系统100,例如图不相机信号处理系统。信号处理系统100包括模拟信号处理电路110、AD转换器120和数字信号处理电路 130。在信号处理系统100中，上述AD转换器10到IOH的任一个可应用为AD转换器120。在图31中的信号处理系统100中，通过用数字信号处理电路130执行信号处理，预期尺寸减小和高效率，尽可能减小模拟信号处理电路110的规模。为了实现上述系统，这意味着用数字信号处理电路130代替过去执行处理的模拟信号处理电路110执行信号处理，应该在尽可能少的原始信号的信息损失的情况下执行AD转换。因此，需要具有高SN比的AD转换器。为了实现高SN比，存在应该满足的两个条件〈1>增加解析度(位数)；以及〈2>减小电路的噪声。此外，AD转换器应该以高速执行转换。因为要处理的信息量已经随着系统的复杂度而增加。作为满足这些条件的AD转换器120的示例，可应用也用作流水线型AD转换器的AD转换器10到IOH0 在上述实施例中，已经用单个操作的示例给出说明，但是本技术可在单个操作和差分操作的任一中应用。本技术还可以采用以下结构。(I) 一种模拟数字转换器，包括多个级联连接的模拟数字(AD)转换级，配置为生成具有对应于两个输入的模拟信号之间关系的值的数字数据，并且用要控制的增益分别用第一放大器和第二放大器放大两个模拟残差信号，以便输出信号；以及增益控制部分,配置为监控第一放大器和第二放大器的输出信号，以便基于监控结果控制第一放大器和第二放大器的增益，其中第一放大器和第二放大器由开环放大器形成，并且增益控制部分在AD转换级的至少一个中取出第一放大器和第二放大器的输出信号的幅值信息，并且执行增益控制，使得从该级输出的模拟信号的幅值收敛在设置的设置幅值。(2)如条目(I)所述的模拟数字转换器，其中增益控制部分取出第一放大器和第二放大器的输出信号的正相信号或反相信号之间的差，并且比较差信息与设置幅值信息，以便基于比较结果执行增益控制。(3)如条目(I)所述的模拟数字转换器，其中增益控制部分取出第一放大器和第二放大器的输出信号的差分信号分量，并且比较取出的差分幅值的和与设置幅值信息，以便基于比较结果执行增益控制。(4)如条目(I)所述的模拟数字转换器，其中增益控制部分取出第一放大器和第二放大器的输出信号的正相信号之间的差和反相信号之间的差，并且比较正相信号之间的差和反相信号之间的差的平均值与设置幅值信息，以便基于比较结果执行增益控制。(5)如条目⑴到⑷的任一所述的模拟数字转换器，其中增益控制部分监控所有AD转换级中第一放大器和第二放大器的输出信号，以便基于监控结果，控制各个输出级中第一放大器和第二放大器的增益。(6)如条目⑴到⑷的任一所述的模拟数字转换器，其中增益控制部分在多个级的间隔监控第一放大器和第二放大器的输出信号，以便基于监控结果，控制各输出级中第一放大器和第二放大器的增益。(7)如条目⑴到⑷的任一所述的模拟数字转换器，还包括
模拟信号生成级，配置为生成两个模拟信号，并且用要控制的增益分别用第三放大器和第四放大器放大信号，以便输出信号到初始级AD转换级，其中增益控制部分监控第二和随后级AD转换级之一中的第一放大器和第二放大器的输出，以便控制在模拟信号生成级中的第三放大器和第四放大器的增益。