CN114696832A - 模数转换器及模数转换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模数转换器及模数转换方法，该模数转换器包括：第一电阻串，用于根据偏置电流对基准电压分压后产生对应预定函数的多个第一电压；第二电阻串，用于根据比较模块的第一比较结果对多个第一电压中相邻的两个第一电压分压后产生多个第二电压；比较模块，用于将多个第一电压作为参考电压与输入模拟电压进行逐一比较，生成第一比较结果，以及用于将多个第二电压作为参考电压与输入模拟电压进行逐一比较，生成第二比较结果；逻辑电路，用于根据第一比较结果和第二比较结果确定输入模拟电压对应的数字逻辑值。由此，采用简单的模拟电路即可实现任意函数的模数转换曲线，无需复杂的数字算法，电路结构及实现方法简单，成本低。

Description

模数转换器及模数转换方法

技术领域

本发明涉及模数转换器技术领域，具体涉及一种模数转换器及模数转换方法。

背景技术

在电子领域中，模数转换器(Analog-to-Digital Converter，ADC)是一种将模拟输入转换为数字信号的系统。

在某些应用中，需要某种能够实现非线性的特殊函数关系的模数转换电路，例如指数函数，半边抛物线函数等。现有的模数转换器通常需要同时使用多个比较器来将输入信号与线性电压进行比较，通过比较器转换来产生比较结果，再将比较结果编码成多位的数字输出。其通常需要复杂的数字电路算法来实现非线性的复杂函数，电路结构和实现方法都比较复杂。

而另一方面，现有的模数转换电路中所采用的比较器数量较多，所占用的芯片面积庞大，且当需求的分辨率越高时，所需要的芯片面积就越大，也会造成很高的制造成本。

因此，有必要提供改进的技术方案以克服现有技术中存在的以上技术问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种模数转换器及模数转换方法，采用简单的模拟电路即可实现任意函数的模数转换曲线，无需复杂的数字算法，电路结构及实现方法简单，成本低。

根据本公开第一方面，提供了一种模数转换器，包括：第一电阻串，用于根据偏置电流对基准电压分压后产生对应预定函数的多个第一电压，所述多个第一电压用以将所述预定函数分成若干区间；

第一选择开关，与所述第一电阻串连接，用于依次的将所述多个第一电压进行择一输出；

第二电阻串，用于根据比较模块的第一比较结果对所述多个第一电压中相邻的两个第一电压分压后产生多个第二电压，所述多个第二电压用以将输入模拟电压所属的函数区间分成若干子区间；

第二选择开关，与所述第二电阻串连接，用于依次的将所述多个第二电压进行择一输出；

比较模块，分别与所述第一选择开关和所述第二选择开关连接，用于将所述多个第一电压作为参考电压与所述输入模拟电压进行逐一比较，生成第一比较结果以确定所述输入模拟电压所属的函数区间，以及用于将所述多个第二电压作为参考电压与所述输入模拟电压进行逐一比较，生成第二比较结果以确定所述输入模拟电压所属的函数子区间；

逻辑电路，与所述比较模块连接，用于根据所述第一比较结果和所述第二比较结果确定所述输入模拟电压对应的数字逻辑值。

可选地，所述第一电阻串包括：

串联于基准电压输入端与参考地之间的电流源和多个第一电阻，

其中，任意相邻的两个第一电压产生节点之间均包括至少一个第一电阻。

可选地，所述第二电阻串包括：

串联于第一输入端与第二输入端之间的多个第二电阻，

其中，所述第一输入端和所述第二输入端分别与所述第一电阻串中所述输入模拟电压所处的函数区间所对应的相邻两个第一电压产生节点连接，以及任意相邻的两个第二电压产生节点之间均包括至少一个第二电阻。

可选地，所述多个第二电阻的总阻值大于所述多个第一电阻中任一第一电阻的阻值至少一个量级。

可选地，所述比较模块包括：二选一选择器和比较器，

所述二选一选择器的第一输入端与所述第一选择开关的输出端连接，所述二选一选择器的第二输入端与所述第二选择开关的输出端连接，所述二选一选择开关的输出端与所述比较器的第一输入端连接；

