一种降低寄生电容和电源影响的电压时间转换器及方法技术

本发明专利技术提供一种降低寄生电容和电源影响的电压时间转换器和方法，其电压时间转换器包括：主采样网络、补偿采样网络、放电网络和过阈值检测单元，通过采用补偿采样网络，降低传统VTC寄生电容对VTC输出摆幅的影响；并且通过对补偿采样网络的采样共模电平进行补偿设计，降低传统VTC阈值检测电路阈值受到电源电压低频扰动的影响，本发明专利技术的电压时间转换器的输出摆幅可以降低受到寄生电容影响，VTC输入端电压共模电平与电源电压相关，降低了电源电压对阈值影响造成的转换误差，使阈值电压不受电源电压影响，提高了转换的精度和性能。

Voltage time converter and method for reducing parasitic capacitance and power influence

The invention provides a voltage-time converter and a method for reducing the influence of parasitic capacitance and power supply. The voltage-time converter includes a main sampling network, a compensation sampling network, a discharge network and an over-threshold detection unit. By adopting a compensation sampling network, the influence of the parasitic capacitance of traditional VTC on the output swing of VTC is reduced. By compensating the sampled common-mode level of the compensation sampling network, the threshold of the traditional VTC threshold detection circuit is reduced by the influence of low-frequency disturbance of the power supply voltage. The output swing of the voltage-time converter of the invention can be reduced by the influence of parasitic capacitance. The common-mode voltage level of the VTC input terminal is related to the power supply voltage and decreases. The conversion error caused by the influence of the power supply voltage on the threshold is eliminated, so that the threshold voltage is not affected by the power supply voltage, and the accuracy and performance of the conversion are improved.

