模数转换器及其操作方法

相关申请的交叉引用

本申请基于并要求于2021年7月23日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2021-0097210的优先权，该申请的公开内容以引用方式全部并入本文中。

技术领域

本公开涉及模数转换器(ADC)及其操作方法，更具体地，涉及将连续时间模拟信号转换为数字信号。

背景技术

近年来，高性能数字系统通信的使用已经增加，因此，对高速半导体电路通信的需求快速增加。大多数与视频和音频有关的通信系统使用基于模数转换器(ADC)设计的接收器。因此，ADC的小型化和高速度的重要性日益增加，并且具体地，减小信号的延迟误差变得重要。

发明内容

提供了一种不需要针对延迟误差的校正电路的模数转换器(ADC)及其操作方法。

另外的方面将在下面的描述中部分地阐述，并且部分地从描述中将变得显而易见，或者可以通过给出的实施例的实践来获知。

根据本公开的一方面，用于将模拟信号转换为数字信号的模数转换器(ADC)包括：放大器电路，其被配置为接收模拟信号，并且通过放大模拟信号来生成多个放大器信号；比较电路，其被配置为将对应于多个放大器信号的多个电压电平与正参考电压电平和负参考电压电平进行比较，并且基于比较的结果输出转换目标信号；以及转换器电路，其被配置为将转换目标信号转换为多个数字信号，其中，放大器电路还被配置为通过将正参考电压电平与经放大的模拟信号的电压电平相加来生成多个放大器信号之中的第一放大器信号，并且通过从经放大的模拟信号的电压电平减去正参考电压电平来生成多个放大器信号之中的第二放大器信号。

根据本公开的一方面，模数转换器(ADC)包括：放大器电路，其被配置为接收模拟信号，并且通过放大模拟信号来生成多个放大器信号；多个转换器电路，其被配置为将多个放大器信号转换为多个数字信号；以及选择电路，其被配置为：接收多个数字信号，基于多个放大器信号之中的电压电平低于或等于正参考电压电平并且高于或等于负参考电压电平的信号，选择与该信号对应的最终数字信号，并且输出最终数字信号，其中，放大器电路还被配置为：通过将正参考电压电平与经放大的模拟信号的电压电平相加来生成多个放大器信号之中的第一放大器信号，并且通过从经放大的模拟信号的电压电平减去正参考电压电平来生成多个放大器信号之中的第二放大器信号。

根据本公开的一方面，用于将模拟信号转换为数字信号的模数转换器(ADC)的操作方法包括：通过将正参考电压电平与经放大的模拟信号的电压电平相加来生成多个放大器信号之中的第一放大器信号；通过从经放大的模拟信号的电压电平减去正参考电压电平来生成多个放大器信号之中的第二放大器信号；以及基于第一放大器信号和第二放大器信号输出数字信号。

根据本公开的一方面，用于将模拟信号转换为数字信号的模数转换器(ADC)包括：放大器电路，其被配置为：接收模拟信号并且通过放大模拟信号来生成经放大的信号，通过将正参考电压与经放大的模拟信号相加来生成第一放大器信号，并且通过从经放大的模拟信号减去正参考电压来生成第二放大器信号；转换器电路，其被配置为生成数字信号，其中，基于电压电平低于或等于正参考电压并且高于或等于与正参考电压对应的负参考电压的第一放大器信号，转换器电路被配置为从第一放大器信号生成数字信号，并且其中，基于电压电平低于或等于正参考电压并且高于或等于负参考电压的第二放大器信号，转换器电路被配置为从第二放大器信号生成数字信号。

