逐渐趋近式模数转换器与转换方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及模数转换技术，尤其涉及逐渐趋近式模数转换器与转换方法。
【背景技术】
[0002]逐渐趋近式模数转换器(SuccessiveApproximat1n Analog-to-DigitalConverter)是一种依据本身所有可能的量化基准来对模拟输入信号进行二分法检索(Binary Search)以产生数字输出信号的转换器。在多种逐渐趋近式模数转换器中，电荷重分配(Charge Redistribut1n)逐渐趋近式模数转换器是种常见的实施选择,其利用一电容阵列对一模拟输入信号进行取样；完成取样后再将该电容阵列中的多个电容的下电极板依电容值由大至小的顺序以及一比较结果耦接至一参考电压，以在电荷守恒的情形下，改变该电容阵列所输出的电压(亦即该多个电容的上电极板的电压)；接着再依次比较该电容阵列的输出电压与另一电容阵列的输出电压或一固定电压，以产生上述比较结果；最后再依据该比较结果产生一数字输出信号。
[0003]对采用上述电荷重分配逐渐趋近式模数转换器的装置(例如一图像译码器)而言，假如模拟输入信号(例如一图像信号)的峰值过大而超出了此模数转换器的量化分辨率，就会导致后续产生的数字输出信号失真，因此，现有技术会利用一可编程增益放大器(Programmable Gain Amplifier, PGA)来调整模拟输入信号的峰值，以避免所述失真的问题。然而，可编程增益放大器具有电路面积大及功率消耗大等特性，额外使用可编程放大器会导致成本增加与耗电问题，因此本技术领域仍需要一个能够避免失真又能减少或防止成本与功耗增加的解决方案。
【发明内容】
[0004]本发明的一目的在于提供一种逐渐趋近式模数转换器与转换方法，以解决先前技术的问题。
[0005]本发明公开了一种逐渐趋近式模数转换器，能够决定一输入信号的取样值。所述转换器的一实施例包含:一第一电容阵列，包含多个第一电容，用来在一取样模式下取样一第一输入信号，其中该多个第一电容包含至少一第一指定电容与至少一第一取样电容，且每该第一电容包含一第一上电极端与一第一下电极端；一比较器，用来在一比较模式下比较来自第一电容阵列的一第一电压与一第二电压，藉此产生一比较结果；一第一开关电路，耦接第一电容阵列，用来在取样模式下依据一第一控制信号决定第一电容阵列所存储的电荷量，并在比较模式下依据该第一控制信号决定第一电容阵列所输出的第一电压；以及一控制电路，耦接比较器与第一开关电路，用来在取样模式下依据一取样设定产生第一控制信号，并在比较模式下依据比较结果产生第一控制信号，其中第一控制信号在取样模式下经由第一开关电路使第一指定电容不取样第一输入信号，同时使第一取样电容取样第一输入信号，以及在比较模式下经由第一开关电路使第一电容阵列停止取样，并使第一指定电容与第一取样电容共享电荷。
[0006]本发明还公开了一种逐渐趋近式模数转换方法，能够决定一输入信号的取样值，是由本发明的逐渐趋近式模数转换器或其等效装置来执行。所述方法的一实施例包含:在一取样模式下，利用一第一电容阵列取样一第一输入信号，其中第一电容阵列包含至少一第一指定电容与至少一第一取样电容；在一比较模式下，比较来自第一电容阵列的一第一电压与一第二电压，藉此产生一比较结果，其中第二电压与一第二输入信号相关，且第二输入信号是第一输入信号的反相信号或一预定参考信号；在取样模式下经由一第一控制信号控制一第一开关电路使第一指定电容不取样该第一输入信号，同时使第一取样电容取样该第一输入信号，藉此决定第一电容阵列所存储的电荷量；在比较模式下经由第一控制信号控制第一开关电路使第一电容阵列停止取样，并使第一指定电容与第一取样电容共享电荷，藉此决定第一电容阵列所输出的第一电压；以及在取样模式下依据一取样设定产生第一控制信号，并在比较模式下依据比较结果产生第一控制信号。
[0007]前述逐渐趋近式模数转换方法的另一实施例包含:接收一第一输入信号；利用一第一电容阵列取样该第一输入信号，以产生多个第一原始取样值；依据该多个第一原始取样值以及多个第二原始取样值或一参考值产生多个比较结果；判断该多个比较结果的变化是否符合一预设样式；以及若该多个比较结果的变化符合该预设样式，则调整该第一电容阵列，并再通过该第一电容阵列取样该第一输入信号，以产生多个第一调整取样值，其中该多个第一调整取样值的最大值小于该多个第一原始取样值的最大值。
[0008]有关本发明的特征、实作与功效，现配合示图对优选的实施例详细说明如下。
【附图说明】
[0009]图1a为本发明的逐渐趋近式模数转换器在取样模式下的一实施例的示意图；
[0010]图1b为本发明的逐渐趋近式模数转换器在比较模式下的一实施例的示意图；
[0011]图2a为差分输入下本发明的逐渐趋近式模数转换器在取样模式时的一实施例的示意图；
[0012]图2b为差分输入下本发明的逐渐趋近式模数转换器在比较模式时的一实施例的示意图；
[0013]图3a为本发明的逐渐趋近式模数转换方法的一实施例的流程图；
[0014]图3b为本发明的逐渐趋近式模数转换方法的另一实施例的流程图；
[0015]图4a为本发明的采用逐渐趋近式模数转换器的译码器在取样模式下的一实施例的示意图；及
[0016]图4b本发明的采用逐渐趋近式模数转换器的译码器在比较模式下的一实施例的示意图。
[0017][图的符号简单说明]:
[0018]100逐渐趋近式模数转换器
[0019]110第一电容阵列
[0020]112第一指定电容
[0021]114第一取样电容
[0022]120比较器
[0023]122第一输入端
[0024]124第二输入端
[0025]130第一开关电路
[0026]132第一输入开关
[0027]134第一取样控制开关
[0028]140控制电路
[0029]SI第一输入信号
[0030]Refl第一参考信号
[0031]Vl第一电压
[0032]V2第二电压
[0033]Ctrl_l第一控制信号
[0034]Cl第一电容
【具体实施方式】
[0035]以下说明内容的用语是参照本技术领域的习惯用语，如本说明书对部分用语有加以说明或定义，该部分用语的解释应以本说明书的说明或定义为准。
[0036]本发明所披露的内容包含逐渐趋近式模数转换器(Successive Approximat1nAnalog-to-Digital Converter, SA ADC)与转换方法以及采用逐渐趋近式模数转换器的译码器，能够降低一输入信号的取样值(其中若该输入信号为负，该取样值取其绝对值)，亦即能减量取样该输入信号，以避免该输入信号的峰值过大所导致的失真问题。本发明可应用于一集成电路(例如一模拟前端电路)或一系统装置(例如一图像译码装置)，且在实施为可能的前提下，本技术领域具有通常知识者能够依本说明书的公开内容选择等效的组件来实现本发明。由于本发明的装置所包含的部分组件单独而言可能为已知组件，因此在不影响该装置发明的充分公开及可实施性的前提下，以下说明对于已知组件的细节将予以省略。另外，本发明的方法可通过本发明的装置或其等效装置来执行。再者，在实施为可能的前提下，本技术领域人员可依本发明所披露的内容及自身的需求选择性地实施任一实施例的部分或全部技术特征，或者选择性地实施多个实施例的部分或全部技术特征的组合，藉此增加本发明实施时的弹性。
[0037]请参阅图1a与图lb，其为本发明的逐渐趋近式模数转换器的一实施例的示意图，其中图1a是代表取样模式，图1b是代表比较模式。如图所示，本实施例的转换器100包含:一第一电容阵列110 ; —比较器120 第一开关电路130 ;以及一控制电路140。所述第一电容阵列110包含多个第一电容Cl，用来在一取样模式下取样一第一输入信号SI，其中多个第一电容Cl包含至少一第一指定电容112与至少一第一取样电容114，且每个第一电容Cl均包含一第一上电极端与一第一下电极端，可以是有极性或无极性的电容。所述比较器120包含一第一输入端122与一第二输入端124，用来在一比较模式下比较来自第一电容阵列I1的一第一电压Vl与一第二电压V2,藉此产生一比较结果Comp,该比较结果Comp按产生顺序分别代表一数字输出信号Dout的最高有效位(Most Significant Bit，MSB)至最低有效位(Least Significant Bit, LSB)0所述第一开关电路130 f禹接第一电容阵列110,用来在取样模式下依据一第一控制信号Ctrl_l决定第一电容阵列110所存储的电荷量，并在比较模式下依据第一控制信号Ctrl_l决定第一电容阵列110所输出的第一电压VI。所述控制电路140则耦接比较器120与第一开关电路130，用来在取样模式下依据一取样设定产生第一控制信号Ctrl_l (如图1a所示)，并在比较模式下依据比较结果Comp产生第一控制信号Ctr 1_1 (如图1b所示)。更明确地说，如图1a所示，第一控制信号Ctr 1_1在取样模式下经由第一开关电路130使第一指定电容112不取样第一输入信号SI，同时使第一取样电容114取样第一输入信号SI ;另外，如图1b所示，第一控制信号Ctrl_l在比较模式下经由第一开关电路130使第一电容阵列110停止取样，并使第一指定电容112与第一取样电容114共享电荷，藉此产生第一电压Vl的初始值(亦即第一输入信号SI的取样值)，以供后续比