CN101005283A - 流水线模数转换器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种流水线模数转换器，包括第一ADC级，其接收输入电压和第一残余电压中的一个电压以及第一电压参考，并且产生第一数字信号和第二残余电压。第二ADC级接收来自第一ADC级的第二残余电压和第二电压参考，并且产生第二数字信号，其中第二电压参考低于第一电压参考。

Description

流水线模数转换器
技术领域
本发明涉及流水线模数转换器(pipelined ADC)。
背景技术
减少电子设备的功率消耗已经变得越来越重要，尤其是对于电池供电的设备，例如膝上型计算机、个人数字助理、蜂窝电话、MP3播放器及其它设备。模数转换器(ADC)通常被用在这些电子设备中以将模拟信号转换成数字信号。ADC可以包括利用多个级的流水线ADC。每一级都使用采样保持电路，该电路对流水线ADC的模拟输入电压Vin或来自前一级的残余电压Vres进行采样。此外，每一级都接收参考电压Vref。
现参考图1，其示出了典型的流水线ADC 10。ADC 10包括串联级联的多个级12-1、12-2和12-3(统称为级12)。虽然示出了三级12-1、12-2和12-3，但是流水线ADC 10可以包括更多或者更少的级。A/D转换器级12中的一些级包括采样保持模块14，该模块对模拟输入信号Vin或来自前一级的残余信号Vres进行采样并保持。低分辨率的A/D子转换器模块16将被保持的模拟信号量化成Bi位的分辨率，其中i对应于流水线A/D转换器10的当前级。每一级的位数Bi和/或级数可以在一定程度上由所需要的采样速率和分辨率决定。A/D子转换器模块16的输出被提供给低分辨率D/A子转换器模块18，该D/A子转换器模块18将所得到的数字输出信号转换回模拟形式。
D/A子转换器模块18可以具有与同一级中相应的A/D子转换器模块16相同的分辨率。差分模块20从电压输入Vin中减去来自D/A子转换器模块18的模拟输出以产生残余信号Vres。残余信号Vres等于被保持的模拟信号(Vin或来自前一级的Vres)与重建的模拟信号之间的差。
模拟级间差分模块22可以被用于放大残余信号。放大后的残余信号被输出到流水线ADC 10的下一级12-2。流水线ADC 10的第一ADC级12-1对最当前的模拟输入样本进行操作，而第二ADC级12-2对前一输入样本的放大后的残余进行操作。第三ADC级12-3对第二ADC级12-2输出的放大后的残余进行操作。
操作的同时性使得转换速度由一级中所用的时间来决定。一旦当前级完成了对从前一级接收的模拟输入样本的操作，该当前级就可用于对下一个样本进行操作。
发明内容
流水线模数转换器包括第一ADC级，其接收输入电压和第一残余电压中的一个电压以及第一电压参考，并且产生第一数字信号和第二残余电压。第二ADC级接收来自第一ADC级的第二残余电压和第二电压参考，并且产生第二数字信号。第二电压参考低于第一电压参考。
一种***包括流水线模数转换器，并且还包括提供第一电压参考的第一电压源。第二电压源提供第二电压参考。模拟电路接收第一电压参考。数字电路接收第二电压参考。
一种集成电路包括流水线模数转换器，并且还包括提供第一电压参考的第一电压源。第二电压源提供第二电压参考。模拟电路接收第一电压参考。数字电路接收第二电压参考。
在其它特征中，第一ADC级还包括采样保持模块，该模块对输入电压和第一残余电压中的一个电压进行采样并保持。模数转换器将采样保持模块的输出转换成数字信号。数模转换器将数字信号转换成模拟信号。第一ADC级还包括差分模块，该模块产生采样保持电路的输出与模拟信号之间的差信号。放大器模块放大该差信号。
一种集成电路包括流水线模数转换器，并且还包括产生第一电压参考的模拟电压源。第一电压参考是模拟电压参考。数字电压源产生第二电压参考。第二电压参考是数字电压参考。
一种***包括流水线模数转换器，并且还包括产生第一电压参考的模拟电压源。第一电压参考是模拟电压参考。数字电压源产生第二电压参考。第二电压参考是数字电压参考。
根据下文中提供的详细描述将会清楚本发明公开的其它适用方面。应当理解虽然详细的描述和特定的示例说明的是本发明公开的优选实施例，但是这些详细的描述和特定的示例只是为了说明，而不希望限制本发明公开的范围。
附图说明
根据详细的描述和附图，将会更全面地理解本发明公开，其中：
图1是根据现有技术的流水线模数转换器(ADC)的功能框图；
图2是根据本发明的示例性流水线ADC的功能框图；
图3是根据本发明的另一示例性流水线ADC的功能框图；
图4是根据本发明的包括流水线ADC的集成电路的功能框图；
图5是根据本发明的包括模拟电压源、数字电压源和流水线ADC的集成电路的功能框图；
图6A是硬盘驱动器的功能框图；
图6B是数字多功能光盘(DVD)的功能框图；
图6C是高清晰度电视的功能框图；
图6D是车辆控制***的功能框图；
图6E是蜂窝电话的功能框图；
图6F是机顶盒的功能框图；以及
图6G是媒体播放器的功能框图。
具体实施方式
下面的描述实质上只是示例性的，并且不以任何方式限制本发明公开，其应用或用途。为了清楚起见，附图中将使用相同的标号来标识类似的元件。文中所用到的术语模块、电路和/或设备指的是专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享的、专用的或成组的)和存储器、组合逻辑电路和/或提供所描述的功能的其它合适的组件。文中所用到的短语A、B和C中的至少一个应当被解释为意思是逻辑(A或B或C)，使用非排它逻辑或。应当理解在不改变本发明公开的原则的情况下可以按照不同的顺序执行方法中的步骤。
现参考图2，示出了包括多个电压参考Vref_i的根据本发明的流水线ADC 100，其中i对应于流水线ADC 100的当前级。ADC 10包括级112-1、112-2和112-3(统称为级112)、采样保持模块114、ADC模块116、数模转换器(DAC)模块118、差分模块120和放大器模块122。虽然示出了三级，但是可以使用更多或更少的级。在图2中，Vref_1≥Vref_2并且Vref_1＞Vref_3。流水线ADC 100的后面的级的位的量化不需要与当前级相同的信噪比(SNR)，因此对于第二和第三级中的至少一级，可以使用较低的参考电压。
流水线ADC 100的级112-1、112-2和112-3所消耗的功率与每一级的电压参考有关。因此，流水线ADC 100往往比如图1中所示的具有被提供以相同的电压参考的多个级的流水线ADC消耗的功率要少。
现参考图3，其示出了包括不同电压参考Vref_i的流水线ADC 120，其中i对应于流水线ADC 120的当前级。电压参考Vref_i中的至少一个取自于包含ADC 120的***中的模拟电路的模拟电源电压Vanalog_ref，并且电压参考中的至少一个取自于包含ADC 120的***中的数字电路的数字电源电压Vdigital_ref。
现参考图4，其示出了集成电路(IC)200。一个或多个电源202将未稳压的电压提供给稳压器(voltage regulator)204和206。第一稳压器204提供模拟电源电压Vanalog_ref1、Vanalog_ref2、...和Vanalog_ref_X，其中X是大于0的整数。第二稳压器206提供数字电源电压Vdigital_ref1、Vdigital_ref2、...和Vdigital_ref_Y，其中Y是大于0的整数。IC 200还可以包括IC组件210以执行附加的电路功能。第一稳压器204还为IC 200中的一个或多个模拟电路216供电。第二稳压器206还为一个或多个数字电路214供电。
现参考图5，其示出了集成电路(IC)220。模拟电压源224产生模拟电源电压Vanalog_ref1、Vanalog_ref2、...和Vanalog_ref_X，其中X是大于0的整数。数字电压源226产生数字电源电压Vdigital_ref1、Vdigital_ref2、...和Vdigital_ref_Y，其中Y是大于0的整数。IC 220还可以包括IC组件210以执行附加的电路功能。模拟电压源224还为IC 200中的一个或多个模拟电路216供电。数字电压源226还为一个或多个数字电路214供电。