附图说明

从以下结合附图的详细描述中，本公开的特定实施例的以上和其它方面、特征和优点将变得显而易见，在附图中：

图1是示出根据示例实施例的模数转换器(ADC)的框图；

图2是示出根据示例实施例的ADC的框图；

图3是示出根据示例实施例的ADC的示图；

图4是示出根据示例实施例的放大器电路的示图；

图5是示出根据示例实施例的比较电路的示图；

图6是示出根据示例实施例的ADC的示图；

图7是示出根据示例实施例的比较电路的操作的曲线图；

图8是示出根据示例实施例的ADC的示图；

图9是示出根据示例实施例的比较电路的操作的曲线图；

图10A和图10B是示出根据示例实施例的ADC的输出信号的曲线图；

图11是示出根据示例实施例的ADC的操作方法的流程图；

图12是示出根据示例实施例的无线通信装置的框图；以及

图13是示出根据示例实施例的计算系统的框图。

具体实施方式

在下文中，参照附图详细地描述实施例。

如本领域中传统的，可以依据执行所描述的一个或多个功能的块来描述和示出实施例。如附图中所示的这些块在本文中可以被称作单元或模块等，或者被称为诸如装置、电路、接收器、互连件等的名称，这些块可以由诸如逻辑门、集成电路、微处理器、微控制器、存储器电路、无源电子部件、有源电子部件、光学部件、硬连线电路等的模拟或数字电路来物理地实施，并且可以由固件和软件驱动。例如，电路可以体现在一个或多个半导体芯片中，或者体现在诸如印刷电路板等的衬底支撑件上。包括在块中的电路可以由专用硬件、或由处理器(例如，一个或多个编程的微处理器和相关联的电路)、或由执行块的一些功能的专用硬件和执行块的其它功能的处理器的组合来实施。实施例的每个块可以物理地分离成两个或更多个相互作用的和离散的块。同样地，实施例的块可以物理地组合成更复杂的块。

图1是示出根据示例实施例的模数转换器(ADC)100的框图。

参照图1，根据示例实施例的ADC 100可以包括放大器电路110、比较电路120和转换器电路130，然而，实施例不限于此。

放大器电路110可以是被配置为接收模拟信号并且将接收到的模拟信号放大为多个放大器信号的电路。接收到的模拟信号可以为连续时间模拟信号。

放大器电路110可以被配置为将多个放大器信号输出到比较电路120。

放大器电路110可以包括多个放大器、至少一个加法电路和/或至少一个减法电路。下面提供了放大器电路110的配置的详细描述的示例。

比较电路120可以从放大器电路110接收多个放大器信号。

比较电路120可以被配置为将多个放大器信号的电压电平与正参考电压的电平和负参考电压的电平进行比较。正参考电压可以是与模拟信号的电压电平之中的最大值对应的电压。此外，负参考电压的值可以是通过将正参考电压的值与值-1相乘而获得的值。换句话说，正参考电压和负参考电压的值可以具有相同的幅度和不同的符号。

在实施例中，比较电路120可以被配置为基于对应的比较结果输出转换目标信号。例如，比较电路120可以被配置为确定多个放大器信号之中的电压电平低于或等于正参考电压的电平并且高于或等于负参考电压的电平的信号作为转换目标信号，并且输出所确定的转换目标信号。

转换器电路130可以被配置为从比较电路120接收转换目标信号。

在实施例中，转换器电路130可以被配置为将转换目标信号转换为数字信号D

图2是示出根据示例实施例的ADC 200的框图。

参照图2，根据示例实施例的ADC 200可以包括放大器电路210和/或转换器电路230。

放大器电路210可以是被配置为接收模拟信号并且将接收到的模拟信号放大为多个放大器信号的电路。

在实施例中，放大器电路210可以被配置为将多个放大器信号输出到转换器电路230。

在实施例中，放大器电路210可以包括多个放大器、至少一个加法电路和/或至少一个减法电路。下面提供放大器电路210的配置的详细描述的示例。

转换器电路230可以被配置为从放大器电路210接收多个放大器信号。

在实施例中，转换器电路230可以被配置为将多个放大器信号转换为数字信号D

在实施例中，ADC 200可以包括多个转换器电路230。多个转换器电路230可以被配置为分别接收多个放大器信号，并且可以被配置为将多个放大器信号转换为多个数字信号D

此外，当多个放大器信号之中的放大器信号的电压电平超过正参考电压的电平或者低于负参考电压的电平时，多个转换器电路230中的每一个可以被配置为输出指示溢出的数字信号D

在实施例中，ADC 200可以包括选择电路。

选择电路可以被配置为从转换器电路230接收数字信号D

根据示例实施例的ADC 100和200分别包括上述放大器电路110和210，因此，即使当输入连续时间模拟信号时，输入模拟信号也可以与特定范围(例如，低于或等于正参考电压的电平并且高于或等于负参考电压的电平的特定范围)连续地比较，这不会导致延迟误差发生。因此，ADC 100和200不会由于延迟误差而生成误差，可以不需要用于校正延迟误差的单独的电路，可以具有简单的结构，并且可以被配置为消耗较少的功率。此外，ADC 100和200不会对工艺误差敏感。

