开关电容电路及其操作方法和集成电路技术

公开了一种开关电容电路及其操作方法和集成电路。根据一个实施例，操作开关电容电路的方法包括：使用具有耦接至开关电容电路的输入节点的输入端和耦接至电容器的输出端的电压缓冲器对电容器进行预充电；将输入节点耦接至电容器，其中，在电容器上收集第一电荷；以及使用积分器对第一电荷进行积分。

Switched capacitor circuit and operation method and integrated circuit thereof

A switched capacitor circuit and its operation method and integrated circuit are disclosed. According to one embodiment, a method of operating a switched capacitor circuit includes the use of an input terminal that is coupled to a switched capacitor circuit and a voltage buffer coupled to the output end of the capacitor to precharge the capacitor; the input node is coupled to the capacitor, in which the first charge is collected on the capacitor; And the integrator is used to integrate the first charge.

【技术实现步骤摘要】
开关电容电路及其操作方法和集成电路
本专利技术总体上涉及电子电路，更具体地，涉及用于开关电容电路的系统和方法。
技术介绍
在许多电子应用中通常使用模数转换器，以将模拟信号转换为数字信号。在现实世界中，大多数数据或信号由模拟信号——例如温度、声音、光、压力等——来表征。通过ADC将在时间和幅度上连续的这些模拟信号转换成相对于时间离散并且相对于幅度被量化的数字信号。ADC架构基于最终应用、成本、速度和分辨率而变化。各种类型的ADC包括例如闪存ADC、Delta-sigmaADC，逐次逼近型ADC和双斜率ADC。正越来越多地使用ADC的一个常见应用是机动车辆行业。例如，可以使用ADC来数字化机动车辆内的各种传感器(例如在机动车辆的发动机系统、传动系统和排气系统内使用的压力传感器、温度传感器、加速度计和位置传感器)提供的模拟信号。通常，这些传感器利用汽车底盘内的长电感布线而连接至发动机控制器的ADC。这些电线的长度以及它们与发电机电气和机械干扰的接近度使得它们易于耦合高电压瞬变，高电压瞬变可能潜在地损坏与电线连接的集成ADC内的敏感电路。为了防止对敏感电子部件的损坏，可以使用各种保护器件，例如电阻器、二极管和晶体管，以便抑制高电压和电流。然而，这些附加的保护部件可能会损害ADC的精度和工作。
技术实现思路
根据一个实施例，一种操作开关电容电路的方法包括：使用具有耦接至开关电容电路的输入节点的输入端和耦接至电容器的输出端的电压缓冲器对电容器进行预充电；将输入节点耦接至电容器，其中，在电容器上收集第一电荷；以及使用积分器对第一电荷进行积分。附图说明为了更全面地理解本专利技术及其优点，现在参考以下结合附图进行的描述，在附图中：图1示出了基于微控制器的电子系统100的框图；图2a示出了根据一个实施例的开关电容积分器的示意图，图2b示出了伴随的波形图，并且图2c示出了开关电容积分器的根据一个实施例的电压缓冲器；图3a和3b示出了根据另一实施例的开关电容积分器的示意图；图4示出了根据一个实施例的时钟发生电路的示意图；图5示出了根据一个实施例的方法的框图；以及图6示出了根据一个实施例的ΣΔ模数转换器的框图。除非另有说明，否则不同图中的相应数字和符号通常指相应的部分。附图被绘制成清楚地说明优选实施例的相关方面，而不一定是按比例绘制的。为了更清楚地说明某些实施例，指示相同结构、材料或工艺步骤的变型的字母可以跟随在图号之后。具体实施方式以下将详细讨论所公开的实施例的实现和使用。然而，应当理解，本专利技术提供可以在各种各样的特定环境中体现的许多适用的专利技术构思。所讨论的特定实施例仅仅是实现和使用本专利技术的特定方式的说明，而不限制本专利技术的范围。将针对特定环境中的优选实施例(过采样数据转换器中使用的开关电容电路)来描述本公开的实施例。本公开的实施例还可以应用于利用诸如传感器和麦克风接口的开关电容电路的各种系统。