TWI462487B

TWI462487B - 類比數位轉換裝置及其轉換方法

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Publication number: TWI462487B
Application number: TW100148306A
Authority: TW
Inventors: bo wei Chen
Original assignee: Ind Tech Res Inst
Priority date: 2011-12-23
Filing date: 2011-12-23
Publication date: 2014-11-21
Also published as: US20130162456A1; JP5412561B2; CN103178854B; US8502722B2; TW201328194A; CN103178854A; JP2013135467A

Description

類比數位轉換裝置及其轉換方法

本揭露是有關於一種類比數位轉換裝置。

請參照圖1繪示習知的次範圍(sub-ranging)類比數位轉換裝置100的方塊圖。類比數位轉換裝置100包括多數級的比較模組101、102及103、編碼器120以及參考信號產生器130。比較模組101、102及103均接收類比形式的輸入信號VIN，其中，比較模組101進行輸入信號VIN與參考信號VREF1的粗略比較的動作，並據以產生數位的比較結果D1。

在完成了比較模組101所進行的粗略比較的動作後，比較模組102接收經過編碼器120所產生的第一級的前期編碼結果DEN1。比較模組102根據此第一級的前期編碼結果DEN1，先從參考信號VREF2中選擇的一組選中參考信號，接著輸入信號再與此選中參考信號進行比較的動作，並對應產生數位的比較結果D2。同理，當比較模組102所進行的細微比較動作完成後，下一級的比較模組會根據編碼器120所產生的第二級的前期編碼結果DEN2，進行更為細微的比較動作。當最後一級的比較模組103根據編碼器120所產生的倒數第二級的前期編碼結果DEN(i-1)，完成所進行的輸入信號VIN與參考信號VREFi中所選擇的一組選中參考信號的比較動作後，編碼器120就可以依據比較模組101~103所產生的多個數位的比較結果D1~Di來進行編碼(此處的i即代表正整數)，並產生一編碼結果DOUT，其代表輸入信號VIN的類比數位轉換結果。

本揭露提供一種類比數位轉換裝置及轉換方法，降低類比數位的轉換時間。

本揭露提供一種類比數位轉換方法，降低類比數位的轉換時間。本揭露提出一種類比數位轉換裝置，包括粗略比較模組、至少一預先切換偵測模組、至少一細微比較模組以及編碼器。粗略比較模組接收輸入信號，並依據比較輸入信號與多個第一參考信號以依序產生前期比較結果以及粗略比較結果。預先切換偵測模組接收並依據前期比較結果以產生前期選擇信號。編碼器根據粗略比較結果以產生第一前期編碼結果。細微比較模組耦接預先切換偵測模組，並接收輸入信號、前期選擇信號以及第一前期編碼結果，且依據前期選擇信號以及前期編碼結果以選擇多個第二參考信號中多個初選參考信號，並利用初選參考信號中的選中參考信號以對輸入信號進行比較，藉以產生細微比較結果。

本揭露另提出一種類比數位轉換方法，包括：接收輸入信號，並依據比較輸入信號與多個參考信號以依序產生前期比較結果以及粗略比較結果。並且，依據前期比較結果以產生前期選擇信號。再依據前期選擇信號以及前期編碼結果以選擇多個第二參考信號中多個初選參考信號，並利用初選參考信號中的選中參考信號以對輸入信號進行比較，藉以產生細微比較結果。

基於上述，本揭露利用在粗略比較模組進行相對大範圍的比較動作時，利用較快產生的前期比較結果來產生前期選擇信號，並利用粗略比較模組產生的粗略比較結果來產生第一級的前期編碼結果。如此一來，細微比較模組可以依據前期編碼結果以及前期選擇信號來選擇與輸入信號進行比較的初選參考信號中的選中參考信號，並藉以產生細微比較結果。如此一來，下一級的細微比較模組所對應的初選參考信號選擇可以在當級比較模組進行輸入信號的比較時一起被執行，故可有效節省類比數位轉換所需的時間，以達到加速資料轉換速度之目的。

