[發明專利]具有減小的平均輸入電流和減小的平均基準電流的模數轉換器

有效

• 申請號: 200580039633.2
• 申請日: 2005-10-17
• 公開（公告）號: CN101061636A
• 公開（公告）日: 2007-10-24
• 發明（設計）人: 費洛里恩·A.·奧普思尤
• 申請（專利權）人: 線性技術公司
• 主分類號: H03M1/12
• 分類號: H03M1/12
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 杜娟

發明背景

本申請要求于2004年10月18日提交的名為“SAMPLINGCONFIGURATION?WITH?REDUCED?AVERAGE?INPUTCURRENT”的美國臨時申請60/619,007號的優先權，在此通過引用并入該申請。

相關申請

____提交的名為“ANALOG?SIGNAL?SAMPLING?SYSTEMAND?METHOD?HAVING?REDUCED?AVERAGE?INPUTCURRENT”的美國專利申請____號，在此通過引用并入該申請。

____提交的名為“ANALOG?SIGNAL?SAMPLING?SYSTEMAND?METHOD?HAVING?REDUCED?AVERAGE?DIFFERENTIALINPUT?CURRENT”的美國專利申請____號，在此通過引用并入該申請。

技術領域

本公開涉及模數轉換器，尤其涉及一種在模數轉換處理期間以減小的平均輸入電流來采樣模擬輸入信號的電路和方法。此外，本公開還涉及一種在模數轉換處理期間以減小的平均輸入電流和基準電流來采樣模擬輸入信號的電路和方法。

背景技術

典型的模數轉換器對模擬輸入信號進行采樣來將其轉換成相應的數字信號。在該處理期間，轉換器加載輸入信號并且根據信號源阻抗來修改該信號。這種修改直接影響了轉換處理以及最終結果的精度。對速度較慢和分辨率較低的轉換器來說，輸入信號修改所導致的誤差并不明顯，并且可以被安全地忽略。

另一方面，傳感器技術的最近發展、轉換器分辨率和轉換器速度的提高，致使這種誤差變成了限制轉換器精度的進一步提高的重要因素。此外，降低功耗的趨勢以及便攜應用的擴張進一步擴展了各種源阻抗相對較高的傳感器的使用。這種傳感器的示例是用于監視重量和壓力的高值電阻電橋。

同時，過采樣轉換器技術的發展將模數轉換的分辨率推進到了24比特的等級以及更高。典型的過采樣轉換器使用開關電容器前端電路，該電路包含一個或多個采樣電容器，以在每個轉換周期中對模擬輸入信號進行多次采樣。在每一個采樣處理期間，在信號源與轉換器前端電容器之間傳輸一定量的電荷，由此產生等價的輸入電流。在該輸入電流經過信號源阻抗時，其引起電壓變化，這會修改初始輸入值并且產生采樣誤差。

輸入電流的值與采樣電容器的大小以及采樣速度成正比。由于熱噪聲限制，轉換分辨率的增大需要采樣電容器大小的較大增大，這導致輸入電流的相應增大。同時，總轉換速率的任何變化都會引起輸入信號采樣速率的按比例增大，這會導致按比例增大的輸入電流。

一般來說，有兩種不同的策略用于處理這個問題。第一種方法是確保完整建立(在轉換器的精度內)包含輸入信號源阻抗的前端采樣電路。這是非常難以實現的目標，隨著預期轉換精度和速度的增大，這種方法很快變得不切實際。傳感器的源阻抗對轉換速度和分辨率的可用范圍施加了理論限制。而在實際配置中涉及的不可避免的寄生電容和必要的信號濾波器電容則進一步限制了該范圍。這種方法的示例是由本主題受讓人Linear?Technology?Corporation開發的2410模數轉換器。

第二種方法使用在傳感器與轉換器之間插入的絕緣緩沖器和放大器。這種緩沖器既可以處于轉換器的外部，也可以集成在轉換器前端采樣電路的內部。使用外部緩沖器的配置提供了很高的靈活性，但是對用戶施加了無法接受的沉重負擔來保持測量鏈的總精度。這些配置同樣要求補充的電源軌，關鍵的電源順序電路以及附加的物理空間。將緩沖器集成在轉換器前端采樣電路內部，那么可以部分解決這些問題。但是，集成的緩沖器限制模數轉換器的總精度和動態范圍。這種方法的一個示例是由本主題受讓人Linear?Technology?Corporation開發的2442模數轉換器。

此外，在很多實際應用中，模數轉換器基準信號也由以比率計方式使用的源阻抗相對較高的傳感器產生。在轉換處理期間由模數轉換器從基準源獲得的電流經過這個源阻抗，這會產生轉換誤差。通常，這個問題是通過使用外部基準緩沖電路或通過限制基準信號源阻抗來解決的。但第一種方法嚴重限制了轉換結果的精度和可重復性，而第二種方法則對應用的模數轉換器范圍提出了不合理的限制。