CN102480293B

CN102480293B - 模数转换装置

Info

Publication number: CN102480293B
Application number: CN201010563377.XA
Authority: CN
Inventors: 陈弘昌
Original assignee: Holtek Semiconductor Inc
Current assignee: Holtek Semiconductor (china) Co Ltd
Priority date: 2010-11-25
Filing date: 2010-11-25
Publication date: 2014-11-05
Anticipated expiration: 2030-11-25
Also published as: CN102480293A

Abstract

本发明公开了一种模数转换装置，包括比较器、第一、二电容模块、第一、二开关模块以及输入端开关。比较器具有第一输入端、第二输入端以及输出端。第一电容模块具有多个第一电容。第一开关模块具有多个第一开关单元，各第一开关单元依据第一控制信号使各第一电容耦接至第一、第二参考电压或接地电压。第二电容模块具有多个第二电容。第二开关模块具有多个第二开关单元，各第二开关单元依据第二控制信号使各第二电容耦接至第一或第二参考电压。输入端开关依据初始化信号，使比较器的第一、第二输入端分别与接地电压及输入电压的耦接路径连接或断开。本发明的模数转换装置可以快速的产生模数的转换结果。

Description

模数转换装置

技术领域

本发明涉及一种模数转换装置，且特别涉及一种连续渐进式的模数转换装置。

背景技术

模数转换装置(Analog to Digital Converter，ADC)的架构种类繁多，如快闪式(Flash)ADC、管线式(Pipeline)ADC、连续渐进式(SuccessiveApproximation，SA)ADC与双阶式(Two-Step)ADC。这些ADC架构具备各自适合的应用范围。

快闪式ADC虽然适用于高速取样速率的应用中，但其功率消耗大。管线式ADC的特性则是介于快闪式ADC与连续渐进式ADC之间，但管线式ADC需要使用乘法数模转换器(Multiplier Digital-to-Analog Converter，MDAC)。而MDAC内部包括剩余(Residue)运算比较器，其为负反馈架构。因此，剩余运算比较器将成为管线式ADC在高速取样频率应用上的瓶颈。

双阶式ADC又分类为位元循环式(Bit-Cycling)ADC与次范围式(Subranging)ADC。位元循环式ADC也需要剩余比较器，故也有类似的问题。根据目前文献记载，次范围式ADC能够突破管线式ADC与采用位元循环式的双阶式ADC的瓶颈，达到高速取样频率。

连续渐进式ADC则是一种可以通过较低的取样频率来进行输入电压的取样，并且连续渐进式ADC的功率消耗低且其电路复杂度都较前述几种的ADC为低。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种模数转换装置，可以快速的产生模数的转换结果。

本发明提出一种模数转换装置，包括比较器、第一电容模块、第一开关模块、第二电容模块、第二开关模块以及输入端开关。比较器具有第一输入端、第二输入端以及输出端。第一电容模块具有多个第一电容，第一电容的一端共同耦接比较器的第一输入端。第一开关模块具有多个第一开关单元，各第一开关单元分别耦接在对应的各第一电容的另一端。各第一开关单元并依据第一控制信号使各第一电容耦接至接地电压、第一参考电压或第二参考电压。第二电容模块具有多个第二电容，第二电容的一端共同耦接比较器的第二输入端。第二开关模块具有多个第二开关单元，各第二开关单元分别耦接在对应的各第二电容的另一端，各第二开关单元并依据第二控制信号使各第二电容耦接至第一参考电压或第二参考电压。输入端开关耦接比较器的第一、二输入端，并依据初始化信号，使比较器的第一、第二输入端分别与接地电压及输入电压的耦接路径连接或断开。

在本发明的一实施例中，上述的模数转换装置还包括控制器。控制器耦接比较器的输出端，依据比较器的输出端所产生输出信号以连续渐进(successive approximation，SAR)方式来产生第一及第二控制信号，控制器还接收并依据输出信号来产生数字转换结果。

在本发明的一实施例中，上述的第一电容模块中的第i+1个第一电容的电容值为第i个第一电容的电容值的两倍，其中i为正整数。

在本发明的一实施例中，上述的第二电容模块中的第i+1个第二电容的电容值为第i个第二电容的电容值的两倍，其中i为正整数。

在本发明的一实施例中，上述的各第一开关模块包括第一、第二及第三开关。第一开关的一端耦接对应的各第一电容的另一端，其另一端耦接接地电压。第二开关的一端耦接对应的各第一电容的另一端，其另一端耦接第一参考电压。第三开关的一端耦接对应的各第一电容的另一端，其另一端耦接第二参考电压。其中，第一、第二以及第三开关中的其中之一受控于第一控制信号而导通。