所述比较器的第二输入端接收所述输入模拟电压，

其中，在所述二选一选择器选择连通所述第一选择开关的输出端与所述比较器的第一输入端的情况下，所述比较器用于依次的将所述多个第一电压与所述输入模拟电压进行逐一比较以生成所述第一比较结果，

在所述二选一选择器选择连通所述第二选择开关的输出端与所述比较器的第一输入端的情况下，所述比较器用于依次的将所述多个第二电压与所述输入模拟电压进行逐一比较以生成所述第二比较结果。

可选地，所述比较模块包括：

第一比较器，第一输入端与所述第一选择开关的输出端连接，第二输入端接收所述输入模拟电压，所述第一比较器用于依次的将所述多个第一电压与所述输入模拟电压进行逐一比较以生成所述第一比较结果；

第二比较器，第一输入端与所述第二选择开关的输出端连接，第二输入端接收所述输入模拟电压，所述第二比较器用于依次的将所述多个第二电压与所述输入模拟电压进行逐一比较以生成所述第二比较结果。

可选地，所述第一选择开关和所述第二选择开关均为多选一选择开关。

根据本公开第二方面，提供了一种模数转换方法，包括：获得多个第一电压，将预定函数分成若干区间，以采用若干区间的线性函数拟合预定函数；

基于所述多个第一电压确定输入模拟电压所属的函数区间，以获得所述输入模拟电压对应的数字逻辑值中权重大于阈值的第一数字部分；

基于确定的所述输入模拟电压所属的函数区间获得多个第二电压，以将所述输入模拟电压所属的函数区间分成若干子区间；

基于所述多个第二电压确定所述输入模拟电压所属的函数子区间，以获得所述输入模拟电压对应的数字逻辑值中权重小于阈值的第二数字部分；

对所述第一数字部分和所述第二数字部分进行处理，获得所述输入模拟电压对应的数字逻辑值。

可选地，获得多个第一电压，将预定函数分成若干区间包括：

根据偏置电流对基准电压分压后产生所述多个第一电压；

将所述多个第一电压中的每个第一电压均作为分界点，划分所述预定函数，

其中，任意相邻的两个第一电压均对应所述预定函数的一个函数区间。

可选地，基于所述多个第一电压确定输入模拟电压所属的函数区间包括：

逐一的将所述多个第一电压作为参考电压与所述输入模拟电压进行比较，获得表征第一比较结果的第一比较信号；

将触发所述第一比较信号发生电平突变的第一电压作为第一目标电压，将与所述第一目标电压相邻的前一个第一电压作为第二目标电压，将所述第一目标电压与所述第二目标电压所对应的函数区间作为所述输入模拟电压所属的函数区间。

可选地，基于确定的所述输入模拟电压所属的函数区间获得多个第二电压，以将所述输入模拟电压所属的函数区间分成若干子区间包括：

对所述第一目标电压和所述第二目标电压的电压差分压后产生所述多个第二电压；

将所述多个第二电压中的每个第二电压均作为分界点，划分所述输入模拟电压所属的函数区间，

其中，任意相邻的两个第二电压均对应所述预定函数的一个函数子区间。

可选地，基于所述多个第二电压确定所述输入模拟电压所属的函数子区间包括：

逐一的将所述多个第二电压作为参考电压与所述输入模拟电压进行比较，获得表征第二比较结果的第二比较信号；

将触发所述第二比较信号发生电平突变的第二电压作为第三目标电压，将与所述第三目标电压相邻的前一个第二电压作为第四目标电压，将所述第三目标电压与所述第四目标电压所对应的函数区间作为所述输入模拟电压所属的函数子区间。

