高效模拟-数字转换器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种模拟-数字转换器。
【背景技术】
[0002] 模拟-数字转换器（ADc)是用在一些电子系统转换模拟信号到数字域的基本构 件，使得能在在转换的信号上做进一步数字处理。典型的应用包括传感器，例如溫度传感 器，湿度传感器，压力传感器，麦克风，无线接收机的基带和数字测试工具。
[000引 ADC能用的能量或者功率在一些应用中是受限的，例如在电池供电的系统中。因 而，认为高能效的ADC比较好。逐次逼近ADC(SARADC)有最好的能效，但是它们的分辨率 一般都在12bitW下，因此它们不适用于需要高分辨率的应用中。如果要求较高的分辨率， SigmaDeltaADC被认为是更好的。即使SigmaDeltaADC的能效比SARADC低，Sigma DeltaADC的分辨率更高，一般可W到20bit或者更多。电路设计者基于合适参数选择SAR ADC或者SigmaDeltaADC应用于特定的应用中。
[0004] ADC是由它的频带宽度定义的，即它可W测量的频率范围，和它的信噪比，即它可 W测量的与它引入的噪声相关的信号的精确度。ADC的实际带宽主要通过它的采样率来表 征，在较少程度上通过它如何处理误差如伪信号来表征。ADC的动态范围是由许多因素影响 的，包括分辨率（可W量化信号到的输出电平的数量），线性和准确度（量化电平和真实模 拟信号的匹配程度的好坏）。 阳〇化]ADC的主要性能参数之一是分辨率，通常用比特化it)来表示。对一个分辨率 为n个bit,输入范围在Vmin和Vmax之间的ADC来说，即ADC允许的输入信号Vin是 Vmin《Vin《Vmax,被引入模拟一数字转换的噪声的标准偏差可W用方程式来表达：
阳007] 因而，通过增加ADC的分辨率（n)或者通过减少ADC的输入范围（Vmin-Vmax)都 可W得到更低的噪声。
【发明内容】
[000引本
【发明内容】
是用来介绍在详细说明中描述内容的简化的概念的集合。本
【发明内容】
不旨在识别权利要求的关键特征或者必要特征，也不旨在限制权利要求的范围。
[0009] 在一个实施例中，提供了一种高效模拟-数字转换器，包括：禪合到输入模拟信号 的粗略模拟-数字转换器，该粗略模拟-数字转换器被配置为提供输入模拟信号的近似的 数字表示，禪合到输入模拟信号的精细模拟-数字转换器，其中粗略模拟-数字转换器的 输出禪合到该精细模拟-数字转换器，该精细模拟-数字转换器被配置为设置作为粗略模 拟-数字转换器的输出的函数的精细模拟-数字转换器的输入范围。
[0010] 在另一个实施例中，提供了一种模拟-数字转换器，包括：用于接收模拟输入信号 的输入端；用于接收模拟输入信号的近似数字表示的数字参考信号的输入参考信号端；禪 合到输入参考信号端的数字-模拟转换器；和包含禪合到数字-模拟转换器的量化器的反 馈回路，其中数字-模拟转换器的输出禪合到量化器的输入。
【附图说明】
[0011] 图1示出了高效模拟-数字转换器（eADC)的工作原理；
[0012] 图2是根据一个或多个实施例的eADC的原理图； 阳01引图3是根据一个或多个实施例的把Sigma delta ADC用作精细ADC的eADC的原 理图；
[0014] 图4是根据一个或多个实施例的具有动态元件匹配的eADC的原理图。
【具体实施方式】
[0015] 图1示出了高效模拟-数字转换器（eADC)的输入和输出范围100。为了得到具 有高分辨率高功率效率的ADC，eADC架构结合两种类型的模拟-数字转换器，如SAR ADC和 Sigma Delta ADC，在后面各个实施例中有详细的描述。在其他的实施例中，两个模拟-数 字转换器可能是同种类型，也可能是不同类型，使得其中一个用于优化能量效率，另一个优 化分辨率。在下文中，词语"SAR ADC"和"Sigma Delta ADC"仅仅用于做解释说明，两者是 可W互相替换的。在eADC架构中，SAR ADC执行第一模拟输入的转换，Sigma Delta ADC通 过使用SAR转换的结果来执行第二的更精确的转换。SAR ADC的输入范围102与eADC的输 入范围是相等的。SAR ADC的输出用作模拟输入信号的粗略近似，该信息被用于调节Sigma Delta ADC的输入范围104, W使得包含该模拟输入。因为运个调节，Sigma Delta输入范 围不需要覆盖全部的eADC的输入范围，Sigma Delta ADC的输入范围可W比eADC的输入 范围小。通过结合SAR ADC和Sigma Delta ADC的输出，可W产生精确的输入信号的数字 表示。因为SAR ADC不仅仅用于调节Sigma Delta ADC的输入范围，转换器的精确度和噪 声仅仅由Sigma Delta ADC的精确度和噪声确定的。
[0016] 因而，eADC的输入范围是由SAR ADC 202确定的，而引入模拟-数字转换的噪声 是由Sigma Delta ADC 204确定的。本领域技术人员应该知道，模拟转换器的能量要求主 要依赖于分辨率，即.能量要求依赖于输入范围和模拟转换器引入的噪声两者的比例。因 而，相比于具有相同分辨率的标准模拟转化器，运里描述的eADC要求更少的能量，因为1) Sigma Delta ADC具有比eADC更低的分辨率，因为eADC使用更低的输入范围；W及2)因 为粗略ADC上有限的要求，粗略ADC可W用具有可W忽略的能量贡献的高效的架构（例如 SAR)来实现。
[0017] 图2示出了高效模拟-数字转换器（eADC) 200的工作原理。如描述的，具有采样率 fcoarse的粗略ADC 202和具有采样率ffine的精细ADC 204并行运行，ffine > fcoarse。 到粗略ADC 202的输入和到精细ADC 204的输入被禪合到同一个输入源210。粗略ADC 202 的输出206作为参考信号被输入到精细ADC 204。粗略ADC的输出206提供输入信号210 的近似。精细ADC的输入范围适用于包括由粗略ADC得到的近似位置。由于精细ADC的输 入范围比输入信号210的输入范围小，精细ADC204比具有相同分辨率的标准ADC消耗更少 的能量。数字处理模块208结合粗略ADC的数字输出Dcoarse (N比特组成）和精细ADC的 数字输出Df ine (M比特组成），来产生整个转换器（由P > N+M比特组成）的数字输出。
[0018] 在一个实施例中，参考信号206被用于调节精细ADC 204的有效输出范围。例如， 如果精细ADC使用参考信号Vp和Vw,精细ADC的输入范围介于Vmex= aVp和Vmm= PVw之 间，即Vin是精细ADC的输入范围，如果化> Vmax > Vin >化。因此，合理调节它的输入 范围，精细ADC 204的参考值被挑选作为粗略ADC 202的函数。特别的，挑选它们，实现W 下不等式：
[001 W 鸣贿:*含怎.0主,,株（化OC。'妨'）含K打妃
[0020] 其中，fcoarse是粗略ADC 202的的输入输出转换函数，庭也,:e ( ?)是它的逆函 数。如果粗略ADC 202的的输入输出转换函数fcoarse是确定已知的，可W选择精细ADC 的输入范围来包含ADC输入电压，即Vmax > Vin > Vmin, Vmax > Vin > Vmin。 阳02U 例如，可W根据W下公式来选择精细ADC204的参考值： 阳02引 吟:=方odrse (归￡()?"￡? ) + Kwe,.rctMge ,/J
[0023] VjV …'充。扫坊e (。如。朽.e )' - 做留e 押
[0024]其中，Vwer rawe,P和V。胃rawe,W是正数。任何粗略ADC (例如非线性或者噪声）的附 加误差可W通过增加V。胃f。。,。,P和VwMf。。,。,W来被容忍，即通过实现超过范围。W运种方法， 精细ADC204的输入范围被扩大，一直执行之前的不等式，输入信号一直在精细ADC204的 输入范围中。在运种情况下，eADC200的精确度和噪声仅仅依赖于SigmaDeltaADC(即精 细ADC204)的精确度和它的参考值的精确度。应该注意的是参考值未必是电压。在一些 实施例中，词语"参考"可能指代任何其它类型的模拟参考值，例如电路参考、阻抗参考， 电荷参考或者电容参考。 阳0巧]在一些例子中，粗略ADC202可W用任何ADC架构实现，例如Flash转换器、Sigma Delta转换器或者SAR转换器，精细ADC204可W用集成转换器来实现，例如SigmaDelta 转换器，斜率转换器或者双斜率转换器。运些通信架构是已知的，因此，在后文中省略进一 步的描述。
[0026] 图3是解释使用Sigma Delta ADC作为精细ADC 204的eADC 200的原理图。该 精细ADC 204包括数字-模拟变换器值AC) 302和环路滤波器304。在一个实施例中，该环 路滤波器304是模拟滤波器（离散时间或者连续时间或者在一些情况下是两者结合），它确 定了 Sigma delta调制器310的噪声成形特性。总