為讓本揭露之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

請參照圖2，圖2繪示本揭露一實施例的類比數位轉換裝置200的示意圖。類比數位轉換裝置200包括粗略比較模組201、細微比較模組211~21P、預先切換偵測模組221~22P、編碼器230以及參考信號產生器250。參考信號產生器250耦接於粗略比較模組201以及細微比較模組211~21P，並用以提供參考信號VREFC、VREF1~VREFi，其中i為正整數。粗略比較模組201接收類比的輸入信號VIN，並依據比較輸入信號VIN與多數個參考信號VREFC以依序產生前期比較結果DP1以及粗略比較結果DC。預先切換偵測模組221~22P中，第一級的預先切換偵測模組221耦接至粗略比較模組201以及細微比較模組211。值得注意的是，前期比較結果DP1的產生順序是早於粗略比較結果DC，也就是說，在粗略比較模組201最後的粗略比較結果DC產生前，前期比較結果DP1會先被產生。

預先切換偵測模組221接收前期比較結果DP1，並依據前期比較結果DP1以產生前期選擇信號PS1。另外，編碼器230根據粗略比較結果DC以產生前期編碼結果DEN1。前期選擇信號PS1以及前期編碼結果DEN1依序被提供並耦接於細微比較模組211。細微比較模組211在接收了前期選擇信號PS1，則可以在多個參考信號VREFF1或前置放大器中來選取要與輸入信號VIN進行比較的多個初選參考信號或前置放大器。並且，在前期編碼結果DEN1被穩定產生後，細微比較模組211則可以由多個初選參考信號選擇出一組選中參考信號來與輸入信號VIN進行比對以產生細微比較結果DF1。或者，細微比較模組211也可以由細微比較模組211中所設置的多個已致能的前置放大器(未繪示)中選擇出一組已致能前置放大器來與輸入信號VIN進行比對以產生細微比較結果DF1。

在此，細微比較模組211在進行上述的輸入信號VIN與選中參考信號或已致能前置放大器的比對動作時，與粗略比較模組201相類似的，會先產生前期比較結果DP2，再產生細微比較結果DF1。這個前期比較結果DP2則可以被提供至下一級的預先切換偵測模組222，預先切換偵測模組222並可對應產生要提供給下一級的細微比較模組的前期選擇信號。其中，預先切換偵測模組22P是依據所接收的前期比較結果DPi以產生前期選擇信號PSi，而細微比較模組21P接收預先切換偵測模組22P所產生的前期選擇信號PSi以進行細微比較動作。

值得注意的是，細微比較模組的個數並非是固定，而可以由設計者依據類比數位轉換裝置200所屬系統的需求來進行設定。其中，細微比較模組的個數至少要是大於或等於1的正整數。

編碼器230耦接至粗略比較模組201以及細微比較模組211~21P，並接收粗略比較結果DC以及細微比較結果DF1~DFi以進行編碼，其中i為正整數，進以獲得編碼結果DOUT，此編碼結果即為輸入信號VIN所對應的類比數位轉換結果。

關於粗略比較模組201的實施方式，請參照圖3A繪示的粗略比較模組201的一實施方式的示意圖。其中，粗略比較模組201包括控制信號CTL、多個比較器CMP1~CMP3以及多數個參考信號CREF11~CREF13。其中，參考信號CREF11~CREF13分別耦接至比較器CMP1~CMP3，且參考信號的電壓大小關係為參考信號CREF11<參考信號CREF12<參考信號CREF13。

比較器CMP1~CMP3則共同接收輸入信號VIN，並根據控制信號CTL以決定執行輸入信號VIN與參考信號CREF11~CREF13的比較動作的時機，並藉以產生比較結果T0~T2。以下請先參照圖3B，圖3B繪示比較器經控制信號CTL啟動至確定輸出結果穩定後的延遲時間，對應比較器被比較信號的輸入電壓差的關係圖。由圖3B可以清楚發現，當比較器所接收的被比較信號的輸入電壓差越小時，比較器進行比較動作所需要的時間延遲會越大(越慢產生比較結果)；相反的，當比較器所接收的被比較信號的輸入電壓差越大時，比較器進行比較動作所需要的時間延遲會越小(越快產生比較結果)。

配合圖3B的關係圖，並請同時參照圖3A，當輸入信號VIN接近於參考信號CREF13時，比較器CMP3的比較結果T2最慢產生；但是，比較器CMP1的比較結果T0則最快產生。也就是說，在此條件下，當比較結果T0比較結果確定後，此刻T0~T2的邏輯狀態即為前期比較結果；待比較結果T2確定時，此刻T0~T2的邏輯狀態即為粗略比較結果。更詳細的說，當比較器所產生的比較結果中的前期比較結果(例如比較結果T0)確定時，僅比較結果T0的邏輯狀態是可以確定的；但是，此時比較結果T1以及T2的邏輯狀態則處於未知狀態。同理，待比較結果T2的邏輯狀態確定後，則比較結果T1的邏輯狀態必為已知。