在一个实施例中，通过在将采样电容器连接至输入端口之前用缓冲电路对采样电容器进行预充电，来增加开关电容电路的有效输入阻抗。与用于经由缓冲电路对电容器充电的总电流量相比，通过使用缓冲电路将采样电容器充电到接近其最终电压，当连接输入端时，更少量的电流从输入端口流向电容器。从输入端口的角度看，充电电流的这种减少有效地显现为减小的输入阻抗。在一些实施例中，可以使用低电流缓冲电路，其仅在连接输入端口之前部分地预充电电容器，从而提供功率节省。通过以这种方式增加开关电容电路的输入阻抗，可以使用更高的源阻抗来操作开关电容电路本身。例如，在开关电容电路被实现在集成电路上的一个实施例中，具有高电阻的电阻器可以耦接在开关电容电路的输入端口与输入端之间。例如，可以使用电阻器来保护开关电容电路的输入端免受高静电放电(ESD)电流的影响。图1示出了可以用于例如各种机动车辆和工业应用中的基于微控制器的电子系统100的框图。如图所示，系统100包括集成电路110，其包括多个sigma-delta模数转换器(ΣΔADC)112、114和116，其输出端耦接至片上微控制器118。驱动电路120、122和124也耦接至微控制器118。如图所示，每个ΣΔADC112、114和116耦接至相应的传感器电路102、104和106；并且每个驱动电路120、122和124耦接至相应的致动器电路126、128和130。系统100可以适用于各种系统应用。例如，在发动机控制系统中，传感器102、104和106可以表示例如各种机动车辆气压传感器、节气门位置传感器、踏板位置传感器以及其它类型的传感器。致动器126、128和130可以表示例如在阀、燃料喷射器、制动和其它系统中使用的各种继电器和螺线管。或者，系统100可以适用于其它类型的系统，包括但不限于功率逆变器和液压及气动管理系统。在机动车辆和工业系统中可能出现的一个问题是引入到将传感器102、104和106连接至集成电路110的布线和电缆中的噪声和瞬变。在所示的示例中，将传感器102、104和106连接至集成电路110的每个电线的长度约为1米，并且这些电缆的布线电感由寄生电感Lp表示。在机动车辆或工业设备的工作期间产生的大电流瞬变可以耦合到寄生电感Lp，并在每条线上产生高电压瞬变。为了避免对集成电路110上的敏感晶体管的损坏和破坏，可以使用ESD保护器件(例如保护二极管和串联电阻)来减轻ESD的影响。然而，使用这样的保护器件可能降低ΣΔADC112、114和116的操作和性能。在各种实施例中，集成电路110可以在诸如硅衬底的单个半导体衬底上实现。可以使用诸如CMOS、BiCMOS和其它技术的各种制造技术来实现集成电路110上的电路，这取决于特定系统及其规格。图2a示出了可以用于实现图1所示的ΣΔADC112、114和116的前端电路的单端积分电路200。在工作期间，电阻器RIN保护积分电路200内的各种器件免受可能存在于输入VIN处的高电压和高电流的影响。为了解决由电阻RIN引入的增加的RC时间常数，在串联电容器经由开关SA耦接至输入引脚VIN之前，使用电压缓冲器214对串联电容器CS进行预充电。在各种实施例中，电压缓冲器214可以被用于对串联电容器CS仅进行部分地充电。当在CS已经被预充电之后将输入引脚VIN耦接至电容器CS时，电容器CS继续经由电阻器RIN被充电。因此，即使当电压缓冲器214被配置成对电容器CS仅进行部分地充电时，也可以实现高线性度。如图所示，积分电路200包括串联电容器CS、运算放大器216和反馈电容器CF。串联电容器CS经由包括开关SA和SB的第一开关网络耦接至输入端VIN。电压缓冲器214还经由包括开关SC和SD的第二开关网络将输入端VIN耦接至串联电容器CS，并且串联电容器CS还经由包括开关SE和SF的第三开关网络耦接至运算放大器216的负输入端。控制电路220表示开关控制逻辑，其驱动分别连接至开关SA、SB、SC、SD、SE和SF的控制端口的控制信号和在各种实施例中，开关SA、SB、SC、SD、SE和SF中的每一个可以例如以使用NMOS晶体管、PMOS晶体管和/或CMOS传输门的体CMOS工艺实现，在CMOS传输门中NMOS和PMOS晶体管并联连接并以互补方式被驱动。或者，可以根据所使用的特定制造技术来使用其它本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种操作开关电容电路的方法，所述方法包括：使用电压缓冲器对电容器进行预充电，所述电压缓冲器具有耦接至所述开关电容电路的输入节点的输入端和经由第一开关耦接至所述电容器的输出端；经由第二开关将所述输入节点耦接至所述电容器，其中，在所述电容器上收集第一电荷；以及使用积分器对所述第一电荷进行积分。

