采用开关电容的信号转换电路的制作方法

1.本技术涉及信号转换，尤其涉及一种采用开关电容的信号转换电路。


背景技术：

2.由于具备低功耗、结构简单及尺寸外型较小(small form factor)的特点，逐次逼近型模数转换器(successive
‑
approximation register analog
‑
to
‑
digital converter，sar adc)受到片上系统(system
‑
on
‑
chip，soc)设计的青睐。逐次逼近型模数转换器的基本操作原理是运用一连串的比较操作以实施二分搜索算法(binary search algorithm)，从而决定转换自一模拟输入的一数字输出的每一个位。举例来说，在逐次逼近型模数转换器的转换结果收敛到所述数字输出之前，可将所述模拟输入的信号电平与多个不同的量化电平(quantization level)作比较，其中这些多个不同的量化电平是响应不同的数字代码(digital code)而产生。转换所述模拟输入所需的位周期(bit cycle)的个数可根据逐次逼近型模数转换器的的分辨率来决定。


技术实现要素：

3.本技术的实施例公开了一种信号转换电路，其包括作为开关电容数模转换器(switched
‑
capacitor digital
‑
to
‑
analog converter，switched
‑
capacitor dac)的开关电容结构。所述信号转换电路可采用下板采样或上板采样来执行信号转换。此外，所述信号转换电路可用来实施模数转换器的至少一部分。所述模数转换器可以是(但不限于)逐次逼近型模数转换器、流水线模数转换器(pipeline adc)或三角积分模数转换器(delta
‑
sigma adc)。
4.本技术的某些实施例公开了一种信号转换电路，其包括第一对电容以及比较器。所述第一对电容包括具有相同电容值的第一电容与第二电容。所述第一电容与所述第二电容在第一采样阶段中均耦接于输入信号，而在所述第一采样阶段之后的第一转换阶段中均未耦接于所述输入信号。所述比较器具有第一输入端与第二输入端。在所述第一转换阶段中，所述第一电容器耦接于所述第一输入端与第一参考信号之间，所述第二电容耦接于所述第一输入端与不同于所述第一参考信号的第二参考信号之间，以及所述比较器用以将所述第一输入端的信号电平与所述第二输入端的信号电平作比较，以转换所述输入信号。
5.本技术的某些实施例公开了一种信号转换电路，其包括第一对电容以及比较器。所述第一对电容包括具有相同电容值的第一电容与第二电容。在第一采样阶段中，所述第一电容耦接于输入信号与第一参考信号之间，以及所述第二电容耦接于所述输入信号与不同于所述第一参考信号的第二参考信号之间。所述比较器具有第一输入端与第二输入端。在所述第一采样阶段之后的第一转换阶段中，所述第一电容与所述第二电容均耦接于所述第一输入端而未耦接于所述输入信号，以及所述比较器用以将所述第一输入端的信号电平与所述第二输入端的信号电平作比较，以转换所述输入信号。
6.通过本技术所公开的信号转换方案，可大幅减少用来储存共模电压的高耗电寄存
器所造成的功耗。此外，本技术所公开的信号转换方案可响应不同的转换周期，将分别施加于同一对电容中的两个电容的参考信号彼此交换，以降低电容失配造成的影响。
附图说明
7.图1是根据本技术某些实施例的示例性的信号转换电路的方框图。
8.图2是根据本技术某些实施例的图1所示的数模转换器的实施方式的示意图。
9.图3a与图3b是根据本技术某些实施例的图2所示的数模转换器的操作的示意图。
10.图3c与图3d是根据本技术某些实施例的图2所示的数模转换器的操作的示意图。
11.图4是根据本技术某些实施例的图1所示的数模转换器的另一实施方式的示意图。
12.图5a与图5b是根据本技术某些实施例的图4所示的数模转换器的操作的示意图。
13.图6是根据本技术某些实施例的图1所示的数模转换器的另一实施方式的示意图。
14.图7是根据本技术某些实施例的图6所示的数模转换器的操作的示意图。
15.图8是根据本技术某些实施例的图1所示的数模转换器的另一实施方式的示意图。
16.图9是根据本技术某些实施例的图8所示的数模转换器的操作的示意图。
17.图10是根据本技术某些实施例的图1所示的数模转换器的另一实施方式的示意图。
18.图11是根据本技术某些实施例的图10所示的数模转换器的操作的示意图。
19.图12是根据本技术某些实施例的图10所示的数模转换器的操作的示意图。
20.图13是根据本技术某些实施例的图2所示的数模转换器在不同转换周期的操作的示意图。
具体实施方式
21.以下披露内容公开了多种实施方式或例示，其能用以实现本技术内容的不同特征。下文所述的参数值、组件与配置的具体例子用以简化本技术内容。当可想见，这些叙述仅为例示，其本意并非用于限制本技术内容。举例来说，本技术内容可能会在实施例中重复使用组件符号和/或标号。此种重复使用乃是基于简洁与清楚的目的，且其本身不代表所讨论的不同实施例和/或组态之间的关系。
22.此外，当可理解，若将一元件描述为与另一元件“连接(connected to)”或“耦接(coupled to)”，则两者可直接连接或耦接，或两者间可能出现其他中间(intervening)元件。
23.n位逐次逼近型模数转换器可利用一转换周期(conversion cycle)(其包括一采样阶段(sampling phase)和一转换阶段(conversion phase))，转换一模拟输入以产生一n位的数字输出。所述模拟输入是在所述采样阶段中取得，而所述数字输出的n位可分别在所述转换阶段中的n个位周期中决定。为了进一步降低功耗，位于n位逐次逼近型模数转换器中的数模转换器可利用一电容型数模转换器(capacitive dac，cdac)来实施。举例来说，n位逐次逼近型模数转换器可以是具有多个差分输入的n位模数转换器。所述电容型数模转换器可在所述转换阶段中，借助于所述多个差分输入的一共模电压来转换所述多个差分输入。所述共模电压应在所述转换阶段中的每一个位周期结束时稳定下来。然而，当n位逐次逼近型模数转换器的分辨率提高时，留给稳定所述共模电压的时间并不足够。因此，需要一
个用于储存所述共模电压的高耗电寄存器(power
‑
hungry register)。
24.本技术公开了示例性的信号转换电路，其中每一示例性的信号转换电路包括具有相同电容值(或权重值(weighted value))的一对电容(a pair of capacitors)以执行信号转换操作。所述一对电容可电性连接到第一参考信号与不同于所述第一参考信号的第二参考信号。当一示例性的信号转换电路作为逐次逼近型模数转换器的至少一部分时，所述示例性的信号转换电路可在一转换周期中的一采样阶段与一转换阶段两者中的至少一个利用所述一对电容(而不是利用电性连接到一共模电压的一个电容)来执行二分搜索算法。也就是说，所述一对电容可取代电性连接到所述共模电压的所述电容。因此，用来储存所述共模电压的高耗电寄存器是不必要的。
25.在某些实施例中，所述第一参考信号与所述第二参考信号均不同于所述共模电压。例如，所述第一参考信号与所述第二参考信号可以是供应给逐次逼近型模数转换器的两个供电电压(supply voltage)。在某些实施例中，所述一对电容可视为通过分裂(split)所述电容(其电性连接到所述共模电压)来提供。例如，所述一对电容中的每一个电容的电容值可等于电性连接到所述共模电压的所述电容的电容值的二分之一。在某些实施例中，可切换所述一对电容以进行下板采样(bottom
‑
plate sampling)方案或上板采样(top
‑
plate sampling)方案的信号转换操作。在某些实施例中，当所述示例性的信号转换电路操作于不同的转换周期时，可交换分别耦接于所述一对电容中的第一电容与第二电容的信号，以降低电容失配(capacitor mismatch)的影响。
26.本技术所公开的信号转换方案可应用于一开关电容电路(switched
‑
capacitor circuit)中，其中所述开关电容电路原本需要不同于所述第一参考信号与所述第二参考信号的一第三参考信号。此外，本技术所公开的信号转换方案可操作在差分模式或单端模式以执行信号转换操作。进一步的说明如下。
27.图1是根据本技术某些实施例的示例性的信号转换电路的方框图。信号转换电路100用以将一输入信号ain转换为一输出信号dout。于此实施例中，信号转换电路100可实施为n位逐次逼近型模数转换器，其中n是正整数。输入信号ain可以是模拟电压，而输出信号dout可以是n位的数字式字(digital word)。信号转换电路100可在一转换周期中的一采样阶段对输入信号ain进行采样，以及在所述转换周期中所述采样阶段之后的一转换阶段将输入信号ain转换为输入信号dout。
28.输入信号ain可以是差分信号或单端信号。信号转换电路100可使用差分模式或单端模式来转换输入信号ain。于此实施例中，输入信号ain可实施为包括多个电压信号vip与vin的一差分信号。多个电压信号vip与vin其中的一个可以是所述差分信号的正成分，多个电压信号vip与vin其中的另一个可以是所述差分信号的负成分。信号转换电路100可操作在差分模式以执行信号转换操作。然而，这并非用来限制本技术的范围。在输入信号ain实施为单端信号的某些实施例中，信号转换电路100可采用单端模式以执行信号转换操作，而不会悖离本技术的范围。
29.信号转换电路100包括(但不限于)一比较器110、一控制器120以及一数模转换器130。比较器110具有一输入端tm、一输入端tp以及一输出端tc，并用以将输入端tm的信号电平与输入端tp的信号电平作比较，以从输出端tc输出一比较结果cr。控制器120耦接于比较器110，用以根据比较结果cr产生输出信号dout。控制器120另用以根据比较结果cr产生多
个数字信号sd1与sd2，其中多个数字信号sd1与sd2均可为多位数字信号。
30.数模转换器130耦接于比较器110及控制器120，用以转换多个数字信号sd1与sd2，并据以产生一模拟输出，其中所述模拟输出可包括位于输入端tm的电压信号vxm以及位于输入端tp的电压信号vxp。于此实施例中，数模转换器130可作为利用开关电容结构(switched
‑
capacitor structure)来实施的(n
‑
1)位数模转换器。数模转换器130可包括多个开关电容阵列(switched capacitor array)132与134，以及多个开关电路136.1、136.2、138.1与138.2。
31.开关电容阵列132包括(n
‑
1)对电容cpm1‑
cpm
(n
‑
1)
，其中每一对电容包括多个电容(即，多个电容cm11‑
cm1
(n
‑
1)
其中的一个，以及多个电容cm21‑
cm2
(n
‑
1)
其中的一个)。每一个电容包括一端子n11及一端子n12。同一对电容的所述多个电容可具有相同或大致相同的电容值。此外，(n
‑
1)对电容cpm1‑
cpm
(n
‑
1)
可具有二进制加权(binary weighted)电容值。例如，一对电容cpm
(n
‑
1)
的多个端子n11各自的信号电平可对应于输出信号dout的最高有效位(most significant bit，msb)的比特值，而一对电容cpm1的多个端子n11各自的信号电平可对应于输出信号dout的最低有效位(least significant bit，lsb)的比特值。电容cm1
i
与电容cm2
i
中每一个电容可具有一电容值，其等于电容cm1
(i 1)
与电容cm2
(i 1)
中每一个电容的电容值的二分之一，其中i是1到(n
‑
2)之间的整数。
32.相似地，开关电容阵列134包括(n
‑
1)对电容cpp1‑
cpp
(n
‑
1)
，其中每一对电容包括多个电容(即，多个电容cp11‑
cp1
(n
‑
1)
其中的一个，以及多个电容cp21‑
cp2
(n
‑
1)
其中的一个)。每一个电容包括一端子n21及一端子n22。同一对电容的所述多个电容可具有相同或大致相同的电容值。此外，(n
‑
1)对电容cpp1‑
cpp
(n
‑
1)
可具有二进制加权电容值。
33.开关电路136.1用以根据数字信号sd1，允许(n
‑
1)对电容cpm1‑
cpm
(n
‑
1)
中每一个电容的端子n11可切换地(switchably)耦接于多个参考信号vr1与vr2。开关电路136.2用以根据数字信号sd1，允许(n
‑
1)对电容cpm1‑
cpm
(n
‑
1)
中每一个电容的端子n12选择性地耦接于输入端tm。相似地，开关电路138.1用以根据数字信号sd2，允许(n
‑
1)对电容cpp1‑
cpp
(n
‑
1)
中每一个电容的端子n21可切换地耦接于多个参考信号vr1与vr2。开关电路138.2用以根据数字信号sd2，允许(n
‑
1)对电容cpp1‑
cpp
(n
‑
1)
中每一个电容的端子n22选择性地耦接于输入端tp。
34.多个参考信号vr1与vr2均不同于多个电压信号vip与vim的共模电压vcm。举例来说(但本技术不限于此)，多个参考信号vr1与vr2均可为供应至信号转换电路100的供电电压，其中参考信号vr1可以是电源电压(power supply voltage)，而参考信号vr2可以是地电压。又例如，共模电压vcm的信号电平可等于参考信号vr1的信号电平与参考信号vr2的信号电平两者的平均。
35.于操作中。数模转换器130可在所述采样阶段中耦接于输入信号ain，而在所述转换阶段中未耦接于输入信号ain。例如，开关电容阵列132中的每一个电容可在所述采样阶段中耦接于电压信号vip，而在所述转换阶段中未耦接于电压信号vip。开关电容阵列134中的每一个电容可在所述采样阶段中耦接于电压信号vim，而在所述转换阶段中未耦接于电压信号vim。
36.此外，在所述转换阶段中，一对电容cpm
k
中的电容cm1
k
(k是1到(n
‑
1)之间的整数)可耦接于输入端tm与参考信号vr1之间，以及一对电容cpm
k
中的电容cm2
k
可耦接于输入端tm
与参考信号vr2之间。相似地，在所述转换阶段中，一对电容cpp
k
中的电容cp1
k
可耦接于输入端tp与参考信号vr1之间，以及一对电容cpp
k
中的电容cp2
k
可耦接于输入端tp与参考信号vr2之间。比较器110可在所述转换阶段中，将输入端tm的信号电平与输入端tp的信号电平作比较以转换输入信号ain。
37.当比较结果cr指示出输入端tm的信号电平小于输入端tp的信号电平时，电容cm2
k
可耦接于输入端tm与参考信号vr1之间。当比较结果cr指示出输入端tm的信号电平大于输入端tp的信号电平时，电容cm1
k
可耦接于输入端tm与参考信号vr2之间。此外/或是，当比较结果cr指示出输入端tm的信号电平小于输入端tp的信号电平时，电容cp1
k
可耦接于输入端tp与参考信号vr2之间。当比较结果cr指示出输入端tm的信号电平大于输入端tp的信号电平时，电容cp2
k
可耦接于输入端tp与参考信号vr1之间。
38.举例来说，在所述转换阶段的一转换步骤(其可对应于一个位周期)中，电容cm1
(n
‑
1)
可耦接于输入端tm与参考信号vr1之间，以及电容cm2
(n
‑
1)
可耦接于输入端tm与参考信号vr2之间。此外，电容cp1
(n
‑
1)
可耦接于输入端tp与参考信号vr1之间，以及电容cp2
(n
‑
1)
可耦接于输入端tp与参考信号vr2之间。比较器110可将输入端tm的信号电平与输入端tp的信号电平作比较，以产生比较结果cr。当比较结果cr指示出输入端tm的信号电平小于输入端tp的信号电平时，开关电路136.1可根据数字信号sd1将参考电压vr1耦接于电容cm2
(n
‑
1)
，以及开关电路138.1可根据数字信号sd2将参考电压vr2耦接于电容cp1
(n
‑
1)
。当比较结果cr指示出输入端tm的信号电平大于输入端tp的信号电平时，开关电路136.1可根据数字信号sd1将参考电压vr2耦接于电容cm1
(n
‑
1)
，以及开关电路138.1可根据数字信号sd2将参考电压vr1耦接于电容cp2
(n
‑
1)
。
39.相似地，耦接于一对电容cpm
(n
‑
2)
的参考信号可根据所述转换阶段的下一转换步骤中所得到的比较结果cr来改变。耦接于一对电容cpp
(n
‑
2)
的参考信号可根据所述转换阶段的下一转换步骤中所得到的比较结果cr来改变。
40.通过本技术所公开的信号转换方案，耦接于共模电压vcm的单一个电容可由耦接于多个参考信号vr1与vr2的一对电容来取代。相比于一数模转换器(其在一转换阶段中包括耦接于共模电压vcm的多个电容)来说，由于数模转换器130从一寄存器存取共模电压vcm的次数可减少或等于零，因此，用来储存共模电压vcm的所述寄存器(即，高耗电寄存器)所造成的功耗可大幅减少。
41.为方便理解本技术的内容，以下提供某些实施例以进一步说明本技术的信号转换方案。本领域中的技术人员应可了解采用图1所示的开关电容结构的其他实施例均遵循本技术的精神而落入本技术的范围。
42.图2是根据本技术某些实施例的图1所示的数模转换器130的实施方式的示意图。于此实施例中，为方便说明，数模转换器230可实施为采用下板采样方案的2位数模转换器。数模转换器230包括多个开关电容阵列232与234，以及多个开关电路236.1、236.2、238.1与238.2。多个开关电容阵列232与234可分别作为图1所示的多个开关电容阵列132与134的实施例。多个开关电路236.1、236.2、238.1与238.2可分别作为图1所示的多个开关电路136.1、136.2、138.1与138.2的实施例。
43.开关电容阵列232包括多对电容cpm1与cpm2。开关电容阵列234包括多对电容cpp1与cpp2。开关电路236.1用以根据数字信号sd1选择性地将开关电容阵列232的每一个电容
的端子n11耦接于电压信号vip、电源电压vdd与地电压gnd其中的一个。电源电压vdd与地电压gnd可分别作为图1所示的参考电压vr1与参考电压vr2的实施例。开关电路236.1可包括(但不限于)多个开关sm11、sm21、sm12与sm22。开关电路236.2用以选择性地将开关电容阵列232的每一个电容的端子n12耦接于共模电压vcm。开关电路236.2可利用(但不限于)开关smc1来实施。在某些实施例中，共模电压vcm的信号电平等于电源电压vdd的信号电平与地电压gnd的信号电平的平均。
44.开关电路238.1用以根据数字信号sd2选择性地将开关电容阵列234的每一个电容的端子n21耦接于电压信号vim、电源电压vdd与地电压gnd其中的一个。开关电路238.1可包括(但不限于)多个开关sp11、sp21、sp12与sp22。开关电路238.2用以选择性地将开关电容阵列234的每一个电容的端子n22耦接于共模电压vcm。开关电路238.2可利用(但不限于)开关smc2来实施。
45.图3a与图3b是根据本技术某些实施例的图2所示的数模转换器230的操作的示意图。首先请连同图2参阅图3a，在一转换周期的一采样阶段ph
s
中，开关电容阵列232的每一个电容均耦接于电压信号vip与共模电压vcm之间，以及开关电容阵列234的每一个电容均耦接于电压信号vim与共模电压vcm之间。举例来说，多个开关sm11、sm21、sm12与sm22中的每一开关用以将电压信号vip耦接于相对应的电容的端子n11，以及开关smc1用以将共模电压vcm耦接于输入端tm。此外，多个开关sp11、sp21、sp12与sp22中的每一开关用以将电压信号vim耦接于相对应的电容的端子n21，以及开关smc2用以将共模电压vcm耦接于输入端tp。因此，在采样阶段ph
s
中，多个电压信号vxm与vxp各自的信号电平可等于共模电压vcm的信号电平。
46.在采样阶段ph
s
之后的一转换阶段ph
c
中，开关电容阵列232的每一个电容均耦接于电源电压vdd与地电压gnd其中的一个与输入端tm之间。此外，开关电容阵列234的每一个电容均耦接于电源电压vdd与地电压gnd其中的一个与输入端tp之间。举例来说，在转换阶段ph
c
的一转换步骤st1中，同一对电容中的两个电容可分别耦接于电源电压vdd与地电压gnd。对于多对电容cpm1与cpm2来说，多个电容cm11与cm12均耦接于输入端tm与电源电压vdd之间，以及多个电容cm21与cm22均耦接于输入端tm与地电压gnd之间。对于多对电容cpp1与cpp2来说，多个电容cp11与cp12均耦接于输入端tp与电源电压vdd之间，以及多个电容cp21与cp22均耦接于输入端tp与地电压gnd之间。
47.例如，多个开关sm11与sm12中的每一开关用以将电源电压vdd耦接于相对应的电容的端子n11，多个开关sm21与sm22中的每一开关用以将地电压gnd耦接于相对应的电容的端子n11，以及开关smc1断开。此外，多个开关sp11与sp12中的每一开关用以将电源电压vdd耦接于相对应的电容的端子n21，多个开关sp21与sp22中的每一开关用以将地电压gnd耦接于相对应的电容的端子n21，以及开关smc2断开。
48.再者，于转换步骤st1中，比较器110可将电压信号vxm与电压信号vxp作比较以产生比较结果cr。值得注意的是，由于在每一对电容中的两个电容(其具有相同的电容值)是分别耦接于电源电压vdd与地电压gnd，因此，电压信号vxm与电压信号vxp两者的比较结果可等于或大致等于电压信号vim与电压信号vip两者的比较结果，其可表示为：vxp
‑
vxm＝vip
‑
vim。也就是说，数模转换器230可用于差分式逐次逼近型模数转换器，其可用于转换包括多个电压信号vip与vim的输入信号ain。
49.当比较结果cr指示出电压信号vxm的信号电平小于电压信号vxp的信号电平时，数模转换器230可进入转换步骤st2中的操作状态op21。当比较结果cr指示出电压信号vxm的信号电平大于电压信号vxp的信号电平时，数模转换器230可进入转换步骤st2中的操作状态op22。
50.于操作状态op21中，电容cm22耦接于电源电压vdd与输入端tm之间，以及电容cp12耦接于地电压gnd与输入端tp之间。举例来说，开关sm22用以将电源电压vdd耦接于电容cm22的端子n11，以及开关sp12用以将地电压gnd耦接于电容cp12的端子n21。接下来，比较器110可将电压信号vxm与电压信号vxp作比较以产生比较结果cr。当比较结果cr指示出电压信号vxm的信号电平小于电压信号vxp的信号电平时，数模转换器230可进入转换步骤st3中的操作状态op31。当比较结果cr指示出电压信号vxm的信号电平大于电压信号vxp的信号电平时，数模转换器230可进入转换步骤st3中的操作状态op32。
51.于操作状态op22中，电容cm12耦接于地电压gnd与输入端tm之间，以及电容cp22耦接于电源电压vdd与输入端tp之间。举例来说，开关sm12用以将地电压gnd耦接于电容cm12的端子n11，以及开关sp22用以将电源电压vdd耦接于电容cp22的端子n21。接下来，比较器110可将电压信号vxm与电压信号vxp作比较以产生比较结果cr。当比较结果cr指示出电压信号vxm的信号电平小于电压信号vxp的信号电平时，数模转换器230可进入转换步骤st3中的操作状态op33。当比较结果cr指示出电压信号vxm的信号电平大于电压信号vxp的信号电平时，数模转换器230可进入转换步骤st3中的操作状态op34。
52.请连同图2来参阅图3b，于操作状态op31中，电容cm21耦接于电源电压vdd与输入端tm之间，以及电容cp11耦接于地电压gnd与输入端tp之间。举例来说，开关sm21用以将电源电压vdd耦接于电容cm21的端子n11，以及开关sp11用以将地电压gnd耦接于电容cp11的端子n21。于操作状态op32中，电容cm11耦接于地电压gnd与输入端tm之间，以及电容cp21耦接于电源电压vdd与输入端tp之间。举例来说，开关sm11用以将地电压gnd耦接于电容cm11的端子n11，以及开关sp21用以将电源电压vdd耦接于电容cp21的端子n21。
53.相似地，于操作状态op33中，电容cm21耦接于电源电压vdd与输入端tm之间，以及电容cp11耦接于地电压gnd与输入端tp之间。于操作状态op34中，电容cm11耦接于地电压gnd与输入端tm之间，以及电容cp21耦接于电源电压vdd与输入端tp之间。基于图3a与图3b所示的操作，图2所示的数模转换器230可用来实施3位逐次逼近型模数转换器，其采用二分搜索算法来执行信号转换操作。
54.在某些实施例中，图2所示的数模转换器230可用来实施3位逐逐次逼近型模数转换器，其操作在单端模式以转换输入信号ain。图3c与图3d是根据本技术某些实施例的图2所示的数模转换器230的操作的示意图。在图3c与图3d所示的实施例中，输入信号ain是利用(但不限于)电压信号vip所实施的单端信号。除了多个电容cp11、cp21、cp12与cp22在采样阶段ph
s
及转换阶段ph
c
中均耦接于同一参考电压以外，图3c与图3d所示的的操作可与图3a与图3b所示的的操作相似/相同。
55.首先请连同图2参阅图3c，在采样阶段ph
s
中，切换式电容阵列232的每一电容均耦接于电压信号vip与共模电压vcm之间，以及切换式电容阵列234的每一电容均耦接于共模电压vcm与地电压gnd之间。举例来说，多个开关sp11、sp21、sp12与sp22中的每一开关用以将地电压gnd耦接于相对应的电容的端子n21，以及开关smc2用以将共模电压vcm耦接于输入
端tp。
56.在转换阶段ph
c
中，切换式电容阵列232的每一电容均耦接于电源电压vdd与地电压gnd其中的一个与输入端tm之间，而切换式电容阵列234的每一电容均维持耦接于输入端tp与地电压tp之间。在转换步骤st1中，比较器110可将电压信号vxm与电压信号vxp作比较以产生比较结果cr。当比较结果cr指示出电压信号vxm的信号电平小于电压信号vxp的信号电平时，数模转换器230可进入转换步骤st2中的操作状态op21。当比较结果cr指示出电压信号vxm的信号电平大于电压信号vxp的信号电平时，数模转换器230可进入转换步骤st2中的操作状态op22。值得注意的是，电压信号vxm与电压信号vxp两者的比较结果可等于或大致等于电压信号vip与地电压gnd两者的比较结果。因此，数模转换器230可用于单端式逐渐逼近式模拟数字转换器。
57.于操作状态op21中，开关sm22用以将电源电压vdd耦接于电容cm22的端子n11，而开关sp12与开关sp12均维持耦接于地电压gnd与相对应的电容之间。比较器110可将电压信号vxm与电压信号vxp作比较以产生比较结果cr。当比较结果cr指示出电压信号vxm的信号电平小于电压信号vxp的信号电平时，数模转换器230可进入转换步骤st3中的操作状态op31。当比较结果cr指示出电压信号vxm的信号电平大于电压信号vxp的信号电平时，数模转换器230可进入转换步骤st3中的操作状态op32。
58.于操作状态op22中，开关sm12用以将地电压gnd耦接于电容cm12的端子n11，而开关sp12与开关sp12均维持耦接于地电压gnd与相对应的电容之间。比较器110可将电压信号vxm与电压信号vxp作比较以产生比较结果cr。当比较结果cr指示出电压信号vxm的信号电平小于电压信号vxp的信号电平时，数模转换器230可进入转换步骤st3中的操作状态op33。当比较结果cr指示出电压信号vxm的信号电平大于电压信号vxp的信号电平时，数模转换器230可进入转换步骤st3中的操作状态op34。
59.请连同图2来参阅图3d，于操作状态op31与操作状态op33中，开关sm21用以将电源电压vdd耦接于电容cm22的端子n11。于操作状态op32与操作状态op34中，开关sm11用以将地电压gnd耦接于电容cm12的端子n11。由于本领域的技术人员在阅读图1至图3c相关的段落说明之后，应可了解数模转换器230在图3d所示的转换步骤st3中的操作，因此，进一步的说明在此便不再赘述。基于图3c与图3d所示的操作，图2所示的数模转换器230可用来实施操作在单端模式的3位逐渐逼近式模拟数字转换器。
60.以上所述的数模转换器结构及操作只是出于说明的目的，并非用来限制本技术的范围。在某些实施例中，共模电压vcm可利用不同于多个参考信号vr1与vr2的一参考信号来实施。在某些实施例中，对应于输出信号dout中一预定位的一对电容可替换为一个电容，其可在采样阶段ph
s
中耦接于电压信号vip/vim与共模电压vcm之间，并可在转换阶段ph
c
的一开始耦接于共模电压vcm与输入端tm/tp之间。在某些实施例中，一对电容可在采样阶段ph
s
中耦接于电源电压vdd与地电压gnd，而不是耦接于共模电压vcm。只要是一数模转换器可提供至少一对电容(每一对电容包括具有相同电容值的多个电容)来取代电性连接于一共模电压的单一电容，且所述多个电容耦接于不同于所述共模电压的多个参考信号，这些相关的修饰与设计上的变化均遵循本技术的精神而落入本技术的范畴。
61.图4是根据本技术某些实施例的图1所示的数模转换器130的另一实施方式的示意图。除了开关电路439以外，数模转换器430的结构与图2所示的数模转换器230的结构相似/
相同。于此实施例中，开关电路439用以将一对电容中的两个电容分别耦接于电源电压vdd与地电压gnd之间，或将所述两个电容分别耦接于比较器110的同一个输入端。