相對的，若是輸入信號VIN接近於參考信號CREF11時，比較器CMP3所產生的比較結果T2最快產生，而比較器CMP1所產生的比較結果T0則最慢產生。也就是說，在此條件下，當比較結果T2比較結果確定時，此刻比較結果T0~T2的邏輯狀態用以提供作為前期比較結果；待比較結果T0確定後，此刻比較結果T0~T2的邏輯狀態則用以提供粗略比較結果。更詳細的說，當前期比較結果確定時，僅比較結果T2的邏輯狀態是可以確定的；但是，此時比較結果T1以及T0的邏輯狀態則處於未知狀態。同理，待比較結果T0的邏輯狀態確定後，則比較結果T1的邏輯狀態必為已知。

比較器CMP1~CMP3則共同接收輸入信號VIN，並根據控制信號CTL，以決定執行輸入信號VIN與參考信號CREF11~CREF13的比較動作的時機，並藉以產生比較結果T0~T2。

當然，上述的粗略比較模組201並非僅能利用三個比較器CMP1~CMP3來建構。以下請參照圖4A以及圖4B所繪示的粗略比較模組201的不同的實施方式。在圖4A的繪示中，參考信號CREF11以及CREF12分別耦接至比較器CMP1以及CMP2，且參考信號的電壓大小關係為參考信號CREF11<參考信號CREF12。比較器CMP1以及CMP2則共同接收輸入信號VIN，並根據控制信號CTL，以決定執行輸入信號VIN與參考信號CREF11以及CREF12的比較動作的時機，並藉以產生比較結果T0以及T1。

在圖4B的繪示中，參考信號CREF11~CREF17分別耦接至比較器CMP1~CMP7，其中參考信號CREF11~CREF17可以依據等差級數來依序排列，且CREF11為最小參考電壓，而參考信號CREF17為最大參考電壓。比較器CMP1~CMP7則共同接收輸入信號VIN，並根據控制信號CTL，以決定執行輸入信號VIN與參考信號CREF11~CREF17的比較動作的時機，並藉以產生比較結果T0~T6。

值得一提的是，在圖4B的實施方式中，以輸入信號VIN介於參考信號CREF11~CREF13的範圍為範例，比較結果T4~T6相對於T0~T2會較快被產生；反觀，比較結果T0~T2相對於比較結果T4~T6則會較慢被產生。也就是說，當比較結果T4~T6比較結果確定時，此刻比較結果T0~T6的邏輯狀態即為前期比較結果；待比較結果T0~T2確定後，此刻比較結果T0~T6的邏輯狀態即為粗略比較結果。更詳細的說，當前期比較結果確定時，僅比較結果T4~T6的邏輯狀態是可以確定的；但是，此時比較結果T0~T3的邏輯狀態則處於未知狀態。同理，待比較結果T0~T2的邏輯狀態確定後，則比較結果T3的邏輯狀態必為已知。

以下請參照圖5，圖5繪示本揭露實施例的預先切換偵測模組的一實施方式。以預先切換偵測模組221為範例，預先切換偵測模組221包括參考源切換偵測電路510~530。對應圖4B繪示的粗略比較模組201，預先切換偵測模組221耦接粗略比較模組201產生的比較結果T0~T2以及T4~T6，其中預先切換偵測電路510接收比較結果T0以及T6。預先切換偵測電路520接收比較結果T1以及T5，而預先切換偵測電路530則接收比較結果T2以及T4。以輸入信號VIN介於參考信號CREF11~CREF13的範圍為範例，當比較結果T4~T6的邏輯狀態確定時，此時作為前期比較結果的比較結果T0~T6當中的比較結果T0~T2以及比較結果T4~T6將影響預先切換偵測電路510~530並分別產生前期選擇信號PSA1~PSA3以及PSB1~PSB3。換言之，本實施方式中的預先切換偵測模組221所產生的前期選擇信號PS1會是包含前期選擇信號PSA1~PSA3以及PSB1~PSB3的一組六位元的信號。

