[發明專利]具有縮放參考電壓的開關電容器電路

有效

• 申請號: 200580048878.1
• 申請日: 2005-12-30
• 公開（公告）號: CN101133556A
• 公開（公告）日: 2008-02-27
• 發明（設計）人: 馬爾科·科西
• 申請（專利權）人: 德州儀器公司
• 主分類號: H03M1/38
• 分類號: H03M1/38
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 劉國偉

技術領域

本發明屬于電子電路領域，且更具體地說，針對于例如可用于數據轉換器電路的開關電容器電路。

背景技術

盡管近些年來存在朝著電子電路和系統數字化的持續趨勢，但現代電子系統仍然必須時常在模擬領域中處理和產生電子信號。舉例來說，在許多現代通信技術中發射和接收模擬信號，且在儀器應用和控制系統中使用模擬信號。因此，需要數據轉換器電路以在數字與模擬領域之間提供接口，特別是在應用數字信號處理的那些系統中。按照此項技術中的基本原理，模擬到數字轉換器(ADC)將模擬度量或信號轉換成數字數據，對數字數據施加數字信號處理。相反，數字到模擬轉換器(DAC)將數字數據轉換成模擬信號，以便進行發射或激活物理裝置。

現代數據轉換器電路方面的進步已經帶來極度精確且高速的數據轉換功能。舉例來說，現在可從Texas?Instruments?Incorporated購買到具有16到22位分辯率并且具有每秒數千個樣本的采樣速率的ADC。這種級別的性能不僅要求非常迅速的開關速度，而且要求極高的精確度。因此，在現代數據轉換器電路的設計中涉及到困難的折衷。

一種眾所周知的模擬到數字轉換器是所謂的管線ADC，如現在將相對于圖1進行描述。在此實例中，管線ADC具有三個級10₀到10₂，其中每個級均將產生對應于模擬輸入信號的振幅的一個或一個以上數字位。首先，或者最為重要的是，管線級10₀在端子ANALOG_IN處接收輸入模擬信號，在輸出D0上產生一個或一個以上數字位，并且還產生將提供給下一管線級10₁的模擬殘余。管線級10₁類似地根據來自級10₁的這個殘余在輸出D1上產生一個或一個以上數字位，并產生將轉發給下一管線級10₂的模擬殘余。級10₂在輸出D2上產生對應于來自級10₁的殘余的一個或一個以上數字位，并向下一級(未圖示)(如果存在的話)轉發殘余。數字輸出D0到D2連接到數字校正功能11，其將來自ADC?3的數字位組合成線DIGITAL_OUT上的最終數字輸出。

管線級10₀到10₂的構造彼此相似。在此常規構造中，例如參看級10₀，將所述級的輸入連接到采樣與保持電路2的輸入，所述采樣與保持電路2經計時以接收和存儲對應于該輸入處的電壓的模擬電壓。將采樣與保持2的輸出施加于模擬到數字轉換器(ADC)3的輸入，并且還施加于模擬加法器4的輸入。ADC?3在輸出線D0上產生由一個或一個以上位組成的數字輸出；也將這個數字輸出施加于數字到模擬轉換器(DAC)5的輸入。在許多普遍情況下，管線ADC的每個級10產生“1.5”位，指的是每個ADC?3產生兩位輸出，但有些位由數字校正功能11以數字形式組合以實現數字誤差校正，如此項技術中已知的。DAC?5也接收這個數字值，并產生對應于這個數字值與一個或一個以上參考電壓(此實例中由帶隙參考電路6產生)的比較的模擬信號。通過加法器4從模擬輸入信號減去這個模擬信號以產生殘余信號，所述殘余信號將被轉發給下一級10₁并由其數字化。這個殘余等于輸入模擬信號本身與對應于接近輸入模擬信號的振幅的數字“整數”的模擬信號之間的差；因此，下一級10₁將這個殘余值數字化，以產生第二最高有效數字位。增益級7將來自加法器4的殘余“增益提升”，使得殘余模擬信號將在下一級10₁的整個輸入動態范圍中變化，以避免在級與級之間損失敏感性。

如此項技術中眾所周知的，通過數字校正功能11將在數字輸出D0到D2處提供的數字數據組合成接近模擬輸入信號的振幅的數字輸出字。此組合可解決每個級10₀到10₂的數字化中的某種誤差，且由此每個級10₀到10₂中的ADC?3的必要精確性可相對較寬松。然而，DAC?5必須相當精確，因為DAC?5的輸出導出殘余信號，所述殘余信號被傳遞到下一級且由增益級7放大。因此，在輸出數字信號中直接出現由給定DAC?5產生的任何誤差。因此，DAC?5的精確性是管線ADC的準確性和性能方面的限制因素。