逐渐趋近式模数转换器与转换方法.pdf

本发明披露了一种逐渐趋近式模数转换器与转换方法，能够降低一输入信号的取样值以避免取样失真，该逐渐趋近式模数转换器包含：一电容阵列，包含至少一指定电容与至少一取样电容，用来在一取样模式下取样一输入信号；一比较器，用来在一比较模式下比较来自该电容阵列的一第一电压与一第二电压，藉此产生一比较结果；一开关电路，用来依据一控制信号在取样模式下决定该电容阵列所存储的电荷量，并在比较模式下决定该第一电压；以及一控制电路，用来在取样模式下依据一取样设定产生该控制信号，并在比较模式下依据比较器的比较结果产生该控制信号。所述指定电容在取样模式下不进行取样，并且在比较模式下与取样电容共享电荷，以降低取样值。

1.  一种逐渐趋近式模数转换器，能够决定一输入信号的取样值，包含：
一第一电容阵列，包含多个第一电容，用来在一取样模式下取样一第一输入信号，其中所述多个第一电容包含至少一第一指定电容与至少一第一取样电容，且所述多个第一电容中的每一个均包含一第一上电极端与一第一下电极端；
一比较器，用来在一比较模式下比较来自所述第一电容阵列的一第一电压与一第二电压，以产生一比较结果；
一第一开关电路，耦接所述第一电容阵列，用来在所述取样模式下依据一第一控制信号决定所述第一电容阵列所存储的电荷量，并在所述比较模式下依据所述第一控制信号决定所述第一电容阵列所输出的所述第一电压；以及
一控制电路，耦接所述比较器与所述第一开关电路，用来在所述取样模式下依据一取样设定产生所述第一控制信号，并在所述比较模式下依据所述比较结果产生所述第一控制信号，
其中所述第一控制信号在所述取样模式下经由所述第一开关电路使所述至少一第一指定电容不取样所述第一输入信号，同时使所述至少一第一取样电容取样所述第一输入信号，以及在所述比较模式下经由所述第一开关电路使所述第一电容阵列停止取样，并使所述至少一第一指定电容与所述至少一第一取样电容共享电荷。

2.  根据权利要求1所述的转换器，其中所述第一开关电路包含一第一输入开关与一第一取样控制开关，且在所述取样模式下，所述第一控制信号经由所述第一输入开关耦接所述至少一第一指定电容的第一上电极端与所述第一输入信号，经由所述第一取样控制开关耦接所述至少一第一指定电容的第一下电极端与所述第一输入信号，以 及经由所述第一开关电路将所述至少一第一取样电容耦接在所述第一输入信号与一第一参考信号之间；在所述比较模式下，所述第一控制信号经由所述第一输入开关断开所述至少一第一指定电容的第一上电极端与所述第一输入信号，经由所述第一取样控制开关耦接所述至少一第一指定电容的第一下电极端与所述第一参考信号，以及经由所述至少一第一指定电容与所述至少一第一取样电容的第一上电极端的连接来达成电荷共享。

3.  根据权利要求1所述的转换器，进一步包含：
一第二电容阵列，包含多个第二电容，用来取样一第二输入信号，并输出所述第二电压，其中所述多个第二电容包含至少一第二指定电容与至少一第二取样电容，且所述多个第二电容中的每一个均包含一第二上电极端与一第二下电极端；以及
一第二开关电路，耦接所述第二电容阵列，用来在所述取样模式下依据一第二控制信号决定所述第二电容阵列所存储的电荷量，并在所述比较模式下依据所述第二控制信号决定所述第二电容阵列所输出的所述第二电压，其中所述控制电路在所述取样模式下依据所述取样设定产生所述第二控制信号，并于所述比较模式下依据所述比较结果产生所述第二控制信号，
其中所述第二控制信号在所述取样模式下经由所述第二开关电路使所述至少一第二指定电容不取样所述第二输入信号，同时使所述至少一第二取样电容取样所述第二输入信号，以及在所述比较模式下经由所述第二开关电路使所述第二电容阵列停止取样，并使所述至少一第二指定电容与所述至少一第二取样电容共享电荷。

4.  根据权利要求3所述的转换器，其中所述第二开关电路包含一第二输入开关与一第二取样控制开关，并且在所述取样模式下，所述第二控制信号经由所述第二输入开关耦接所述至少一第二指定电容的 上电极端与所述第二输入信号，经由所述第二取样控制开关耦接所述至少一第一指定电容的下电极端与所述第二输入信号，以及经由所述第二开关电路将所述至少一第二取样电容耦接在所述第二输入信号与一第二参考信号之间；在所述比较模式下，所述第二控制信号经由所述第二输入开关断开所述至少一第二指定电容的第二上电极端与所述第二输入信号，经由所述第二取样控制开关耦接所述至少一第二指定电容的第二下电极端与所述第二参考信号，以及经由所述至少一第二指定电容与所述至少一第二取样电容的第二上电极端的连接来完成电荷共享。