本发明的有益效果是：本公开涉及一种模数转换器及模数转换方法，利用第一电阻串对基准电压分压产生的多个第一电压可将预定函数划分为多个函数区间，利用第二电阻串对确定的函数区间进行再次分压产生的多个第二电压可将预定函数划分为多个函数子区间，采用比较器将分压产生的多个第一电压、多个第二电压逐一的与输入模拟电压比较后，再通过逻辑电路对比较结果进行逻辑处理，即可根据输入模拟电压所属的函数区间及子区间确定该输入模拟电压对应的数字逻辑值，整个过程中仅采用模拟电路即可完成，不需要复杂的数字电路算法，实现方法简单。

另一方面，在确定输入模拟电压所属的函数区间及子区间时，即使是对应为高分辨率的多数字位模数转换器，也可以仅利用一个或两个比较器来实现，同时，对输入模拟电压所属的具体函数子区间的确定为采用两个电阻串配合的分压方式实现，有效的降低了电阻串中所需的电阻数量，电路结构简单，所需要的芯片面积小，成本低。

应当说明的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。

图1示出根据本公开实施例提供的模数转换器的结构框图；

图2示出根据本公开实施例提供的某函数形式的模数转换曲线示意图；

图3a示出根据本公开实施例提供的模数转换器中第一电阻串的结构示意图；

图3b示出根据本公开实施例提供的模数转换器中第二电阻串的结构示意图；

图4示出根据本公开实施例提供的模数转换方法的流程框图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以通过不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反的，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

下面，参照附图对本发明进行详细说明。

参考图1，图1示出根据本公开实施例提供的模数转换器的结构框图。

如图1所示，本公开实施例中，模数转换器包括：第一电阻串10、第一选择开关20、第二电阻串30、第二选择开关40、比较模块50和逻辑电路60。

其中，第一电阻串10用于根据偏置电流对基准电压分压后产生对应预定函数的多个第一电压V₁₁～V_1m，该多个第一电压V₁₁～V_1m用以将预定函数分成若干区间。

参考图3a，第一电阻串10为包括：串联于基准电压输入端与参考地之间的电流源I0和多个第一电阻R₁₁～R_1m。其中，第一电阻串10上包含有多个第一电压产生节点，每个第一电压产生节点上均输出有一个第一电压，且任意相邻的两个第一电压产生节点之间均包括至少一个第一电阻。

可选地，基准电压可为电源电压VCC或其它任何已知的电压。以及，基准电压的电压值应大于或等于预定函数中所能确定的最大电压值。

本公开中，第一选择开关20与第一电阻串10连接，用于依次的将多个第一电压V₁₁～V_1m进行择一输出。

第一选择开关20如为多选一选择器，输入端接收多个第一电压V₁₁～V_1m，可根据相应的控制信号按照电压值从大到小或从小到大的顺序将多个第一电压V₁₁～V_1m进行逐一输出，以更好的确定输入模拟电压V_in所属的函数区间。当然，按照其它的顺序对多个第一电压V₁₁～V_1m进行逐一输出的技术方案也应在本发明的保护范围之内，只要最终能够确定输入模拟电压V_in所属的函数区间即可。

本公开中，第二电阻串330用于根据比较模块50的第一比较结果对多个第一电压V₁₁～V_1m中相邻的两个第一电压分压后产生多个第二电压V₂₁～V_2n，该多个第二电压V₂₁～V_2n用以将输入模拟电压V_in所属的函数区间分成若干子区间。其中，比较模块50输出的第一比较结果为用于确定输入模拟电压V_in所属的函数区间，进而确定第二电阻串330的输入端所要接入的第一电阻串10中的位置。

参考图3b，第二电阻串30为包括：串联于第一输入端V_A与第二输入端V_B之间的多个第二电阻R₂₁～R_2n。其中，第二电阻串30上包含有多个第二电压产生节点，每个第二电压产生节点上均输出有一个第二电压，且任意相邻的两个第二电压产生节点之间均包括至少一个第二电阻。同时，第一输入端V_A和第二输入端V_B分别与第一电阻串10中输入模拟电压V_in所处的函数区间所对应的相邻两个第一电压产生节点连接。