62.图5a与图5b是根据本技术某些实施例的图4所示的数模转换器430的操作的示意图。首先请连同图4参阅图5a，在采样阶段ph
s
中，开关电容阵列232的每一对电容中的一个电容耦接于电压信号vip与电源电压vdd之间，以及所述一对电容中的另一个电容耦接于电压信号vip与地电压gnd之间。此外，开关电容阵列234的每一对电容中的一个电容耦接于电压信号vim与电源电压vdd之间，以及所述一对电容中的另一个电容耦接于电压信号vim与地电压gnd之间。
63.举例来说，开关电路439可包括多个开关swa0‑
swa4、swb0‑
swb4与swd1‑
swd4。在采样阶段ph
s
中，多个开关sm11、sm21、sm12与sm22均用以将电压信号vip耦接于相对应的电容的端子n11。多个开关swa0、swb0与swd1‑
swd4均导通，以及多个开关swa1‑
swa4与swb1‑
swb4均断开。因此，多个电容cm11与cm12均耦接于电压信号vip与电源电压vdd之间，以及多个电容cm21与cm22均耦接于电压信号vip与地电压gnd之间。此外，多个电容cp11与cp12均耦接于电压信号vipm与电源电压vdd之间，以及多个电容cp21与cp22均耦接于电压信号vim与地电压gnd之间。
64.在转换阶段ph
c
中，开关电容阵列232的每一个电容均耦接于电源电压vdd与地电压gnd其中的一个与输入端tm之间。此外，开关电容阵列234的每一个电容均耦接于电源电压vdd与地电压gnd其中的一个与输入端tp之间。举例来说，于转换步骤st1中，多个开关sm11与sm12中的每一开关用以将电源电压vdd耦接于相对应的电容的端子n11，以及多个开关sm21与sm22中的每一开关用以将地电压gnd耦接于相对应的电容的端子n11。多个开关sp11与sp12中的每一开关用以将电源电压vdd耦接于相对应的电容的端子n21，以及多个开关sp21与sp22中的每一开关用以将地电压gnd耦接于相对应的电容的端子n21。此外，多个开关swa0、swb0与swd1‑
swd4均断开，以及多个开关swa1‑
swa4与swb1‑
swb4均导通。
65.再者，于转换步骤st1中，比较器110可将电压信号vxm与电压信号vxp作比较以产生比较结果cr。值得注意的是，电压信号vxm与电压信号vxp两者的比较结果可等于或大致等于电压信号vim与电压信号vip两者的比较结果，其可表示为：vxp
‑
vxm＝vip
‑
vim。因此，数模转换器430可用于差分式逐次逼近型模数转换器，其可用于转换包括多个电压信号vip与vim的输入信号ain。由于本领域中的技术人员在阅读图1至图3相关的段落说明之后，应可了解图5a和图5b所示的多个转换步骤st1
‑
st3中数模转换器430的操作细节，因此，进一步的说明在此便不再赘述。此外，在某些实施例中，基于图3c与图3d所示的操作，图4所示的数模转换器430可用来实施操作在单端模式的逐渐逼近式模拟数字转换器，而不会悖离本技术的范围。
66.在某些实施例中，图4所示的在采样阶段ph
s
中耦接于电源电压vdd与地电压gnd的至少一对电容，可在转换阶段ph
c
的一开始耦接于一共模电压。图6是根据本技术某些实施例的图1所示的数模转换器130的另一实施方式的示意图。除了多个开关电路636与638以外，数模转换器630的结构与图4所示的数模转换器430的结构相似/相同。多个开关电路636与638可分别作为图1所示的多个开关电路136.1与138.1的实施例。
67.于此实施例中，开关电路636用以根据数字信号sd1选择性地将开关电容阵列232的每一个电容的端子n11耦接于电压信号vip、共模电压vcm、电源电压vdd与地电压gnd其中
的一个。开关电路636可利用图2所示的多个开关sm11、sm21、sm12与sm22来实施。开关电路638用以根据数字信号sd2选择性地将开关电容阵列234的每一个电容的端子n21耦接于电压信号vim、共模电压vcm、电源电压vdd与地电压gnd其中的一个。开关电路638可利用图2所示的多个开关sp11、sp21、sp12与sp22来实施。
68.图7是根据本技术某些实施例的图6所示的数模转换器630的操作的示意图。请连同图6参阅图7，在采样阶段ph
s
中，数模转换器630的操作可与图4所示的数模转换器430的操作相似/相同。在转换阶段ph
c
中，开关电容阵列232的每一个电容均可耦接于输入端tm与共模电压vcm之间。开关电容阵列234的每一个电容均可耦接于输入端tp与共模电压vcm之间。举例来说，于转换步骤st1中，多个开关sm11、sm21、sm12与sm22中的每一开关用以将共模电压vcm耦接于相对应的电容的端子n11，以及多个开关sp11、sp21、sp12与sp22中的每一开关用以将共模电压vcm耦接于相对应的电容的端子n21。此外，多个开关swa0、swb0与swd1‑
swd4均断开，以及多个开关swa1‑
swa4与swb1‑
swb4均导通。
69.再者，于转换步骤st1中，比较器110可将电压信号vxm与电压信号vxp作比较以产生比较结果cr。当比较结果cr指示出电压信号vxm的信号电平小于电压信号vxp的信号电平时，数模转换器630可进入转换步骤st2中的操作状态op21。当比较结果cr指示出电压信号vxm的信号电平大于电压信号vxp的信号电平时，数模转换器630可进入转换步骤st2中的操作状态op22。值得注意的是，电压信号vxm与电压信号vxp两者的比较结果可等于或大致等于电压信号vim与电压信号vip两者的比较结果，其可表示为：vxp
‑
vxm＝vip
‑
vim。因此，数模转换器630可用于差分式逐次逼近型模数转换器，其可用于转换包括多个电压信号vip与vim的输入信号ain。
70.于操作状态op21中，电容cm12与电容cm22均耦接于电源电压vdd与输入端tm之间，以及电容cp12与电容cp22均耦接于地电压gnd与输入端tp之间。举例来说，多个开关sm12与sm22中的每一开关用以将电源电压vdd耦接于相对应的电容的端子n11，以及多个开关sp12与sp22中的每一开关用以将地电压gnd耦接于相对应的电容的端子n21。接下来，比较器110可将电压信号vxm与电压信号vxp作比较以产生比较结果cr。当比较结果cr指示出电压信号vxm的信号电平小于电压信号vxp的信号电平时，数模转换器630可进入转换步骤st3中的操作状态op31。当比较结果cr指示出电压信号vxm的信号电平大于电压信号vxp的信号电平时，数模转换器630可进入转换步骤st3中的操作状态op32。
71.于操作状态op22中，电容cm12与电容cm22均耦接于地电压gnd与输入端tm之间，以及电容cp12与电容cp22均耦接于电源电压vdd与输入端tp之间。举例来说，多个开关sm12与sm22中的每一开关用以将地电压gnd耦接于相对应的电容的端子n11，以及多个开关sp12与sp22中的每一开关用以将电源电压vdd耦接于相对应的电容的端子n21。接下来，比较器110可将电压信号vxm与电压信号vxp作比较以产生比较结果cr。当比较结果cr指示出电压信号vxm的信号电平小于电压信号vxp的信号电平时，数模转换器630可进入转换步骤st3中的操作状态op33。当比较结果cr指示出电压信号vxm的信号电平大于电压信号vxp的信号电平时，数模转换器630可进入转换步骤st3中的操作状态op34。
72.由于本领域中的技术人员在阅读图1至图6相关的段落说明之后，应可了解数模转换器630于多个操作状态op31
‑
op34的操作与图5b所示的操作相似/相同，因此，进一步的说明在此便不再赘述。此外，在某些实施例中，基于图3c与图3d所示的操作，数模转换器630可
用来实施操作在单端模式的逐渐逼近式模拟数字转换器，而不会悖离本技术的范围。
73.图8是根据本技术某些实施例的图1所示的数模转换器130的另一实施方式的示意图。举例来说，除了数模转换器830采用上板采样方案来执行信号转换操作以外，数模转换器830的结构与图2所示的数模转换器230的结构相似/相同。数模转换器830包括的多个开关电路836与838可分别作为图1所示的多个开关电路136.1与138.1的实施例。
74.于此实施例中，开关电路836用以根据数字信号sd1选择性地将开关电容阵列232的每一个电容的端子n11耦接于电源电压vdd与地电压gnd其中的一个。开关电路836可利用图2所示的多个开关sm11、sm21、sm12与sm22来实施。开关电路838用以根据数字信号sd2选择性地将开关电容阵列234的每一个电容的端子n21耦接于电源电压vdd与地电压gnd其中的一个。开关电路838可利用图2所示的多个开关sp11、sp21、sp12与sp22来实施。此外，开关smc1选择性地耦接于电压信号vim与输入端tm之间，以及开关smc2选择性地耦接于电压信号vip与输入端tp之间。
75.图9是根据本技术某些实施例的图8所示的数模转换器830的操作的示意图。请连同图8参阅图9，在采样阶段ph
s
中，开关电容阵列232的每一对电容中的一个电容耦接于电压信号vim与电源电压vdd之间，以及所述一对电容中的另一个电容耦接于电压信号vim与地电压gnd之间。此外，开关电容阵列234的每一对电容中的一个电容耦接于电压信号vip与电源电压vdd之间，以及所述一对电容中的另一个电容耦接于电压信号vip与地电压gnd之间。
76.举例来说，在采样阶段ph
s
中，多个开关sm11与sm12均用以将电源电压vdd耦接于相对应的电容的端子n11。多个开关sm21与sm22均用以将地电压gnd耦接于相对应的电容的端子n11。多个开关sp11与sp12均用以将电源电压vdd耦接于相对应的电容的端子n21。多个开关sp21与sp22均用以将地电压gnd耦接于相对应的电容的端子n21。此外，开关smc1用以将电压信号vim耦接于输入端tm。开关smc2用以将电压信号vip耦接于输入端tp。
77.在转换阶段ph
c
中，同一对电容中的两个电容可分别耦接于电源电压vdd与地电压gnd。例如，在转换步骤st1中，开关smc1与开关smc2均断开。由于本领域中的技术人员在阅读图1至图8相关的段落说明之后，应可了解数模转换器830于多个转换步骤st1
‑
st3的操作与图3a及图3b所示的操作相似/相同，因此，进一步的说明在此便不再赘述。。此外，在某些实施例中，基于图3c与图3d所示的操作，数模转换器830可用来实施操作在单端模式的逐渐逼近式模拟数字转换器，而不会悖离本技术的范围。
78.图10是根据本技术某些实施例的图1所示的数模转换器130的另一实施方式的示意图。举例来说，除了数模转换器1030中的每一个电容可耦接于共模电压vcm、电源电压vdd与电压gnd其中的一个以外，数模转换器1030的结构与图8所示的数模转换器830的结构相似/相同。
79.于此实施例中，开关电路1036用以根据数字信号sd1选择性地将开关电容阵列232的每一个电容的端子n11耦接于共模电压vcm、电源电压vdd与地电压gnd其中的一个。开关电路1036可利用图2所示的多个开关sm11、sm21、sm12与sm22来实施。开关电路1038用以根据数字信号sd2选择性地将开关电容阵列234的每一个电容的端子n21耦接于共模电压vcm、电源电压vdd与地电压gnd其中的一个。开关电路1038可利用图2所示的多个开关sp11、sp21、sp12与sp22来实施。
80.图11是根据本技术某些实施例的图10所示的数模转换器1030的操作的示意图。请连同图10参阅图11，在采样阶段ph
s
中，开关smc1与开关smc2均导通。开关电容阵列232的每一个电容耦接于共模电压vcm与电压信号vim之间，以及开关电容阵列234的每一个电容耦接于共模电压vcm与电压信号vip之间。在转换阶段ph
c
的一开始，开关smc1与开关smc2均断开。电容cm11与电容cm12均耦接于输入端tm与电源电压vdd之间，以及电容cm21与电容cm22均耦接于输入端tm与地电压gnd之间。电容cp11与电容cp12均耦接于输入端tp与电源电压vdd之间，以及电容cp21与电容cp22均耦接于输入端tp与地电压gnd之间。由于本领域中的技术人员在阅读图1至图10相关的段落说明之后，应可了解数模转换器1030于图11所示的转换阶段ph
c
中的操作与图3a及图3b所示的操作相似/相同，因此，进一步的说明在此便不再赘述。。此外，在某些实施例中，基于图3c与图3d所示的操作，数模转换器1030可用来实施操作在单端模式的逐渐逼近式模拟数字转换器，而不会悖离本技术的范围。
81.图12是根据本技术某些实施例的图10所示的数模转换器1030的操作的示意图。请连同图10参阅图12，在采样阶段ph
s
中，开关smc1与开关smc2均导通。电容cm11与电容cm12均耦接于电压信号vim与电源电压vdd之间，以及电容cm21与电容cm22均耦接于电压信号vim与地电压gnd之间。电容cp11与电容cp12均耦接于电压信号vip与电源电压vdd之间，以及电容cp21与电容cp22均耦接于电压信号vip与地电压gnd之间。在转换阶段ph
c
的一开始，开关smc1与开关smc2均断开。开关电容阵列232中的每一个电容均耦接于共模电压vcm与输入端tm之间，以及开关电容阵列234中的每一个电容均耦接于共模电压vcm与输入端tp之间。由于本领域中的技术人员在阅读图1至图10相关的段落说明之后，应可了解数模转换器1030于图12所示的转换阶段ph
c
中的操作与图3a及图3b所示的操作相似/相同，因此，进一步的说明在此便不再赘述。
82.在某些实施例中，可响应不同的转换周期，将分别耦接于同一对电容中的两个电容的参考信号彼此交换，以降低电容失配造成的影响。图13是根据本技术某些实施例的图2所示的数模转换器230在不同转换周期的操作的示意图。于此实施例中，数模转换器230可操作在不同的转换周期cc1与cc2，其中转换周期cc1包括图3a和图3b所示的采样阶段ph
s
和转换阶段ph
c
。
83.请连同图1参阅图13，数模转换器230可用于实施图1所示的数模转换器130，其中信号转换电路100可在转换周期cc1中转换输入信号ain以产生一转换结果，诸如在转换周期cc1的最后所输出的输出信号dout。此外，信号转换电路100可在转换周期cc2中转换输入信号ain以产生另一转换结果，诸如在转换周期cc2的最后所输出的输出信号dout。转换周期cc2包括一采样阶段ph
s2
及一转换阶段ph
c2
。
84.除了施加于同一对电容的参考信号以外，在采样阶段ph
s2
和转换阶段ph
c2
中所进行的的操作，与在采样阶段ph
s
和转换阶段ph
c
中所进行的的操作相似/相同。举例来说，于图13所示的实施例中，在转换周期cc1的转换阶段ph
c
，多个电容cm11与cm12均耦接于输入端tm与电源电压vdd之间，以及多个电容cm21与cm22均耦接于输入端tm与地电压gnd之间。在转换周期cc2的转换阶段ph
c2
，多个电容cm11与cm12均耦接于输入端tm与地电压gnd之间，以及多个电容cm21与cm22均耦接于输入端tm与电源电压vdd之间。相似地，在转换周期cc1的转换阶段ph
c
，多个电容cp11与cp12均耦接于输入端tp与电源电压vdd之间，以及多个电容cp21与cp22均耦接于输入端tp与地电压gnd之间。在转换周期cc2的转换阶段ph
c2
，多个电容cp11与
cp12均耦接于输入端tp与地电压gnd之间，以及多个电容cp21与cp22均耦接于输入端tp与电源电压vdd之间。也就是说，当数模转换器230操作在不同的转换周期时，可交换(exchange/swap)同一对电容中两个电容各自耦接的参考信号。
85.在某些实施例中，本技术所提供的信号转换方案可在一预定个数的转换周期内，将分别施加于同一对电容中的两个电容的参考信号交换一次。值得注意的是，图13所示的信号交换方案可应用于图1所示的数模转换器130、图2所示的数模转换器230、图4所示的数模转换器430、图6所示的数模转换器630、图8所示的数模转换器830、图10所示的数模转换器1030以及图1所示的数模转换器130的其他实施方式，从而降低电容失配的影响。
86.通过本技术所公开的信号转换方案，可大幅减少用来储存共模电压的高耗电寄存器所造成的功耗。此外，本技术所公开的信号转换方案可响应不同的转换周期，将分别施加于同一对电容中的两个电容的参考信号彼此交换，以降低电容失配造成的影响。
87.在本技术内容使用的词语“大致”是用以描述及说明少量的变化。当这些词语结合事件或情形使用时，可涵盖事件或情形精确发生的例示以及事件或情形极近似于发生的例示。举例而言，当词语“大致”与一给定数值或范围来使用时，一般可表示所述给定数值或范围的
±
10％、
±
5％、
±
1％或
±
0.5％。在本技术内容，将数值范围表示成由一端点至另一端点或介于二端点之间。除非另有说明，本技术内容所述的数值范围皆包括端点。此外，当提及多个数值或特性“大致”相同时，可涵盖这些数值彼此之间均位于这些数值的平均值的
±
10％、
±
5％、
±
1％或
±
0.5％的范围内的情形。
88.上文的叙述简要地提出了本技术某些实施例的特征，而使得本领域的技术人员能够更全面地理解本技术的多种态样。本技术本领域的技术人员当可理解，其可轻易地利用本技术内容作为基础，来设计或更动其他工艺与结构，以实现与此处所述的实施方式相同的目的和/或达到相同的优点。本技术本领域的技术人员应当明白，这些均等的实施方式仍属于本技术内容的精神与范围，且其可进行各种变更、替代与更动，而不会悖离本技术内容的精神与范围。