【技术特征摘要】
2016.12.20 US 15/385,5271.一种操作开关电容电路的方法，所述方法包括：使用电压缓冲器对电容器进行预充电，所述电压缓冲器具有耦接至所述开关电容电路的输入节点的输入端和经由第一开关耦接至所述电容器的输出端；经由第二开关将所述输入节点耦接至所述电容器，其中，在所述电容器上收集第一电荷；以及使用积分器对所述第一电荷进行积分。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：量化被积分的第一电荷以形成量化值；以及将所述量化值反馈到所述电容器。3.根据权利要求2所述的方法，还包括抽取所述量化值。4.根据权利要求1所述的方法，其中：将所述输入节点耦接至所述电容器包括经由电阻器将所述输入节点耦接至所述电容器；以及所述电压缓冲器的稳定时间小于所述电阻器和所述电容器的RC时间常数的五倍。5.一种开关电容电路，包括：电容器；第一开关，其具有耦接至所述开关电容电路的输入端口的第一节点和耦接至所述电容器的第二节点；电压缓冲器，其具有耦接至所述第一开关的第一节点的输入端和耦接至所述电容器的输出端；第二开关，其耦接在所述电压缓冲器的输出端与所述电容器之间；以及控制器，其被配置成：在第一阶段中，停用所述第一开关并激活所述第二开关，其中，所述电容器经由所述第一开关与所述输入端口断开，以及所述电容器通过所述第二开关而被连接至所述电压缓冲器的输出端，以及在所述第一阶段之后的第二阶段中，激活所述第一开关并停用所述第二开关，其中，所述电容器经由所述第一开关而被连接至所述输入端口，以及所述电容器通过所述第二开关与所述电压缓冲器的输出端断开。6.根据权利要求5所述的开关电容电路，还包括耦接至所述电容器的积分器，所述积分器被配置成对所述电容器的电荷进行积分。7.根据权利要求5所述的开关电容电路，还包括耦接在所述开关电容电路的输入端口与所述第一开关的第一节点之间的电阻器。8.根据权利要求7所述的开关电容电路，其中，所述电压缓冲器的稳定时间小于时间常数的五倍，其中，所述时间常数是所述电阻器的电阻和所述电容器的电容的乘积。9.根据权利要求5所述的开关电容电路，其中，所述电容器、所述电压缓冲器、所述第一开关和所述第二开关被设置在集成电路上。10.一种集成电路，包括：第一电容器网络；第一开关网络，其耦接在所述集成电路的输入引脚与所述第一电容器网络的第一端口之间；电压缓冲器，其具有耦接至所述第一电容器网络的第一端口的输入端；第二开关网络，其耦接在所述电压缓冲器的输出端与所述第一电容器网络的第一端口之间；以及控制器，其被配置成：在第一阶段中，停用所述第一开关网络并激活所述第二开关网络，其中，所述第一电容器网络经由所述第一开关网络与所述输入引脚断开，以及所述第一电容器网络通过所述第二开关网络而被连接至所述电压缓冲器的输出端，以及在所述第一阶段之后的第二阶段中，激活所述第一开关网络并停用所述第二开关网络，其中，所述第一电容器网络经由所述第一开关网络而被连接至所述输入引...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯蒂安·赖因德尔，彼得·博格纳，迈克尔·克罗普菲奇，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE