[发明专利]模数转换器

说明书

技术领域

本发明涉及用于将颤振施加到模数转换器的装置和方法，以及涉及包括这种装置的模数转换器。 

背景技术

通常希望模数转换器应当具有良好的分辨率，而且也呈现良好的线性。转换器的分辨率由其转换的位数来表示。典型的高性能转换器呈现14位或18位的分辨率。然而，用户还应当注意模数转换器的其它性能度量，如整体非线性(INL)和差分非线性(DNL)。差分非线性是指由模数转换器产生的每个离散码的相对步长。在理想情况下，如果将斜坡输入电压施加于模数转换器，则从一个数字码到下一个数字码的每一次过渡应当是沿模拟斜坡等间隔的。然而，差分非线性误差会导致这些过渡变为非等间隔的。设想将模拟值分类到不同的数字“容器(bin)”中而由此每个容器应当具有相同的尺寸可能是有用的。差分非线性可以用最低有效位的尺寸来表达。可以看到，通过使用图2所示的DNL描述，具有大于-1LSB(-1LSB＜DNL误差)的差分非线性的转换器保证没有失码。为了最优化的直流性能，DNL误差在所有的码上应当是零。 

虽然制造商努力使得差分非线性最小化，但工艺变化和对于制造器件可达到的物理精度的限制几乎不可避免地意味着仍将存在某些DNL误差。 

US 5,010,339公开了一种配置，其中标准模数转换器被结合于包括位于该模数转换器前面的加法器的附加外部电路中。加法器在第一输入端接收要被转换的信号，并在第二输出端接收数模转换器的输出。驱动模数转换器，以便在转换之前将变化的、但已知的电压加到模拟信号。这导致具有相同值的重复的输入电压信号被转换到模数转换器的不同容器中，从而由于不等的容器宽度而使DNL误差最小化。然而，这种电路增加了模数转换器的复杂性，且附加电路可能是偏移误差和增益误差的源。 

US 7,015,853公开了一种提供有N个电容器的开关电容器阵列的转换器。这些电容器中的K个可以在其余N-K个电容器对输入信号进行采样期间被切换到+Vref。当逐次近似转换开始时，全部N个电容器被牵涉到搜索过程中，因此在用于对输入进行采样的N-K个电容器与不对输入进行采样的那K个电容器之间出现电荷重新分布。这必然引起电路中的增益误差。另外，颤振是单极性的(即，仅具有单个符号)。 

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种模数转换器，其包括：用于参加逐次近似转换的第一组电容器，每个电容器具有至少一个相关的开关，用于将电容器的端子可控地连接到第一参考电压或第二参考电压；具有对应开关的第二组电容器，这些开关用于将其电容器连接到第三参考电压或第四参考电压；以及用于生成位序列的序列发生器，其中，在第一组电容器中的至少一些电容器对输入进行采样期间，或进行样本转换期间，序列发生器的输出被提供给第二组电容器的开关，以控制第二组电容器中的给定电容器被其相关的开关连接到第三参考电压还是第四参考电压，使得能够将颤振施加于模数转换器。 

因此可以使用电容器向被采样的输入提供受控扰动。对基本上相同的输入值的多次转换使得在转换过程中由于在每个单独的采样点施加不同的扰动从而使输入值被分配到不同的“容器”中。这造成DNL误差的改善，显著减小了失码的可能性，且在设计优良的转换器中，有效的地保证没有失码。 

第三参考电压和第四参考电压可以等于第一参考电压和第二参考电压。 

第二组中的电容器优选地不参加SAR转换。 

然而，第二组电容器中的电容器也可以被用于求平均步骤中，在该求平均步骤中，进行一次或多次平均转换，然后在前的转换结果(例如，在传统的SAR转换(但任选地可施加颤振)中对电容器CN到C1进行连续设置和测试而得到的)通过多个校正转换被修改，每个校正转换可造成的对转换结果的改变通常是小的，例如约1或0.5LSB。 

第一组电容器被包括在SAR转换中，这样，例如，如果转换器提供第N位的结果，则在第一组电容器中有N个电容器，加上可能被提供以允许冗余的任何附加电容器。 

有益的是，电容器阵列中的一些电容器用于对输入信号进行采样，以及参与其转换。 

优选地，第二组电容器选自电容器阵列中的最低有效电容器。 

有益地，具有基本上在0.5到2LSB的范围内的位权数(bit weight)的多个电容器被提供为开关电容器阵列中的附加电容器，这些电容器构成第二组电容器。 

有益地，第二组电容器是电容器阵列的整体组成部分，虽然可替选地，它们可以被形成为通过耦合电容器连接到主电容器阵列的副阵列。主阵列本身可以是分段阵列。