在本发明的一实施例中，上述的各第一开关模块包括选择器。选择器具有输出端及多个输入端，其输出端耦接对应的各第一电容的另一端，其输入端分别接收接地电压、第一参考电压以及第二参考电压。选择器受控于第一控制信号并依据第一控制信号传送接地电压、第一参考电压或第二参考电压至对应的各第一电容。

在本发明的一实施例中，上述的各第二开关模块包括第一开关以及第二开关。第一开关的一端耦接对应的各第二电容的另一端，其另一端耦接第一参考电压。第二开关的一端耦接对应的各第二电容的另一端，其另一端耦接第二参考电压。其中，第一以及第二开关中的其中之一受控于第二控制信号而导通。

在本发明的一实施例中，上述的各第二开关模块包括选择器。选择器具有输出端及多个输入端，其输出端耦接对应的各第二电容的另一端，其输入端分别接收第一参考电压以及第二参考电压。选择器受控于第二控制信号并依据第二控制信号传送第一参考电压或第二参考电压至对应的各第二电容。

在本发明的一实施例中，模数转换装置还包括第一参考电容、第二参考电容以及参考开关。第一参考电容串接在比较器的第一输入端与接地电压间。第二参考电容的一端耦接比较器的第二输入端。参考开关串接在第二参考电容的另一端与第一参考电压间，并受控于第三控制信号。

在本发明的一实施例中，上述的第一参考电压与该第二参考电压的关系为Vref2＝(1-1/2^m)Vref1，其中，Vref2为第二参考电压的电压值，Vref1为第一参考电压的电压值，m为第一电容模块中的第一电容的总数。

本发明的有益效果在于，基于上述，本发明利用将两组电容模块分开连接在比较器的第一及第二输入端上，来使数字转换结果的产生可以更为快速。并且，模数转换装置的转换误差仅与电容模块内部的电容值匹配状况有关，与电容模块间的电容值匹配状况无关，可以更有效的降低转换误差。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明的一实施例的模数转换装置的示意图。

图2A～图2B为本发明实施例的开关模块中的开关单元的实施方式示意图。

图3A～图3B为本发明另一实施例的开关模块中的开关单元的实施方式的示意图。

图4A～图4H分别为模数转换装置的工作流程的等效电路图。

图5为本发明实施例的N位元模数转换装置的工作流程图。

其中，附图标记说明如下：

100：模数转换装置

120、140：电容模块

110、130：开关模块

150：输入端开关

170：控制器

160：比较器

210、310：选择器

111～11m、131～13(n-m)：开关单元

SW51、SW52、SWA1、SW1～SW5：开关

Vref1、Vref2：参考电压

IN1、IN2：输入端

OU1：输出端

C1～Cn、CA1、CA2：电容

GND：接地电压

CTRL1、CTRL2：控制信号

INI：初始化信号

ADR：数字转换结果

Vi：输入电压

INA、INJ：端点

具体实施方式

首先请参照图1，图1为本发明的一实施例的模数转换装置100的示意图。模数转换装置100包括比较器160、电容模块120、140、开关模块110、130、输入端开关150以及控制器170。比较器160具有输入端IN1、IN2以及输出端OUi。电容模块120具有多个电容C1～Cm(在本实施例中，电容模块120具有m个电容，m为正整数)，电容C1～Cm的一端共同耦接至比较器160的输入端IN1，而电容模块120中的电容C1～Cm的另一端则耦接至开关模块110。开关模块110同样具有m个开关单元111～11m，开关单元111～11m的一端分别耦接至其所对应的电容C1～Cm另一个未与比较器160的输入端IN1耦接的端点。举例来说，也就是电容C3串接在开关单元113与比较器160的输入端IN1间。

另外，开关单元111～11m另接收参考电压Vref1、Vref2以及接地电压GND。开关单元111～11m受控于控制信号CTRL1以使其所对应的电容C1～Cm接收参考电压Vref1、Vref2以及接地电压GND的其中之一。

在比较器160的另一个输入端IN2上，耦接有电容模块140。电容模块140具有多个电容C1～C(n-m)(在本实施例中，电容模块140具有n-m个电容，n为正整数且大于m)，电容C(m+1)～Cn的一端共同耦接至比较器160的输入端IN2，而电容模块140中的电容C(m+1)～Cn的另一端则耦接至开关模块130。开关模块130同样具有n-m个开关单元131～13(n-m)，开关单元131～13(n-m)的一端分别耦接至其所对应的电容C(m+1)～Cn另一个未与比较器160的输入端IN2耦接的端点。举例来说，也就是电容C(m+1)串接在开关单元131与比较器160的输入端IN2间。

在此请注意，在电容模块120中，电容C1～Cm间电容值是有一个比例关系存在的。在本实施例中，电容模块120中的第i+1个电容的电容值为第i个电容的电容值的两倍，其中i为1～m的正整数。简单来说，电容C2的电容值为电容C1的电容值的两倍，而电容C3的电容值则为电容C2的电容值的两倍。若以比例的关系来看，电容C1～Cm的电容值比为1∶2∶4∶8...∶2^m-1。

相类似的，在电容模块140中也有相同的状态。也就是，电容模块140中的电容C(m+2)的电容值为电容C(m+1)的电容值的两倍。同样的，以比例的关系来看，电容C(m+1)～Cn的电容值比为1∶2∶4∶8...∶2^n-m-1。

在另一方面，参考电压Vref1以及Vref2是用来分别提供给开关模块110、130来作选择的。其中，参考电压Vref1是一个预先设定的值。参考电压Vref1最好是设定在略大于模数转换装置100所可能接收的输入电压Vi的最大值。也就是说，模数转换装置100所可能接收的输入电压Vi会介于接地电压GND与参考电压Vref1间。而参考电压Vref2则依据电容模块120中所包括的电容C1～Cm的总数(等于m)来设定。进一步来说，参考电压Vref2＝(1-1/2^m)Vref1。

输入端开关150耦接比较器160的两个输入端IN1、IN2。输入端开关150依据初始化信号INI，使比较器160的输入端IN1、IN2分别与接地电压GND及输入电压Vi的耦接路径连接或断开。输入端开关150可以利用两个开关SW51、SW52来建构。其中的开关SW51串接在比较器160的输入端IN1与接地电压GND间，而开关SW52则串接在比较器160的输入端IN2与输入电压Vi间。简单来说，当模数转换装置100要进行模数的转换动作的一开始，开关SW51及SW52同时依据初始化信号INI而导通比较器160的输入端IN1、IN2与接地电压GND、输入电压Vi的连接路径，同时，输入电压Vi被取样并存在比较器160的输入端IN1、IN2间。

控制器170耦接至比较器160的输出端OU1。控制器160依据比较器160的输出端OU1所产生输出信号以连续渐进(successive approximation，SAR)方式来产生控制信号CTRL1、CTRL2。控制器170还接收并依据比较器160的输出端OU1所产生的输出信号来产生数字转换结果ADR。

模数转换装置100还包括参考电容CA1、CA2以及参考开关SWA1。参考电容CA1串接在比较器160的输入端IN1与接地电压GND间，参考电容CA2则串接在比较器160的输入端IN2与参考开关SWA1间，参考开关SWA1则串接在参考电容CA2与参考电压Vref1间。其中在本实施例中，参考电容CA1与电容C1的电容值比是1∶1，而参考电容CA2与电容C(m+1)的电容值比同样也是1∶1。

关于开关单元的实施方式，则请参照图2A、图2B、图3A以及图3B。其中，图2A～图2B为本发明实施例的开关模块中的开关单元的实施方式示意图，图3A～图3B为本发明实施例的开关模块130中的开关单元的实施方式示意图。

首先请参照图2A，开关模块110中的开关单元可以利用三个开关SW1～SW3来建构，其中，开关SW1～SW3中的一端与开关模块110对应连接的电容中未与比较器160的输入端IN1连接的另一端INA，而开关SW1、SW2及SW3不共同耦接的端点则分别接收参考电压Vref1、Vref2以及接地电压GND。在此请注意，开关SW1、SW2及SW3受控于控制信号CTRL1，并且，其中至多只有一个开关会被导通。也就是说，开关SW1～SW3的共同耦接的端点上并不会发生同时传送两个以上的不同的电压的现象。

