高效模擬-數字轉換器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種模擬-數字轉換器。
【背景技術】
[0002] 模擬-數字轉換器（ADc)是用在一些電子系統轉換模擬信號到數字域的基本構 件，使得能在在轉換的信號上做進一步數字處理。典型的應用包括傳感器，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字測試工具。
[000引 ADC能用的能量或者功率在一些應用中是受限的，例如在電池供電的系統中。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。電路設計者基于合適參數選擇SAR ADC或者SigmaDeltaADC應用于特定的應用中。
[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,被引入模擬一數字轉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。
【發明內容】
[000引本
【發明內容】
是用來介紹在詳細說明中描述內容的簡化的概念的集合。本
【發明內容】
不旨在識別權利要求的關鍵特征或者必要特征，也不旨在限制權利要求的范圍。
[0009] 在一個實施例中，提供了一種高效模擬-數字轉換器，包括：禪合到輸入模擬信號 的粗略模擬-數字轉換器，該粗略模擬-數字轉換器被配置為提供輸入模擬信號的近似的 數字表示，禪合到輸入模擬信號的精細模擬-數字轉換器，其中粗略模擬-數字轉換器的 輸出禪合到該精細模擬-數字轉換器，該精細模擬-數字轉換器被配置為設置作為粗略模 擬-數字轉換器的輸出的函數的精細模擬-數字轉換器的輸入范圍。
[0010] 在另一個實施例中，提供了一種模擬-數字轉換器，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字表示的數字參考信號的輸入參考信號端；禪 合到輸入參考信號端的數字-模擬轉換器；和包含禪合到數字-模擬轉換器的量化器的反 饋回路，其中數字-模擬轉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-數字轉換器（eADC)的工作原理；
[0012] 圖2是根據一個或多個實施例的eADC的原理圖； 陽01引圖3是根據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是根據一個或多個實施例的具有動態元件匹配的eADC的原理圖。
【具體實施方式】
[0015] 圖1示出了高效模擬-數字轉換器（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架構結合兩種類型的模擬-數字轉換器，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 字轉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化能量效率，另一個優 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架構中，SAR ADC執行第一模擬輸入的轉換，Sigma Delta ADC通 過使用SAR轉換的結果來執行第二的更精確的轉換。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，該信息被用于調節Sigma Delta ADC的輸入范圍104, W使得包含該模擬輸入。因為運個調節，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。通過結合SAR ADC和Sigma Delta ADC的輸出，可W產生精確的輸入信號的數字 表示。因為SAR ADC不僅僅用于調節Sigma Delta ADC的輸入范圍，轉換器的精確度和噪 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-數字轉換的噪聲 是由Sigma Delta ADC 204確定的。本領域技術人員應該知道，模擬轉換器的能量要求主 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（例如 SAR)來實現。
[0017] 圖2示出了高效模擬-數字轉換器（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。數字處理模塊208結合粗略ADC的數字輸出Dcoarse (N比特組成）和精細ADC的 數字輸出Df ine (M比特組成），來產生整個轉換器（由P > N+M比特組成）的數字輸出。
[0018] 在一個實施例中，參考信號206被用于調節精細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，合理調節它的輸入 范圍，精細ADC 204的參考值被挑選作為粗略ADC 202的函數。特別的，挑選它們，實現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的的輸入輸出轉換函數，庭也,:e ( ?)是它的逆函 數。如果粗略ADC 202的的輸入輸出轉換函數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。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，即通過實現超過范圍。W運種方法， 精細ADC204的輸入范圍被擴大，一直執行之前的不等式，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架構實現，例如Flash轉換器、Sigma Delta轉換器或者SAR轉換器，精細ADC204可W用集成轉換器來實現，例如SigmaDelta 轉換器，斜率轉換器或者雙斜率轉換器。運些通信架構是已知的，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包括數字-模擬變換器值AC) 302和環路濾波器304。在一個實施例中，該環 路濾波器304是模擬濾波器（離散時間或者連續時間或者在一些情況下是兩者結合），它確 定了 Sigma delta調制器310的噪聲成形特性。總