TW200824298A - Pipelined analog-to-digital converter and method of analog-to-digital conversion - Google Patents

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200824298 ------- 九、發明說明： 提出主張於2006年7月19號向韓國智慧財產局 專利利申請案第2嶋7333號的優先權’該 t 明木所揭露之内容已完整結合於本說明書中。 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種類比轉數位變換器，特別 於種官線式類比轉數位變換器以及類比轉數位變換方 法。 、 【先前技術】 一般而言，管線式類比轉數位變換器（anal〇g_t〇_digitai _嫩，ADC)為一多級量化器（麵出令叫猶⑹）， 其中多個類比轉數位變換II相互級㈣合，且每個類比轉 數位變換器都具有相對較低的解析度以及相同或相似的結 構。 ☆圖1為習知之管線式類比轉數位變換器之方塊圖。請 麥考圖1，習知之管線式類比轉數位變換器100包括STG1 至STGn多個階段，而每一階段STGi包括一取樣保持 (sample-and hold，S/Η)電路110、一類比轉數位變換器 120、一數位轉類比變換器（digital_t〇 anak)g c〇nverter， D AC ) 13 0、一 減法斋（subtractor) 140、一餘數放大器（residue amplifier) 150以及一參考電壓驅動器2〇〇。取樣保持電路 110將一類比輸入訊號取樣。類比轉數位變換器12()將此 類比輸入訊號轉換為低解析度的數位碼（digiialcode)。數 位轉類比變換器130以及減法器140獲取類比輸入訊號與 5 200824298 換器i2G之數位碼的類比訊號之間的 差值。餘數放大器15〇具有2则的增 階段的解減，錢-料1/2，詩修正偏; 轉數位變鮮所產生的錯誤，—般被稱為數鋒正邏輯 (digital correction logic，DCL)電路。 、其中包括有取樣保持電路110、數位轉類比變換器i3〇

Hi數放大器15G的—個方塊被稱為倍乘式數位轉類比 雙換益（nmltlplyingDAC，MDAC) 16〇。倍乘式數位轉類 比變換器為管線式類比紐㈣換$巾的—個重要組成部 分0 —本電路需要一精確的參考電壓來驅動每一階段中的 電容器，贿縣錄輯類比變㈣16Q與齡轉數位 變換器120能夠精確地運作。可藉由一全迴授緩衝器 (unity-feedback buffer)來獲得精確的參考電壓。 圖2之電路圖繪不了藉由全迴授緩衝器來獲取精確的 參考電壓的一參考電壓驅動器200。 請參考圖2，參考電壓驅動器2〇〇包括多個全迴授緩 衝器2n、213、215與多個金屬氧化半導體（metal_〇xide semiconductor，M0S)放大器 221、223、225 與多個電阻 器幻、R2、R3以及多個電容器CdcpI。參考電壓驅動器2〇〇 藉由電容器Cdcp]與外部相連，其用於阻止參考電壓的波動， 從而能夠提供一個穩定的參考電壓。 簽考電壓的穩定性直接影響管線式類比轉數位變換 器100的性能，因此要求參考電壓在每一個類比轉數位轉 6 200824298 換购中能夠被恢復。由於要求驅動能力必須足夠高，以 授緩衝器2U、213與215的帶寬__妣）必須 足夠多，因此參考電壓号 、 消耗大量的功率。此外的空間以及 需要被修正時，而來考電^ 被修正或在外部被修⑽的參考電壓卻不能 不使用外部控制器時，對2 使用全動態範圍而 有某些限制。 #十於茶考驅動器200的使用會 【發明内容】 呈現的各麵河絲料除先前技術中所 換器可㈣-舰轉數位變 本之#^相提供了—種 二壓可從管線式類比轉數位變換器之電 器'、一第一交換式電容電路以及!一放大 ΐ-或第二交換式電容電路各包括具電路。 :容器；具有第一電容的-第-電容器’且=的:迴授 =接於迴授電容器之共用端與差動輪入:Π谷； —共用端，·具有第二電容的一第 』飞之：的一第 „接於迴授電容器之共用端與“輪容 弟二共用端;以及多個開關。第-電容值為 7 200824298 容；第二電容值為（1-Χ)乘以單位電容，此产 於0而小於1的實數。於第一時 处，、、、大 將夂雷相時，這些多個開關 將各包“的輸入為連接至一類比差動輪 差動輸入端連接至一共模電壓。第— & 守 開關將共模電壓與絲相糾’這些 器的輸入端連接至差動輸出3連接_，並將迴授電容 :一輸ί:連接 、第二與第三參考電壓之-，且將 第二電容_第二輸人端連接至第二表考， 在某些實施财，可從電源(p_ = 生第-、第二與第三參考電壓 土產 、広+碎· μ . ^ ^ ^ 參亏電壓可對應於電 源以，$二务考電壓可對應於接地 ，可為j-參考電壓與第二參考電壓之 對，第洲壓。放大器的差動輸出可於第二; 脈相位時相互連接。 ^

根據本發明之另-觀點，快閃式類比轉數位變換 括-比較器，而比較器包_接於接地電壓的」= 端，以及輕接於比較器之第二輪入端的—f S 電路純:第-取樣電容器，其具有耦接於比較器之= 幸則入為的第一共用端，一第二取樣 哭故目 t卜座六哭夕釜_於A #山ϊ、； X； 4 Λ ，包谷口口，其具有痛接於 比較之弟—輸入輪以及耦接於第一取樣電容器 ^端^第二共用端，·以及多個開關，用於在 儲 訊號與-參考電韻行比較—類比輸入 在某些實施例中，上述多個開關可將電源電屋連接於 8 200824298 第-取樣電容器之第—輪 取樣電容器之第二輸入端，3將接地電壓連接於第二 二輸入端相互連接而將電源=#由將比較器之第一和第 這些多個開關可藉由將類比二垄連接至第一取樣電容器。 器之第一輪入端與第二取樣旒連接至第—取樣電容 輸入訊號與參考電壓進行=二，器之第二輸入端而將類比 在某些實施例中，當第一而# 電容之電容值，且第二取樣電办=器具有A乘以單位 電容值時，參考電壓呈有乘以單位電容之 源電壓之雷壓A壓準位可為a/(a+b)乘以電 +徂此處，A與β為正實數。 有多纽艮2發明之另—觀點’管線式類比轉數位變換哭且 包括—取樣保持電路、—快閃式 路ri 及—數位轉類比變換器。取樣保持電 =3比輪人訊號轉換為數位訊號。快閃式類比轉數位變 變:應於類比輪入訊號的一數位位元。數位轉類比 換的將數位訊號轉換為類比訊號，且將一餘數訊號玫 ^而该餘數訊號為所輸入的類比訊號與所轉換的類比訊 f之差，且可作為下_階段的類比輪入訊號。數位轉類比 、欠換态包括一放大器、一第一交換式電容電路、—第二交 才f式私谷電路。第一與第二交換式電容電路分別包括具有 f位電容值的一迴授電容器；具有第一電容的一第一電容 态]此第一電容器包括耦接於迴授電容器之共用端與耦^ 於差動輪入端之一的一第一共用端’·具有第二電容的一第 9 200824298 Μ ν 一^電谷器，此第二電交 與差動輪人端之1 — 赫於迴授電容器之共用端 電容為X乘以單位電二一:、用端；以及多個開關。第- 容。此處X為二1 二電㈣（1_Χ)乘以單位電 、〇 14小於1的實數。於裳一 R士 上

:，這f個開關將各電容器的輸入端連接 ::::以ΐ將差動輪入端連接至-共模電壓。於第二 二二:Ϊ些開關將共模電壓與差動輸入端的連接斷 ==!容，入端連接於差動輸出端之= 二昂包奋裔的弗一輸入端連接於第一、第二與第三來

St—，且將第二電容器的第二輸人端連接於第 在某些實施例中，管線式類比轉數位變換器可更 -數位修正邏輯電路，用於修正每__階段巾所輸出的數位 位元的錯誤。 根據本每明之另一觀點，一種類比轉數位變換方法包 括：接收一類比輸入訊號；將此類比輸入訊號儲存至多個 =電容器中，而子電容器包括一迴授電容器、一第一電容 器與一第二電容器；偵測對應於類比輸入訊號的一數位位 兀，將數位訊號轉換為一類比訊號；將所輸入的類比訊說 與所轉換的類比訊號之差值放大。迴授電容器具有單位電 容值，第一電容器具有X乘以單位電容的電容值，且第二 電容器具有（1-Χ)乘以單位電容的電容值。此處，χ為〜 大於0且小於1的實數。 在某些實施例中，數位位元的偵測包括從電源電壓輿 10 200824298 接地電壓中取樣出參考電壓，以 類比輸入訊號進行比較。 的麥考包堡與 由於所需要的參考電壓可由 換為、官線式類比轉數位變換 ^ = 可降低晶片尺寸與功率消耗。叫數位的變換方法 【實施方式】 本發明將充分、纟士人龄养糸 述。本發明可以有多=u之圖不進行詳細描 較佳實施例。然而本==限於本文所提及之 底㈣千仏一城純枝例㈣充分和徹 所屬能 元件。 衣 圖不中相同的標號代表相同的 應當瞭解的是，盡管“第一，，、‘ 一，，斤 來描述不同元件，但這些元件 ^ =術語會用 述。這些術語只是用於區八 '"疋：只用廷些術語描 為第二元件、第二:件。例如，第一元件可描述 發明的範圍件而並不會脫離本 多個相關所列項目的紐合。s匕括任何和所有-個或 元件，也可能是藉由連接或麵合另一個 及-個元件“直接連，輕5，相對的是，當提 候’意味著不會出現中間;。其他 200824298 亦用同樣的方式解釋（例 “ 直接 名之間” · ‘H，； 在··之間，’相對於

在」 相對於‘‘直接相鄰D 本文提及的術語只為描.每/ 、） $限定本發明。如此處用的單數之目H非用 所述除非行文中明確指屮， 種及 要進-步瞭解的是，本文所使用的、括複數需 用以描述所述特徵、整數、+ /括、包含是 存在’但並不排除其他—個' 70件與/或組件的 作、元件與/或，群組的存在或特徵、整數、步驟、操 學術語)對於卜::發有的術語(包括技術和科 有相同的含義。需要有普通技藝的人都具 那些在通財典巾定義 ^除_確的定義， 下文及相關技術領域—敌中的解釋嫌^ 式解釋。 久_非用理想化或過於正式的方 電源電壓與參考電壓之間的關係。 vCMi^ V 5' I，比轉數位變換器的參考雜例如Vrt、 imtrlT Vss^f^tr, VDD〇 的平均二。^ 為南參考電壓VRT與低參考電壓Vrb 動^中八^考電壓Vrt與低參考電壓V^B在一般的差 稱地㈣於正輸人端與負輸人端。差動參 之間的比率X可用下為二^^^

Vref - yRT . Vrb = X(Vdd.Vss) (等式 j ) 12 200824298 圖4繪示為從電源電壓中 請參考圖4，具有單位電容m壓的方法。 為具有電容值XC的第一★六M & $早位電容器被分割 第二電容器。藉由在倍乘=轉=TX) C的 與工，參=第一 之-實施例的不使用參考電壓產; :嚇位時各開關連接狀況的電路圖。 5C為t %脈相位時各開關連接狀況的電路圖。 為在弟- 在圖5A、圖5B與圖5C中，假設電源電壓 電i:ss為0伏特，高參考電壓&… ί 低h電壓VRB為0.3伏特，則根據等式i，差 動苓考電壓VREF為〇·6伏特，且χ為L5。 請參考圖5A，根據本發明之_實施_ 15位元倍乘 敍位轉類比變換器包括_差動放大器㈣、一第一 父，式電容電路320以及-第二交換式電容電路33〇。第 父換式電容電路320耦接於差動放大器31〇的正輸入 糕。第一父換式電容電路330耦接於差動放大器31〇的負 輪入。第一與第二開關電路分別包括具有單位電容C的 迴授電容器321與331、第一電容器323與333以及第二 電容器325與335。第一電容器323與333分別具有電容 值XC，且第二電容器325與335分別具有電容值(i-x)c。 因此’第一電容器323與333以及第二電容器325與335 13 200824298 分別具有C/2的電容值，因為x的值根據等式i為1/2。 第一交換式電容電路320包括多個開關322、324、326與 328 °第二交換式電容電路330包括多個開關332、334、 336與338。第一與第二交換式電容電路32〇與33〇可更包 括多個附加開關341、342、343、345、346與347。 所有開關的斷開與導通都是藉由第一開關控制訊號 Φ1與第二開關控制訊號Φ2來控制。開關324、326、328、

334、336、338、343、346與347在第一時脈相位時（輸 入取樣期間）受Φ1控制而導通。開關322、34卜342、332、 344與345在第二時脈相位時（餘數放大期間）受φ2控制 而導通。 圖5Β與圖5C的電路圖繪示為各開關分別響應第一開 關=d訊號Φ1與第二開關控制訊號φ 2而選擇性地導通的 狀態。 d =考圖5B，電容器32卜323與325的下極板輕接 板夢由!!入訊號Vm+ ’且電容器331、323與325的上極 ，糟由開關控制誠Φ1的控制而輕接於一共模電壓 vr It益333與335的下極板輕接於一負輸入訊號 :Φ;;咖333與335的上極板藉由第-開關控制訊 接於共模铸％。差動放大器训的 輪出糕與負輸出端相互耦接。 + 1 =中而負輸入訊號*則會儲存於電容_^ 14

200824298 淑茶考圖5C，在第二時脈相位時，電容哭 3^ 23 Vin+^^；, ；21^3 ㈣乂與325的下極板與負輸入訊號Vin-的連接斷門°。 叫在弟二時脈相位 =接關。 分職接於差動放^ 21與331的下極板 二時脈相位時，第出端與正輪出端。在第 壓、接地電壓減模=壓^ 〃 3)3分別輕接於電源電 時，第二㉔哭:昼VCM之一。同時在第二時脈相位 因此，在門（^3°5之下極油接於純電壓V⑽。 於正輸入訊二'::产—時脈相位時)所儲存的對應 =即fr_目位時)被傳輸至迴授電=3

二號電率:而分割的電容器内的輸 」貝現麥巧電壓的分配。且由於沒 率消耗，所以可實現低功率消耗的目的。 U .第-時脈訊號可對應於時脈訊制活躍期間⑽π period) ’而第二時脈訊號可對應於時脈訊號的非活躍期 (―period)。又或者是第—時脈訊號可對應於時脈^ 號的非活躍期間，而第二時脈訊號可對應於時脈訊號的活 躍期間。 圖6Α繪示為根據本發明之一實施例的使用單端模式 (single-ended mode)之電源電壓分配器之快閃式類比轉 位變換器的電路圖。 ▲圖6B與圖6C分別繪示為當圖6八之快閃式類比轉數 位變換器將參考電壓取樣，以及將參考tJf與輪入電壓比 15 200824298 較時的快閃式類比轉數位變換器的電路圖。 请麥考圖6A，根據本發明之實施例，使用電源電壓 分配器的快閃式類比轉數位變換器4〇〇包括比較器41〇與 =谷宅路420。比幸父器410包括正輸入端、輕接於接地電 壓的負輸入端以及輸出端。電容電路420耦接於比較器410 ，正輸入端。且電容電路420包括第一取樣電容器421與 第二取樣電容器423。第一取樣電容器421的上極板耦接 • 於比較态410的正輸入端，且第一取樣電容器421的下極 板耦接於開關431。第二取樣電容器423的上極板耦接於 比較器410的正輸入端，且第二取樣電容器423的下極板 耦接於開關433、435與437。開關435將第一取樣電容器 421的下極板與第二取樣電容器423的下極板相連。開關 439將比較器410的正輸入端與負輸入端相連。 圖6B繪示為當開關431、437與439導通時，圖6a 的快閃式類比轉數位變換器利用電源電壓Vd〇將參考電壓 馨 Vss取樣的電路圖。 圖6C繪示為在開關433與435導通時，圖6A的快 閃式類比轉數位變換器將輸入電壓vIN與參考電壓Vss進 行比車父的電路圖。當弟一取樣電容器421具有電容值anc • (A與N為自然數，C為單位電容）時，且第二取樣電容 益423具有電容值（A(M-N)+BM)C (其中b與Μ為自然 數）時，則比較器410之正輸入端的電壓為νΙΝ —α/(α + Β) χ Ν / Μ χ VDD。比較器410藉由將接地電壓（〇)與電 壓VIN - A / (A + B) X N/M X VDD進行比較而輸出〇或1〇 16 200824298 對於管線式舰轉數位 變換器會在取樣相位完成前便輪幻或Q。圖^ j數位 類比轉數位變㈣亦可應用於差動模式中，例如_ ^閃式 =快閃式類比轉數位變換器的應用。下文中將就此之^ 圖7之電路圖繪示為利用電阻器陣列分配 電壓VDD中產生的參考電壓。 器而從電 源

請參考圖7，由於已知參考電壓與電源電壓 卞，因此電源電壓可被分割為一參考電壓區域父厌與兩個 額外電壓區域（1-X) R/2。然後，類比轉數位變換器的^ 考電壓可藉由平均分割參考電壓區域XR而獲得。具有二 ，電阻值的多個電阻器XRd在高參考電壓Vrt與低參考電 壓VRB之間串接。比較器451根據輸入電壓νίΝ與節點奶 的電壓之間的比較結果而輸出1或〇。比較器453根據輪 入黾壓VIN與卽點Ν2的電壓之間的比較結構而輸出1或 0。比較器455根據輸入電壓ViN與節點N3的電壓之間的 比較結構而輸出1或0。在這種情況下，額外電壓區域與 電源電壓的差值以及額外電壓區域與接地電壓的差值可^ 不相同，因為參考電壓的中心點可隨著輸入/輸出（1/〇) 共模電壓的改變而變化。 圖8A與圖8B繪示為差動模式之ι·5位元快閃式類比 轉數位變換器之電路圖。 ' ^在差動模式下’圖8Α與圖83的丨.5位元快閃式類比 轉數位變換器在分別具有如圖6Β與圖6C—樣條件的情況 ]7 200824298 斟功能。在圖8八與圖纽中，入對應於卜而3 =應=3。此外，χ對胁〇 5，且_對應於μ。因此， .:對!：1，而Μ對應於2。從而L5位元快閃式類 •數錄換器之功能的實現可如圖8A與圖8B所示。、锊 換哭f二、m用電容分配器的倍乘式數位轉類比變 == 之倍乘式數位轉類比變換器例如可 應用於圖11的管線式類比轉數位變換器中。 了 • *圖，與圖9C分別繪示為在圖9A之倍乘式數位轉類 比變換态的取樣期間與餘數放大至 / ”、 冰夫去R ^ 間各關的導通狀態。 ❸考圖9A，根據本發明之—實施 轉類比變換器·包括—放大器51Q、—第—== 電路=以及一第二交贼電容電路55〇。 电合 第一父換式電容電路53〇包括具有單位 授電容器切以及多個子電容器533、幻5、537 =的迴 第-子電容器533與537具有電容值xc。第、= 535與，具有電容值（1_x)c。其中乂為“2容器 1的正實數。第-交換式電容電路53〇包括 ' ’、於 548 與 549。 開關 546、 第二交換式電容電路550包括具有單位電& 授電容器551以及多個子電容器553、555、μ? έ C的迴 第一子電容器553與557具有電容值xc。箄一 /、。559。 .555與559具有電容值（1_X)C。第二交換式電容器 包括多個開關566、568與569。第一與第二々谷_电路550 路530與550還可包括多個開關57〇、571輿^^式包谷電 18 200824298 如圖9B所示，開關532、534、536、538盥540在第 -時脈相位時導通，因此在第—時脈相位時，第 號Vm+會儲存於電容器531、533、535、537盥$二。 ，關552、554、556、55S與通於第—時脈相位°時導通: 二相位時，第二輸入訊號％會儲存於電容 ：：士 、553、555、557 與 559 之中。開關 571 與 572 於第 重==通。開關570於第一時脈相位時導通，以 重置放大态510的輸出結果。 及開 35^’ 532 ' 534 ' 536 ' 538 與54〇’以 汗如 3、556、558與560在第二時脈相位時斷門。 :’ ^關571與572在第二時脈相位時處於斷開狀二 二迴授電容器531與551的下極議 第與卿於共咖'W vss鼓模Γ第/、之福接於電源電壓I、接地電壓 容^^ 接於共模電壓vn第-子電 557耦接於電源麵vDD、接地電壓s =VCM之-。因此，於第二時脈相位時,第一；電； :ζ35、539、555與559將所儲存的對應於輪人鮮1+ _實施操作而減去對應於51 °從而放大器 變換器準位。 DD SS)的個數位轉類比 回A、、日不4理想的倍乘式數位轉類比變換器之 29 200824298 輸入/輸出特性。圖10B繪示為根據本發明之一實施例的圖 5A與圖8A、圖8B之倍乘式數位轉類比變換器的輸入/輸 出特性。作為舉例，圖10B繪示了第一階段之輸入/輪出特 性0 倍乘式數位轉類比變換為、從一類比輸入訊號中減去 對應於類比轉數位變換器之輸出碼的一類比代表值，且將 i化中殘留的餘數訊號放大，以及將放大後的餘數訊號傳

送至下一階段。下一階段藉由量化餘數訊號而提高了解析 度。 上1參考圖10A，其中的三角形代表管線式類比轉數位 變換器之每一階段所包括的低解析度快閃式類比轉數位變 ，器之比較器的參考電壓的位置。快閃式類比轉數位變換 器根據輸入訊號而輸出範圍為〇〇··· 〇〇至u…⑽的數位 碼。溫度計碼(thermometer code)用於選擇倍乘式數位轉類 比變換器之參考電壓。 、 圖10B之模擬圖繪示為根據本發明之一實施例的圖 圖8A、圖8B之倍乘式數位轉類比變換器的輸入墙 ^特性。作為舉例，圖應繪示了第一階段之輸入/輸出特 每励，當管線式類比轉數位變換器之功能的 由電源電壓而不存在或不需要額外的參考電壓驅 特i ^可獲得圖1GA中所繪示的完全理想的輸入/輸出 圖η繪示為根據本發明之一實施例的具有多級結構 20 200824298 的管^式類比轉數位變換器之電路圖。 請參考圖11，根據本發明 媒、，日主 、 匕括夕個階段（多級結 構），且母-階段都包括—取，: 類比轉數位變換哭4〇〇、 絲、路10、一快閃式 哭600以數位轉類比變換器5〇〇、一放大 “位變此具有多級結構的管線式類比 ㈣位文換益可更包括數位 類比轉數位變換⑨可㈣=^路。圖11之快閃式 位變換哭，且^ “镜圖6A之快閃式類比轉數 义換。。，且數位轉類比變換器5〇〇可 位轉類比變換哭。彳ργ立t 4應於圖5A之婁〜 ，式類比轉數位變換器利用 ：非:二:： 電壓驅動器，而肸妥去帝降加 私土向非頟外的芩考 哭400 *1㈣考毛4供至快閃式類比轉數位變換 口口 ϋ兵痛比轉數位變換器50〇。 顯比轉數位的變換方法如下： 號。铁抬少夕山你，+ 无接收一類比輛入訊 …、後知此類比輪入訊號儲存至多個六 、古 子電容器包括一迴授電容哭、—繁 /合°。中。化二 盟 Q TO 昂一電各器ik 一第二雷玄： TO’且迴授電容器具有單位電 ^ 一 以單付从不— 电奋值弟—電容器具有X乘 位電容各值’且第二電容器具有（1_x)乘以單 位包备的電谷值，其中X為一大 後，伯、、目il料_狄* " 小於1的實數。然 對應於類比輸人訊號的—數位位元 的類比訊號的差值放Γ輪的類比訊號與所轉換 在應用此方法之-實施例中，數位位 電源電壓與接地電壓中取樣參考電壓。然後 200824298 考電壓與類比輸入訊號進行比較。 如上所述，由於必要的參^電壓是由 本發明之實施例的數位轉類比變換器、快㈤，因此 變換器、管線式類比轉數位變換器以及類^比轉數位 方法的應用可以減少晶片尺寸以及功率消耗二數位之變換 包壓可根據電源電壓而自動地換算，因此日茶考 時，其動態範圍不需要由外部來控制。 包/’'i壓變化

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，铁 當可作些許之更動與潤飾，因此轉= 乾圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 保〜 【圖式簡單說明】 位變換器的方塊圖。 态以獲取精確的參考電壓 圖。 的習 圖1繪示為習知之類比轉數 圖2繪不為利用全迴授緩衝 知之參考電壓驅動器之電路 圖3繪不為電源電壓與參考電壓之間的關係。 圖4繪示為從電源電壓中產生參考電屙的方去 圖5A、圖5B與圖5C的各電路圖^為根據本發明 之-實施綱不使轉考雜驅—的15位 位轉類比變換器。 。木八要文 圖6A繪不為根據本發明之—實施例的使用單端模式 之電源電壓驅動器之快閃式類比轉數位變換器的電路圖。 圖6B與圖6C分前示為當圖6A之快閃式類比轉數 位變換H將參考電絲樣，以及將參考電壓與輸入電壓比 22 200824298 較時的快閃巧比轉數位變換器的電路圖。 圖7之電路圖繪示為利用電阻器陣 電壓VDD中產生的參考電壓。 配叩而攸電源 圖8A契圖8B緣示為差動模式之^ 轉數位變換器之電路圖。 疋丧閃式類比 圖9A、圖9B I圖9Γ絡一达成m兩 式數位轉献料容分㈣的倍乘 入:出二’示為理想的倍乘式數位轉類比變換器 圖10B繪示為根據本發 每 8A、圖8B之倍乘式數位轉類比變換與圖 圖11繪示為根據本發明之一每二輪出特性。 的管線式類比轉數位變換器之雷^二1、/、有多級結構 【主要元件符號說明】 ^ 刚：習知管線式類比轉數位 ❿ 110、彻：取樣保持電路 … 120 :類比轉數位變換器 1 ·數"ί立轉類比變換器 140、700 :減法器 15Ό :餘數放大器 160(MDAC)、500 :倍乘式數位 換。。 200:參考電壓驅動器 $貝匕欠換态 211、213、215:全迴授緩衝哭 221、223、225 :金屬氧化半i體放大器 23 200824298 以 v/1 W JL Λ 300 : 1.5位元倍乘式數位轉類比變換器 310 :差動放大器 320、530 :第一交換式電容電路 * 321、331、531、551 :迴授電容器 431、 546、 572 ： - 322、324、326、328、332、334、336、338、 433、435、437、439、532、534、536、538、540、 548、549、552、554、556、558、560、566、568〜 0 開關 323、333 :第一電容器 325、335 :第二電容器 330、550 :第二交換式電容電路 341〜343、345〜347 :附加開關 400 ·快閃式類比轉數位變換器 410、451〜455 :比較器 420 :電容電路 421 :第一取樣電容器 • 423 :第一取樣電容器 510、600 :放大器 533、537、553、557:第一子電容器、 _ 535、539、555、559:第二子電容器 650 :管線式類比轉數位變換器 ’ C:單位電容值

Cdcpi:電容器 DOUT :輸出資料 24 200824298 N1〜N3 :節點

Rl、R2、R3、461 〜467、XRd :電阻器 STG1〜STGn : 1〜η ^皆段

VcM :共模電壓

Vdd ·電源電壓

Vin :輸入電壓

Vin+ :正輸入訊號

Vin- ·•負輸入訊號

Vrb ·低蒼考電壓

Vref :參考電壓

Vres :解析度電壓

Vrt ·南蒼考電壓

Vss :接地電壓 XC、（l-X)C、C/2、a、C2、7C :電容值 XR :參考電壓區域 (1-X) R/2 :額外的電壓區域 Φ1 :第一開關控制訊號 Φ2 :第二開關控制訊號 25

Claims (1)

1. 200824298 十、申清專利範圍： 1.—種倍乘錢倾觀變鮮，包括： 放大為，所述放大器包括差動输入端與差動輪出 * 端； - 一第一交換式電容電路，耦接於所述差動輪入端的正 輸入端；以及 _ 一第二交換式電容電路，耦接於所述差動輸入端的負 _ 輸入端，每個所述第一與第二交換式電容電路都包括： 具有單位電容的迴授電容器； 具有第一電容值的第一電容器，所述第一電容器 包括禍接於所述迴授電容器之共用端與所述差動輪入端之 一的第一共用端； 具有第二電容值的第二電容器，所述第二電容器 ^括耦接於所述迴授電容器之所述共用端與所述差動輪入 端之一的第二共用端，所述第一電容值為Χ乘以所述單位 包谷，所述第一電容值為（1-Χ)乘以所述單位電容，其 中X為一大於0而小於1的實數；以及 多個開關，於第一時脈相位時，所述多個開關將 所述各電容器的各輸入端連接至一類比差動輸入訊號，以 及將所述差動輸入端連接至一共模電壓；且於第二時脈相 • 位時，所述多個開關將所述共模電壓與所述差動輸入端的 _ 連接斷開，並將所述迴授電容器的輸入端連接至所述差動 ，出端之-，以及將所述第-電容器的第—輸人端連接至 第-、第二與第三參考電壓之-，且將所述第二電容器的 26 200824298 厶 Jl/UUJJil 第二輸入端運搔主所迷第二參考電壓。 2. 如申請專利範11第丨韻叙倍乘式數位轉類比 變換器’其中所述第-、所述第二與所述第 壓從 電源中產生。 1¾ « 3. 如申請專利範圍第2項所述之倍乘式數位轉類比變 換益，射所述第—參考電壓對應於電源電壓，所述第二 參考電壓對應於接地電壓， _ 一 所述第二參考電壓與所述第電㈣範圍在 4. 如申請專利範圍第3項所述之俨乘 換器，電壓對應於糊二;=^ 差動輸出相互連接。、 g所处放大器的各所述 6· -種，閃式類比轉數位變換器，包括： 入端：Γ ’她㈣包軸嶋電壓的第-輪 述電;電電=:編所述比較器的第二輪入— 述第二二:具有輕接於所述比較器之所 一第二取樣電容器，具 4 :第二輸入端以及輕接於所述第電:，比較器之所 共用端的第二共用端；以及 7、包奋态之所述第 電容 多個開關’在電源電壓儲存至所述第一取樣 27 200824298 器之後，所述多個開關實施開關操作，以將一類比輸入訊 號與一參考電壓進行比較。 7·如申請專利範圍第6項所述之快閃式類比轉數位變 - 換器，其中所述多個開關將所述電源電壓連接至所述第一 • 取樣電容器的第一輸入端，將所述接地電壓連接至所述第 一取木路的弟二輸入端’且藉由將所述比較器的所述第 /與所述弟一輪入端相互連接而將所述電源電壓連接至所 述第一取樣電容器。 馨 8.如申請專利範圍第7項所述之快閃式類比轉數位變 換器，其中所述多個開關藉由將所述類比輸入訊號連接至 所述第一取樣電容器的所述第一輸入端以及所述第二取樣 遠谷抑的所述弟_輸入端，而將所述類比輸入訊號與所述 參考電壓進行比較。 如申請專利範圍第8項所述之快閃式類比轉數位變 換器，其中當所述第一取樣電容器具有八乘以單位電容的 電容，，且所述第二取樣電容器具有B乘以所述單位電容 的電容值時，所述參考電壓的電壓準位為A/(A+B)乘以所 述電源電壓，其中八與6為正實數。 一種具有多級結構的管線式類比轉數位變換器， 戶斤述f線式類比轉數位變換器包括： ^ . 口开^成所述多級結構的階段，每_所述階段包括： _ 一取樣保持電路，用於將類比輪入訊號轉換為數 供訊現； 一快閃式類比轉數位變換器，用於偵測對應於所 28 200824298 述類比輸入訊號的數位位元；以及 一數位轉類比變換器，用於將所述數位訊號轉換 為類比訊號以及將餘數訊號放大，而所述餘數訊號為所輪 入的類比訊號與所轉換的類比訊號之差，且所述餘數訊號 可作為下，所述數位轉類比變換器 包括： 放大益’所述放大器包括差動輸入端血差 動輸出端； ^ 第一父換式電容電路，耦接於所述差動輸 入端的正輸入端；以及 山 一第二交換式電容電路，耦接於所述差動輸 ，的負知人^ ’每個所述第_或所述第二交換式電容電 具有單位電容值的迴授電容器； 弟一電谷裔包括輕 於所述差動輪入端

