[發明專利]具有內部診斷電路的模數（A/D）轉換器

在審

• 申請號: 202080019223.6
• 申請日: 2020-03-06
• 公開（公告）號: CN113557669A
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發明（設計）人: R·V·庫爾卡尼;S·摩爾;A·K·昆杜;M·E·保羅
• 申請（專利權）人: 德克薩斯儀器股份有限公司
• 主分類號: H03M1/46
• 分類號: H03M1/46
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 徐東升

一種模數(A/D)轉換器(200)包括電容器陣列(204)，電容器陣列(204)具有經由多個開關選擇性地耦接到參考電壓或接地的相應第一端子(206)，并且具有耦接到采樣保持(S/H)輸出(212)的相應第二端子(208)。A/D轉換器還包括電壓比較器(230)，電壓比較器(230)具有耦接到S/H輸出(212)的第一輸入并且具有耦接到偏置電壓的第二輸入。電壓比較器被配置為響應于偏置電壓和S/H輸出處的采樣電荷而輸出比較電壓。A/D轉換器還包括逐次逼近寄存器(240)，逐次逼近寄存器(240)被耦接以接收比較電壓并且被配置為響應于比較電壓而輸出近似數字代碼，其中通過控制電容器陣列的等效電容來改變近似數字代碼。

技術領域

本公開整體涉及具有內部診斷電路的模數(A/D)轉換器。

背景技術

在安全/關鍵應用中，模擬輸入(AI)模塊用于測量諸如溫度、壓力、電壓電平、空氣質量等的參數。AI模塊響應于輸入參數而輸出控制信號，并且通過模數(A/D)轉換器將控制信號轉換為數字代碼。由于在安全/關鍵應用中期望檢測AI模塊中的故障，因此必須確保A/D轉換器的輸出位與相鄰位無關地切換。如果A/D轉換器的一個或多個輸出位無法與相鄰位無關地切換，則A/D轉換器不適合使用。

圖1示出了用于測試A/D轉換器104的外部測試電路100。在正常操作模式期間，由AI模塊108生成的模擬信號由2:1多路復用器112多路復用到 A/D轉換器104，該A/D轉換器生成表示模擬信號的數字代碼。在測試模式期間，數模(D/A)轉換器116響應于數字代碼而生成測試信號。在加法器 124處，可將發生器120所生成的噪聲加到測試信號。具有添加噪聲的測試信號由多路復用器112多路復用到A/D轉換器104。通過改變數字代碼來改變測試信號，并且檢查A/D轉換器104的輸出以確保A/D轉換器104的所有輸出位與相鄰位無關地切換。

外部測試電路100具有若干缺點。外部測試電路100需要PCB面積并且在安全/關鍵系統中增加故障模式。而且，由于用于安全/關鍵應用的AI模塊通常被設計有隔離輸入信道以提高可靠性，因此針對隔離輸入信道需要多個外部測試電路實例。

發明內容

本發明的各個方面涉及具有內部診斷電路的模數(A/D)轉換器。在一個方面中，所述A/D轉換器包括電容器陣列，所述電容器陣列具有經由多個第一開關選擇性地耦接到參考電壓或接地的相應第一端子，并且具有耦接到采樣保持(S/H)輸出的相應第二端子，其中所述S/H輸出經由第二開關選擇性地耦接到偏置電壓。所述A/D轉換器還包括電壓比較器，所述電壓比較器具有耦接到所述S/H輸出的第一輸入并且具有耦接到所述偏置電壓的第二輸入。所述電壓比較器被配置為響應于所述偏置電壓和所述S/H輸出處的采樣電荷而輸出比較電壓。所述A/D轉換器還包括逐次逼近寄存器，所述逐次逼近寄存器被耦接以接收所述比較電壓并且被配置為響應于所述比較電壓而輸出近似數字代碼。通過控制所述電容器陣列的等效電容來改變所述近似數字代碼。

在本公開的附加方面，所述電容器陣列包括多個開關二進制加權電容器。通過改變開關二進制加權電容器的數量來控制所述S/H輸出處的采樣電荷。

在本公開的附加方面，通過增加并聯互連的開關二進制加權電容器的數量來增加所述等效電容，并且通過減小并聯互連的開關二進制加權電容器的數量來減少所述電容器陣列的所述等效電容。

在本公開的附加方面，所述S/H輸出在采樣階段期間經由所述第二開關耦接到所述偏置電壓并且在保持階段期間與所述偏置電壓解耦。

在本公開的附加方面，在所述采樣階段期間，所述電壓比較器的所述第一輸入和所述第二輸入都耦接到所述偏置電壓，并且在所述保持階段期間，所述電壓比較器的所述第二輸入耦接到所述偏置電壓并且所述電壓比較器的所述第一輸入不耦接到所述偏置電壓。

在本公開的附加方面，在所述保持階段期間，所述電壓比較器的所述第一輸入耦接到所述S/H輸出并且所述電壓比較器的所述第二輸入耦接到所述偏置電壓。