專(zhuān)利名稱：模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(Analog to Digital Converter, ADC)， 特別是有關(guān)于一種快閃式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(flashADC)。
背景技術(shù)：
圖1為傳統(tǒng)快閃式存儲(chǔ)器的一種實(shí)施方式。如圖所示，放大器Ai、 A2、 A3、 A4…等組成一輸入級(jí)放大器陣列102;比較器Q、 C2、 C3、 CV"等組成 一比較器陣列104;閂鎖(latch)L。 L2、 L3、 Ly等組成一閂鎖陣列106。圖中
V2、 V3、 V4…等為一遞增/遞減參考電壓產(chǎn)生器(voltage ladder,未顯示在 圖中)所提供的多個(gè)參考信號(hào)。
輸入級(jí)放大器陣列102負(fù)責(zé)計(jì)算并且放大輸入信號(hào)Vin與參考信號(hào)Vi、
V2、 V3、 V4…等的差值，以產(chǎn)生多個(gè)放大差值a山、ad2、 ad3、 a山…等。比較 器陣列104將所述這些放大差值a山、ad2、 ad3、 ady等與一臨界值(例如0V) 比較，以得到多個(gè)比較結(jié)果cr。 cr2、 cr3、 civ等。閂鎖陣列106的功能如同 編碼器(encoder)，將比較結(jié)果cr^、 cr2、 cr3、 cw等轉(zhuǎn)換成一組數(shù)字信號(hào)D,、
D2、 D3、 D4…等。如此一來(lái)，模擬式的輸入信號(hào)Vin即可被轉(zhuǎn)換成一組數(shù)字?jǐn)?shù)
據(jù)(由D。 D2、 D3、 D4…等所組成)。
如圖1所示，ADC使用到大量的放大器、比較器元件(ArA4…等與d-C4… 等)。此類(lèi)元件通常存在噪音(noise)與轉(zhuǎn)換偏移(offset)等缺陷；這些缺陷將導(dǎo) 致ADC的運(yùn)作出現(xiàn)誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明揭露一種模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中包括一輸入級(jí)放大器陣列、 一輸
4入級(jí)分壓器陣列、 一比較器陣列以及一編碼器。輸入級(jí)放大器陣列負(fù)責(zé)計(jì)算 且放大一輸入信號(hào)與多個(gè)參考信號(hào)的差值以輸出多個(gè)放大差值。輸入級(jí)分壓 器陣列將相鄰的上述放大差值兩兩平均以輸出多個(gè)平均放大差值。比較器陣 列將所述這些平均放大差值與一臨界值比較以輸出多個(gè)比較結(jié)果。編碼器將 所述這些比較結(jié)果轉(zhuǎn)換為一組數(shù)字信號(hào)以標(biāo)示該輸入信號(hào)的大小。
本發(fā)明的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的另一種實(shí)施方式包括一輸入級(jí)放大器陣列、 一輸入級(jí)分壓器陣列、至少一中間級(jí)放大器陣列、 一中間級(jí)分壓器陣列、一 比較器陣列、以及一編碼器。輸入級(jí)放大器陣列負(fù)責(zé)計(jì)算且放大一輸入信號(hào) 與多個(gè)參考信號(hào)的差值，以輸出多個(gè)放大差值。輸入級(jí)分壓器陣列將相鄰的 上述放大差值兩兩平均，以輸出多個(gè)平均放大差值。中間級(jí)放大器陣列負(fù)責(zé) 放大所述這些平均放大差值；其相鄰的輸出端的信號(hào)由上述中間級(jí)分壓器陣 列兩兩平均后傳送至上述比較器陣列與一臨界值作比較。比較器陣列將輸出 多個(gè)比較結(jié)果。編碼器負(fù)責(zé)將所述這些比較結(jié)果轉(zhuǎn)換為一組數(shù)字信號(hào)以標(biāo)示 該輸入信號(hào)的大小。
本發(fā)明的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的另一種實(shí)施方式包括一輸入級(jí)放大器陣列、 至少一中間級(jí)放大器陣列與對(duì)應(yīng)的中間級(jí)分壓器陣列、 一比較器陣列、以及 一編碼器。輸入級(jí)放大器陣列負(fù)責(zé)計(jì)算且放大一輸入信號(hào)與多個(gè)參考信號(hào)的 差值，以輸出多個(gè)放大差值。中間級(jí)放大器陣列負(fù)責(zé)放大所述這些放大差值； 其相鄰的輸出端的信號(hào)由上述中間級(jí)分壓器陣列兩兩平均后耦接至上述比較 器陣列與一臨界值作比較。比較器陣列將輸出多個(gè)比較結(jié)果。編碼器負(fù)責(zé)將 所述這些比較結(jié)果轉(zhuǎn)換為一組數(shù)字信號(hào)以標(biāo)示該輸入信號(hào)的大小。
本發(fā)明可得到效果極佳的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，可以改善數(shù)字信號(hào)的品質(zhì)。


圖1圖解傳統(tǒng)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的一種實(shí)施方式； 圖2圖解本發(fā)明模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的一種實(shí)施方式；圖3圖解本發(fā)明模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的另一種實(shí)施方式；
圖4圖解本發(fā)明模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的另一種實(shí)施方式；以及
圖5解放大器Ai與A2、與分壓器vdu的一種實(shí)施方式。

102:輸入級(jí)放大器陣列；104:比較器陣列； 106:閂鎖陣列；
202:輸入級(jí)放大器陣列；204:輸入級(jí)分壓器陣列； 206:比較器陣列； 208:閂鎖陣列；
302:輸出級(jí)分壓器陣列；
402:中間級(jí)放大器陣列；404:中間級(jí)分壓器陣列； 502: Vin-ad4轉(zhuǎn)換的非線性部分； A,-A4:放大器； ad廣ad4:放大差值；
BrB3:放大器；
Q-C4:比較器； cn-CW比較結(jié)果；
DrD4:數(shù)字信號(hào)； L廣L4:閂鎖；
Mj與M2:放大器A,的差動(dòng)對(duì)； Roa與Rob:放大器At內(nèi)的電阻；
R1A、 R1B、 Rlc、 R1D:分壓器vd"; VrV4:參考信號(hào)；
vdbl-vdb3、 vd『vdi3、 vdol-vdo3 :分壓器；
Vin:輸入信號(hào)；
V。iO-V。^3〉平均放大差值； V。2<l>-V。2<3>:平均比較結(jié)果；以及
V。3<l>-V。3<3>、 V。4<l>-Vo4<3>:信號(hào)。
具體實(shí)施例方式
為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征、和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉 出數(shù)個(gè)實(shí)施例，并配合所附圖式作詳細(xì)說(shuō)明。
圖2圖解本發(fā)明的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的一種實(shí)施方式，其中包括一輸入級(jí) 放大器陣列202、 一輸入級(jí)分壓器陣列204、 一比較器陣列206以及一編碼器 (此實(shí)施例以閂鎖陣列208實(shí)現(xiàn))。輸々級(jí)放大器陣列202由多個(gè)放大器A,、
A2、 A3、 A4…等組成，用以計(jì)算且放大一輸入信號(hào)Vin與多個(gè)參考信號(hào)Vj、
V2、 V3、 V4…等的差值，以輸出多個(gè)放大差值a山、ad2、 ad3、 acU…等。V,、 V2、 V3、 V4…等為一遞增/遞減參考電壓產(chǎn)生器(voltage ladder,未顯示在圖中) 所提供的多個(gè)參考信號(hào)，其值可為連續(xù)遞增/遞減。輸入級(jí)分壓器陣列204可 由多個(gè)分壓器vdu、 vdi2、 Vdi3…等組成。此實(shí)施例以串接的兩個(gè)同阻值電阻實(shí) 現(xiàn)分壓器。各分壓器(vdi,-vdi3…等)耦接在輸入級(jí)放大器陣列202的相鄰輸出 端之間，用以將相鄰的放大差值兩兩平均，以輸出多個(gè)平均放大差值v。^1〉、 V()1<2>、 v。^3〉…等。例如，分壓器vdu負(fù)責(zé)產(chǎn)生放大差值a山與ad2的平均值 V()1<1>;分壓器vdi2負(fù)責(zé)產(chǎn)生放大差值ad2與ad3的平均值V()1<2> 以此類(lèi)推。
比較器d、 C2、 CV"等組成比較器陣列206，將平均放大差值V()1<1〉、 V()1<2>、 v。^3〉…等與一臨界值(例如0伏特)比較以輸出多個(gè)比較結(jié)果cr卜cr2、 cr3…等。編碼器(閂鎖陣列208)將比較結(jié)果cn、 cr2、 ciy-等轉(zhuǎn)換為一組數(shù)字 信號(hào)D!、 D2、 D3…等以標(biāo)示輸入信號(hào)Vin的值。此實(shí)施例以一閂鎖陣列208(由 閂鎖L,、 L2、 L3…等組成)實(shí)現(xiàn)編碼器；在其他實(shí)施方式中，亦可以其他方式 實(shí)現(xiàn)編碼器。
以數(shù)字信號(hào)D2為例，圖1的D2深受放大器A2的噪音(noise)與轉(zhuǎn)換偏移 (offset)等缺陷影響。然而，圖2的實(shí)施方式利用分壓器vdi2，使放大器A2與 A3得以平均分?jǐn)偡糯笃髟脑胍?noise)與轉(zhuǎn)換偏移(offset)等缺陷，進(jìn)而改善
數(shù)字信號(hào)D2的品質(zhì)。
7圖3圖解本發(fā)明模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的另一種實(shí)施方式。相較于圖2，圖3的 比較器陣列206的輸出將更經(jīng)一輸出級(jí)分壓器陣列302處理后方輸入閂鎖陣 列208。如圖所示，輸出級(jí)分壓器陣列302可由多個(gè)分壓器vd^、 vd。2、 vd。3… 等組成。各分壓器(vd。rvd。3…等)耦接在比較器陣列206的相鄰輸出端之間， 用以將相鄰的比較結(jié)果兩兩平均，以輸出多個(gè)平均比較結(jié)果v。20、 v。2<2>、 v。,3》"等。例如，分壓器vd。2負(fù)責(zé)產(chǎn)生比較結(jié)果cn與cr2的平均值v。2<2>; 分壓器vd。3負(fù)責(zé)產(chǎn)生比較結(jié)果cr2與cr3的平均值v。2<3>-以此類(lèi)推。
參閱圖3，以數(shù)字信號(hào)D2為例，在分壓器vdu、 vdi2、 vd。2的作用下，放 大器A、 A2、 A3與比較器d、 C2將平均分?jǐn)偡糯笃髋c比較器元件的噪音(noise) 與轉(zhuǎn)換偏移(offset)等缺陷，進(jìn)而改善數(shù)字信號(hào)D2的品質(zhì)。
圖4為本發(fā)明模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的另一種實(shí)施方式。相較于圖2，輸入級(jí)分 壓器陣列204的輸出還經(jīng)一中間級(jí)放大器陣列402與一中間級(jí)分壓器陣列404 處理后方耦接比較器陣列206。中間級(jí)放大器陣列402由多個(gè)放大器B。 B2、 B3…等組成，用以放大所述這些平均放大差值v。-l〉、 V()1<2>、 v。^3》"等， 以輸出信號(hào)v。30、 v。3<2>、 v。卜3〉…等。中間級(jí)分壓器陣列404對(duì)應(yīng)中間級(jí) 放大器陣列402，可由多個(gè)分壓器vdbi、 vdb2、 vdb3…等組成。此實(shí)施例以串 接的兩個(gè)同阻值電阻實(shí)現(xiàn)分壓器。各分壓器(vdbrvdb3…等)耦接在中間級(jí)放大 器陣列402的相鄰輸出端之間，用以將中間級(jí)放大器陣列402的相鄰輸出兩 兩平均，以產(chǎn)生信號(hào)v。4^、 v。4<2>、 v。4〈3〉…等。例如，分壓器vdb2負(fù)責(zé)產(chǎn)
生V。3〈l〉與V。3〈2〉的平均值V。4<2>;分壓器vdb3負(fù)責(zé)產(chǎn)生V。-2〉與V。-3〉的
平均值、4<3>-以此類(lèi)推。
參閱圖4，以數(shù)字信號(hào)D2為例，在分壓器vdu、 Vdi2、 Vdb2的作用下，放
大器A,、 A2、 A3、 B,、 B2將平均分?jǐn)偡糯笃髋c比較器元件的噪音(noise)與轉(zhuǎn) 換偏移(offset)等缺陷，進(jìn)而改善數(shù)字信號(hào)D2的品質(zhì)。
本發(fā)明亦可在圖4的比較器陣列206后方設(shè)計(jì)圖3所示的輸出級(jí)分壓器 陣列302以更加改善數(shù)字信號(hào)的品質(zhì)。本發(fā)明亦可在包括多個(gè)中間級(jí)放大器陣列的ADC中，設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的中間級(jí) 分壓器陣列(如404)以改善數(shù)字信號(hào)的品質(zhì)。
在本發(fā)明ADC的其他實(shí)施方式中，還可不設(shè)置輸入級(jí)分壓器陣列204或 輸出級(jí)分壓器陣列302，僅于某一或全部中間級(jí)放大器陣列后方設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的中 間級(jí)分壓器陣列(參見(jiàn)402與404);或不設(shè)置輸入級(jí)分壓器陣列204或中間級(jí) 分壓器陣列404，僅設(shè)置輸出級(jí)分壓器陣列302。
凡是運(yùn)用到本發(fā)明所提出的分壓器陣列(204、或302、或404)的裝置，皆 屬于本說(shuō)明書(shū)所欲保護(hù)的范圍。
值得注意的是，本發(fā)明的分壓器乃用來(lái)分壓相鄰放大器的輸出信號(hào)。以 圖4的分壓器vdu為例，乃用來(lái)對(duì)相鄰的放大器A與A2的輸出信號(hào)作分壓。 與以非相鄰的放大器(如A2與A4;甚至對(duì)相隔更遠(yuǎn)，如放大器A,與A4)的輸 出作分壓的技術(shù)比較，本發(fā)明ADC的效能較佳。
圖5圖解放大器A,與A2、與分壓器vdu的一種實(shí)施方式；其中，以A 為例，放大器包括一對(duì)電晶體(如M,與M2)所組成的差動(dòng)對(duì)、與一對(duì)電阻(如 Roa與Rob);并且電阻R!a、 Rm、 Ric、 Rm組成分壓器vdilQ此實(shí)施例中，放 大器A的增益G為
其中，gmQ為差動(dòng)對(duì)的最大轉(zhuǎn)導(dǎo)值。在Roa=Rob=Ro且RiA+Rm-Ric+Rn^Rj 的狀況下，B與C的值為
假設(shè)相鄰放大器的參考電壓差值為Vr(即VrV2=V2- V3=V3-V4=-=VR)， 且差動(dòng)對(duì)的增速驅(qū)動(dòng)電壓(overdrive voltage)為V0VD，貝U(式l)的Y值為
(式l)"化m 。
此外，(式1)的N值為1/Y，其物理意義為圖4的電路中尚未完全截止的 放大器的數(shù)目。
假設(shè)Ro為2KQ、 Ri為200Q、 VovD為100mV、 VR為7.8mV、以及gm0 為2mA/V，(式l)所得的結(jié)果顯示放大器A,的增益G=3.9。若放大器A的下 一級(jí)放大器(如放大器BD的轉(zhuǎn)換偏移(offset)為30mV，則其對(duì)放大器A,的轉(zhuǎn) 換偏移(offset)的影響為30/3.9=7.7mV。
倘若拿相隔遠(yuǎn)，如放大器A!與A4，的輸出作分壓，(式1)的Y將增加為3 倍(VrV^3V"。此時(shí)放大器A,的增益G降為3.2，放大器Ai下一級(jí)放大器 的轉(zhuǎn)換偏移(offset，假設(shè)為30mV)對(duì)放大器Ai的轉(zhuǎn)換偏移(offset)的影響增加 至9.4mV(30/3.9)，效果遠(yuǎn)劣于本案技術(shù)的7.7mV。本發(fā)明分壓相鄰放大器的 輸出信號(hào)的技術(shù)可得到效果極佳的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)。
本發(fā)明雖以數(shù)個(gè)實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明的范圍，任 何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可做些許的更動(dòng)與 潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)以權(quán)利要求所界定的為準(zhǔn)。
10
權(quán)利要求
1.一種模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器包括一輸入級(jí)放大器陣列，計(jì)算且放大一輸入信號(hào)與多個(gè)參考信號(hào)的差值以輸出多個(gè)放大差值；一輸入級(jí)分壓器陣列，將相鄰的所述放大差值兩兩平均以輸出多個(gè)平均放大差值；一比較器陣列，將所述這些平均放大差值與一臨界值比較以輸出多個(gè)比較結(jié)果；以及一編碼器，將所述這些比較結(jié)果轉(zhuǎn)換為一組數(shù)字信號(hào)以標(biāo)示所述輸入信號(hào)的值。
2. 如權(quán)利要求1所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述編碼器更包括: 一輸出級(jí)分壓器陣列，將相鄰的所述比較結(jié)果兩兩平均以輸出多個(gè)平均比較結(jié)果；以及一閂鎖陣列，接收所述這些平均比較結(jié)果以產(chǎn)生所述數(shù)字信號(hào)。
3. —種模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器包括 一輸入級(jí)放大器陣列，計(jì)算且放大一輸入信號(hào)與多個(gè)參考信號(hào)的差值以輸出多個(gè)放大差值；一輸入級(jí)分壓器陣列，將相鄰的所述放大差值兩兩平均以輸出多個(gè)平均 放大差值；至少一中間級(jí)放大器陣列，放大所述這些平均放大差值；對(duì)應(yīng)所述中間級(jí)放大器陣列的一中間級(jí)分壓器陣列，將所述中間級(jí)放大 器陣列的相鄰輸出兩兩平均；一比較器陣列，耦接所述中間級(jí)分壓器陣列，并且將所述中間級(jí)分壓器 陣列的輸出與一臨界值比較以輸出多個(gè)比較結(jié)果；以及一編碼器，將所述這些比較結(jié)果轉(zhuǎn)換為一組數(shù)字信號(hào)以標(biāo)示所述輸入信 號(hào)的值。
4. 如權(quán)利要求3所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述編碼器更包括: 一輸出級(jí)分壓器陣列，將相鄰的所述比較結(jié)果兩兩平均以輸出多個(gè)平均比較結(jié)果；以及一閂鎖陣列，接收所述這些平均比較結(jié)果以產(chǎn)生所述數(shù)字信號(hào)。
5. —種模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器包括一輸入級(jí)放大器陣列，計(jì)算且放大一輸入信號(hào)與多個(gè)參考信號(hào)的差值以輸出多個(gè)放大差值；至少一中間級(jí)放大器陣列，放大所述這些放大差值；對(duì)應(yīng)所述中間級(jí)放大器陣列的一中間級(jí)分壓器陣列，將所述中間級(jí)放大 器陣列的相鄰輸出兩兩平均；一比較器陣列，耦接所述中間級(jí)分壓器陣列，并且將所述中間級(jí)分壓器 陣列的輸出與一臨界值比較以輸出多個(gè)比較結(jié)果；以及一編碼器，將所述這些比較結(jié)果轉(zhuǎn)換為一組數(shù)字信號(hào)以標(biāo)示所述輸入信 號(hào)的值。
6. 如權(quán)利要求4所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述編碼器更包括 一輸出級(jí)分壓器陣列，將相鄰的所述比較結(jié)果兩兩平均以輸出多個(gè)平均比較結(jié)果；以及一閂鎖陣列，接收所述這些平均比較結(jié)果以產(chǎn)生所述數(shù)字信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明揭露一種模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中包括一輸入級(jí)放大器陣列、一輸入級(jí)分壓器陣列、一比較器陣列以及一編碼器。輸入級(jí)放大器陣列負(fù)責(zé)計(jì)算且放大一輸入信號(hào)與多個(gè)參考信號(hào)的差值以輸出多個(gè)放大差值。輸入級(jí)分壓器陣列將相鄰的上述放大差值兩兩平均以輸出多個(gè)平均放大差值。比較器陣列將所述這些平均放大差值與一臨界值比較以輸出多個(gè)比較結(jié)果。編碼器將所述這些比較結(jié)果轉(zhuǎn)換為一組數(shù)字信號(hào)以標(biāo)示該輸入信號(hào)的值。本發(fā)明可得到效果極佳的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，可以改善數(shù)字信號(hào)的品質(zhì)。
文檔編號(hào)H03M1/06GK101640538SQ200810131308
公開(kāi)日2010年2月3日 申請(qǐng)日期2008年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月1日
發(fā)明者王威評(píng), 蔡志厚 申請(qǐng)人:揚(yáng)智科技股份有限公司