請注意，預先切換偵測模組中所設置的預先切換偵測電路的個數是依據其前一級的粗略比較模組(或細微比較模組)的比較器的個數來決定的，若前一級的粗略比較模組(或細微比較模組)的比較器的個數等於N(N為正整數)，預先切換偵測模組中所設置的預先切換偵測電路的個數等於N/2(餘數採無條件捨去，並取其商數)。

請參照圖6A，圖6A繪示本揭露實施例的預先切換偵測電路600的一實施方式。預先切換偵測電路600包括預充電開關電路610、緩衝器BUF1~BUF4以及電壓傳送開關電路620。預充電開關電路610接收參考電源VDD並受控於控制信號CTRL1。預充電開關電路610依據控制信號CTRL1為邏輯低準位電壓時導通，並將端點PSAb以及PSBb的電位，充電至參考電源VDD以完成預充電的動作。

控制信號CTRL1為邏輯高準位電壓時，預充電開關電路610被關閉。緩衝器BUF1及BUF2則分別接收由前一級的比較模組(粗略比較模組或細微比較模組)所產生的比較結果T2的反向信號T2b以及比較結果T0(請參照圖6B所繪示的比較模組示意圖)。緩衝器BUF1及BUF2並提供其所產生的輸出至電壓傳送開關電路620，且在本實施例中，緩衝器BUF1及BUF2均為反向器。

電壓傳送開關電路620依據緩衝器BUF1的輸出來決定是否傳送緩衝器BUF2的輸出至端點PSAb，而電壓傳送開關電路620依據緩衝器BUF2的輸出來決定是否傳送緩衝器BUF1的輸出至端點PSBb。

在本實施方式中，預充電開關電路610由電晶體M1及M2所構成，電晶體M1及M2的第一端(例如源極)耦接至參考電源VDD，電晶體M1及M2的控制端(例如閘極)耦接至控制信號CTRL1，而電晶體M1及M2的第二端(例如汲極)則分別耦接至端點PSAb以及PSBb。以電晶體M1及M2為P型電晶體為範例，電晶體M1及M2為P型電晶體在控制信號CTRL1為邏輯低準位電壓時被導通，並執行對端點PSAb以及PSBb充電至參考電源VDD的預充電動作。

緩衝器BUF1及BUF2則由反向器所構成，並用以驅動寄生電容性負載。緩衝器BUF1傳送與反向信號T2b反向的輸出信號至電壓傳送開關電路620，而緩衝器BUF2傳送與比較信號T0反向的輸出信號至電壓傳送開關電路620。電壓傳送開關電路620則由電晶體M3及M4所構成，以電晶體M3及M4為N型電晶體為範例，電晶體M3及M4的第二端(例如汲極)分別耦接至端點PSAb以及PSBb，電晶體M3及M4的控制端(例如閘極)分別耦接至緩衝器BUF1及BUF2的輸出端，電晶體M3及M4的第一端(例如源極)則分別耦接至緩衝器BUF2及BUF1的輸出端。

預先切換偵測電路600更包括緩衝器BUF3以及BUF4，並用以驅動寄生電容性負載。緩衝器BUF3以及BUF4的輸入端分別耦接至端點PSAb以及PSBb，並分別在其輸出端產生前期選擇信號PSA以及PSB。

關於預先切換偵測電路600的動作細節，請同時參照圖6A、圖6B、圖6C以及圖6D。其中圖6C與圖6D繪示預先切換偵測電路600所對應的電路運作示意圖。首先，在時間點t0時，控制信號CTRL1與CTL1皆為邏輯低準位電壓。參照圖6B此時前一級的比較模組(粗略比較模組或細微比較模組)的比較結果T0~T2以及T0b~T2b皆被重置於邏輯低準位電壓。且預充電開關電路610提供參考電源VDD至端點PSAb以及PSBb並使前期選擇信號PSA以及PSB等於邏輯低準位電壓(例如等於接地電壓)。由圖6D可知，初選參考信號被設定在參考信號0.25FS~-0.25FS間，其中FS即代表類比數位轉換裝置的全擺動振幅範圍。上述的預充電動作以及前一級的比較模組中的比較器的重置機制會在控制信號CTRL1以及CTL1皆上升至邏輯高準位電壓後結束。

接著，以下請同時參考圖6A、6B、6C以及6D，以輸入信號VIN約等於參考信號0.25FS為範例，此時，輸入信號VIN將藉由比較器CMP1~CMP3與三個參考信號-0.25FS、0以及0.25FS進行比較。並由圖6C可以得知，在時間點t1時，比較結果T0以及T2b皆上升至等於其所對應的比較器所產生的中間電壓Vcm的電壓準位。在此狀態下，由於比較器的比較結果未能超過預先切換偵測電路600的緩衝器BUF1及BUF2的邏輯臨界電壓Vlt，故緩衝器BUF1及BUF2的輸出依然皆維持邏輯高準位電壓，以至於電晶體M3及M4並未能被有效導通。此時，初選參考信號被設定在參考信號0.25FS~-0.25FS間。接著，由於比較結果T0相對於比較結果T2b較快被產生。因此，在時間點t2時(此刻比較器的比較結果T0~T2以及T0b~T2b的邏輯狀態，即代表前期比較結果)，由於比較結果T0上升至超過緩衝器BUF2的邏輯臨界電壓Vlt，使得緩衝器BUF2產生一低於電晶體M4的臨界電壓VTHn的輸出，以至於電晶體M4進入截止區。

另外，緩衝器BUF1則持續接收等於中間電壓Vcm的比較結果T2b，故緩衝器BUF1的輸出仍持續維持邏輯高準位電壓，也因此，電晶體M3在時間點t2被有效的導通。如此一來，緩衝器BUF2所產生的低於電晶體M4的臨界電壓VTHn的輸出會透過電晶體M3傳送至端點PSAb。也就是說，在時間點t2時端點PSAb上的電壓等於一個低於電晶體M4的臨界電壓VTHn的電壓值。而在此同時，緩衝器BUF3產生前期選擇信號PSA的電壓值由邏輯低準位電壓變更為邏輯高準位電壓，並使初選參考信號透過多工器MUX1變更為設定在參考信號0.5FS~0間(請參照圖6D)。如此一來，初選參考信號就可以依據前期選擇信號有效的被設定。

在時間週期t3時，參考圖6B中的比較器CMP3的比較結果T2b則依據輸入信號VIN與參考信號0.25FS的差異不同而開始產生變化。假設，輸入信號VIN是略小於參考信號0.25FS，則比較結果T2的反向信號T2b會上升至邏輯高準位電壓，如圖6D所標示的線段T2b1隨時間變化的電壓值，此結果將使緩衝器BUF1的輸出下降至邏輯低準位電壓。或者，輸入信號VIN是略大於參考信號0.25FS，則比較結果T2的反向信號T2b會下降至邏輯低準位電壓，如圖6D所標示的線段T2b2隨時間變化的電壓值，並使緩衝器BUF1的輸出則繼續維持邏輯高準位電壓。因此，根據圖6A至圖6D的描述，即可清楚闡述預先切換偵測電路、前一級的比較模組(粗略比較模組或細微比較模組)以及參考信號之間的電路運作關係。

附帶一提的，上述的控制信號CTRL1及CTL1可以是相同的信號。

以下則請參照圖7A以及圖7B，圖7A以及圖7B分別繪示本揭露實施例的細微比較模組的不同的實施方式。在圖7A的繪示中，細微比較模組710包括前置放大器701~70Q以及比較器711~71Q。其中，前置放大器701~70Q共同接收輸入信號VIN，並且，前置放大器701~70Q分別接收參考信號VREF11~VREF1Q。請注意，在本實施方式中，前置放大器701~70Q所接收的參考信號VREF11~VREF1Q是固定不變的。另外，前置放大器701~70Q並接收其前一級的預先切換偵測模組所提供的前期選擇信號PS，並且，前置放大器701~70Q中的部份，會依據所接收的前期選擇信號PS以決定是否進入致能狀態，其餘的部分的前置放大器則維持在禁能的狀態。

比較器711~71Q則分別接收控制信號CTL以及經過編碼器根據前一級的粗略比較模組(或細微比較模組)所提供的粗略比較結果DC(或細微比較結果DF)進而產生的前期編碼結果DEN。並依據所接收的前期編碼結果DEN搭配控制信號CTL來選擇比較器711~71Q中的多個來進行比較的動作。值得注意的，比較器711~71Q的輸入是分別耦接於前置放大器701~70Q的輸出，而未與輸入信號VIN以及參考信號VREF11~VREF1Q連接。

舉例來說，當前期選擇信號PS所設定的初選前置放大器例如為前置放大器701以及702時，則前置放大器701以及702被設定為初選已致能前置放大器。前置放大器701以及702並根據輸入信號VIN分別與參考信號VREF11以及VREF12的電壓差進行前置放大的功能。當前期編碼結果DEN產生後(根據粗略比較結果DC或細微比較結果DF)，若前期編碼結果選擇前置放大器701為選中已致能前置放大器時，則比較器711亦同時被設定為選中比較器。此時，比較器711依據選中已致能前置放大器701的前置放大輸出結果來實際執行比較動作。

在圖7B的繪示中，細微比較模組720包括比較器721~72J以及選擇器730。選擇器730接收參考信號VREF以及前期選擇信號PS。選擇器730依據前期選擇信號PS來選擇參考信號VREF中的多個以作為初選參考信號VREFS1~VREFSJ。比較器721~72J耦接至選擇器730以接收初選參考信號VREFS1~VREFSJ。另外，比較器721~72J還接收控制信號CTL以及經過編碼器根據前一級的粗略比較模組(或細微比較模組)所提供的粗略比較結果DC(或細微比較結果DF)進而產生的前期編碼結果DEN。並依據所接收的前期編碼結果DEN搭配控制信號CTL來選擇比較器721~72J中的多個來進行比較的動作。以參考信號VREFS1為選中參考信號為範例，比較器721~72J會依據前期編碼結果DEN設定比較器721為選中比較器。也就是說，比較器721依據前期編碼結果DEN而執行選中參考信號VREFS1與輸入信號VIN的比較動作。

接著請參照圖8，圖8繪示本揭露實施例的一類比數位轉換方法的流程圖。其中，本實施例所進行的類比數位轉換步驟包括：首先，接收輸入信號，並依據比較輸入信號與多個參考信號以依序產生前期比較結果以及粗略比較結果(S810)。並且，依據前期比較結果以及粗略比較結果，以分別產生前期選擇信號以及前期編碼結果(S820)。再依據前期選擇信號以及前期編碼結果以選擇多個參考信號中多個初選參考信號，並使初選參考信號中的選中參考信號以對輸入信號進行比較，藉以產生細微比較結果(S830)。同理，此流程亦可適用於相鄰兩級細微比較模組的運作流程。關於上述各步驟所執行的動作細節則在前述的實施例及實施方式有詳盡的介紹，以下恕不多贅述。

綜上所述，本揭露藉由在粗略比較模組進行比較的同時，藉由會較早產生的前期比較結果來對應產生前期選擇信號，並透過前期選擇信號來預先設定細微比較模組中可能會使用的初選參考信號或前置放大器。並且，在前期編碼結果產生時，再由初選參考信號或已致能前置放大器中選出一組選中參考信號或已致能前置放大器以與輸入信號進行比對。如此一來，類比數位轉換裝置不需要在進行初選參考信號的設定時進行等待，使得細微比較模組可以在粗略比較模組完成比較動作後，快速的執行比較的動作，有效提升類比數位轉換的效率。同理，此概念亦可適用於相鄰兩級細微比較模組的運作流程。

雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100、200．．．類比數位轉換裝置

101、102、103．．．比較模組

201．．．粗略比較模組

211~21P．．．細微比較模組

221~22P．．．預先切換偵測模組

120、230．．．編碼器

130、250．．．參考信號產生器

510~530．．．預先切換偵測電路

DEN1~DEN(i-1)．．．前期編碼結果

DC．．．粗略比較結果

DP、DP~DPi．．．前期比較結果

VIN．．．輸入信號

VREF、VREF1~VREFi、VREFC、CREF11~CREF17、VREF11~VREF1Q．．．參考信號

DF1~DFi．．．細微比較結果

DOUT．．．類比數位轉換結果

PS1~PSi、PSA、PSB、PSA1~PSA3、PSB1~PSB3．．．前期選擇信號

D1~Di、T0~T6、T0b~T2b．．．比較結果

701~70Q．．．前置放大器

CMP1~CMP7、711~71Q、721~72J．．．比較器

CTRL1、CTL1、CTL．．．控制信號

610．．．預充電開關電路

620．．．電壓傳送開關電路

Vcm．．．中間電壓

Vlt．．．邏輯臨界電壓

VREFS1~VREFSJ．．．初選參考信號

PSAb、PSBb．．．端點

MUX1、MUX2．．．多工器

VDD．．．參考電源

BUF1~BUF4．．．緩衝器

M1~M4．．．電晶體

t0~t3．．．時間點

S810~S830．．．類比數位轉換步驟

圖1繪示習知的次範圍(sub-ranging)類比數位轉換裝置100的方塊圖。

圖2繪示本揭露一實施例的類比數位轉換裝置200的示意圖。

圖3A繪示的粗略比較模組201的一實施方式的示意圖。

圖3B繪示比較器經控制信號CTL啟動至確定輸出結果穩定後的延遲時間，對應比較器被比較信號的輸入電壓差的關係圖。

圖4A以及圖4B所繪示的粗略比較模組201的不同的實施方式。

圖5繪示本揭露實施例的預先切換偵測模組的一實施方式。

圖6A繪示本揭露實施例的預先切換偵測電路600的一實施方式。

圖6B~圖6D繪示預先切換偵測電路600的動作示意圖。

圖7A以及圖7B分別繪示本揭露實施例的細微比較模組的不同的實施方式。

圖8繪示本揭露實施例的一類比數位轉換方法的流程圖。

200．．．類比數位轉換裝置

201．．．粗略比較模組

211~21P．．．細微比較模組

221~22P．．．預先切換偵測模組

230．．．編碼器

250．．．參考信號產生器

VIN．．．輸入信號

VREFC、VREF1~VREFi．．．參考信號

PS1~PSi．．．前期選擇信號

DC．．．粗略比較結果

DF1~DFi．．．細微比較結果

DP1~DPi．．．前期比較結果

DEN1~DEN(i-1)．．．前期編碼結果

DOUT．．．編碼結果

Claims

一種類比數位轉換裝置，包括：一粗略比較模組，接收一輸入信號，並依據比較該輸入信號與多數個第一參考信號以依序產生一前期比較結果以及一粗略比較結果；至少一預先切換偵測模組，接收並分別依據該前期比較結果以產生一前期選擇信號；一編碼器，耦接該粗略比較模組，依據該粗略比較結果以產生一前期編碼結果；以及至少一細微比較模組，耦接該預先切換偵測模組及該編碼器，接收該輸入信號、該前期選擇信號及該前期編碼結果，依據該前期選擇信號選擇多數個第二參考信號中的多個初選參考信號，並依據該前期編碼結果選擇該些初選參考信號中的一選中參考信號來與該輸入信號進行比對以產生一細微比較結果。
如申請專利範圍第1項所述之類比數位轉換裝置，其中該細微比較模組包括：多數個比較器，該些比較器分別接收該些第二參考信號，該些比較器並共同接收該輸入信號，其中，該細微比較模組依據該前期選擇信號選擇該些比較器中的多數個初選比較器，並依據該前期編碼結果來選擇該些初選比較器中的至少一選中比較器以執行比較動作。
如申請專利範圍第2項所述之類比數位轉換裝置，其中該些初選比較器所對應接收的參考信號分別為該些初選參考信號，該選中比較器所對應接收的參考信號為該選中參考信號。
如申請專利範圍第1項所述之類比數位轉換裝置，其中該細微比較模組包括：多數個比較器，其中該細微比較模組依據該前期選擇信號提供該些初選參考信號至該些比較器，該細微比較模組並依據該前期編碼結果來選擇該些比較器中的至少一選中比較器以執行比較動作。
如申請專利範圍第4項所述之類比數位轉換裝置，其中該選中比較器所對應接收的參考信號為該選中參考信號。
如申請專利範圍第1項所述之類比數位轉換裝置，其中該粗略比較模組包括：N個比較器，該些粗略比較模組針對該輸入信號分別與該些第一參考信號進行比較並產生N個位元的比較結果，該些比較結果用以提供N個位元的該前期比較結果或N個位元的該粗略比較結果，其中N為大於1的整數。
如申請專利範圍第6項所述之類比數位轉換裝置，其中該預先切換偵測電路包括：一預充電開關電路，接收一參考電源並受控於一控制信號，該預充電開關電路依據該控制信號而導通並傳送該參考電源至一第一輸出端點以及一第二輸出端點；一第一緩衝器，接收該些比較結果的其中之一的反向信號；一第二緩衝器，接收該些比較結果的另一；以及一電壓傳送開關電路，耦接至該第一及該第二輸出端以及該第一及該第二緩衝器，該電壓傳送開關電路受控於該第一緩衝器的輸出電壓以傳送該第二緩衝器的輸出電壓至該第一輸出端，並受控於該第二緩衝器的輸出電壓以傳送該第一緩衝器的輸出電壓至該第二輸出端。
如申請專利範圍第7項所述之類比數位轉換裝置，其中該預充電開關電路包括：一第一電晶體，具有第一端、第二端以及控制端，其第一端接收該參考電源，其控制端接收該控制信號，且其第二端耦接至該第一輸出端；以及一第二電晶體，具有第一端、第二端以及控制端，其第一端接收該參考電源，其控制端接收該控制信號，且其第二端耦接至該第二輸出端。
如申請專利範圍第8項所述之類比數位轉換裝置，其中該第一及該第二電晶體為P型電晶體。
如申請專利範圍第8項所述之類比數位轉換裝置，其中該電壓傳送開關電路包括：一第三電晶體，具有第一端、第二端以及控制端，其第二端耦接該第一輸出端，其控制端耦接該第一緩衝器的輸出端，其第一端耦接該第二緩衝器的輸出端；以及一第四電晶體，具有第一端、第二端以及控制端，其第二端耦接該第二輸出端，其控制端耦接該第二緩衝器的輸出端，其第一端耦接該第一緩衝器的輸出端。
如申請專利範圍第10項所述之類比數位轉換裝置，其中該第三及該第四電晶體為N型電晶體。
如申請專利範圍第7項所述之類比數位轉換裝置，其中該第一及該第二緩衝器分別為一第一以及一第二反向器。
如申請專利範圍第7項所述之類比數位轉換裝置，其中該預先切換偵測電路更包括：一第三緩衝器，其輸入端耦接至該第一輸出端並產生該前期選擇信號的一位元；以及一第四緩衝器，其輸入端耦接至該第二輸出端並產生該前期選擇信號的另一位元。
如申請專利範圍第13項所述之類比數位轉換裝置，其中該第三及該第四緩衝器分別為一第三及一第四反向器。
如申請專利範圍第1項所述之類比數位轉換裝置，其中該編碼器，更依據該粗略比較結果以及該細微比較結果以產生一類比數位轉換結果。
一種類比數位轉換方法，包括：接收一輸入信號，並依據比較該輸入信號與多數個第一參考信號以依序產生一前期比較結果以及一粗略比較結果；依據該前期比較結果以及該粗略比較結果，以分別產生一前期選擇信號以及一前期編碼結果；以及依據該前期選擇信號選擇多數個第二參考信號中的多個初選參考信號，並依據該前期編碼結果選擇該些初選參考信號中的一選中參考信號來與該輸入信號進行比對以產生一細微比較結果。
如申請專利範圍第16項所述之類比數位轉換方法，其中依據比較該輸入信號與該些第一參考信號以依序產生該前期比較結果以及該粗略比較結果的步驟包括：針對該輸入信號分別與該些第一參考信號進行比較並依序產生N個位元的該前期比較結果以及N個位元的該粗略比較結果，其中N為大於1的整數。
如申請專利範圍第16項所述之類比數位轉換方法，其中依據該前期選擇信號選擇該些第二參考信號中的該些初選參考信號，並依據該前期編碼結果選擇該些初選參考信號中的該選中參考信號來與該輸入信號進行比對以產生該細微比較結果的步驟包括：依據該前期選擇信號選擇多數個比較器中的多數個初選比較器；以及依據該前期編碼結果來選擇該些初選比較器中的至少一選中比較器以執行比較動作，其中，該些比較器分別接收該些第二參考信號，該些比較器並共同接收該輸入信號。
如申請專利範圍第16項所述之類比數位轉換方法，其中依據該前期選擇信號選擇該些第二參考信號中的該些初選參考信號，並依據該前期編碼結果選擇該些初選參考信號中的該選中參考信號來與該輸入信號進行比對以產生該細微比較結果的步驟包括：依據該前期選擇信號提供該些初選參考信號至多數個比較器；以及依據該前期編碼結果來選擇該些比較器中的至少一選中比較器以執行比較動作。
如申請專利範圍第15項所述之類比數位轉換方法，其中更包括：針對該粗略比較結果及該細微比較結果進行編碼以產生一類比數位轉換結果。