直接引出頂階電位而計算次級輸入電壓的多級並行式模數轉換器的製造方法

2023-08-13 09:39:06

直接引出頂階電位而計算次級輸入電壓的多級並行式模數轉換器的製造方法
【專利摘要】本發明是一種縱橫雙並行式ADC，由m-1個前置級ADC和一個末級ADC以及級間連接模塊組成；前置級ADC由多路開關直接引出頂階電位而計算次級輸入電壓，使多級並行式ADC在級內並行的同時實現級間並行，成為縱橫雙並行式ADC，其轉換速度接近全並行式ADC，而結構大大簡化。
【專利說明】直接引出頂階電位而計算次級輸入電壓的多級並行式模數
轉換器
[0001]【技術領域】:本發明是ー種模數轉換器，屬於數字通信、數碼器件類、電子產品類。
[0002]【背景技術】:模數轉換器的英文簡稱符號為ADC，ADC應用於數字通信、雷達、數碼產品等領域，目前的高速ADC都存在很多不足，並行式ADC速度最快，但是結構龐大，能耗過大，隨著轉換位數的増加，結構和能耗成幾何級數增加，所以其轉換位數受到限制，難以做到10位以上；而其它的轉換器速度都遠低於並行式ADC。
[0003]發明ー種高速、低能耗、結構不龐大的ADC是本文的目的。
[0004]約定:
[0005]?轉換總位數為N,轉換分為m級,姆級轉換n位,所以有N = m*n ；
[0006]?也可以是各級轉換位數(nprv......nm)不相等,有N = Iifn2+......+nm ;考慮到
敘述方便，各級轉換不同位數……、nm)都用n表示；
[0007]?用①通配(a、@、Y、6......;其a、@、、ヽ6......表示I級、2級、3級、4
級......，不包括末級)；k = 2n ;通配符t通配(k~0)全文通用。
[0008]? n位的並行式ADC的k個參考電位，是由k = 2n個相等的分壓電阻串聯分壓而成(不包括電源正極Vp)，使Vp至地形成k個梯級的參考電位，分壓電阻與參考電位採用「下樓式」的編排方法，從最高電位Vp開始往下走，跨過分壓電阻Rtct後就是參考電位Vtct (t =k~0) ；R0t稱為第O級第t階分壓電阻，Vtct稱為第O級第t階參考電位；Vp = V0(k+1)；(形成特殊的k+1階參考電位，不包括在連接比較器的k階參考電位中)；
[0009]?當信號沒有超出轉換範圍時，輸入信號Vitc與參考電位Vtck, Vtcari),……，V412,V4^Vtcci相比較，總是會有 Vo(t+i) > Vi0 > vot, 可知Vtct是小於Vitc的最大的參考電位，則該Vtct稱為Vitc在第の級的頂端階電位，專門標記為Vcm，簡稱頂階電位；
[0010]?默認採用正邏輯，任何比較器，輸入信號接同相端，參考電位接反相端，輸入信號大於參考電位時比較器輸出高電位，高電位用「 I」表示，低電位用「 0 」表示。
[0011]?除末級以外，其它的級統稱為前置級；
[0012]發明申請內容:
[0013]本發明是ー種直接引出頂階電位而計算次級輸入電壓的多級並行式模數轉換器。簡稱「縱橫雙並行式模數轉換器」或「縱橫雙並行式ADC」，ー個N位的縱橫雙並行式ADC由m-1個「直接引出頂階電位而計算次級輸入電壓的n位並行式前置級模數轉換器」(以下簡稱「前置級ADC」)和一個並行式末級ADC(以下簡稱「末級ADC」)以及級間連接模塊組成；各級轉換位數為~、n2、......nm,總轉換位數N = 1^+?+......+nm ；
[0014]直接引出頂階電位而計算次級輸入電壓的關鍵器件是階電位開關，包括兩類，一
類是傳統的多路開關，多路開關包含k個輸入端(htpk、Iitc0rf)、......、htpg)和一
個總線端W ;另ー類是由k個獨立的臨界點電子開關(簡稱臨界開關Stck.Stcari).……、Stc2^Stci,StcoO匯集到總線Stc形成的臨界開關組；這兩類開關統稱為階電位開關，用(Gtck.Gtca^1)、......、G4J和階電位總線Gtc通配上述兩類開關；