【技术实现步骤摘要】
一种降低寄生电容和电源影响的电压时间转换器及方法
本专利技术涉及电子领域，尤其涉及一种降低寄生电容和电源影响的电压时间转换器及方法。
技术介绍
电压-时间转换器(Voltage-to-TimeConverter，简称VTC)是使用固定时钟脉宽采样输入电压，然后在另一个时钟相位采用恒流源进行放电，再采用过阈值检测单元检测放电电压是否到达阈值，过阈值则过阈值检测单元输出电平翻转，从而将输入电压信号转换成与输入电压幅度成正比的时钟延迟，完成输入电压到时钟延迟的转换。传统VTC从采样相位转换到转换相位时，由于MOSFET开关和过阈值检测单元输入端都存在寄生电容，在采样电容被其他模块分时复用，其尺寸受到严格限制，且取值较小，并且输入电压幅值较小时，寄生电容影响将严重限制过阈值电测电路输入端电压差分摆幅，从而限制VTC输出摆幅。另外，传统VTC过阈值电测电路的阈值常常与电源电压相关，过阈值检查单元阈值电平将受到电压电压扰动影响，从而降低VTC转换性能，严重限制VTC在小摆幅输入电压中的应用，恶化转换器性能。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术提供一种降低寄生电容和电源影响的电压时间转换器及方法，以解决上述技术问题。本专利技术提供的降低寄生电容和电源影响的电压时间转换器，包括：主采样网络，用于进行主输入信号和主参考电平采样；补偿采样网络，用于进行补偿输入信号和补偿参考电平采样；所述主采样网络设置有主采样电容和用于采样和转换输入电压与参考电压差值的主采样共模电平，所述补偿采样网络设置有补偿采样电容和补偿采样共模电平，所述补偿采样共模电平用于采样和转换输入电压与参考电平差值，并进行电压补偿；放电网络，用于对所述主采样电容和补偿采样电容进行放电；过阈值检测单元，用于检测所述放电网络输出的电平是否过阈值，完成输入电平到时间的转换。进一步，在采样阶段，所述主采样网络与补偿采样网络同时对输入电压进行采样；在转换阶段，所述补偿采样网络接入主采样网络，与主采样网络同时进行电压时间域转换。进一步，在转换阶段时，过阈值检测单元输入端的电压与输入电压关系为：其中，VTCD为过阈值检测单元输入端的电压，VCMSP为主采样共模电平，VIN为输入电压，VREF为参考电压，VCC为补偿采样共模电平，CS为主采样电容，CC为补偿采样电容，CP为过阈值检测器输入端寄生电容。进一步，补偿采样共模电平VCC与电源电压VDD的关系，以及过阈值检测单元的电压阈值VTH与电源电压VDD的关系分别为：其中，K为过阈值检测单元电压阈值与电源电压的比例系数，VTH为过阈值检测单元的电压阈值，VDD为电源电压。进一步，所述主采样网络还包括主输入采样开关、主参考电平采样开关和主共模采样开关；所述补偿采样网络还包括补偿输入采样开关、补偿参考电平采样开关和补偿共模采样开关；所述放电网络包括第一放电开关、第二放电开关和恒流源；所述主输入采样开关两端分别与输入电压和主采样电容的一端连接，所述主参考电平采样开关的两端分别与参考电压和主采样电容的一端连接，主采样电容的另一端通过主共模采样开关与主采样共模电平连接；所述补偿输入采样开关两端分别与输入电压和补偿采样电容的一端连接，所述补偿参考电平采样开关的两端分别与参考电压和补偿采样电容的一端连接，补偿采样电容的另一端通过补偿共模采样开关与补偿采样共模电平连接；所述第一放电开关的一端与补偿采样电容的另一端连接，第一放电开关的另一端和所述第二放电开关一端同时与过阈值检测单元的输入端连接，第二放电开关的另一端通过恒流源接地，所述过阈值检测单元的输入端通过过阈值检测单元输入端寄生电容接地。进一步，所述主采样网络开关电容与补偿采样网络开关电容结构完全相同，主采样网络开关电容与补偿采样网络开关电容之间对应器件尺寸参数成比例，主采样网络的RC时间常数与补偿采样网络的RC时间常数相同。本专利技术还提供一种降低寄生电容和电源影响的电压时间转换方法，包括：设置用于进行主输入信号和主参考电平采样的主采样网络，以及用于进行补偿输入信号和补偿参考电平采样的补偿采样网络；所述主采样网络设置有主采样电容和用于采样和转换输入电压与参考电压差值的主采样共模电平，所述补偿采样网络设置有补偿采样电容和补偿采样共模电平，所述补偿采样共模电平用于采样和转换输入电压与参考电平差值，并进行电压补偿；在采样阶段，通过主采样网络与补偿采样网络同时对输入电压进行采样；在转换阶段，将补偿采样网络与主采样网络合并，同时接入转换网络，检测所述放电网络输出的电平是否过阈值，完成输入电平到时间的转换。进一步，在转换阶段时，过阈值检测单元输入端的电压与输入电压关系为：其中，VTCD为过阈值检测单元输入端的电压，VCMSP为主采样共模电平，VIN为输入电压，VREF为参考电压，VCC为补偿采样共模电平，CS为主采样电容，CC为补偿采样电容，CP为过阈值检测器输入端寄生电容。进一步，所述补偿采样共模电平VCC与电源电压VDD的关系，以及过阈值检测单元的电压阈值VTH与电源电压VDD的关系分别为：其中，K为过阈值检测单元电压阈值与电源电压的比例系数，VTH为过阈值检测单元的电压阈值，VDD为电源电压。本专利技术的有益效果：本专利技术中的降低寄生电容和电源影响的电压时间转换器及方法，通过采用补偿采样网络，降低传统VTC寄生电容对VTC输出摆幅的影响；并且通过对补偿采样网络的采样共模电平进行补偿设计，降低传统VTC阈值检测电路阈值受到电源电压低频扰动的影响，本专利技术的电压时间转换器的输出摆幅可以降低受到寄生电容的影响，VTC输入端电压共模电平与电源电压相关，降低了电源电压对阈值影响造成的转换误差，降低阈值电压受电源电压的影响，提高了转换的精度和性能。附图说明图1是本专利技术的原理示意图。图2是本专利技术实施例中降低寄生电容和电源影响的电压时间转换器的电路示意图。图3是本专利技术实施例中降低寄生电容和电源影响的电压时间转换方法的时序关系示意图。具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。本实施例中的降低寄生电容和电源影响的电压时间转换器，包括：主采样网络，用于进行主输入信号和主参考电平采样；补偿采样网络，用于进行补偿输入信号和补偿参考电平采样；所述主采样网络设置有主采样电容和用于采样和转换输入电压与参考电压差值的主采样共模电平，所述补偿采样网络设置有补偿采样电容和补偿采样共模电平，所述补偿采样共模电平用于采样和转换输入电压与参考电平差值，并进行电压补偿；放电网络，用于对所述主采样电容和补偿采样电容进行放电；过阈值检测单元，用于检测所述放电网络输出的电平是否过阈值，完成输入电平到时间的转换。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种降低寄生电容和电源影响的电压时间转换器，其特征在于，包括：主采样网络，用于进行主输入信号和主参考电平采样；补偿采样网络，用于进行补偿输入信号和补偿参考电平采样；所述主采样网络设置有主采样电容和用于采样和转换输入电压与参考电压差值的主采样共模电平，所述补偿采样网络设置有补偿采样电容和补偿采样共模电平，所述补偿采样共模电平用于采样和转换输入电压与参考电平差值，并进行电压补偿；放电网络，用于对所述主采样电容和补偿采样电容进行放电；过阈值检测单元，用于检测所述放电网络输出的电平是否过阈值，完成输入电平到时间的转换。

【技术特征摘要】
1.一种降低寄生电容和电源影响的电压时间转换器，其特征在于，包括：主采样网络，用于进行主输入信号和主参考电平采样；补偿采样网络，用于进行补偿输入信号和补偿参考电平采样；所述主采样网络设置有主采样电容和用于采样和转换输入电压与参考电压差值的主采样共模电平，所述补偿采样网络设置有补偿采样电容和补偿采样共模电平，所述补偿采样共模电平用于采样和转换输入电压与参考电平差值，并进行电压补偿；放电网络，用于对所述主采样电容和补偿采样电容进行放电；过阈值检测单元，用于检测所述放电网络输出的电平是否过阈值，完成输入电平到时间的转换。2.根据权利要求1所述的降低寄生电容和电源影响的电压时间转换器，其特征在于：在采样阶段，所述主采样网络与补偿采样网络同时对输入电压进行采样；在转换阶段，所述补偿采样网络接入主采样网络，与主采样网络同时进行电压时间域转换。3.根据权利要求2所述的降低寄生电容和电源影响的电压时间转换器，其特征在于：在转换阶段时，过阈值检测单元输入端的电压与输入电压关系为：其中，VTCD为过阈值检测单元输入端的电压，VCMSP为主采样共模电平，VIN为输入电压，VREF为参考电压，VCC为补偿采样共模电平，CS为主采样电容，CC为补偿采样电容，CP为过阈值检测器输入端寄生电容。4.根据权利要求3所述的降低寄生电容和电源影响的电压时间转换器，其特征在于：补偿采样共模电平VCC与电源电压VDD的关系，以及过阈值检测单元的电压阈值VTH与电源电压VDD的关系分别为：其中，K为过阈值检测单元电压阈值与电源电压的比例系数，VTH为过阈值检测单元的电压阈值，VDD为电源电压。5.根据权利要求2所述的降低寄生电容和电源影响的电压时间转换器，其特征在于：所述主采样网络还包括主输入采样开关、主参考电平采样开关和主共模采样开关；所述补偿采样网络还包括补偿输入采样开关、补偿参考电平采样开关和补偿共模采样开关；所述放电网络包括第一放电开关、第二放电开关和恒流源；所述主输入采样开关两端分别与输入电压和主采样电容的一端连接，所述主参考电平采样开关的两端分别与参考电压和主采样电容的一端连接，主采样电容的另一端通过主共模采样开关与主采样共模电平连接；所述补偿输入采样开关两端分别与...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄正波，李婷，张勇，倪亚波，王健安，付东兵，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十四研究所，
类型：发明
国别省市：重庆,50