现参考图6A到6G，示出了该设备的各种示例性实现方式。现参考图6A，该设备可以实现在硬盘驱动器400中的多个ADC之一中。该设备可以实现和/或被实现在信号处理和/或控制电路(在图6A中一般标识为402)和/或电源403中。在某些实现方式中，HDD 400中的信号处理和/或控制电路402和/或其它电路(未示出)可以处理数据，执行编码和/或加密，执行计算，和/或格式化被输出到磁存储介质406和/或从磁存储介质406中接收的数据。
HDD 400可以通过一个或多个有线的或无线的通信链路408与诸如计算机之类的主机设备(未示出)、诸如个人数字助理、蜂窝电话、媒体或MP3播放器等之类的移动计算设备和/或其它设备进行通信。HDD 400可以被连接到存储器409，例如随机访问存储器(RAM)、诸如闪存之类的较短反应时间的非易失性存储器、只读存储器(ROM)和/或其它合适的电子数据存储设备。
现参考图6B，设备可以实现在数字多功能光盘(DVD)驱动器410中的多个ADC之一中。该该设备可以实现和/或被实现在DVD驱动器410的信号处理和/或控制电路(在图6B中一般标识为412)、海量数据存储设备和/或电源413中。DVD 410中的信号处理和/或控制电路412和/或其它电路(未示出)可以处理数据，执行编码和/或加密，执行计算，和/或格式化从光存储介质416中读取和/或被写入到光存储介质416中的数据。在某些实现方式中，DVD 410中的信号处理和/或控制电路412和/或其它电路(未示出)也可以执行诸如编码和/或解码之类的其它功能和/或与DVD驱动器有关的任何其它信号处理功能。
DVD驱动器410可以通过一个或多个有线的或无线的通信链路417与例如计算机、电视机或其它设备的输出设备(未示出)进行通信。DVD410可以与以非易失方式存储数据的海量数据存储设备418进行通信。海量数据存储设备418可以包括硬盘驱动器(HDD)。HDD可以具有图6A中所示的配置。HDD可以是包括一个或多个直径小于大约1.8”的盘片的迷你HDD。DVD 410可以被连接到存储器419，例如RAM、ROM、诸如闪存之类的较短反应时间的非易失性存储器和/或其他合适的电子数据存储设备。
现参考图6C，该设备可以实现在高清晰度电视(HDTV)420中的多个ADC之一中。该设备可以实现和/或被实现在HDTV 420的信号处理和/或控制电路(在图6C中一般标识为422)、WLAN接口、海量数据存储设备和/或电源423中。HDTV 420以有线或无线的形式接收HDTV输入信号，并且产生针对显示器426的HDTV输出信号。在某些实现方式中，HDTV 420中的信号处理和/或控制电路422和/或其它电路(未示出)可以处理数据，执行编码和/或加密，执行计算，格式化数据和/或执行可能需要的任何其它类型的HDTV处理。
HDTV420可以与诸如光和/或磁存储设备之类的以非易失方式存储数据的海量数据存储设备427进行通信。至少一个HDD可以具有图6A中所示的配置，并且/或者至少一个DVD可以具有图6B中所示的配置。HDD可以是包括一个或多个直径小于大约1.8”的盘片的迷你HDD。HDTV 420可以被连接到存储器428，例如RAM、ROM、诸如闪存之类的较短反应时间的非易失性存储器和/或其他合适的电子数据存储设备。HDTV 420还可以支持通过WLAN网络接口429与WLAN的连接。
现参考图6D，该设备可以实现和/或被实现在车辆430的控制***、WLAN接口、车辆控制***的海量数据存储设备和/或电源433中的多个ADC之一中。在某些实现方式中，该设备实现传动控制***432，该***接收来自一个或多个传感器的输入，例如温度传感器、压力传感器、旋转传感器、空气流量传感器和/或任何其它合适的传感器，并且/或者产生一个或多个输出控制信号，例如引擎操作参数、传输操作参数和/或其它控制信号。
该设备还可以实现在车辆430的其它控制***440中。控制***440可以同样地接收来自输入传感器442的信号，并且/或者向一个或多个输出设备444输出控制信号。在某些实现方式中，控制***440可以是防锁死刹车***(ABS)、导航***、远程信息***、车辆远程信息***、车道偏离***、自适应巡航控制***、诸如立体声***、DVD、致密型磁盘等之类的车辆娱乐***中的一部分。还可以包括其它实现方式。
传动控制***432可以与以非易失方式存储数据的海量数据存储设备446进行通信。海量数据存储设备446可以包括光和/或磁存储设备，例如硬盘驱动器HDD和/或DVD。至少一个HDD可以具有图6A中所示的配置，并且/或者至少一个DVD可以具有图6B中所示的配置。HDD可以是包括一个或多个直径小于大约1.8”的盘片的迷你HDD。传动控制***432可以被连接到存储器447，例如RAM、ROM、诸如闪存之类的较短反应时间的非易失性存储器和/或其他合适的电子数据存储设备。传动控制***432还可以支持通过WLAN网络接口448与WLAN的连接。控制***440还可以包括海量数据存储设备、存储器和/或WLAN接口(都未示出)。
现参考图6E，该设备可以实现在蜂窝电话450中的多个ADC之一中，所述蜂窝电话可以包括蜂窝天线451。该设备可以实现和/或被实现在蜂窝电话450的信号处理和/或控制电路(在图6E中一般标识为452)、WLAN接口、海量数据存储设备和/或电源453中。在某些实现方式中，蜂窝电话450包括麦克风456、诸如扬声器和/或音频输出插孔之类的音频输出458、显示屏460和/或诸如键盘、定点设备、语音激励(voiceactuation)和/或其它输入设备之类的输入设备462。蜂窝电话450中的信号处理和/或控制电路452和/或其它电路(未示出)可以处理数据、执行编码和/或加密、执行计算、格式化数据和/或执行其它蜂窝电话的功能。
蜂窝电话450可以与以非易失方式存储数据的海量数据存储设备464进行通信，所述海量数据存储设备例如光和/或磁存储设备，例如硬盘驱动器HDD和/或DVD。至少一个HDD可以具有图6A中所示的配置，并且/或者至少一个DVD可以具有图6B中所示的配置。HDD可以是包括一个或多个直径小于大约1.8”的盘片的迷你HDD。蜂窝电话450可以被连接到存储器466，例如RAM、ROM、诸如闪存之类的较短反应时间的非易失性存储器和/或其他合适的电子数据存储设备。蜂窝电话450还可以支持通过WLAN网络接口468与WLAN的连接。
现参考图6F，该设备可以实现在机顶盒480中的多个ADC之一中。该设备可以实现和/或被实现在机顶盒480的信号处理和/或控制电路(在图6F中一般标识为484)、WLAN接口、海量数据存储设备和/或电源483中。机顶盒480接收来自诸如宽带信号源之类的信号源的信号，并且输出适合于显示器488的标准的和/或高清晰度的音频/视频信号，所述显示器例如电视机和/或监视器和/或其它视频和/或音频输出设备。机顶盒480中的信号处理和/或控制电路484和/或其它电路(未示出)可以处理数据、执行编码和/或加密、执行计算、格式化数据和/或执行其它机顶盒的功能。
机顶盒480可以与以非易失方式存储数据的海量数据存储设备490进行通信。海量数据存储设备490可以包括光和/或磁存储设备，例如硬盘驱动器HDD和/或DVD。至少一个HDD可以具有图6A中所示的配置，并且/或者至少一个DVD可以具有图6B中所示的配置。HDD可以是包括一个或多个直径小于大约1.8”的盘片的迷你HDD。机顶盒480可以被连接到存储器494，例如RAM、ROM、诸如闪存之类的较短反应时间的非易失性存储器和/或其他合适的电子数据存储设备。机顶盒480还可以支持通过WLAN网络接口496与WLAN的连接。
现参考图6G，该设备可以实现在媒体播放器500中的多个ADC之一中。该设备可以实现和/或被实现在媒体播放器500的信号处理和/或控制电路(在图6G中一般标识为504)、WLAN接口、海量数据存储设备和/或电源503中。在某些实现方式中，媒体播放器500包括显示器507和/或诸如键盘、触摸板等之类的用户输入508。在某些实现方式中，媒体播放器500可以使用图形用户界面(GUI)，图形用户界面通常使用菜单、下拉菜单、按钮和/或经由显示器507和/或用户输入508的点击式接口。媒体播放器500还包括诸如扬声器和/或音频输出插孔之类的音频输出509。媒体播放器500中的信号处理和/或控制电路504和/或其它电路(未示出)可以处理数据、执行编码和/或加密、执行计算、格式化数据和/或执行其它媒体播放器的功能。
媒体播放器500可以与以非易失方式存储诸如压缩的音频和/或视频内容之类的数据的海量数据存储设备510进行通信。在某些实现方式中，压缩的音频文件包括符合MP3格式或者其它合适的压缩音频和/或视频格式的文件。海量数据存储设备可以包括光和/或磁存储设备，例如硬盘驱动器HDD和/或DVD。至少一个HDD可以具有图6A中所示的配置，并且/或者至少一个DVD可以具有图6B中所示的配置。HDD可以是包括一个或多个直径小于大约1.8”的盘片的迷你HDD。媒体播放器500可以被连接到存储器5 14，例如RAM、ROM、诸如闪存之类的较短反应时间的非易失性存储器和/或其他合适的电子数据存储设备。媒体播放器500还可以支持通过WLAN网络接口516与WLAN的连接。除了上述的实现方式，还可以有其它的实现方式。
根据前面的描述，本领域技术人员可以理解可以按照各种形式实现本发明公开的教导。因此，虽然本发明公开包括的是特定的示例，但是本发明公开的真正范围应当不因此受到限制，因为本领域技术人员应当清楚在本发明附图、说明书、所附权利要求的教导下可以有其它的修改方式。

Claims (10)

1.一种流水线模数转换器，包括：
第一模数转换器级，其接收输入电压和第一残余电压中的一个电压以及第一电压参考，并且产生第一数字信号和第二残余电压；以及
第二模数转换器级，其接收来自所述第一模数转换器级的所述第二残余电压以及第二电压参考，并且产生第二数字信号，其中所述第二电压参考低所述第一电压参考。
2.一种包括权利要求1所述的流水线模数转换器的***，该***还包括：
第一电压源，其提供所述第一电压参考；以及
第二电压源，其提供所述第二电压参考。
3.如权利要求2所述的***，还包括：
模拟电路，其接收所述第一电压参考；以及
数字电路，其接收所述第二电压参考。
4.一种包括权利要求1所述的流水线模数转换器的集成电路，该集成电路还包括：
第一电压源，其提供所述第一电压参考；以及
第二电压源，其提供所述第二电压参考。
5.如权利要求4所述的集成电路，还包括：
模拟电路，其接收所述第一电压参考；以及
数字电路，其接收所述第二电压参考。
6.如权利要求1所述的流水线模数转换器，其中所述第一模数转换器级还包括：
采样保持模块，其对所述输入电压和所述第一残余电压中的所述一个电压进行采样并保持；
模数转换器，其将所述采样保持模块的输出转换成数字信号；以及
数模转换器，其将所述数字信号转换成模拟信号。
7.如权利要求6所述的流水线模数转换器，其中所述第一模数转换器级还包括：
差分模块，其产生所述采样保持模块的所述输出与所述模拟信号之间的差信号；以及
放大器模块，其放大所述差信号。
8.一种包括权利要求1所述的流水线模数转换器的集成电路，该集成电路还包括：
模拟电压源，其产生所述第一电压参考，其中所述第一电压参考是模拟电压参考；以及
数字电压源，其产生所述第二电压参考，其中所述第二电压参考是数字电压参考。
9.一种包括权利要求1所述的流水线模数转换器的***，该***还包括产生所述第一电压参考的模拟电压源，其中所述第一电压参考是模拟电压参考。
10.一种包括权利要求1所述的流水线模数转换器的***，该***还包括产生所述第二电压参考的数字电压源，其中所述第二电压参考是数字电压参考。
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