[0015]ー個前置級ADC，由一個傳統的n位(形成k階參考電位，k = 2n)並行式ADC的k個參考電位點與一組階電位開關逐點式並聯而成；所謂逐點式並聯就是階電位開關組的k路開關……、6Φ2、6Φ1、Gtctl)分別對應連接到η位並行式ADC的k個比較器Cok、C0 (k_l} Λ ......、Οφ2Λ 0Φ1Λ C00 的反相端，也就是k個電位參考點
VfDk、VtD (k-1)、 ......、Vt[>2、
Vm、Vtctl ; 第Φ級在級內以並行方式（即縱向並行）對模擬信號Vitc完成本級的模數轉換後，由階電位開關取出該級頂階電位Vcm送到連接模塊，連接模塊包括集成運算求和-放大電路和採樣保持器，經過連接模塊實現兩道運算=其中第Φ級V」i4)為電
壓餘額）和V』 ?(Φ+1) = k*V」itC，再對V』 ?(Φ+1)進行採樣保持得到後續級的模擬信號vi(il+1)，進行後續級的模數轉換，以此類推，完成N位轉換；由於各級間的連接模塊使各級的模擬信號保持獨立和穩定，使得各級能夠橫向並行的進行模數轉換，所以稱為縱橫雙並行式模數轉換器。
[0016]實施例與【專利附圖】

【附圖說明】，為了審閱更加方便，有意將實施例與附圖的編號對應，並將對應的【專利附圖】

【附圖說明】與實施例靠近排版，將兩者結合起來描述。
[0017]圖I—4級* 3位縱橫雙並行式模數轉換器。Gtcci-Gil7為第Φ級階電位開關，Gtc為第Φ級階電位開關總線Jtcci~Rtc7為第Φ級分壓電阻鏈；RS(1~R87為第4級分壓電阻鏈Jtctl~Vtc7為第Φ級電壓參考點；VS(I~Vs7為第4級電壓參考點Ktci~Ctc7為第Φ級比較器；Csi~Cs7為第4級比較器；Itci~Itc7為第Φ級比較輸出值；Isi~Is7為第4級比較輸出值Atctl~Dtc2為第Φ級數字輸出值；DS(I~Ds2為第4級數字輸出值；Vp為電源正極；ΒΜΦ為第Φ級編碼器；BMS為第4級編碼器；Ui為輸入信號電壓；u』，為經過採樣保持後的輸入信號電壓KBtc為Φ級採樣保持器；CB δ為4級採樣保持器；ZFP為輸入信號電壓Ui的正負判別翻轉器；DX為輸入信號電壓+的正負信息寄存器；Σ為求和器'U第Φ級頂階電位；V』 ?Φ為第Φ級待轉換模擬電壓（採樣保持前）；Vit[)為第Φ級待轉換模擬電壓（採樣保持後）為第Φ級電壓餘額Atc為第Φ級補償電壓PDtc為第Φ級放大器；虛線框α為第I級ADC ;虛線框β為第2級ADC ;虛線框Y為第3級ADC ;虛線框S為第4級ADC ；
[0018]實施例I—m級* η位縱橫雙並行式模數轉換器；
[0019]基本結構：一個N位的縱橫雙並行式ADC由m-Ι個前置級ADC和一個末級ADC以及級間連接模塊組成；前置級ADC，由一個傳統的η位並行式ADC (這時公知的ADC，本文約定，附圖中每個比較器符號中都包含了了一個D觸發器進行數據存儲，畫圖中對D觸發器進行了省略）與一個階電位開關組組成，η位並行式ADC有k個分壓電阻Rtct形成k階參考電位νΦ?α = k~O);每個參考電位點接到對應的比較器的反相端，即比較器……、
0Φ2>0Φ1>0ΦΟ的反相端分別與參考電位點 Vi>k、Υφ (k-1)、......、Υφ2、Υφ?、ΥφΟ 相連接，比較器同
相端都接輸入信號Vitc;因為輸入信號Vitc總是大於等於0，而第O階參考電位就是地，即ν_=0，使得Ctctl的輸出值總是等於1，所以Ctctl是可以省略的，但是為了分析的簡略，本文虛擬Ctctl都存在，但是附圖中都沒有畫出；階電位開關與對應ADC的參考電位點逐點式並聯，就成了前置級ADC ；
[0020]基本原理：工作過程分析需要分I級、2級……，每個級又需要分幾個步驟。
[0021]第I級轉換（α級）