(8)如条目⑴到(7)的任一所述的模拟数字转换器，其中每个AD转换级包括信号生成部分,配置为输入第一模拟信号和第二模拟信号，所述第一模拟信号具有对应于第一基准电压和第二基准电压的两个电压之间的电压值与第二基准电压之间的差的电压值，所述第二模拟信号具有对应于第一模拟信号的电压值与第一基准电压和第二基准电压的两个电压之间的差电压之间的差的电压值，并且配置为生成具有从第一模拟信 号的电压值和第二模拟信号的电压值生成的中间电压值的至少一个第三模拟信号，以便输出第一模拟信号、第二模拟信号和第三模拟信号，比较部分，配置为输入第一模拟信号和第二模拟信号，并且比较第一模拟信号的电压值与第二模拟信号的电压值，以便输出具有基于比较结果的值的数字数据，第一输出部分，其包括第一放大器，并且配置为用预定增益放大第一残差信号，以便输出信号，第二输出部分，其包括第二放大器，并且配置为用预定增益放大第二残差信号，以便输出信号，以及切换部分，配置为基于比较部分的比较结果，切换从信号生成部分输出到第一输出部分和第二输出部分的第一模拟信号、第二模拟信号和第三模拟信号的输入，当获得其中第一模拟信号的电压值低于第二模拟信号的电压值的第一比较结果时，比较部分输出第一数字数据，并且当获得其中第一模拟信号的电压值高于第二模拟信号的电压值的第二比较结果时，比较部分输出第二数字数据，并且当在比较部分获得第一比较结果时，切换部分输入从信号生成部分输出的第一模拟信号到第一输出部分作为第一残差信号，并且输入第三模拟信号到第二输出部分作为第二残差"[目号，并且当在比较部分获得第二比较结果时，切换部分输入从信号生成部分输出的第三模拟信号到第一输出部分作为第一残差信号，并且输入第二模拟信号到第二输出部分作为第
二残差f目号。(9)如条目⑶所述的模拟数字转换器，其中多个AD转换级的每个包括第一模拟信号输入端子，配置为输入第一模拟信号，第二模拟信号输入端子，配置为输入第二模拟信号，第一模拟信号输出端子，第二模拟信号输出端子，以及数字数据输出端子，随后级侧的AD转换级中的第一模拟信号输入端子连接到前一级侧的AD转换级中的第一模拟信号输出端子，并且输入从前一级输出的第一残差信号作为第一模拟信号，随后级侧的AD转换级中的第二模拟信号输入端子连接到前一级侧的AD转换级中的第二模拟信号输出端子，并且输入从前一级输出的第二残差信号作为第二模拟信号，并且在第一级AD转换级中第一模拟信号输入端子输入具有基准电压和全量程电压之间的电压值的第一模拟信号，并且第二模拟信号输入端子输入具有对应于要输入到第一模拟信号输入端子的第一模拟信号的电压值与全量程电压之间的差的电压值的第二模拟信号。(10)如条目⑶或(9)所述的模拟数字转换器，其中至少第一级AD转换级输入具有电压Vin的第一模拟信号(0 < Vin < Vr)，以及具有通过从第一模拟信 号的电压Vin减去全量程电压Vr计算的电压(Vin-Vr)的第二模拟信号，通过比较部分将两个模拟输入电压IVinI和|Vin-Vr|相互比较，并且当第一模拟信号电压低于第二模拟信号电压IVinI < Vin-Vr和Vin < Vr/2时，从数字数据输出端子输出数字数据0，并且分别从第一和第二模拟信号输出端子输出用放大率A增加A倍的A*Vin 和 A* (Vin-Vr/2)，并且并且当第一模拟信号电压高于第二模拟信号电压IVinI > Vin-Vr和Vin >Vr/2时，从数字数据输出端子输出数字数据1，并且分别从第一和第二模拟信号输出端子输出用放大率A增加A倍的A* (Vin-Vr/2)和A* (Vin-Vr)。