   一具有第一電容值的第一電容器，所述 接於所述迴授電容器之共用端以及耦接 之一的第一共用端； 第二電容器包括— Μ㈣弟二電容器，所述 耦接於所述差動述迴授電容器之所述共用端以及 電定佶失X悉、輪 的第二共用端，其中所述第〆 f 、/"以所述單位電容，所述第二電容值為 乘以所料位電容，且Μ大於㈣小於以及 個開關將所述各電脈相位時，戶斤— 谷叩的各輪入端連接至一類比差動输入 29 200824298 訊號’以及將所述差動輸入端連接至一共模電壓；且於第 ，時脈相位時，所述多個開關將所述共模電壓與所述差動 輸入端的連接斷開，並將所述迴授電容器的輸入端連接至 所述差動輪出端之一，以及將所述第一電容器的第一輸入 鳊連接至第一、第二與第三參考電壓之一，且將所述第二 電容器的第二輪入端連接至所述第二參考電壓。 π·如申請專利範圍第10項所述之具有多級結構的管 ，式類比轉數位變換器，其中所述第一、所述第二與所述 第三參考電壓從電源中產生。 12·如申請專利範圍第^項所述之具有多級結構的管 線式顯比轉數位變換器，其中所述第一參考電壓對應於電 源電壓’所述第二參考電壓對應於接地電壓，且所述第三 |考電壓的範圍在所述第二參考電壓與所述第一參考電壓 之間。 乂 一 13·如申請專利範圍第12項所述之具有多級結構的管 線式類比轉數位變換器，其中所述共模電壓對應於所述第 二參考電壓。 14·如申請專利範圍第13項所述之具有多級結構的管 線式類比轉數位變換器，其中於所述第一時脈相位時，所 述放大器的各所述差動輸出相互連接。 U·如申請專利範圍第10項所述之具有多級結構的管 線式類比轉數位變換器，其中所述快閃式類比轉數位變換 器包括： —比較器’所述比較器包括耦接於接地電壓的第一輸 30 200824298 入端；以及 谷電路，耦接於所述比較器的第二輸入端。 ^ ·如申靖專利範圍第15項所述之具有多級結構的管 '、、工轉數*變換器，其中所述電容電路包括： 第取樣電容器，具有耦接於所述比較器之所述第 二輸入端的第一共用端； 、罘 -私一t二取樣電容器，具有耦接於所述比較器之所述第 一廟而以及耦接於所述第一取樣電容器之所述第一共用 端的第二共用端；以及 /、 y夕個開關，在電源電壓儲存至所述第一取樣電容器之 後:所述多個_實關關作，以將—類比輸入訊 一蒼考電壓進行比較。 Π·如申請專利範圍第16項所述之具有多級結構的 二、^比T寸數位交換為，其中所述多個開關將所述電源電 整連接至所述第-取樣電容器的第—輸人端，將所述接地 電壓連接至所述第二取樣電賴第二輸人端，且藉由將所 述比較器的所述第一與所述第二輸入端相互連接而將所述 笔源電壓連接至所述第一取樣電容器。 18. 如申請專利範圍$ 17項所述之具有纽結構的管 線式類比轉餘變換H，射所關藉㈣所述類 比輸入訊號與所知-取樣電容器的所述第_輸入端 以及與所述第二取樣電容器的所述第二輪人端相連，而將 所述類比輸入訊號與所逑參考電壓進行比較。 19. 如申請專利範圍第1〇項所述之具^多級結構的管 31 200824298 線式類比轉备括 於修正從所、換器’更包括一數位修正邏輯電路，用 2Q Α母一階段中所輪出的數位位元的錯誤。 •一種類比轉數位變換方法，包括·· 接收類比輪入訊號； 儲存所述類比輪人訊號至多個子電容器中 包括迴授電容器、第—電容器與第二電容器=

   ^迴授I谷益具有單位電容值，所述第一電容器的電办 二x乘以所述單位電容值，且所述第二電容器的電容 (LX)乘以所述單位電容值，其中）(為大於 為 的實數； 而小於1 偵測對應於所述類比輸入訊號的一數攸值元； 將所述數位訊號轉換為類比訊號；以及 將所輸入的類比訊號與所轉換的類比訊號的差值梦 21·如申請專利範圍第20項所述之類比轉數仅轉換方 法，其中所述數位位元的偵測包括： ' 從電源電壓與接地電壓中取樣參考電壓；以及 將所取樣的參考電壓與所述類比輸入訊號進行比車* 32