包括预充电电路的模数转换器制造技术

一种模数转换器，包括连接到输入节点的至少一个采样电容器，和预充电电路，所述预充电电路被配置为使得在所述模数转换器进入获取模式之前在采样节点处的电压实质匹配输入电压，其中所述采样节点由采样开关连接到所述输入节点。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括预充电电路的模数转换器
本申请涉及包括预充电电路的模数转换器，用于修改采样网络上的电荷。
技术介绍
在采样和转换周期中运行的模数转换器(ADC)更新在连续转换之间采样电容上存储的电压。转换器的吞吐量可部分受限于将在第N转换的结束时采样电容器上存储的电压改变为第N+1转换的合适电压所需要的时间。
技术实现思路
根据第一方面，提供了一种模数转换器，包括连接到输入节点的至少一个采样电容器，和预充电电路，所述预充电电路被配置为使得在所述模数转换器进入获取模式之前在至少一个采样电容器的节点处的电压实质匹配所述输入节点的输入电压，其中所述至少一个采样电容器由第一采样开关连接到所述输入节点。所述预充电电路可以被间歇供电。所述预充电电路可以包括有源设备，诸如放大器或电压跟随器。所述预充电电路可以连接到电压转换设备，诸如电容器。所述输入电压可以是在所述输入节点的电压的当前值，或者它可以是从较早的时间进行采样和存储的值。在一个实施例中，提供了一种模数转换器，包括连接到输入节点的至少一个采样电容器，和预充电电路，所述预充电电路被配置为监视在输入节点处的输入电压并使得在模数转换器进入获取模式之前采样节点处的电压实质匹配输入电压，其中采样节点由第一采样开关连接到实施输入节点，以及其中所述预充电电路被间歇地供电。因此，通过减少通过ADC获取操作诱发的驱动ADC的网络的干扰可能加速模数转换器的吞吐量，并因此减少安置(settleout)该干扰所需要的获取时间。使用预充电电路降低，并优选地实质上最小化模数转换器的输入和模数转换器的所述或每个样本点之间的电荷交换。一些ADC设计可包括多个采样电容器，每一个都可以被视为正被连接到相应的采样节点。优选地，所述预充电电路包括运算放大器或差分放大器。运算放大器可被布置为具有输入端连接到模数转换器的输入节点的电压跟随器。可替代地，运算放大器可以具有被布置为监视在输入节点处的电压的第一输入和被布置为监测存储在采样电容器或在所述至少一个采样节点处的电压的第二输入，以及以这样的方式连接以便充电采样电容器或采样节点的输出，以便降低在第一和第二输入端的输入电压之间的差。放大器的第一输入可直接连接到输入节点，可经由充当开关或可变阻抗(诸如电压控制的电阻器，以提供软开关操作和/或噪声带宽控制)的晶体管连接，和/或可以经由电压电平转换组件(诸如，电容器)进行连接。放大器的第二输入端可以通过类似于或等同于关联所述放大器的第一输入所使用的配置连接到所述至少一个采样电容器或所述采样节点。该放大器的输出可由一个预充电电路的输出开关连接到所述至少一个采样电容器。因此，当开关处于低阻抗状态(闭合)时，的放大器输出可被视为被直接连接到所述至少一个采样电容器。可替换地，放大器输出级可以被修改为具有可选的高阻抗状态。这可以通过脱供电输出级来实现。有利地，放大器可提供跨所述模数转换器的全部输入范围的输出。然而，为了最大限度地减少预充电电路的功率消耗，可希望所述放大器在其中以和模数转换器的输入范围相比的降低电压电源操作。在这种情况下，放大器的输出可选择性地连接到用于执行电压转换的电容器的第一板，并且为了方便起见，这种电容器将被称为电压转换电容器。电压转换电容器的第二板也可以选择性地连接到采样节点。充电电路还可以被提供以充电所述电压转换电容器，使得电压转换电容器两端的电压差存在。该安排可以使得放大器的输出电压电平偏移相应于所述电压转换电容器两端的电压差的电压。可以设置多个这样的电容器，与合适的开关电路关联来连接它们。至少一个采样电容器可以是专用的采样电容器。在这样的布置中，采样电容器不同于数模转换器，它可被提供在模数转换器内。在一些实施例中，模数转换器包括开关电容器阵列，其作为数模拟转换器。这样的开关电容器阵列(其也可被称为电容DAC)也可以用于(其全部或仅部分地)采样输入信号。因而，电容DAC中的多个电容器可以作为多个采样电容器。该电容DAC可以进行分割以减少在表示多个最高有效位(MSB)的电容器和表示多个最低有效位(LSB)的电容器之间所需的比例(或在测温编码DAC中的电容器)。该电容器DAC可以关联于模数转换器内的其他组件，诸如闪速变换器或者使用小(微型)电容形成的进一步的逐次逼近转换器或其它DAC，以便在进展来转换剩余位之前在逐次逼近转换中使用电容式DAC转换从ADC产生的输出的最高有效位的数字(例如，整数“A”)。模数转换器并不限于作为使用电容DAC的逐次逼近转换器。其他转换器的技术(诸如，在采样和保持风格中操作的Δ-Σ转换器和管线转换器)也可以受益于使用与模数字转换器的采样电容器相关联的预充电电路。当它修改在采样节点或在晶体管开关的背栅处的电荷时，预充电电路仅需要在预充电阶段被供电。因此，当不是必需时，预充电电路可以被关断。同样地，模数转换器可以实质上或完全在完成一次转换并开始随后转换之间断电。这使得ADC和预充电电路的组合具有实质上随着转化率线性调整的功率消耗。预充电电路的加电和断电可通过状态机来控制，所述状态机同步于或控制由ADC所执行的转换操作。根据第二方面，提供了一种操作模数转换器的方法，它在使用中具有连接到电路的输出以提供信号用于转换的输入节点，并且其中，所述模数转换器的获取操作包括：a)第一获取阶段，其中预充电电路用于转移电荷来往于模数转换器的采样节点，以便引起在样品节点处的电压近似于在模数转换器的输入节点的电压；b)第二获取阶段，其中所述预充电电路从采样节点断开；c)第三获取阶段，其中所述采样节点通过开关的方式被连接到输入节点，以便获得在采样电容器上的输入电压；和d)第四获取阶段，其中采样电容器从输入节点断开，以便保持在采样电容器上的电压；和其中所述预充电电路被间歇地供电。输入节点电压可以是在输入节点处的当前电压，或者可以是在较早时间捕获的电压。采样电容器(或电容器阵列)的第一端子可在第一获取阶段由第一采样开关的方式连接到采样节点，以及采样电容器的第二端子可以通过第二开关的方式被连接(或者在电容器阵列由各自的开关的情况下)到第二电压，它可以是偏压、电源或接地电压，或者由第二输入节点供给或是浮动的。如果采样电容器是浮动的，则预充电电路用于预充电与ADC的晶体管开关相关联的寄生电容。在第三获取阶段，采样电容器的第二端子也可以连接到第二电压。根据进一步的方面，提供了一种用于将第一节点连接到第二节点的开关配置，包括连接在第一节点和第二节点之间的第一场效应晶体管，以及具有连接到第一节点的漏极和源极的第二场效应晶体管，并且其中，施加到第一和第二晶体管的栅极的控制信号被反相驱动。附图说明现在将参考附图通过非限制性示例的方式描述一些实施例，其中：图1示出现有技术的多通道ADC，其中多路开关在几个通道之间选择以选择要转换的通道；图2示出构成第一实施例的多通道ADC；图3是示出用于图2的多通道ADC的各种控制信号之间的相互关系的时序图。图4是示出ADC的第二实施例中的组件的电路图；图5是具有减少的电荷注入的开关配置的电路图；图6是表示从获取模式转换到转换模式时的图5的电路的开关状态的表格；图7是表示从转换模式转换到获取模式时的图5的电路的开关状态的表格；图8是预充电电路的实施例的示意图；图9示出包括电压转换电路的预本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模数转换器，包括连接到输入节点的至少一个采样电容器，和预充电电路，所述预充电电路被配置为使得在所述模数转换器进入获取模式之前在至少一个采样电容器的节点处的电压实质匹配所述输入节点的输入电压，其中所述至少一个采样电容器由第一采样开关连接到所述输入节点。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.09.07 US 61/698,2521.一种模数转换器，包括能够连接到输入节点的至少一个采样电容器，和预充电电路，所述预充电电路被配置为使得在所述模数转换器进入获取模式之前在至少一个采样电容器的采样节点处的电压实质匹配所述输入节点的输入电压，其中所述至少一个采样电容器由第一采样开关连接到所述输入节点，其中所述预充电电路包括放大器，并且在输入获取阶段，所述放大器的第一和第二输入端中的至少一个由电容器电平移位电路和衰减电路中的至少一个连接到所述采样节点。2.如权利要求1所述的模数转换器，其中，所述预充电电路被间歇供电。3.如权利要求1所述的模数转换器，其中，所述预充电电路被设置成使得在所述至少一个采样电容器上的电压实质上达到之前获取模式的电压。4.如权利要求1所述的模数转换器，其中，所述预充电电路被设置成使得在所述至少一个采样电容器上的电压实质上达到在输入节点普及的电压。5.如权利要求1所述的模数转换器，包括电容器阵列，以及其中所述电容器阵列可以按获取配置进行连接，其中电容器阵列中的多个电容器并联连接。6.如权利要求1所述的模数转换器，其中，所述放大器被配置为电压跟随器。7.如权利要求1所述的模数转换器，其中，所述预充电电路在至少部分获取模式期间被去供电。8.如权利要求1所述的模数转换器，其中，所述模数转换器包括或是逐次逼近例程模数转换器，并且一旦完成转换，预充电电路的输出开关经操作以将所述预充电电路连接到所述模数转换器的采样电容器。9.如权利要求8所述的模数转换器，其中，在预定的时间段之后或当确定电路确定在采样电容器上的电压与输入电压的差值小于第一阈值，则所述预充电电路从采样电容器被断开或所述预充电电路的输出被置于高阻抗状态，并且所述第一采样开关置于低阻抗状态，以便将采样节点连接到输入节点。10.如权利要求9所述的模数转换器，其中，所述预充电电路在从采样电容器断开预充电电路或将预充电电路的输出置于高阻抗状态之后的第二预定时段内被去供电。11.如权利要求1所述的模数转换器，其中，所述放大器进一步包含或关联偏移减少电路，以执行偏移减少操作。12.如权利要求1所述的模数转换器，其中，第一采样开关是在隔离井中形成的场效应晶体管，并且开关控制信号被施加到场效应晶体管的栅极，并且表示输入电压的电压可以选择性地提供到场效应晶体管的背栅。13.如权利要求12所述的模数转换器，进一步包括采集开关，所述采集开关连接到所述第一采样开关并具有至少栅极或背栅，所述栅极或背栅与所述第一采样开关的栅极或背...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·P·赫里尔，D·胡默斯托尼，M·施尼，
申请(专利权)人：亚德诺半导体集团，
类型：发明
国别省市：百慕大群岛;BM