模数转换器、集成电路和传感器系统的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请基于并要求于2018年12月20日在韩国知识产权局提出的韩国专利申请no.10-2018-0166411的优先权，该申请的公开内容通过引用的方式整体并入本文中。

本公开涉及模数转换器(adc)、集成电路和传感器系统。

背景技术：

模拟电路(例如，集成电路中的adc)需要相对大的供电功率，以便提高信噪比(snr)。另一方面，数字电路(例如，数字信号处理器(dsp))可能需要相对低的供电功率以降低功耗。然而，诸如电力管理集成电路(pmic)之类的电源设备需要向集成电路内的模拟电路和数字电路提供不同大小的电力，因此可能存在诸如以下的问题：由于pmic中的电压转换而引起的功率损耗，或者由于pmic使用的外部电感器或电容器而引起的面积增加。因此，需要一种更有效地提供适于集成电路内的模拟电路和数字电路中的每一个的电力的方法。

技术实现要素：

提供了一种模数转换器(adc)、集成电路和传感器系统。

其他方面部分地将在以下描述中阐述，且部分地将通过以下描述而变得清楚明白，或者可以通过本发明的实践来获知。

根据本发明的一个方面，提供了一种集成电路，包括：数字信号处理器(dsp)，被配置为处理数字信号；以及模数转换器(adc)，被配置为：将模拟信号转换为数字信号；在将模拟信号转换为数字信号的处理期间产生电源；并且基于所述电源向dsp供电。

adc还可以被配置为通过在将模拟信号转换为数字信号的处理期间对电源电容器充电来产生所述电源。

adc还可以被配置为：通过将连接到多个电容器中的至少一个电容器的电压从第一参考电压切换到第二参考电压来确定数字信号的位，通过电源电容器执行对所述至少一个电容器的多电平切换用于将电压从第一参考电压切换到第二参考电压，并且通过多电平切换对电源电容器进行电压充电来产生所述电源。

所述至少一个电容器可以不同于按顺序布置的所述多个电容器中的顶置电容器。

adc还可以被配置为根据电源电容器的电压大小控制多电平切换，并且调整向dsp提供的电量。

adc还可以被配置为基于从外部电源提供的电力来将模拟信号转换为数字信号，并且dsp还可以被配置为基于从adc产生的电源提供的电力来处理数字信号，而无需从外部电源接收电力。

根据本公开的另一方面，提供了一种用于将模拟信号转换为数字信号的模数转换器(adc)，所述adc包括：多个电容器；多个开关；以及逐次逼近型寄存器(sar)逻辑，被配置为：通过将模拟信号连接到所述多个电容器来对模拟信号进行采样；将按顺序布置的所述多个电容器中包括顶置电容器的至少一个电容器浮置，以确定数字信号的最高有效位msb；通过所述多个开关切换连接到所述多个电容器的电压，并且确定数字信号的msb以外的位。

sar逻辑还可以被配置为通过将所述至少一个电容器浮置来确定数字信号的msb，并且将第一参考电压或第二参考电压连接到所述多个电容器中除所述至少一个电容器之外的一个或多个电容器。

sar逻辑还可以被配置为通过将所述至少一个电容器浮置来确定数字信号的msb，并且将中间电压连接到所述多个电容器中除所述至少一个电容器之外的一个或多个电容器，所述中间电压具有第一参考电压和第二参考电压之间的电压值。

adc还可以包括电源电容器，其中，当将连接到所述多个电容器中的至少一个电容器的电压从第一参考电压切换到第二参考电压时，sar逻辑还可以被配置为通过电源电容器执行多电平切换用于将电压从第一参考电压切换到第二参考电压。

sar逻辑还可以被配置为通过多电平切换对电源电容器进行电压充电来产生电源，并且通过所述电源向数字信号处理器(dsp)供电。

adc还可以包括：电源状态检测器，被配置为确定电源电容器的电压是高于或等于阈值还是低于阈值，其中，sar逻辑还可以被配置为根据确定的结果来控制多电平切换，并且调整向dsp提供的电量。

sar逻辑还可以被配置为根据指定可操作时间区域的时钟信号来检测比较器的输出信号的变化，并且基于检测到的比较器的输出信号的变化来产生用于控制所述多个开关的控制信号。

根据本公开的另一方面，提供了一种传感器系统，包括：传感器；外部电源；数字信号处理器(dsp)，被配置为处理数字信号；模数转换器(adc)，被配置为：基于从外部电源提供的电力来将传感器检测到的模拟信号转换为数字信号；在将模拟信号转换为数字信号的处理期间产生内部电源，并且基于内部电源向dsp供电。

adc还可以被配置为从外部电源接收电力，并且dsp还可以被配置为基于从adc产生的内部电源提供的电力来处理数字信号，而无需从外部电源接收电力。

dsp还可以被配置为从外部电源接收电力，并且基于从adc和外部电源提供的电力来处理数字信号。

adc还可以被配置为从传感器接收电力，并且基于从传感器提供的电力和从外部电源提供的电力来将模拟信号转换为数字信号。

dsp还可以被配置为从传感器接收电力，并且基于从adc提供的电力和从传感器提供的电力来处理数字信号。

根据本公开的另一方面，提供了一种模数转换器(adc)，包括：多个采样电容器；多个多电平开关，每个多电平开关包括连接到所述多个采样电容器之一的第一端；电力电容器；以及处理器，被配置为通过选择性地切换所述多个多电平开关中的每一个以将所述多个采样电容器连接到第一参考电压、第二参考电压或者电力电容器之一，来将输入模拟信号转换为数字信号，其中，当处理器控制第一多电平开关从第一参考电压切换到第二参考电压时，可以利用来自所述多个采样电容器中的第一电容器的电压对电力电容器充电。

处理器还可以被配置为控制多电平开关经由电力电容器从第一参考电压切换到第二参考电压。

处理器还可以被配置为控制多电平开关在切换到第二参考电压之前，从第一参考电压切换到电力电容器。

处理器还可以被配置为基于电力电容器的电压值选择性地切换所述多个多电平开关中的每一个。

根据本公开的另一方面，提供了一种由模数转换器(adc)将模拟信号转换为数字信号的方法，模数转换器(adc)包括多个采样电容器、多个多电平开关和电力电容器，每个多电平开关包括连接到所述多个采样电容器之一的第一端，所述方法包括：通过选择性地切换所述多个多电平开关中的每一个以将所述多个采样电容器连接到第一参考电压、第二参考电压或者电力电容器之一，来将输入模拟信号转换为数字信号；并且当控制第一多电平开关从第一参考电压切换到第二参考电压时，利用来自所述多个采样电容器中的第一电容器的电压对电力电容器充电。

所述方法可以包括：控制多电平开关经由电力电容器从第一参考电压切换到第二参考电压。

所述方法可以包括：控制多电平开关在切换到第二参考电压之前，从第一参考电压切换到电力电容器。

所述方法可以包括：基于电力电容器的电压值选择性地切换所述多个多电平开关中的每一个。

附图说明

通过以下结合附图对实施例的描述，这些和/或其他方面将变得明确并且更容易理解，在附图中：

图1是示出了根据实施例的集成电路的图；

图2是示出了根据实施例的模数转换器(adc)的图；

图3是示出了其中adc控制多电平切换的实施例的图；

图4a和图4b是示出了根据多电平切换的损耗能量和能量转移过程的图；

图5是示出了根据实施例的逐次逼近型寄存器(sar)逻辑中的寄存器的图；

图6是示出了根据另一实施例的模数转换器(adc)的图；

图7是示出了adc将模拟信号转换为数字信号的方法的图；

图8是示出了adc将至少一个电容器浮置以确定数字信号的msb的实施例的图；

图9是示出了adc通过多电平切换来确定数字信号的位的实施例的图；

图10是示出了根据实施例的传感器系统的图；

图11是示出了根据另一实施例的传感器系统的图；以及

图12是示出了根据另一实施例的传感器系统的图。

具体实施方式

现在详细参考实施例，在附图中示出了实施例的示例，其中，贯穿附图类似的附图标记表示类似的元件。在这点上，实施例可以具有不同形式，并且不应当被解释为受限于本文所阐明的描述。因此，下面仅通过参考附图描述实施例，以解释各个方面。如本文中所使用的术语“和/或”包括相关联列出项目中的一个或多个的任意和所有组合。诸如“......中的至少一个”之类的表述在元件列表之后时修饰整个元件列表，而不是修饰列表中的单独元件。

现在，将参考附图详细地描述实施例。应理解，以下实施例是为了描述技术内容的目的，而不是为了限制或约束权利的范围。将理解，本领域普通技术人员可以从详细描述和实施例中容易地推断出的任何内容都落入本公开的范围内。

在本说明书中，应理解，诸如“包括”或“具有”等术语旨在指示存在本说明书中公开的特征、数字、步骤、操作、动作、组件、部件或其组合，而不旨在排除可存在或可添加一个或多个其他特征、数字、步骤、动作、组件、部件或其组合的可能性。此外，说明书中描述的术语“...器”、“...机”和“模块”是指用于处理至少一个功能和操作的单元，并且可以由硬件组件或软件组件或其组合来实现。

