模擬數字的轉換方法及其相關模擬數字轉換器技術

本發明專利技術公開了一種模擬數字的轉換方法及其相關模擬數字轉換器。所述轉換方法包含有通過一模擬信號對一電容充電，以取樣所述模擬信號的電壓；在所述電容的電壓等于所述模擬信號的電壓時，耦接所述電容以及多個參考電壓至一比較器，以比較所述電容的電壓與所述多個參考電壓并產生一第一比較結果；在所述第一比較結果的狀態改變時，耦接所述電容至一斜波產生器，以比較所述斜波產生器的一斜波信號與一壓差并產生一第二比較結果；在所述第二比較結果的狀態改變時，取得所述斜波信號的一第一電壓值；以及根據所述第一參考電壓以及所述斜波信號的所述第一電壓值，取得所述模擬信號的一數字碼。

【技術實現步驟摘要】
模擬數字的轉換方法及其相關模擬數字轉換器
本專利技術涉及一種模擬數字轉換的方法及其模擬數字轉換器，尤其涉及一種利用多重參考電壓以及單一斜波產生器實現兩階式模擬數字的轉換方法及其模擬數字轉換器。
技術介紹
圖像感應器演變成速度越來越快，且能更精確地捕捉各種實物（例如，可見光，紅外線，...）的圖像。例如，以10M畫素以上捕捉每秒120張圖的手持相機已經成為日常生活商品。同樣地，極快速（每秒10,000張圖）以及超準確的科學感應器以用來發展生命科學、機器人、建筑等。為了市場的需求，不斷改善這些影像，需要從系統的設計和技術創新著手。例如，提高速度和感應器質量，多個整合電路互相堆棧，以實現的簡潔影像器。此外，新的讀出架構開發，以實現更高的讀取速度。然而，這需要模擬數字轉換器（analog-to-digitalconverters，ADC）的設計創新，減少面積和功耗，同時提高速度和分辨率。隨著集成電路制程技術的進步，模擬數字轉換器輸出的一數字信號的位數越來越高。也就是說，數字信號代表的量值與輸入的模擬信號越來越接近。當然，數字信號的位數提高亦表示模擬數字轉換器的電路復雜度上升、布局面積增加與噪聲抵抗需求提高。下述的專利文件教導模擬數字轉換器及其相關的方法。美國專利號US20120025062公開一種混合式模擬數字轉換器、一影像感應器以及用來提供多個數字碼的方法。然而，實現所述專利需要大量的電容必須利用較大的像素感應器。因此，難以實現小體積的影像感應器。IEEE文件“Multiple-RampColumn-ParallelADCArchitecturesforCOMSImageSensor”公開一種影像器，其具有平行處理模擬數字，并根據根據一多重斜波單一斜率模擬數字轉換器。其缺點在于需要多組斜波產生器，導致耗電問題。歐洲專利號EP1351490公開一種改善讀取電路的影像感應器。以及美國專利號US6670904公開一種用于互補式金屬氧化物半導體的雙斜波模擬數字轉換器。然而，上述專利的實現方式僅局限于一線性法（Linearsearch）。
技術實現思路
因此，本專利技術的主要目的即在于公開一種模擬數字的轉換方法，以達到減省電源消耗以及縮短轉換時間。本專利技術公開一種模擬數字的轉換方法。所述轉換方法包含有通過所述模擬信號對一電容充電，以取樣所述模擬信號的電壓；在所述電容的電壓等于所述模擬信號的電壓時，耦接所述電容以及多個參考電壓至一比較器，以比較所述電容的電壓與所述多個參考電壓并產生一第一比較結果；在所述第一比較結果的狀態改變時，耦接所述電容至一斜波產生器，以比較所述斜波產生器的一斜波信號與所述多個參考電壓的一第一參考電壓以及所述電容的電壓間的一壓差并產生一第二比較結果；在所述第二比較結果的狀態改變時，取得所述斜波信號的一第一電壓值；以及根據所述第一參考電壓以及所述斜波信號的所述第一電壓值，取得所述模擬信號的所述數字碼。本專利技術還公開一種模擬數字轉換器。所述模擬數字轉換器包含有復數平行處理列、一參考電壓產生器以及一斜波產生器。所述復數平行處理列用來同時輸入多個模擬信號。其中，每一平行處理列包含有一電容、一第一開關、一第二開關以及一比較器。所述電容用來根據所述多個模擬信號的一模擬信號取樣所述模擬信號的電壓。所述第一開關耦接于所述電容的一第一端，用來控制所述電容的耦接關系。所述第二開關耦接于所述電容的一第二端，用來控制所述電容的耦接關系。所述比較器具有一第一輸入端耦接于所述參考電壓產生器、一第二輸入端耦接于所述每一第二開關以及一輸出端用來產生一第一比較結果以及一第二比較結果。所述參考電壓產生器用來產生多個參考電壓。所述斜波產生器耦接于所述第一開關，用來產生一斜波信號。附圖說明圖1為本專利技術實施例一模擬數字轉換器的示意圖。圖2為本專利技術圖1的模擬數字轉換器10的一時序圖。圖3為本專利技術實施例另一模擬數字轉換器的示意圖。圖4為本專利技術實施例一流程的示意圖。其中，附圖標記說明如下：10、30模擬數字轉換器100參考電壓產生器120斜波產生器130計數器140電容160比較器180邏輯記憶單元40流程400、402、404、406、408、410、412步驟S1、S2開關V、V’電壓T_V+、T_V-輸入端Rmp斜波信號P、Q、N數字碼Vinp_1、Vinp_2、…、Vinp_n模擬信號Colmn_1、Colmn_2、…、Colmn_n平行處理列rv_1、rv_2、…、rv_n、rv_p、rv_p-1參考電壓具體實施方式請參考圖1，圖1為本專利技術實施例一模擬數字轉換器10的示意圖。模擬數字轉換器10可平行處理模擬信號Vinp_1、Vinp_2、…、Vinp_n。模擬數字轉換器10包含有平行處理列Colmn_1、Colmn_2、…、Colmn_n、一參考電壓產生器100、一斜波產生器120以及一計數器130。參考電壓產生器100用來產生參考電壓rv_1、rv_2、….、rv_n，以對模擬信號Vinp_1、Vinp_2、…、Vinp_n執行一粗部比較（coarseconversion）。平行處理列Colmn_1、Colmn_2、…、Colmn_n，用來同時輸入模擬信號Vinp_1、Vinp_2、…、Vinp_n，并平行輸出相對應的數字碼。平行處理列Colmn_1、Colmn_2、…、Colmn_n的每一平行處理列包含有一電容140、開關S1以及S2、一比較器160以及一邏輯記憶單元180。電容140用來取樣模擬信號Vinp_1、Vinp_2、…、Vinp_n的一模擬信號的電壓。開關S1耦接于電容140的一第一端，用來控制電容140的耦接關系。開關S2耦接于電容140的一第二端，用來控制電容140的耦接關系。比較器160具有一第一輸入端T_V-耦接于參考電壓產生器100、一第二輸入端T_V+耦接于開關S2以及一輸出端用來產生比較結果cmpr_1以及比較結果cmpr_2。斜波產生器120，耦接于開關S1，用來產生一斜波信號Rmp，以對所述模擬信號執行一細部轉換（fineconversion）。為了方便說明，僅以平行處理列colmn_1為例。當開關S1為“1”且開關S2為“1”時，電容140的一端耦接至模擬信號Vinp_1，電容140的另一端接地，模擬信號Vinp_1對電容140進行充電。當開關S1為“1”且開關S2為“0”時，電容140耦接至比較器160的第二輸入端T_V+，而比較器160的第一輸入端T_V-耦接至參考電壓產生器100。此時，電容140的電壓被充到模擬信號Vinp_1的電壓，比較器160開始比較電容140的電壓（即，模擬信號Vinp_1的電壓）以及參考電壓rv_1、rv_2、….、rv_n，并產生比較結果cmpr_1。比較器140可采用一二分法（Binarysearch）或一線性法（Linearsearch）比較電容140的電壓與參考電壓rv_1、rv_2、….、rv_n。若采用二分法時，邏輯記憶單元180還包含有一循序漸進緩存器（SuccessiveApproximateRegister，SAR）。較佳地，參考電壓rv_1、rv_2、….、rv_n可以二進制的方式由小到大遞增。若電容140的電壓較參考電壓大時，比較結果cmpr_1為“本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種模擬數字的轉換方法，所述轉換方法包含有：通過一模擬信號對一電容充電，以取樣所述模擬信號的電壓；在所述電容的電壓等于所述模擬信號的電壓時，耦接所述電容以及多個參考電壓至一比較器，以比較所述電容的電壓與所述多個參考電壓并產生一第一比較結果；在所述第一比較結果的狀態改變時，耦接所述電容至一斜波產生器，以比較所述斜波產生器的一斜波信號與所述多個參考電壓的一第一參考電壓以及所述電容的電壓間的一壓差并產生一第二比較結果；在所述第二比較結果的狀態改變時，取得所述斜波信號的一第一電壓值；以及根據所述第一參考電壓以及所述斜波信號的所述第一電壓值，取得所述模擬信號的一數字碼。

【技術特征摘要】
1.一種模擬數字的轉換方法，所述轉換方法包含有：通過一模擬信號對一電容充電，耦接所述電容的一第一端至所述模擬信號，且耦接所述電容的一第二端至一接地，以取樣所述模擬信號的電壓；在所述電容的電壓等于所述模擬信號的電壓時，耦接所述電容的所述第一端至一比較器的一正輸入端，耦接所述電容的所述第二端至所述接地，且選擇性地輸入多個參考電壓至所述比較器的一負輸入端，以比較所述電容的電壓與所述多個參考電壓并產生一第一比較結果；在所述第一比較結果的狀態改變時，耦接所述電容的所述第二端至一斜波產生器，以輸入所述斜波產生器的一斜波信號以及所述電容的電壓的總和值至所述比較器的所述正輸入端，且輸入所述多個參考電壓的一第一參考電壓至所述比較器的所述負輸入端，以比較所述斜波信號以及所述電容的電壓的總和值與所述第一參考電壓間的一壓差并產生一第二比較結果；在所述第二比較結果的狀態改變時，取得所述斜波信號的一第一電壓值；以及根據所述第一參考電壓以及所述斜波信號的所述第一電壓值，取得所述模擬信號的一數字碼。2.如權利要求1所述的轉換方法，其特征在于比較所述電容的電壓與所述多個參考電壓是采用一二分法或一線性法比較所述電容的電壓與所述多個參考電壓。3.如權利要求1所述的轉換方法，其特征在于所述第一比較結果的狀態是在所述電容的電壓與多個參考電壓的一第二參考電壓比較時改變。4.如權利要求3所述的轉換方法，其特征在于所述模擬信號介于所述第一參考電壓與所述第二參考電壓之間。5.如權利要求3所述的轉換方法，其特征在于所述數字碼的一高有效位可由所述第一參考電壓取得，以及所述數字碼的其余一低有效位可由所述斜波信號的所述第一電壓值取得。6.如權利要求1所述的轉換方法，其特征在于所述斜波信號具有一正或負斜率。7.如權利要求6所述的轉換方法，其特征在于所述斜波信號每遞減或遞增一階使得一計數器的一數值隨之遞增一位。8.一種模擬數字轉換器，用來平行處理多個模擬信號，所述模擬數字轉換器包含有：一參考電壓產生器，用來產生多個參考電壓；復數平行處理列，用來同時輸入所述多個模擬信號，其中每一平行處理列包含有：一電容，用來根據所述多個模擬信號的一模擬信號取樣所述模擬信號的電壓，包含有一第一端以及一第二端；一比較器，具有一第一輸入端耦接于所述參考電壓產生器、一第二輸入端以及一輸出端，其中所述輸出端用來產生一第一比較結果以及一第二比較結果；一第一開關，耦接于所述電容的所述第一端，用來控制所述電容的所述第一端耦接于所述模擬信號或所述比較器的所述第二輸入端；以及一...

【專利技術屬性】
技術研發人員：許哲豪，
申請(專利權)人：聯詠科技股份有限公司，
類型：發明
國別省市：中國臺灣;71