防混疊采樣電路及模數(shù)轉(zhuǎn)換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了防混疊采樣電路及模數(shù)轉(zhuǎn)換器。諸如逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的采樣電路的采樣電路提供對采樣的輸入信號的防混疊濾波。該電路利用多個電容器采樣輸入信號，其中每個電容器在采樣時間間隔期間的不同時間對輸入信號進行采樣。該電路在轉(zhuǎn)換時間間隔期間將存儲在不同電容器上的樣本組合起來，并使用組合的樣本生成數(shù)字輸出信號。在一個示例中，使用存儲在第一電容器上的樣本生成輸出信號的第一位，并使用存儲在第二電容器上的樣本生成輸出信號的第二位。在另一示例中，電路模塊對輸入信號執(zhí)行有限或無限脈沖響應(yīng)（FIR或IIR）濾波，其中通過用于采樣的電容器的相對大小來確定濾波器特性。
【專利說明】防混疊采樣電路及模數(shù)轉(zhuǎn)換器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的主題涉及用于提高采樣電路(諸如形成模數(shù)轉(zhuǎn)換器的一部分的采樣電路)的精度和降低采樣電路的噪聲敏感度的技術(shù)及設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]諸如模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的采樣電路將連續(xù)時間信號轉(zhuǎn)換成由離散信號樣本的序列形成的離散時間信號。在ADC的情況下，每個離散信號樣本均被進一步數(shù)字化為代表離散信號樣本值的二進制串以形成數(shù)字輸出信號。采樣電路通常使用電容器(或其他電荷存儲器件)在給定的瞬間時刻對連續(xù)時間輸入信號值進行采樣。采樣電路將采樣的信號值傳送至轉(zhuǎn)換電路，或者使用存儲在電容器上的采樣信號值。
[0003]米樣電路以確定的米樣率fs工作,每l/fs秒對連續(xù)時間輸入信號米一個樣本。米樣率依賴于具體應(yīng)用，其指定了對輸入信號進行采樣以轉(zhuǎn)換為數(shù)字字的頻率。為了對連續(xù)時間信號進行采樣和避免混疊，采樣頻率fs必須至少是連續(xù)時間信號的最高頻率的兩倍。如果采樣頻率fs不是連續(xù)時間信號的最高頻率的兩倍，則根據(jù)奈奎斯特采樣定理，進入后采樣帶寬的輸入信號的高頻分量會出現(xiàn)混疊或折疊。這些折疊效應(yīng)將噪聲和錯誤引入采樣信號，因此必須解決以避免帶內(nèi)出現(xiàn)不期望的信號和噪聲。 [0004]圖1示出正在對輸入信號Vin進行采樣的ADC103。期望將Vin轉(zhuǎn)換為O和fs/2之間的頻率。不過在fs/2以上的區(qū)域A，可以是隨機(噪聲)或確定性信號的輸入信號在O和fs/2之間折疊。于是，頻率為4的輸入信號分量將折疊回來并呈現(xiàn)為DC信號。隨著頻率增加至區(qū)域B (超出區(qū)域A)，輸入信號的能量折疊回來并向前跨越0至4/2的輸出帶寬。
[0005]圖2示出了一種減小混疊效應(yīng)的方法。低通濾波器201接收輸入信號200，并根據(jù)過渡(transition)和阻帶衰減206將要被混疊的頻率分量過濾或衰減掉，然后將此頻帶限制信號給至ADC203的輸入端202。因為輸入信號在區(qū)域210的能量減少，于是將被折疊成數(shù)字輸出的能量得以降低，從而提供了較低的混疊噪聲和改進的性能。然而，難以在ADC203之前對過濾器提供陡峭截止。如果使用有源濾波器在通帶和阻帶之間進行快速過渡，則有源濾波器會引入額外噪聲并且有源濾波器需要額外的電流，從而有源濾波器的輸出必須能夠驅(qū)動ADC203的輸入。
[0006]圖3示出另一種用于解決輸入信號的混疊效應(yīng)的方法。在圖3中，ADC301以采樣率fshf對輸入信號300進行采樣，采樣率fshf基本上高于目標(biāo)帶寬309 (fshf?fs)。高于目標(biāo)帶寬但處在帶寬308以內(nèi)的信號都被ADC精確采樣，并作為數(shù)字信號給至輸出端302。數(shù)字輸出302被數(shù)字濾波器303 (具有濾波器特性310)濾波，并給至輸出端304。在一個示例中，濾波器303是下采樣的抽取濾波器。根據(jù)該方法，通過將ADC采樣率增加至超過將轉(zhuǎn)換成目標(biāo)帶寬中的信號所需的采樣率來避免混疊。隨后使用數(shù)字濾波器303去除帶外信號?？梢栽贏DC301的前端使用具有低通特性306的模擬防混疊濾波器，以進一步防止混疊。通過使目標(biāo)帶寬遠離混疊開始出現(xiàn)的點，能夠極大地簡化模擬防混疊濾波器的設(shè)計，并且能夠在數(shù)字域中執(zhí)行濾除頻帶信號的信號處理，從而實現(xiàn)更加陡峭、穩(wěn)定的濾波器特性。不過，考慮到增加的計算功率，對針對輸入信號進行過采樣的更快的ADC的需求會浪費較多的功率。
[0007]由此存在著對于采樣連續(xù)時間信號的具能量效率的電路和方法的需求，這些電路和方法具有低噪聲敏感度、低混疊敏感度、以較低的功耗以及能夠以高采樣率工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明能夠減輕上述包括在形成模數(shù)轉(zhuǎn)換器的一部分的采樣電路中的由噪聲敏感度導(dǎo)致的采樣電路中的上述問題以及由高頻信號導(dǎo)致的混疊中的一個或多個。
[0009]在第一不例中,第一電容器用于在米樣時間間隔期間的第一時間對模擬輸入信號進行采樣。第二電容器用于在采樣時間間隔期間的第二時間對模擬輸入信號進行采樣，其中第二時間不同于第一時間。電路將存儲在所述第一電容器和第二電容器中的樣本組合起來，并在不同于采樣時間間隔的轉(zhuǎn)換時間間隔期間使用該組合的樣本生成數(shù)字輸出信號。第一電容器可以由兩個以上的子電容器形成，所述電路可操作來將所述電容器和/或子電容器的連接方式從采樣時間間隔期間的第一構(gòu)造調(diào)節(jié)為轉(zhuǎn)換時間間隔期間的第二構(gòu)造，以使用存儲在第一電容器的第一和第二子電容器中的樣本分別生成數(shù)字輸出信號的第一位和第二位。轉(zhuǎn)換時間間隔的第二構(gòu)造可以將電容器連接成第一和第二組電容器，其中所述第一組電容器的電容值是所述第二組電容器的二倍?？刹僮鱽砩蓴?shù)字輸出信號的所述電路可以形成逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器、采樣保持電路或流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的一部分。
[0010]—種方法可以包括:通過第一電容器在米樣時間間隔期間的第一時間對模擬輸入信號進行采樣；通過第二電容器在采樣時間間隔期間的第二時間對模擬輸入信號進行采樣，其中所述第二時間不同于第一時間；將第一時間和第二時間得到的樣本組合起來；在不同于采樣時間間隔的轉(zhuǎn)換時間間隔使用該組合的樣本生成數(shù)字輸出信號。
[0011]在第二示例中，一種方法包括選擇電容器陣列中的第一組電容器和第二組電容器，其中所述第一組電容器與第二組電容器的電容值之比對應(yīng)于期望的防混疊濾波器響應(yīng)的抽頭系數(shù)之間的比值。在采樣時間間隔期間的不同的第一和第二時間分別使用第一組電容器和第二組電容器對模擬輸入信號進行采樣，以獲得模擬輸入信號的第一樣本和第二樣本。對第一組電容器與第二組電容器進行重新構(gòu)造以形成與所述第一組電容器與第二組電容器不同的第三組電容器與第四組電容器?；诖鎯υ谒龅谌M電容器和第四組電容器中的電荷來輸出數(shù)字輸出信號，其中數(shù)字輸出信號包括基于存儲在所述第三組電容器中的電容器上的電荷轉(zhuǎn)換的第一位以及基于存儲在所述第四組電容器中的電容器上的電荷轉(zhuǎn)換的第二位。該方法可以使用包括多個電容器的電容器陣列以及用于選擇性地將陣列電容器耦接在一起以形成各組電容器的選擇電路；用于將存儲在一組電容器上的平均電荷值轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出信號的一位值的轉(zhuǎn)換器；以及用于控制所述電容器陣列與所述轉(zhuǎn)換器的操作的控制器。選擇第一和第二組電容器以及對模擬輸入信號進行采樣的步驟可以包括:針對所選擇的第一組電容器與第二組電容器中的每一組，順次執(zhí)行如下步驟；(i)針對所選擇的電容器組中的每個電容器，順次執(zhí)行在保持數(shù)據(jù)線未激活的同時，激活與陣列中的電容器的行和列相對應(yīng)的行選擇線與列選擇線的步驟；以及(ii)在激活所選擇的組中的每個電容器的行選擇線與列選擇線之后，將模擬輸入信號施加至信號線以對所選擇的組的電容器上的模擬輸入信號進行采樣。[0012]其他的優(yōu)點和新穎特征將部分地在下面的說明中闡述，并且部分在查看附圖后對本領(lǐng)域技術(shù)人員變得顯而易見，或者可以通過實例的生產(chǎn)或操作來了解。本發(fā)明的優(yōu)點可以通過實施或使用下面詳細實例中給出的方法、設(shè)備或其組合的各個方面來實現(xiàn)和獲得。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]附圖示出了根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施方式，僅為示例而非限制。附圖中相同的參考標(biāo)號表示相同或相似的元件。
[0014]圖1示出了經(jīng)受高頻混疊的示例性模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)電路以及ADC電路的頻率響應(yīng)。
[0015]圖2示出了包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)以及預(yù)轉(zhuǎn)換低通濾波器的示例電路，以及具有降低了聞頻混置的電路的頻率響應(yīng)。
[0016]圖3示出了包括高頻模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和后轉(zhuǎn)換低通濾波器的示例電路，以及具有降低了聞頻混置的電路的頻率響應(yīng)。
[0017]圖4A-圖4C示出了示例性的具有用于對輸入信號進行同時采樣的一組電容器的逐次逼近ADC (SA-ADC)電路。
[0018]圖4D示出了用于操作圖4A-圖4C所示的SA-ADC的控制信號的示例性時序圖。
[0019]圖5A示出了具有用于對輸入信號順序采樣的一組電容器的示例性采樣電路。
[0020]圖5B和圖5C示出了用于操作圖5A所示的采樣電路的控制信號的示例性時序圖。
[0021]圖6A不出了具有用于對輸入信號順序米樣的一組電容器的不例性SA-ADC電路。
[0022]圖6B示出了用于操作圖6A所示的SA-ADC的控制信號的示例性時序圖。
[0023]圖6C示出了具有用于對輸入信號順序采樣的一組電容器的示例性流水線ADC電路。
[0024]圖7A和圖7B示出了具有可調(diào)連接的子電容器的示例性電容器陣列，所述電容器陣列用于圖5A或圖6A的采樣電路或SA-ADC。
[0025]圖8A不出了具有用于對輸入信號順序米樣的雙電容器陣列的不例性SA-ADC電路。
[0026]圖8B示出了用于操作圖8A所示的具有雙電容器陣列的SA-ADC的控制信號的示例性時序圖。
[0027]圖9示出了實現(xiàn)8抽頭sine防混疊濾波器的SA-ADC電路的電路示意圖。
[0028]圖10和圖11示出了通過圖9的電路實現(xiàn)的信號采樣方法和轉(zhuǎn)換方法的性能測試圖。
[0029]圖12A示出了用于可調(diào)地連接電容器陣列中的電容器的示例性單元選擇電路。
[0030]圖12B和圖12C示出了包括圖12A的單元選擇電路的示例性電容器陣列。
[0031]圖13A示出了具有用于實現(xiàn)無限脈沖響應(yīng)(IIR)濾波器特性的電容器的示例性SA-ADC 電路。
[0032]圖13B示出了用于操作圖13A的SA-ADC的控制信號的示例性時序圖。
[0033]圖14示出了具有用于實現(xiàn)無限濾波響應(yīng)(IIR)濾波器特性的多個電容器的示例性SA-ADC電路?！揪唧w實施方式】
[0034]在以下的具體描述中，通過示例方式闡述了大量具體細節(jié)以便提供對相關(guān)教導(dǎo)的深入理解。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是，可以在沒有這些細節(jié)的情況下來實施本發(fā)明的教導(dǎo)。在其它方面，以相對高的層次且不帶細節(jié)來描述公知的方法、步驟、組件和/或電路模塊，以避免不必要地使本發(fā)明的教導(dǎo)的各個方面模糊。
[0035]本發(fā)明所公開的各個方法和電路涉及提高采樣電路(例如，形成模數(shù)轉(zhuǎn)換器的一部分的采樣電路)的精度和降低采樣電路的噪聲靈敏度。所述方法和電路提高了對輸入信號進行采樣的有效速率(effective rate),并且通過對電容器或用于采樣的其它存儲裝置兩端的電荷進行再合并來提供該輸入信號的防混疊濾波。在模數(shù)轉(zhuǎn)換器的情況下，在轉(zhuǎn)換之前采樣信號被抽取以允許轉(zhuǎn)換電路模塊以比有效采樣率低的速率來操作。
[0036]在一個示例中，所述方法和電路可以被用作電荷重新分布模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的一部分。電荷重新分布ADC可以通過以比轉(zhuǎn)換率高的速率(即，有效采樣率)來對輸入信號進行采樣并且每個樣本僅出現(xiàn)在電荷重新分布電容器陣列的一部分上來執(zhí)行防混疊。然后，逐次逼近電荷重新分布ADC (SA-ADC)在轉(zhuǎn)換階段期間將采樣數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字字。通過在多個縮短的采樣周期內(nèi)對電容器陣列上的輸入信號進行采樣，來捕獲高頻信號和噪聲。使用該電容器陣列來建立防混疊濾波特性，并且在轉(zhuǎn)換器在轉(zhuǎn)換階段期間以轉(zhuǎn)換率來轉(zhuǎn)換采樣信號時發(fā)生固有抽取。
[0037]現(xiàn)在詳細參照附圖中所示的示例并討論如下。
[0038]圖4A至圖4C示出了使用電容器組403a至403e來對輸入Vin處的信號進行采樣的示例性逐次逼近ADC400、以及用于對采樣信號進行轉(zhuǎn)換和產(chǎn)生數(shù)字輸出信號Vrat的比較器401(也稱為一位A/D轉(zhuǎn)換器或量化器)和處理電路模塊405。處理電路模塊405被配置為通過產(chǎn)生用于斷開和閉合開關(guān)407和開關(guān)409a至409e的控制信號來控制逐次逼近ADC的操作。通常，電容器403a 至403e的二進制加權(quán)電容被選擇為使得C4(l3a=2*C4(l3b (在圖4A的示例中=8C)、C4(l3b=2*C4(l3。(在該示例中=4C)、C4(l3e=2*C4(l3d (在該示例中=2C),并且虛擬(dummy)電容器403e被設(shè)置為具有與最小的電容器的電容相同的電容C4tl3e=C4tl3d (在該示例中=C)。在一些實施例中，這些電容器并不是二進制加權(quán)的，例如，可以使用子二進制(sub-binary)加權(quán)電容器來減少丟失代碼。所示出的SA-ADC400是使用四個采樣電容器(403a至403d)和一個虛擬電容器來產(chǎn)生4位輸出信號Vwt的4位ADC ;更具體地，產(chǎn)生η位輸出信號Vwt的η位SA-ADC可以使用η個采樣電容器(具有電容值C、2C、4C、……^lriC)和一個虛擬電容器。在一些實施例中，沒有使用虛擬電容器。
[0039]圖4A至圖4C中的每一個示出了在不同操作狀態(tài)中的逐次逼近ADC400。在圖4A中，該ADC在采樣狀態(tài)中操作:開關(guān)407閉合以將每一個電容器4038至4036的一個節(jié)點連接至固定電壓水平(例如，地)，同時開關(guān)409a至409e閉合以將每一個電容器403a至403e的另一個節(jié)點連接至模擬輸入電壓Vin。在采樣階段期間，每一個電容器403a至403e被充電到等于Vin的電壓電位(具體地，存儲電荷以使得電容器兩端的電壓等于在采樣階段結(jié)束時Vin的瞬時值)。在采樣階段結(jié)束時，開關(guān)407被斷開，并且開關(guān)409a至409e中的每一個被設(shè)置為連接至固定電壓水平(例如，地)。因此，在節(jié)點411處的電壓等于-Vin。
[0040]在采樣階段之后，該ADC過渡到如圖4B所示的轉(zhuǎn)換階段。在轉(zhuǎn)換階段中，控制該ADC使得:開關(guān)407斷開，并且控制開關(guān)409a至409e使得電容器403a至403d中的每一個(即，除了虛擬電容器403e之外的每一個電容器)依次連接至參考電壓水平VMf。響應(yīng)于開關(guān)409a至409e的連接方式的變化而在電容器403a至403d之間發(fā)生的電荷共享實現(xiàn)了數(shù)模轉(zhuǎn)換(DAC) (SA-DAC)，將數(shù)字輸入字轉(zhuǎn)換為模擬輸出電壓(或電荷)。在一個示例中，Vref可以被設(shè)置為高電源電壓Vdd。在圖4B中，開關(guān)409a被示出為將電容器403a的一個節(jié)點連接至參考電壓節(jié)點V,ef，同時其余開關(guān)409b至409e將電容器403b至403e中的每一個連接至地。比較器401被操作以執(zhí)行第一比較操作，第一比較操作對節(jié)點411處的電壓與節(jié)點412處的比較電壓水平(例如，地電壓)進行比較。基于在比較器401的輸出端處的處理器405所檢測到的第一比較的結(jié)果，該處理器確定數(shù)字輸出信號的最高位。該處理器接著閉合開關(guān)409b以便將電容器403b的一個節(jié)點連接至參考電壓節(jié)點Vref (如圖4C所示)，同時其余開關(guān)409c至409e將電容器403c至403e中的每一個連接至地?；诘谝槐容^的結(jié)果來確定開關(guān)409a的狀態(tài)(斷開/閉合):如果該比較輸出結(jié)果0，則開關(guān)409a保持連接至Vref (如圖4C所例示);如果該比較輸出結(jié)果1，則開關(guān)409a將電容器403a的一個節(jié)點連接至地。比較器401被操作以執(zhí)行第二比較操作并且確定數(shù)字輸出信號的下一個最高位。該過程被按順序重復(fù)，直到數(shù)字輸出信號的所有位被確定為止。
[0041]在轉(zhuǎn)換階段結(jié)束時，處理器405在節(jié)點Vrat處輸出數(shù)字輸出信號。然后，逐次逼近ADC通過閉合開關(guān)407、控制開關(guān)409a至409e以將電容器403a至403e中的每一個的節(jié)點連接至輸入電壓Vin、并返回采樣階段來準(zhǔn)備采集輸入信號Vin的另一個樣本。
[0042]圖4D示出了在電路的操作期間用于控制電路400的開關(guān)407和開關(guān)409a至409e的狀態(tài)的控制信號的時序圖?？刂菩盘柾ǔＳ商幚砥?05輸出以作為采樣和轉(zhuǎn)換操作的一部分。如時序圖中所示，對開關(guān)407進行控制的控制信號0407可操作性地在采樣階段期間閉合開關(guān)407(從而將電容器403a至403e連接至地)，并且在轉(zhuǎn)換階段期間斷開該開關(guān)?？刂菩盘?4O9a、0409b、0409c、04O9d和04O9e各自對開關(guān)409a至409e中的各個開關(guān)分別進行控制，并且在采樣階段期間可操作性地將這些開關(guān)連接至Vin。在轉(zhuǎn)換階段期間，控制信號0409a、0409b^ 0409c、04O9d和04O9e連接至地節(jié)點，并且按順序操作以在各個轉(zhuǎn)換操作期間將它們各自的電容器連接至參考電壓節(jié)點Vref。在一些實施例中，這些控制信號在按順序的轉(zhuǎn)換操作之前不將電容器403a至403e連接至地節(jié)點。
[0043]兩個采樣階段之間的時間間隔T。確定了 ADC400的轉(zhuǎn)換率fc=l/T。。此外，兩個轉(zhuǎn)換階段之間的時間間隔確定了 ADC400的采樣率fs。在圖4A至圖4C的示例中，兩個轉(zhuǎn)換階段之間的時間間隔等于兩個采樣階段之間的時間間隔，使得轉(zhuǎn)換率等于采樣率fs。
[0044]為了提高逐次逼近ADC的防混疊特性，可以增大該ADC的有效采樣率fse。具體地，可以由電荷重新分布ADC通過以比轉(zhuǎn)換率f。高的有效采樣率fse來對輸入信號進行采樣并且僅在電荷重新分布電容器陣列的一部分上米集每一個樣本，來執(zhí)行防混疊。因此，在每一個采樣時間間隔(即，采樣階段)期間采集多個樣本，并且僅在電荷重新分布陣列的一部分上采集每一個樣本。該采樣方法與參照圖4A至圖4D來描述和示出的逐次逼近電荷重新分布ADC400中執(zhí)行的采樣形成對比，在后者中，陣列中的所有電容器403a至403e同時對輸入信號進行同步采樣。通過改為在多個采樣周期期間在陣列中的不同電容器上對輸入信號進行采樣，輸入信號的高頻能量被捕獲并且可以通過在轉(zhuǎn)換階段期間發(fā)生固有抽取的采樣和轉(zhuǎn)換電路模塊的防混疊濾波特性而被處理。抽取比率是有效采樣率fse與轉(zhuǎn)換率f。的比率。各種防混疊濾波特性可以按照下文將更詳細地描述的那樣來建立。[0045]圖5A示出在不同的時間對多個電容器Ca-Cd上的模擬輸入信號Vin分別進行采樣的示例性采樣電路500。在電路500中，每個電容器Ca-Cd通過對應(yīng)的開關(guān)501a-501d選擇性地耦接到接收輸入電壓Vin的節(jié)點。因此，通過在第一時間間隔期間閉合開關(guān)501a并在第一采樣時間斷開開關(guān)501a，可以在第一時間間隔期間將第一電容器Ca耦接到輸入電壓節(jié)點，以便在第一采樣時間對輸入電壓Vin采樣。類似地，通過操作各自的開關(guān)501b-501d，可以分別在第二、第三和第四時間間隔期間將各個電容器Cb-Cd耦接到輸入電壓節(jié)點，以便分別在第二、第三和第四采樣時間對輸入電壓Vin采樣。具體地說，各開關(guān)501b-501d可以分別在對應(yīng)的第二、第三或第四時間間隔期間閉合，并且分別在第二、第三和第四采樣時間斷開。一旦在每個電容器Ca-Cd上已經(jīng)存儲了輸入信號樣本(以及相應(yīng)電荷)，就可以閉合開關(guān)503以再合并各電容器之間的電荷，并將各電容器耦接到輸出節(jié)點Vcmip以用于進一步處理。盡管電路500示出了包括四個電容器的示例性電路，然而可以使用各種數(shù)量的電容器(例如，兩個或三個電容器，或者大于四個電容器)。通常，每個電容器Cn具有用于將該電容器耦接到輸入節(jié)點Vin的對應(yīng)開關(guān)501η以及對應(yīng)時間間隔，在該對應(yīng)時間間隔期間，開關(guān)501η閉合以對輸入到該電容器上的輸入信號進行米樣。在一些實施例中，對電容器Ca-Cd進行下極板采樣。下極板采樣是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的技術(shù)。
[0046]圖5Β示出用于在采樣電路工作期間對電路500的開關(guān)501a_501d和503的狀態(tài)進行控制的控制信號的示例性時序圖。如該時序圖所示，每個開關(guān)501a-501d在采樣階段510的四個時間間隔中的各自不同的一個時間間隔期間閉合，每個時間間隔以對應(yīng)的采樣時間tl-t4結(jié)束。通常，可以在采樣階段期間均勻地分布采樣時間tl-t4，使得分隔后續(xù)采樣時間的各時間間隔彼此相等:[tl, t2] = [t2, t3] = [t3, t4]。一旦已經(jīng)取得所有樣本，電路500過渡到評估階段520，在此期間可以對存儲在電容器Ca-Cd上的樣本執(zhí)行操作。在圖5A-圖5B的示例中，在開關(guān)503將所有電容器Ca-Cd連接到正處于閉合狀態(tài)下的采樣電路的輸出節(jié)點Vajmp時，評估階段開始。開關(guān)503的閉合能夠使得在采樣階段期間存儲在每個電容器上的電荷在各電容器之間被合并以及均分，從而每個電容器兩端具有相同電壓。
[0047]圖5A和圖5B中示出的示例性采樣電路500和時序圖例示了實現(xiàn)具有以系數(shù)[II I I]表征的有限脈沖響應(yīng)(FIR)的濾·波器的電路的實施例。在該不例中，具有相等尺寸和電容值C的四個電容器Ca-Cd根據(jù)圖5B示出的時序圖來順次地對輸入信號Vin進行采樣。在采樣時段510期間，四個采樣電容器以各采樣時刻之間的相等間隔來對輸入信號Vin進行采樣(盡管其他實施例可能以不相等的間隔來采樣)。在四個電容器對輸入信號采樣之后，通過閉合開關(guān)503來并行地布置這些電容器，以合并電荷和進行抽取。可以基于每個采樣時間存儲在每個電容器上的電荷來計算評估/抽取階段期間節(jié)點Vqmp上的輸出信號:
[0048]Qm=Ci^Ni+Cc^Ninzinz2+Ca^inz 3
[0049]在示例中，其中Ca=Cb=Cc=Cd=C,
[0050]QTOT=C*Vin+C*Vinz-1+C*Vinz、C*Vinz-3
[0051]這提供了評估階段期間的如下輸出電壓Vcmp:
[0052]Vcoiiip=Qtot/ (4*C) =V4Vin (1+z-1+z-2+z-3)
[0053]因此，例示的采樣電路500相當(dāng)于具有單位DC增益的4抽頭sincl濾波器。由于0以比有效采樣率fse (有效采樣率fse (fse=l/Tse)由采樣時間tl-t4出現(xiàn)的速率確定)的V4更低的轉(zhuǎn)換速率4(fc=i/T。)運轉(zhuǎn)，因此無縫地執(zhí)行了抽取。在一些實施例中，減小了信號0l()la、0501b、0501c和05Old的米樣間隔的長度(例如，減小到小于米樣階段時段Ts的V4),以使得可以在采樣時段Ts之內(nèi)插入05。3的脈沖，從而使得能夠以等于轉(zhuǎn)換速率f。的恒定采樣率4來執(zhí)行采樣和抽取兩者，如圖5C所示。在一些實施例中，ADC轉(zhuǎn)換發(fā)生在抽取時間間隔期間。
[0054]盡管圖5A的示例性電路已被描述為具有相等大小的電容器Ca=Cb=Cc=Cd=C,然而該電路可以更一般地包括具有不同電容值的電容器。在一個示例中，每個電容器Cn具有電容值η,米樣電路500根據(jù)下式提供輸出信號:
[0055]Vcraiip= a *Vin(d+c*z-1+b*z-2+a*z-3)，其中 a =1/(a+b+c+d)
[0056]采樣電路500的工作原理可以運用到與模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)相結(jié)合使用的采樣電路模塊中。圖6A例示出具有二進制加權(quán)電容器陣列的4位電荷重新分配逐次逼近式ADC600，其包括:比較器601 (或量化器)，用于將存儲在電容器603a-603e的各種組合上的平均電荷值轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出信號Vtjut ;處理器605，用于控制電容器603a-603e、開關(guān)607和609a-609e以及均衡器601的操作。二進制加權(quán)電容器陣列包括具有8C、4C、2C、IC的比例的電容值的電容器603a-603d以及同樣具有IC權(quán)重的虛擬電容器(dummy capacitor)603e。如圖所示，具有8C的電容的最大的電容器603a由兩個獨立的子電容器603al和603a2形成，每個子電容器具有4C比例的電容值。電容器603b、603c和603d各自由具有4C、2C和IC比例的電容值的電容器形成。注意，在各種實施例中，至少一些電容器由子電容器(例如單位電容器)構(gòu)成，使用二步式DAC (two-step DAC),使用分立電容器陣列，或者使用任意其他適當(dāng)?shù)碾娙萜麝嚵谢蚨鄠€電容器陣列。
[0057]圖6B示出用于控制在ADC600的工作期間電路600的開關(guān)609a_609e的狀態(tài)的控制信號的示例性時序圖。如該時序圖所示，開關(guān)609a-609e在采樣階段的不同采樣時間間隔期間閉合，以在電容器603a-603e上存儲輸入信號Vin的不同樣本。開關(guān)607在整個采樣階段保持閉合。在該示例中，開關(guān)609a-609e進行操作以在每個采樣時間間隔期間將一個或多個電容器連接到輸入節(jié)點Vin，以使得在每個時間間隔期間連接的電容器的電容值之和相等。具體地，在第一時間間隔期間，開關(guān)609al閉合，以將具有4C電容值的第一電容器603al連接到輸入節(jié)點。在第二和第三時間間隔期間，開關(guān)609a2和609b分別閉合，以將每個具有與第一電容器相同電容值4C的第二和第三電容器603a2和603b連接到輸入節(jié)點。在第四時間間隔期間，開關(guān)609c、609d和609e閉合，以將電容值之和為4C的第四、第五和第六電容器603c、603d和603e連接到輸入節(jié)點。從而，在采樣階段期間在四個不同時亥Ij tl-t4對Vin處的輸入電壓信號進行了采樣，并且在每個采樣階段期間對輸入電壓節(jié)點施加了相同的電容負載。
[0058]在米樣階段的結(jié)束處，每個電容器603a_603e存儲了輸入信號Vin的一個樣本。具體地說,每個電容器603a-603e存儲了基于對應(yīng)的米樣時間處的輸入信號Vin的值而確定的電荷量?？蛇x地，電容器可以在采樣階段之后并行地耦接，以便使得在采樣階段期間存儲在每個電容器上的電荷在這些電容器之間被合并和均分，從而每個電容器存儲相同量的電荷。例如，可以通過斷開開關(guān)607并且將每個開關(guān)609a-609e耦接到地來并行耦接電容器603a-603e。然而，并行地耦接電容器不是必需的，并且在轉(zhuǎn)換階段期間在各個電容器603a-603e之間合并電荷。