图3是示出根据示例实施例的ADC 300的示图。

参照图3，根据示例实施例的ADC 300可以包括放大器电路310、比较电路320和/或转换器电路330。

放大器电路310可以与以上参照图1和图2描述的放大器电路110和210对应，并且可以被配置为执行相同的功能。

放大器电路310可以被配置为通过将正参考电压V

放大器电路310可以包括放大模拟信号的多个放大器、加法电路和减法电路。具体地，放大器电路310可以包括加法电路和减法电路，加法电路被配置为通过将正参考电压V

在实施例中，多个放大器的电压增益可以为2。例如，当多个放大器的电压增益为2时，上述的第一放大器信号的电压电平的值可以为2V

比较电路320可以与以上参照图1描述的比较电路120对应，并且可以被配置为执行相同的功能。

第一放大器信号和第二放大器信号可以被输入到比较电路320。

图4是示出根据示例实施例的放大器电路310的示图。

参照图3和图4，包括在放大器电路310中的放大器和减法电路可以被配置为图4中所示的电路311，因此，电路311可以被配置为具有2的电压增益，并且通过从经放大的模拟信号2V

电阻器R可以包括在放大器电路310中所包括的放大器amp的输入端子中。换句话说，电阻器可以连接到包括在放大器电路310中的放大器的输入端子中的每一个。因此，可能不需要对输入信号进行采样的单独的开关，并且ADC 300可以被实施为具有小的尺寸，这对于小型化可以是有利的。此外，ADC 300可以转换具有宽带宽的信号。因此，ADC 300可以用于超宽带无线通信系统或者大于或等于100Gbps的存储器接口的接收端子。

图5是示出根据示例实施例的比较电路320的示图。

参照图3和图5，比较电路320可以包括比较器321。此外，比较电路320可以包括多个比较器。此外，图3中示出了放大器信号的电压2V

图6是示出根据示例实施例的ADC 600的示图。

参照图6，根据示例实施例的ADC 600可以包括放大器电路610和/或多个转换器电路(例如，转换器电路631和转换器电路632)。

放大器电路610可以与以上参照图1、图2和图3描述的放大器电路110、210和310中的每一个对应，并且可以被配置为执行相同的功能。例如，放大器电路610可以包括电压增益为2的两个放大器，两个放大器中的每一个可以连接到加法电路和减法电路之一。因此，放大器电路610可以被配置为将电压为2V

此外，如以上参照图2描述的，当接收到多个放大器信号之中的电压电平超过正参考电压V

图7是示出根据示例实施例的比较电路320的操作的曲线图。

参照图3和图7，根据示例实施例的比较电路320可以被配置为确定多个放大器信号之中的电压电平低于或等于正参考电压V

例如，比较电路320可以被配置为确定转换目标信号，使得转换目标信号包括当电压为2V

在实施例中，比较电路320可以被配置为确定转换目标信号，使得转换目标信号包括当电压为2V

在实施例中，比较电路320可以被配置为当模拟信号的电压V

在实施例中，比较电路320可以被配置为当模拟信号的电压V

转换器电路330可以被配置为确定从比较电路320接收到的数字位作为数字信号的位中的最高有效位。

图8是示出根据示例实施例的ADC 800的示图。

参照图8，根据示例实施例的ADC 800可以包括具有多个级的放大器电路810、比较电路820和转换器电路830。如以上参图2照描述的，即使在放大器电路210连接到转换器电路230的ADC 200中，放大器电路210也可以包括多个级。

放大器电路810可以包括放大模拟信号的第一放大器801、第二放大器802、第三放大器803、第四放大器804、第五放大器805和第六放大器806。

此外，放大器电路810可以包括第一加法电路811、第二加法电路813、第三加法电路815、第一减法电路812、第二减法电路814和第三减法电路816。

第一放大器801和第二放大器802可以并联连接。此外，第一放大器801可以连接到第一加法电路811，第二放大器802可以连接到第一减法电路812。

第一级Stage1可以包括并联连接的第一放大器801和第二放大器802、连接到第一放大器801的第一加法电路811、以及连接到第二放大器802的第一减法电路812。

