sigma-delta调制器中使用的多电平电容式数模转换器制造技术

一种多电平电容式数模转换器，其包括至少一个电容器开关电路(100)，所述电容器开关电路包括具有第一输入节点(E130a)和第二输入节点(E130b)的差分运算放大器(130)。第一电流路径(101)耦合至第一参考输入端(E100a)以施加第一参考电位(RefP)，且第二电流路径(102)耦合至第二参考输入端(E100b)以施加第二参考电位(RefN)。所述至少一个电容器开关电路(100)包括第一可控开关(111)，所述第一可控开关布置在差分运算放大器(130)的第二输入节点(E130a)与第一电流路径(101)之间。所述至少一个电容器开关电路(100)包括第二可控开关(112)，所述第二可控开关布置在差分运算放大器(130)的第一输入节点(E130a)与第二电流路径(102)之间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】sigma-delta调制器中使用的多电平电容式数模转换器
本公开涉及一种在sigma-delta调制器中使用的多电平电容式数模转换器。
技术介绍
如今，sigma-delta调制器广泛应用于多种电子应用中。sigma-delta调制器(SDM)在输入端处接收模拟输入信号，并输出与所述模拟输入信号成比例的数字值。如果sigma-delta调制器使用开关电容电路(SC)的布置，则该调制器通常使用电容式数模转换器(DAC)来实现调制器的反馈路径。多位sigma-delta调制器比单位sigma-delta调制器具有更高的分辨率和更好的稳定性条件。然而，多位sigma-delta调制器的一大挑战是实现线性多位数模转换器。如果调制器的反馈路径中的多位DAC存在非线性，则调制器输出处的输入信号将发生谐波失真，并且由于混叠将使高频量化噪声降至信号频带，从而导致本底噪声增大。为了解决这一问题，可以使用动态元件匹配(DEM)来降低对DAC非线性的灵敏度。然而，由于DEM和其它解决方案会导致数字复杂性和电路面积的增加，因此具有DEM和其他解决方案的多位sigma-delta调制器不适用于面积受限的模数转换器(ADC)，如成像应用的模拟前端中的像素ADC。需要提供一种动态范围大、面积消耗小的多电平电容式数模转换器。
技术实现思路
在权利要求1中规定了一种多电平电容式数模转换器，其基于需要小面积的简单电路的使用且具有大动态范围。所述多电平电容式数模转换器包括至少一个电容器开关电路，所述至少一个电容器开关电路器具有第一参考输入端以施加第一参考电位和第二参考输入端以施加第二参考电位。所述至少一个电容器开关电路包括具有第一输入节点和第二输入节点的差分运算放大器。所述至少一个电容器开关电路包括第一电流路径和第二电流路径。第一电流路径耦合至第一参考输入端，且第二电流路径耦合至第二参考输入端。差分运算放大器的第一输入节点连接到第一电流路径，且差分运算放大器的第二输入节点连接到第二电流路径。所述至少一个电容器开关电路包括第一可控开关，所述第一可控开关布置在差分运算放大器的第二输入节点与第一电流路径之间。所述至少一个电容开关电路包括第二可控开关，所述第二可控开关布置在差分运算放大器的第一输入节点与第二电流路径之间。附图说明图1示出了具有一个电容器单元的电容式7电平数模转换器的实施例；图2示出了具有用于控制7电平数模转换器的电容器单元的可控开关的开关信号的信号序列的表；图3示出了开关信号的信号序列，以控制7电平数模转换器的电容器单元的可控开关；图4示出了具有一个电容器单元的电容式5电平数模转换器的实施例；图5示出了具有用于控制5电平数模转换器的电容器单元的可控开关的开关信号的信号序列的表；图6示出了图示数模转换器的输出电平与数模转换器的电容器单元的比的图；图7示出了多位sigma-delta调制器的实施例的框图；图8示出了基于具有一个电容器单元DAC的Matlab模型的二阶sigma-delta调制器的框图；以及图9示出了具有用于DAC的不同实施例的二阶多位sigma-delta调制器的信噪比和失真比(SNDR)。具体实施方式图1示出了具有至少一个电容器单元的多电平电容式数模转换器10的实施例，其中至少一个电容器单元被配置成电容器开关电路100。至少一个电容器开关电路100具有第一参考输入端E100a以施加第一参考电位RefP和第二参考输入端E100b以施加第二参考电位RefN。至少一个电容器开关电路100包括差分运算放大器130，差分运算放大器130的输入侧具有输入节点E130a和输入节点E130b。所述至少一个电容器开关电路100包括电流路径101，所述电流路径101耦合至参考输入端E100a以施加参考电位RefP。至少一个电容器开关电路100还包括电流路径102，所述电流路径耦合至参考输入端E100b以施加参考电位RefN。差分运算放大器的输入节点E130a连接到电流路径101，并且差分运算放大器130的输入节点E130b连接到电流路径102。至少一个电容器开关电路100还包括布置在差分运算放大器130的输入节点E130a与电流路径101之间的可控开关111。所述至少一个电容器开关电路100还包括布置在差分运算放大器130的输入节点E130a与电流路径102之间的可控开关112。至少一个电容器开关电路100还包括输出端A100a和输出端A100b，以在输出端A100a和A100b之间产生输出信号。差分运算放大器130具有连接到输出端A100a的输出节点A130a和连接到输出端A100b的输出节点A130b。所述至少一个电容器开关电路100还包括积分电容器140和积分电容器150。积分电容器140布置在差分运算放大器130的输入节点E130a与输出节点A130a之间。积分电容器150布置在差分运算放大器130的输入节点E130a与输出节点A130b之间。至少一个电容器开关电路100包括传输电容器160和传输电容器170。传输(transfer)电容器160布置在参考输入端E100a与积分电容器140之间的电流路径101中。传输电容器170布置在参考输入端E100b与积分电容器150之间的电流路径102中。至少一个电容器开关电路100包括可控开关113和可控开关114。可控开关113布置在积分电容器140与传输电容器160之间的电流路径101中。可控开关114布置在积分电容器150与传输电容器170之间的电流路径102中。至少一个电容器开关电路100包括可控开关115和可控开关116。可控开关115布置在参考电位RP与电流路径101的位点P101a之间。电流路径101的位点P101a位于可控开关113与传输电容器160之间。可控开关116布置在参考电位RP与电流路径102的位点P102a之间。电流路径102的位点P102a位于可控开关114与传输电容器170之间。可控开关111布置在差分运算放大器130的输入节点E130b与电流路径101的位点P101a之间。可控开关112布置在差分运算放大器130的输入节点E130a与电流路径102的位点P102a之间。所述至少一个电容器开关电路100包括可控开关117，该可控开关布置在参考输入端E100a与传输电容器160之间的电流路径101中。所述至少一个电容器开关电路100还包括可控开关118，该可控开关布置在参考输入端E100b与传输电容器170之间的电流路径102中。所述至少一个电容器开关电路100包括可控开关119，该可控开关布置在参考输入端E100b与电流路径101的位点P101b之间。电流路径101的位点P101b位于可控开关117与传输电容器160之间。至少一个电容器开关电路100还包括可控开关120，该可控开关布置在参考输入端E100a与电流路径102的位点P102b之间。电流路径102的位点P10本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多电平电容式数模转换器，包括：/n-至少一个电容器开关电路(100)，其具有第一参考输入端(E100a)以施加第一参考电位(RefP)和第二参考输入端(E100b)以施加第二参考电位(RefN)，/n-其中，所述至少一个电容器开关电路(100)包括具有第一输入节点(E130a)和第二输入节点(E130b)的差分运算放大器(130)，/n-其中，所述至少一个电容器开关电路(100)包括第一电流路径(101)和第二电流路径(102)，所述第一电流路径(101)耦合至所述第一参考输入端(E100a)，并且所述第二电流路径(102)耦合至所述第二参考输入端(E100b)，/n-其中，所述差分运算放大器(130)的第一输入节点(E130a)连接到所述第一电流路径(101)，并且所述差分运算放大器(130)的第二输入节点(E130b)连接到所述第二电流路径(102)，/n-其中，所述至少一个电容器开关电路(100)包括第一可控开关(111)，所述第一可控开关布置在所述差分运算放大器(130)的第二输入节点(E130a)与所述第一电流路径(101)之间，/n-其中，所述至少一个电容器开关电路(100)包括第二可控开关(112)，所述第二可控开关布置在所述差分运算放大器(130)的第一输入节点(E130a)与所述第二电流路径(102)之间。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170524 EP 17172738.11.一种多电平电容式数模转换器，包括：
-至少一个电容器开关电路(100)，其具有第一参考输入端(E100a)以施加第一参考电位(RefP)和第二参考输入端(E100b)以施加第二参考电位(RefN)，
-其中，所述至少一个电容器开关电路(100)包括具有第一输入节点(E130a)和第二输入节点(E130b)的差分运算放大器(130)，
-其中，所述至少一个电容器开关电路(100)包括第一电流路径(101)和第二电流路径(102)，所述第一电流路径(101)耦合至所述第一参考输入端(E100a)，并且所述第二电流路径(102)耦合至所述第二参考输入端(E100b)，
-其中，所述差分运算放大器(130)的第一输入节点(E130a)连接到所述第一电流路径(101)，并且所述差分运算放大器(130)的第二输入节点(E130b)连接到所述第二电流路径(102)，
-其中，所述至少一个电容器开关电路(100)包括第一可控开关(111)，所述第一可控开关布置在所述差分运算放大器(130)的第二输入节点(E130a)与所述第一电流路径(101)之间，
-其中，所述至少一个电容器开关电路(100)包括第二可控开关(112)，所述第二可控开关布置在所述差分运算放大器(130)的第一输入节点(E130a)与所述第二电流路径(102)之间。


2.根据权利要求1所述的多电平电容式数模转换器，
-其中，所述至少一个电容器开关电路(100)包括第一输出端(A100a)和第二输出端(A100b)，以在第一输出端和第二输出端(A100a、A100b)之间产生输出信号，
-其中，所述差分运算放大器(130)具有连接到所述第一输出端(A100a)的第一输出节点(A130a)和连接到所述第二输出端(A100b)的第二输出节点(A130b)，
-其中，所述至少一个电容器开关电路(100)包括第一积分电容器(140)和第二积分电容器(150)，
-其中，所述第一积分电容器(140)布置在所述差分运算放大器(130)的所述第一输入节点(E130a)与所述第一输出节点(A130a)之间，
-其中，所述第二积分电容器(150)布置在所述差分运算放大器(130)的所述第二输入节点(E130a)与所述第二输出节点(A130b)之间。


3.根据权利要求2所述的多电平电容式数模转换器，
-其中，所述至少一个电容器开关电路(100)包括第一传输电容器(160)和第二传输电容器(170)，
-其中，所述第一传输电容器(160)布置在所述第一参考输入端(E100a)与所述第一积分电容器(140)之间的第一电流路径(101)中，
-其中，所述第二传输电容器(170)布置在所述第二参考输入端(E100b)与所述第二积分电容器(150)之间的第二电流路径(102)中。


4.根据权利要求3所述的多电平电容式数模转换器，
-其中，所述至少一个电容器开关电路(100)包括第三可控开关(113)和第四可控开关(114)，
-其中，所述第三可控开关(113)布置在所述第一积分电容器(140)与所述第一传输电容器(160)之间的第一电流路径(101)中，
-其中，所述第四可控开关(114)布置在所述第二积分电容器(150)与所述第二传输电容器(170)之间的第二电流路径(102)中。


5.根据权利要求4所述的多电平电容式数模转换器，
-其中，所述至少一个电容器开关电路(100)包括第五可控开关和第六可控开关(115、116)，
-其中，第五可控开关(115)布置在第三参考电位(RP)与所述第一电流路径(101)的第一位点(P101a)之间，所述第一电流路径(101)的第一位点(P101a)位于所述第三可控开关(113)与所述第一传输电容器(160)之间，
-其中，所述第六可控开关(116)布置在所述第三参考电位(RP)与所述第二电流路径(102)的第一位点(P102a)之间，所述第二电流路径的第二位点(P102a)位于所述第四可控开关(114)与所述第二传输电容器(170)之间。


6.根据权利要求5...

【专利技术属性】
技术研发人员：堀井大辅，
申请(专利权)人：AMS有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT