專(zhuān)利名稱(chēng)：模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器。本發(fā)明特別涉及一種多級(jí)流水線(xiàn)型及循環(huán)型的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換技術(shù)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，在移動(dòng)電話(huà)上增加了拍照功能、圖象播放功能、動(dòng)畫(huà)拍攝功能、動(dòng)畫(huà)播放功能等各種的附加功能，提高了對(duì)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(以下，簡(jiǎn)稱(chēng)“AD轉(zhuǎn)換器”)的小型化和省電化的要求。作為這樣的AD轉(zhuǎn)換器的形態(tài)，眾所周知的有構(gòu)成為循環(huán)型的循環(huán)AD轉(zhuǎn)換器(例如，參照專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。圖7示出了現(xiàn)有的循環(huán)AD轉(zhuǎn)換器的構(gòu)成。在此AD轉(zhuǎn)換器150中，經(jīng)由第1開(kāi)關(guān)152輸入的模擬信號(hào)Vin，通過(guò)第1放大電路156被采樣的同時(shí)，通過(guò)AD轉(zhuǎn)換電路158轉(zhuǎn)換為1位(1bit)的數(shù)字量。該數(shù)字量通過(guò)DA轉(zhuǎn)換電路160轉(zhuǎn)換為模擬量，并通過(guò)減法電路162被從輸入模擬信號(hào)Vin中減去。減法電路162的輸出通過(guò)第2放大電路164放大，并且經(jīng)由第2開(kāi)關(guān)154反饋到第1放大電路156。將通過(guò)此反饋的循環(huán)處理反復(fù)進(jìn)行12次得到12位的數(shù)字量。
特開(kāi)平11-145830號(hào)公報(bào)所述的循環(huán)AD轉(zhuǎn)換器，與多級(jí)流水線(xiàn)型的AD轉(zhuǎn)換器相比由于構(gòu)成中的單元數(shù)較少，因此有可以限制電路面積的優(yōu)點(diǎn)。但是，與可以減小電路面積相對(duì)，有時(shí)需要犧牲轉(zhuǎn)換處理速度的提高，所以能實(shí)現(xiàn)將這些相反的性能提高并存的高效的構(gòu)成，成為循環(huán)型的AD轉(zhuǎn)換器中的課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于這種狀況，其目的為在AD轉(zhuǎn)換器中的處理速度提高和電路面積減少之間實(shí)現(xiàn)良好的平衡。
本發(fā)明的某種形式為，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器。此模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，具有多個(gè)包含將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為規(guī)定位數(shù)的數(shù)字量的AD轉(zhuǎn)換電路；將此轉(zhuǎn)換電路的輸出轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的DA轉(zhuǎn)換電路；以及，將此DA轉(zhuǎn)換電路的輸出從輸入的模擬信號(hào)中減去的減法電路的轉(zhuǎn)換單元的同時(shí)，這些多級(jí)的轉(zhuǎn)換單元分別將每個(gè)規(guī)定位的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換順序處理，多級(jí)的轉(zhuǎn)換單元之中至少一部分的級(jí)，還包含將減法電路的輸出反饋到AD轉(zhuǎn)換電路的輸入的電路，將通過(guò)該反饋的循環(huán)處理反復(fù)進(jìn)行規(guī)定次數(shù)，用一部分的級(jí)對(duì)第1輸入模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換期間，在其他級(jí)中對(duì)用不同時(shí)刻輸入的第2輸入模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
多級(jí)的轉(zhuǎn)換單元，將模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換分為對(duì)每個(gè)規(guī)定位的轉(zhuǎn)換來(lái)進(jìn)行流水線(xiàn)處理。此轉(zhuǎn)換單元，可為與包含在多級(jí)流水線(xiàn)型的AD轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換單元相同的構(gòu)成，也可為與循環(huán)型的AD轉(zhuǎn)換器相同的構(gòu)成。另外，也可為將循環(huán)型的AD轉(zhuǎn)換器多級(jí)連接來(lái)使其流水線(xiàn)處理的構(gòu)成。
通過(guò)本形式，由于將現(xiàn)有的多級(jí)流水線(xiàn)型的AD轉(zhuǎn)換器中包含的多級(jí)的轉(zhuǎn)換單元之中的至少一個(gè)級(jí)構(gòu)成為循環(huán)型，與現(xiàn)有的多級(jí)流水線(xiàn)型相比能夠減少電路面積。另一方面，由于用多級(jí)的轉(zhuǎn)換單元將轉(zhuǎn)換分散來(lái)同時(shí)處理，與現(xiàn)有的循環(huán)型AD轉(zhuǎn)換器相比能夠使轉(zhuǎn)換速度提高。
此外，以上的構(gòu)成要素的任意的組合，或用本發(fā)明的構(gòu)成要素或表現(xiàn)在方法、裝置、系統(tǒng)等之間相互地置換的產(chǎn)物，也作為本發(fā)明的方式有效。
