[发明专利]具多阶范围的模拟数字转换器及转换方法与放大电路

说明书

具多阶范围的模拟数字转换器及转换方法与放大电路。该放大电路，用来将一模拟输入电压的电压电平分成多个范围，针对不同范围对应的放大倍率，分别进行信号放大或衰减(例如，放大低电压电平信号，以及衰减高电压电平信号)。多阶模拟数字转换电路对放大或衰减后的模拟输入电压进行模拟数字转换，以产生一放大数字码，再根据放大倍率的倒数及该放大数字码，产生一输出数字码。如此一来，本发明的多阶模拟数字转换电路可适用于高电平范围的输入电压，也可确保低电平范围的输入电压的准确率与量化误差。

技术领域

本发明涉及一种具多阶转换范围的模拟数字转换器、放大电路及相关模拟数字转换方法，适用于高电平范围的输入电压，也可确保低电平范围的输入电压的准确率与量化误差。

背景技术

模拟数字转换器(Analog-to-Digital Converter，ADC)广泛地应用于微控制器领域，然而在使用与设计的过程中，申请人注意到以下两个主要的问题。

第一，当输入来源信号的最大电压电平大于模拟数字转换器的最大允许输入电压电平时，须先对输入来源信号做衰减，才可将衰减后的输入来源信号输入到模拟数字转换器。然而，当上述设计应用在低电压电平的输入来源信号时(例如，电压电平为0～1伏特的小信号)，小信号的数字输出信号的量化误差(Quantization Error)将大于未预做衰减的转换量化误差，如此导致准确率降低。

第二，在特定应用领域中，对低电平范围的小信号的准确率要求较高，然而适用于高电平范围的模拟数字转换器难以确保低电平范围的量化误差。尤其是当采用均匀量化误差设计时，输入来源信号的电压电平越小，则量化误差越大，如此牺牲了小信号的准确率。

因此，实有必要提供一种模拟数字转换器，适用于高电平范围的输入电压，也可确保低电平范围的输入电压的准确率与量化误差。

发明内容

因此，本发明的主要目的即在于提供一种具多阶转换范围的模拟数字转换器、放大电路及相关模拟数字转换方法，适用于高电平范围的输入电压，也可确保低电平范围的输入电压的准确率与量化误差。

本发明公开一种放大电路，用于一多阶模拟数字转换电路，包含一第一比较器、一第一运算放大器、一第一开关、一或非门、一第二运算放大器、一第二开关、一第二比较器、一第三运算放大器、一第三开关。该第一比较器用来根据一第一阈值电压以及一模拟输入信号，输出一第一控制信号。该第一运算放大器用来根据一第一放大倍率，放大该模拟输入信号，以产生一第一放大模拟输入信号。该第一开关耦接于该第一比较器以及该第一运算放大器，用来根据该第一控制信号，控制是否输出该第一放大模拟输入信号，其中当该模拟输入信号实质上小于该第一阈值电压时，该第一开关控制输出该第一放大模拟输入信号。该或非门用来根据该第一控制信号以及一第三控制信号，产生一第二控制信号。该第二运算放大器用来根据一第二放大倍率，放大该模拟输入信号，以产生一第二放大模拟输入信号。该第二开关耦接于该或非门以及该第二运算放大器，用来根据该第二控制信号，控制是否输出该第二放大模拟输入信号，其中当该模拟输入信号实质上大于该第一阈值电压且小于一第二阈值电压时，该第二开关控制输出该第二放大模拟输入信号。该第二比较器，用来根据该第二阈值电压以及该模拟输入信号，输出该第三控制信号。该第三运算放大器用来根据一第三放大倍率，放大该模拟输入信号，以产生一第三放大模拟输入信号。该第三开关耦接于该第二比较器以及该第三运算放大器，用来根据该第三控制信号，控制是否输出该第三放大模拟输入信号，其中当该模拟输入信号实质上大于该第二阈值电压时，该第三开关控制输出该第三放大模拟输入信号。

本发明另公开一种多阶模拟数字转换电路，包含上述公开的该放大电路以及一微控制器。该微控制器耦接于该放大电路，用来对该第一放大模拟输入信号、该第二放大模拟输入信号及该第三放大模拟输入信号中的一个，进行模拟数字转换，以产生一放大数字码，以及根据该放大数字码、该第一控制信号对应的该第一放大倍率、该第二控制信号对应的该第二放大倍率及该第三控制信号对应的该第三放大倍率中的一个，产生一数字输出码。