进一步地，多个第二电阻R₂₁～R_2n的总阻值大于多个第一电阻R₁₁～R_1m中任一第一电阻的阻值至少一个量级。如此，可以使得在将多个第二电阻R₂₁～R_2n并入第一电阻串10中的两个相邻第一电压节点后，多个第二电阻R₂₁～R_2n对第一电阻串10的分压结果所产生的影响很小或忽略不计。

本公开中，采用第一电阻串10和第二电阻串30相互配合的方式实现对输入模拟电压V_in所属的具体电压区间的确定，相较于直接串联分压的方式，可以有效的减少电阻串中所需的电阻数量，简化了电路结构，进而能够降低对芯片面积的占用和制造成本。同时，基于本公开中的连接结构，其灵活性也更高。

本公开中，第二选择开关40与第二电阻串30连接，用于依次的将多个第二电压V₂₁～V_2n进行择一输出。

第二选择开关40如为多选一选择器，输入端接收多个第二电压V₂₁～V_2n，可根据相应的控制信号按照电压值从大到小或从小到大的顺序将多个第二电压V₂₁～V_2n进行逐一输出，以更好的确定输入模拟电压V_in所属的函数子区间。当然，按照其它的顺序对多个第二电压V₂₁～V_2n进行逐一输出的技术方案也应在本发明的保护范围之内，只要最终能够确定输入模拟电压V_in所属的函数子区间即可。

本公开中，比较模块50分别与第一选择开关20和第二选择开关40连接，用于将多个第一电压V₁₁～V_1m作为参考电压V_ref与输入模拟电压V_in进行逐一比较，生成第一比较结果以确定输入模拟电压V_in所属的函数区间，以及用于将多个第二电压V₂₁～V_2n作为参考电压V_ref与输入模拟电压V_in进行逐一比较，生成第二比较结果以确定输入模拟电压V_in所属的函数子区间。

逻辑电路60与比较模块50连接，用于根据第一比较结果和第二比较结果确定输入模拟电压V_in对应的数字逻辑值(即数字码)。

在本公开的一个实施例中，比较模块50为包括二选一选择器和比较器。二选一选择器的第一输入端与第一选择开关20的输出端连接，二选一选择器的第二输入端与第二选择开关40的输出端连接，二选一选择开关的输出端与比较器的第一输入端(即参考电压V_ref输入端)连接。比较器的第二输入端接收输入模拟电压V_in。

其中，在二选一选择器选择连通第一选择开关20的输出端与比较器的第一输入端的情况下，比较器用于依次的将多个第一电压V₁₁～V_1m与输入模拟电压V_in进行逐一比较以生成第一比较结果；在二选一选择器选择连通第二选择开关40的输出端与比较器的第一输入端的情况下，比较器用于依次的将多个第二电压V₂₁～V_2n与输入模拟电压V_in进行逐一比较以生成第二比较结果。

在本公开的另一个实施例中，比较模块50为包括：第一比较器和第二比较器。第一比较器的第一输入端与第一选择开关20的输出端连接，第一比较器的第二输入端接收输入模拟电压V_in，该第一比较器用于依次的将多个第一电压V₁₁～V_1m与输入模拟电压V_in进行逐一比较以生成第一比较结果；第二比较器的第一输入端与第二选择开关40的输出端连接，第二比较器的第二输入端接收输入模拟电压V_in，该第二比较器用于依次的将多个第二电压V₂₁～V_2n与输入模拟电压V_in进行逐一比较以生成第二比较结果。

可以理解的是，比较模块50也可设置为仅包含一个比较器，之后通过调整第一选择开关20和第二选择开关40的控制信号，实现在第一选择开关20有输出时第二选择开关40无输出，或在第二选择开关40有输出时第一选择开关20无输出，间接达到与前述两实施例相同的目的。

本公开中，采用少量的比较器即可实现高精度的模数转换，所需的芯片面积小，成本低。

可以理解的是，本公开中，模数转换器还可包括有第三选择开关，该第三选择开关连接于第一电阻串10和第二电阻串20之间，用于根据比较模块50或逻辑电路60提供的控制信号选择连通第二电阻串30第一输入端V_A和第二输入端V_B分别与第一电阻串10中对应输入模拟电压V_in所属的函数区间的相邻两第一电压产生节点，以便于后续第二电阻串30对输入模拟电压V_in所属的函数区间的进一步划分。

进一步的，该模数转换器的具体原理可参考下文中对模数转换方法的描述进行理解。

参考图4，图4示出根据本公开实施例提供的模数转换方法的流程框图。

如图4所示，本公开实施例中的模数转换方法包括执行步骤S1至步骤S5。

具体地，在步骤S1中，获得多个第一电压，将预定函数分成若干区间，以采用若干区间的线性函数拟合预定函数。

本实施例中，步骤S1进一步包括：根据偏置电流对基准电压分压后产生多个第一电压；将多个第一电压中的每个第一电压均作为分界点，划分预定函数，其中，任意相邻的两个第一电压均对应预定函数的一个函数区间。本公开中，每个函数区间内对应的预定函数部分可大体看作为线性函数，而通过若干函数区间对应的若干个线性函数拟合整个预定函数，即可实现对非线性的预定函数的线性处理，方法简单。

例如：假设在某一应用场景中进行模数转换时需要满足特定的预定函数，此时，参考图2，可先在该预定函数寻找多个分界点(如A～G)，该多个分界点A～G可将该预定函数划分为多个函数区间，以及该多个分界点对应的多个电压值V₁₁～V₁₇可将该预定函数对应的电压范围划分为多个电压区间。

进一步的，根据该多个分界点设置第一电阻串10中串联的第一电阻的数量和各自的阻值大小，以对基准电压分压后实现对多个分界点对应的多个电压值(即多个第一电压V₁₁～V_1m)的输出。

在步骤S2中，基于多个第一电压确定输入模拟电压所属的函数区间，以获得输入模拟电压对应的数字逻辑值中权重大于阈值的第一数字部分。

本实施例中，基于多个第一电压确定输入模拟电压所属的函数区间包括：逐一的将多个第一电压作为参考电压与输入模拟电压进行比较，获得表征第一比较结果的第一比较信号；将触发第一比较信号发生电平突变的第一电压作为第一目标电压，将与第一目标电压相邻的前一个第一电压作为第二目标电压，将第一目标电压与第二目标电压所对应的函数区间作为输入模拟电压所属的函数区间。

按照从大到小的顺序依次的将该多个第一电压V₁₁～V_1m进行逐一输出后与输入模拟电压V_in进行比较，假设第一电压V₁₃与输入模拟电压V_in比较后输出的第一比较信号为低电平(例如为比较器的同相输入端接收的输入模拟电压V_in)，而第一电压V₁₄与输入模拟电压V_in比较后输出的第一比较信号为高电平，由于在此过程中第一比较信号发生了电平突变，则将第一电压V₁₄作为第一目标电压，将第一电压V₁₃作为第二目标电压，则第一电压V₁₃与第一电压V₁₄之间的电压区间即为输入模拟电压V_in所属的函数区间。进而后续逻辑电路在对第一比较信号对应的比较结果进行逻辑处理后，即可根据第一电压V₁₃和第一电压V₁₄确定输入模拟电压V_in对应的数字逻辑值中权重大于阈值的第一数字部分。

示例性的，在一个可能的实施方式中，多个第一电压V₁₁～V_1m为根据输入模拟电压V_in对应的数字逻辑值中权重大于阈值的第一数字部分(即最高有效位)的位数对应设置(如每个第一电压均对应一个第一数字部分的二进制位)，进而就可根据第一比较结果确定数字逻辑值的第一数字部分中各二进制位对应的逻辑值。而在另一个可能的实施方式中，多个第一电压V₁₁～V_1m为根据输入模拟电压V_in对应的数字逻辑值所对应的总的步进长度对应设置(如每两个相邻的第一电压之间均对应一定步进长度)，进而就可根据第一比较结果确定输入模拟电压V_in所处的步进区间，进而确定数字逻辑值中第一数字部分的逻辑值。当然，可以理解的是，本公开中对第一比较结果的逻辑处理方式可根据具体的实际情况进行灵活调整，还可采用其它的方式，只要可以最终实现输出唯一的二进制数字逻辑值即可，本公开对此不做具体限定。