尽管可以使用诸如“第一”、“第二”等术语来描述各种组件，但是这些组件不必受限于上述术语。上述术语仅用于将一个组件与另一组件区分开来。

图1是示出了根据实施例的集成电路的图。

集成电路10可以包括模数转换器(adc)100和数字信号处理器(dsp)200。图1所示的集成电路10仅示出了与实施例有关的组件。因此，本领域普通技术人员将理解，除了图1中所示的组件之外，还可以包括通用组件。例如，集成电路10可以包括锁相环(pll)、微控制器单元(mcu)、中央处理单元(cpu)、应用处理器(ap)和存储器，但是本公开不限于此。

adc100可以将模拟信号转换为数字信号。例如，adc100可以是逐次逼近型adc，可以量化通过二分搜索输入的模拟信号，并且可以输出数字信号。

在将模拟信号转换为数字信号期间，adc100可以产生电源，并且可以通过产生的电源向dsp200供电。adc100可以通过从外部电源提供的电力将模拟信号转换为数字信号，并且在转换期间产生用于向dsp200供电的电源。详细地，adc100可以通过在将模拟信号转换为数字信号期间利用电压对电容器充电来产生电源。

dsp200可以处理从adc100输出的数字信号。dsp200可以通过使用从adc100提供的电力来处理数字信号。dsp200可以通过仅使用从adc100提供的电力来处理数字信号，而无需从外部电源接收任何电力。

尽管在集成电路10中的模拟电路(例如，adc100)中需要相对大的供电功率以提高信噪比(snr)，但是在数字电路(例如，dsp200)中可能需要相对小的供电功率来降低功耗。具体地，由于dsp200是基于数字信号的操作电路，其需要低电压用于低功率操作且不受电压波动的影响，因此，dsp200可以仅通过adc100提供的电力来操作。因此，由于无需从外部电源向dsp200供电，因而集成电路10可以以低功率操作，从而表现出低发热或较长的预期寿命。

此外，由于dsp200可以仅利用adc100提供的电力来操作且不需要诸如电力管理集成电路(pmic)之类的外部电源向dsp200供电，因此集成电路10可以用于微型设备中。例如，集成电路10可以用于诸如微型温度传感器、微型湿度传感器或微型距离传感器之类的物联网(iot)微型设备中，可以用于诸如助听器或视网膜显示器之类的微型可穿戴设备中，或者可以用于感测脑电波或生物信号的可植入传感器中。然而，本公开不限于此。

图2是示出了根据实施例的模数转换器(adc)的图。

adc100是逐次逼近型adc(adc)，并且可以将作为输入信号的模拟信号与精细参考电压进行比较，且顺序地确定数字信号从最高有效位(msb)到最低有效位(lsb)的各个位。adc100可以包括多个电容器110、多个开关120、比较器130、逐次逼近型寄存器逻辑(sar)逻辑140和电源电容器150。

sar逻辑140可以控制adc100中的整个电路，并且可以通过切换经由多个开关120连接到多个电容器110的电压来确定数字信号的各个位。详细地，sar逻辑140可以顺序地切换连接到多个电容器110的电压，从而顺序地确定数字信号从msb到lsb的各个位。

在经由多个开关120中的至少一个开关切换连接到多个电容器中的至少一个电容器的电压的情况下，sar逻辑140可以执行多电平切换以通过电源电容器150切换电压。详细地，当将连接到多个电容器110中的至少一个电容器的电压从第一参考电压切换到第二参考电压时，sar逻辑140可以执行多电平切换以经由电源电容器150将电压从第一参考电压切换到第二参考电压。

为了便于说明，图2示出了电源电容器150包括一个电容器，但是电源电容器150可以包括两个或更多个电容器。例如，当电源电容器150包括两个电容器时，sar逻辑140可以执行多电平切换以切换连接到至少一个电容器的电压，使得电压连续地通过电源电容器150中的第一电容器和第二电容器。

图3是示出了其中adc控制多电平切换的实施例的图。

为了确定数字信号的第n位，adc100可以控制多个开关120中的第一开关122以将连接到多个电容器110中的第一电容器112的电压从第一参考电压切换到第二参考电压。例如，adc100可以将连接到第一电容器112的电压从0[v]切换到1[v]，或者从1[v]切换到0[v]。在这种情况下，如图3所示，adc100可以控制通过电源电容器150对连接到第一电容器112的电压进行切换，而不是直接从第一参考电压切换到第二参考电压。换句话说，adc100可以控制第一开关122，使得第一电容器112的一端顺序地连接到第一参考电压、电源电容器150的一端和第二参考电压。

另一方面，在将连接到第一电容器112的电压从第二参考电压切换到第一参考电压的情况下，adc100可以经由电源电容器150将电压从第二参考电压切换到第一参考电压。

为了便于说明，图3示出了电源电容器150包括一个电容器，但是本公开不限于此。例如，当电源电容器150包括第一电容器和第二电容器时，adc100可以控制一个或多个开关，使得第一电容器112的一端顺序地连接到第一参考电压、电源电容器150的第一电容器的一端、电源电容器150的第二电容器的一端和第二参考电压。

返回参考图2，sar逻辑140可以通过多个开关120中的至少一个开关执行多电平切换，并且通过多电平切换将电源电容器150充上电压，从而产生能够向外部设备供电的电源。详细地，在多电平切换期间，多个电容器110中的至少一个电容器可以连接到电源电容器150，并且多个电容器110中的所述至少一个电容器的一些能量或电压可以存储在电源电容器150中。

此外，作为多电平切换的结果，可以减少由于切换引起的损耗能量。换句话说，由于通过电源电容器150进行的多电平切换而引起的损耗能量可以少于由于将连接到多个电容器110的电压直接从第一参考电压切换到第二参考电压而引起的损耗能量。

图4a和图4b是示出了根据多电平切换的损耗能量和能量转移过程的图。

在图4a和图4b中，为了便于说明，可以将多个电容器110建模为具有电容值c1的c1电容器，并且可以将电源电容器150建模为具有电容值c2的c2电容器。此外，在图4a和图4b中，假设第一参考电压是0[v]，第二参考电压是v[v]，且电容值c2大于电容值c1。还假设预先将c2电容器充电至0.5v[v]。换句话说，假设将0.25cv²的能量存储在c2电容器中。

首先，在图4a的复位操作中，c1电容器可以连接到为0[v]的第一参考电压。

接下来，在图4a的转移操作中，c1电容器可以连接到c2电容器。此时，为预先存储在c2电容器中的能量(即，0.25cv²)的一半的0.125cv²可以存储在c1电容器中，并且剩余的0.125cv²可能因切换而被消耗为损耗能量。

接下来，在图4b的充电操作中，电容器c1可以连接到为v[v]的第二参考电压。此时，作为从第二参考电压提供的能量的0.5cv²中的0.375cv²可以存储在c1电容器中，并且剩余的0.125cv²可能因切换而被消耗为损耗能量。

接下来，在图4b的存储阶段中，c1电容器可以连接到c2电容器。此时，0.375cv²中作为c2电容器的预存储能量的0.25cv²可以存储在c2电容器中，并且剩余的0.125cv²可能因切换而被消耗为损耗能量。

最后，在图4b的放电步骤中，c1电容器可以连接到为0[v]的第一参考电压。此时，作为c1电容器的预存储能量的0.125cv²可能因切换而被消耗为损耗能量。

因此，通过c2电容器将连接到c1电容器(c1电容器是对多个电容器110建模得到的)的电压从第一参考电压经多电平切换到第二参考电压所引起的损耗能量为0.25cv²，其是从第一参考电压直接切换到第二参考电压所引起的损耗能量0.5cv²的一半。此外，作为多电平切换的结果，0.25cv²的能量可以存储在c2电容器中，c2电容器是对电源电容器150建模得到的，可以通过使用c2电容器中存储的能量向外部供电。

返回参考图2，sar逻辑140可以基于比较器130的输出信号确定数字信号的各个位。此外，sar逻辑140可以基于比较器130的输出信号控制多个开关120确定数字信号的其他较低位。详细地，sar逻辑140可以根据指定可操作时间区域的时钟信号检测比较器130的输出信号的变化，并且产生用于控制多个开关120的控制信号。

根据另一实施例，模数转换器(adc)可以包括多个采样电容器、多个多电平开关、电力电容器和处理器。多个多电平开关中的每一个可以包括连接到多个采样电容器之一的第一端。根据实施例，处理器可以是硬件处理器。处理器可以被配置为通过选择性地切换多个多电平开关中的每一个以将多个采样电容器连接到第一参考电压、第二参考电压或电力电容器之一来将输入模拟信号转换为数字信号。根据实施例，当处理器控制第一多电平开关从第一参考电压切换到第二参考电压时，可以利用来自多个采样电容器中的第一电容器的电压对电力电容器充电。

处理器可以被配置为控制多电平开关经由电力电容器从第一参考电压切换到第二参考电压。处理器可以被配置为控制多电平开关在切换到第二参考电压之前，从第一参考电压切换到电力电容器。根据另一实施例，处理器可以被配置为基于电力电容器的电压值选择性地切换多个多电平开关中的每一个。

图5是示出了根据实施例的逐次逼近型寄存器(sar)逻辑中的寄存器的图。

sar逻辑140可以包括图5的寄存器145。

寄存器145可以根据指定可操作时间区域的时钟信号upd_clk来检测比较器130的输出信号comp_outp和comp_outn的变化，并且产生用于控制多个开关120的控制信号ctrnp和ctrpp。例如，寄存器145可以检测出在由时钟信号upd_clk指定的可操作时间区域内，输出信号comp_outp从o变为1且输出信号comp_outn保持为0，并因此产生控制信号ctrnp和ctrpp。

根据实施例，多个开关中的每一个可以包括pmos和nmos开关，并且控制信号ctrnp、ctrpp、ctrnn和ctrpn可以是用于控制pmos和nmos开关的栅极的控制信号。根据实施例，开关的控制信号将差分结构的saradc中的电容器阵列110中的电容器的底板连接到参考电压。

根据实施例，动态锁存比较器可以用作比较器130。当比较器时钟停用时，无论输入如何，输出的两端都具有与vdd和vdd或gnd和gnd相同的电压。当比较器时钟启用时，则确定输入的两端的差异，并且一个输出变为vdd而另一个输出变为gnd。因此，输出信号comp_outp和comp_outn是指动态锁存比较器的输出。例如，强臂锁存器结构是一种类型的动态锁存比较器。根据实施例，该结构的比较器的输出类似于将反相器连接到out+和out-中的每一个的结构。

与使用先前的互补金属氧化物半导体(cmos)数字逻辑的寄存器相比，寄存器145包括相对少量的晶体管，并且在sar实现中可以减小晶体管所占据的面积和晶体管的功耗。

例如，在一比较示例中，用于操作一般差分模式的saradc的sar逻辑的寄存器需要与位数一样多的晶体管。然而，根据本公开的实施例，通过将具有最小电平功能的寄存器实现为适合于sar逻辑和外围信号，来减少晶体管的数量。例如，最小电平功能是使得它在如下特定操作(适于比较器的输出操作)下操作，在该特定操作中，仅接收时钟的启用电平，并且两个输入被接地，之后输入中的仅一个变为高，从而减少了晶体管的数量。

此外，由于sar逻辑的寄存器通过模拟信号处理而不是数字处理来操作，因此减少了节点的电压变化，并因而实现了低功耗。例如，与其中需要定义信号处理中的高或低的数字操作相比，在模拟操作中，叠置的晶体管输出结果值。因此，需要的晶体管数量和晶体管之间的节点的电压摆动整体上减小，从而实现低功耗。

图6是示出了根据另一实施例的模数转换器(adc)的图。

adc100可以包括多个电容器110、多个开关120、比较器130、sar逻辑140和电源电容器150，并且还可以包括电源状态检测器160。

电源状态检测器160可以检测电源电容器150的状态。详细地，电源状态检测器160可以确定电源电容器150的电压是否等于或高于预设阈值。备选地，电源状态检测器160可以确定电源电容器150的电压是否等于或低于预设阈值。

sar逻辑140可以根据电源状态检测器160的检测结果调整从电源电容器150向外部提供的电量。详细地，sar逻辑140可以根据电源电容器150的电压大小控制多电平切换，从而调整从电源电容器150向外部提供的电量。

根据实施例，当电源电容器150的电压等于或高于预设阈值时，sar逻辑140可以控制能够执行多电平切换的开关中的一些开关以仅执行一些多电平切换操作。例如，sar逻辑140可以控制能够执行多电平切换的开关中的一些开关以跳过图4b的存储操作。因此，电源电容器150的电压降低，因而可以减少向外部提供的电量。根据另一实施例，当电源电容器150的电压等于或低于预设阈值时，sar逻辑140可以控制能够执行多电平切换的开关中的一些开关以仅执行一些多电平切换。例如，sar逻辑140可以控制能够执行多电平切换的开关中的一些开关以跳过图4a的转移操作。因此，电源电容器150的电压增加，因而可以增加向外部提供的电量。

例如，电源状态检测器160可以包括图6的电路165。电路165可以包括d触发器和反相器，并且可以基于时钟信号clk、周期性产生的驱动信号chk和电源电容器150的电压vddm产生一标志，该标志是将电源电容器150的电压vddm与预设阈值进行比较的结果。

图7是示出了adc将模拟信号转换为数字信号的方法的图。

图7中所示的方法可以由图2至图6的adc100的组件执行，并且将省略与上面给出的描述相同的描述。

在操作s710中，adc100可以对输入信号执行采样。详细地，adc100可以通过将作为模拟信号的输入信号连接到多个电容器110中的每一个来将输入信号施加到多个电容器110中的每一个。

在操作s720中，adc100可以将多个电容器110中包括顶置电容器的至少一个电容器浮置，并且确定数字信号的msb。根据实施例，在操作s710中，多个电容器110中的每一个可以连接到输入信号。接下来，adc100可以将包括顶置电容器的至少一个电容器浮置，并且将剩余的电容器连接到第一参考电压或第二参考电压，从而确定数字信号的msb。根据另一实施例，在操作s710中，多个电容器110中的每一个可以连接到输入信号。接下来，adc100可以将包括顶置电容器的至少一个电容器浮置，并且将剩余的电容器连接到第一参考电压与第二参考电压之间的中间电压，从而确定数字信号的msb。