[0059]在轉(zhuǎn)換階段期間，圖6B所示的開關(guān)609a_609e的操作與圖4A-圖4D所示的開關(guān)409a-409e的操作類似地進行(開關(guān)609al和609a2兩者的行為類似于開關(guān)409a)。因此可以參照對圖4A至圖4D的描述得到更多細節(jié)。轉(zhuǎn)換階段與采樣階段不同，通常每個采樣階段之后緊跟著一個轉(zhuǎn)換階段。
[0060]在圖6A的ADC600中，電容器603a_603e配置用于根據(jù)具有系數(shù)[1，I, I, I]的FIR濾波響應(yīng)進行防混疊采樣。具體地說，由于在每個采樣時間tl-t4處使用相同電容負載來對輸入信號采樣，所以FIR濾波響應(yīng)具有系數(shù)[1，I, I, I]。如上文詳述的那樣，SC電容器(例如見電容器403a)電學(xué)地拆分成兩個4C電容器(電容器603al和603a2)。在采樣操作期間，0分別使得8C電容器的兩個4C分部603al和603a2的每一個在分開的采
樣時間間隔期間對輸入信號Vin采樣。接下來，使得4C電容器603b在其自己的采樣時間間隔期間對輸入信號Vin采樣。最終，使用最后的采樣時間間隔時段來對2C(603c)、lC(603d)和虛擬電容器(603e)上的輸入電壓Vin采樣，這幾個電容器的電容之和總共為4C。[0061 ] 在一些實施例中，在已執(zhí)行采樣之后，首先并行地連接這些電容器以在轉(zhuǎn)換階段之前在它們之間合并和重新分配電荷?？梢圆⑿械剡B接這些電容器以允許每個電容器上的采樣電荷合并和重新分配，使得每個電容器603a-603e在其兩端存儲相同的電壓(或存儲相同電荷量)，并行連接的方式可以是以下任一種:將下極板節(jié)點(各個電容器不共享的節(jié)點)連接到一起；將下極板節(jié)點連接到參考電壓；將下極板節(jié)點一起連接到地；或者將下極板節(jié)點一起連接到任意其他適當(dāng)?shù)碾妷骸?br> [0062]隨后調(diào)節(jié)電容器的連接方式以用于轉(zhuǎn)換階段，以產(chǎn)生適用于逐次逼近(SA) ADC轉(zhuǎn)換的電容器組。具體地，在轉(zhuǎn)換階段期間，并行地配置兩個4C電容器603al和603a2，并且2C (603c)和IC (603d)電容器配置為各自獨立地切換。對電容器的連接方式的調(diào)節(jié)使得存儲在電容器上的樣本(例如，輸入電壓幅度的樣本，其被存儲為電容器兩端的電壓以及電容器上的電荷)在電容器被并行地耦接到一起時合并。然后根據(jù)如參照圖4A-圖4D所述的逐次逼近ADC轉(zhuǎn)換技術(shù)來執(zhí)行ADC轉(zhuǎn)換。通常，在轉(zhuǎn)換階段期間，調(diào)節(jié)電容器的連接方式以提供二進制加權(quán)的電容器的組(即，提供電容器的組，以使得一組Csrtl的電容等于下一組電容器Cset2的電容值的兩倍:Csetl=2*Csrt2 ；Cset2=2*Cset3 ；……)。如圖6B所示，在轉(zhuǎn)換階段期間，電容器60 3al和603a2形成總電容為SC的第一組(通過如下事實可顯而易見:開關(guān)609al和609a2在轉(zhuǎn)換階段期間具有相同的控制信號0HOTal和0_a:;);電容器603b形成總電容為4C的第二組；電容器603c形成總電容為2C的第三組；以及電容器603d形成總電容為IC的第四組。
[0063]可以可調(diào)節(jié)地連接SA-ADC中使用的電容器603a_603e，以便產(chǎn)生采樣和轉(zhuǎn)換階段期間使用的不同的電容器配置。如參照圖6A和圖6B所述的那樣，例如，電容器603al和603a2在采樣階段期間可以是兩個獨立的電容器，并且在轉(zhuǎn)換階段期間可以并行連接以用作具有更高電容的單個電容器。類似地，電容器603c-603e在采樣階段期間可以并行連接，并且在轉(zhuǎn)換階段期間可以用作獨立的電容器。
[0064]電容器603a至603e中的每一個還可以由兩個或更多子電容器形成,或者電容器603a至603e可以由一個電容器陣列形式的多個單位電容器或者多個單位電容器的組合形成。圖7A和圖7B詳細描述了電容器603a至603e由電容器陣列700形式的電容器形成的示例。
[0065]圖7A示出了在采樣階段期間用于4位SA-ADC的電容器排列(例如，包括單位電容器或子電容器)的實施例。在各種實施例中，電容器包括MIMCAP、MOMCAP, MOSCAP, PIP(poly-1nsulator-poly)電容器或者任何其他適當(dāng)?shù)碾娙萜鳌Ｊ褂瞄_關(guān)來配置四個大小相等的采樣電容器中的每一個，所述開關(guān)按照所示配置(或電容器組)的方式連接各單位電容器。各電容器匕并聯(lián)地電連接以形成電容器603al并且在第一采樣時間間隔期間存儲第一輸入電壓樣本；各電容器Cb并聯(lián)地電連接以形成電容器603a2并且在第二采樣時間間隔期間存儲第二輸入電壓樣本；各電容器C。并聯(lián)地電連接以形成電容器603b并且在第三米樣時間間隔期間存儲第三輸入電壓樣本；并且各電容器Q3并聯(lián)地電連接以形成電容器603c至603e并且在第四采樣時間間隔期間存儲第四輸入電壓樣本。
[0066]在轉(zhuǎn)換階段期間，將陣列700中的各電容器的連接方式(connectivity)調(diào)節(jié)為如圖7B所示的不同的排列。具體而言，如圖7B所示，以適合于使用電荷再分配的逐次逼近操作的二進制加權(quán)的方式重新配置各電容器。標(biāo)為C8的各電容器表示并聯(lián)連接以在SAR (逐次逼近寄存器)電容器陣列中形成8C電容器的第一單位電容器組；標(biāo)為C4的各電容器表示并聯(lián)連接以在SAR電容器陣列中形成4C電容器(電容器603b)的第二單位電容器組；標(biāo)為C2的各電容器表示并聯(lián)連接以在SAR電容器陣列中形成2C電容器(電容器603c)的第三單位電容器組；并且標(biāo)為C1和Cd的各電容器分別表示在SAR電容器陣列中形成IC電容器(電容器603d)和虛擬電容器(電容器603e)的第四單位電容器組和虛擬單位電容器組。在采樣階段與轉(zhuǎn)換階段之間對電容器的連接方式的調(diào)節(jié)使得存儲在每個組/配置中的各個電容器上的樣本(以及存儲在各電容器上的電荷)結(jié)合并且在相同的組/配置中的各電容器之間均衡。
[0067]雖然結(jié)合圖7A和圖7B所討論的電容器陣列示例示出了將所有的電容器都用在采樣階段和轉(zhuǎn)換階段這兩個階段中，但是并不需要陣列中的所有電容器都用在這兩個階段中。在一些實施例中，僅使用一部分電容器。例如，在包括256個單位電容器的8位ADC中，8個米樣電容器組用于濾波，(對于一共128個電容器用于米樣而言)每個米樣電容器包括16個單位電容器，剩余128個電容器沒有用于采樣而是在轉(zhuǎn)換階段中使用。在采樣階段期間，使用8個采樣間隔(以及8個相應(yīng)的采樣時間)在8個采樣電容器組的每一個上對輸入信號Vin進行采樣。因此，在轉(zhuǎn)換階段期間，使用8個轉(zhuǎn)換電容器組，使得第一組由128個單位電容器形成；第二組由64個單位電容器形成；第三組由32個單位電容器形成；第四組由16個單位電容器形成；第五組由8個單位電容器形成；第六組由4個單位電容器形成；第七組由2個單位電容器形成；以及第八組由I個單位電容器形成(并且虛擬組由I個單位電容器形成)。通過對轉(zhuǎn)換電容器的子集或超集(superset)上的輸入信號進行采樣，可以獲得(與基準(zhǔn)電壓相比)大于或小于I (unity)的比例因數(shù)(scale factor)。例如,對于只有一半電容器用于采樣的8位ADC的滿刻度會是全部電容器用于采樣的情況下的值的兩倍。在期望滿刻度大于基準(zhǔn)電壓的情況下這會是有用的。
[0068]在一些實施例中，至少一些用于對輸入信號進行米樣的電容器在使輸入信號數(shù)字化的轉(zhuǎn)換期間沒有使用(例如，使用附加的采樣電容器來采樣和濾波輸入信號，但是在循環(huán)的轉(zhuǎn)換部分期間沒有將該附加的采樣電容器作為SA-DAC的一部分來控制)。雖然采樣電容器沒有在轉(zhuǎn)換階段期間用作SA-DAC的一部分，但是在這些電容器的采樣期間存儲的電荷與各采樣電容器(包括在轉(zhuǎn)換階段期間使用的采樣電容器)結(jié)合并且在各采樣電容器之間平均，并且提供SA-DAC在循環(huán)的轉(zhuǎn)換部分期間進行操作所依據(jù)的電荷。以此方式進行配置可以導(dǎo)致減低的ADC輸出滿刻度。
[0069]采樣電路500可以應(yīng)用于其他類型的采樣電路模塊，諸如應(yīng)用于流水線ADC的采樣保持電路。圖6C示出了用于將模擬輸入信號Vin轉(zhuǎn)換為η位數(shù)字輸出信號Vwt的流水線ADC650。流水線ADC電路650包括輸入采樣保持電路651和ADC級655，輸入采樣保持電路651用于對輸入信號Vin進行逐次采樣并且將樣本提供至一個或多個轉(zhuǎn)換級653的串聯(lián)互聯(lián)(在圖6C中舉例示出為級I至級4)。級653中的每一個和ADC級655將若干位信息提供至產(chǎn)生數(shù)字輸出信號Vout的處理電路657。
[0070]如圖6C的中間部分所示，流水線ADC650包括防混疊采樣電路作為采樣保持電路651的一部分。如圖所示，采樣保持電路651包括多個采樣電容器Ca至Cd，其分別具有兩個關(guān)聯(lián)開關(guān)。在采樣階段期間，在開關(guān)0!閉合的同時通過順序地閉合開關(guān),至Ou在每個采樣電容器上存儲輸入信號Vin的不同樣本。每個開關(guān)018至01<1將相應(yīng)的米樣電容器的一個節(jié)點連接至輸入電壓節(jié)點Vin，而開關(guān)0?將電容器的另一個節(jié)點連接至公共電壓(例如，地電壓)。在采樣階段期間開關(guān)02斷開。一旦完成采樣階段，采樣保持電路651轉(zhuǎn)變?yōu)楸３蛛A段的操作。在保持階段期間，開關(guān)0 和開關(guān)故斷開，而開關(guān)02閉合以便將各采樣電容器彼此并聯(lián)連接并且對存儲在各電吝器上的樣本進行組合。在保持階段期間，放大器659在采樣保持電路651的輸出端處提供輸出信號Vlfold，該放大器提供的輸出信號電壓指示了存儲在各采樣電容器上的組合樣本。在所示示例中，使用了分別具有相同電容的四個采樣電容器，然而在其他示例中還可以使用不同的數(shù)量和/或大小的電容器以獲得在此所描述的不同的防混疊轉(zhuǎn)移特性。
[0071]流水線ADC的每個級653可以具有如圖6C的下部所示的結(jié)構(gòu)。如圖所示，每個級653可以包括其自身的采樣保持電路661、ADC和DAC的串聯(lián)互連663、加法塊665和增益塊667。通常，采樣保持電路661是標(biāo)準(zhǔn)的采樣保持電路，在其輸出端提供與采樣時的輸入相等的信號。然而在一些示例中，采樣保持電路661可以提供防混疊濾波，這是通過，例如，包括類似于上述關(guān)于采樣保持電路651所描述的電路實現(xiàn)的。ADC和DAC的串聯(lián)互連663在ADC的輸出端提供數(shù)字輸出值，該數(shù)字輸出值對應(yīng)于對ADC輸入端處的信號轉(zhuǎn)換。ADC產(chǎn)生的數(shù)字輸出值提供至處理電路657，以便用于計算數(shù)字輸出信號Vwt。DAC將數(shù)字輸出值轉(zhuǎn)換回模擬信號值，通過加法塊665從采樣保持電路651的輸出端的信號減去該轉(zhuǎn)換回的模擬信號值。增益塊667放大加法塊665的輸出端的信號，并且將放大后的信號提供至下一級653或提供至ADC655。
[0072]討論已經(jīng)集中在具有相等大小的采樣電容器的采樣電路上，具體而言，集中在這樣的采樣電路上，其中在每個采樣時間間隔期間，將具有相同總電容值的電容器連接至輸入電壓節(jié)點Vin。例如，在關(guān)于圖6A和圖6B所討論的示例中，在每個采樣時間間隔期間，將具有總電容值4C的一個或多個電容器描述為連接至輸入電壓節(jié)點Vin。因此，可以進行四個均等權(quán)重的輸入信號采樣，從而實現(xiàn)了具有系數(shù)[1111]并具有sincl濾波器特性:C*Vin+C*Vinz^+C*Vinz^2+C*Vinz^3 的防混疊濾波器。
[0073]在一些實施例中，可以使用具有其他sincl特性的濾波器?？梢酝ㄟ^將各采樣電容器配置為不相等來實現(xiàn)非等抽頭加權(quán)。例如，可以通過使用如下方式配置的4位SA-ADC來實現(xiàn)具有下列系數(shù)[1331]的濾波器，所述方式為:將各電容器配置為利用總電容值2*C、6*C、6*C、2*C來對輸入信號進行采樣，從而獲得的濾波器特性(電荷)，其等效于具有比例因數(shù)2的的濾波器特性。具體而言，為了使用可調(diào)節(jié)采樣電容器實現(xiàn)具有系數(shù)[1331]的防混疊濾波器，具有總(總計)電容值2C的第一電容器組在第一采樣時間間隔期間耦接至輸入節(jié)點Vin，而各自具有總(總計)電容值6C的第二電容器組和第三電容器組分別在第二采樣時間間隔和第三采樣時間間隔期間耦接至輸入節(jié)點Vin，并且具有總(總計)電容值2C的第四電容器組在第四采樣時間間隔期間耦接至輸入節(jié)點Vin。然后將如關(guān)于圖6A和圖6B所描述的那樣利用二進制加權(quán)的各電容器組來實現(xiàn)轉(zhuǎn)換階段。
[0074]在一些實施例中，使用微分電容器陣列來實現(xiàn)負的濾波器系數(shù)，其中電容器兩端電壓的極性被翻轉(zhuǎn)用于負系數(shù)的抽頭，這是通過調(diào)節(jié)電容器的連接方式使得正的輸入信號端連接至負的電容器輸入端并且使得負的輸入信號端連接至正的電容器輸入端來實現(xiàn)的。在一些實施例中，負的濾波器系數(shù)是通過將采樣電容器連接至輸入信號的反向值(其使用放大器或開關(guān)-電容器技術(shù)生成)來實現(xiàn)的。在一些實施例中，等于O的系數(shù)是通過不對輸入信號采樣或者對地或?qū)θ魏纹渌m當(dāng)?shù)碾妷哼M行采樣來實現(xiàn)的。
[0075]在一些實施例中，可以使用動態(tài)方式來實現(xiàn)更復(fù)雜的濾波器。例如，在每個輸入樣本之后，中間階段對采樣的輸入進行配置使得個電容器并聯(lián)，在(連接至比較器的)公共節(jié)點處的電壓被用于通過反饋至輸入信號來產(chǎn)生隨后的輸入樣本。
[0076]在一些實施例中，可以使用非整數(shù)相關(guān)的電容器比。例如，在一些實施例中，用于SA-ADC的DAC電容器是非二進制加權(quán)的(例如，以改進微分非線(DNL)特性)。在一些實施例中，使用專門的而非用于轉(zhuǎn)換處理中的采樣電容器組來產(chǎn)生非整數(shù)相關(guān)的濾波器抽頭(例如，電容器比)；各電容器與轉(zhuǎn)換電容器共享公共節(jié)點，使得在采樣操作期間所采樣的電荷在轉(zhuǎn)換階段期間通過第二電容器組進行操作以導(dǎo)致數(shù)字字。
[0077]在一些實施例中，在ADC中使用兩個或更多的電容器陣列。在圖8A中示出了具有雙電容器陣列803a至803e和813a至813e的示例4位ADC。通過使用兩個電容器陣列，提供了用于執(zhí)行轉(zhuǎn)換的附加時間。圖8B示出了圖8A的ADC的操作時序圖。如圖8A和圖8B所示，第一電容器組803a至803e用于在第一階段(階段I)期間對輸入信號Vin進行采樣，而第二電容器組813a至813e用作轉(zhuǎn)換操作的一部分。在第二階段(階段2)期間，存儲在第一電容器組803a至803e上的樣本用作轉(zhuǎn)換操作的一部分，而第二電容器組813a至813e用于對輸入信號Vin進行米樣。處理器805根據(jù)控制信號0.、0809a至08Mp、0817和0S1至0 J2制開關(guān)807、809a至809e、817和819a至819e的操作。在一些實施例中，如圖8A和圖SB所示，兩個電容器陣列逐一對輸入進行采樣(例如，在第二陣列進行轉(zhuǎn)換時第一陣列進行采樣，反之亦然)。在一些實施例中，兩個陣列的采樣操作的至少一部分在時間上重疊。另外，雖然ADC800示出為具有兩個分離的比較器801和811，但是單個比較器可以作為雙電容器陣列ADC的一部分而被共享。
[0078]在一些實施例中，電壓緩沖器用于在采樣前調(diào)節(jié)信號。
[0079]在一些實施例中，由于轉(zhuǎn)換器的輸入不必立即充入大電容量，所以用于實現(xiàn)所需防混疊性能的較小轉(zhuǎn)換頻率提供了較低的功耗。在一些實施例中，由于轉(zhuǎn)換器(包括比較器)可以以用于實現(xiàn)恒定防混疊性能的減小速率進行轉(zhuǎn)換，所以用于實現(xiàn)所需防混疊性能的較小轉(zhuǎn)換頻率提供了較低的功耗。[0080]在各個實施例中，用戶可通過調(diào)整采樣和轉(zhuǎn)換階段的電容器的連接方式來設(shè)置濾波系數(shù)。例如，用戶可針對采樣階段中的每個采樣時間間隔來可控地選擇一個不同的電容器組來將這些電容器連接在一起并用于采樣輸入信號。用戶還可針對轉(zhuǎn)換階段的應(yīng)用來可控地選擇不同組的電容器來將這些電容器組連接在一起并用于向數(shù)字輸出信號位的轉(zhuǎn)換。一般來說，在轉(zhuǎn)換階段連接在一起的這些電容器組被選出以進行二進制加權(quán)，從而在轉(zhuǎn)換時間間隔中使用的第一組電容器(例如，用于形成電容器603al和603a2的一組電容器)的總電容是在轉(zhuǎn)換時間間隔中使用的第二組電容器(例如，用于形成電容器603b的一組電容器)的總電容的兩倍，而第二組電容器的總電容是第三組電容器(例如，用于形成電容器603c的一組電容器)的總電容的兩倍，等等。用戶調(diào)整電容器的連接方式可通過將掌管電容器切換的數(shù)字邏輯塊移入期望的系數(shù)來實現(xiàn)；以及/或者用戶可以從一系列濾波器和抽取率中選出一個數(shù)字邏輯塊支持。在一些實施例中，可構(gòu)建這樣的防混疊濾波器，其在期望位置處具有零點以去除已知頻率的信號。
[0081]在一個示例中，可通過8抽頭sincl濾波器與系數(shù)為[42124]的5抽頭FIR濾波器的卷積(convolution)來構(gòu)建濾波器。卷積濾波器的系數(shù)為[4、6、7、9、13、13、13、13、9、
7、6、4]。兩個濾波器的卷積在由FIR系數(shù)的選擇所定義的頻率處(與單獨使用sine I濾波器相比)提供了附加零位。系數(shù)的總和為104，這使得上述數(shù)組中的每個系數(shù)對應(yīng)于兩個單位電容器乘以具有雙電容器陣列的8位ADC中的系數(shù)值。因此，256個電容器當(dāng)中的208個被用于采樣并在轉(zhuǎn)換階段被使用，而剩下的48個電容器在轉(zhuǎn)換階段被使用但不被用于采樣。注意，為了在DC附近實現(xiàn)sine I濾波器的最大防混疊性能，應(yīng)當(dāng)以因數(shù)8來抽取ADC(對應(yīng)于采樣階段的八個不同的采樣時間間隔)。然而，F(xiàn)IR具有12個抽頭。因此，第一電容器陣列的米樣與第二電容器陣列的米樣在時間上重疊，一些米樣對相同的電壓進行了米樣(即使有可能利用的是不同尺寸的采樣電容器)。當(dāng)使用兩個電容器陣列時，采樣操作的重疊減小了分配給轉(zhuǎn)換的時間量。可使用第三電容器陣列來恢復(fù)時間，以緩和對比較器的要求。針對該實施例，比例因數(shù)將不同于ADC，并可通過調(diào)整基準(zhǔn)電壓或?qū)σ阎壤驍?shù)進行數(shù)字補償來補償該比例因數(shù)。在一些實施例中，與上述示例一致的比例因數(shù)的改變并非一種材料性能度量。
