兩相切換式電容器快閃式adc的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】?jī)上嗲袚Q式電容器快閃式ADC
[0001]相關(guān)申請(qǐng)案的交叉參考
[0002]本申請(qǐng)案主張2013年2月27日申請(qǐng)的第61/769，928號(hào)美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)案的權(quán)益，所述臨時(shí)申請(qǐng)案的全文以引用的方式并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及兩相切換式電容器快閃式模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，特定來(lái)說(shuō)，涉及使用斬波器電壓參考的快閃式ADC。
【背景技術(shù)】
[0004]在圖1中展示常規(guī)切換式電容器模/數(shù)轉(zhuǎn)換器10(ADC)的框圖。將待被轉(zhuǎn)換的輸入信號(hào)饋送通過(guò)環(huán)路濾波器110到量化器120，其中通常將所述信號(hào)轉(zhuǎn)換為具有一位或多位分辨率的輸出位流。將所述輸出信號(hào)反饋通過(guò)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器130 (DAC)到所述環(huán)路濾波器110，在所述處從所述輸入信號(hào)減去所述輸出信號(hào)。
[0005]此類(lèi)型的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器引入量化噪聲及偏移誤差。特定來(lái)說(shuō)，在所述量化器內(nèi)使用參考電壓，其引入偏移電壓且從而使所述經(jīng)測(cè)量的信號(hào)失真。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]存在對(duì)切換式電容器DAC的改進(jìn)設(shè)計(jì)的需求。根據(jù)實(shí)施例，切換式電容器模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入級(jí)可包括接收輸入電壓的差分電壓輸入、接收斬波參考電壓的差分參考電壓輸入、共用電壓連接、差分輸出、耦合在所述差分電壓輸入與所述差分輸出之間的一對(duì)輸入電容器、親合在所述差分參考電壓輸入之間的一對(duì)參考電容器，及通過(guò)第一相及第二相控制的切換單元，所述切換單元可操作以在第一相期間將所述輸入電容器的第一端子與所述共用電壓連接相連接且將所述參考電容器的所述第一端子與反相差分電壓參考相耦合；且在第二相期間將所述輸入電容器的所述第一端子與所述差分輸入電壓相連接且將所述參考電容器的所述第一端子與非反相差分電壓參考相親合。
[0007]根據(jù)另一實(shí)施例，所述第一相及第二相通過(guò)非重疊時(shí)鐘信號(hào)界定。根據(jù)另一實(shí)施例，所述參考電壓使用所述非重疊時(shí)鐘信號(hào)來(lái)斬波。根據(jù)另一實(shí)施例，所述參考電壓包括一個(gè)相期間的正偏移電壓及在另一相期間的負(fù)偏移電壓。根據(jù)另一實(shí)施例，在所述第一相期間，所述輸入電容器的所述第二端子與共用電壓連接相耦合。根據(jù)另一實(shí)施例，在所述第一相期間，所述輸入電容器的所述第二端子與負(fù)輸入電壓親合。根據(jù)另一實(shí)施例，正輸入電容器的所述第一端子及正參考電容器的所述第一端子與正輸出端子相親合，且負(fù)輸入電容器的所述第一端子及負(fù)參考電容器的所述第一端子與負(fù)輸出端子相親合。根據(jù)另一實(shí)施例，所述共用電壓連接為接地。根據(jù)另一實(shí)施例，所述共用電壓連接為虛擬接地。
[0008]根據(jù)又一實(shí)施例，將輸入信號(hào)提供到具有輸入級(jí)的Σ-Λ調(diào)制器的量化器的方法(所述輸入級(jí)具有一對(duì)輸入電容器及一對(duì)參考電容器，其中所述輸入電容器及參考電容器中的每一者的第一端子分別與正輸出端子及負(fù)輸出端子相連接)可包括:在第一相期間，將所述正輸出端子及負(fù)輸出端子與共用電壓連接且用反相參考電壓給所述參考電容器充電；且在后續(xù)第二相期間，從所述共用電壓斷開(kāi)所述正輸出端子及負(fù)輸出端子，且將所述輸入電容器的所述第一端子及所述參考電容器的所述第一端子分別與非反相差分輸入電壓及所述非反相參考電壓相連接。
[0009]根據(jù)所述方法的另一實(shí)施例，通過(guò)非重疊時(shí)鐘信號(hào)界定所述第一相及所述第二相。根據(jù)所述方法的另一實(shí)施例，根據(jù)所述方法的另一實(shí)施例，可使用所述非重疊時(shí)鐘信號(hào)對(duì)所述參考電壓進(jìn)行斬波。根據(jù)所述方法的另一實(shí)施例，所述參考電壓包括在一個(gè)相期間的正偏移電壓及在另一相期間的負(fù)偏移電壓。根據(jù)所述方法的另一實(shí)施例，在所述第一相期間，所述輸入電容器的所述第二端子與所述共用電壓連接相耦合。根據(jù)所述方法的另一實(shí)施例，在所述第一相期間，所述輸入電容器的所述第二端子與反相輸入電壓耦合。根據(jù)所述方法的另一實(shí)施例，所述共用電壓連接為接地。根據(jù)所述方法的另一實(shí)施例，所述共用電壓連接為虛擬接地。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1展示Σ-Λ調(diào)制器的框圖。
[0011]圖2展示常規(guī)快閃式ADC級(jí)。
[0012]圖3展示斬波參考電壓。
[0013]圖4展示根據(jù)第一實(shí)施例的Σ-Λ調(diào)制器的輸入級(jí)。
[0014]圖5展示根據(jù)第二實(shí)施例的Σ-Λ調(diào)制器的輸入級(jí)。
【具體實(shí)施方式】
[0015]根據(jù)各種實(shí)施例，可提供使用斬波器電壓參考的兩相切換式電容器快閃式ADC，其中在所述快閃式ADC內(nèi)平均所述電壓參考。本發(fā)明解決如何能夠在基于兩相切換式電容器的快閃式ADC中使用斬波器電壓參考而不被所述電壓參考的偏移影響且無(wú)需額外電路來(lái)平均所述斬波器電壓參考。
[0016]在如(例如)在圖1中展示的Σ-Λ轉(zhuǎn)換器中，常常使用快閃式ADC制成多層級(jí)調(diào)制器的量化器。這些快閃式ADC常常是基于電容性的，其中存在取樣所述信號(hào)及所述參考的切換網(wǎng)絡(luò)，接著是比較所述產(chǎn)生的經(jīng)取樣的信號(hào)是否高于由所述參考電壓給出的所述閾值的比較器。
[0017]所述快閃式ADC常常使用兩個(gè)相(一個(gè)復(fù)位相及一個(gè)比較相)以能夠在兩個(gè)獨(dú)立比較之間復(fù)位所述電容器電荷。所述電壓參考經(jīng)常來(lái)自斬波器電壓參考源，以避免1/f噪聲及所述參考信號(hào)中的偏移誤差。
[0018]根據(jù)各種實(shí)施例，可提供使用斬波器電壓參考的兩相切換式電容器快閃式ADC，其中在所述快閃式ADC內(nèi)平均所述電壓參考，使得不需要低通濾波器以平均所述斬波器信號(hào)。這還允許在快閃式ADC中具有小兩倍的參考電容器。這將消除具有作為所述快閃式ADC的所述參考源的未經(jīng)緩沖且未被斬波電壓參考信號(hào)的需求，且從而也簡(jiǎn)化多層級(jí)調(diào)制器的設(shè)計(jì)。
[0019]常規(guī)快閃式ADC為由多個(gè)比較器級(jí)組成(η個(gè)比較器對(duì)應(yīng)所述ADC分辨率的η+1個(gè)層級(jí))。如展示(例如在圖2中展示)，在每一級(jí)中，所述比較器級(jí)中的每一者通常由切換式電容器電路驅(qū)動(dòng)。
[0020]此電路為具有所述輸入信號(hào)Vin+/-及所述參考信號(hào)Vref+/-及用于共模虛擬接地或接地信號(hào)的VCM的差分輸入級(jí)。開(kāi)關(guān)21a將Vin+與電容器230a的第一端子相連接，電容器230a的第二端子與所述輸出端子OP相親合。開(kāi)關(guān)215a將Vref+與電容器240a的第一端子相連接，電容器240a的第二端子與所述輸出端子OP相親合。開(kāi)關(guān)215b將Vref-與電容器240b的第一端子相連接，電容器240b的第二端子與所述輸出端子OM相親合。開(kāi)關(guān)210b將Vin-與電容器230b的第一端子相連接，電容器230b的第二端子與所述輸出端子OM相耦合。
[0021]提供開(kāi)關(guān)220a到220d以將電容器230a、240a、240b及230b的所述第一端子與VCM相耦合。開(kāi)關(guān)250a及250b將所述輸出端子OP及OM與VCM相連接，且開(kāi)關(guān)260將OP與OM相連接。通過(guò)時(shí)鐘信號(hào)Pl控制開(kāi)關(guān)220a到220d、250a、250b及260，且通過(guò)時(shí)鐘信號(hào)P2 控制開(kāi)關(guān) 210a,210b 及 215a、215b。
[0022]輸出0Ρ/0Μ連接到比較器(分別在正側(cè)及負(fù)側(cè))。通常，在此處，所述電路在兩個(gè)相Pl及P2(非重疊相/時(shí)鐘信號(hào))中工作以將所述電荷轉(zhuǎn)移到所述比較器。在Pl相中，連接到0Ρ/0Μ的所述開(kāi)關(guān)是接通的且將所有電容器的頂板及底板復(fù)位到VCM。沒(méi)有電荷被轉(zhuǎn)移到所述比較器。連接到Vin+/-及Vref+/-的所述輸入開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。在此相中，OP = OM= VCM。此為復(fù)位相。
[0023]在相P2中，發(fā)生轉(zhuǎn)移，因此此為轉(zhuǎn)移相。因輸入開(kāi)關(guān)210a、210b及215a、215b是接通的，所以在其相應(yīng)電容器230a、230b及240a、240b上取樣每一輸入。因連接到0Ρ/0Μ的開(kāi)關(guān)250a、250b及260斷開(kāi)，所以不再將0Ρ/0Μ信號(hào)復(fù)位到VCM。0Ρ/0Μ信號(hào)的值取決于Vin+/-及 Vref+/-及所述電容器值。如果 Cin (Vin+-Vin_) -Cref (Vref+-Vref_) >0 (這表示Vin+-Vin->Cref/Cin* (Vref+-Vref-))，那么0Ρ-0Μ差分電壓變?yōu)檎?。所以差分電壓輸入Vin+-Vin-的所述有效比較器閾值為Cref/Cin(Vref+_Vin_)。所述比較器級(jí)中的每一者通常具有通過(guò)所述Cref電容器值設(shè)置的不同的比較器閾值且其均勻分布以具有一致的量化誤差。僅當(dāng)在所述輸入處交換Vref+及Vref-時(shí)實(shí)現(xiàn)負(fù)閾值。
[0024]當(dāng)Vref+/-包含斬波調(diào)制時(shí)圖2中展示的此常規(guī)級(jí)具有問(wèn)題，S卩使所述調(diào)制在Pl與P2之間發(fā)生(這是自然方式)也如此。如在圖3中展示，如果在相Pl中寫(xiě)入Vref+-Vref- = Vref+Voff 且在相 P2 中寫(xiě)入 Vref+-Vref- = Vref - Voff，那么可針對(duì)在 Pl與P2之間被斬波且具有Voff的偏移及Vref