接着请参照图2B，开关模块110中的开关单元可以利用选择器210来建构，选择器210的一端耦接端点INA。并且选择器210依据控制信号CTRL1来选择参考电压Vref1、Vref2或接地电压GND中的一个来传送至端点INA上。

与图2A、图2B所示的相同原理，在图3A中，开关模块130中的开关单元可以利用两个开关SW4～SW5来建构。开关SW4与开关SW5的一端与开关模块130对应连接的电容中未与比较器160的输入端IN2连接的另一端INJ共同耦接。开关SW4及SW5不共同耦接的端点则分别接收参考电压Vref1、Vref2。开关SW1及SW2受控于控制信号CTRL2，并且，其中至多只有一个开关会被导通。也就是说，开关SW1、SW2的共同耦接的端点上并不会发生同时传送两个以上的不同的电压的现象。

接着请参照图3B，开关模块110中的开关单元可以利用选择器310来建构，选择器310的一端耦接端点INJ。并且选择器310依据控制信号CTRL2来选择参考电压Vref1或Vref2中的一个来传送至端点INJ上。

以下将以3位元模数转换装置为例，针对本发明实施例的模数转换装置100提出一个实际的操作状态，并加以说明。使本领域技术人员都可以轻易了解本发明，并进而具以实施。

以下请同时参照图1及图4A～图4H，图4A～图4H分别为模数转换装置100的工作流程的等效电路图。在图4A中，输入端开关150中的开关SW51、SW52先行导通并使比较器160的输入端IN1及IN2分别接收接地电压GND以及输入电压Vi，并借此对输入电压Vi进行取样。同时，开关模块110中的开关单元同时选择传送接地电压GND至电容C1及电容C2上，其中，电容C2的电容值为电容C1的电容值的两倍。另外，在同一时间中，参考开关SWA1导通使参考电压Vref1被提供至参考电容CA2上。开关模块130中的开关单元选择提供参考电压Vref1至电容C3及电容C4，而电容C4的电容值为电容C3的电容值的两倍。另外，参考电容CA1、CA2的电容值分别等于电容C1及电容C3的电容值。

在完成上述对输入电压Vi的取样动作后，接着请参照图4B。在图4B中，输入端开关150中的开关SW51、SW52断开。同时，开关模块110中的开关单元选择传送接地电压GND至电容C1，并选择参考电压Vref1至电容C2上。且在同一时间中，开关模块130中的开关单元保持选择提供参考电压Vref1至电容C3及电容C4。此时由于电容C2原先耦接接地电压GND的端点被变更耦接至参考电压Vref1，因此比较器160的输入端IN1上的电压将变更为等于二分之一的参考电压Vref1(依据电容C1、C2及参考电容CA1内的电荷分配的结果)。也因此，比较器160在此时针对其两输入端IN1、IN2的电压进行比对，就可以获知输入电压Vi与二分之一的参考电压Vref1的大小关系。若是输入电压Vi(呈现在比较器160的输入端IN2)大于二分之一的参考电压Vref1(呈现在比较器160的输入端IN1)时，控制器170可以依据比较器160输出端OU1的电压来设定数字转换结果ADR的最高位元等于“1”。相反的，若是输入电压Vi不大于二分之一的参考电压Vref1设定数字转换结果ADR的最高位元等于“0”。

而当控制器170检测出输入电压Vi大于二分之一的参考电压Vref1时，则对应产生控制信号CTRL1、CTRL2来控制开关模块110及开关模块130并产生如图4C的等效电路图。请参照图4C，开关模块110中的开关单元选择传送参考电压Vref1至电容C1及电容C2。而开关模块130中的开关单元保持选择提供参考电压Vref1至电容C3及电容C4。由于电容C1原先耦接接地电压GND的端点被变更耦接至参考电压Vref1，因此比较器160的输入端IN1上的电压将上升为等于四分之三的参考电压Vref1(依据电容C1、C2及参考电容CA1内的电荷分配的结果)。如此一来，比较器160将针对输入电压Vi与四分之三的参考电压Vref1进行比较。若是输入电压Vi大于四分之三的参考电压Vref1时，控制器170可以依据比较器160输出端OU1的电压来设定数字转换结果ADR的次高位元等于“1”。相反的，若是输入电压Vi不大于四分之三的参考电压Vref1设定数字转换结果ADR的次高位元等于“0”。