[0082]圖9至圖11示出了本文所描述的信號采樣方法和轉(zhuǎn)換方法的性能優(yōu)勢的示意性示例。圖9是用于模擬一個8抽頭sine I防混疊濾波器性能的電路示意圖，其中該8抽頭sine I防混疊濾波器的有效采樣頻率(對應(yīng)于Tse=I/(625X IO6) s的連續(xù)采樣時間之間的一個間隔)為625MHz，并且“轉(zhuǎn)換”頻率為該值的1/8，或為78.125MHz。在該電路中，通過采樣轉(zhuǎn)換開始時的輸出電壓來模擬ADC轉(zhuǎn)換步驟。圖10示出了在電容器陣列上具有和不具有過采樣的周期性AC響應(yīng)。注意，模擬器(SpectreRF)將零階保持施加到輸出信號，使得頻率響應(yīng)展現(xiàn)出具有sine函數(shù)，這與真實的離散時間采樣操作正好相反。從圖中能夠看出，在帶外的頻率響應(yīng)中存在17dB的下降，從而減小了噪聲折疊和鋸齒效應(yīng)。圖11示出了具有防混疊特性的改善了的輸出噪聲，其中具有防混疊特性的輸出中的本底噪聲為10.6nV/rtHz，與此形成對比的是其他所有條件均保持不變而唯獨不具有過采樣情況下的本底噪聲為26.1nV/rtHz (即，所有8抽頭同時采樣相比順序采樣)。2.5倍的改進與通過具有防混疊濾波器進行抽取相比不具有防混疊濾波器進行抽取所預(yù)期的結(jié)果是一致的，這是因為當(dāng)通過因數(shù)8進行抽取時(不具有濾波器)，噪聲功率應(yīng)增大8倍，得出RMS噪聲密度的增加為sqrt (8) =2.8倍。不同濾波器和提取率甚至能夠得出更多的帶外抑制并改進噪聲性能。
[0083]頻率響應(yīng)保真度主要是通過對電容器進行匹配來設(shè)置的；匹配通常對于ADC中使用的電容器是非常有利的。而且，防混疊濾波器的動態(tài)范圍可以大于ADC自身的動態(tài)范圍，只要開關(guān)能夠采樣輸入信號(例如那些能夠在ADC限制之外進行操作而不具有正向偏壓二極管的升壓開關(guān)或互補開關(guān))，位于零位的信號將在由ADC操作之前將被去除。
[0084]在一些實施例中，防混疊濾波器延伸到采樣帶寬內(nèi)(例如，如果ADC以IOMHz速率輸出數(shù)字字，則根據(jù)耐奎斯特(Nyquist)定理，濾波器響應(yīng)可延伸到由IOMHz采樣速率所覆蓋的5MHz帶寬內(nèi))。
[0085]在一些實施例中，防混疊ADC結(jié)合到射頻接收器內(nèi)，以在抑制帶外噪聲和干擾信號的同時對感興趣的期望帶寬內(nèi)的(例如基帶)接收信號進行數(shù)字化。在一些實施例中，防混疊ADC被用作針對需要防混疊濾波器和/或帶內(nèi)濾波的常規(guī)應(yīng)用的獨立ADC。在一些實施例中，獨立ADC使用輸入時鐘來合成更高頻的時鐘，以用于對與本文指教相一致的輸入電容器進行采樣。在一些實施例中，獨立ADC允許用戶輸入或選擇濾波系數(shù)、抽取率或比例因數(shù)。在示例實施例中，12位SA-ADC接收IMHz采樣時鐘并以IMHz采樣率輸出數(shù)據(jù)，IMHz采樣時鐘用于合成64MHz時鐘，該64MHz時鐘用于對ADC輸入電容器進行采樣，這些ADC輸入電容器被配置成在采樣模式期間以64MHz的采樣率來對64個單位電容器進行采樣，由此實現(xiàn)一個64抽頭的sine I濾波器。
[0086]圖12A示出了一個單元選擇器和多路復(fù)用器(CSM)電路1200。CSM 1200可用于對SA-ADC中的單位電容器單元的連接方式進行調(diào)整和多路復(fù)用。在示例實施例中，一個4位ADC具有4乘4陣列的單位電容器(如圖12B所示)，并且該4位ADC以實現(xiàn)16抽頭sine I濾波器的方式來對輸入進行采樣。圖12A的電路位于每個單位電容器之下(或者在一些實施例中位于一組并聯(lián)的電容器之下)并使得能夠結(jié)合在多個單元中被共用的兩個控制信號DATA和CONVERT來通過地址(行(ROW)和列(COL)信號線)對電容器進行選擇。
[0087]在采樣周期的開始階段，所有的單位電容器都與此時被連接到輸入端Vin的Vbus斷開。這是通過將所有4行4列選擇位設(shè)置為高并將共用信號DATA驅(qū)動到高來實現(xiàn)的(這是通過使反相器Il輸出邏輯低信號到NMOS開關(guān)Ml來使得開關(guān)Ml與Vbus斷開)。同時CONVERT被設(shè)置為低以將NMOS開關(guān)M2與地斷開，而不考慮開關(guān)M3的狀態(tài)。接下來開始采樣。第一采樣點發(fā)生在左上角的電容器(在圖12B中用粗體字X標(biāo)記)，并且通過驅(qū)動ROW, COL=OOOl, 0001 (由此選擇了左上角的電容器，見圖12B)同時將O施加到DATA以保持DATA線不被激活從而來完成該第一采樣點(注意，通過驅(qū)動兩行或兩列信號為高等方式可選擇兩個電容器)。此時，Ml閉合并對施加到Vbus的電壓在電容器上進行采樣。隨后將DATA設(shè)置為高以完成采樣操作并接著將ROW和COL信號切換為選擇下一電容器進行采樣。在已經(jīng)對第16個電容器進行了采樣之后，所有電容器陣列的底板浮起并準(zhǔn)備對陣列進行轉(zhuǎn)換。
[0088]在轉(zhuǎn)換開始時，將基準(zhǔn)電壓施加到VBUS，并且CONVERT為高。此時，根據(jù)由雙反相器Il和12形成的鎖存器的內(nèi)部狀態(tài)來將所有的單位電容器的拉至基準(zhǔn)電壓或地電壓。在一些實施例中，未使用鎖存器，而是使用電容器來存儲針對轉(zhuǎn)換期間所需時段的狀態(tài)。在轉(zhuǎn)換期間，對ROW和COL選擇信號作出選擇以選出8個單位電容器用于最高有效位(MSB)轉(zhuǎn)換，并將基準(zhǔn)電壓施加到VBUS。通過對DATA線進行切換，可對所選電容器的連接方式在基準(zhǔn)電壓和地之間進行切換；根據(jù)前文中由圖4A至圖4D以及圖6A至圖6B所提供的描述來繼續(xù)SA-A/D 轉(zhuǎn)換。
[0089]在一些實施例中，在轉(zhuǎn)換過程中利用多個行列地址線或附加選擇信號以公共矩心方式對單位電容器進行動態(tài)切換。圖12C示出了包括4對2×2R0W×C0L地址線的一個4X4陣列，其被配置為在轉(zhuǎn)換過程中以公共矩心方式來選擇8個電容器。對電容器的公共矩心選擇通常提供了改進的匹配性能，因此與針對單位電容器的非公共矩心選擇相比提供了更佳的微分非線性特性。注意，為了獨立控制10位ADC的每一位并允許進行公共矩心選擇，僅僅需要4* (16+16) =128個行+列的線(這與圖12B所示的結(jié)構(gòu)中需要32+32=64個線有所不同)。
[0090]在一些實施例中，如圖13A和圖13B所示，無源地構(gòu)造了無限脈沖響應(yīng)(IIR)防混疊濾波器響應(yīng)。在一些實施例中，通過閉合開關(guān)1311，通過在采樣結(jié)束之后但變換開始之前將SA-ADC1300的IIR電容器1313連接至公共陣列節(jié)點，來構(gòu)造IIR響應(yīng)，如圖13B中φ1311處所示。當(dāng)IIR電容器1313連接至陣列節(jié)點時，采樣電容器均連接至地線(或者均連接至VMf)，并且開關(guān)1307斷開。IIR電容器1313共享(從最后周期采樣的)它的電荷，并且對與采樣電容器上所存儲的平均電壓相對應(yīng)的、公共陣列節(jié)點處的濾波后的電壓進行采樣。接著，通過斷開開關(guān)1311來將IIR電容器1313斷開連接，從而存儲來自最后采樣的電荷以用于添加至下一米樣或從下一米樣中減去。然后IIR電容器1313存儲先前米樣時間間隔期間先前存儲在采樣電容器上的平均采樣，其可以在將來變換相位期間被使用。具體地，在將來變換相位期間，(通過將開關(guān)1311和與每一個采樣電容器相關(guān)的開關(guān)選擇性地閉合)調(diào)整電容器的連接方式，以便將存儲在電容器1313和各采樣電容器上的電荷結(jié)合。執(zhí)行電容器的再配置，使得電容器之間的電容比對應(yīng)于期望IIR濾波器響應(yīng)的抽頭系數(shù)之間的比率。
[0091]無源IIR電容器1313相對于其他電容器陣列電容的大小設(shè)定了該系統(tǒng)的離散時間極點。在一些實施例中，與公共節(jié)點耦合的緩沖器或放大器用于將電荷施加至IIR電容器1313。對在采樣時的公共節(jié)點信號進行的緩沖或放大(相對于直接連接)可以用于調(diào)整IIR濾波器在比使用無源采樣時可能獲得的值的范圍更大的值的范圍下的動態(tài)特性。
[0092]在一些實施例中，按任意方式布置極點和/或零點，以達到期望頻率響應(yīng)特性。圖14示出了包括二階離散時間IIR濾波器的示意性SA-ADC 1400，該二階離散時間IIR濾波
器具有傳遞函數(shù):H(z)=b0+b1*z-1+b2*z-2+b3*z-3/a0+a1*z-1+a2*z-2該傳遞函數(shù)可以實現(xiàn)諸如巴特沃
斯、切比雪夫、橢圓之類的濾波器特性，或者任意其他特性。濾波器選擇和設(shè)計確定了系數(shù)a0、a1、a2、b0、b1、b2和b3的適當(dāng)值。加法器塊1427將放大器1425b和1425c的輸出端處的反饋值從輸入信號Vin中減去。反饋值是基于在分別與來自電路操作的最后兩個保存狀態(tài)相對應(yīng)的電容器1422b和1422c上存儲的采樣值。當(dāng)各陣列開關(guān)處于確保相加的電荷被采樣的構(gòu)造(例如，所有陣列電容器接地)時，通過使用開關(guān)1421b和1421c而將電容器1422b和1422c耦合至加法器塊，在變換相位的結(jié)束時反饋值被用作對加法器塊1427的輸入。利用了三個電容器1422a至1422c，并且使用開關(guān)1421a至1421c將三個電容器1422a至1422c以循環(huán)方式電學(xué)地“繞一圈傳遞”。采樣之后，電容器1422b連接至將電壓放大a1/a0倍的第一增益塊1425b。在下一變換周期之后，存儲在電容器1422b上的值傳遞至電容器1422c，電容器1422c其本身可以連接至將電壓放大a2/a0倍的第二增益塊1425c。可替代地，電容器1422b可以直接耦合至第二增益塊1425c，以便避免將存儲的值在電容器1422a至1422c之間傳遞的步驟。增益塊1425b和1425c的輸出與1427處的輸入信號相加，以被數(shù)字化并施加至如上所述的采樣電容器。如在電路500的示例中那樣，基于用于每個采樣時間間隔期間采樣的各電容器的電容值的比率來確定系數(shù)b0至b3。
[0093]在一些實施例中，使用連續(xù)時間(CT)或離散時間(DT)技術(shù)的有源濾波器可以被用來實現(xiàn)IIR或FIR濾波器。
[0094]在一些實施例中，調(diào)整ADC的滿量程范圍，以將ADC的動態(tài)范圍集中于輸入信號，從而使ADC中有用位的數(shù)量最大化。在一個實施例中，比值測量ADC對多個比值測量傳感器進行采樣，每個傳感器具有不同的比例因子或滿量程輸出電壓。在另一實施例中，調(diào)整ADC滿量程范圍，以使對于給予了參考電壓的輸入信號的動態(tài)范圍最大化，對于ADC變換器該參考電壓可能不是最優(yōu)的但是可用的。在一些實施例中，通過將總的采樣電容與用于變換的電容器陣列的電容的比值進行改變，來有意地調(diào)整ADC的滿量程值。例如，如果2倍增益是期望的并且SA-Cap陣列是5pF，則采樣電容可包括5pF SA-Cap陣列加上僅在輸入信號的采樣中使用的附加5pF電容。如果0.5倍增益是期望的并且SA-Cap陣列是5pF，則采樣電容可僅包括5pF SA-Cap陣列的一半。在一些實施例中，沒有應(yīng)用濾波和/或抽??；簡單使用了增益調(diào)整。在一些實施例中，增益調(diào)整被用來調(diào)整差分ADC。
[0095]在一些實施例中，電容分配器被用來實現(xiàn)等效電容和/或采樣電容器與SA-Cap陣列之間的比率。例如，如果8倍增益是期望的，可以與SA-Cap陣列結(jié)合使用35pF采樣電容；然而，這樣的大電容會是不切實際的或不期望的。替代地，可以使用3.5pF采樣電容器，并且可以與在SA-Cap陣列(逐次逼近電容器陣列)和采樣電容器之間串聯(lián)的電容分配器一起使用5pF SA-Cap陣列，使得電容分配器引起SA-Cap陣列中電容和/或電荷的變化，以將其十分之一大小的電荷呈現(xiàn)至與采樣電容器公共的節(jié)點。
[0096]在一些實施例中，CSM被用來調(diào)整一個或多個單位電容器的分配，以提高二進制加權(quán)的電容器陣列之間的匹配。在一些實施例中，執(zhí)行自動校準(zhǔn)過程，其中電容器之間的比較或電容器集合之間的比較被用來將單位單元分配至電容器的集合，使得電容器的兩個集合的總電容更加相等。在各種實施例中，對電容器集合的單位單元的分配是基于隨機、或偽隨機值；對電容器集合的單位單元的分配是確定性的。
[0097]除非另外聲明，在本說明書中闡述的、隨附權(quán)利要求書中包括的所有量度、值、評級、位置、量級、大小和其他規(guī)格是近似的，并非精確的。它們旨在具有與它們所相關(guān)的函數(shù)一致的合理范圍以及它們所屬領(lǐng)域中的慣例一致的合理范圍。
[0098]所要求的保護范圍僅由隨附權(quán)利要求書限定。當(dāng)根據(jù)本說明書解釋以及隨后起訴歷史中解釋時，該范圍旨在并應(yīng)被理解為與權(quán)利要求中使用的語言的普通含義一樣寬，并且包含所有結(jié)構(gòu)和功能對等物。盡管如此，沒有一個權(quán)利要求旨在包括不滿足專利法案的部分101、102或103的要求的主題，它們也不是以這樣方式被理解。特此否認這樣的主題的任何非故意的包括。
[0099]除上文記載之外，已記載或示出的并不是旨在或不應(yīng)被解釋為將任意組件、步驟、特征、目的、利益、益處或等同物奉獻于公眾，不管其在權(quán)利要求中敘述或未敘述。
[0100]應(yīng)當(dāng)理解的是，在此使用的術(shù)語和表達具有與它們相應(yīng)的各個調(diào)查和研究領(lǐng)域相關(guān)的這樣的術(shù)語和表達一致的普通含義，除非在此闡述具有特定含義之外。諸如第一和第二等的相對術(shù)語僅用來將一個實體或動作區(qū)分于另一實體或動作，而不一定要求或暗示這些實體或動作之間的任何實際的這樣的關(guān)系或順序。術(shù)語“包括”、“包含”或其他任意變形旨在覆蓋非排他性的包括，使得包括一列要素的處理、方法、物品或設(shè)備不僅包括那些要素還可包括其他未明確列出的要素或這樣的處理、方法、物品或設(shè)備所固有的要素。在沒有進一步限制的情況下，“一個”或“一”隨后接著的要素不排除包括該要素的處理、方法、物品或設(shè)備中的附加相同要素的存在。
[0101]本公開的摘要被提供為使得讀者快速查明技術(shù)公開的類型。它的提交應(yīng)被理解為:它不會被用來解釋或限制權(quán)利要求的范圍或含義。另外，在先前詳細說明中，可以知道為了簡化本公開，在各種實施例中各種特征被組合在一起。本公開的該方法不應(yīng)當(dāng)被解釋為反映要求保護的實施例需要比每一權(quán)利要求中明確陳述的特征更多的特征的發(fā)明。相反，如以下權(quán)利要求所反映的，發(fā)明主題少于單個公開實施例的所有特征。因此，以下權(quán)利要求由此被結(jié)合到詳細說明中，每個權(quán)利要求自身作為單獨要求保護的主題。
[0102]雖然前面已經(jīng)描述了被認為是最佳的方式和/或其它示例，可以理解的是，可以進行各種修改，本文中所公開的主題可以以各種形式和示例來實現(xiàn)，而該教導(dǎo)可應(yīng)用在許多應(yīng)用中，只有其中的一些已在本文中描述。旨在通過下面的權(quán)利要求而要求保護落入本教導(dǎo)的真正范圍內(nèi)的任何及所有應(yīng)用、修改和變型。
【權(quán)利要求】
1.一種電路,包括: 第一電容器，用于在米樣時間間隔期間的第一時間對模擬輸入信號進行米樣； 第二電容器，用于在采樣時間間隔期間的第二時間對模擬輸入信號進行采樣，其中第二時間不同于第一時間； 電路模塊，其將存儲在所述第一電容器和所述第二電容器中的樣本組合起來，并在不同于采樣時間間隔的轉(zhuǎn)換時間間隔期間使用該組合的樣本生成數(shù)字輸出信號。
2.如權(quán)利要求1所述的電路，其中所述電路模塊用于通過以使得所述第一電容器和第二電容器共享電荷的方式連接所述第一電容器和第二電容器來組合樣本。
3.如權(quán)利要求1所述的電路，其中: 所述第一電容器由兩個或更多的子電容器形成； 其中所述電路模塊用于將所述電容器和/或子電容器的連接方式從采樣時間間隔期間的第一構(gòu)造調(diào)節(jié)為轉(zhuǎn)換時間間隔期間的第二構(gòu)造，以使用存儲在所述第一電容器的第一子電容器中的組合樣本生成所述數(shù)字輸出信號的第一位，并使用存儲在所述第一電容器的第二子電容器中的組合樣本生成所述數(shù)字輸出信號的第二位。
4.如權(quán)利要求3所述的電路，其中電容器和/或子電容器在轉(zhuǎn)換時間間隔期間的第二構(gòu)造將所述電容器和/或所述子電容器連接成第一組電容器和第二組電容器及第一組子電容器和第二組子電容器，其中所述第一組電容器的電容值是所述第二組電容器的電容值的二倍。
5.如權(quán)利要求1所述`的電路，其中所述第一電容器和所述第二電容器以及用于生成數(shù)字輸出信號的電路模塊構(gòu)成逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的一部分，所述逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器構(gòu)造為至少部分地基于存儲在所述第一電容器和所述第二電容器上的電荷組合來生成所述數(shù)字輸出信號的第一位。
6.如權(quán)利要求1所述的電路，其中所述第一電容器和所述第二電容器以及用于生成數(shù)字輸出信號的電路模塊構(gòu)成流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的一部分，所述流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器構(gòu)造為至少部分地基于存儲在所述第一電容器和所述第二電容器上的電荷組合來生成所述數(shù)字輸出信號的第一位。
7.如權(quán)利要求1所述的電路，其中所述電路模塊用于執(zhí)行模數(shù)轉(zhuǎn)換操作，以通過對所述第一電容器和所述第二電容器在采樣時間間隔期間采樣和存儲的電荷進行操作來生成所述數(shù)字輸出信號。
8.如權(quán)利要求7所述的電路，其中所述電路模塊用于至少部分地基于所述第一電容器上的樣本來執(zhí)行第一模數(shù)轉(zhuǎn)換操作以生成所述數(shù)字輸出信號的第一位，并且至少部分地基于所述第二電容器上的樣本執(zhí)行第二模數(shù)轉(zhuǎn)換操作以生成所述數(shù)字輸出信號的第二位。
9.如權(quán)利要求1所述的電路，還包括: 第三電容器，用于在采樣時間間隔期間的第三時間對模擬輸入信號進行采樣，其中所述第三時間不同于所述第一時間和所述第二時間； 其中所述電路模塊用于組合所述第一電容器、所述第二電容器和所述第三電容器上的樣本，并使用組合的樣本在轉(zhuǎn)換時間間隔期間生成所述數(shù)字輸出信號，并且 其中所述第一時間、所述第二時間和所述第三時間在所述采樣時間間隔期間在時間上均勻間隔開。
10.如權(quán)利要求1所述的電路，其中所述電路模塊用于對模擬輸入信號執(zhí)行有限脈沖響應(yīng)濾波操作來作為生成所述數(shù)字輸出信號的一部分，并且其中所述有限脈沖響應(yīng)濾波操作的濾波器特性至少部分通過所述第一電容器和所述第二電容器的相對大小來確定。