在步骤S3中，基于确定的输入模拟电压所属的函数区间获得多个第二电压，以将输入模拟电压所属的函数区间分成若干子区间。

本实施例中，步骤S3进一步包括：基于确定的输入模拟电压所属的函数区间获得多个第二电压，以将输入模拟电压所属的函数区间分成若干子区间包括：对第一目标电压和第二目标电压的电压差分压后产生多个第二电压；将多个第二电压中的每个第二电压均作为分界点，划分输入模拟电压所属的函数区间。其中，任意相邻的两个第二电压均对应预定函数的一个函数子区间。

本公开中，每个函数子区间内对应的预定函数部分也可看作为线性函数，且每个函数子区间内对应的预定函数部分的线性程度高于每个函数区间内对应的预定函数部分的线性程度。因此，通过若干函数子区间对应的若干个线性函数拟合输入模拟电压所属的函数区间，可提高最终对整个预定函数进行拟合时的精确度和准确度，且相对于对整个预定函数进行高精度的线性划分及拟合，本公开的拟合方式中所需的拟合步骤较少，过程相对简单。

示例性的，假设输入模拟电压V_in经步骤S2后被确定处于第一电压V₁₃与第一电压V₁₄对应的函数区间内，进而可在该函数区间内设置进一步的分界点，并根据该分界点控制对第一电压V₁₃与第一电压V₁₄之间的电压差进行进一步的分压，产生多个第二电压V₂₁～V_2n将该函数区间细分为多个子区间，以便后续能够更进一步的确认输入模拟电压V_in在该预定函数中所处的实际位置。

在步骤S4中，基于多个第二电压确定输入模拟电压所属的函数子区间，以获得输入模拟电压对应的数字逻辑值中权重小于阈值的第二数字部分。

本实施例中，基于多个第二电压确定输入模拟电压所属的函数子区间包括：逐一的将多个第二电压作为参考电压与输入模拟电压进行比较，获得表征第二比较结果的第二比较信号；将触发第二比较信号发生电平突变的第二电压作为第三目标电压，将与第三目标电压相邻的前一个第二电压作为第四目标电压，将第三目标电压与第四目标电压所对应的函数区间作为输入模拟电压所属的函数子区间。

基于与步骤S2中相似的处理方法，按照从大到小的顺序依次的将该多个第二电压V₂₁～V_2n进行逐一输出后与输入模拟电压V_in进行比较，假设第二电压V₂₃与输入模拟电压V_in比较后输出的第二比较信号为低电平(例如为比较器的同相输入端接收的输入模拟电压V_in)，而第二电压V₂₄与输入模拟电压V_in比较后输出的第二比较信号为高电平，由于在此过程中第二比较信号发生了电平突变，则将第二电压V₂₄作为第三目标电压，将第二电压V₂₃作为第四目标电压，则第二电压V₂₃与第二电压V₂₄之间的电压区间即为输入模拟电压V_in所属的函数子区间。进而后续逻辑电路在对第二比较信号对应的比较结果进行逻辑处理后，即可根据第二电压V₂₃和第二电压V₂₄确定输入模拟电压V_in对应的数字逻辑值中权重小于阈值的第二数字部分。

示例性的，在一个可能的实施方式中，多个第二电压V₂₁～V_2n为根据输入模拟电压V_in对应的数字逻辑值中权重小于阈值的第二数字部分(即最低有效位)的位数对应设置(如每个第二电压均对应一个第二数字部分的二进制位)，进而就可根据第二比较结果确定数字逻辑值的第二数字部分中各二进制位对应的逻辑值。而在另一个可能的实施方式中，多个第二电压V₂₁～V_2n为根据输入模拟电压V_in对应的数字逻辑值所对应的总的步进长度对应设置(如每两个相邻的第二电压之间均对应一定步进长度)，进而就可根据第二比较结果确定输入模拟电压V_in所处的步进区间，进而确定数字逻辑值中第二数字部分的逻辑值。当然，可以理解的是，本公开中对第二比较结果的逻辑处理方式可根据具体的实际情况进行灵活调整，还可采用其它的方式，只要可以最终实现输出唯一的二进制数字逻辑值即可，本公开对此不做具体限定。

