开关电容电路、开关电容滤波器以及∑-Δ模数转换器制造技术

技术编号:3424717 阅读:259 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
本发明专利技术提供了一种开关电容电路、开关电容滤波器以及∑-Δ模数转换器,其中该开关电容电路包括执行采样的电容器、设置在所述电容器和输入端之间的第一开关、以及设置在所述电容器和输出端之间的第二开关。所述第一开关和所述第二开关接收时钟信号输入并导通和断开。所述电容器是可变电容元件,其电容值与所述时钟信号同步地变化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及开关电容电路、开关电容滤波器以及E-A模数(A/D)转 换器。
技术介绍
使用开关电容电路的无源式开关电容滤波器可用作具有低电功耗的 离散时间模拟滤波器。还报导了 一种使用无源式开关电容滤波器作为环路 滤波器的E-A型A/D转换器,即使当它的电功耗保持很低时所述E-A A/D转换器也高速工作(参照Feng Chen, Bosco Leung, "A 0.25mW 13b Passive Modulator for a 10MHz IF Input," IEEE Int. Solid State Circuits Conf. Dig. Tech. Papers, Feb. 1996, pp. 58-59,并参照Feng Chen, Srinath Ramaswamy, Bertan Bakkaloglu, "A 1.5V 1mA 80dB Passive ADC in 0.13阿Digital CMOS Process," IEEE Int. Solid State Circuits Conf. Dig. Tech. Papers, Feb. 2003, pp. 54-55 )。图15是用于说明环路滤波器电路10a的说明图,仅对于所述电路的 滤波器功能而言,所述电路相当于i:-AA/D转换器中的环路滤波器,其 使用在下述文献中描述的公知的无源式开关电容滤波器Feng Chen, Bosco Leung, "A 0.25mW 13b Passive SA Modulator for a 10MHz IF Input" IEEE Int. Solid State Circuits Conf. Dig. Tech. Papers, Feb. 1996, pp. 58-59。图16是示出输入到图15中所示的环路滤波器的时钟信号的波 形的说明图。与图15中所示的环路滤波器电路10a中的各个开关相邻的 符号^和(j)2表示当图16中所示的时钟信号(th和(h分别变高时那些开关导 通。4如图15中所示,公知的环路滤波器电路10a由电容器d、 C2、 C3、 CR1、 Cr2、 cr3以及开关构成,所述开关控制电荷在电容器中的积聚以及 电荷从电容器中放电。图15中所示的环路滤波器电路10a中由标注为lla、llb、 llC的虚线包围的部分执行双向移动电荷通过电容器Cw、 Cr2、 Cr3的:^作。例如,注意由虚线lla包围的部分,当时钟信号(|)2变高时,电 流从输入端IN流入电容器du并且电荷在电容器C!u中积聚。然后,当 时钟信号(Jh变高时,积聚在电容器Cju中的电荷枕改电。电荷的积聚和放电因此才艮据时钟信号(h和(J)2的状态来执行。因此可见,图15中所示的环路滤波器电路10a与图17中所示的连续时间RC滤波器电路10b是相同 类型的滤波器。如Feng Chen, Bosco Leung, "A 0.25mW 13b Passive EA Modulator for a 10MHz IF Input," IEEE Int. Solid State Circuits Conf. Dig. Tech. Papers, Feb. 19%, pp. 58-S9中所示,图15中的环路滤波器电路10a的采 样频率是10MHz,滤波器的极点是在8KHz和34KHz,而零点是在 750KHz。基于这些条件,图15中的环路滤波器10a中的各个电容器的电 狄计算为Qu是0,2pF, d是23pF , cr2是2.5pF, C2是0.5pF, Cr3 是2,5pF以及C3是4.15pF。对于这些条件下的输入和输出电压,频率特 性被示于图18中,并且极点和零点的布置被示于图19中。在图18中所 示的环路滤波器电路10a的频率特性图中,横轴是频率,而纵轴是增益。 在图19中,横轴是实数轴(Re),纵轴M数轴(Im),每个极点的位置 由X表示,而每个零点的位置由O表示。
技术实现思路
无源式开关电容滤波器是无源类型的滤波器,其由作为无源元件的开 关电容器构成。因此,如图18中所示,当无源式开关电容滤波器用于i:-AA/D转换器中的环路滤波器而不在滤波器的传递特性中产生任何电压 增益的情况下,比较器噪声变得显著并且限制滤波器的动态范围的问题出 现。另 一个问题是必须增加额外的电路(如电荷泵等)以便扩展动态范围。本专利技术解决了这些问题并且提供了新颖和改进的开关电容电路、开关 电容滤波器以及E-AA/D转换器,其可产生电压增益以及可在低电功耗 的情况下高速工作。为了解决上述问题,根据本专利技术的实施例,提供了 一种开关电容电路,5所述开关电容电路包括执行采样的电容器、设置在所述电容器和输入端之 间的第一开关、以及设置在所述电容器和输出端之间的第二开关。所述第 一开关和所述第二开关中的每个开关接收时钟信号输入并在与所述第一 开关和所述第二开关中的另一个开关分别导通和断开的时间不同的时间 导通和断开。所述电容器是可变电容元件,其电容值与所述时钟信号同步 地变化。在这个构造中,电容器执行采样,第一开关设置在所述电容器和输入 端之间,以及第二开关设置在所述电容器和输出端之间。第一开关和第二 开关接收时钟信号输入并导通和断开。电容器是可变电容元件,其电容值 与所述时钟信号同步地变化。使用电容值与时钟信号同步地变化的可变电 容元件作为执行釆样的电容器,使得可实现在低电功耗的情况下高速工 作。在第一开关导通时可变电容元件的电容可大于在第二开关导通时的 可变电容元件的电容。使用在接近于输入端的第一开关导通时具有高电容 的可变电容元件4吏得可在频率特性中实现高电压增益。可变电容元件可由金属氧化物半导体(MOS)电容器构成。使用由 MOS电容器构成的可变电容元件,使得可根据时钟信号是高或低来改变 电容。这继而使得可使用简单的构造在频率特性中实现高电压增益,并使 得可实现高速工作同时抑制电功耗。为了解决上述问题,根据本专利技术的另一实施例,提供了包括至少一个 上述开关电容电路的开关电容滤波器。这4吏得可在频率特性中实现高电压 增益并且使得可实现低电功耗的情况下的高速工作。为了解决上述问题,根据本专利技术的另一实施例,提供了一种开关电容 滤波器,其包括第一开关电容电路、第二开关电容电路和第三开关电容电 路、以及第一电容器、第二电容器和第三电容器,其中每个开关电路是上 述的开关电容电路。第一开关电容电路设置在输入端和第一电容器之间。 第二开关电容电路设置在第一电容器和第二电容器之间以及在第一电容 器和输出端之间。第三开关电容电路设置在第三电容器和第二电容器之间以第三电容器和输出端之间。 传递函数可由方程式i表示如下。 方程式iCR1、 Cr2 、 Cr3分别表示在第一至第三开关电容电路中的电容高的 情况下的电容值,Crl、 Cr2 、 Cr3分别表示在第一至第三开关电容电路中 的电容低的情况下的电容值,以及d、 C2 、 C3分别表示第一至第三电容器的电^:值。为了解决上述问题,根据本专利技术的另一实施例,提供了一种e-aa/d 转换器,所述e-aa/d转换器使用上述的开关电容滤波器作为环路滤波 器,所述环路滤波器对模拟输入信号和模拟返回信号之间的差值进本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种开关电容电路,所述开关电容电路包括执行采样的电容器、设置在所述电容器和输入端之间的第一开关、以及设置在所述电容器和输出端之间的第二开关, 其中所述第一开关和所述第二开关中的每个开关接收时钟信号输入,并在与所述第一开关和所述第二开关 中的另一个开关分别导通和断开的时间不同的导通和断开,以及 所述电容器是可变电容元件,其电容值与所述时钟信号同步地变化。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员:饭田幸生吉泽淳
申请(专利权)人:索尼株式会社
类型:发明
国别省市:JP[日本]

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