[发明专利]按照逐次逼近法原理运行的具有冗余权重的模拟/数字转换器的二进制网络

说明书

技术领域

本发明涉及用于按照逐次逼近法的原理运行的模拟/数字转换器的数字/模拟转换的二进制网络。本发明还涉及包括对应的二进制网络的模拟/数字转换器以及涉及按照逐次逼近法原理的数字/模拟转换的对应的方法。

背景技术

逐次逼近法的功能原理表示一种用于模拟/数字转换器的重要的操作方法。在该方法中，所要求的数字值在迭代搜索过程中被确定。为此目的，通过一个比较器把要被转换的模拟输入电压与模拟阈值电压进行比较。该数字/模拟转换器的数字输入字由一个连接于比较器之后的逼近寄存器生成，该寄存器也称作SAR(逐次逼近寄存器)。按照在比较器输出端上的信号通过系统地改变数字输入字，可以使该数字输入字逐次地逼近所要求的数字值。

为实现在模拟/数字转换器内部的数字/模拟转换器，例如，可以使用二进制网络，其中，在所有情况下具有特定权重值的权重被分配给输入字的每一个比特，按照各自的比特值该权重可以被切换。二进制网络的权重是二进制加权的，即其权重值以2的幂彼此相关。这种二进制网络例如通过二进制加权的电流源、R-2R电阻网络或二进制加权的电容器实现。

图1表示按照逐次逼近法的原理的模拟/数字转换器的一个实施例的简化框图，该转换器使用数字/模拟转换的二进制网络。因为在此通过电容器实现权重，所以该方法也可以被称作电荷再分配法。图1所示的模拟/数字转换器具有一个分辨率为N＝3比特的数字输出字D_out。通过三个电容器C3、C2和C1，实现该二进制网络的权重，其中，在所有情况下电容器C3、C2和C1按照所示顺序从MSB(最高有效比特)开始，被分配给所要求的输出字D_out的一个比特。由于二进制加权，下面的公式应用于电容值Ci(i∈[1，......，3])：

Ci＝Cj·2^(i-j)    (方程1)

如果LSB(最低有效位)的电容器C1的电容值被规范化为一个单位的容量，则为剩余的电容器C2和C3获得图1中所输入的电容值。

附加的电容器C1′被用于补偿增益误差，因为输入电荷被存储于8个电容单元而不是没有C1′的7个电容单元的一个总电容中。在所有情况下电容器C3、C2、C1以及C1′连接于一个与比较器COMP的正极输入端连接的公共电荷节点K。

在取样阶段(也称作顺序阶段)，节点K连接于地(此处未显示)，而在所有情况下电容器C3、C2、C1以及C1′的底部端子分别经由单独的开关S1到S3以及S1′连接于输入电压V_in。这导致用取决于输入电压V_in的电荷对节点K的充电。

在随后的转换阶段之初，对地的连接(此处未显示)被打开，而在所有情况下电容器C3、C2、C1以及C1′的底部端子分别经由开关S1到S3以及S1′连接于地。因为在该过程期间节点K处的电荷维持不变，所以节点K的电位跳变为-V_in。

在此之后，电容器C3、C2和C1经由开关S1到S3顺序连接于参考电压V_ref。二进制网络固有的数字/模拟转换器的开关S1到S3由与比较器COMP的输出端上所连接的SAR所控制。在本装置中，SAR的数字控制信号D_ctrl对应于输出字D_out(除了用于开关位置V_in的切换信息外)。

在所有情况下，通过在每一次电荷再分配后对节点K的电位与地电位的比较，可以决定要发现的数字字D_out的从MSB开始到LSB的一个比特。

同样可以想到，为了减少切换能量把一个权重的电容拆分为一些单个的电容。

代替使用如上所述的用于数字字的二进制搜索策略，使用具有冗余的数字/模拟转换器的非二进制方法也是可能的。虽然由于冗余性这些需要更多的时钟周期，但其可以被更迅速地进行时钟控制以致这样的非二进制搜索策略(例如使用1.85而不是2的底数)仍然能够更快速地产生结果。

与二进制网络相比，非二进制网络有其不利之处：使用非二进制网络，单个权重原则上呈现较差的匹配，并且权重的任何自我校准都是复杂的。

发明内容

本发明的目的是，规定一种用于按照逐次逼近法原理运行的模拟/数字转换器的数字/模拟转换的二进制网络，其可以用与非二进制网络相似的速度进行时钟控制以及仍然应用二进制网络的简单电路技术。本发明的另一个目的是，规定对应的模拟/数字转换器和用于模拟数字转换的对应的方法。