在步骤S5中，对第一数字部分和第二数字部分进行处理，获得输入模拟电压对应的数字逻辑值。

在根据第一比较结果确定数字逻辑值中的第一数字部分和根据第二比较结果确定数字逻辑值中的第二数字部分后，可采用逻辑电路对该第一数字部分和第二数字部分进行一定的如整合处理，最终即可输出完整的二进制数字码，即输入模拟电压V_in对应的数字逻辑值。

综上，本公开所涉及的模数转换器及模数转换方法，利用第一电阻串对基准电压分压产生的多个第一电压可将预定函数划分为多个函数区间，利用第二电阻串对确定的函数区间进行再次分压产生的多个第二电压可将预定函数划分为多个函数子区间，采用比较器将分压产生的多个第一电压、多个第二电压逐一的与输入模拟电压比较后，再通过逻辑电路对比较结果进行逻辑处理，即可根据输入模拟电压所属的函数区间及子区间确定该输入模拟电压对应的数字逻辑值，整个过程中仅采用模拟电路即可完成，不需要复杂的数字电路算法，实现方法简单。

另一方面，在确定输入模拟电压所属的函数区间及子区间时，即使是对应为高分辨率的多数字位模数转换器，也可以仅利用一个或两个比较器来实现，同时，对输入模拟电压所属的具体函数子区间的确定为采用两个电阻串配合的分压方式实现，有效的降低了电阻串中所需的电阻数量，电路结构简单，所需要的芯片面积小，成本低。

应当说明的是，在本文中，所含术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (12)

1.一种模数转换器，其中，包括：

第一电阻串，用于根据偏置电流对基准电压分压后产生对应预定函数的多个第一电压，所述多个第一电压用以将所述预定函数分成若干区间；

第一选择开关，与所述第一电阻串连接，用于依次的将所述多个第一电压进行择一输出；

第二电阻串，用于根据比较模块的第一比较结果对所述多个第一电压中相邻的两个第一电压分压后产生多个第二电压，所述多个第二电压用以将输入模拟电压所属的函数区间分成若干子区间；

第二选择开关，与所述第二电阻串连接，用于依次的将所述多个第二电压进行择一输出；

比较模块，分别与所述第一选择开关和所述第二选择开关连接，用于将所述多个第一电压作为参考电压与所述输入模拟电压进行逐一比较，生成第一比较结果以确定所述输入模拟电压所属的函数区间，以及用于将所述多个第二电压作为参考电压与所述输入模拟电压进行逐一比较，生成第二比较结果以确定所述输入模拟电压所属的函数子区间；

逻辑电路，与所述比较模块连接，用于根据所述第一比较结果和所述第二比较结果确定所述输入模拟电压对应的数字逻辑值。

2.根据权利要求1所述的模数转换器，其中，所述第一电阻串包括：

串联于基准电压输入端与参考地之间的电流源和多个第一电阻，

其中，任意相邻的两个第一电压产生节点之间均包括至少一个第一电阻。

3.根据权利要求2所述的模数转换器，其中，所述第二电阻串包括：

串联于第一输入端与第二输入端之间的多个第二电阻，

其中，所述第一输入端和所述第二输入端分别与所述第一电阻串中所述输入模拟电压所处的函数区间所对应的相邻两个第一电压产生节点连接，以及任意相邻的两个第二电压产生节点之间均包括至少一个第二电阻。

4.根据权利要求3所述的模数转换器，其中，所述多个第二电阻的总阻值大于所述多个第一电阻中任一第一电阻的阻值至少一个量级。

5.根据权利要求1所述的模数转换器，其中，所述比较模块包括：二选一选择器和比较器，

所述二选一选择器的第一输入端与所述第一选择开关的输出端连接，所述二选一选择器的第二输入端与所述第二选择开关的输出端连接，所述二选一选择开关的输出端与所述比较器的第一输入端连接；