接着，当控制器170检测出输入电压Vi大于四分之三的参考电压Vref1时，则对应产生控制信号CTRL1、CTRL2来控制开关模块110及130并产生如图4D的等效电路图。请参照图4D，开关模块110中的开关单元保持选择传送参考电压Vref1至电容C1及电容C2。而开关模块130中的开关单元选择提供参考电压Vref2(＝3/4Vref1)至电容C4，并提供参考电压Vref1至电容C3。如此一来，比较器160的输入端IN1上的电压保持等于四分的三的参考电压Vref1，而比较器160的输入端IN2上的电压变更为等于输入电压Vi减去八分之一的参考电压Vref1(依据电容C3、C4及参考电容CA2内的电荷分配的结果)。也就是说，比较器160将针对输入电压Vi与八分之七的参考电压Vref1进行比较。若是输入电压Vi大于八分之七的参考电压Vref1时，控制器170可以依据比较器160输出端OU1的电压来设定数字转换结果ADR的最低位元等于“1”。相反的，若是输入电压Vi不大于八分之七的参考电压Vref1设定数字转换结果ADR的最低位元等于“0”。

相对的，若是在图4C中，当控制器170检测出输入电压Vi不大于四分之三的参考电压Vref1时，则对应产生控制信号CTRL1、CTRL2来控制开关模块110及130并产生如图4E的等效电路图。请参照图4E，开关模块110中的开关单元选择传送参考电压Vref1至电容C1，并选择参考电压Vref2传送至电容C2。而开关模块130中的开关单元选择提供参考电压Vref1至电容C3、C4。由于电容C1原先耦接参考电压Vref1的端点被变更耦接至四分之三参考电压Vref1，因此比较器160的输入端IN1上的电压将变更为等于八分之五的参考电压Vref1(依据电容C1、C2及参考电容CA1内的电荷分配的结果)将针对输入电压Vi与八分之五的参考电压Vref1进行比较。若是输入电压Vi大于八分之五的参考电压Vref1时，控制器170可以依据比较器160输出端OU1的电压来设定数字转换结果ADR的最低位元等于“1”。相反的，若是输入电压Vi不大于八分之五的参考电压Vref1设定数字转换结果ADR的最低位元等于“0”。

图4F则是当在图4B中，控制器170检测出输入电压Vi不大于二分之一的参考电压Vref1时，则对应产生控制信号CTRL1、CTRL2来控制开关模块110及130并产生如图4F的等效电路图。请参照图4F，开关模块110中的开关单元选择分别传送参考电压Vref1及接地电压GND至电容C1及电容C2。而开关模块130中的开关单元保持选择提供参考电压Vref1至电容C3及电容C4。此时，比较器160的输入端IN1上的电压等于四分之一的参考电压Vref1(依据电容C1、C2及参考电容CA1内的电荷分配的结果)，而比较器160的输入端IN2上的电压保持等于输入电压Vi。比较器160针对其两输入端IN1、IN2的电压进行比对，并可以获知输入电压Vi与四分之一的参考电压Vref1的大小关系。若是输入电压Vi大于四分之一的参考电压Vref1时，控制器170可以依据比较器160输出端OU1的电压来设定数字转换结果ADR的次高位元等于“1”。相反的，若是输入电压Vi不大于四分之一的参考电压Vref1设定数字转换结果ADR的次高位元等于“0”。

若是在图4F中，当控制器170检测出输入电压Vi大于四分之一的参考电压Vref1时，则对应产生控制信号CTRL1、CTRL2来控制开关模块110及130并产生如图4G的等效电路图。请参照图4G，开关模块110中的开关单元分别选择传送参考电压Vref1及接地电压GND至电容C1及电容C2。而开关模块130中的开关单元选择提供参考电压Vref1至电容C3，并选择四分之三参考电压Vref2至电容C4。比较器160的输入端IN1上的电压等于四分之一的参考电压Vref1。而比较器160的输入端IN2上的电压将变更为输入电压Vi减去八分之一的参考电压Vref1(依据电容C3、C4及参考电容CA2内的电荷分配的结果)。也就是说，比较器160将针对输入电压Vi与八分之三的参考电压Vref1进行比较。若是输入电压Vi大于八分之三的参考电压Vref1时，控制器170可以依据比较器160输出端OU1的电压来设定数字转换结果ADR的最低位元等于“1”。相反的，若是输入电压Vi不大于八分之三的参考电压Vref1设定数字转换结果ADR的最低位元等于“0”。

若是在图4F中，当控制器170检测出输入电压Vi不大于四分之一的参考电压Vref1时，则对应产生控制信号CTRL1、CTRL2来控制开关模块110及130并产生如图4H的等效电路图。请参照图4H，开关模块110中的开关单元选择传送接地电压GND至电容C1以及C2，。而开关模块130中的开关单元选择分别提供参考电压Vref1以及四分之三参考电压Vref1至电容C3及电容C4。此时，比较器160的输入端IN1上的电压等于接地电压GND(依据电容C1、C2及参考电容CA1内的电荷分配的结果)。而比较器160的输入端IN2上的电压等于输入电压Vi减去八分之一的参考电压Vref1。也就是说，比较器160将针对输入电压Vi与八分之一的参考电压Vref1进行比较。若是输入电压Vi大于八分之一的参考电压Vref1时，控制器170可以依据比较器160输出端OU1的电压来设定数字转换结果ADR的最低位元等于“1”。相反的，若是输入电压Vi不大于八分之一的参考电压Vref1设定数字转换结果ADR的最低位元等于“0”。

本发明的实施例把电容模块120、140分配于比较器160两端，其中的输入端IN1为最大位元(MSB)组，并无特定哪部分为最小位元组(LSB)。在模数转换的过程中，两输入端IN1、IN2的电容会依序切换。开始比较时，输入端IN1仍旧保持取样的输入电压Vi的电压值，MSB组电容依序接参考电压Vref1。由于接点电位改变，重新分配之后的电荷，会改变比较器160输入端IN1、IN2上的电位。并通过比较两输入端IN1、IN2的电位高低，以此比较结果决定下一位元。在比较器160比较完一半的位元时，使用另一组参考电压Vref2，并参考前一位元比较结果在两输入端IN1、IN2的电容依序切换，直到结束。

以下针对本发明实施例的N位元(N为正整数)的模数转换装置的模数转换流程的动作进行说明，使本领域技术人员都可以轻易了解本发明，并进而具以实施。

请参照图5，图5为本发明实施例的N位元模数转换装置的工作流程图。首先，进行取样输入电压Vi并使运算放大器的输出端IN2上的电压V+等于输入电压Vi，且使运算放大器的输出端IN1上的电压V-等于0伏特(S510)。接着设定进行转换的为数字最高位元(i＝1)，同时，维持电压V+等于输入电压Vi，电压V-则改变为等于二分之一参考电压(＝VREF/2)(S520)。接着则通过电压V+及V-的大小的判断(S530)，就可以得知此位元的逻辑值为“1”或是“0”。

此外，当判断出电压V+大于电压V-时，维持电压V+不改变，并变更电压V-等于电压V-加上VREF/(2ⁱ⁺¹)(S531)，相反的，若是当判断出电压V+不大于电压V-时，维持电压V+不改变，并变更电压V-为VREF/(2ⁱ⁺¹)。在当电压V+以及电压V-进行了如上述步骤S531或S532的变化时，则可以进行下一个位元(i＝i+1)(S541)的模数转换动作。

上述的步骤S530、S531、S532及S541会被重复执行直到N个位元的前二分之一高位元被转换完成后结束。也就是在步骤S540中，在当i不大于N/2时，会重复执行步骤S530、S531、S532及S541。

另外，在当i大于N/2后，会先判断i是否等于N(S550)，也就是判断N个位元是否都完成模数转换。若N个位元尚未都完成模数转换，则持续递增i(i＝i+1)(S560)，并判断电压V+及V-的大小(S570)。若此时，电压V+大于电压V-时，则使电压V+减去VREF/(2ⁱ⁺¹)，电压V-维持不变(S571)，相反的，电压V+不大于电压V-时，则使电压V-变成VREF/(2ⁱ⁺¹)，并使电压V+维持不变(S572)。

在此，步骤S560、S570、S571及S572会被重复执行直到N个位元中的后二分之一位元完成模数转换动作。如此一来，本发明实施例的N位元模数转换动作就可以顺利完成。