通過(guò)本發(fā)明，能夠令A(yù)D轉(zhuǎn)換器的處理速度提高和電路面積減少并存并取得良好的平衡。


圖1表示第1實(shí)施方式中的AD轉(zhuǎn)換器的構(gòu)成的圖。
圖2表示AD轉(zhuǎn)換器的動(dòng)作過(guò)程的時(shí)序圖。
圖3表示第2實(shí)施方式中的AD轉(zhuǎn)換器的構(gòu)成的圖。
圖4表示AD轉(zhuǎn)換器的動(dòng)作過(guò)程的時(shí)序圖。
圖5表示第3實(shí)施方式中的AD轉(zhuǎn)換器的構(gòu)成的圖。
圖6表示AD轉(zhuǎn)換器的動(dòng)作過(guò)程的時(shí)序圖。
圖7表示現(xiàn)有的循環(huán)AD轉(zhuǎn)換器的構(gòu)成的圖。
具體實(shí)施例方式
(第1實(shí)施方式)本實(shí)施方式的AD轉(zhuǎn)換器，通過(guò)2級(jí)的轉(zhuǎn)換單元對(duì)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換進(jìn)行流水線(xiàn)(pipeline)處理。前級(jí)為非循環(huán)型的轉(zhuǎn)換單元，后級(jí)為循環(huán)型的轉(zhuǎn)換單元。
圖1示出了第1實(shí)施方式中的AD轉(zhuǎn)換器的構(gòu)成的圖。AD轉(zhuǎn)換器10，具備第1轉(zhuǎn)換單元12和第2轉(zhuǎn)換單元14。在前級(jí)的第1轉(zhuǎn)換單元12中，輸入模擬信號(hào)Vin輸入到第1AD轉(zhuǎn)換電路20和第1放大電路24中。第1AD轉(zhuǎn)換電路20，將輸入模擬信號(hào)Vin的模擬量轉(zhuǎn)換為4位的數(shù)字量并輸出。此4位的數(shù)字量，在最終數(shù)字補(bǔ)正后，成為AD轉(zhuǎn)換器10所生成的10位的數(shù)字量中高4位(D9～D6)的值。第1AD轉(zhuǎn)換電路20輸出的數(shù)字量，通過(guò)第1DA轉(zhuǎn)換電路22轉(zhuǎn)換為模擬量。第1放大電路24，為將輸入的模擬信號(hào)Vin采樣并保持的采樣保持電路，其增益為1。第1減法電路26，將從第1DA轉(zhuǎn)換電路22輸出的模擬量，與第1放大電路24中保持的模擬量的差輸出。第2放大電路28，為將第1減法電路26的輸出放大的電路，其增益為2。
在后級(jí)的第2轉(zhuǎn)換單元14中，輸入作為第1轉(zhuǎn)換單元12的輸出而從第2放大電路28輸出的模擬信號(hào)。此模擬信號(hào)，經(jīng)由第1開(kāi)關(guān)30輸入到第2AD轉(zhuǎn)換電路34和第3放大電路38中。第2AD轉(zhuǎn)換電路34，將輸入的模擬信號(hào)的值轉(zhuǎn)換為2位的數(shù)字量并輸出。第2AD轉(zhuǎn)換電路34輸出的數(shù)字量，通過(guò)第2DA轉(zhuǎn)換電路36轉(zhuǎn)換為模擬量。第3放大電路38，為將輸入的模擬信號(hào)采樣并保持的采樣保持電路，其增益為2。第2減法電路40，將從第2DA轉(zhuǎn)換電路36輸出的模擬量，與第3放大電路38中保持的模擬量的差輸出。第4放大電路42，為將第2減法電路40的輸出放大并反饋到第2AD轉(zhuǎn)換電路34及第3放大電路38的電路，其增益為2。第4放大電路42放大的信號(hào)經(jīng)由第2開(kāi)關(guān)32被反饋。
通過(guò)第4放大電路42的反饋進(jìn)行的循環(huán)處理的次數(shù)為3次。在最初將第1轉(zhuǎn)換單元12的輸出輸入到第2轉(zhuǎn)換單元14時(shí)，將第1開(kāi)關(guān)30接通并將第2開(kāi)關(guān)32斷開(kāi)，之后，在循環(huán)中將第1開(kāi)關(guān)30斷開(kāi)并將第2開(kāi)關(guān)32接通。在循環(huán)中第2AD轉(zhuǎn)換電路34輸出的數(shù)字量，最終成為AD轉(zhuǎn)換器10輸出的10位數(shù)字量的從高位數(shù)的第5、6位(D5、D4)，第7、8位(D3、D2)，第9、10位(D1、D0)的值。這樣，10位數(shù)之中的高4位由作為前級(jí)的第1轉(zhuǎn)換單元12轉(zhuǎn)換，低6位由作為后級(jí)的第2轉(zhuǎn)換單元14轉(zhuǎn)換。后級(jí)的處理速度設(shè)定為比前級(jí)的處理速度高，雖然前級(jí)和后級(jí)的處理量不同，但轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間是相同的。即，雖然后級(jí)比前級(jí)的處理的負(fù)荷高，前后級(jí)的處理可以同時(shí)地并行實(shí)行。
圖2示出了AD轉(zhuǎn)換器10的動(dòng)作過(guò)程的時(shí)序圖。以下，從圖的上面往下依次說(shuō)明。3個(gè)信號(hào)波形分別表示輸入到第1轉(zhuǎn)換單元12的第1時(shí)鐘信號(hào)CLK1；輸入到第2轉(zhuǎn)換單元14的第2時(shí)鐘信號(hào)CLK2；以及，開(kāi)關(guān)信號(hào)SW。第2時(shí)鐘信號(hào)CLK2的頻率為第1時(shí)鐘信號(hào)CLK1的頻率的3倍。第2時(shí)鐘信號(hào)CLK2，可基于CLK1使用PLL等進(jìn)行倍頻來(lái)生成。第2時(shí)鐘信號(hào)CLK2，其上升沿與第1時(shí)鐘信號(hào)CLK1的上升沿同步之后，接下來(lái)的第2個(gè)下降沿與第1時(shí)鐘信號(hào)CLK1的下一個(gè)下降沿同步，再接下來(lái)的第2個(gè)上升沿與第1時(shí)鐘信號(hào)CLK1的再下一個(gè)上升沿同步。由于第2時(shí)鐘信號(hào)CLK2的頻率是第1時(shí)鐘信號(hào)CLK1的頻率的3倍，所以第2轉(zhuǎn)換單元14的轉(zhuǎn)換處理速度也是第1轉(zhuǎn)換單元12的3倍。多級(jí)流水線(xiàn)型的AD轉(zhuǎn)換器，負(fù)責(zé)越高位轉(zhuǎn)換的前級(jí)需要越高程度的轉(zhuǎn)換精度。換言之，作為后級(jí)的第2轉(zhuǎn)換單元14與第1轉(zhuǎn)換單元12相比所要求的轉(zhuǎn)換精度低。因此，第2轉(zhuǎn)換單元14，并不對(duì)其轉(zhuǎn)換精度特別進(jìn)行考慮而是要求轉(zhuǎn)換處理速度要比第1轉(zhuǎn)換單元12的轉(zhuǎn)換處理速度快。
開(kāi)關(guān)信號(hào)SW對(duì)第1開(kāi)關(guān)30進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制的同時(shí)，其反相信號(hào)對(duì)第2開(kāi)關(guān)32進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制。開(kāi)關(guān)信號(hào)SW的周期，與第1時(shí)鐘信號(hào)CLK1的周期相同，并且是第2時(shí)鐘信號(hào)CLK2的周期的3倍。開(kāi)關(guān)信號(hào)SW，其上升沿與第2時(shí)鐘信號(hào)CLK2的下降沿同步之后，下降沿與第2時(shí)鐘信號(hào)CLK2的下一個(gè)下降沿同步。開(kāi)關(guān)信號(hào)SW的下一個(gè)上升沿，與第2時(shí)鐘信號(hào)CLK2的接下來(lái)的第2個(gè)下降沿同步。
第1放大電路24，在第1時(shí)鐘信號(hào)CLK1為高電平時(shí)將輸入的模擬信號(hào)Vin放大，在第1時(shí)鐘信號(hào)CLK1為低電平時(shí)自動(dòng)歸0。第2放大電路28，在第1時(shí)鐘信號(hào)CLK1為低電平時(shí)將第1減法電路26的輸出放大，并在第1時(shí)鐘信號(hào)CLK1為高電平時(shí)自動(dòng)歸0。第1AD轉(zhuǎn)換電路20，在第1時(shí)鐘信號(hào)CLK1為高電平時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換并將D9～D6輸出，在第1時(shí)鐘信號(hào)CLK1為低電平時(shí)自動(dòng)歸0。第1DA轉(zhuǎn)換電路22，在第1時(shí)鐘信號(hào)CLK1為低電平時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，在第1時(shí)鐘信號(hào)為高電平時(shí)成為不確定狀態(tài)。
第1開(kāi)關(guān)30，在開(kāi)關(guān)信號(hào)SW為高電平時(shí)接通，在開(kāi)關(guān)信號(hào)SW為低電平時(shí)斷開(kāi)。第2開(kāi)關(guān)32，在開(kāi)關(guān)信號(hào)SW為低電平時(shí)接通，在開(kāi)關(guān)信號(hào)SW為高電平時(shí)斷開(kāi)。第3放大電路38，將輸入的模擬信號(hào)在第2時(shí)鐘信號(hào)CLK2為高電平時(shí)放大，在第2時(shí)鐘信號(hào)CLK2為低電平時(shí)自動(dòng)歸0。第4放大電路42，第2時(shí)鐘信號(hào)CLK2為低電平時(shí)將第2減法電路40的輸出放大，在第2時(shí)鐘信號(hào)CLK2為高電平時(shí)自動(dòng)歸0。第2AD轉(zhuǎn)換電路34，在第2時(shí)鐘信號(hào)CLK2為高電平時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，在第2時(shí)鐘信號(hào)CLK2為低電平時(shí)自動(dòng)歸0。第2DA轉(zhuǎn)換電路36，在第2時(shí)鐘信號(hào)CLK2為低電平時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，在第2時(shí)鐘信號(hào)為高電平時(shí)成為不確定狀態(tài)。
如圖示，在第2AD轉(zhuǎn)換電路34對(duì)D5、D4及D3、D2進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理期間，第1AD轉(zhuǎn)換電路20對(duì)下一個(gè)輸入的輸入模擬信號(hào)Vin同時(shí)地進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理。通過(guò)這樣的流水線(xiàn)處理，作為AD轉(zhuǎn)換器10整體，能夠以第1時(shí)鐘信號(hào)CLK1為基準(zhǔn)1周期1次地，輸出10位的數(shù)字量。
如以上這樣，在本實(shí)施方式中通過(guò)非循環(huán)型轉(zhuǎn)換單元和循環(huán)型轉(zhuǎn)換單元將模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換進(jìn)行了流水線(xiàn)處理。另外，之所以將作為后級(jí)的第2轉(zhuǎn)換單元14的轉(zhuǎn)換處理速度構(gòu)成為比作為前級(jí)的第1轉(zhuǎn)換單元12快，是因?yàn)榻o后級(jí)的負(fù)荷比給前級(jí)的負(fù)荷高，因此最后與用相同的構(gòu)成及相同的處理速度進(jìn)行轉(zhuǎn)換的循環(huán)AD轉(zhuǎn)換器相比，整體的處理速度得到了提高。另一方面，由于將作為后級(jí)的第2轉(zhuǎn)換單元14構(gòu)成為循環(huán)型，與將全級(jí)用非循環(huán)型轉(zhuǎn)換單元構(gòu)成的現(xiàn)有的多級(jí)流水線(xiàn)型AD轉(zhuǎn)換器相比，電路面積得以縮小。
(第2實(shí)施方式)本實(shí)施方式的AD轉(zhuǎn)換器也與第1實(shí)施方式同樣地用2級(jí)轉(zhuǎn)換單元將模擬轉(zhuǎn)換進(jìn)行流水線(xiàn)處理。但是，前級(jí)和后級(jí)的任意一個(gè)都用循環(huán)型的轉(zhuǎn)換單元構(gòu)成這點(diǎn)與第1實(shí)施方式不同。
圖3，表示第2實(shí)施方式中的AD轉(zhuǎn)換器的構(gòu)成。AD轉(zhuǎn)換器10，備有第1轉(zhuǎn)換單元50和第2轉(zhuǎn)換單元52。在前級(jí)的第1轉(zhuǎn)換單元50中，輸入模擬信號(hào)Vin經(jīng)由第1開(kāi)關(guān)54輸入到第1AD轉(zhuǎn)換電路58和第1放大電路62中。第1AD轉(zhuǎn)換電路58，將輸入的模擬信號(hào)的值轉(zhuǎn)換為2位的數(shù)字量來(lái)輸出。第1AD轉(zhuǎn)換電路58輸出的數(shù)字量，通過(guò)第1DA轉(zhuǎn)換電路60轉(zhuǎn)換為模擬量。第1放大電路62為，將輸入的模擬信號(hào)采樣并保持的采樣保持電路，其增益為2。第1減法電路64，將從第1DA轉(zhuǎn)換電路60輸出的模擬量，和第1放大電路62中保持的模擬量的差進(jìn)行輸出。第2放大電路66為，將第1減法電路64的輸出放大來(lái)反饋到第1AD轉(zhuǎn)換電路58及第1放大電路62的電路，其增益為2。第2放大電路66放大的信號(hào)經(jīng)由第2開(kāi)關(guān)56進(jìn)行反饋。
通過(guò)第2放大電路66的反饋進(jìn)行的循環(huán)處理的次數(shù)為2次。在最初將輸入的模擬信號(hào)Vin輸入到第1轉(zhuǎn)換單元50中時(shí)將第1開(kāi)關(guān)54接通并將第2開(kāi)關(guān)56斷開(kāi)之后，循環(huán)中將第1開(kāi)關(guān)54斷開(kāi)并將第2開(kāi)關(guān)56接通。在循環(huán)中第1轉(zhuǎn)換電路58輸出的數(shù)字量，最終成為AD轉(zhuǎn)換器10輸出的數(shù)字量的從高位數(shù)第1、2位(D9、D8)及第3、4位(D7、D6)的值。
在后級(jí)的第2轉(zhuǎn)換單元52中，輸入作為第1轉(zhuǎn)換單元50的輸出從第1減法電路64輸出的模擬信號(hào)。該模擬信號(hào)，經(jīng)由第3開(kāi)關(guān)68輸入到第2轉(zhuǎn)換電路72及第3放大電路76中。第2AD轉(zhuǎn)換電路72，將輸入的模擬信號(hào)的值轉(zhuǎn)換為2位的數(shù)字量來(lái)輸出。第2AD轉(zhuǎn)換電路72輸出的數(shù)字量，通過(guò)第2DA轉(zhuǎn)換電路74轉(zhuǎn)換為模擬量。第3放大電路76為，將輸入的模擬信號(hào)采樣并保持的采樣保持電路，其增益為2。第2減法電路78，將從第2DA轉(zhuǎn)換電路74輸出的模擬量，和第3放大電路76中保持的面模擬量的差進(jìn)行輸出。第4放大電路80為，將第2減法電路78的輸出放大來(lái)反饋到第2AD轉(zhuǎn)換電路72及第3放大電路76的電路，其增益為2。第4放大電路80放大的信號(hào)經(jīng)由開(kāi)關(guān)70被反饋。
通過(guò)第4放大電路的反饋的循環(huán)處理的次數(shù)為3次。在最初將第1轉(zhuǎn)換單元50的輸出輸入到第2轉(zhuǎn)換單元52時(shí)將第3開(kāi)關(guān)68接通來(lái)將第4開(kāi)關(guān)70斷開(kāi)之后，循環(huán)中將第3開(kāi)關(guān)68斷開(kāi)來(lái)將第4開(kāi)關(guān)70接通。在循環(huán)中第2AD轉(zhuǎn)換電路72輸出的數(shù)字量，最終成為AD轉(zhuǎn)換器10輸出的10位數(shù)字量的從高位數(shù)第5、6位(D5、D6)，第7、8位(D3、D2)和第9、10位(D1、D0)的值。
這樣，10位中的高4位由作為前級(jí)的第1轉(zhuǎn)換單元50進(jìn)行轉(zhuǎn)換，低6位由作為后級(jí)的第2轉(zhuǎn)換單元52進(jìn)行轉(zhuǎn)換。雖然后級(jí)的處理速度設(shè)定為比前級(jí)的處理速度高，但由于前級(jí)和后級(jí)的處理量不同，轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間還是相同的。即，雖然后級(jí)比前級(jí)的處理的負(fù)荷高，但仍能對(duì)前后級(jí)的處理同時(shí)地并行實(shí)行。
圖4示出了AD轉(zhuǎn)換器10的動(dòng)作過(guò)程的時(shí)序圖。以下，從圖的上面往下依次說(shuō)明。5個(gè)信號(hào)波形表示輸入到AD轉(zhuǎn)換器10中的第1時(shí)鐘信號(hào)CLK1；輸入到第1轉(zhuǎn)換單元中的第2時(shí)鐘信號(hào)CLK2；輸入到第2轉(zhuǎn)換單元中的第3時(shí)鐘信號(hào)CLK3；第1開(kāi)關(guān)信號(hào)SW1及第2開(kāi)關(guān)信號(hào)SW2。第2時(shí)鐘信號(hào)CLK2的頻率為第1時(shí)鐘信號(hào)CLK1的頻率的2倍，第3時(shí)鐘信號(hào)CLK3的頻率為第1時(shí)鐘信號(hào)CLK1的頻率的3倍。第2時(shí)鐘信號(hào)CLK2及第3時(shí)鐘信號(hào)CLK3，可分別基于第1時(shí)鐘信號(hào)CLK1使用PLL等進(jìn)行倍增或分頻來(lái)生成。
如圖示，第2時(shí)鐘信號(hào)CLK2，其上升沿與第1時(shí)鐘信號(hào)CLK1的上升沿同步之后，下一個(gè)上升沿與第1時(shí)鐘信號(hào)CLK2的下一個(gè)下降沿同步，再下一個(gè)上升沿與第1時(shí)鐘信號(hào)的再下一個(gè)上升沿同步。第3時(shí)鐘信號(hào)CLK3，其上升沿與第1時(shí)鐘信號(hào)CLK1的上升沿同步之后，接下來(lái)的第2個(gè)下降沿與第1時(shí)鐘信號(hào)CLK1的下一個(gè)下降沿同步，還有接下來(lái)的第2個(gè)上升沿與第1時(shí)鐘信號(hào)CLK1的再下一個(gè)上升沿同步。由于第3時(shí)鐘信號(hào)CLK3的頻率為第2時(shí)鐘信號(hào)CLK2的頻率的1.5倍，第2轉(zhuǎn)換單元52的轉(zhuǎn)換處理速度也為第1轉(zhuǎn)換單元52的處理速度的1.5倍。在本實(shí)施方式中，由于作為后級(jí)的第2轉(zhuǎn)換單元52與第1轉(zhuǎn)換單元50相比也不要求轉(zhuǎn)換精度，所以第2轉(zhuǎn)換單元52的轉(zhuǎn)換處理速度比第1轉(zhuǎn)換單元50的轉(zhuǎn)換處理速度更快。
第1開(kāi)關(guān)信號(hào)SW1對(duì)第1開(kāi)關(guān)54進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制的同時(shí)，其反相信號(hào)對(duì)第2開(kāi)關(guān)56進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制。第2開(kāi)關(guān)信號(hào)SW2對(duì)第3開(kāi)關(guān)68進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制的同時(shí)，其反相信號(hào)對(duì)第4開(kāi)關(guān)70進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制。第1開(kāi)關(guān)信號(hào)SW1及第2開(kāi)關(guān)信號(hào)SW2的各周期與第1時(shí)鐘信號(hào)CLK1的周期相同。第1開(kāi)關(guān)信號(hào)SW1，其下降沿與第2時(shí)鐘信號(hào)CLK2的上升沿同步之后，下一個(gè)上升沿與第2時(shí)鐘信號(hào)CLK2的接下來(lái)的第2個(gè)下降沿同步。第2開(kāi)關(guān)信號(hào)SW2，其下降沿與第3時(shí)鐘信號(hào)CLK3的下降沿同步之后，下一個(gè)上升沿與第3時(shí)鐘信號(hào)CLK3的接下來(lái)的第2個(gè)下降沿同步。
第1開(kāi)關(guān)54，第1開(kāi)關(guān)信號(hào)SW1為高電平時(shí)接通，第1開(kāi)關(guān)信號(hào)SW1為低電平時(shí)斷開(kāi)。第2開(kāi)關(guān)56，第1開(kāi)關(guān)信號(hào)SW1為低電平時(shí)接通，第1開(kāi)關(guān)信號(hào)SW1為高電平時(shí)斷開(kāi)。第1放大電路62，將輸入的模擬信號(hào)在第2時(shí)鐘信號(hào)CLK2為高電平時(shí)放大，第2時(shí)鐘信號(hào)CLK2為低電平時(shí)自動(dòng)歸0。第2放大電路66，第2時(shí)鐘信號(hào)CLK2為低電平時(shí)將第1減法電路64的輸出放大，第2時(shí)鐘信號(hào)CLK2為高電平時(shí)自動(dòng)歸0。第1AD轉(zhuǎn)換電路58，第2時(shí)鐘信號(hào)CLK2為高電平時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，第2時(shí)鐘信號(hào)CLK2為低電平時(shí)自動(dòng)歸0。第1DA轉(zhuǎn)換電路60，在第2時(shí)鐘信號(hào)CLK2為低電平時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，第2時(shí)鐘信號(hào)為高電平時(shí)成為不確定狀態(tài)。
如圖示，第2轉(zhuǎn)換單元52對(duì)D5～D0進(jìn)行變換處理之間，第1轉(zhuǎn)換單元50對(duì)對(duì)應(yīng)下一個(gè)輸入的輸入模擬信號(hào)Vin的D9～D6同時(shí)地進(jìn)行變換處理。通過(guò)這樣的流水線(xiàn)處理，作為AD轉(zhuǎn)換器10整體能夠以第1時(shí)鐘信號(hào)CLK1為基準(zhǔn)，用1周期1次的步幅輸出10位數(shù)字量。
如以上這樣，在本實(shí)施方式中通過(guò)2級(jí)的循環(huán)型轉(zhuǎn)換單元將模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換流水線(xiàn)處理。另外，在作為前級(jí)的第1轉(zhuǎn)換單元50進(jìn)行2次循環(huán)處理期間，作為后級(jí)的第2轉(zhuǎn)換單元52能進(jìn)行3次循環(huán)處理。即，之所以將后級(jí)的轉(zhuǎn)換速度構(gòu)成為比前級(jí)快，是因?yàn)楸绕鹎凹?jí)，后級(jí)中進(jìn)行的處理的負(fù)荷高，因此最后與用相同的構(gòu)成及相同的處理速度進(jìn)行轉(zhuǎn)換的循環(huán)AD轉(zhuǎn)換器相比，整體的處理速度得到了提高。另一方面，由于將作為后級(jí)的第2轉(zhuǎn)換單元14構(gòu)成為循環(huán)型，與將全級(jí)用非循環(huán)型轉(zhuǎn)換單元構(gòu)成的現(xiàn)有的多段流水線(xiàn)型AD轉(zhuǎn)換器相比，電路面積得以縮小。
(第3實(shí)施方式)本實(shí)施方式的AD轉(zhuǎn)換器也與第1、2實(shí)施方式相同地通過(guò)2級(jí)的轉(zhuǎn)換單元將模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換流水線(xiàn)處理。但是，只將前級(jí)用循環(huán)型的轉(zhuǎn)換單元構(gòu)成這點(diǎn)與第1、2實(shí)施方式不同。
圖5，表示第3實(shí)施方式中的AD轉(zhuǎn)換器的構(gòu)成。AD轉(zhuǎn)換器10，備有第1轉(zhuǎn)換單元82和第2轉(zhuǎn)換單元84。在前級(jí)的第1轉(zhuǎn)換單元52中，輸入模擬信號(hào)Vin經(jīng)由第1開(kāi)關(guān)86輸入到第1AD轉(zhuǎn)換電路90和第1放大電路94中。第1AD轉(zhuǎn)換電路90，將輸入的模擬信號(hào)的值轉(zhuǎn)換為3位數(shù)字量來(lái)輸入。第1AD轉(zhuǎn)換電路90輸出的數(shù)字量，通過(guò)DA轉(zhuǎn)換電路92轉(zhuǎn)換為模擬值。第1放大電路94為，將輸入的模擬信號(hào)采樣并保持的采樣保持電路，其增益為2。減法電路96，將從DA轉(zhuǎn)換電路92輸出的模擬量，和第1放大電路94中保持的模擬量的差輸出。第2放大電路98為，將減法電路96的輸出放大來(lái)反饋到第1AD轉(zhuǎn)換電路90及第1放大電路94的電路，其增益為4。第2放大電路98放大的信號(hào)經(jīng)由第2開(kāi)關(guān)88被反饋。
通過(guò)第2放大電路98的反饋進(jìn)行的循環(huán)處理的次數(shù)為2次。在最初將輸入模擬信號(hào)Vin輸入到第1轉(zhuǎn)換單元82時(shí)接通第1開(kāi)關(guān)86來(lái)斷開(kāi)第2開(kāi)關(guān)88，之后，循環(huán)中斷開(kāi)第1開(kāi)關(guān)86來(lái)接通第2開(kāi)關(guān)88。在循環(huán)中第1AD轉(zhuǎn)換器90輸出的數(shù)字量，最終考慮了冗余位后，成為AD轉(zhuǎn)換器10輸出的10位數(shù)字量的高位開(kāi)始數(shù)第1～3位(D9～D7)及第4、5位(D6、D5)的值。
在后級(jí)的第2轉(zhuǎn)換單元84中，輸入作為第1轉(zhuǎn)換單元82的輸出從減法電路96輸出的模擬信號(hào)。該模擬信號(hào)，經(jīng)由第3開(kāi)關(guān)100輸入到第2AD轉(zhuǎn)換電路102中。第2AD轉(zhuǎn)換電路102，將輸入的模擬信號(hào)的值轉(zhuǎn)換為4位的數(shù)字量并輸出。第2AD轉(zhuǎn)換電路102輸出的數(shù)字量，最終成為AD轉(zhuǎn)換器10輸出的10位的數(shù)字量的從高位數(shù)第6～10位(D4～D0)的值。這樣，10位之中高5位由作為前級(jí)的第1轉(zhuǎn)換單元82進(jìn)行轉(zhuǎn)換，低5位由作為后級(jí)的第2轉(zhuǎn)換單元84進(jìn)行轉(zhuǎn)換。雖然前級(jí)和后級(jí)處理量不同，但是轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間相同，故仍能將前后級(jí)的處理同時(shí)地并行實(shí)行。
圖6示出了AD轉(zhuǎn)換器10的動(dòng)作過(guò)程的時(shí)序圖。以下，從圖的上面往下依次說(shuō)明。5個(gè)信號(hào)波形分別表示輸入到AD轉(zhuǎn)換器10中的第1時(shí)鐘信號(hào)CLK1輸入到第1轉(zhuǎn)換單元82中的第2時(shí)鐘信號(hào)CLK2；輸入到第2轉(zhuǎn)換單元84中的第3時(shí)鐘信號(hào)CLK3；第1開(kāi)關(guān)信號(hào)SW1及第2開(kāi)關(guān)信號(hào)SW2。第2時(shí)鐘信號(hào)CLK2的頻率為第1時(shí)鐘信號(hào)CLK1的頻率的2倍，可基于第1時(shí)鐘信號(hào)CLK1使用PLL等進(jìn)行倍增來(lái)生成。第3時(shí)鐘信號(hào)CLK3的頻率與第1時(shí)鐘信號(hào)CLK1的頻率相同。
如圖示，第2時(shí)鐘信號(hào)CLK2，其上升沿與第1時(shí)鐘信號(hào)CLK1的上升沿同步后，下一個(gè)上升沿與第1時(shí)鐘信號(hào)CLK1的下一個(gè)下降沿同步，還有再下一個(gè)上升沿與第1時(shí)鐘信號(hào)CLK1的下一個(gè)上升沿同步。第3時(shí)鐘信號(hào)CLK3為與第1時(shí)鐘信號(hào)CLK1同步的相同的波形。但是，作為變形例，也可令第3時(shí)鐘信號(hào)的CLK3的頻率高于第1時(shí)鐘信號(hào)CLK1。令第3時(shí)鐘信號(hào)CLK3的頻率高于第2時(shí)鐘信號(hào)CLK2的情況下，第2轉(zhuǎn)換單元84的轉(zhuǎn)換處理速度會(huì)比第1轉(zhuǎn)換單元82高。與第1、2實(shí)施方式相同地，作為后級(jí)的第2轉(zhuǎn)換單元84，由于不要求如負(fù)責(zé)更高位的轉(zhuǎn)換的前級(jí)程度的轉(zhuǎn)換精度，所以第2轉(zhuǎn)換單元84的轉(zhuǎn)換速度也可以快于第1轉(zhuǎn)換單元82的轉(zhuǎn)換處理速度。
第1開(kāi)關(guān)信號(hào)SW1對(duì)第1開(kāi)關(guān)86進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制的同時(shí)，其反相信號(hào)對(duì)開(kāi)關(guān)88進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制。第2開(kāi)關(guān)信號(hào)SW2對(duì)第3開(kāi)關(guān)100進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制。第1開(kāi)關(guān)信號(hào)SW1及第2開(kāi)關(guān)信號(hào)SW2的各周期與第1時(shí)鐘信號(hào)CLK1的周期相同。第1開(kāi)關(guān)信號(hào)SW1，其下降沿與第2時(shí)鐘信號(hào)CLK2的上升沿同步之后，下一個(gè)上升沿與第2時(shí)鐘信號(hào)CLK2的接下來(lái)的第2個(gè)下降沿同步。第2開(kāi)關(guān)信號(hào)SW2，以其上升沿及下降沿稍滯后于第1開(kāi)關(guān)信號(hào)SW1的形式，其相位滯后。
第1開(kāi)關(guān)86，第1開(kāi)關(guān)信號(hào)SW1為高電平時(shí)接通，第1開(kāi)關(guān)信號(hào)SW1為低電平時(shí)斷開(kāi)。第2開(kāi)關(guān)88，第1開(kāi)關(guān)信號(hào)SW1為低電平時(shí)接通，第1開(kāi)關(guān)信號(hào)SW1為高電平時(shí)斷開(kāi)。第1放大電路94，將輸入的模擬信號(hào)在第2時(shí)鐘信號(hào)CLK2為高電平時(shí)放大，第2時(shí)鐘信號(hào)CLK2為低電平時(shí)自動(dòng)歸0。第2放大電路98，第2時(shí)鐘信號(hào)CLK2為低電平時(shí)將減法電路96的輸出放大，第2時(shí)鐘信號(hào)CLK2為高電平時(shí)自動(dòng)歸0。第1AD轉(zhuǎn)換電路90，第2時(shí)鐘信號(hào)CLK2為高電平時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，第2時(shí)鐘信號(hào)CLK2為低電平時(shí)自動(dòng)歸0。DA轉(zhuǎn)換電路92，第2時(shí)鐘信號(hào)CLK2為低電平時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，第2時(shí)鐘信號(hào)CLK2為高電平時(shí)成為不確定狀態(tài)。
第3開(kāi)關(guān)100，第2開(kāi)關(guān)信號(hào)SW2為高電平時(shí)接通，第2開(kāi)關(guān)信號(hào)SW2為低電平時(shí)斷開(kāi)。第2AD轉(zhuǎn)換電路102，第3時(shí)鐘信號(hào)CLK3為高電平時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，第3時(shí)鐘信號(hào)CLK3為低電平時(shí)自動(dòng)歸0。
如圖示，第2轉(zhuǎn)換單元84對(duì)D4～D0轉(zhuǎn)換處理期間，第1轉(zhuǎn)換單元82對(duì)對(duì)應(yīng)下一個(gè)輸入的輸入模擬信號(hào)Vin的D9～D5同時(shí)地進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理。通過(guò)這樣的流水線(xiàn)處理，作為AD轉(zhuǎn)換器10整體能夠以第1時(shí)鐘信號(hào)CLK1為基準(zhǔn)1個(gè)周期1次的步幅將10位的數(shù)字量輸出。
如以上，在本實(shí)施方式中通過(guò)2級(jí)的轉(zhuǎn)換單元將數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換流水線(xiàn)處理。與作為前級(jí)的第1轉(zhuǎn)換單元82為循環(huán)型相對(duì)，作為后級(jí)的第2轉(zhuǎn)換單元84，由于為非循環(huán)型的最終級(jí)而不設(shè)置DA轉(zhuǎn)換電路或放大電路、減法電路。因此，雖然與第1、2實(shí)施方式相同地為2級(jí)構(gòu)成的AD轉(zhuǎn)換器，但與它們的構(gòu)成相比單元數(shù)少使得電路面積得以減少。另外當(dāng)然，與將全級(jí)用非循環(huán)型轉(zhuǎn)換單元構(gòu)成的現(xiàn)有的多級(jí)流水線(xiàn)AD轉(zhuǎn)換器相比也能使電路面積得以減少。另一方面，由于用前級(jí)和后級(jí)將轉(zhuǎn)換處理的負(fù)荷分散來(lái)將分別通過(guò)它們的轉(zhuǎn)換進(jìn)行同時(shí)處理，與用1級(jí)構(gòu)成的現(xiàn)有循環(huán)型AD轉(zhuǎn)換器相比整體的轉(zhuǎn)換處理速度得以提高。
以上，基于實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說(shuō)明。此實(shí)施方式為示例，對(duì)其各構(gòu)成要素或各處理過(guò)程的組合可以進(jìn)行各種變形，另外這樣的變形例也在本發(fā)明的范圍內(nèi)，作為該領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解。以下，舉出變形例。
在各實(shí)施方式中雖然將減法電路和將其輸出放大的放大電路分別設(shè)置，在變形例中可將這些一體化地構(gòu)成為減法放大電路。
各實(shí)施方式中所述的AD轉(zhuǎn)換電路的轉(zhuǎn)換位數(shù)和其分配、放大電路的增益，時(shí)鐘周期，轉(zhuǎn)換速度等的參數(shù)僅僅為示例，在變形例中可以采用這些參數(shù)以外的其他數(shù)值。另外在各實(shí)施方式中雖然對(duì)AD轉(zhuǎn)換器由2級(jí)轉(zhuǎn)換單元構(gòu)成的示例進(jìn)行了說(shuō)明，在變形例中也可以用3級(jí)以上的轉(zhuǎn)換單元來(lái)構(gòu)成。
權(quán)利要求
1.一種模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于具有多級(jí)包含將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為規(guī)定位數(shù)的數(shù)字量的AD轉(zhuǎn)換電路；將此轉(zhuǎn)換電路的輸出轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的DA轉(zhuǎn)換電路；以及，將此DA轉(zhuǎn)換電路的輸出從輸入的模擬信號(hào)中減去的減法電路的轉(zhuǎn)換單元，并且這些多級(jí)的轉(zhuǎn)換單元分別對(duì)規(guī)定各位的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換進(jìn)行依次處理；所述多級(jí)的轉(zhuǎn)換單元之中至少一部分的級(jí)，還包含將所述減法電路的輸出反饋到所述AD轉(zhuǎn)換電路的輸入中的電路，并將通過(guò)該反饋的循環(huán)處理反復(fù)進(jìn)行規(guī)定次數(shù)，在用一部分的級(jí)對(duì)第1輸入模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換期間，在其他級(jí)中對(duì)以不同時(shí)刻輸入的第2輸入模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于在所述的多級(jí)的轉(zhuǎn)換單元之中的所有級(jí)中，包含將所述減法電路的輸出反饋到所述AD轉(zhuǎn)換電路的輸入中的電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述多級(jí)的轉(zhuǎn)換單元之中，包含所述進(jìn)行反饋的電路的一部分級(jí)在反復(fù)進(jìn)行規(guī)定次數(shù)的所述循環(huán)處理的期間，包含所述進(jìn)行反饋的電路的其他級(jí)反復(fù)進(jìn)行不同次數(shù)的所述循環(huán)處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述多級(jí)的轉(zhuǎn)換單元之中，包含所述進(jìn)行反饋的電路的一部分級(jí)在反復(fù)進(jìn)行規(guī)定次數(shù)的所述循環(huán)處理期間，包含所述進(jìn)行反饋的電路的其他級(jí)反復(fù)進(jìn)行不同次數(shù)的所述循環(huán)處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于在一部分的級(jí)中用規(guī)定速度對(duì)所述轉(zhuǎn)換進(jìn)行處理，而在其他的級(jí)中用不同速度對(duì)所述轉(zhuǎn)換進(jìn)行處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于在一部分的級(jí)中用規(guī)定速度對(duì)所述轉(zhuǎn)換進(jìn)行處理，而在其他的級(jí)中用不同速度對(duì)所述轉(zhuǎn)換進(jìn)行處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于在一部分的級(jí)中用規(guī)定速度對(duì)所述轉(zhuǎn)換進(jìn)行處理，而在其他的級(jí)中用不同速度對(duì)所述轉(zhuǎn)換進(jìn)行處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于在一部分的級(jí)中用規(guī)定速度對(duì)所述轉(zhuǎn)換進(jìn)行處理，而在其他的級(jí)中用不同速度對(duì)所述轉(zhuǎn)換進(jìn)行處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述多級(jí)的轉(zhuǎn)換單元之中，轉(zhuǎn)換低位的級(jí)，用比轉(zhuǎn)換高位的級(jí)更快的速度對(duì)所述轉(zhuǎn)換進(jìn)行處理。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述多級(jí)的轉(zhuǎn)換單元之中，轉(zhuǎn)換低位的級(jí)，用比轉(zhuǎn)換高位的級(jí)更快的速度對(duì)所述轉(zhuǎn)換進(jìn)行處理。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述多級(jí)的轉(zhuǎn)換單元之中，轉(zhuǎn)換低位的級(jí)，用比轉(zhuǎn)換高位的級(jí)更快的速度對(duì)所述轉(zhuǎn)換進(jìn)行處理。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述多級(jí)的轉(zhuǎn)換單元之中，轉(zhuǎn)換低位的級(jí)，用比轉(zhuǎn)換高位的級(jí)更快的速度對(duì)所述轉(zhuǎn)換進(jìn)行處理。
全文摘要
一種模擬數(shù)字(AD)轉(zhuǎn)換器。AD轉(zhuǎn)換器(10)，用作為前級(jí)的第1轉(zhuǎn)換單元(12)和作為后級(jí)的第2轉(zhuǎn)換單元(14)的2級(jí)的結(jié)構(gòu)，對(duì)模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換進(jìn)行流水線(xiàn)處理。第1轉(zhuǎn)換單元(12)為非循環(huán)型的轉(zhuǎn)換單元，第2轉(zhuǎn)換單元(14)為循環(huán)型的轉(zhuǎn)換單元。第2轉(zhuǎn)換單元(14)的轉(zhuǎn)換處理速度，比第1轉(zhuǎn)換單元(12)的轉(zhuǎn)換處理速度快，在第1轉(zhuǎn)換單元(12)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理期間第2轉(zhuǎn)換單元(14)進(jìn)行2次循環(huán)處理。從而可以使AD轉(zhuǎn)換器的處理速度提高和電路面積減少并存并取得良好的平衡。
文檔編號(hào)H03M1/38GK1604478SQ20041007861
公開(kāi)日2005年4月6日 申請(qǐng)日期2004年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月29日
發(fā)明者和田淳, 小林重人, 谷邦之 申請(qǐng)人:三洋電機(jī)株式會(huì)社