TWI514777B - 預測性逐漸逼近式類比數位轉換裝置及其方法 - Google Patents

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Description

預測性逐漸逼近式類比數位轉換裝置及其方法
本發明係有關類比至數位轉換器(analog-to-digital converter；ADC)，特別是一種預測性逐漸逼近式類比數位轉換器。
類比至數位轉換器有多種架構，例如：快閃式(flash)ADC、管路式(pipelined)ADC、逐漸逼近式(successive-approximation-register；SAR)ADC等。這些架構各有各的優點，通常會依據不同的應用需求來選定。其中，逐漸逼近式ADC較其他架構消耗較低功率、較小面積及較低成本。
傳統上，SAR ADC都是採用二元搜索演算法(binary search algorithm)來得到與輸入信號相匹配的數位輸出碼。在轉換過程中，根據每一次比較器的比較結果，SAR ADC中之數位類比轉換電路通常都需要加或減掉一個二進制比例的電壓，到最後一個位元週期(bit cycle)結束之後，輸入信號與參考電壓的差距就會小於一個最低有效位元(least significant bit；LSB)。然而，在過程中有可能把一個大電壓加到一個原本很小的電壓差，然後又要慢慢把電壓差縮小，這樣會造成很多不必要的功耗與能量的浪費。並且，此架構需要較多的時脈週期(即，位元週期)才能產出輸出，因此較不利於高速操作。
對於增快SAR ADC的速度，有幾個目前已知的技術。一種技術是採用每次週期解出超過一個位元的方式。於此方式中，於每個時脈週期採用三個比較器來一次解出兩個位元，因此對於8位 元的SAR ADC可以用四個時脈週期來完成轉換而不需要八個時脈週期。另一種技術是利用錯誤補償來容忍穩定誤差(settling error)，因此可以加快每個比較的時脈週期，在DAC的電壓還沒完全穩定前，便可以進行比較。再一種技術是利用次二進位的SAR ADC來容忍穩定誤差，以加快SAR ADC的速度。
在一實施例中，一種預測性逐漸逼近式類比數位轉換裝置包括：一逐漸逼近式類比數位轉換器以及一偵測電路。逐漸逼近式類比數位轉換器包括：第一比較器、數位類比轉換器以及逐漸逼近式控制電路。
第一比較器具有一第一輸入端、一第二輸入端及一輸出端。第一比較器的第一輸入端用以接收一第一類比信號，而第一比較器的第二輸入端用以接收一第二類比信號。數位類比轉換器電性連接第一比較器的第二輸入端。逐漸逼近式控制電路耦接數位類比轉換器的控制端及第一比較器的輸出端。
逐漸逼近式控制電路用以使用逐漸逼近式演算法控制數位類比轉換器的輸出，並且依據第一比較器的比較結果產生一數位信號。當第一類比信號和第二類比信號的差值小於一閥值時，偵測電路致使數位信號中對應差值所屬之比較週期之位元強制決定為一第一數值。其中，閥值是小於或等於一個最小有效位元所表示的電壓增量的一半。
在一實施例中，一種預測性逐漸逼近式類比數位轉換裝置包括：一逐漸逼近式類比數位轉換器以及一偵測電路。逐漸逼近式 類比數位轉換器包括：放大器、第一比較器、數位類比轉換器以及逐漸逼近式控制電路。
放大器用以以相同放大倍率放大一第一類比信號和一第二類比信號。第一比較器具有一第一輸入端、一第二輸入端及一輸出端。第一比較器的第一輸入端用以接收放大後之第一類比信號，而第一比較器的第二輸入端用以接收放大後之第二類比信號。數位類比轉換器電性連接第一比較器的第二輸入端。逐漸逼近式控制電路耦接數位類比轉換器的控制端及第一比較器的輸出端。
逐漸逼近式控制電路用以使用逐漸逼近式演算法控制數位類比轉換器的輸出，並且依據第一比較器的比較結果產生一數位信號。當放大後之第一類比信號和放大後之第二類比信號的差值小於放大倍率之閥值時，偵測電路致使數位信號中對應差值所屬之比較週期之位元強制決定為一第一數值。其中，閥值是小於或等於一個最小有效位元所表示的電壓增量的一半。
在一實施例中，一種預測性逐漸逼近式類比數位轉換方法，包括：於各個比較週期利用一比較器比較一第一類比信號和一第二類比信號、於各個比較週期以逐漸逼近式演算法提供對應之第二類比信號、依據比較器的比較結果產生一數位信號、於各個比較週期依據一閥值偵測第一類比信號和第二類比信號的差值，以及當差值小於閥值時，將數位信號中對應差值所屬之比較週期之位元強制決定為一第一數值。其中，閥值是小於或等於一個最小有效位元所表示的電壓增量的一半。
在一實施例中，一種預測性逐漸逼近式類比數位轉換方法， 包括：於各個比較週期以相同放大倍率放大一第一類比信號和一第二類比信號、於各個比較週期利用一比較器比較放大後的第一類比信號和放大後的第二類比信號、於各個比較週期以逐漸逼近式演算法提供對應之第二類比信號、依據比較器的比較結果產生一數位信號、於各個比較週期依據放大倍率之一閥值偵測第一類比信號和第二類比信號的差值，以及當差值小於放大倍率之閥值時，將數位信號中對應差值所屬之比較週期之位元強制決定為一第一數值。其中，閥值是小於或等於一個最小有效位元所表示的電壓增量的一半。
綜上所述，應用根據本發明之預測性逐漸逼近式類比數位轉換裝置及其方法來進行逐漸逼近式類比數位轉換，得以於增快傳統SAR ADC的速度，但不用增加多餘比較週期(即，位元週期)，也不需要校正三個比較器之前的偏移問題(offset)。
在根據本發明之預測性逐漸逼近式類比數位轉換裝置及其方法中，針對SAR搜尋過程增加預測的功能，如果滿足部份條件，強制決定此比較週期的位元數值。並且，更直接預測剩餘的位元數值，進而可省下實際花比較週期解出剩餘位元的時間。
參照第1圖，以一個單端輸入之三位元SAR ADC 110做例子，其中「VCM 」為輸入的共模電壓、「Vi」為輸入電壓、「VIP 」為正參考電壓、「VIN 」為負參考電壓，以及「C1」和「C2」為SAR ADC 110中之數位類比轉換器(digital-to-analog converter；DAC)於搜尋過程中所需切換的電容。
參照第2圖，以進行輸入電壓Vi的轉換為例，在SAR ADC 110的搜尋過程中，最左側之八個區間表示此三位元SAR ADC之八個量化階級，以中間虛線表示比較器112判斷位元是邏輯1或是邏輯0之比較準位Vth_cmp。當輸入電壓Vi較比較器112的比較準位Vth_cmp低時，比較器112輸出的位元Bn為0；反之，當輸入電壓Vi較比較準位Vth_cmp高時，則輸出的位元Bn為1。其中，n為1、2或3。也就是說，n對應於SAR ADC 110的位元數之正整數。於第2圖中以實線表示之波形為於SAR ADC110的搜尋過程中輸入電壓Vi的暫態波形，並且「VLSB 」為一個LSB所表示的電壓增量。
此輸入電壓Vi之正常SAR ADC轉換後之數位輸出信號為[B1,B2,B3]=[0,1,0]，其中B1為MSB，且B3為LSB。在根據本發明之預測性逐漸逼近式類比數位轉換裝置及其方法中，於第二次比較週期，發現比較的輸入信號Vi非常接近比較器112的比較準位Vth_cmp，則將此次(第二次)的輸出位元(B2)強制給為邏輯1，即P2=1，並且將剩餘的位元(B3)皆預測為邏輯0，即P3=0，因此產生之數位輸出信號為[B1,P2,P3]=[0,1,0]。換言之，若是經由比較器112的輸出或輸入發現比較器112的輸入為非常接近比較準位Vth_cmp之信號(於此，「非常接近」是指二者之差值小於1/2個LSB量化階級的大小)，則可以經由強制給輸出位元(P(n=i))的邏輯值並且加上預測剩餘的位元(P(n=i+1)~P(n=N))，其中N為LSB。因此，可在不損失轉換準確性下，略過剩餘位元的轉換。其中，i為小於或等於最大有效位元(most significant bit；MSB) 之正整數。Pn是指強制決定或預測之輸出位元，而非比較器112的輸出位元(Bn)。
第3圖顯示於SAR ADC110的搜尋過程中輸入電壓Vi的暫態波形的另一種可能的狀況。參照第3圖，此種狀況的輸入電壓Vi在正常SAR ADC轉換後，產生的數位輸出信號為[B1,B2,B3]=[0,0,1]。同樣的，在根據本發明之預測性逐漸逼近式類比數位轉換裝置及其方法中，於第二次比較週期，比較器112的輸入電壓Vi非常接近比較器112的比較準位Vth_cmp，因此儘管第二個輸出位元(B2)真正比較後的輸出應為0，但仍將第二個輸出位元(B2)強制為1，即P2=1，並且將剩餘的位元(B3)皆預測為0，即P3=0，並中斷後續的比較週期，此時可以得到數位輸出信號為[B1,P2,P3]=[0,1,0]。雖然以強制決定及預測所得到的數位輸出信號([B1,P2,P3]=[0,1,0])與正常轉換所得到的數位輸出信號([B1,B2,B3]=[0,0,1])有一個LSB的差距，但並不會影響到ADC轉換的線性度。
第4圖顯示三位元之SAR ADC的轉換曲線。參照第4圖，橫軸為類比輸入信號的大小，而縱軸為輸出數位碼(即，數位輸出信號中的對應位元)。偏左側的階梯狀實線為原本不做預測動作之SAR ADC之理想轉換曲線，而偏右側的階梯狀實線為根據本發明之預測性SAR ADC之理想轉換曲線。假設判斷比較器112的輸入電壓是否非常接近的標準為一致且此判斷標準為小於一個LSB所表示的電壓增量VLSB 的一半(例如：小於預測性視窗的寬度D的一半)，則按照此預測性SAR ADC之操作所得到的轉換曲線只 會得到一個等校大小等於預設性視窗的大小之平移。
至於平移之方向，端看強制之輸出位元為0或是1。對於使用二元搜索演算法之SAR ADC，若是強制為1，則剩餘之位元則預測為0；反之，若是強制為0，則剩餘之位元則預測為1。因此，SAR ADC之轉換不會有線性度的損失。在根據本發明之預測性逐漸逼近式類比數位轉換裝置及其方法中，對於使用二元搜尋演算法之SAR ADC，較佳地採用強制決定為1，剩餘位元預測為0，如此可較省實現之硬體。
第5A及5B圖顯示於SAR ADC110的搜尋過程中輸入電壓Vi的暫態波形的又另一種可能的狀況。參照第5A及5B圖，於此，在第一個位元即發生二輸入信號很接近的狀況，在根據本發明之預測性逐漸逼近式類比數位轉換裝置及其方法中，則可以得到所有輸出碼皆為強制決定或預測而產生之數位輸出信號([P1,P2,P3]=[1,0,0])，但皆不會影響轉換之線性度。
在一實施例中，利用比較器112之特性來做逐漸逼近式演算法(SAR)的預測行為。如果比較器112的二輸入信號非常接近，則實施前段所描述之強制決定及預測行為，以提早結束SAR ADC之轉換操作。至於判斷比較器112之輸入是否非常接近，可以利用比較器112的雙端輸出行為來偵測得知。參照第6圖，「OUTp」及「OUTn」為比較器112的兩個輸出，而「Vth_ms」為亞穩態(meta-stable state)的判別準位；若是比較器112的二輸入信號非常之接近，兩個輸出OUTp、OUTn會經過比較長的時間分開得到一個完整的邏輯1(以高電壓準位表示)和邏輯0(以低電壓準位 表示)。於分開前，兩個輸出OUTp、OUTn會有段時間處於分不開的狀態，一般稱之為亞穩態。因此，若能偵測到亞穩態之發生即表示比較器112的二輸入信號是非常接近的。
在一些實施例中，用以偵測亞穩態之偵測電路可以利用輔助之比較器，或是一個可分辨同時為高邏輯狀態之數位邏輯閘，例如：及閘(AND gate)或反及閘(NAND gate)。在一實施例中，數位邏輯閘的二輸入端分別接收比較器112的雙端輸出OUTp、OUTn。以反及閘為例，參照第7圖，動態反及閘包括串接在輸出端Nout及接地之間的兩電晶體M1、M2，且兩電晶體M1、M2的控制端分別接收比較器112的雙端輸出OUTp、OUTn。當動態反及閘的輸出端Nout輸出邏輯0即表示偵測到比較器112的輸出的亞穩態；同理，以及閘為例，當動態及閘的輸出端Nout輸出邏輯1即表示偵測到比較器112的輸出的亞穩態。
在一些實施例中，參照第8圖，可於比較器112之前設計一前置放大器AMP，利用前置放大器ANMP先將比較器112的二輸入信號作相同放大倍率(A)之放大處理。前置放大器AMP將放大後的輸入信號提供給比較器112使用並且給偵測輸入信號大小之偵測電路130做輸入。透過前置放大器AMP將1個LSB之大小放大至容易偵測的範圍內，再由放大後的輸入信號來判斷二輸入信號的差值是否小於一閥值。其中，此閥值是小於或等於1個LSB所表示的電壓增量的一半。較佳地，此閥值是等於1個LSB所表示的電壓增量的一半。在第8圖中，N表示位元數，而n為不大於N之整數。並且，「C」及「2C」表示對應之電容的電容 值。
另外，對於有採用穩態誤差(settling error)校正技術之SAR ADC，其強制決定數值的行為和預測數值的行為將視其校正技術增加之冗餘週期(redundant cycle)而有所不同，但可以利用一個查找表(lookup table)得到不失去線性度轉換之強制決定及預測數值。參照第9圖，以十位元SAR ADC 110為例，DAC中之電容C1~C11的分配方式使得SAR ADC 110有容忍穩定誤差之能力，但是此SAR ADC 110在一般演算過程下需要12個比較週期。在根據本發明之預測性逐漸逼近式類比數位轉換裝置及其方法中，則可以將發生小於閥值之比較週期所對應的位元以及剩餘比較週期所對應的位元強制決定為0，經過容忍穩定誤差之校正電路後，先得到原始十位元之數位信號Sout[1：N]，再利用下表一之查找表得到發生小於閥值之比較週期所對應之補償信號Scom[1：N]，其中補償信號Scom[1：N]於表一之數值，由左至右為MSB至LSB，並且將補償信號Scom[1：N]與原始之數位信號Sout[1：N]做相加，而得到等同於前所述之強制決定和預測之行為下的數位輸出信號Sp[1：N]，並且不失去線性度。其中，查找表中記錄所有比較週期各自對應的補償信號。「240C」、「128C」、「64C」、「32C」、「16C」、「15C」、「8C」、「4C」、「2C」及「C」表示對應之電容C1~C11的電容值。
在一實施例中，參照第10及11圖，預測性逐漸逼近式類比數位轉換裝置包括：一逐漸逼近式類比數位轉換器110以及一偵測電路130。逐漸逼近式類比數位轉換器110包括：第一比較器112、數位類比轉換器114以及逐漸逼近式控制電路116。
第一比較器112的第一輸入端接收一第一類比信號V1。第一比較器112的第二輸入端電性連接數位類比轉換器114的輸出端，並且接收數位類比轉換器114的輸出(即，第二類比信號V2)。逐漸逼近式控制電路116耦接數位類比轉換器114的控制端及第一比較器112的輸出端。
逐漸逼近式控制電路114使用逐漸逼近式演算法控制數位類比轉換器114的輸出。在一實施例中，數位類比轉換器114是在 逐漸逼近式控制電路116的控制下，基於類比輸入信號Vinput、共模電壓VCM 、正參考電壓VIP 和負參考電壓VIN 輸出第二類比信號V2。於此，第一類比信號V1可為共模電壓(VCM )，而第二類比信號V2可為輸入電壓(Vi)。在一實施例中，數位類比轉換器114包含具有從MSB至LSB之複數個位元的電容陣列及耦接電容陣列之開關陣列。而逐漸逼近式控制電路116透過控制開關陣列而逐一調整一預定數目之各位元的電壓準位，以致使數位類比轉換器114提供第二類比信號V2。
並且，逐漸逼近式控制電路116會依據第一比較器112的比較結果產生一數位輸出信號Sp[1：N]。於此，Sp[N]為LSB，而Sp[1]為MSB。當偵測電路130偵測到第一類比信號V1和第二類比信號V2的差值小於一閥值時，
偵測電路130致使數位輸出信號Sp[1：N]中對應差值所屬之比較週期之位元Sp[i]強制決定為一第一數值。其中，此閥值是小於或等於1個LSB所表示的電壓增量VLSB 的一半。較佳地，此閥值是等於1個LSB所表示的電壓增量VLSB 的一半。
於此，第一比較器112的輸出可為單端信號，或者為雙端信號。逐漸逼近式演算法可為二元搜索演算法。
在一些實施例中，當差值小於閥值時，偵測電路130致使將數位輸出信號Sp[1：N]中低於對應差值所屬之比較週期(i)的位元Sp[i+1：N]的各個位元強制決定為一第二數值。其中，第一數值與第二數值為相反數，例如：0和1。
在一些實施例中，當差值小於閥值時，偵測電路130致動逐 漸逼近式控制電路116以停止後續比較運作。
在一些實施例中，參照第10圖，偵測電路130能透過偵測第一類比信號V1和第二類比信號V2來得知第一類比信號V1和第二類比信號V2的差值是否小於閥值。其中，此閥值是小於或等於1個LSB所表示的電壓增量VLSB 的一半。較佳地，此閥值是等於1個LSB所表示的電壓增量VLSB 的一半。
於此，偵測電路130可包括第二比較器。第二比較器的第一差動輸入端分別電性連接第一比較器112的第一輸入端和第二輸入端。第二比較器的第二差動輸入端則接收閥值。若以閥值為1/2電壓增量VLSB 為例，第二比較器的第二差動輸入端即是接收具有1/2電壓增量VLSB 的電壓信號。
在一些實施例中，參照第11圖，偵測電路130能透過偵測第一比較器112的輸出OUTp、OUTn的亞穩態來得知第一類比信號V1和第二類比信號V2的差值是否小於一閥值。其中，此閥值是小於或等於一個LSB所表示的電壓增量VLSB 的一半。較佳地，此閥值是等於1個LSB所表示的電壓增量VLSB 的一半。在一些實施例中，偵測電路130可包括第二比較器。第二比較器的輸入端分別接收第一比較器112的輸出OUTp、OUTn。在一些實施例中，偵測電路130可包括數位邏輯閘。數位邏輯閘的輸入端分別接收第一比較器112的輸出OUTp、OUTn。
參照第12圖，逐漸逼近式類比數位轉換器110採用穩態誤差校正技術。於此，數位類比轉換器114是在逐漸逼近式控制電路114的控制下，基於共模電壓VCM 、正參考電壓VIP 和負參考電壓 VIN 輸出第二類比信號V2。並且，第一類比信號V1是取樣保持電路118在逐漸逼近式控制電路114的控制下，進行類比輸入信號Vinput的取樣保持處理而產生。於此，第一類比信號V1可為輸入電壓(Vi)，而第二類比信號V2可相應於共模電壓(VCM )。
在此實施例中，偵測電路130包括加法電路132、補償電路134以及偵測單元136。
加法電路132的第一輸入端耦接逐漸逼近式控制電路114的輸出端，以接收逐漸逼近式控制電路114輸出之數位信號Sout[1：N]。加法電路132的第二輸入端耦接補償電路134的輸出端。加法電路132的控制端耦接偵測單元136的輸出端。
補償電路134依據記錄複數個比較週期分別對應之複數個補償信號Scom[1：N]的查找表於各比較週期輸出對應之補償信號Scom[1：N]給加法元件132。於此，補償電路134可藉由逐漸逼近式控制電路114得知當前執行的比較週期，並且從查找表中取得對應當前比較週期的補償信號Scom[1：N]。
偵測單元136能透過偵測第一比較器112的輸入(第一類比信號V1和第二類比信號V2)或輸出OUTp、OUTn來得知第一類比信號V1和第二類比信號V2的差值是否小於一閥值。其中，此閥值是小於或等於一個LSB所表示的電壓增量VLSB 的一半。較佳地，此閥值是等於1個LSB所表示的電壓增量VLSB 的一半。
當第一類比信號V1和第二類比信號V2的差值小於閥值時，偵測單元136致動加法電路132將接收到的數位信號Sout[1：N]與補償信號Scom[1：N]相加以產生一數位輸出信號Sp[1：N]。其中， 數位輸出信號Sp[1：N]中差值所屬之比較週期(i)所對應之位元Sp[i]為第一數值。
在一些實施例中，當第一類比信號V1和第二類比信號V2的差值小於閥值時，偵測單元136更致使逐漸逼近式控制電路116停止後續比較運作(即，不執行後續的比較週期)。
在一些實施例中，第一比較器112的輸入信號亦可先經由前置放大器AMP放大一放大倍率A再進行比較。此時，偵測電路130的判斷標準由前述之閥值變成放大倍率A之閥值。舉例來說，以閥值為一個LSB所表示的電壓增量VLSB 的一半(即，VLSB /2)為例，判斷標準則是由VLSB /2變成放大倍率A之電壓增量VLSB 的一半(即，A×VLSB /2)。
綜上所述，應用根據本發明之預測性逐漸逼近式類比數位轉換裝置及其方法來進行逐漸逼近式類比數位轉換，得以於增快傳統SAR ADC的速度，但不用增加多餘比較週期(即，位元週期)，也不需要校正三個比較器之前的偏移問題(offset)。
110‧‧‧逐漸逼近式類比數位轉換器
112‧‧‧比較器
114‧‧‧數位類比轉換器
116‧‧‧逐漸逼近式控制電路
118‧‧‧取樣保持電路
130‧‧‧偵測電路
132‧‧‧加法電路
134‧‧‧補償電路
136‧‧‧偵測單元
VCM ‧‧‧共模電壓
Vi‧‧‧輸入電壓
VIP ‧‧‧正參考電壓
VIN ‧‧‧負參考電壓
Bn‧‧‧位元
Vth_com‧‧‧比較準位
Vth_ms‧‧‧判別準位
VLSB ‧‧‧電壓增量
D‧‧‧寬度
OUTp‧‧‧輸出
OUTn‧‧‧輸出
Nout‧‧‧輸出端
AMP‧‧‧前置放大器
N‧‧‧位元數
Vinput‧‧‧類比輸入信號
C1‧‧‧電容
C2‧‧‧電容
C3‧‧‧電容
C4‧‧‧電容
C5‧‧‧電容
C6‧‧‧電容
C7‧‧‧電容
C8‧‧‧電容
C9‧‧‧電容
C10‧‧‧電容
C11‧‧‧電容
C‧‧‧電容值
2C‧‧‧電容值
4C‧‧‧電容值
8C‧‧‧電容值
15C‧‧‧電容值
16C‧‧‧電容值
32C‧‧‧電容值
64C‧‧‧電容值
128C‧‧‧電容值
240C‧‧‧電容值
V1‧‧‧第一類比信號
V2‧‧‧第二類比信號
Sp[1：N]‧‧‧數位輸出信號
Sout[1：N]‧‧‧數位信號
Scom[1：N]‧‧‧補償信號
第1圖為根據本發明之預測性逐漸逼近式類比數位轉換裝置中一實施例之逐漸逼近式類比數位轉換器(SAR ADC)的示意圖。
第2圖為第1圖之逐漸逼近式類比數位轉換器的第一實施例之操作示意圖。
第3圖為第1圖之逐漸逼近式類比數位轉換器的第二實施例之操作示意圖。
第4圖為第1圖之SAR ADC的轉換曲線之示意圖。
第5A圖為第1圖之SAR ADC的第三實施例之操作示意圖。
第5B圖為第1圖之SAR ADC的第四實施例之操作示意圖。
第6圖為第1圖之比較器的輸出之一實施例之示意圖。
第7圖為根據本發明之預測性逐漸逼近式類比數位轉換裝置中偵測電路之一實施例之示意圖。
第8圖為根據本發明第一實施例之預測性逐漸逼近式類比數位轉換裝置的示意圖。
第9圖為根據本發明第二實施例之預測性逐漸逼近式類比數位轉換裝置的示意圖。
第10圖為根據本發明第三實施例之預測性逐漸逼近式類比數位轉換裝置的示意圖。
第11圖為根據本發明第四實施例之預測性逐漸逼近式類比數位轉換裝置的示意圖。
第12圖為根據本發明第五實施例之預測性逐漸逼近式類比數位轉換裝置的示意圖。
110‧‧‧逐漸逼近式類比數位轉換器
112‧‧‧比較器
114‧‧‧數位類比轉換器
116‧‧‧逐漸逼近式控制電路
130‧‧‧偵測電路
Vinput‧‧‧類比輸入信號
V1‧‧‧第一類比信號
V2‧‧‧第二類比信號
Bn‧‧‧位元
Sp[1：N]‧‧‧數位輸出信號

Claims (28)

  1. 一種預測性逐漸逼近式類比數位轉換裝置，包括：一逐漸逼近式類比數位轉換器，包括：一第一比較器，具有一第一輸入端、一第二輸入端及一輸出端，其中該第一輸入端用以接收一第一類比信號、該第二輸入端用以接收一第二類比信號；一數位類比轉換器，電性連接該第一比較器的該第二輸入端；以及一逐漸逼近式控制電路，耦接該數位類比轉換器的控制端及該第一比較器的該輸出端，以使用逐漸逼近式演算法控制該數位類比轉換器的輸出，並且依據該第一比較器的比較結果產生一數位信號；以及一偵測電路，用以當該第一類比信號和該第二類比信號的差值小於一閥值時，致使該數位信號中對應該差值所屬之比較週期之位元強制決定為一第一數值。
  2. 如請求項1所述之預測性逐漸逼近式類比數位轉換裝置，其中該閥值小於或等於一個最小有效位元所表示的電壓增量的一半。
  3. 如請求項1所述之預測性逐漸逼近式類比數位轉換裝置，其中當該差值小於該閥值時，該偵測電路致使將該數位信號中低於對應該差值所屬之該比較週期的該位元的各個位元強制決定為一第二數值。
  4. 如請求項1所述之預測性逐漸逼近式類比數位轉換裝置，其中 該偵測電路耦接該逐漸逼近式控制電路，並且當該差值小於該閥值時，該偵測電路用以致使該逐漸逼近式控制電路停止後續比較運作。
  5. 如請求項1所述之預測性逐漸逼近式類比數位轉換裝置，其中該偵測電路包括：一加法電路，具有一第一輸入端及一第二輸入端，該第一輸入端用以接收該數位信號；一補償電路，耦接該加法電路的該第二輸入端，以依據記錄複數個比較週期分別對應之複數個補償信號的查找表於各該比較週期輸出對應之該補償信號給該加法元件；以及一偵測單元，用以當該差值小於該閥值時，致動該加法電路將該數位信號與該補償信號相加以產生一數位輸出信號，其中該數位輸出信號中該差值所屬之該比較週期所對應之位元為該第一數值。
  6. 如請求項1所述之預測性逐漸逼近式類比數位轉換裝置，其中該偵測電路包括：一第二比較器，該第二比較器的輸入端耦接至該第一比較器的該輸出端，以偵測該第一比較器的輸出的亞穩態(meta-stable state)，其中當偵測到該亞穩態時，該差值小於該閥值。
  7. 如請求項1所述之預測性逐漸逼近式類比數位轉換裝置，其中該偵測電路包括：一第二比較器，該第二比較器的第一差動輸入端電性連接 該第一比較器的該第一輸入端和該第二輸入端，該第二比較器的第二差動輸入端用以接收該閥值。
  8. 一種預測性逐漸逼近式類比數位轉換裝置，包括：一逐漸逼近式類比數位轉換器，包括：一放大器，用以以相同放大倍率放大一第一類比信號和一第二類比信號；一第一比較器，具有一第一輸入端、一第二輸入端及一輸出端，其中該第一輸入端用以接收放大後之該第一類比信號、該第二輸入端用以接收放大後之該第二類比信號；一數位類比轉換器，電性連接該第一比較器的該第二輸入端；以及一逐漸逼近式控制電路，耦接該數位類比轉換器的控制端及該第一比較器的輸出端，以使用逐漸逼近式演算法控制該數位類比轉換器的輸出，並且依據該第一比較器的比較結果產生一數位信號；以及一偵測電路，用以當放大後之該第一類比信號和放大後之該第二類比信號的差值小於該放大倍率之一閥值時，致使該數位信號中對應該差值所屬之比較週期之位元強制決定為一第一數值。
  9. 如請求項8所述之預測性逐漸逼近式類比數位轉換裝置，其中，其中該閥值小於或等於一個最小有效位元所表示的電壓增量的一半。
  10. 如請求項8所述之預測性逐漸逼近式類比數位轉換裝置，其中當該差值小於該放大倍率之該閥值時，該偵測電路致使將該數位信號中低於對應該差值所屬之該比較週期的該位元的各個位元強制決定為一第二數值。
  11. 如請求項8所述之預測性逐漸逼近式類比數位轉換裝置，其中該偵測電路耦接該逐漸逼近式控制電路，並且當該差值小於該放大倍率之該閥值時，該偵測電路用以致使該逐漸逼近式控制電路停止後續比較運作。
  12. 如請求項8所述之預測性逐漸逼近式類比數位轉換裝置，其中一加法電路，具有一第一輸入端及一第二輸入端，該第一輸入端用以接收該數位信號；一補償電路，耦接該加法電路的該第二輸入端，以依據記錄複數個比較週期分別對應之複數個補償信號的查找表於各該比較週期輸出對應之該補償信號給該加法元件；以及一偵測單元，用以當該差值小於該放大倍率之該閥值時，致動該加法電路將該數位信號與該補償信號相加以產生一數位輸出信號，其中該數位輸出信號中該差值所屬之該比較週期所對應之位元為該第一數值。
  13. 如請求項8所述之預測性逐漸逼近式類比數位轉換裝置，其中該偵測電路包括：一第二比較器，該第二比較器的輸入端耦接至該第一比較器的該輸出端，以偵測該第一比較器的輸出的亞穩態，其中當偵測到該亞穩態時，該差值小於該放大倍率之該閥值。
  14. 如請求項8所述之預測性逐漸逼近式類比數位轉換裝置，其中該偵測電路包括：一第二比較器，該第二比較器的第一差動輸入端電性連接該第一比較器的該第一輸入端和該第二輸入端，該第二比較器的第二差動輸入端用以接收該放大倍率之該閥值。
  15. 一種預測性逐漸逼近式類比數位轉換方法，包括：於複數個比較週期中之各個該比較週期利用一比較器比較一第一類比信號和一第二類比信號；於各個該比較週期以一逐漸逼近式演算法提供對應之該第二類比信號；依據該比較器的比較結果產生一數位信號；於各個該比較週期依據一閥值偵測該第一類比信號和該第二類比信號的差值；以及當該差值小於該閥值時，將該數位信號中對應該差值所屬之比較週期之位元強制決定為一第一數值。
  16. 如請求項15所述之預測性逐漸逼近式類比數位轉換方法，其中該閥值小於或等於一個最小有效位元所表示的電壓增量的一半。
  17. 如請求項15所述之預測性逐漸逼近式類比數位轉換方法，其中當該差值小於該閥值時，更包括：將該數位信號中低於對應該差值所屬之該比較週期的該位元的各個位元強制決定為一第二數值。
  18. 如請求項15所述之預測性逐漸逼近式類比數位轉換方法，其 中該強制決定步驟包括：由記錄複數個比較週期分別對應之複數個補償信號的查找表中得知該差值所屬之該比較週期所對應之該補償信號，其中對應之該補償信號中該差值所屬之該比較週期所對應之位元為該第一數值；以及將該數位信號與該補償信號相加以產生一數位輸出信號。
  19. 如請求項15所述之預測性逐漸逼近式類比數位轉換方法，其中當該差值小於該閥值時，更包括：停止接續之該比較週期的該比較步驟。
  20. 如請求項15所述之預測性逐漸逼近式類比數位轉換方法，其中該偵測步驟包括：接收該第一類比信號、該第二類比信號和該電壓增量的一半；計算該第一類比信號和該第二類比信號的該差值；以及比較該差值和該閥值。
  21. 如請求項15所述之預測性逐漸逼近式類比數位轉換方法，其中該偵測步驟包括：接收該比較器的輸出；偵測該比較器的該輸出的亞穩態；以及當偵測到該亞穩態時，判定該差值小於該閥值。
  22. 一種預測性逐漸逼近式類比數位轉換方法，包括：於複數個比較週期中之各個該比較週期以相同放大倍率放大一第一類比信號和一第二類比信號； 於各個該比較週期利用一比較器比較放大後的該第一類比信號和放大後的該第二類比信號；於各個該比較週期以一逐漸逼近式演算法提供對應之該第二類比信號；依據該比較器的比較結果產生一數位信號；於各個該比較週期依據該放大倍率之一閥值偵測該第一類比信號和該第二類比信號的差值；以及當該差值小於該放大倍率之該閥值時，將該數位信號中對應該差值所屬之比較週期之位元強制決定為一第一數值。
  23. 如請求項22所述之預測性逐漸逼近式類比數位轉換方法，其中該閥值小於或等於一個最小有效位元所表示的電壓增量的一半。
  24. 如請求項22所述之預測性逐漸逼近式類比數位轉換方法，其中當該差值小於該放大倍率之該閥值時，更包括：將該數位信號中低於對應該差值所屬之該比較週期的該位元的各個位元強制決定為一第二數值。
  25. 如請求項22所述之預測性逐漸逼近式類比數位轉換方法，其中該強制決定步驟包括：由記錄複數個比較週期分別對應之複數個補償信號的查找表中得知該差值所屬之該比較週期所對應之該補償信號，其中對應之該補償信號中該差值所屬之該比較週期所對應之位元為該第一數值；以及將該數位信號與該補償信號相加以產生一數位輸出信號。
  26. 如請求項22所述之預測性逐漸逼近式類比數位轉換方法，其中當該差值小於該放大倍率之該閥值時，更包括：停止接續之該比較週期的該比較步驟。
  27. 如請求項22所述之預測性逐漸逼近式類比數位轉換方法，其中該偵測步驟包括：接收放大後的該第一類比信號、放大後的該第二類比信號和該放大倍率之該閥值；計算放大後的該第一類比信號和放大後的該第二類比信號的該差值；以及比較該差值和該放大倍率之該閥值。
  28. 如請求項22所述之預測性逐漸逼近式類比數位轉換方法，其中該偵測步驟包括：接收該比較器的輸出；偵測該比較器的該輸出的亞穩態；以及當偵測到該亞穩態時，判定該差值小於該放大倍率之該閥值。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI650949B (zh) * 2018-02-02 2019-02-11 瑞昱半導體股份有限公司 連續逼近式類比數位轉換器的校正電路與校正方法
TWI703331B (zh) * 2019-09-23 2020-09-01 瑞昱半導體股份有限公司 電壓差量測電路以及相關的電壓差量測方法
TWI726421B (zh) * 2019-09-18 2021-05-01 新唐科技股份有限公司 非同步循序漸進式暫存器類比至數位轉換器

Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI536748B (zh) * 2012-08-06 2016-06-01 瑞昱半導體股份有限公司 連續漸進式類比數位轉換器與連續漸進式類比數位轉換方法
JP5881585B2 (ja) * 2012-11-27 2016-03-09 株式会社東芝 アナログデジタル変換器
JP6205215B2 (ja) * 2013-09-09 2017-09-27 オリンパス株式会社 撮像装置
CN104242934B (zh) * 2014-08-29 2017-12-29 成都锐成芯微科技有限责任公司 带冗余位全异步sar adc亚稳态消除电路与方法
CN106160745B (zh) * 2015-03-31 2019-05-24 智原微电子(苏州)有限公司 模拟数字转换装置及其初始化方法
US10846743B2 (en) 2015-08-14 2020-11-24 Google Llc Displaying content items based on user's level of interest in obtaining content
US9614540B1 (en) 2015-11-06 2017-04-04 International Business Machines Corporation Asynchronously clocked successive approximation register analog-to-digital converter
CN107040260B (zh) * 2016-02-03 2020-09-08 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 异步逐次逼近型模数转换电路
WO2018010082A1 (zh) * 2016-07-12 2018-01-18 深圳市汇顶科技股份有限公司 一种应用于封闭通信系统的信号解调装置及方法
CN106303313B (zh) * 2016-08-12 2019-04-30 中国科学院上海高等研究院 压缩感知cmos图像传感器的量化求和电路
US10436882B2 (en) * 2016-10-20 2019-10-08 Analog Devices Global Unlimited Company Analog-to-digital converters for LIDAR systems
US20180183455A1 (en) * 2016-12-23 2018-06-28 Avnera Corporation Multicore successive approximation register analog to digital converter
CN106992781A (zh) * 2017-03-27 2017-07-28 电子科技大学 二进制电荷重分配型逐次逼近模数转换器的预测量化方法
CN109428595B (zh) * 2017-08-21 2022-06-24 瑞昱半导体股份有限公司 连续逼近式模拟至数字转换的校正装置
US10404264B2 (en) 2017-09-11 2019-09-03 Analog Devices, Inc. Method of performing analog-to-digital conversion
CN107947796A (zh) * 2017-10-24 2018-04-20 西安电子科技大学 基于阈值判别的两步式逐次逼近adc
CN109787632B (zh) * 2017-11-13 2023-05-12 瑞昱半导体股份有限公司 Sar adc的位元错误率预测电路
US10408863B2 (en) * 2017-12-20 2019-09-10 Apple Inc. Reference voltage prediction in memory subsystem
US10236902B1 (en) * 2018-01-18 2019-03-19 Texas Instruments Incorporated Analog-to-digital converter
CN110138384B (zh) * 2018-02-08 2022-09-16 瑞昱半导体股份有限公司 连续逼近式模拟数字转换器的校正电路与校正方法
CN111264078B (zh) * 2018-02-09 2021-08-10 Oppo广东移动通信有限公司 一种资源配置方法及装置、计算机存储介质
US10673455B2 (en) * 2018-05-11 2020-06-02 Texas Instruments Incorporated Sample and hold circuit with indefinite holding time
CN108494405A (zh) * 2018-06-12 2018-09-04 新港海岸(北京)科技有限公司 一种逐次逼近型模数转换器
US10483995B1 (en) * 2019-02-22 2019-11-19 Caelus Technologies Limited Calibration of radix errors using Least-Significant-Bit (LSB) averaging in a Successive-Approximation Register Analog-Digital Converter (SAR-ADC) during a fully self-calibrating routine
CN112578176A (zh) * 2019-09-29 2021-03-30 瑞昱半导体股份有限公司 电压差测量电路以及相关的电压差测量方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5153592A (en) * 1991-04-30 1992-10-06 Texas Instruments Incorporated 16 bit error-correcting digital-to-analog converter
WO2006074306A2 (en) * 2005-01-05 2006-07-13 Fyre Storm, Inc Predictive analog to digital converters and methods of using
US20110050634A1 (en) * 2009-08-28 2011-03-03 Elan Microelectronics Corporation Detector circuit and detect method of a capacitive touch panel

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6738048B1 (en) * 1999-10-29 2004-05-18 Texas Instruments Incorporated Touch screen controller
TW200723077A (en) * 2005-12-14 2007-06-16 Elan Microelectronics Corp Movement detection method for multiple objects on a capacitive touchpad
US8035622B2 (en) * 2008-03-27 2011-10-11 Apple Inc. SAR ADC with dynamic input scaling and offset adjustment
US7876254B2 (en) * 2008-09-30 2011-01-25 Freescale Semiconductor, Inc. Data conversion circuitry having successive approximation circuitry and method therefor
TWI328356B (en) 2008-10-03 2010-08-01 Himax Media Solutions Inc Successive approximation adc with binary error tolerance mechanism
US20100309035A1 (en) * 2009-06-09 2010-12-09 Qinghua Yue Method and apparatus to improve reference voltage accuracy
TWI454064B (zh) * 2010-12-16 2014-09-21 Univ Nat Cheng Kung 具輔助預測電路之逐漸趨近式類比數位轉換器及其方法
CN102427368B (zh) * 2011-11-30 2014-03-12 香港应用科技研究院有限公司 一种高速的逐次逼近寄存器模数转换器

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5153592A (en) * 1991-04-30 1992-10-06 Texas Instruments Incorporated 16 bit error-correcting digital-to-analog converter
WO2006074306A2 (en) * 2005-01-05 2006-07-13 Fyre Storm, Inc Predictive analog to digital converters and methods of using
US20110050634A1 (en) * 2009-08-28 2011-03-03 Elan Microelectronics Corporation Detector circuit and detect method of a capacitive touch panel

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI650949B (zh) * 2018-02-02 2019-02-11 瑞昱半導體股份有限公司 連續逼近式類比數位轉換器的校正電路與校正方法
TWI726421B (zh) * 2019-09-18 2021-05-01 新唐科技股份有限公司 非同步循序漸進式暫存器類比至數位轉換器
TWI703331B (zh) * 2019-09-23 2020-09-01 瑞昱半導體股份有限公司 電壓差量測電路以及相關的電壓差量測方法

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US20140035771A1 (en) 2014-02-06
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