用于多信道取样sar adc的系统及方法
【专利说明】用于多信道取样SAR ADC的系统及方法
[0001]相关串请案交叉参考
[0002]本申请案主张来自2014年6月18日提出申请的第62/013，634号美国临时申请案的优先权，所述临时申请案的全部揭示内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
[0003]本发明大体来说涉及采用逐次逼近寄存器(SAR)的模/数转换器(ADC)。
【背景技术】
[0004]SAR为在最后针对每一转换会聚于数字输出上之前经由贯穿所有可能量化电平的二进制搜索将连续模拟波形转换成离散数字表示的一种类型的ADC。现在将参考图1A到C描述实例性常规ADC。
[0005]图1A到1C图解说明常规ADC 100。图1A图解说明使用最高有效位评估输入电压的ADC 100，而图1B图解说明使用下一最高有效位评估输入电压的ADC 100，而且图1C图解说明使用最低有效位评估输入电压的ADC 100。
[0006]如图1A中所展示，ADC 100包含取样与保持(S/Η)组件102、比较器104、SAR 106及数/模转换器(DAC)。
[0007]S/Η组件102经布置以从输入线110接收模拟输入电压Vin且经布置以将经取样与保持模拟电压vs输出到输出线112上。S/Η组件102对V ιη进行取样与保持直到需要V ιη为止。
[0008]比较器104经布置以在第一输入处从输出线112接收^且在第二输入处从输出线114接收来自DAC 108的输出电压ν_。比较器104还经布置以将基于\与V _的比较的经比较信号输出到线116。
[0009]SAR 106经布置以从线116接收经比较信号且从时钟线118接收时钟信号。SAR106经布置以将SAR输出值输出到输出线120、122及124以最终提供Vin的近似值的数字表不。
[0010]DAC108经布置以经由参考线111接收参考电压Vraf。DAC 108基于Vraf及来自SAR106的SAR输出值而提供ν_。
[0011]在操作中，常规ADC 100提供对应于模拟输入的数字输出。出于论述的目的，令Vin为3.7V。最初，SAR 106以最高有效位开始且询问“其是否大于4V ? ”数字值“ 1 ”被输出到输出线120，数字值“0”被输出到输出线122且数字值“0”被输出到输出线124，其均被输出到DAC 108。在此实例中，令Vraf为IV，使得V _呈与由SAR 106提供的数字值相关联的IV增量。因此，DAC 108经由输出线114将作为4V的模拟值输出到比较器104。
[0012]比较器104将来自DAC 108的4V与由S/Η组件102提供的3.7V进行比较且指示Vin “不大于4V”，因此将数字“0”输出到SAR 106。
[0013]如图1B中所展示，SAR 106接着将最高有效位复位到“0”且将下一位设置为数字“1”，并且询问“其是否大于2V ? ”数字值“0”被输出到输出线120，数字值“1”被输出到输出线122且数字值“0”被输出到输出线124，其均被输出到DAC 108。
[0014]DAC 108接着经由输出线114将作为2V的模拟值输出到比较器104。
[0015]比较器104将来自DAC 108的2V与由S/Η组件102提供的3.7V进行比较且指示Vin “大于2V”，因此将数字“1”输出到SAR 106。
[0016]如图1C中所展示，SAR 106接着将下一位设置为数字“1”且询问“其是否大于3V ? ”数字值“0”被输出到输出线120，数字值“1”被输出到输出线122且数字值“1”被输出到输出线124，其均被输出到DAC 108。
[0017]DAC 108接着经由输出线114将作为3V的模拟值输出到比较器104。
[0018]比较器104将来自DAC 108的3V与由S/Η组件102提供的3.7V进行比较且指示Vin “大于3V”，因此将数字“1”输出到SAR 106。
[0019]在此时，确定Vin小于4V但大于3V。由于此SAR 106已经历所有位且到达转换的结束，因此在输出线120、122及124上将模拟Vin的数字表示输出为“001”。
[0020]在一些应用中，可需要将多个输入线上的模拟电压或多信道输入转换为数字信号。按惯例，多信道ADC可用于此类转换。现在将参考图2到3描述一些实例性常规多信道 ADC。
[0021]在一种类型的常规多信道ADC中，使用多个SAR ADC来同时并行对模拟电压进行取样及转换。这些经转换信号接着被提供到中央处理部分以供串行输出。将参考图2对此进行描述。
[0022]图2图解说明实例性常规多信道ADC 200。
[0023]如图中所展示，常规多信道ADC 200包含SAR ADC 202、SAR ADC 204、SAR ADC206、SAR ADC 208及控制器组件210。
[0024]SAR ADC 202经布置以从输入线212接收模拟输入电压Vinl且经布置以将数字输出电压Vu输出到输出线214上。SAR ADC 204经布置以从输入线216接收模拟输入电压Vin2且经布置以将数字输出电压乂。2输出到输出线218上。SAR ADC 206经布置以从输入线220接收模拟输入电压Vin3且经布置以将数字输出电压V。3输出到输出线222上。SAR ADC208经布置以从输入线224接收模拟输入电压Vin4且经布置以将数字输出电压乂。4输出到输出线226上。
[0025]控制器组件210经布置以从输出线214接收V&、从输出线218接收乂。2、从输出线222接收L、从输出线226接收且将数字输出电压V _输出到输出线228上。
[0026]在操作中，常规多信道ADC 200并行接收Vinl、Vin2、Vin3及V ιη4。每一模拟输入电压并行转换为相应数字表示。控制器210接着串行地输出数字电压。
[0027]多信道ADC 200的问题是多个SAR ADC需要很多电力且使用大量电路面积(realestate)。此外，由于在每一信道上存在单独ADC，因此存在较高信道与信道不匹配。
[0028]在另一类型的常规多信道ADC中，使用多个S/Η组件来同时对模拟电压进行取样。这些经取样信号接着在串行转换之前提供到PGA。将参考图3对此进行描述。
[0029]图3图解说明另一实例性常规多信道ADC 300。
[0030]如图中所展示，除S/Η组件302、S/Η组件304、S/Η组件306、S/Η组件308及可编程增益放大器(PGA)或有源取样与保持放大器(SHA)310之外，ADC 300还包含图1的ADC100。
[0031]S/Η组件302经布置以从输入线312接收模拟输入电压Vinl且经布置以将经取样与保持模拟电压Vsl输出到输出线314上。S/Η组件304经布置以从输入线316接收模拟输入电压Vin2且经布置以将经取样与保持模拟电压V s2输出到输出线318上。S/Η组件306经布置以从输入线320接收模拟输入电压Vin3且经布置以将经取样与保持模拟电压V 53输出到输出线322上。S/Η组件308经布置以从输入线324接收模拟输入电压Vin4且经布置以将经取样与保持模拟电压Vs4输出到输出线326上。
[0032]PGA 310经布置以从输出线112接收Vinl、从输出线318接收Vin2、从输出线322接收Vin3且从输出线322接收V in40 PGA 310另外经布置以将模拟电压作为Vin输出到线110上。
[0033]在操作中，常规多信道ADC 300借助S/Η组件302、S/Η组件304、S/Η组件306及S/Η组件308并行对Vinl、Vin2、Vin3及V ιη4进行取样与保持。为了确保经取样电压被准确转换，必须将存储于S/Η组件302、304、306及308中的任一者中的全部电压转移到S/Η组件102。为了确保经取样电压被完全转移，提供PGA 310。
[0034]每一模拟输入电压提供到PGA 310，PGA 310串行输出模拟输入电压的经放大版本。比较器104、SAR 106及DAC 108接着以类似于上文参考图1A到C所论述的方式的方式将每一经放大信号串行转换为数字表示。
[0035]多信道ADC 300的问题是PGA或SHA需要很多电力且使用大量电路面积。作为有源电路，PGA及SHA两者将较多噪声及其自身的其它非理想因素引入到电路中，此导致精确电路中的较高误差。
[0036]需要一种使用不需要多个DAC(或ADC)或者不需要任何PGA或任何SHA的单个SAR ADC的无源多信道ADC。
【发明内容】
[0037]本发明提供一种使用不需要多个DAC (或ADC)或者不需要任何PGA或任何SHA的单个SAR ADC的无源多信道ADC。
[0038]本发明的各方面涉及一种包含SAR、比较器、DAC、参考电压线、第一输入线、第二输入线、转换线及无源S/Η组件的装置。所述SAR产生第一逐次逼近指令及第二逐次逼近指令。所述比较器将经比较输出提供到所述SAR。所述DAC连接到所述比较器并且可接收所述第一逐次逼近指令且可接收所述第二逐次逼近指令。所述参考电压线提供参考电压。所述第一输入线提供第一模拟输入电压。所述第二输入线提供第二模拟输入电压。所述转换线连接到所述DAC及所述比较器。所述无源S/Η组件从所述参考电压线接收所述参考电压，在第一时间周期期间对来自所述第一输入线的所述第一模拟输入电压进行取样与保持，在所述第一时间周期期间对来自所述第二输入线的所述第二模拟输入电压进行取样与保持，在第二时间周期处将所述经取样与保持第一模拟输入电压输出到通向所述DAC的所述转换线，且在第三时间周期处将所述经取样与保持第二模拟输入电压输出到通向所述DAC的所述转换线。所述DAC及所述比较器在所述第二时间周期期间基于所述第一逐次逼近指令而将所述经取样与保持第一模拟输入电压转换为第一数字表示。所述DAC及所