因此，在确定数字信号的msb期间，adc100不对包括顶置电容器的至少一个电容器执行切换，从而减少由于该至少一个电容器的切换而引起的损耗能量。

图8是示出了adc将至少一个电容器浮置以确定数字信号的msb的实施例的图。

为了便于说明，图8示出了adc101的多个电容器115包括具有电容值8c的8c电容器、具有电容值4c的4c电容器、具有电容值2c的2c电容器和各自具有电容值c的两个c电容器。然而，本公开不限于此。例如，根据另一实施例，每个电容器的电容值可以不同。

首先，在图8的上部所示的实施例中，adc101可以通过将输入信号连接到多个电容器115中的每一个来执行输入信号采样操作。

接下来，在图8的下部所示的实施例中，adc101可以通过将多个电容器115中包括顶置电容器的至少一个电容器浮置来确定数字信号的msb。详细地，adc101可以将总共5个电容器中的8c电容器、4c电容器和2c电容器浮置，并且将第一参考电压和第二参考电压连接到剩余的两个电容器。结果，adc101可以通过比较器132将第一参考电压的一半与输入信号进行比较，并且确定数字信号的msb。

根据另一实施例，adc101可以将总共5个电容器中的8c电容器、4c电容器和2c电容器浮置，并且将第一参考电压和第二参考电压之间的中间电压连接到剩余的两个电容器。例如，adc101可以将1[v]的第一参考电压和0[v]的第二参考电压之间的0.5[v]的中间电压连接到剩余的两个c电容器。结果，adc101可以通过比较器132将第一参考电压的一半与输入信号进行比较，并且确定数字信号的msb。

返回参考图7，在操作s730中，adc100可以通过多电平切换顺序地确定数字信号的剩余位。换句话说，在操作s720中确定数字信号的msb之后，adc100可以在用于确定数字信号的剩余位的切换处理期间执行多电平切换。例如，在用于确定数字信号的剩余位的处理期间，当adc100将连接到多个电容器中的至少一个电容器的电压从第一参考电压切换到第二参考电压时，adc100可以经由电源电容器执行用于从第一参考电压切换到第二参考电压的多电平切换。

因此，adc100可以通过在用于确定数字信号的位的处理期间经由多电平切换对电源电容器进行电压充电来产生电源，并且可以减少由于切换引起的损耗能量。此外，在操作s730中，由于adc100执行用于将第一参考电压或第二参考电压连接到在操作s720中浮置的电容器的切换，因此与先前改变电压的方法相比，adc100可以减少损耗能量。例如，与将连接到确定msb的电容器的电压从第一参考电压切换到第二参考电压相比，在确定msb的电容器正被浮置的同时进行切换以连接第二参考电压可以消耗更少的能量。

根据另一实施例，通过模数转换器将模拟信号转换为数字信号的方法可以包括：通过选择性地切换多个多电平开关中的每一个以将多个采样电容器连接到第一参考电压、第二参考电压或第二电容器之一来将输入模拟信号转换为数字信号；以及当控制第一多电平开关从第一参考电压切换到第二参考电压时，利用来自多个采样电容器中的第一电容器的电压对电力电容器充电。

该方法可以包括：控制多电平开关经由电力电容器从第一参考电压切换到第二参考电压。该方法可以包括：控制多电平开关在切换到第二参考电压之前，从第一参考电压切换到电力电容器。根据实施例，该方法可以包括：基于电力电容器的电压值选择性地切换多个多电平开关中的每一个。

图9是示出了adc通过多电平切换确定数字信号的位的实施例的图。

为了便于说明，图9示出了adc102的多个电容器117包括具有电容值8c的8c电容器、具有电容值4c的4c电容器、具有电容值2c的2c电容器和各自具有电容值c的两个c电容器。然而，本公开不限于此。例如，根据另一实施例，每个电容器的电容值可以不同。

首先，在图9的上部所示的实施例中，与图8中一样，adc102可以通过将多个电容器117中包括顶置电容器的至少一个电容器浮置来确定数字信号的msb。详细地，adc102可以将总共5个电容器中的8c电容器、4c电容器和2c电容器浮置，并且将第一参考电压和第二参考电压连接到剩余的两个电容器。

在adc102确定数字信号的msb之后，adc102可以顺序地确定低于msb的位。换句话说，adc102可以控制对应于五个电容器的五个开关以顺序地确定数字信号的低于msb的位。

