电路装置和操作电路装置的方法制造方法及图纸

一种电路装置，包括第一输入节点(11)、第一输出节点(21)、采样电容部件(Cs、Cs1、Cs2)、以及在第一开关状态和第二开关状态之间可切换的第一开关部件。第一开关部件耦合到采样电容器部件(Cs、Cs1、Cs2)、第一输入节点(11)以及第一输出节点(21)，使得在第一开关状态下采样电容器部件(Cs、Cs1、Cs2)导电连接到第一输入节点(11)并且与第一输出节点(21)断开，并且在第二开关状态下采样电容器部件(Cs、Cs1、Cs2)与第一输入节点(11)断开并且导电连接到第一输出节点(21)。第一电荷存储元件经由第二开关部件耦合到第一输入节点(11)，使得电荷存储元件在第一开关状态下充电并且在第二开关状态下放电，由此至少部分地补偿用于在第一开关状态下对采样电容器部件(Cs、Cs1、Cs2)充电的电流。

Circuit devices and methods of operating circuit devices

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电路装置和操作电路装置的方法本专利技术涉及一种电路装置以及操作这种电路装置的方法。该电路装置可以用作开关电容器采样电路。开关电容器是用于离散时间信号处理(例如，采样)的电子电路元件。当开关打开(断开)和关闭(闭合)时，电荷被移入和移出采样电容器。图1示出了通用开关电容器采样电路。该电路允许将差分输入电压Vp-Vn采样到采样电容器Cs中。采样的电压可以提供给另外的电路2或电路的其余部分。这种开关电容器采样电路可以用在模数转换器(ADC)中。开关电容器采样电路可以用在电阻传感器中，电阻传感器在许多应用中用于测量物理参数，例如湿度、压力、液位和纯度以及接近度。为了足够准确，这种物理参数的测量需要非常高的阻抗输入模拟前端。常规的实现方式利用缓冲器(也称为缓冲器放大器)将电路的输入节点与开关解耦。图2中示出了这种装置，其中输入电流由缓冲放大器提供而不是由施加到输入节点11、12的输入信号提供。在采样电路之前使用输入缓冲放大器的主要缺点是：缓冲器的噪声和失调电压被引入采样电压中。系统的电流消耗和空间需求增加。在亚诺德半导体技术有限公司(AnalogDevices)的应用手册AN-608“InputBufferson∑-ΔADCs”和德州仪器(TexasInstruments)的应用报告SBAA090“InputCurrentsforHigh-ResolutionADCs”示出了通过借助于缓冲器将输入节点与采样结构解耦来实现高输入阻抗的ADC。这些文档示出了永久使用缓冲器的通用实现方式，以及随之而来的噪声性能下降和电流消耗增加。r>借助于部分采样可以避免来自缓冲器的噪声注入到输入信号。在该方法中，采样阶段的一半使用缓冲区执行，而另一半使用输入信号执行。该方法的缺点是，缓冲器的速度必须加倍，以在一半的建立时期内实现输出电压的良好建立。如在凌特公司(LinearTechnologies)的设计笔记368“EasyDrive’Delta-SigmaAnalog-to-DigitalConvertersCancelInputCurrentErrors”和凌特公司的LTC2493数据手册中示出的，使用σ-δADC的采样方案来消除差分输入电流而不使用缓冲器。然而，共模输入电流不会被消除并且其贡献量取决于完全对称的输入端电压或调整输入共模到参考电压共模。本专利技术的目的是提供一种用于开关电容器采样电路的改进的电路装置以及操作这种电路装置的方法。电路装置包括第一输入节点、第一输出节点、采样电容器部件以及可以在第一开关状态和第二开关状态之间切换的第一开关部件。第一开关部件耦合到采样电容器部件、第一输入节点以及第一输出节点，使得在第一开关状态下采样电容器部件导电连接到第一输入节点并且与第一输出节点断开，并且在第二开关状态下采样电容器部件与第一输入节点断开并且导电连接到第一输出节点。第一电荷存储元件经由第二开关部件耦合到第一输入节点，使得电荷存储元件在第一开关状态下充电并且在第二开关状态下放电，由此至少部分地补偿用于在第一开关状态下对采样电容器部件充电从第一输入节点流出的电流。换言之，电荷存储元件用作电流补偿部件。补偿电流在第二开关状态下流向第一输入节点。开关部件可以包括几个开关，每个开关可以在被视为闭合的导通状态和被视为断开的非导通状态之间切换。在导通状态下，开关在直接连接开关的元件或节点之间形成导电连接，所述导电连接允许电流在这些元件或节点之间流动。在非导通状态下，开关形成断开，这避免了电流在直接连接开关的元件或节点之间流动。采样电容器部件包括至少一个采样电容器。借助于采样电容器部件，包括第一开关状态和第二开关状态的开关部件的每个开关周期将特定量的电荷从输入节点转移到输出节点。电荷存储元件可以包括电容器，所述电容器用作形成电荷源的电荷泵部件，以在第二开关状态下提供流向输入节点的电流，由此至少部分地补偿用于在第一开关状态下对采样电容器部件充电的电流。电路装置还可以包括第二输入节点和第二输出节点，这允许在第一和第二输入节点之间施加差分输入电压，并在第一和第二输出节点之间提供差分输出电压。第一开关部件还耦合到第二输入节点和第二输出节点，使得在第一开关状态下采样电容器部件导电连接到第二输入节点并且与第二输出节点断开，并且在第二开关状态下采样电容器部件与第二输入节点断开并且导电连接到第二输出节点。第二电荷存储元件经由第二开关部件耦合到第二输入节点，使得第二电荷存储元件在第一开关状态下充电并且在第二开关状态下放电，由此至少部分地补偿用于在第一开关状态下对采样电容器部件充电的从第二输入节点流出的电流。补偿电流在第二开关状态下流向第二输入节点。第一开关部件可以包括耦合在第一输入和输出节点之间的第一采样开关和第二采样开关以及耦合在第二输入和输出节点之间的第三采样开关和第四采样开关。采样电容器部件的端子布置在第一和第二采样开关之间以及第三和第四采样开关之间。电容器部件包括至少一个电容器。在第一开关状态(采样阶段)下，第一采样开关和第三采样开关闭合，由此将采样电容器部件导电连接到输入节点而不是输出节点。在第二开关状态(非采样阶段)下，第二采样开关和第四采样开关闭合，由此将已经存储在电容器部件中的电荷提供给输出节点。包括第一电容器的第一电荷存储元件经由第一缓冲放大器部件充电。可替代地或此外，包括第二电容器的第二电荷存储元件经由第二缓冲放大器部件充电。每个缓冲放大器部件包括一个缓冲放大器(也被视为缓冲器)。缓冲放大器提供用于加载电容器的电流加负载，使得不需要来自输入节点的电流。在非采样阶段期间，因为电荷被重新存储到输入节点，所以缓冲器的噪声不会被注入到信号。在具有低阻抗的输入源的情况中，在非采样阶段期间噪声由输入源吸收。在具有非常高的阻抗输入源的情况中，使用连接到输入节点的外部电容器可能是必要的，以获得稳定的输入信号。在非采样阶段期间，由电荷泵第一电容器和电荷泵第二电容器以及缓冲放大器注入的噪声被外部电容器滤除。此外，尽管使用了缓冲放大器，但是速度需求比包括缓冲器的常规装置低两倍。因此，实现了电流节省而不降低任何性能。此外，因为在每个输入分支处补偿输入电流，所以消除了差模和共模输入电流。总体而言，与常规电路相比，该电路装置实现了降低噪声、降低空间和电流消耗。在一个实施例中，第一缓冲放大器部件具有输入和输出，输入耦合到第一输入节点。第二缓冲放大器部件具有输入和输出，输入耦合到第二输入节点。在第一开关状态下，第一电容器导电耦合到第一缓冲放大器部件和第二缓冲放大器部件的输出，并且在第二开关状态下，第一电容器的至少一个端子与第一缓冲放大器部件和第二缓冲放大器部件的输出断开。在第一开关状态下，第二电容器导电耦合到第一缓冲放大器和第二缓冲放大器部件的输出，并且在第二开关状态下，第二电容器的至少一个端子与第一缓冲放大器部件和第二缓冲放大器部件的输出断开。由此，在第一开关状态期间，当对输入节点之间的电压进行采样时可以对第一电容器和第二电容器充电。第一电路分支包括第一缓冲放大器部件、下游的第一开关以及在第一开关的下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电路装置，包括/n-第一输入节点(11)；/n-第一输出节点(21)；/n-采样电容器部件(Cs、Cs1、Cs2)；/n-第一开关部件，其能够在第一开关状态和第二开关状态之间切换，所述第一开关部件耦合到所述采样电容器部件(Cs、Cs1、Cs2)、所述第一输入节点(11)和第一输出节点(21)，使得在第一开关状态下，所述采样电容器部件(Cs、Cs1、Cs2)导电连接所述到第一输入节点(11)并且与所述第一输出节点(21)断开，并且在第二开关状态下，所述采样电容器部件(Cs、Cs1、Cs2)与所述第一输入节点(11)断开并且导电连接到所述第一输出节点(21)；/n-第一电荷存储元件，经由第二开关部件耦合到所述第一输入节点(11)，使得所述电荷存储元件在第一开关状态下充电并且在第二开关状态下放电，由此至少部分地补偿用于在第一开关状态下对采样电容器部件(Cs、Cs1、Cs2)充电的电流。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170720 EP 17182348.71.一种电路装置，包括
-第一输入节点(11)；
-第一输出节点(21)；
-采样电容器部件(Cs、Cs1、Cs2)；
-第一开关部件，其能够在第一开关状态和第二开关状态之间切换，所述第一开关部件耦合到所述采样电容器部件(Cs、Cs1、Cs2)、所述第一输入节点(11)和第一输出节点(21)，使得在第一开关状态下，所述采样电容器部件(Cs、Cs1、Cs2)导电连接所述到第一输入节点(11)并且与所述第一输出节点(21)断开，并且在第二开关状态下，所述采样电容器部件(Cs、Cs1、Cs2)与所述第一输入节点(11)断开并且导电连接到所述第一输出节点(21)；
-第一电荷存储元件，经由第二开关部件耦合到所述第一输入节点(11)，使得所述电荷存储元件在第一开关状态下充电并且在第二开关状态下放电，由此至少部分地补偿用于在第一开关状态下对采样电容器部件(Cs、Cs1、Cs2)充电的电流。


2.根据权利要求1所述的电路装置，还包括
-第二输入节点(12)；
-第二输出节点(22)；
-第二电荷存储元件，其经由所述第二开关部件耦合到所述第二输入节点(12)，使得所述第二电荷存储元件在第一开关状态下充电并且在第二开关状态下放电；
-其中，所述第一开关部件耦合到所述第二输入节点(12)和第二输出节点(22)，使得在第一开关状态下，所述采样电容器部件(Cs、Cs1、Cs2)导电连接到所述第二输入节点(12)并且与所述第二输出节点(22)断开，并且在第二开关状态下，所述采样电容器部件(Cs、Cs1、Cs2)与所述第二输入节点(12)断开并且导电地耦合到所述第二输出节点(22)，由此至少部分地补偿用于在第一开关状态下对所述采样电容器部件(Cs、Cs1、Cs2)充电的电流。


3.根据权利要求1或2所述的电路装置，
其中，包括第一电容器(C1)的所述第一电荷存储元件经由第一缓冲放大器部件(31)充电和/或包括第二电容器(C2)的第二电荷存储元件经由第二缓冲放大器部件(32)充电。


4.根据权利要求3所述的电路装置，
其中，所述第一电容器和第二电容器(C1、C2)的电容相等或几乎相等。


5.根据权利要求3或4所述的电路装置，
其中，所述第一缓冲放大器部件和/或第二缓冲放大器部件(31、32)包括斩波部件(315、316、325、326)。


6.根据权利要求3至5中任一项所述的电路装置，
其中，所述第一缓冲放大器部件(31)具有输入(311)和输出(312)，所述输入耦合到所述第一输入节点(11)，所述第二缓冲放大器部件(32)具有输入(321)和输出(322)，所述输入耦合到所述第二输入节点(12)；
在第一开关状态下，所述第一电容器(C1)导电耦合到所述第一缓冲放大器部件和第二缓冲放大器部件(31、32)的输出(312、322)，并且在第二开关状态下，所述第一电容器(C1)的至少一个端子与所述第一缓冲放大器部件和第二缓冲放大器部件(31、32)的输出(312、322)断开；
在第一开关状态下，所述第二电容器(C2)导电耦合到所述第一缓冲放大器部件和第二缓冲放大器部件(31、32)的输出(312、322)，并且在第二开关状态下，所述第二电容器(C2)的至少一个端子与所述第一缓冲放大器部件和第二缓冲放大器部件(31、32)的输出(312、322)断开；
在第一开关状态下，所述第一电容器和第二电容器(C1、C2)并联地导电连接。


7.根据权利要求3至6中任一项所述的电路装置，
其中，第一电路分支包括所述第一缓冲放大器部件(31)、下游的第一开关(S01)以及在所述第一开关(S01)的下游的第二开关(S02)；所述第一缓冲放大器部件(31)的输入(311)和所述第二开关(S02)耦合到所述第一输入节点(11)。


8.根据权利要求3至7中任一项所述的电路装置，其中，第二电路分支包括所述第二缓冲放大器部件(32)、下游的第三开关(S03)以及在所述第三开关(S...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔斯·马努埃尔·加西亚·冈萨雷斯，拉斐尔·塞拉诺·戈塔雷多纳，
申请(专利权)人：AMS有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT