高效模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器。
【背景技術(shù)】
[0002] 模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADc)是用在一些電子系統(tǒng)轉(zhuǎn)換模擬信號到數(shù)字域的基本構(gòu) 件，使得能在在轉(zhuǎn)換的信號上做進一步數(shù)字處理。典型的應(yīng)用包括傳感器，例如溫度傳感 器，濕度傳感器，壓力傳感器，麥克風，無線接收機的基帶和數(shù)字測試工具。
[000引 ADC能用的能量或者功率在一些應(yīng)用中是受限的，例如在電池供電的系統(tǒng)中。因 而，認為高能效的ADC比較好。逐次逼近ADC(SARADC)有最好的能效，但是它們的分辨率 一般都在12bitW下，因此它們不適用于需要高分辨率的應(yīng)用中。如果要求較高的分辨率， SigmaDeltaADC被認為是更好的。即使SigmaDeltaADC的能效比SARADC低，Sigma DeltaADC的分辨率更高，一般可W到20bit或者更多。電路設(shè)計者基于合適參數(shù)選擇SAR ADC或者SigmaDeltaADC應(yīng)用于特定的應(yīng)用中。
[0004] ADC是由它的頻帶寬度定義的，即它可W測量的頻率范圍，和它的信噪比，即它可 W測量的與它引入的噪聲相關(guān)的信號的精確度。ADC的實際帶寬主要通過它的采樣率來表 征，在較少程度上通過它如何處理誤差如偽信號來表征。ADC的動態(tài)范圍是由許多因素影響 的，包括分辨率（可W量化信號到的輸出電平的數(shù)量），線性和準確度（量化電平和真實模 擬信號的匹配程度的好壞）。 陽〇化]ADC的主要性能參數(shù)之一是分辨率，通常用比特化it)來表示。對一個分辨率 為n個bit,輸入范圍在Vmin和Vmax之間的ADC來說，即ADC允許的輸入信號Vin是 Vmin《Vin《Vmax,被引入模擬一數(shù)字轉(zhuǎn)換的噪聲的標準偏差可W用方程式來表達：
陽007] 因而，通過增加ADC的分辨率（n)或者通過減少ADC的輸入范圍（Vmin-Vmax)都 可W得到更低的噪聲。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引本
【發(fā)明內(nèi)容】
是用來介紹在詳細說明中描述內(nèi)容的簡化的概念的集合。本
【發(fā)明內(nèi)容】
不旨在識別權(quán)利要求的關(guān)鍵特征或者必要特征，也不旨在限制權(quán)利要求的范圍。
[0009] 在一個實施例中，提供了一種高效模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，包括：禪合到輸入模擬信號 的粗略模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，該粗略模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器被配置為提供輸入模擬信號的近似的 數(shù)字表示，禪合到輸入模擬信號的精細模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中粗略模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的 輸出禪合到該精細模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，該精細模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器被配置為設(shè)置作為粗略模 擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出的函數(shù)的精細模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸入范圍。
[0010] 在另一個實施例中，提供了一種模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，包括：用于接收模擬輸入信號 的輸入端；用于接收模擬輸入信號的近似數(shù)字表示的數(shù)字參考信號的輸入?yún)⒖夹盘柖耍欢U 合到輸入?yún)⒖夹盘柖说臄?shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器；和包含禪合到數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器的量化器的反 饋回路，其中數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器的輸出禪合到量化器的輸入。
【附圖說明】
[0011] 圖1示出了高效模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器（eADC)的工作原理；
[0012] 圖2是根據(jù)一個或多個實施例的eADC的原理圖； 陽01引圖3是根據(jù)一個或多個實施例的把Sigma delta ADC用作精細ADC的eADC的原 理圖；
[0014] 圖4是根據(jù)一個或多個實施例的具有動態(tài)元件匹配的eADC的原理圖。
【具體實施方式】
[0015] 圖1示出了高效模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器（eADC)的輸入和輸出范圍100。為了得到具 有高分辨率高功率效率的ADC，eADC架構(gòu)結(jié)合兩種類型的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，如SAR ADC和 Sigma Delta ADC，在后面各個實施例中有詳細的描述。在其他的實施例中，兩個模擬-數(shù) 字轉(zhuǎn)換器可能是同種類型，也可能是不同類型，使得其中一個用于優(yōu)化能量效率，另一個優(yōu) 化分辨率。在下文中，詞語"SAR ADC"和"Sigma Delta ADC"僅僅用于做解釋說明，兩者是 可W互相替換的。在eADC架構(gòu)中，SAR ADC執(zhí)行第一模擬輸入的轉(zhuǎn)換，Sigma Delta ADC通 過使用SAR轉(zhuǎn)換的結(jié)果來執(zhí)行第二的更精確的轉(zhuǎn)換。SAR ADC的輸入范圍102與eADC的輸 入范圍是相等的。SAR ADC的輸出用作模擬輸入信號的粗略近似，該信息被用于調(diào)節(jié)Sigma Delta ADC的輸入范圍104, W使得包含該模擬輸入。因為運個調(diào)節(jié)，Sigma Delta輸入范 圍不需要覆蓋全部的eADC的輸入范圍，Sigma Delta ADC的輸入范圍可W比eADC的輸入 范圍小。通過結(jié)合SAR ADC和Sigma Delta ADC的輸出，可W產(chǎn)生精確的輸入信號的數(shù)字 表示。因為SAR ADC不僅僅用于調(diào)節(jié)Sigma Delta ADC的輸入范圍，轉(zhuǎn)換器的精確度和噪 聲僅僅由Sigma Delta ADC的精確度和噪聲確定的。
[0016] 因而，eADC的輸入范圍是由SAR ADC 202確定的，而引入模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換的噪聲 是由Sigma Delta ADC 204確定的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該知道，模擬轉(zhuǎn)換器的能量要求主 要依賴于分辨率，即.能量要求依賴于輸入范圍和模擬轉(zhuǎn)換器引入的噪聲兩者的比例。因 而，相比于具有相同分辨率的標準模擬轉(zhuǎn)化器，運里描述的eADC要求更少的能量，因為1) Sigma Delta ADC具有比eADC更低的分辨率，因為eADC使用更低的輸入范圍；W及2)因 為粗略ADC上有限的要求，粗略ADC可W用具有可W忽略的能量貢獻的高效的架構(gòu)（例如 SAR)來實現(xiàn)。
[0017] 圖2示出了高效模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器（eADC) 200的工作原理。如描述的，具有采樣率 fcoarse的粗略ADC 202和具有采樣率ffine的精細ADC 204并行運行，ffine > fcoarse。 到粗略ADC 202的輸入和到精細ADC 204的輸入被禪合到同一個輸入源210。粗略ADC 202 的輸出206作為參考信號被輸入到精細ADC 204。粗略ADC的輸出206提供輸入信號210 的近似。精細ADC的輸入范圍適用于包括由粗略ADC得到的近似位置。由于精細ADC的輸 入范圍比輸入信號210的輸入范圍小，精細ADC204比具有相同分辨率的標準ADC消耗更少 的能量。數(shù)字處理模塊208結(jié)合粗略ADC的數(shù)字輸出Dcoarse (N比特組成）和精細ADC的 數(shù)字輸出Df ine (M比特組成），來產(chǎn)生整個轉(zhuǎn)換器（由P > N+M比特組成）的數(shù)字輸出。
[0018] 在一個實施例中，參考信號206被用于調(diào)節(jié)精細ADC 204的有效輸出范圍。例如， 如果精細ADC使用參考信號Vp和Vw,精細ADC的輸入范圍介于Vmex= aVp和Vmm= PVw之 間，即Vin是精細ADC的輸入范圍，如果化> Vmax > Vin >化。因此，合理調(diào)節(jié)它的輸入 范圍，精細ADC 204的參考值被挑選作為粗略ADC 202的函數(shù)。特別的，挑選它們，實現(xiàn)W 下不等式：
[001 W 鳴賄:*含怎.0主,,株（化OC。'妨'）含K打妃
[0020] 其中，fcoarse是粗略ADC 202的的輸入輸出轉(zhuǎn)換函數(shù)，庭也,:e ( ?)是它的逆函 數(shù)。如果粗略ADC 202的的輸入輸出轉(zhuǎn)換函數(shù)fcoarse是確定已知的，可W選擇精細ADC 的輸入范圍來包含ADC輸入電壓，即Vmax > Vin > Vmin, Vmax > Vin > Vmin。 陽02U 例如，可W根據(jù)W下公式來選擇精細ADC204的參考值： 陽02引 吟:=方odrse (歸￡()?"￡? ) + Kwe,.rctMge ,/J
[0023] VjV …'充。掃坊e (。如。朽.e )' - 做留e 押
[0024]其中，Vwer rawe,P和V。胃rawe,W是正數(shù)。任何粗略ADC (例如非線性或者噪聲）的附 加誤差可W通過增加V。胃f。。,。,P和VwMf。。,。,W來被容忍，即通過實現(xiàn)超過范圍。W運種方法， 精細ADC204的輸入范圍被擴大，一直執(zhí)行之前的不等式，輸入信號一直在精細ADC204的 輸入范圍中。在運種情況下，eADC200的精確度和噪聲僅僅依賴于SigmaDeltaADC(即精 細ADC204)的精確度和它的參考值的精確度。應(yīng)該注意的是參考值未必是電壓。在一些 實施例中，詞語"參考"可能指代任何其它類型的模擬參考值，例如電路參考、阻抗參考， 電荷參考或者電容參考。 陽0巧]在一些例子中，粗略ADC202可W用任何ADC架構(gòu)實現(xiàn)，例如Flash轉(zhuǎn)換器、Sigma Delta轉(zhuǎn)換器或者SAR轉(zhuǎn)換器，精細ADC204可W用集成轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)，例如SigmaDelta 轉(zhuǎn)換器，斜率轉(zhuǎn)換器或者雙斜率轉(zhuǎn)換器。運些通信架構(gòu)是已知的，因此，在后文中省略進一 步的描述。
[0026] 圖3是解釋使用Sigma Delta ADC作為精細ADC 204的eADC 200的原理圖。該 精細ADC 204包括數(shù)字-模擬變換器值A(chǔ)C) 302和環(huán)路濾波器304。在一個實施例中，該環(huán) 路濾波器304是模擬濾波器（離散時間或者連續(xù)時間或者在一些情況下是兩者結(jié)合），它確 定了 Sigma delta調(diào)制器310的噪聲成形特性?？?