第一加法电路811可以被配置为通过将正参考电压V

第一减法电路812可以被配置为通过从第二放大器802的输出信号的电压电平减去正参考电压V

第三放大器803和第四放大器804可以并联连接。此外，第三放大器803和第四放大器804可以被配置为接收第一放大器信号V1。此外，第三放大器803可以连接到第二加法电路813，第四放大器804可以连接到第二减法电路814。

第五放大器805和第六放大器806可以并联连接。此外，第五放大器805和第六放大器806可以被配置为接收第二放大器信号V2。此外，第五放大器805可以连接到第三加法电路815，第六放大器806可以连接到第三减法电路816。

第二级Stage2可以包括并联连接的第三放大器803和第四放大器804、并联连接的第五放大器805和第六放大器806、连接到第三放大器803的第二加法电路813、连接到第四放大器804的第二减法电路814、连接到第五放大器805的第三加法电路815、以及连接到第六放大器806的第三减法电路816。

第二加法电路813可以被配置为通过将正参考电压V

第二减法电路814可以被配置为通过从第四放大器804的输出信号的电压电平减去正参考电压V

第三加法电路815可以被配置为通过将正参考电压V

第三减法电路816可以被配置为通过从第六放大器806的输出信号的电压电平减去正参考电压V

第三放大器信号V3至第六放大器信号V6可以被输入到比较电路820。此外，比较电路820可以被配置为将第三放大器信号V3至第六放大器信号V6的电压电平中的每一个与正参考电压V

在实施例中，第三放大器信号V3至第六放大器信号V6可以分别被输入到多个转换器电路，多个转换器电路可以被配置为执行上述操作。

此外，尽管图8中未示出，但是ADC 800不限于包括一个或两个级，并且可以包括N个级。具体地，ADC 800可以包括顺序地连接的第一级Stage1至第N级StageN。

当ADC 800包括N个级时，输入信号可以被量化为2

第N级StageN可以包括两两并联连接的2

图9是示出根据示例实施例的比较电路820的操作的曲线图。

参照图8和图9，在根据示例实施例的比较电路820的多个放大器信号之中，第三放大器信号V3、第四放大器信号V4、第五放大器信号V5和第六放大器信号V6可以被表示为图9的曲线图。图9的曲线图中所示的信号ckb

比较电路820可以被配置为确定第三放大器信号V3至第六放大器信号V6之中的电压电平低于或等于正参考电压V

可以相对于当时钟信号ckb

图10A和图10B是示出根据示例实施例的ADC的输出信号的曲线图。

参照图10A，根据示例实施例的ADC可以被配置为接收模拟信号，并且输出量化的数字信号。图10A的曲线图上量化的直线是ADC的输出信号的示例。此外，图10A的曲线图上的被示出为正弦波的曲线可以表示输入模拟信号。

作为示例，有效位数(ENOB)可以为大约2位，信噪失真比(SNDR)的值可以为大约13.4074，但是示例实施例不限于此。

图10B是示出图10A中所示的ADC的量化的输出信号与输入模拟信号之间的误差的示例的曲线图。

图11是示出根据示例实施例的ADC的操作方法的流程图。

参照图11，在操作S1110中，根据示例实施例的ADC的操作方法可以通过将正参考电压的电平与经放大的模拟信号的电压电平相加来生成多个放大器信号之中的第一放大器信号。例如，可以通过以下操作来生成第一放大器信号：通过电压增益为2的放大器将模拟信号放大两倍，并且将正参考电压的电平与经放大的模拟信号的电压电平相加。

在操作S1120中，根据示例实施例的ADC的操作方法可以通过从经放大的模拟信号的电压电平减去正参考电压的电平来生成多个放大器信号之中的第二放大器信号。例如，可以通过以下操作来生成第二放大器信号：通过电压增益为2的放大器将模拟信号放大两倍，并且从经放大的模拟信号的电压电平减去正参考电压的电平。

在操作S1130，根据示例实施例的ADC的操作方法可以基于第一放大器信号和第二放大器信号输出数字信号。例如，可以如相对于以上参照图1至图11描述的实施例的任何一个讨论的确定数字信号。

在实施例中，ADC的操作方法可以包括将多个放大器信号之中的电压电平低于或等于正参考电压的电平并且高于或等于负参考电压的电平的信号转换为数字信号。

在实施例中，当多个放大器信号之中的放大器信号的电压电平超过正参考电压的电平并且低于负参考电压的电平时，ADC的操作方法可以包括生成指示溢出的溢出数字信号并且不输出溢出数字信号。

图12是示出根据示例实施例的无线通信装置1000的框图。

参照图12，无线通信装置1000可以包括天线1010、天线接口电路1020、多个低噪声放大器(例如，第一低噪声放大器LNA_1至第n低噪声放大器LNA_n)、多个接收器(例如，第一接收器1030_1至第n接收器1030_n)、以及基带处理器1040。

天线接口电路1020可以将通过天线1010接收的模拟信号路由到多个接收器1030_1至1030_n中的任意一个。天线接口电路1020可以包括开关元件、双工器、滤波器电路、输入匹配电路等。

多个低噪声放大器LNA_1至LNA_n可以对接收到的模拟信号执行低噪声放大，并且分别将模拟信号输出到与其连接的多个接收器1030_1至1030_n。

基带处理器1040可以对从多个接收器1030_1至1030_n传输的数字信号执行包括解调制操作的处理操作。

在示例实施例中，第一接收器1030_1可以包括应用示例实施例的ADC电路1032_1和输出电路1034_1。ADC电路1032_1可以将从第一低噪声放大器LNA_1接收的模拟信号转换为数字信号，并且可以执行在转换操作期间应用示例实施例的时间偏斜校正。此外，通过执行作为后台操作的时间偏斜校正，在ADC操作期间已经校正了时间偏斜误差，因此，ADC电路1032_1可以向基带处理器1040快速地提供具有改善的质量的数字信号。在一些示例实施例中，第一接收器1030_1可以被实施为还包括第一低噪声放大器LNA_1。

在示例实施例中，输出电路1034_1可以执行改善从ADC电路1032_1输出的数字信号的质量的操作。例如，输出电路1034_1可以基于连续时间线性均衡(CTLE)、决定反馈均衡(DFE)和前馈均衡(FFE)中的至少一种使数字信号均衡化。

第一接收器1030_1的上述配置也可以应用到其它接收器(例如，第二接收器1030_2至第n接收器1030_n)。

图13是示出根据示例实施例的计算系统2000的框图。

参照图13，计算系统2000可以包括处理器2100、系统互连件2200、存储装置2300、用户输入/输出(I/O)装置2400和调制解调器2500。在一些示例实施例中，处理器2100、系统互连件2200、存储装置2300、用户I/O装置2400和调制解调器2500可以安装在一个衬底上。存储装置2300、用户I/O装置2400和调制解调器2500可以分别通过通道2030、2040和2050连接到系统互连件2200。通道2030、2040和2050中的每一个可以基于各种标准(诸如外围组件互连高速(PCIe)、非易失性存储器高速(NVMe)、高级可扩展接口(AXI)、ARM微控制器总线架构(AMBA)等)之一。

存储装置2300可以用作计算系统2000的存储器。存储装置2300可以存储由处理器2100驱动的操作系统、应用和原始用户数据。存储装置2300可以包括硬盘驱动器(HDD)、固态驱动器(SSD)、光盘驱动器(ODD)等。

用户I/O装置2400可以被配置为与用户交换信息。用户I/O装置2400可以包括从用户接收信息的用户输入装置(诸如键盘、鼠标、触摸面板、运动传感器、麦克风等)。用户I/O装置2400可以包括将信息提供到用户的用户输出装置(诸如显示装置、扬声器、光束投影仪、打印机等)。

调制解调器2500可以被配置为无线地或有线地与外部装置交换数据。在示例实施例中，调制解调器2500可以与处理器2100集成。

处理器2100可以包括控制计算系统2000并且执行各种操作的中央处理单元或应用处理器。处理器2100可以包括应用示例实施例的ADC电路2110。ADC电路2110可以将通过系统互连件2200从存储装置2300、用户I/O装置2400和调制解调器2500接收到的模拟信号转换为数字信号，并且执行在转换操作期间应用示例实施例的时间偏斜校正。此外，通过执行作为后台操作的时间偏斜校正，在ADC操作期间已经校正了时间偏斜误差，因此，ADC电路2110可以向处理器2100快速地提供数字信号。在一些示例实施例中，ADC电路2110可以实施为包括在系统互连件2200中。

尽管已经参照本发明构思的实施例具体示出并描述了本发明构思，但是将理解，在不脱离所附权利要求的精神和范围的情况下，可以在本文中做出形式和细节上的各种改变。