使用自举开关的开关电容DAC制造技术

电荷转移数模转换器包括差分基准电压、一对电容器和包括短路开关的开关。所述开关被配置为在连续阶段开关以产生穿过所述电容器的电荷转移，以生成对应于数字输入的输出。根据所述数字输入选择在每个阶段激活和停用的特定开关。所述一对电容器中的每个电容器连接到用于所述输出的相应引脚。所述短路开关被配置为使所述一对电容器短路以在所述电容器第一侧上产生零差分电荷。所述短路开关用自举电路实现为在激活所述短路开关时保持所述电容器第一侧的恒定共模电压。

Switched capacitor DAC using bootstrap switch

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用自举开关的开关电容DAC优先权本申请要求2017年9月28日提交的美国临时专利申请第62/564,770号的优先权，该申请的内容以全文并入本文。
本公开涉及数字至模拟转换，并且更具体地，涉及使用自举开关的五电平开关电容数字至模拟转换器(DAC)。
技术介绍
模数转换器(ADC)目前广泛用在消费者电子器件、工业应用等。通常，模数转换器包括用于接收模拟输入信号并且输出与模拟输入信号成比例的数字值的电路。该数字输出值通常为并行字或串行数字位串的形式。存在许多类型的模数转换方案，诸如电压至频率转换、电荷重分布、増量调制以及其他。通常，这些转换方案中的每一个均具有其优点和缺点。越来越多使用的一种类型的模数转换器是基于开关电容器的sigma-delta转换器。此类转换器可在反馈中利用若干电荷转移DAC。
技术实现思路
本公开的实施方案包括电荷转移DAC，该电荷转移DAC可包括差分基准电压、一对电容器和包括短路开关的开关。开关可被配置为在连续阶段开关以生成穿过电容器的电荷转移，以生成对应于数字输入的输出，其中根据数字输入选择在每个阶段激活和停用的特定开关。该一对电容器中的每个电容器可连接到用于输出的相应引脚。短路开关可被配置为使该一对电容器短路以在电容器第一侧上产生零差分电荷。短路开关可用自举电路实现为在激活短路开关时保持电容器第一侧的恒定共模电压。结合上述实施方案中的任一个，DAC还可包括被配置为提供输入至短路开关中的电压跟随器电路。结合上述实施方案中的任一个，电压跟随器电路可被配置为接收差分基准电压的中点电压作为输入。结合上述实施方案中的任一个，电压跟随器电路可被配置为生成与该对电容器的共模电压匹配的跟随电压。结合上述实施方案中的任一个，电压跟随器电路被配置为提供足够的电流以偏置短路开关的晶体管。结合上述实施方案中的任一个，电压跟随器电路可为连接短路开关与用于差分基准电压的分压器的中点的导线。结合上述实施方案中的任一个，在启动阶段期间，可将差分基准电压的中点电压施加到该一对电容器中的每一个以限定共模电压。结合上述实施方案中的任一个，在启动阶段期间，可将差分基准电压的差分节点施加到该一对电容器以限定共模电压。结合上述实施方案中的任一个，短路开关可包括被配置为控制输入引脚与输出引脚之间连接的晶体管，输入引脚和输出引脚连接到该一对电容器的相应电容器。结合上述实施方案中的任一个，输入引脚和输出引脚可与自举电路隔离。结合上述实施方案中的任一个，自举电路可被配置为控制晶体管的栅极以控制输入引脚与输出引脚之间的连接。结合上述实施方案中的任一个，DAC还可包括被配置为提供输入至短路开关中的电压跟随器电路。结合上述实施方案中的任一个，短路开关可包括被配置为控制该一对电容器的相应电容器之间连接的晶体管。结合上述实施方案中的任一个，从电压跟随器电路到短路开关中的输入可被配置为输入到自举电路中并且与输出隔离。结合上述实施方案中的任一个，短路开关可包括被配置为控制输入引脚与输出引脚之间连接的晶体管，输入引脚和输出引脚连接到该一对电容器的相应电容器。结合上述实施方案中的任一个，ADC可包括连接差分基准电压的中点与输入引脚和输出引脚的复位开关，其中复位开关被配置为在复位阶段期间被接合以将输入引脚和输出引脚的电压均衡至差分基准电压的中点。结合上述实施方案中的任一个，短路开关可被配置为保持电容器第一侧上差分输入的对称性。结合上述实施方案中的任一个，对称性可由在电容器的每个第一侧处的相同阻抗限定，以使得当启用短路开关时差分电荷在电容器开关期间保持恒定。本公开的实施方案可包括ADC，该ADC包括处于反馈配置的DAC的上述实施方案中的任一个。DAC可被配置为向模拟回路滤波器提供反馈，滤波器被配置为接收模拟电压输入并且输出至量化器。量化器可被配置为输出比特流并且输出至DAC。本公开的实施方案可包括装置、集成电路、芯片、微控制器、片上系统(SoC)、包括上述DAC的实施方案中的任一个的系统或设备。本专利技术的实施方案可包括由上述实施方案的DAC、ADC、装置、集成电路、芯片、微控制器、SoC、系统或设备执行的方法。附图说明图1是根据本公开的实施方案的在ADC内实现的nlev电平DAC的图示。图2是示例性5电平、单电容器对DAC的图示。图3是根据本公开的实施方案的示例性自举开关的图示。图4是根据本公开的实施方案的被配置为避免电压输入上的泄漏路径的示例性自举电路的图示。图5是根据本公开的实施方案的使用修改的自举电路的示例性DAC的图示。图6是根据本公开的实施方案的使用修改的自举电路和额外的复位开关的示例性DAC的进一步细节的图示。具体实施方式图1是根据本公开的实施方案的在ADC100内实现的nlev电平DAC112的图示。尽管DAC112被示为用在ADC100中，但是DAC112可用在任何合适的应用中。DAC112可为多位DAC，包括大于二的任何合适数量的电平(大于1的位数)。在一个实施方案中，DAC分辨率可为5电平。DAC112可实现为电荷转移DAC。在一个实施方案中，DAC112可使用自举开关来实现。DAC112通过其使用自举开关可被配置为改善建立时间和电荷注入效应。本公开的实施方案可使用自举开关，而不是CMOS开关。因此，可改善线性度、输入电压范围、温度范围和失真。这可能是因为输入电荷注入不再是输入电压的函数，以及因为此类自举开关的栅极电压总是最大化并且不随输入电压而变化。使用自举开关的DAC112由于DAC开关上的恒定栅源电压(VGS)而导致较低的ADC失真，这使得电荷注入效应导致ADC输出的偏移误差而非失真误差。在ADC100中，可接收模拟输入电压102以转换为由输出比特流104表示的数字值。实现ADC100可包括在模拟域106和数字域108中的表示。ADC100可使用基于开关电容器的sigma-delta转换器来实现。ADC100可实现为基于电荷的转换器。ADC100可包括模拟回路滤波器110、量化器114和DAC112。模拟回路滤波器110和量化器114可通过模拟电路或数字电路、专用集成电路、现场可编程门阵列或它们的组合的任何合适的组合来实现。DAC112可根据本公开的教导来实现。模拟输入电压102可输入为信号U并且被馈送至模拟回路滤波器110。模拟回路滤波器110的输出信号Y可被转发给量化器114，该量化器可被配置为提供表示模拟输入电压102的数字值的输出数字比特流V。V可为多位比特流。V可连接到DAC112的输入。DAC112的输出即模拟输出V'(其可为通过DAC的V的模拟转换)可被馈送回模拟回路滤波器110。如上所述，DAC112可优选地用多电平DAC来实现。可选择多电平DAC而不是2电平(或1位)DAC，因为此类选择可提高转换器分辨率、诱导较少的量化噪声、诱导更好的调制器稳定性，并且因此提供更好的动态范围和对闲音的更低灵敏度以及更好的失真行为。量化器114的多电平实现是可能的，因为此类实现不需要与DAC11本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种装置，包括：/n电荷转移数模转换器(DAC)，所述DAC包括：/n差分基准电压；/n一对电容器；/n多个开关，所述多个开关包括短路开关；并且/n其中：/n所述多个开关被配置为在连续阶段开关以生成穿过所述电容器的电荷转移，以生成对应于数字输入的输出，其中根据所述数字输入选择在每个阶段激活和停用的特定开关；/n所述一对电容器中的每个电容器连接到用于所述输出的相应引脚；/n所述短路开关被配置为使所述一对电容器短路以在所述电容器第一侧上产生零差分电荷；并且/n所述短路开关用自举电路来实现，以在激活所述短路开关时保持所述电容器第一侧的恒定共模电压。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170928 US 62/564,770;20180921 US 16/138,1561.一种装置，包括：
电荷转移数模转换器(DAC)，所述DAC包括：
差分基准电压；
一对电容器；
多个开关，所述多个开关包括短路开关；并且
其中：
所述多个开关被配置为在连续阶段开关以生成穿过所述电容器的电荷转移，以生成对应于数字输入的输出，其中根据所述数字输入选择在每个阶段激活和停用的特定开关；
所述一对电容器中的每个电容器连接到用于所述输出的相应引脚；
所述短路开关被配置为使所述一对电容器短路以在所述电容器第一侧上产生零差分电荷；并且
所述短路开关用自举电路来实现，以在激活所述短路开关时保持所述电容器第一侧的恒定共模电压。


2.根据权利要求1所述的装置，还包括被配置为提供输入至所述短路开关中的电压跟随器电路。


3.根据权利要求2所述的装置，其中所述电压跟随器电路被配置为接收所述差分基准电压的中点电压作为输入。


4.根据权利要求2-3中任一项所述的装置，其中所述电压跟随器电路被配置为生成与所述一对电容器的共模电压匹配的跟随电压。


5.根据权利要求2-4中任一项所述的装置，其中所述电压跟随器电路被配置为提供足够的电流以偏置所述短路开关的晶体管。


6.根据权利要求2-5中任一项所述的装置，其中所述电压跟随器电路为导线，所述导线连接所述短路开关与用于所述差分基准电压的分压器的中点。


7.根据权利要求1-6中任一项所述的装置，其中在启动阶段期间，将所述差分基准电压的中点电压施加到所述一对电容器中的每一个以限定所述共模电压。


8.根据权利要求1-7中任一项所述的装置，其中在启动阶段期间，将所述差分基...

【专利技术属性】
技术研发人员：V·奎凯姆波伊克斯，F·瓦彻尔，
申请(专利权)人：微芯片技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US