5.  根据权利要求3所述的转换器，其中所述至少一第一指定电容与所述至少一第二指定电容的电容值相等，所述至少一第一取样电容与所述至少一第二取样电容的电容值相等，且所述第一与第二参考信号相等。

6.  根据权利要求1所述的转换器，其中所述第二输入信号为所述第一输入信号的反相信号。

7.  根据权利要求1所述的转换器，其中所述第二输入信号是一预定参考信号。

8.  根据权利要求1所述的转换器，其中所述控制电路依据所述取样设定或一先前比较结果的分析，通过所述第一开关电路从所述多个第一电容中选择至少其中之一作为所述至少一第一指定电容。

9.  一种逐渐趋近式模数转换方法，是由一逐渐趋近式模数转换器来执行，所述逐渐趋近式模数转换器能够决定一输入信号的取样值，所述方法包含：
在一取样模式下，利用一第一电容阵列取样一第一输入信号，其中所述第一电容阵列包含至少一第一指定电容与至少一第一取样电容；
在一比较模式下，比较来自所述第一电容阵列的一第一电压与一第二电压，以产生一比较结果，其中所述第二电压与一第二输入信号相关，且所述第二输入信号是所述第一输入信号的反相信号或一预定参考信号；
在所述取样模式下经由一第一控制信号控制一第一开关电路使所述至少一第一指定电容不取样所述第一输入信号，同时使所述至少一第一取样电容取样所述第一输入信号，以决定所述第一电容阵列所存储的电荷量；
在所述比较模式下经由所述第一控制信号控制所述第一开关电路使所述第一电容阵列停止取样，并使所述至少一第一指定电容与所述至少一第一取样电容共享电荷，以决定所述第一电容阵列所输出的所述第一电压；以及
在所述取样模式下依据一取样设定产生所述第一控制信号，以及在所述比较模式下依据所述比较结果产生所述第一控制信号。

10.  根据权利要求9所述的转换方法，其中使所述至少一第一指定电容不取样所述第一输入信号的步骤包含：
在所述取样模式下，经由所述第一控制信号控制所述第一开关电路使所述至少一第一指定电容的两个电极端均耦接所述第一输入信号，同时使所述至少一第一取样电容耦接在所述第一输入信号与一第一参考信号之间，
以及使所述至少一第一指定电容与所述至少一第一取样电容共享电荷的步骤包含：
在所述比较模式下，经由所述第一控制信号控制所述第一开关电路使所述至少一第一指定电容耦接在所述第一参考信号与所述至少一第一取样电容之间以共享电荷。

11.  根据权利要求9所述的转换方法，其中当所述第二输入信号为所述第一输入信号的反相信号时，所述转换方法进一步包含：
利用一第二电容阵列取样所述第二输入信号，其中所述第二电容阵列包含至少一第二指定电容与至少一第二取样电容；
在所述取样模式下经由一第二控制信号控制一第二开关电路使所述至少一第二指定电容不取样所述第二输入信号，同时使所述至少一第二取样电容取样所述第二输入信号，以决定所述第二电容阵列所存储的电荷量；
在所述比较模式下经由所述第二控制信号控制所述第二开关电路使所述第二电容阵列停止取样，并使所述至少一第二指定电容与所述至少一第二取样电容共享电荷，以决定所述第二电容阵列所输出的所述第二电压；以及
在所述取样模式下依据所述取样设定产生所述第二控制信号，并且在所述比较模式下依据所述比较结果产生所述第二控制信号。

12.  根据权利要求11所述的转换方法，其中使所述至少一第二指定电容不取样所述第二输入信号的步骤包含：
在所述取样模式下，经由所述第二控制信号控制所述第二开关电路使所述至少一第二指定电容的两个电极端均耦接所述第二输入信号，同时使所述至少一第二取样电容耦接在所述第二输入信号与一第二参考信号之间，
以及使所述至少一第二指定电容与所述至少一第二取样电容共享电荷的步骤包含：
在所述比较模式下，经由所述第二控制信号控制所述第二开关电路使所述至少一第二指定电容耦接在所述第二参考信号与所述至少一第二取样电容之间以共享电荷。

13.  根据权利要求9所述的转换方法，进一步包含：
依据所述取样设定或一先前比较结果的分析，通过所述第一开关电路从所述第一电容阵列中选择一电容或多个电容的组合作为所述至少一第一指定电容。

14.  一种逐渐趋近式模数转换方法，是由一逐渐趋近式模数转换器来执行，能够减少取样一输入信号，包含：
接收一第一输入信号；
利用一第一电容阵列取样所述第一输入信号，以产生多个第一原始取样值；
依据所述多个第一原始取样值以及多个第二原始取样值或一参考值产生多个比较结果；
判断所述多个比较结果的变化是否符合一预设样式；以及
若所述多个比较结果的变化符合所述预设样式，则调整所述第一电容阵列，并再通过所述第一电容阵列取样所述第一输入信号，以产生多个第一调整取样值，
其中所述多个第一调整取样值的最大值小于所述多个第一原始取样值的最大值。

15.  根据权利要求14所述的转换方法，其中所述第一电容阵列包含至少一第一指定电容与至少一第一取样电容，且调整所述第一电容阵列的步骤包含：
使所述至少一第一指定电容的两个电极端等电位而不能进行取样，且使所述至少一第一取样电容的两个电极端分别耦接所述第一输入信号与一第一参考信号而且能对所述第一输入信号进行取样。

16.  根据权利要求15所述的转换方法，其中所述至少一第一指定电容的电容值与所述至少一第一取样电容的电容值的总和为一总电容值，所述多个第一原始取样值的最大值与所述多个第一调整取样值的最大值的比例取决于所述总电容值与所述至少一第一取样电容的电容值的比例。

17.  根据权利要求14所述的转换方法，其中所述预设样式是指所述多个比较结果均相同。

逐渐趋近式模数转换器与转换方法
技术领域
本发明涉及模数转换技术，尤其涉及逐渐趋近式模数转换器与转换方法。
背景技术
逐渐趋近式模数转换器（Successive Approximation Analog-to-Digital Converter）是一种依据本身所有可能的量化基准来对模拟输入信号进行二分法检索（Binary Search）以产生数字输出信号的转换器。在多种逐渐趋近式模数转换器中，电荷重分配（Charge Redistribution）逐渐趋近式模数转换器是种常见的实施选择，其利用一电容阵列对一模拟输入信号进行取样；完成取样后再将该电容阵列中的多个电容的下电极板依电容值由大至小的顺序以及一比较结果耦接至一参考电压，以在电荷守恒的情形下，改变该电容阵列所输出的电压（亦即该多个电容的上电极板的电压）；接着再依次比较该电容阵列的输出电压与另一电容阵列的输出电压或一固定电压，以产生上述比较结果；最后再依据该比较结果产生一数字输出信号。
对采用上述电荷重分配逐渐趋近式模数转换器的装置（例如一图像译码器）而言，假如模拟输入信号（例如一图像信号）的峰值过大而超出了此模数转换器的量化分辨率，就会导致后续产生的数字输出信号失真，因此，现有技术会利用一可编程增益放大器（Programmable Gain Amplifier,PGA）来调整模拟输入信号的峰值，以避免所述失真的问题。然而，可编程增益放大器具有电路面积大及功率消耗大等特性，额外使用可编程放大器会导致成本增加与耗电问题，因此本技术领域仍需要一个能够避免失真又能减少或防止成本与功耗增加的解决方案。
发明内容
本发明的一目的在于提供一种逐渐趋近式模数转换器与转换方法，以解决先前技术的问题。
本发明公开了一种逐渐趋近式模数转换器，能够决定一输入信号的取样值。所述转换器的一实施例包含：一第一电容阵列，包含多个第一电容，用来在一取样模式下取样一第一输入信号，其中该多个第一电容包含至少一第一指定电容与至少一第一取样电容，且每该第一电容包含一第一上电极端与一第一下电极端；一比较器，用来在一比较模式下比较来自第一电容阵列的一第一电压与一第二电压，藉此产生一比较结果；一第一开关电路，耦接第一电容阵列，用来在取样模式下依据一第一控制信号决定第一电容阵列所存储的电荷量，并在比较模式下依据该第一控制信号决定第一电容阵列所输出的第一电压；以及一控制电路，耦接比较器与第一开关电路，用来在取样模式下依据一取样设定产生第一控制信号，并在比较模式下依据比较结果产生第一控制信号，其中第一控制信号在取样模式下经由第一开关电路使第一指定电容不取样第一输入信号，同时使第一取样电容取样第一输入信号，以及在比较模式下经由第一开关电路使第一电容阵列停止取样，并使第一指定电容与第一取样电容共享电荷。
本发明还公开了一种逐渐趋近式模数转换方法，能够决定一输入信号的取样值，是由本发明的逐渐趋近式模数转换器或其等效装置来执行。所述方法的一实施例包含：在一取样模式下，利用一第一电容阵列取样一第一输入信号，其中第一电容阵列包含至少一第一指定电容与至少一第一取样电容；在一比较模式下，比较来自第一电容阵列的一第一电压与一第二电压，藉此产生一比较结果，其中第二电压与一第二输入信号相关，且第二输入信号是第一输入信号的反相信号或一预定参考信号；在取样模式下经由一第一控制信号控制一第一开关电路使第一指定电容不取样该第一输入信号，同时使第一取样电容取样该第一输入信号，藉此决定第一电容阵列所存储的电荷量；在比较模式下经由第一控制信号控制第一开关电路使第一电容阵列停止取样，并使第一指定电容与第一取样电容共享电荷，藉此决定第一电容阵列所输出的第一电压；以及在取样模式下依据一取样 设定产生第一控制信号，并在比较模式下依据比较结果产生第一控制信号。
前述逐渐趋近式模数转换方法的另一实施例包含：接收一第一输入信号；利用一第一电容阵列取样该第一输入信号，以产生多个第一原始取样值；依据该多个第一原始取样值以及多个第二原始取样值或一参考值产生多个比较结果；判断该多个比较结果的变化是否符合一预设样式；以及若该多个比较结果的变化符合该预设样式，则调整该第一电容阵列，并再通过该第一电容阵列取样该第一输入信号，以产生多个第一调整取样值，其中该多个第一调整取样值的最大值小于该多个第一原始取样值的最大值。
有关本发明的特征、实作与功效，现配合示图对优选的实施例详细说明如下。
附图说明
图1a为本发明的逐渐趋近式模数转换器在取样模式下的一实施例的示意图；
图1b为本发明的逐渐趋近式模数转换器在比较模式下的一实施例的示意图；
图2a为差分输入下本发明的逐渐趋近式模数转换器在取样模式时的一实施例的示意图；
图2b为差分输入下本发明的逐渐趋近式模数转换器在比较模式时的一实施例的示意图；
图3a为本发明的逐渐趋近式模数转换方法的一实施例的流程图；
图3b为本发明的逐渐趋近式模数转换方法的另一实施例的流程图；
图4a为本发明的采用逐渐趋近式模数转换器的译码器在取样模式下的一实施例的示意图；及
图4b本发明的采用逐渐趋近式模数转换器的译码器在比较模式下的一实施例的示意图。
[图的符号简单说明]：
100  逐渐趋近式模数转换器
110  第一电容阵列
112  第一指定电容
114  第一取样电容
120  比较器
122  第一输入端
124  第二输入端
130  第一开关电路
132  第一输入开关
134  第一取样控制开关
140  控制电路
S1  第一输入信号
Ref1  第一参考信号
V1  第一电压
V2  第二电压
Ctrl_1  第一控制信号
C1  第一电容
具体实施方式
以下说明内容的用语是参照本技术领域的习惯用语，如本说明书对部分用语有加以说明或定义，该部分用语的解释应以本说明书的说明或定义为准。
本发明所披露的内容包含逐渐趋近式模数转换器（Successive Approximation Analog-to-Digital Converter,SA ADC）与转换方法以及采用逐渐趋近式模数转换器的译码器，能够降低一输入信号的取样值（其中若该输入信号为负，该取样值取其绝对值），亦即能减量取样该输入信号，以避免该输入信号的峰值过大所导致的失真问题。本发明可应用于一集成电路（例如一模拟前端电路）或一系统装置（例如一图像译码装置），且在实施为可能的前提下，本技术领域具有通常知识者能够依本说明书的公开内容选择等效的组件来实现本发明。由于本发明的装置所包含的部分组 件单独而言可能为已知组件，因此在不影响该装置发明的充分公开及可实施性的前提下，以下说明对于已知组件的细节将予以省略。另外，本发明的方法可通过本发明的装置或其等效装置来执行。再者，在实施为可能的前提下，本技术领域人员可依本发明所披露的内容及自身的需求选择性地实施任一实施例的部分或全部技术特征，或者选择性地实施多个实施例的部分或全部技术特征的组合，藉此增加本发明实施时的弹性。
请参阅图1a与图1b，其为本发明的逐渐趋近式模数转换器的一实施例的示意图，其中图1a是代表取样模式，图1b是代表比较模式。如图所示，本实施例的转换器100包含：一第一电容阵列110；一比较器120；一第一开关电路130；以及一控制电路140。所述第一电容阵列110包含多个第一电容C1，用来在一取样模式下取样一第一输入信号S1，其中多个第一电容C1包含至少一第一指定电容112与至少一第一取样电容114，且每个第一电容C1均包含一第一上电极端与一第一下电极端，可以是有极性或无极性的电容。所述比较器120包含一第一输入端122与一第二输入端124，用来在一比较模式下比较来自第一电容阵列110的一第一电压V1与一第二电压V2，藉此产生一比较结果Comp，该比较结果Comp按产生顺序分别代表一数字输出信号Dout的最高有效位（Most Significant Bit,MSB）至最低有效位（Least Significant Bit,LSB）。所述第一开关电路130耦接第一电容阵列110，用来在取样模式下依据一第一控制信号Ctrl_1决定第一电容阵列110所存储的电荷量，并在比较模式下依据第一控制信号Ctrl_1决定第一电容阵列110所输出的第一电压V1。所述控制电路140则耦接比较器120与第一开关电路130，用来在取样模式下依据一取样设定产生第一控制信号Ctrl_1（如图1a所示），并在比较模式下依据比较结果Comp产生第一控制信号Ctrl_1（如图1b所示）。更明确地说，如图1a所示，第一控制信号Ctrl_1在取样模式下经由第一开关电路130使第一指定电容112不取样第一输入信号S1，同时使第一取样电容114取样第一输入信号S1；另外，如图1b所示，第一控制信号Ctrl_1在比较模式下经由第一开关电路130使第一电容阵列110停止取样，并使第一指定电容112 与第一取样电容114共享电荷，藉此产生第一电压V1的初始值（亦即第一输入信号S1的取样值），以供后续比较时使用。请注意，产生第一电压V1的初始值后，本实施例的转换器100便可依现有比较方式来依次产生比较结果Comp并据以产生数字输出信号Dout；然而，本实施例的控制电路140除了可依据前述取样设定经由第一开关电路130从第一电容C1中选择至少其中之一作为第一指定电容112外，也可进一步分析在先的数字输出信号Dout（或说先前比较的结果），并在分析结果指出输出信号失真或其它问题时，通过第一开关电路130选择其它单一或多个第一电容C1来作为第一指定电容112，藉此得到改善。
请再参阅图1a，第一开关电路130包含一第一输入开关132与一第一取样控制开关134，在取样模式下，第一控制信号Ctrl_1经由第一输入开关132将第一指定电容112的第一上电极端与第一输入信号S1耦接在一起；并经由第一取样控制开关134将第一指定电容112的第一下电极端与第一输入信号S1耦接在一起，藉此避免第一指定电容112取样第一输入信号S1。另外，同样在取样模式下，第一控制信号Ctrl_1经由第一开关电路130将第一取样电容114耦接在第一输入信号S1与一第一参考信号Ref1之间，藉此使第一取样电容114取样第一输入信号S1。再者，请参阅图1b，在比较模式下，第一控制信号Ctrl_1经由第一输入开关132将第一指定电容112的第一上电极端与第一输入信号S1断开；并经由第一取样控制开关134将第一指定电容112的第一下电极端与第一参考信号Ref1耦接在一起；以及经由第一指定电容112与第一取样电容114的第一上电极端的连接来实现电荷共享，藉此决定第一电容阵列110的有效输出电压（亦即第一电压V1），也就是决定第一输入信号S1的有效取样值。
综上所述，举例来说，假定本实施例的模数转换器100为一三位转换器，第一电容阵列110包含四个第一电容C1，该多个第一电容C1的电容值按大小依次为4C、2C、C、C，其中第一指定电容112的电容值为4C，其余电容均为第一取样电容114，另外，第一输入信号S1以共模电压Vcm与振幅Vin/2的和(Vcm+Vin/2)来表示，第一参考信号Ref1以共模电压Vcm 与参考电压Vr的和(Vcm+Vr)来表示，则在取样模式结束时，第一电容阵列110所存储的总电荷Qt为：
Qt＝4C×(S1-S1)+(2C+C+C)×(S1-Ref1)
  ＝4C×[(Vcm+Vin/2)-(Vcm+Vr)]
  ＝4C×[(Vin/2)-Vr]
  ＝2C×Vin-4C×Vr    （公式一）
接着，在比较模式下，完成首次的电荷共享（或说电荷重分配）后，第一电容阵列110所存储的总电荷Qt为：
Qt＝4C×(V1-Ref1)+(2C+C+C)×(V1-Ref1)
  ＝8C×[(V1-(Vcm+Vr)]
  ＝8C×V1-8C×Vcm-8C×Vr    （公式二）
由于电荷共享前后的总电荷量应守恒，故从公式一与公式二可求出第一电压V1的初始值为：
2C×Vin-4C×Vr＝8C×V1-8C×Vcm-8C×Vr
8C×V1＝2C×Vin+4C×Vr+8C×Vcm
V1＝Vin/4+Vr/2+Vcm    （公式三）
因此，与先前技术利用所有电容进行取样而得到第一电压V1的初始值为(Vin/2+Vcm)相比，本实施例可将第一电压V1的初始值（也为极值）调整为(Vin/4+Vr/2+Vcm)，藉此避免第一输入信号S1的峰值(Vin/2)过大而导致的失真问题。请注意，上述范例虽以第一指定电容112是第一电容阵列110中的最大电容（电容值4C）为例，然而并非本发明的实施限制，实际操作中，第一指定电容112也可以是其它电容，例如是电容值为2C或C的电容，或是电容值为(2C+C)＝3C等等可得到的电容组合，原则上，第一指定电容112的总电容值愈大，第一电压V1的初始值的降幅愈多，亦即输入信号S1的取样值缩小得愈多。其中该输入信号S1的取样值缩小的比例取决于第一电容阵列110的总电容值与第一指定电容112的比例。
请再次参阅图1a、1b，若本实施例的转换器100为一单端输入的转换器，则第二电压V2可以是一预定参考信号（例如一接地电压或一直流 电压）；但若转换器100为一差分输入的转换器，则第二电压V2可以是另一电容阵列的输出电压。如图2a与图2b所示，当转换器100的输入为差分输入时，转换器100进一步包含：一第二电容阵列150，包含多个第二电容C2，用来在取样模式下取样一第二输入信号S2（如图2a所示），其中第二输入信号S2为第一输入信号S1的反相信号，第二电容C2包含至少一第二指定电容152与至少一第二取样电容154，每个第二电容C2包含一第二上电极端与一第二下电极端，且比较器120在比较模式下接收第二电容阵列150所输出的第二电压V2并将其与第一电压V1进行比较（如图2b所示）；以及一第二开关电路160，耦接第二电容阵列150，用来在取样模式下依据一第二控制信号Ctrl_2决定第二电容阵列150所存储的电荷量（如图2a所示），并在比较模式下依据第二控制信号Ctrl_2决定第二电容阵列150的输出电压（即第二电压V2）（如图2b所示），其中前述控制电路140在取样模式下依据前述取样设定产生第二控制信号Ctrl_2，另在比较模式下依据比较结果Comp产生第二控制信号Ctrl_2。所述第二控制信号Ctrl_2在取样模式下经由第二开关电路160使第二指定电容152不取样该第二输入信号S2，同时使其它第二电容C2中的至少一第二取样电容154取样该第二输入信号S2；以及在比较模式下经由第二开关电路160使第二电容阵列150停止取样，并使第二指定电容152与第二取样电容154共享电荷。
类似于第一开关电路130的操作，第二开关电路160包含一第二输入开关162与一第二取样控制开关164，在取样模式下，第二控制信号Ctrl_2经由该第二输入开关162将第二指定电容152的上电极端耦接至第二输入信号S2，经由第二取样控制开关164将第一指定电容152的下电极端耦接至第二输入信号S2，以及经由第二开关电路160将第二取样电容154耦接在第二输入信号S2与一第二参考信号Ref2之间；在比较模式下，第二控制信号Ctrl_2经由该第二输入开关162将第二指定电容152的第二上电极端与第二输入信号S2断开，经由第二取样控制开关164将第二指定 电容152的第二下电极端耦接至第二参考信号Ref2，以及经由第二指定电容152与第二取样电容154的第二上电极端的连接来完成电荷共享。
本实施例中，第一与第二电容阵列110、150的结构与操作均相互对应，其中第一与第二指定电容112、152的电容值相等，第一与第二取样电容114、154的电容值相等，且第一与第二参考信号Ref1、Ref2相等。另外，当比较器120完成第一次的比较后，若第一电压V1大于第二电压V2（亦即最高有效位为1），则控制电路140会依据此比较结果Comp将第一电容阵列110的最大电容的下电极板由第一参考信号Ref1耦接至一第三参考信号Ref3（本例中第三参考信号Ref3小于第一参考信号Ref1），接着比较器120会再进行第二次比较，倘此次比较结果Comp显示第一电压V1小于第二电压V2（亦即次高有效位为0），则控制电路140会将第二电容阵列150的次大电容的下电极板由第二参考信号Ref2耦接至一第四参考信号Ref4（本例中第四参考信号等于第三参考信号Ref3），以便再依类似方式进行后续比较，由于上述比较方式属于现有技术，且在实施为可能的前提下可以被其它比较方式所取代，因此在不影响本发明所披露的与可实施性的情形下，冗余的说明在此予以省略。再者，前面所披露的实施例中虽然指定电容的上板与取样电容的上板保持连接，然而本领域人员可依本发明的披露通过开关电路的设置将指定电容与取样电容在取样时隔离操作，以达到避免指定电容取样以及使取样电容取样的目的，换言之，指定电容与取样电容的连接关系并不限于前述实施例的内容，而是本领域人员可依本发明的公开及实际操作需求加以调整变化的。
除前面所披露的装置发明外，本发明相对应地披露了一种逐渐趋近式模数转换方法，是由本发明的逐渐趋近式模数转换器或其等效装置来执行。如图3a所示，本方法的一实施例包含下列步骤：
步骤S310：在一取样模式下，利用一第一电容阵列取样一第一输入信号，其中第一电容阵列包含至少一第一指定电容与至少一第一取样电容。本步骤的第一电容阵列例如是图1a至图2b的第一电容阵列110。
步骤S320：在一比较模式下，比较来自第一电容阵列的一第一电压与一第二电压，藉此产生一比较结果，其中第二电压与一第二输入信号相关，且第二输入信号是第一输入信号的反相信号或一预定参考信号。本步骤可通过图1a至图2b的比较器120来执行。
步骤S330：在前述取样模式下经由一第一控制信号控制一第一开关电路使第一指定电容不取样第一输入信号，同时使第一取样电容取样第一输入信号，藉此决定第一电容阵列所存储的电荷量。本步骤的第一开关电路例如是图1a至图2b的第一开关电路130。
步骤S340：在前述比较模式下经由第一控制信号控制第一开关电路使第一电容阵列停止取样，并使第一指定电容与第一取样电容共享电荷，藉此决定第一电容阵列所输出的第一电压。本步骤可通过图1a至图2b的控制电路140来执行。
步骤S350：在该取样模式下依据一取样设定产生该第一控制信号，以及在该比较模式下依据前述比较结果产生该第一控制信号。本步骤同样可通过图1a至图2b的控制电路140来执行。
除上述实施例外，本方法的另一实施例可先判断一输入信号的取样值是否过大，再据此以决定是否减少取样该输入信号。如图3b所示，所述实施例包含下列步骤：
步骤S30：接收一第一输入信号。
步骤S32：利用一第一电容阵列取样该第一输入信号，以产生多个第一原始取样值。所述第一电容阵列例如是图1a至图2b的第一电容阵列110。
步骤S34：依据该多个第一原始取样值以及多个第二原始取样值或一参考值产生多个比较结果，其中该多个第二原始取样值例如是前述第二电容阵列150所产生的值，该参考值例如是一预设固定电压。本步骤可通过图1a至图2b的比较电路120来执行。
步骤S36：判断该多个比较结果的变化是否符合一预设样式。本实施例中，该预设样式是指该多个比较结果均相同（例如均为1，代表所有第 一原始取样值均大于第二原始取样值的最大值或该参考值；或均为0，代表所有第一原始取样值均小于第二原始取样值的最小值或该参考值）。本步骤可通过图1a至图2b的控制电路140来执行。
步骤S38：若该多个比较结果的变化符合该预设样式，则调整该第一电容阵列的电性连接关系，并再通过该第一电容阵列取样该第一输入信号，以产生多个第一调整取样值，其中该多个第一调整取样值的最大值小于该多个第一原始取样值的最大值。所述调整第一电容阵列例如是使第一电容阵列的至少一第一指定电容的两个电极端的电位相等而不能进行取样，并使第一电容阵列的至少一第一取样电容的两个电极端分别耦接该第一输入信号与一第一参考信号而能对该第一输入信号进行取样；另外，上述第一指定电容的电容值与第一取样电容的电容值的总合为一总电容值，且第一原始取样值的最大值与第一调整取样值的最大值的比例决定于该总电容值与该第一取样电容的电容值的比例。本步骤可通过图1a至图2b的控制电路140、开关电路130与第一电容阵列110来执行。
考虑到本技术领域具有通常知识者能够通过前面所披露的装置发明的披露内容来了解本方法发明的实施细节与变化，更明确地说，前述装置发明的技术特征均可应用于本方法发明中，因此，在不影响本方法发明所披露的要求与可实施性的前提下，重复及冗余的说明在此予以省略。
另外，本发明也提出了一种采用逐渐趋近式模数转换器的译码器，无需使用可编程增益放大器即可避免取样值过大所导致的失真问题。如图4a与图4b所示，所述译码器的一实施例400包含：一滤波器410，用来依据一原始信号Sin产生一滤波信号Fin；以及一逐渐趋近式模数转换器420，用来依据滤波信号Fin产生一译码信号Dout。上述转换器420可以是图1a至图2b的转换器100，包含：一第一电容阵列110，包含多个第一电容C1，用来在一取样模式下取样滤波信号Fin的一第一输入信号S1（如图4a所示），其中多个第一电容C1包含至少一第一指定电容112与至少一第一取样电容114；一比较器120，用来在一比较模式下比较来自第一电容阵列110的一第一电压V1与一第二电压V2，藉此产生一比较结果Comp （如图4b所示）；一第一开关电路130，耦接第一电容阵列110，用来在取样模式下依据一第一控制信号Ctrl_1决定第一电容阵列110所存储的电荷量，并在比较模式下依据该第一控制信号Ctrl_1决定第一电容阵列110所输出的第一电压V1；以及一控制电路140，耦接比较器120与第一开关电路130，用来在取样模式下依据一取样设定产生第一控制信号Ctrl_1，并在比较模式下依据比较结果Comp产生第一控制信号Ctrl_1与译码信号Dout。所述第一控制信号Ctrl_1在取样模式下经由第一开关电路130使第一指定电容112不取样第一输入信号S1，同时使该第一取样电容114取样第一输入信号S1；以及在比较模式下经由第一开关电路130使第一电容阵列110停止取样，并使第一指定电容112与第一取样电容114共享电荷。
类似地，本技术领域具有通常知识者能够依据前面所披露的装置与方法实施例的说明来了解本实施例的实施细节与变化，更明确地说，前述实施例的技术特征均可应用于本装置发明中，因此，在不影响本装置发明的公开要求与可实施性的前提下，重复及冗余的说明在此予以省略。
请注意，前述披露的实施例虽未详述比较器、开关电路与控制电路的作法，然而该多个电路的实施细节是本领域具有通常知识者能够依据本发明所披露的以及现有技术来加以实施的，因此并非关于本发明的技术特征的部分在此予以省略。另请注意，本说明书的图标中，组件的形状、尺寸、比例等仅为示意，是供本技术领域具有通常知识者了解本发明所用，并非用以限制本发明。
综上所述，本发明的逐渐趋近式模数转换器与转换方法以及采用逐渐趋近式模数转换器的译码器可降低一输入信号的取样值以避免失真（其中若该输入信号为负，则该取样值取其绝对值），且包含至少下列优点：设计不复杂，实施容易，无需耗费高额的设计与生产成本即可实现；无需采用可编程增益放大器即可改变输入信号的取样值，达成节省成本与功率消耗的目的。
虽然如上所述描述了本发明的实施例，然而该多个实施例并非用来限定本发明，本技术领域具有通常知识者可依据本发明的明示或隐含的内容 对本发明的技术特征施以变化，凡此种种变化均可能属于本发明所要求的专利保护范畴，换言之，本发明的专利保护范围须视本说明书的权利要求所界定者为准。
[符号说明]
100：逐渐趋近式模数转换器
110：第一电容阵列
112：第一指定电容
114：第一取样电容
120：比较器
122：第一输入端
124：第二输入端
130：第一开关电路
132：第一输入开关
134：第一取样控制开关
140：控制电路
150：第二电容阵列
152：第二指定电容
154：第二取样电容
160：第二开关电路
400：译码器
410：滤波器
420：模数转换器
S1：第一输入信号
S2：第二输入信号
Sin：原始信号
Fin：滤波信号
Ref1：第一参考信号
Ref2：第二参考信号
V1：第一电压
V2：第二电压
Comp：比较结果
Ctrl_1：第一控制信号
Ctrl_2：第二控制信号
Dout：数字输出信号、译码信号
C1：第一电容
C2：第二电容
S310：在一取样模式下，利用一第一电容阵列取样一第一输入信号，其中第一电容阵列包含至少一第一指定电容与至少一第一取样电容
S320：在一比较模式下，比较来自第一电容阵列的一第一电压与一第二电压，藉此产生一比较结果，其中第二电压与一第二输入信号相关
S330：在前述取样模式下经由一第一控制信号控制一第一开关电路使第一指定电容不取样第一输入信号，同时使第一取样电容取样第一输入信号，藉此决定第一电容阵列所存储的电荷量
S340：在前述比较模式下经由第一控制信号控制第一开关电路使第一电容阵列停止取样，并使第一指定电容与第一取样电容共享电荷，藉此决定第一电容阵列所输出的第一电压
S350：在该取样模式下依据一取样设定产生该第一控制信号，以及在该比较模式下依据前述比较结果产生该第一控制信号
S30：接收一第一输入信号
S32：利用一第一电容阵列取样该第一输入信号，以产生多个第一原始取样值
S34：依据该多个第一原始取样值以及多个第二原始取样值或一参考值产生多个比较结果
S36：判断该多个比较结果的变化是否符合一预设样式。
S38：若该多个比较结果的变化符合该预设样式，则调整该第一电容阵列，并再次通过该第一电容阵列取样该第一输入信号，以产生多个第一 调整取样值，其中该多个第一调整取样值的最大值小于该多个第一原始取样值的最大值。