在图9的下部所示的实施例中，为了确定msb之后的位，adc102可以将第二参考电压连接到被浮置的8c电容器，将第一参考电压连接到被浮置的4c电容器，将第二参考电压连接到被浮置的2c电容器，将连接到电容器c的电压从第一参考电压切换到第二参考电压，并且保持连接到电容器c的第二参考电压。此时，adc102可以执行多电平切换以通过电源电容器152将连接到电容器c的电压从第一参考电压切换到第二参考电压。换句话说，adc102可以控制开关，使得电容器c的一端顺序地连接到第一参考电压、电源电容器152的一端和第二参考电压。结果，adc102可以通过比较器134将第一参考电压的四分之一与输入信号进行比较，并且确定数字信号的msb之后的位。

因此，adc102可以控制多个开关并且执行多电平切换，直到确定lsb为止。此外，adc102可以调整用于执行多电平切换的开关的数量，以调整由于切换引起的损耗能量。虽然图9示出了用于执行多电平切换的开关是针对与较低的三个位相对应的电容器的开关，但是本公开不限于此。例如，当adc102中的多个电容器包括十二个电容器时，可以仅针对与msb相对应的顶置电容器之后的三个电容器执行多电平切换控制。

图10是示出了根据实施例的传感器系统的图。

传感器系统1可以包括传感器305、adc105、dsp205和外部电源405。图10中所示的传感器系统1仅示出了与实施例有关的组件。因此，本领域普通技术人员将理解，除了图10中所示的组件之外，还可以包括通用组件。

由于图10的adc105的描述包括上面给出的图1至图7的adc100、图8的adc101和图9的adc102的描述，因此将省略与上面给出的描述相同的描述。此外，由于图10的dsp205的描述包括上面给出的图1的dsp200的描述，因此将省略与上面给出的描述相同的描述。

传感器305可以根据检测结果输出模拟信号。详细地，传感器305可以检测周围环境的热、光、温度、压力和声音的物理量或变化，并且输出模拟信号。

外部电源405可以向adc105供电，并且adc105可以基于所提供的电力将模拟信号转换为数字信号。外部电源405可以包括电池或pmic中的至少一个。

adc105可以在将模拟信号转换为数字信号期间产生内部电源，并且可以通过产生的内部电源向dsp205供电。详细地，adc105可以通过在将模拟信号转换为数字信号期间利用电压对电容器充电来产生内部电源。

dsp205可以处理从adc105输出的数字信号。dsp205可以通过使用从adc105提供的电力来处理数字信号。dsp205可以通过仅使用从adc105的内部电源提供的电力而不从外部电源405接收任何电力来处理数字信号。因此，由于无需从外部电源405向dsp205供电，所以传感器系统1可以以低功率操作，因而表现出低发热或较长的预期寿命。

此外，由于dsp205可以仅利用adc105提供的电力来操作而不需要诸如pmic之类的用于向dsp205供电的外部电源，因此可以减少传感器系统1所占据的面积或体积。因此，传感器系统1可以小型化，并因而可以用在微型设备中。例如，传感器系统1可以用于诸如微型温度传感器、微型湿度传感器或微型距离传感器之类的物联网(iot)微型设备中，可以用于诸如助听器或视网膜显示器之类的微型可穿戴设备中，或者可以用于感测脑电波或生物信号的可植入传感器中。然而，本公开不限于此。

图10的传感器系统1中的传感器305、adc105、dsp205和外部电源405中的每一个可以存在多个。例如，当传感器系统1是多通道高质量声学传感器系统或多通道高质量视觉传感器系统时，传感器系统1可以包括用于多个通道的传感器、adc、dsp或外部电源。

图11是示出了根据另一实施例的传感器系统的图。

传感器系统2可以包括传感器305、adc105、dsp205和外部电源405。图11中所示的传感器系统2仅示出了与实施例有关的组件。因此，本领域普通技术人员将理解，除了图11中所示的组件之外，还可以包括通用组件。

由于图11的传感器305、adc105、dsp205和外部电源405的描述包括上面给出的图10的传感器305、adc105、dsp205和外部电源405的描述，因此将省略与上面给出的描述相同的描述。

dsp205可以从外部电源405接收电力，并且也可以从adc105接收电力。dsp205可以通过使用从adc105和外部电源405提供的电力来处理数字信号。

根据实施例，dsp205可以通过使用从adc105提供的电力在低功率常开模式下操作，并且通过使用从外部电源405提供的电力执行附加的计算和操作。根据另一实施例，dsp205可以通过使用从adc105提供的电力对从adc105输出的数字信号执行数据抑制，并且通过使用从外部电源405提供的电力执行附加的计算和操作。