综上所述，本发明通过成对的电容模块配置在比较器的两输入端，并通过电容间的电荷分配来改变输入电压与参考电压的多个比例，来达到针对入电压进行模数转换的效果。由于高位元组与低位元组的转换被分开在不同的电容模块中进行，因此转换的速率得以提高。并且，转换的误差与不同输入端上的不同的电容模块的电容匹配无关，也可以有效降低因电容匹配的不正确而产生的转换误差。另外，本发明并不需要提供中间值的共用电压，也可降低电路的成本。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。

Claims

1.一种模数转换装置，包括：

一比较器，具有第一输入端、第二输入端以及输出端；

一第一电容模块，具有多个第一电容，所述多个第一电容的一端共同耦接该比较器的第一输入端；

一第一开关模块，具有多个第一开关单元，各该第一开关单元分别耦接在对应的各该第一电容的另一端，各该第一开关单元并依据一第一控制信号使各该第一电容耦接至一接地电压、一第一参考电压或一第二参考电压；

一第二电容模块，具有多个第二电容，所述多个第二电容的一端共同耦接该比较器的第二输入端；

一第二开关模块，具有多个第二开关单元，各该第二开关单元分别耦接在对应的各该第二电容的另一端，各该第二开关单元并依据一第二控制信号使各该第二电容耦接至该第一参考电压或该第二参考电压；

一输入端开关，耦接该比较器的第一、二输入端，依据一初始化信号，使该比较器的第一、第二输入端分别与该接地电压及一输入电压的耦接路径连接或断开；

一第一参考电容，串接在该比较器的第一输入端与该接地电压间；

一第二参考电容，其一端耦接该比较器的第二输入端；以及

一参考开关，串接在该第二参考电容的另一端与该第一参考电压间，并受控于一第三控制信号。

2.如权利要求1所述的模数转换装置，其特征在于，该模数转换装置还包括：

一控制器，耦接该比较器的输出端，依据该比较器的输出端所产生一输出信号以一连续渐进方式来产生该第一及该第二控制信号，该控制器还接收并依据该输出信号来产生一数字转换结果。

3.如权利要求1所述的模数转换装置，其特征在于，该第一电容模块中的第i+1个第一电容的电容值为第i个第一电容的电容值的两倍，其中i为正整数。

4.如权利要求1所述的模数转换装置，其特征在于，该第二电容模块中的第i+1个第二电容的电容值为第i个第二电容的电容值的两倍，其中i为正整数。

5.如权利要求1所述的模数转换装置，其特征在于，各该第一开关单元包括：

一第一开关，其一端耦接对应的各该第一电容的另一端，其另一端耦接该接地电压；

一第二开关，其一端耦接对应的各该第一电容的另一端，其另一端耦接该第一参考电压；以及

一第三开关，其一端耦接对应的各该第一电容的另一端，其另一端耦接该第二参考电压，

其中该第一、该第二以及该第三开关中的其中之一受控于该第一控制信号而导通。

6.如权利要求1所述的模数转换装置，其特征在于，各该第一开关单元包括：

一选择器，具有输出端及多个输入端，其输出端耦接对应的各该第一电容的另一端，其输入端分别接收该接地电压、该第一参考电压以及该第二参考电压，该选择器受控于该第一控制信号并依据该第一控制信号传送该接地电压、该第一参考电压或该第二参考电压至对应的各该第一电容。

7.如权利要求1所述的模数转换装置，其特征在于，各该第二开关单元包括：

一第一开关，其一端耦接对应的各该第二电容的另一端，其另一端耦接该第一参考电压；以及

一第二开关，其一端耦接对应的各该第二电容的另一端，其另一端耦接该第二参考电压，

其中该第一以及该第二开关中的其中之一受控于该第二控制信号而导通。

8.如权利要求1所述的模数转换装置，其特征在于，各该第二开关模块包括：

一选择器，具有输出端及多个输入端，其输出端耦接对应的各该第二电容的另一端，其输入端分别接收该第一参考电压以及该第二参考电压，该选择器受控于该第二控制信号并依据该第二控制信号传送该第一参考电压或该第二参考电压至对应的各该第二电容。

9.如权利要求1所述的模数转换装置，其特征在于，该第一参考电压与该第二参考电压的关系为Vref2＝(1–1/2^m)Vref1，其中，Vref2为该第二参考电压的电压值，Vref1为该第一参考电压的电压值，m为该第一电容模块中的所述多个第一电容的总数。