11.一種方法，包括: 通過第一電容器在米樣時間間隔期間的第一時間對模擬輸入信號進行米樣； 通過第二電容器在采樣時間間隔期間的第二時間對模擬輸入信號進行采樣，其中所述第二時間不同于所述第一時間； 將在所述第一時間和所述第二時間得到的樣本組合起來；和 在不同于所述采樣時間間隔的轉(zhuǎn)換時間間隔期間使用該組合的樣本生成數(shù)字輸出信號。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中: 所述第一電容器由兩個或更多的子電容器形成； 所述組合包括將所述電容器和/或子電容器的連接方式從采樣時間間隔期間的第一構(gòu)造調(diào)節(jié)為轉(zhuǎn)換時間間隔期間的第二構(gòu)造，以對樣本進行組合；并且 所述生成包括使用存儲在所述第一電容器的第一子電容器中的組合樣本生成所述數(shù)字輸出信號的第一位，并使用存儲在所述第一電容器的第二子電容器中的組合樣本生成所述數(shù)字輸出信號的第二位。
13.如權(quán)利要求12所`述的方法，其中所述電容器和/或子電容器在轉(zhuǎn)換時間間隔期間的第二構(gòu)造將所述電容器和/或所述子電容器連接成第一組電容器和第二組電容器及第一組子電容器和第二組子電容器，其中所述第一組電容器的電容值是所述第二組電容器的電容值的二倍。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述采樣、所述組合和所述生成的步驟是在逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器中執(zhí)行的，所述逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器構(gòu)造為至少部分地基于存儲在所述第一電容器和所述第二電容器上的電荷組合來生成所述數(shù)字輸出信號的第一位。
15.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述采樣、所述組合和所述生成的步驟是在流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器中執(zhí)行的，所述流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器構(gòu)造為至少部分地基于存儲在所述第一電容器和所述第二電容器上的電荷組合來生成數(shù)字輸出信號的第一位。
16.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述生成數(shù)字輸出信號的步驟包括對所述第一電容器和所述第二電容器在所述采樣時間間隔期間采樣和存儲的電荷執(zhí)行模數(shù)轉(zhuǎn)換操作。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述生成數(shù)字輸出信號的步驟包括:至少部分地基于所述第一電容器上的組合樣本來執(zhí)行第一模數(shù)轉(zhuǎn)換操作以生成所述數(shù)字輸出信號的第一位，以及至少部分地基于所述第二電容器上的組合樣本來執(zhí)行第二模數(shù)轉(zhuǎn)換操作以生成所述數(shù)字輸出信號的第二位。
18.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括: 通過第三電容器在采樣時間間隔期間的第三時間對模擬輸入信號進行采樣，其中所述第三時間不同于所述第一時間和所述第二時間； 其中所述組合包括對所述第一電容器、所述第二電容器和所述第三電容器上的樣本進行組合，并且 其中所述第一時間、所述第二時間和所述第三時間在所述采樣時間間隔期間在時間上均勻間隔開。
19.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述組合樣本以及生成數(shù)字輸出信號的步驟用于對模擬輸入信號執(zhí)行有限脈沖響應(yīng)濾波操作，并且其中所述有限脈沖響應(yīng)濾波操作的濾波器特性至少部分地通過所述第一電容器和所述第二電容器的相對大小來確定。
20.—種方法,包括: 選擇電容器陣列中的第一組電容器和第二組電容器，其中所述第一組電容器與第二組電容器的電容值之比對應(yīng)于期望的防混疊濾波器響應(yīng)的抽頭系數(shù)之間的比值； 在采樣時間間隔期間的不同的第一時間和第二時間分別使用所述第一組電容器和所述第二組電容器對模擬輸入信號進行采樣，以獲得模擬輸入信號的第一樣本和第二樣本；對形成所述第一組電容器與所述第二組電容器的電容器進行重新構(gòu)造以形成與所述第一組電容器和所述第二組電容器不同的第三組電容器和第四組電容器；以及 基于存儲在所述第三組電容器和所述第四組電容器中的電荷來輸出數(shù)字輸出信號，其中所述數(shù)字輸出信號包括基于存儲在所述第三組電容器中的電容器上的電荷轉(zhuǎn)換的第一位和基于存儲在所述第四組電容器中的電容器上的電荷轉(zhuǎn)換的第二位。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中選擇所述第一組電容器和所述第二組電容器以及對模擬輸入信號進行采樣的步驟包括: 針對所選擇的第一組電容器與第二組電容器中的每一組，順次執(zhí)行如下步驟: 針對所選擇的電容器組中的每個電容器，順次執(zhí)行在將數(shù)據(jù)線保持為第一狀態(tài)的同時，激活與陣列中的電容器的行和列相對應(yīng)的行選擇線與列選擇線的步驟；以及 在激活所選擇的電容器組中的每個電容器的行選擇線與列選擇線之后，將模擬輸入信號施加至信號線以對所選擇的電容器`組的電容器上的模擬輸入信號進行采樣。
22.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述期望的防混疊濾波器響應(yīng)為有限脈沖響應(yīng)濾波器響應(yīng)。
23.如權(quán)利要求20所述的方法，還包括: 選擇電容器陣列中的第五組電容器， 其中所述第五組電容器的電容器存儲在前一采樣時間間隔期間存儲在所述第一組電容器和所述第二組電容器上的樣本的平均值， 其中所述重新構(gòu)造電容器包括對形成所述第一組電容器、所述第二組電容器和所述第五組電容器的電容器進行組合以形成所述第三組電容器和所述第四組電容器，并且 其中電容器被重新構(gòu)造為使得所述第一組電容器、所述第二組電容器和所述第五組電容器之間的電容比值對應(yīng)于期望的無限脈沖響應(yīng)濾波器響應(yīng)的抽頭系數(shù)之間的比值。
24.如權(quán)利要求20所述的方法，還包括存儲元件，其用于存儲代表歷史輸入值的量，其中所述期望的防混疊濾波器響應(yīng)為無限脈沖響應(yīng)濾波器響應(yīng)。
25.—種電路,包括: 包括多個電容器的電容器陣列以及用于選擇性地將陣列電容器耦接在一起以形成多組電容器的選擇電路； 轉(zhuǎn)換器，其用于將存儲在一組電容器中的平均電荷值轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出信號的一位值；以及 控制器，其用于控制所述電容器陣列與所述轉(zhuǎn)換器的操作，其中所述控制器構(gòu)造為:選擇電容器陣列中的第一組電容器和第二組電容器，其中所述第一組電容器與第二組電容器的電容值之比對應(yīng)于期望的防混疊濾波器響應(yīng)的抽頭系數(shù)之間的比值； 在采樣時間間隔期間的不同的第一時間和第二時間分別使用所述第一組電容器和所述第二組電容器對模擬輸入信號進行采樣，以獲得模擬輸入信號的第一樣本和第二樣本；對形成所述第一組電容器和所述第二組電容器的電容器進行重新構(gòu)造以形成與所述第一組電容器和所述第二組電容器不同的第三組電容器和第四組電容器；和 基于存儲在所述第三組電容器和所述第四組電容器中的電荷來輸出數(shù)字輸出信號，其中所述數(shù)字輸出信號包括基于存儲在所述第三組電容器中的電容器上的電荷轉(zhuǎn)換的第一位和基于存儲在所述第四組電容器中的電容器上的電荷轉(zhuǎn)換的第二位。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其中所述控制器構(gòu)造為通過如下步驟選擇所述第一組電容器和所述第二組電容器以及對模擬輸入信號進行采樣: 針對所選擇的第一組電容器與第二組電容器中的每一組，順次執(zhí)行如下步驟: 針對所選擇的電容器組中的每個電容器，順次執(zhí)行在將數(shù)據(jù)線保持為第一狀態(tài)的同時，激活與陣列中的電容器的行和列相對應(yīng)的行選擇線與列選擇線的步驟；以及 在激活所選擇的組中的每個電容器的行選擇線與列選擇線之后，將模擬輸入信號施加至信號線以對所選組的電容器上的模擬輸入信號進行采樣。
27.如權(quán)利要求25所述的方法，其中所述期望的防混疊濾波器響應(yīng)為有限脈沖響應(yīng)濾波器響應(yīng)。
28.如權(quán)利要求25所述的方法，其中所述控制器還構(gòu)造為: 選擇電容器陣列中的第五`組電容器， 其中所述第五組電容器的電容存儲在前一采樣時間間隔期間存儲在所述第一組電容器和所述第二組電容器上的樣本的平均值， 其中所述重新構(gòu)造電容器包括對形成所述第一組電容器、所述第二組電容器和所述第五組電容器的電容器進行組合以形成所述第三組電容器和所述第四組電容器，并且 其中電容器被重新構(gòu)造為使得所述第一組電容器、所述第二組電容器和所述第五組電容器之間的電容比值對應(yīng)于期望的無限脈沖響應(yīng)濾波器響應(yīng)的抽頭系數(shù)之間的比值。
29.如權(quán)利要求25所述的方法，還包括存儲元件，其用于存儲代表歷史輸入值的量，其中所述期望的防混疊濾波器響應(yīng)為無限脈沖響應(yīng)濾波器響應(yīng)。
【文檔編號】H03M1/08GK103873058SQ201310693178
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月17日
【發(fā)明者】馬克·艾蘭·萊姆金 申請人:達斯特網(wǎng)絡(luò)公司