(11)如条目⑶到(10)的任一所述的模拟数字转换器，其中两个AD转换级相互级联连接，并且第一级AD转换级输入第一模拟信号(0 < Vin < Vr)和第二模拟信号,所述第一模拟信号具有电压Vin，所述第二模拟信号具有通过从第一模拟信号的电压Vin减去全量程电压Vr计算的电压(Vin-Vr),每个AD转换级在Vin < Vr/4的情况下从两个数字数据输出端子输出数字数据00，在Vr/4 < Vin < Vr/2的情况下从两个数字数据输出端子输出数字数据01，在Vr/2 < Vin < 3Vr/4的情况下从两个数字数据输出端子输出数字数据10，并且在3Vr/4 < Vin < Vr的情况下从两个数字数据输出端子输出数字数据11，并且基于比较部分中的比较结果，从第一和第二模拟信号输出端子，第二级AD转换级将残差信号A*Vin和A*(Vin_Vr/4)放大A倍以输出该信号，或者将残差信号A* (Vin-Vr/4)和A* (Vin-Vr/2)放大A倍以输出该信号，或者将残差信号A* (Vin-Vr/2)和A* (Vin_3Vr/4)放大A倍以输出该信号，或者将残差信号A*(Vin-3Vr/4)和A* (Vin-Vr)放大A倍以输出该信号。(12)如条目⑶到(11)的任一所述的模拟数字转换器，还包括最终级比较部分，配置为在最终级AD转换级中输入从第一模拟信号输出端子和第二模拟信号输出端子输出的残差信号作为第一模拟信号和第二模拟信号，其中最终级比较部分输入第一模拟信号和第二模拟信号，并且比较第一模拟信号的电压值与第二模拟信号的电压值，以便输出具有对应于比较结果的值的数字数据。
(13)如条目⑶到(12)的任一所述的模拟数字转换器，多个AD转换级通过与时钟信号同步，控制两个模拟输入信号的采样、比较、以及模拟信号输出和数字数据输出的各个定时，并且在反相提供要在相邻AD转换级中输入的时钟信号的情况下，通过在流水线系统中与时钟信号同步，执行两个模拟输入信号的采样、比较、以及模拟信号输出和数字数据输出的处理。 (14)如条目⑶到(13)的任一所述的模拟数字转换器，其中信号生成部分至少包括以下的每一个 第一电容器，具有连接到用于第一模拟信号的输入线的一端以及连接到第一输出节点以输出第一模拟信号的另一端，第二电容器，具有连接到用于第二模拟信号的输入线的一端以及连接到第二输出节点以输出第二模拟信号的另一端，第三电容器，具有连接到用于第一模拟信号的输入线的一端以及连接到第三输出节点以输出第三模拟信号的另一端，第四电容器，具有连接到用于第二模拟信号的输入线的一端以及连接到第三输出节点以输出第三模拟信号的另一端，第一开关，连接在第一输出节点和固定电势之间，第二开关，连接在第二输出节点和固定电势之间，以及第三开关，连接在第三输出节点和固定电势之间，第一电容器在第一开关处于导电状态下米样输入信号，并且在非导电状态下从第一输出节点输出米样的电压，第二电容器在第二开关处于导电状态下采样输入信号，并且在非导电状态下从第二输出节点输出采样的电压，并且第三电容器和第四电容器在第三开关处于导电状态下米样输入信号，并且在非导电状态下输出各个米样的电压，使得各个电压同步以便从第三输出节点输出。(15)如条目⑶到(14)的任一所述的模拟数字转换器，其中比较部分至少包括以下的每一个比较器，配置为比较输入电压与基准电压，第五电容器，具有连接到用于第一模拟信号的输入线的一端以及连接到比较器的输入节点的另一端，第六电容器，具有连接到用于第二模拟信号的输入线的一端以及连接到比较器的输入节点的另一端，第四开关，连接在比较器的输入节点和固定电势之间，并且第五电容器和第六电容器在第四开关处于导电状态下米样输入信号，并且在非导电状态下输出各个米样的电压，将各个电压合成以便输入到比较器。(16)如条目⑶到(15)的任一所述的模拟数字转换器，其中切换部分至少包括以下的每一个第五开关，连接在信号生成部分的第一输出节点和配置为输入第一残差信号到第一输出部分的第一输入节点之间，第六开关，连接在信号生成部分的第二输出节点和配置为输入第二残差信号到第二输出部分的第二输入节点之间，第七开关，连接在信号生成部分的第三输出节点和配置为输入第一残差信号到第一输出部分的第一输入节点之间，第八开关，连接在信号生成部分的第三输出节点和配置为输入第二残差信号到第二输出部分的第二输入节点之间，当在比较部分中获得第一比较结果时，第五开关和第八开关保持在导电状态下，并且第六开关和第七开关保持在非导电状态下，并且 当在比较部分中获得第二比较结果时，第五开关和第八开关保持在非导电状态下，并且第六开关和第七开关保持在导电状态下。(17)如条目⑶到(16)的任一所述的模拟数字转换器，其中第一输出部分包括第九开关，连接在第一输入节点和固定电势之间，以及第一放大器，配置为用预定放大率放大要输入到第一输入节点的第一残差信号，以及第二输出部分包括第十开关，连接在第二输入节点和固定电势之间，以及第二放大器，配置为用预定放大率放大要输入到第二输入节点的第二残差信号。(18) 一种信号处理系统,包括模拟数字(AD)转换器，配置为将来自模拟信号处理系统的模拟信号转换为数字信号，其中AD转换器，包括多个级联连接的模拟数字(AD)转换级，配置为生成具有对应于两个输入的模拟信号之间关系的值的数字数据，并且用要控制的增益分别用第一放大器和第二放大器放大两个模拟残差信号，以便输出信号；以及增益控制部分，配置为监控第一放大器和第二放大器的输出信号，以便基于监控结果控制第一放大器和第二放大器的增益，第一放大器和第二放大器由开环放大器形成，并且增益控制部分在AD转换级的至少一个中取出第一放大器和第二放大器的输出信号的幅值信息，并且执行增益控制，使得从该级输出的模拟信号的幅值收敛在设置的设置幅值。本技术包含涉及于2011年4月20日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP2011-094210中公开的主题，在此通过引用并入其全部内容。本领域的技术人员应该理解，取决于设计要求和其他因素，可以出现各种修改、组合、子组合和更替，只要它们在所附权利要求或其等价物的范围内。
权利要求
1.一种模拟数字转换器,包括 多个级联连接的模拟数字(AD)转换级，配置为生成具有对应于两个输入的模拟信号之间关系的值的数字数据，并且用要控制的增益分别用第一放大器和第二放大器放大两个模拟残差信号，以便输出信号；以及 增益控制部分，配置为监控第一放大器和第二放大器的输出信号，以便基于监控结果控制第一放大器和第二放大器的增益，其中 第一放大器和第二放大器由开环放大器形成，并且 增益控制部分在AD转换级的至少一个中取出第一放大器和第二放大器的输出信号的幅值信息，并且执行增益控制，使得从该级输出的模拟信号的幅值收敛在设置的设置幅值。
2.如权利要求I所述的模拟数字转换器，其中 增益控制部分取出第一放大器和第二放大器的输出信号的正相信号或反相信号之间的差，并且比较差信息与设置幅值信息，以便基于比较结果执行增益控制。
3.如权利要求I所述的模拟数字转换器，其中 增益控制部分取出第一放大器和第二放大器的输出信号的差分信号分量，并且比较取出的差分幅值的和与设置幅值信息，以便基于比较结果执行增益控制。
4.如权利要求I所述的模拟数字转换器，其中 增益控制部分取出第一放大器和第二放大器的输出信号的正相信号之间的差和反相信号之间的差，并且比较正相信号之间的差和反相信号之间的差的平均值与设置幅值信息，以便基于比较结果执行增益控制。
5.如权利要求I所述的模拟数字转换器，其中 增益控制部分监控所有AD转换级中第一放大器和第二放大器的输出信号，以便基于监控结果，控制各个输出级中第一放大器和第二放大器的增益。
6.如权利要求I所述的模拟数字转换器，其中 增益控制部分在多个级的间隔监控第一放大器和第二放大器的输出信号，以便基于监控结果，控制各输出级中第一放大器和第二放大器的增益。
7.如权利要求I所述的模拟数字转换器，还包括 模拟信号生成级，配置为生成两个模拟信号，并且用要控制的增益分别用第三放大器和第四放大器放大信号，以便输出信号到初始级AD转换级，其中 增益控制部分监控第二和随后级AD转换级之一中的第一放大器和第二放大器的输出，以便控制在模拟信号生成级中的第三放大器和第四放大器的增益。
8.如权利要求I所述的模拟数字转换器，其中 每个AD转换级包括 信号生成部分，配置为输入第一模拟信号和第二模拟信号，所述第一模拟信号具有对应于第一基准电压和第二基准电压的两个电压之间的电压值与第二基准电压之间的差的电压值，所述第二模拟信号具有对应于第一模拟信号的电压值与第一基准电压和第二基准电压的两个电压之间的差电压之间的差的电压值，并且配置为生成具有从第一模拟信号的电压值和第二模拟信号的电压值生成的中间电压值的至少一个第三模拟信号，以便输出第一模拟信号、第二模拟信号和第三模拟信号， 比较部分，配置为输入第一模拟信号和第二模拟信号，并且比较第一模拟信号的电压值与第二模拟信号的电压值，以便输出具有基于比较结果的值的数字数据， 第一输出部分，其包括第一放大器，并且配置为用预定增益放大第一残差信号，以便输出信号， 第二输出部分，其包括第二放大器，并且配置为用预定增益放大第二残差信号，以便输出信号，以及 切换部分，配置为基于比较部分的比较结果，切换从信号生成部分输出到第一输出部分和第二输出部分的第一模拟信号、第二模拟信号和第三模拟信号的输入， 当获得其中第一模拟信号的电压值低于第二模拟信号的电压值的第一比较结果时，t匕较部分输出第一数字数据，并且当获得其中第一模拟信号的电压值高于第二模拟信号的电压值的第二比较结果时，比较部分输出第二数字数据，并且 当在比较部分获得第一比较结果时，切换部分输入从信号生成部分输出的第一模拟信 号到第一输出部分作为第一残差信号，并且输入第三模拟信号到第二输出部分作为第二残差信号，并且 当在比较部分获得第二比较结果时，切换部分输入从信号生成部分输出的第三模拟信号到第一输出部分作为第一残差信号，并且输入第二模拟信号到第二输出部分作为第二残差f目号。
9.如权利要求8所述的模拟数字转换器，其中 多个AD转换级的每个包括 第一模拟信号输入端子，配置为输入第一模拟信号， 第二模拟信号输入端子，配置为输入第二模拟信号， 第一模拟信号输出端子， 第二模拟信号输出端子，以及 数字数据输出端子， 随后级侧的AD转换级中的第一模拟信号输入端子连接到前一级侧的AD转换级中的第一模拟信号输出端子，并且输入从前一级输出的第一残差信号作为第一模拟信号， 随后级侧的AD转换级中的第二模拟信号输入端子连接到前一级侧的AD转换级中的第二模拟信号输出端子，并且输入从前一级输出的第二残差信号作为第二模拟信号，并且在第一级AD转换级中 第一模拟信号输入端子输入具有基准电压和全量程电压之间的电压值的第一模拟信号，并且 第二模拟信号输入端子输入具有对应于要输入到第一模拟信号输入端子的第一模拟信号的电压值与全量程电压之间的差的电压值的第二模拟信号。
10.如权利要求8所述的模拟数字转换器，其中 至少第一级AD转换级 输入具有电压Vin的第一模拟信号(0 < Vin < Vr)，以及具有通过从第一模拟信号的电压Vin减去全量程电压Vr计算的电压(Vin-Vr)的第二模拟信号， 通过比较部分将两个模拟输入电压IVinI和IVin-VrI相互比较，并且当第一模拟信号电压低于第二模拟信号电压IVinI < Vin-Vr和Vin < Vr/2时，从数字数据输出端子输出数字数据0，并且分别从第一和第二模拟信号输出端子输出用放大率A增加A倍的A*Vin和 A* (Vin-Vr/2)，并且 并且当第一模拟信号电压高于第二模拟信号电压IVinI > |Vin-Vr|和Vin > Vr/2时，从数字数据输出端子输出数字数据1，并且分别从第一和第二模拟信号输出端子输出用放大率 A 增加 A 倍的 A* (Vin-Vr/2)和 A* (Vin-Vr)。
11.如权利要求8所述的模拟数字转换器，其中 两个AD转换级相互级联连接，并且 第一级AD转换级 输入第一模拟信号(0 < Vin < Vr)和第二模拟信号,所述第一模拟信号具有电压Vin,所述第二模拟信号具有通过从第一模拟信号的电压Vin减去全量程电压Vr计算的电压 (Vin-Vr)， 每个AD转换级 在Vin < Vr/4的情况下从两个数字数据输出端子输出数字数据00， 在Vr/4 < Vin < Vr/2的情况下从两个数字数据输出端子输出数字数据01， 在Vr/2 < Vin < 3Vr/4的情况下从两个数字数据输出端子输出数字数据10，并且 在3Vr/4 < Vin < Vr的情况下从两个数字数据输出端子输出数字数据11，并且 基于比较部分中的比较结果，从第一和第二模拟信号输出端子，第二级AD转换级 将残差信号A*Vin和A* (Vin-Vr/4)放大A倍以输出该信号，或者 将残差信号A*(Vin-Vr/4)和A* (Vin-Vr/2)放大A倍以输出该信号，或者 将残差信号A* (Vin-Vr/2)和A* (Vin_3Vr/4)放大A倍以输出该信号，或者 将残差信号A*(Vin-3Vr/4)和A*(Vin_Vr)放大A倍以输出该信号。
12.如权利要求8所述的模拟数字转换器，还包括 最终级比较部分，配置为在最终级AD转换级中输入从第一模拟信号输出端子和第二模拟信号输出端子输出的残差信号作为第一模拟信号和第二模拟信号，其中 最终级比较部分输入第一模拟信号和第二模拟信号，并且比较第一模拟信号的电压值与第二模拟信号的电压值，以便输出具有对应于比较结果的值的数字数据。
13.如权利要求8所述的模拟数字转换器， 多个AD转换级 通过与时钟信号同步，控制两个模拟输入信号的采样、比较、以及模拟信号输出和数字数据输出的各个定时，并且 在反相提供要在相邻AD转换级中输入的时钟信号的情况下，通过在流水线系统中与时钟信号同步，执行两个模拟输入信号的采样、比较、以及模拟信号输出和数字数据输出的处理。
14.如权利要求8所述的模拟数字转换器，其中 信号生成部分至少包括以下的每一个 第一电容器，具有连接到用于第一模拟信号的输入线的一端以及连接到第一输出节点以输出第一模拟信号的另一端， 第二电容器，具有连接到用于第二模拟信号的输入线的一端以及连接到第二输出节点以输出第二模拟信号的另一端， 第三电容器，具有连接到用于第一模拟信号的输入线的一端以及连接到第三输出节点以输出第三模拟信号的另一端， 第四电容器，具有连接到用于第二模拟信号的输入线的一端以及连接到第三输出节点以输出第三模拟信号的另一端， 第一开关，连接在第一输出节点和固定电势之间， 第二开关，连接在第二输出节点和固定电势之间，以及 第三开关，连接在第三输出节点和固定电势之间， 第一电容器在第一开关处于导电状态下米样输入信号，并且在非导电状态下从第一输出节点输出采样的电压， 第二电容器在第二开关处于导电状态下采样输入信号，并且在非导电状态下从第二输出节点输出采样的电压，并且 第三电容器和第四电容器在第三开关处于导电状态下米样输入信号，并且在非导电状态下输出各个米样的电压，使得各个电压同步以便从第三输出节点输出。
15.如权利要求8所述的模拟数字转换器，其中 比较部分至少包括以下的每一个 比较器，配置为比较输入电压与基准电压， 第五电容器，具有连接到用于第一模拟信号的输入线的一端以及连接到比较器的输入节点的另一端， 第六电容器，具有连接到用于第二模拟信号的输入线的一端以及连接到比较器的输入节点的另一端， 第四开关，连接在比较器的输入节点和固定电势之间，并且 第五电容器和第六电容器在第四开关处于导电状态下米样输入信号，并且在非导电状态下输出各个米样的电压，将各个电压合成以便输入到比较器。
16.如权利要求8所述的模拟数字转换器，其中 切换部分至少包括以下的每一个 第五开关，连接在信号生成部分的第一输出节点和配置为输入第一残差信号到第一输出部分的第一输入节点之间， 第六开关，连接在信号生成部分的第二输出节点和配置为输入第二残差信号到第二输出部分的第二输入节点之间， 第七开关，连接在信号生成部分的第三输出节点和配置为输入第一残差信号到第一输出部分的第一输入节点之间， 第八开关，连接在信号生成部分的第三输出节点和配置为输入第二残差信号到第二输出部分的第二输入节点之间， 当在比较部分中获得第一比较结果时，第五开关和第八开关保持在导电状态下，并且第六开关和第七开关保持在非导电状态下，并且 当在比较部分中获得第二比较结果时，第五开关和第八开关保持在非导电状态下，并且第六开关和第七开关保持在导电状态下。
17.如权利要求8所述的模拟数字转换器，其中 第一输出部分包括 第九开关，连接在第一输入节点和固定电势之间，以及第一放大器，配置为用预定放大率放大要输入到第一输入节点的第一残差信号，以及 第二输出部分包括 第十开关，连接在第二输入节点和固定电势之间，以及 第二放大器，配置为用预定放大率放大要输入到第二输入节点的第二残差信号。
18.—种信号处理系统,包括 模拟数字(AD)转换器，配置为将来自模拟信号处理系统的模拟信号转换为数字信号，其中 AD转换器,包括 多个级联连接的模拟数字(AD)转换级，配置为生成具有对应于两个输入的模拟信号 之间关系的值的数字数据，并且用要控制的增益分别用第一放大器和第二放大器放大两个模拟残差信号，以便输出信号；以及 增益控制部分，配置为监控第一放大器和第二放大器的输出信号，以便基于监控结果控制第一放大器和第二放大器的增益， 第一放大器和第二放大器由开环放大器形成，并且 增益控制部分在AD转换级的至少一个中取出第一放大器和第二放大器的输出信号的幅值信息，并且执行增益控制，使得从该级输出的模拟信号的幅值收敛在设置的设置幅值。
全文摘要
一种AD转换器，包括AD转换级，配置为生成具有对应于两个输入的模拟信号之间关系的值的数字数据，并且用要控制的增益分别用第一放大器和第二放大器放大两个模拟残差信号，以便输出信号；以及增益控制部分，配置为基于第一放大器和第二放大器的输出信号的监控结果，控制第一放大器和第二放大器的增益。第一放大器和第二放大器由开环放大器形成，并且增益控制部分在AD转换级的至少一个中取出第一放大器和第二放大器的输出信号的幅值信息，并且执行增益控制，使得从该级输出的模拟信号的幅值收敛在设置的设置幅值。
文档编号H03G3/20GK102751988SQ20121011915
公开日2012年10月24日 申请日期2012年4月20日 优先权日2011年4月20日
发明者山下幸利, 工藤孝平, 江藤慎一郎, 清水泰秀 申请人:索尼公司