[0022]第一步，就是傳統的並行式ADC工作原理，採樣保持器CB α對交變模擬信號Ui進行採樣保持後，得到固定的（正或負）模擬信號u』i ;第二步，通過正負判別、轉換和記錄模塊ZFP，判別信號u』 i的正負，如果u』 i為正，則ZFP保持u』 i極性輸出，即Via = u』 i，且極性寄存器Dx登記為I ;如果Α為負，則ZFP翻轉11%極性輸出，即Via =-U、且極性寄存器0)(登記為O ;DXS極性碼；經過ZFP後，模擬信號變為穩定的正模擬信號Via ;第三步，Via與k個比較器的電位參考點Va k、Va (k_D、……、Va 2、Va i、Va Q進行比較後，得到比較值（I a k~I a (t+1) =0，Iat ~Ia(|= I)，可知 Va (t+1)〉Vi a〉Va t，即弟 I 級的頂階電位為 VaT = Vat ;第四步，通過第I級編碼器BMa對（Iak~Ia (t+1) = O, Iat~Iatl = I)進行編碼,得到第I 級數位訊號Da n、Da
(η-1)、......、Dal、Da0 ;第五步，根據數位訊號Dan、Da
(η-1)、、Dai、Da0
或比較值（Iak~Ia α+i) = O, Iat~Iatl = I)的結果,選通對應於頂階電位VaT的階電位開關GaT，將頂階電位從頂階電位總線6。引出，為第2級轉換做準備；第六步，級間求和Σ放大FDa模塊為一個「減法-比例集成運算放大器」，將第I級輸入信號Via減去第I級頂階電位VaT加上(Vra為補償電壓），得到第I級電壓餘額V」ia，即V」ia = Via-VaT+Vra，並通過第I級信號放大器FDa將V」ia放大k倍，成為向第2級輸出的模擬信號V』 ie，即V』 i0 =k*V」ia ;實際上，V」ia = Via-VadPV』 i 0 =k*V」ia兩個運算通過「減法-比例集成運算放大器」就可以完成；
[0023]第Φ級轉換，（即，第2級至倒數第2級），轉換步驟編號與第I級轉換保持一致；
[0024]第一步，採樣保持器CBtc (即第Φ級採樣保持器）對模擬信號V』 ?Φ進行採樣保持，得到穩定的模擬信號Vitc ；(第二步跳過；第三步至第六步與第I級轉換原理相同);第三步，Vitc與k個比較器的電位參考點VmV.d、……、νφ2、νφPVtctl進行比較後，得到比較值（Itck ~ΙΦα+ι) = O, Itct ~Ιφ(ι = I),可知 νΦα+1) > Viφ > Vtct,該 Vtct 標記為 νΦΤ,即第Φ級的頂階電位為Vcdt = V0t ;第四步,通過第Φ級編碼器BMtc對（Itck~Ιφ(?+1) = O,
Itpt~I φ。= I)進彳了編碼，得到弟Φ級數子?η號Dtpj^Dtpm、......、Dtci、Dtctl ;弟五步，根據
數子Ih可 D?n>D?(n-i)' ......、0Φ1、0Φ(Ι 或比較值（Itpk ~I?(t+i) = O，I?t ~Ιφ。= I)的結果，
選通對應於頂階電位νΦΤ的階電位開關6ΦΤ，將頂階電位νΦΤ從頂階電位總線Gtc引出，為第(Φ+1)級轉換做準備；第六步，用級間模塊（包括求和Σ放大FDtc)計算第（Φ+1)級的輸入
號ν』?(φ+1),方法是：用第Φ級輸入信號Vitc減去第Φ級頂階電位V?T加上Vrtc (Vrφ為補償電壓），得到第Φ級電壓餘額v」i4)，即V」i4) =Vitc-Vt^VM,(如果不要考慮誤差補償，只需ν'φ = ν?Φ-νΦΤ);並通過第φ級信號放大器FDtc將V」 ?Φ放大k倍，成為向第Φ+1級輸出的模擬信號V』 i(i>+1)，即V』 i(?+i) = k*V」itC ；
[0025]末級（m級）轉換，其結構和轉換原理與傳統並行式ADC相同，
[0026]第一步，採樣保持器CBm (即第末級採樣保持器）對模擬信號V』 ^進行採樣保持，得到穩定的模擬信號Vim ;第二步跳過；第三步和第四步與第Φ級轉換原理相同，得到第末
級數位訊號Dm、Dm(^1)、......、Df Dnitl ;圖I、圖2和圖3中，第末級就是第4級（即δ級），
將本段中的m改為δ即可。
[0027]將數位訊號按二進位位排列起來，就是轉換成功的數位訊號。
[0028]Dan> Da (n_D > …、Da 丄、Da0、D0n、D0 (Jri)、......> D0 Deo*** Dmn^ Dm(^1)> ...、Dml、Dm0;
[0029]圖2——基於多路開關的縱橫雙並行式ADC原理圖。僅僅對圖I中沒出現過的標號進行說明，Iitctl Nhil7為第Φ級多路開關通道，he為第Φ級多路開關總線；D』
為第Φ級多路開關輸入選通地址端，D』 Φ0~D』 ^由Dtctl~Dtc2對應連接為多路開關編號;[0030]實施例2—基於多路開關的縱橫雙並行式ADC。
[0031]將實施例1中的階電位開關換成多路開關就是實施例2，多路開關包含k個輸入端
(h^k、h^(k—丄)、......、n^2、h01、 hoo)和一個總線端 h? ; (h^k、......、hw、Iitctl)分
別對應接到電位參考點……J412.Vtc1.V4J,當實施例1進行到第四步時，得
到第O級數位訊號 Don、D0 (n—じ、?.....、D?i> D?o ;弟五步，將 Dtcr^ D4,(n_j)、......、Dtc1、Dtc。對
應連接到D』 m.D』……、D』 m.D』 _，在多路開關中選通對應於頂階電位V4it的通道Wt，將頂階電位V4it從多路開關的公共端W引出，為第(の+1)級轉換做準備；
[0032]令實施例1中的m = 4，n = 3，採用多路開關式階電位開關，就成了圖2描述的4級*3位基於多路開關的縱橫雙並行式ADC ；
[0033]圖3——基於臨界開關組的縱橫雙並行式ADC原理圖。僅僅對圖1中沒出現過的標號進行說明，Stctl~Stc7為第O級臨界開關，Stc為第O級臨界開關總線；1』 W~I』 ^為第O級臨界開關的控制信號，與Itcl~Itc7對應連接；即I』 ot = Itct;
[0034]臨界開關組下端的I表示為高電位，0表示為低電位。
[0035]實施例3——臨界開關組的工作原理。
[0036]臨界開關組是由k個獨立的臨界開關(S。,、Stca^……、Sm、Stci, Stco,)匯集到總線Stc形成的臨界開關組；(S。,、S^H)、……、Sm、Stci, Stco,)分別對應接到電位參考點
(V?k、V? (k-1)、......、Vtc2'Vtci'Vtco)， 臨界開關(S4^S4iari).……、Sm、Sm、S。。、)的控制信.號為(o、i』……、i』。2、1』則、〗』 _、I)，任ー個臨界開關Stct，當它兩個控制信
號電位相等時(I』 *(?) = I』 Ot)為截止狀態，當上階的控制信號為低電位(I』 *(?) = 0)而下階的控制信號為高電位(I』 ?t = I)時Stct為導通，比如(I』 05 = 0,, I』 04 = I)時S04為導通，也就是說，到達控制信號在高低電位突變的臨界點時開關導通，所以這種控制方式下的電子開關全稱為臨界點電子開關(簡稱臨界開關)；
[0037]實施例3.1——基於臨界開關組的縱橫雙並行式ADC。
[0038]將實施例1中的階電位開關換成臨界開關組就是實施例3.1，僅僅需要改寫實施例I的第五步。該第五步為:Vitc與k個比較器的電位參考點Vm、......VtM進行比較後，得到比較值(Itck~Icca+i) = 0, Itct~I?。= I),可知I4^1)至Itct為臨界開關控制信號的突變點，且> Vitc > Vtct，即第の級的頂階電位為Vtct，為了突出它的特殊性，Vtct改記為Vcct ;問時，由於(I?(t+1) = 0, Itct = I) ,Stct為導通，將頂階電イAA為Vcct從總線Stc引出，為第(0+1)級轉換做準備；
[0039]令實施例1中的m = 4，n = 3，採用臨界開關組式階電位開關，就成了圖3描述的4級*3位基於臨界開關組的縱橫雙並行式ADC ；
[0040]圖4.1——臨界開關的符號圖；1』 為上階的控制信號；1』 _為下階的控制信號！Stct為第の級第t階臨界開關Jtct為第の級第t階的階電位Atc為第の級臨界開關總線；
[0041]圖4.2——臨界開關電路圖之ー；沒出現過的符號有:NPN為N溝道增強型絕緣柵場效應管；PNP為P溝道增強型絕緣柵場效應管；
[0042]實施例4.2——臨界開關。
[0043]臨界開關電路可以有多種，圖4.2隻是臨界開關電路圖的一種，它由一對對稱的N溝道和P溝道增強型絕緣柵場效應管組成，當上階的控制信號電位等於下階的控制信號電イAA (I 』 ? (t+i) = I』 ?t = 0或I』 (6, (t+1) = I 』 = I)時，由於控制電壓低於開啟電壓，所以兩個場效應管導電溝道被關斷，即臨界開關Stct為截止；當上階的控制信號為低電位(F4kw)=0)而下階的控制信號為高電位(Ftct= I)時，兩個場效應管導通，即臨界開關Stct為導通；
[0044]實施例4.3——深度截止式臨界開關。
[0045]耗盡型絕緣柵場效應管，是在絕緣柵中參入離子，使得柵極電壓即使為0，導電溝道也已經形成，要關斷時必須加反壓；而深度截止式臨界開關是反其道而行之，是在絕緣柵中參入離子使開啟電壓值加大，從而提高截止時的可靠性和電阻值。
[0046]圖5——高輸入阻抗式級間連接模塊電路圖(高輸入阻抗式減法-比例集成運算放大器)。Al、A2和A3為集成運放；Vi4)為第O級輸入信號(採保後)J4it為第O級頂階電位；AU為補償電壓；V』i(4l+1)為第(0+1)級輸入信號(採保前)；RY為電阻(Y通配所有的R下標)；
[0047]實施例5——高輸入阻抗式級間連接模塊(高輸入阻抗式減法-比例集成運算放大器)。
[0048]構造高輸入阻抗式級間連接模塊可以有很多方法。圖5是高輸入阻抗式級間連接模塊電路圖之一，集成運放Al和A2為同相端輸入的電壓跟隨電路，其目的是提高輸入電阻，輸入端僅向信號源索取微電流，從而保證了信號電壓的穩定性；A3接成了ー個減法電路，將第の級輸入信號Vitc從同相端輸入，而第の級頂階電位V4it從反相端輸入，就得到了第①級電壓餘額 V」i4>，即 V」i4> = Vi rVcM，如果進一歩，令 Rq3 = Rq4, Rq6 = Rf，Rf/Rq3 =k，就實現了兩步運算:求第O級電壓餘額V」i4) = Vw-Vm和將第O級電壓餘額放大k倍V，刺=k*v」i4)，得到第(0+1)級輸入信號v』i(41+1)(採保前);再加上第(0+1)級採樣保持器，就是級間連接模塊了 ，由此得到第(の+1)級輸入信號Vi(41+1)(採保後)；如果需要電壓補償Vw，則將Vm接入A3的同相端做加法，即V」i4) = Vw-Vm+Vm，或接到反相端做減法，即 V」 i? = Vitc-VJ11-Vrtt,；
[0049]時鐘CP的一個脈衝稱為ー個「時鐘周期」，本文稱為「ー柏」;假定傳統並行式ADC毎次轉換隻要ー拍就可以完成，本發明的ADC —個模擬信號從進入第の級轉換器到轉換完成，需要I拍用於轉換，一拍用於接通階電位開關，共兩拍；因為信號處理在m級ADC中都是並行式轉換，所以每兩拍都可以轉換一個模擬信號。
【權利要求】
1.ー種直接引出頂階電位而計算次級輸入電壓的多級並行式模數轉換器，其特徵是: ー個N位的縱橫雙並行式ADC由m-1個前置級ADC和一個末級ADC以及級間連接模塊組成；各級轉換位數為叫、n2、......nm,總轉換位數N = W......+nm ； 直接引出頂階電位而計算次級輸入電壓的關鍵器件是階電位開關，包括兩類，一類是傳統的多路開關，多路開關包含k個輸入端OUk、htpn)、......、Ii4ici)和一個總線端W ;另一類是由k個獨立的臨界開關(Stck.……、S412.Stc1.Stco)匯集到總線Stc形成的臨界開關組；這兩類開關統稱為階電位開關，用(G4^Gtcari).……和階電位總線Gtc通配上述兩類開關；
2.根據權利要求1所述的直接引出頂階電位而計算次級輸入電壓的多級並行式模數轉換器，其進ー步特徵是: ー個前置級ADC，由一個傳統的n位並行式ADC的k個參考電位點與一組階電位開關逐點式並聯而成；所謂逐點式並聯就是階電位開關組的k路開關(Gtck.……、G412.Gtci^Gtco)分別對應連接到n位並行式ADC的k個比較器CtcioC0(k-1)、......、C02 、C01、C00 白勺反相端，也就是k個電位參考點Vtck.Vtc0ri).……J412.V411.Vtctl;第O級在級內以並行方式對模擬信號Vitc完成本級的模數轉換後，由階電位開關取出該級頂階電位V4it送到連接模塊，連接模塊包括集成運算求和-放大電路和採樣保持器，經過連接模塊實現兩道運算:V」i4> = U-Vm和V』 i(tc+1) = !^'。，再對乂』 i(tc+1)進行採樣保持得到後續級的模擬信號Vi(4>+1)，進行後續級的模數轉換，以此類推，完成N位轉換；由於各級間的連接模塊使各級的模擬信號保持獨立和穩定，使得各級能夠橫向並行的進行模數轉換。
3.根據權利要求1所述的直接引出頂階電位而計算次級輸入電壓的多級並行式模數轉換器，其進ー步特徵是: m級位縱橫雙並行式模數轉換器； 基本結構: ー個前置級ADC，由一個傳統的n位並行式ADC(這時公知的ADC，本文約定，附圖中每個比較器符號中都包含了了ー個D觸發器進行數據存儲，畫圖中對D觸發器進行了省略)與ー個階電位開關組組成，n位並行式ADC有k個分壓電阻Rtct形成k階參考電位Vtct (t =k~0);每個參考電位點接到對應的比較器的反相端，即比較器CtckXtc0ri).……X412X411.Ctco的反相端分別與參考電位點……J412.Vtc1.Vtctl相連接，比較器同相端都接輸入信號Vitc;因為輸入信號Vitc總是大於等於0，而第0階參考電位就是地，即Vtctl = 0，使得Ctctl的輸出值總是等於1，所以Ctctl是可以省略的，但是為了分析的簡略，本文虛擬Ctctl都存在，但是附圖中都沒有畫出；階電位開關與對應ADC的參考電位點逐點式並聯，就成了前置級ADC ； 基本原通: 第I級轉換レ級) 第一歩，就是傳統的並行式ADC工作原理，採樣保持器CB a對交變模擬信號Ui進行採樣保持後，得到固定的(正或負)模擬信號U』 i ;第二步，通過正負判別、轉換和記錄模塊ZFP，判別信號u』 i的正負，如果u』 正，則ZFP保持u』 i極性輸出，即Via =u』 i，且極性寄存器Dx登記為I ;如果Vi為負，則ZFP翻轉u』i極性輸出，即Via = -U、且極性寄存器Dx登記為0 ;DX*極性碼；經過ZFP後，模擬信號變為穩定的正模擬信號Via ;第三歩，Via與k個比較器的電位參考點Vα k、Vα _、……、Vα 2、Vα i、Vα Q進行比較後，得到比較值（I α k~I a (t+1) =0，Iat ~Ια(|= I)，可知 Va (t+1)〉Vi a〉Va t，即弟 I 級的頂階電位為 VaT = Vat ;第四步，通過第I級編碼器BMa對（Iak~Ia (t+1) = O, Iat~Iatl = I)進行編碼,得到第I級數位訊號Da n、Da(η-1)、......、Dal、Da0 ;第五步，根據數位訊號Dan、Da(η-1)、、Dai、Da0或比較值（Iak~Ia α+i) = O, Iat~Iatl = I)的結果,選通對應於頂階電位VaT的階電位開關GaT，將頂階電位從頂階電位總線6。引出，為第2級轉換做準備；第六步，級間求和Σ放大FDa模塊為一個「減法-比例集成運算放大器」，將第I級輸入信號Via減去第I級頂階電位VaT加上(Vra為補償電壓），得到第I級電壓餘額V」ia，即V」ia = Via-VaT+Vra，並通過第I級信號放大器FDa將V」ia放大k倍，成為向第2級輸出的模擬信號V』 ie，即V』 i0 =k*V」ia ;實際上，V」ia = Via-VadPV』 ie =k*V」ia兩個運算通過「減法-比例集成運算放大器」就可以完成； 第Φ級轉換，（即，第2級至倒數第2級），轉換步驟編號與第I級轉換保持一致；第一步，採樣保持器CBtc (即第Φ級採樣保持器）對模擬信號V』 ?Φ進行採樣保持，得到穩定的模擬信號Vitc ；(第二步跳過；第三步至第六步與第I級轉換原理相同);第三步，ViΦ與k個比較器的電位參考點νΦ1?、……、νΦ2、νΦ1、Vtctl進行比較後，得到比較值(I?k ~Ιφ(?+1) = O, Itct ~Ιφ(ι = I),可知 νΦα+1) > Viφ > V0t,該 Vtct 標記為 νΦΤ,即第 φ級的頂階電位為Vcdt = νΦ? ;第四步,通過第φ級編碼器BMtc對（Itck~Ιφ(?+1) = O, Itct~Ιφο= D進行編碼，得到第Φ級數位訊號(n_D、……Atci Atctl;第五步，根據數位訊號 ΟφρΟφΜ)、......、0Φ1、0Φ。或比較值（Itck ~ΙΦα+1) = O, Itct ~Ιφ。= I)的結果，選通對應於頂階電位νΦΤ的階電位開關6ΦΤ，將頂階電位νΦΤ從頂階電位總線Gtc引出，為第（Φ+1)級轉換做準備；第六步，用級間模塊（包括求和Σ放大FDtc)計算第（Φ+1)級的輸入信號V』iitp+i)，方法是：用第Φ級輸入號Vitc減去第Φ級頂階電位Vot加上Vrtc (Vrtc為補償電壓），得到第Φ級電壓餘額v」i4)，即V」i4) = Vw-Vm+V#，（如果不要考慮誤差補償，只需= ν?Φ-νΦΤ);並通過第φ級信號放大器FDdf ν%放大k倍，成為向第Φ+1級輸出的模擬信號 V』 i(i>+1)，即 V』 i(?+i) = k*V」itC ； 末級（m級）轉換，其結構和轉換原理與傳統並行式ADC相同，1第一步，採樣保持器CBm (即第末級採樣保持器）對模擬信號V』 im進行採樣保持，得到穩定的模擬信號Vim ;第二步跳過；第三步和第四步與第Φ級轉換原理相同，得到第末級數位訊號Dm、Dm(^1)、......、Df Dnitl ;圖I、圖2和圖3中，第末級就是第4級（即δ級），將本段中的m改為δ即可。 將數位訊號按二進位位排列起來，就是轉換成功的數位訊號。
Dan^Da (n_j)> …、Da 丄、Da0、D0n、D0 (Jri)、......、D0丄、D0o...Dmr^ Dmm、...、Dml、Dm0;
4.根據權利要求1所述的直接引出頂階電位而計算次級輸入電壓的多級並行式模數轉換器和權利要求3所述的m級位縱橫雙並行式模數轉換器，其進一步特徵是： 基於多路開關的縱橫雙並行式ADC，將權利要求3中的階電位開關換成多路開關，多路開關包含k個輸入端（h

(k-D、......、h02>h01>h00)和一個總線端 h? ； (h0k>h0......、h02,h01,h00)分別對應接到電位參考點……^。^。^^，當實施例I進行到第四步時，得到第Φ級數位訊號 Οφη、?φ (η—O、......、0Φ1、?ΦΟ ;第五步，將 Οφη、?φ (η—η、......、?φ1、?φ。對應連接到D』 Φη、?』 φ(η_υ、……、D』 Φ1、?』 Φ。，在多路開關中選通對應於頂階電位V4it的通道Ii4it，將頂階電位V4it從多路開關的公共端W引出，為第(0+1)級轉換做準備；
5.根據權利要求1所述的直接引出頂階電位而計算次級輸入電壓的多級並行式模數轉換器，其進ー步特徵是: 臨界開關組的工作原理，臨界開關組是由k個獨立的臨界開關……Stci^StcoO匯集到總線Stc形成的臨界開關組；(S4^S4iari).…….Sm.Sm.S.、)分別對應接到電位參考點(VtckJtc(H)、……'V412'V則、V410)，臨界開關(Stck, Stc……'S4^S411's。。、)的控制信號為(O、I』……、i』。2、1』 W、I』 _、1)，任ー個臨界開關Stct,當它兩個控制信號電位相等時(I』 o(t+1) = I』 Ot)為截止狀態，當上階的控制信號為低電位(I』 ?(t+l) = 0)而下階的控制信號為高電位(I』 CPt = I)時Stct為導通，比如(I』 @5 = 0,,F04= I)時304為導通，也就是說，到達控制信號在高低電位突變的臨界點時開關導通，所以這種控制方式下的電子開關全稱為臨界點電子開關(簡稱臨界開關)；
6.根據權利要求1所述的直接引出頂階電位而計算次級輸入電壓的多級並行式模數轉換器和權利要求3所述的m級位縱橫雙並行式模數轉換器，其進ー步特徵是: 基於臨界開關組的縱橫雙並行式ADC，將權利要求3中的階電位開關換成臨界開關組， 僅僅需要改寫第五歩。該第五步為=Vitc與k個比較器的電位參考點Vtck.Vtcari).……、乂們、V4^ Vtc。進行比較後，得到比較值(10~1的+1) =0，Itct~Itctl = 1)，可知1的+1)至Itct為臨界開關控制信號的突變點，且> Vitc > Vtct，即第の級的頂階電位為Vtct，為了突出它的特殊性，Vtct改記為V4it;同時，由於(Itc^1) =0，Itct = I), Stct為導通，將頂階電位為V4it從總線Stc引出，為第(0+1)級轉換做準備；
7.根據權利要求1所述的直接引出頂階電位而計算次級輸入電壓的多級並行式模數轉換器，其進ー步特徵是: 臨界開關，臨界開關電路可以有多種，臨界開關電路圖的一種由一對對稱的N溝道和P溝道增強型絕緣柵場效應管組成，當上階的控制信號電位等於下階的控制信號電位(I 』 ? (t+i) = I』 ?t = 0或I』 ? (t+1) = I』 ?t= I)時，由於控制電壓低於開啟電壓，所以兩個場效應管導電溝道被關斷，即臨界開關Stct為截止；當上階的控制信號為低電位(I』 ,(t+1)=0)而下階的控制信號為高電位(Ftct= I)時，兩個場效應管導通，即臨界開關Stct為導通；
8.根據權利要求1所述的直接引出頂階電位而計算次級輸入電壓的多級並行式模數轉換器，其進ー步特徵是: 深度截止式臨界開關，耗盡型絕緣柵場效應管，是在絕緣柵中參入離子，使得柵極電壓即使為0，導電溝道也已經形成，要關斷時必須加反壓；而深度截止式臨界開關是反其道而行之，是在絕緣柵中參入離子使開啟電壓值加大，從而提高截止時的可靠性和電阻值。
9.根據權利要求1所述的直接引出頂階電位而計算次級輸入電壓的多級並行式模數轉換器，其進ー步特徵是: 高輸入阻抗式級間連接模塊，構造高輸入阻抗式級間連接模塊方法之ー是，集成運放Al和A2為同相端輸入的電壓跟隨電路，其目的是提高輸入電阻，輸入端僅向信號源索取微電流，從而保證了信號電壓的穩定性；A3接成了ー個減法電路，將第の級輸入信號Vitc從同相端輸入，而第の級頂階電位V4it從反相端輸入，就得到了第の級電壓餘額V」i4)，即V」i4)=,如果進ー步,令Rq3 = Rq4,Rq6 = Rf,Rf/Rq3 = k,就實現了兩步運算:求第①級電壓餘額ν'φ = ν?Φ-νΦΤ和將第Φ級電壓餘額放大k倍V』 ?(φ+1) = k*V」itC，得到第（Φ+1)級輸入信號V’t(il+1)(採保前）；再加上第（Φ+1)級採樣保持器，就是級間連接模塊了，由此得到第（Φ+1)級輸入信號Vi(il+1)(採保後）；
10.根據權利要求1所述的直接引出頂階電位而計算次級輸入電壓的多級並行式模數轉換器，其進一步特徵 是：如果需要電壓補償Vm，則將Vm接入A3的同相端做加法，即V」itc=Vicp-VcM+Vr?，或接到反相端做減法，即 = Vi0-V0T-Vr00
【文檔編號】H03M1/36GK103475372SQ201110440575
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2011年12月26日 優先權日:2011年12月26日
【發明者】陳啟星 申請人:陳啟星