图12是示出了根据另一实施例的传感器系统的图。

传感器系统3可以包括传感器305、adc105、dsp205和外部电源405。图12中所示的传感器系统3仅示出了与实施例有关的组件。因此，本领域普通技术人员将理解，除了图12中所示的组件之外，还可以包括通用组件。

由于图12的传感器305、adc105、dsp205和外部电源405的描述包括上面给出的图10的传感器305、adc105、dsp205和外部电源405的描述，因此将省略与上面给出的描述相同的描述。

传感器305可以向adc105供电。此外，传感器305可以向dsp205供电。根据实施例，当传感器305是压电传感器时，传感器305可以根据振动产生电力，因此传感器305可以向adc105或dsp205供电。根据另一实施例，传感器305是可以插入人体中的传感器时，传感器305可以根据热传导产生电力，因此传感器305可以向adc105或dsp205供电。根据另一实施例，当传感器305是用于检测风力的传感器时，传感器305可以通过使用风力来产生电力，因此传感器305可以向adc105或dsp205供电。

因此，adc105可以通过使用从外部电源405提供的电力和从传感器305提供的电力来将模拟信号转换为数字信号。此外，dsp205可以通过使用从adc105和传感器305提供的电力来处理数字信号。

根据上述实施例，由于adc在将模拟信号转换为数字信号的处理期间产生电源并且通过该电源向dsp供电，因此可以实现具有较低功耗的集成电路或传感器系统。此外，由于dsp可以仅利用adc提供的电力来操作而不需要诸如电力管理集成电路(pmic)之类的用于向dsp200供电的外部电源，因此集成电路和传感器系统可以用于微型设备中。

此外，根据上述实施例，adc可以通过实现多电平切换来减少由于切换引起的损耗能量，并且可以通过经由sar逻辑中的寄存器结构实现sar来减少晶体管所占据的面积和晶体管的功耗。

根据上述实施例的集成电路或传感器系统可以包括处理器、用于存储和执行程序数据的存储器、诸如磁盘驱动器的永久存储器、用于与外部设备通信的通信端口、触摸板、按键、按钮等。利用软件模块或算法实现的方法可以作为可在处理器上执行的计算机可读代码或程序指令存储在计算机可读记录介质上。这里，计算机可读记录介质可以包括磁存储介质(例如，只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、软盘、硬盘等)、光学读取介质(例如，cd-rom、数字多功能盘(dvd)等)等。计算机可读记录介质可以分布在联网的计算机系统上，使得可以按照分布方式存储和执行计算机可读代码。介质可被计算机读取，存储在存储器中，并在处理器上执行。

可以在功能块组件和各种处理步骤方面描述一些实施例。可以由被配置为执行指定功能的任意数量的硬件和/或软件组件来实现这种功能块。例如，本公开可以采用可以在一个或多个微处理器或其他控制设备的控制下实施各种功能的各种集成电路(ic)组件，例如，存储器元件、处理元件、逻辑元件、查找表等。类似地，在使用软件编程或软件元件实现本公开的元件的情况下，可以利用任何编程或脚本语言(例如，c、c++、java、汇编语言等)以及各种算法来实现本发明，其中，利用数据结构、对象、进程、例程或其他编程元件的任何组合来实现所述各种算法。功能方面可被实现为在一个或多个处理器上执行的算法。此外，本公开可以采用用于电子配置、信号处理和/或控制、数据处理等的任意数量的传统技术。词语“机制”、“元件”、“装置”和“配置”被广义地使用且不限于机械或物理实施例，而可以包括与处理器等结合的软件例程。

本文示出和描述的具体实现是本发明的说明性示例，并不意图以任何方式另外限制本发明的范围。为了简洁起见，可能不会详细描述常规电子设备、控制系统、软件开发和系统的其他功能方面。此外，所呈现的各种附图中示出的连接线或连接器意在表示各种元件之间的示例性功能关系和/或物理或逻辑连接。应注意的是，在实际设备中可以存在许多替代的或者附加的功能关系、物理连接或逻辑连接。

在描述本发明的上下文中(尤其是在权利要求的上下文中)的单数术语及类似指示物的使用应当被解释为涵盖单数和复数两者。此外，除非本文中另外指示，否则本文中对值的范围的叙述仅意在用作分别参考落入该范围内的各个值的便捷方法，并且各个值被并入本说明书中犹如其被单独在此叙述一样。此外，可以按照任何适当顺序执行本文中描述的所有方法的操作或步骤，除非本文中另外指出或者上下文另外明确地相反指示。本文中提供的任何和所有示例或示例性语言(例如，“诸如(例如)”)的使用仅意在更好地阐述本发明，不对本发明的范围施加限制，除非另外要求。在不脱离本公开的范围和精神的情况下，许多修改和改变对于本领域普通技术人员将是显然的。