所述比较器的第二输入端接收所述输入模拟电压，

其中，在所述二选一选择器选择连通所述第一选择开关的输出端与所述比较器的第一输入端的情况下，所述比较器用于依次的将所述多个第一电压与所述输入模拟电压进行逐一比较以生成所述第一比较结果，

在所述二选一选择器选择连通所述第二选择开关的输出端与所述比较器的第一输入端的情况下，所述比较器用于依次的将所述多个第二电压与所述输入模拟电压进行逐一比较以生成所述第二比较结果。

6.根据权利要求1所述的模数转换器，其中，所述比较模块包括：

第一比较器，第一输入端与所述第一选择开关的输出端连接，第二输入端接收所述输入模拟电压，所述第一比较器用于依次的将所述多个第一电压与所述输入模拟电压进行逐一比较以生成所述第一比较结果；

第二比较器，第一输入端与所述第二选择开关的输出端连接，第二输入端接收所述输入模拟电压，所述第二比较器用于依次的将所述多个第二电压与所述输入模拟电压进行逐一比较以生成所述第二比较结果。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的模数转换器，其中，所述第一选择开关和所述第二选择开关均为多选一选择开关。

8.一种模数转换方法，其中，包括：

获得多个第一电压，将预定函数分成若干区间，以采用若干区间的线性函数拟合预定函数；

基于所述多个第一电压确定输入模拟电压所属的函数区间，以获得所述输入模拟电压对应的数字逻辑值中权重大于阈值的第一数字部分；

基于确定的所述输入模拟电压所属的函数区间获得多个第二电压，以将所述输入模拟电压所属的函数区间分成若干子区间；

基于所述多个第二电压确定所述输入模拟电压所属的函数子区间，以获得所述输入模拟电压对应的数字逻辑值中权重小于阈值的第二数字部分；

对所述第一数字部分和所述第二数字部分进行处理，获得所述输入模拟电压对应的数字逻辑值。

9.根据权利要求8所述的模数转换方法，其中，获得多个第一电压，将预定函数分成若干区间包括：

根据偏置电流对基准电压分压后产生所述多个第一电压；

将所述多个第一电压中的每个第一电压均作为分界点，划分所述预定函数，

其中，任意相邻的两个第一电压均对应所述预定函数的一个函数区间。

10.根据权利要求9所述的模数转换方法，其中，基于所述多个第一电压确定输入模拟电压所属的函数区间包括：

逐一的将所述多个第一电压作为参考电压与所述输入模拟电压进行比较，获得表征第一比较结果的第一比较信号；

将触发所述第一比较信号发生电平突变的第一电压作为第一目标电压，将与所述第一目标电压相邻的前一个第一电压作为第二目标电压，将所述第一目标电压与所述第二目标电压所对应的函数区间作为所述输入模拟电压所属的函数区间。

11.根据权利要求10所述的模数转换方法，其中，基于确定的所述输入模拟电压所属的函数区间获得多个第二电压，以将所述输入模拟电压所属的函数区间分成若干子区间包括：

对所述第一目标电压和所述第二目标电压的电压差分压后产生所述多个第二电压；

将所述多个第二电压中的每个第二电压均作为分界点，划分所述输入模拟电压所属的函数区间，

其中，任意相邻的两个第二电压均对应所述预定函数的一个函数子区间。

12.根据权利要求11所述的模数转换方法，其中，基于所述多个第二电压确定所述输入模拟电压所属的函数子区间包括：

逐一的将所述多个第二电压作为参考电压与所述输入模拟电压进行比较，获得表征第二比较结果的第二比较信号；

将触发所述第二比较信号发生电平突变的第二电压作为第三目标电压，将与所述第三目标电压相邻的前一个第二电压作为第四目标电压，将所述第三目标电压与所述第四目标电压所对应的函数区间作为所述输入模拟电压所属的函数子区间。

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