模拟数字转换器制造技术

一种集成电路、连续时间∑-Δ模拟数字转换器具有单端模拟输入、转换器参考输入，和接地连接。所述转换器具有被配置成接收所述单端模拟输入的电阻器-电容器积分器。所述积分器包含差分放大器。所述转换器还具有连接到所述积分器的输出的钟控比较器，和被配置成使得所述放大器和所述比较器的参考输入可维持在由所述转换器参考输入产生的公用电压的电路。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】模拟数字转换器
本专利技术涉及一种连续时间增量∑-Δ模拟数字转换器(ADC)。
技术介绍
∑-ΔADC广泛用于将模拟信号数字化。∑-ΔADC包含反馈环路中的积分器和比较器，且被配置成将可变的模拟输入转换成数字输出。一阶转换器具有一个反馈环路，而二阶和更高阶的ADC具有多个环路。∑-ΔADC的输出是脉冲密度调制(PDM)位流，其中高瞬时输入信号表示为以二进制1为主(以及很少的二进制0)的位流，而低瞬时输入信号主要用0(以及很少的1)来表示。PDM输出流可发送给滤波器，诸如，在采样窗口上计算1的数目并给出所述采样窗口的单个数字输出值的计数器。∑-ΔADC广泛用于将连续的模拟信号，诸如，电信应用中的音频信号数字化。它们还用于将来自测量设备，诸如，环境传感器或电压表的模拟输出数字化。与音频采样相比，后面的这些应用通常需要较高的数字分辨率，但所需更新速率要低得多，这是因为模拟输入并未迅速变化。增量型ADC常用于此类情况。这些增量型ADC被配置成在每一次采样操作之间重置自身电路(例如，积分器)以产生更加准确的(但速度较慢)读数。∑-ΔADC可被设计成以离散时间(DT)或连续时间(CT)来运作。离散时间ADC首先以一时钟速率对模拟输入采样，例如，使用开关电容器，然后将样本传给积分器用于数字化。在连续时间ADC中，模拟输入直接传给积分器，且直到比较器级才会进行采样。CT-ADC的功耗可能低于DT-ADC，而且还具有固有的较好的抗混叠特性。2002年出版的Doldán等人所著的第15届sbcci集成电路与系统设计研讨会会议录“AContinuous-TimeIncrementalAnalogtoDigitalConverter”第62页中记载了一种增量型连续时间一阶∑-ΔADC。其接收来自一对电极的差分模拟输入并产生数字输出。它是以全差分运算跨导放大器-电容器(OTA-C)积分器为基础。所述转换器电路只使用一个电容器。在集成电路设计中，其可取之处在于所述电路将具有相对较小的占用区。然而，所述ADC只在有限的输入范围内是线性的；特别是，其并不提供轨到轨的线性度。为了从宽范围的模拟输入中获得准确的数字输出而无需进行高成本的线性度校正处理，需要有大输入范围的线性度。
技术实现思路
本专利技术旨在解决这个缺点。从一方面来看，本专利技术提供具有单端模拟输入、转换器参考输入，和接地连接的集成电路、连续时间∑-Δ模拟数字转换器，其中所述转换器包含：电阻器-电容器积分器，被配置成接收所述单端模拟输入，其中所述积分器包含具有放大器参考输入的差分放大器；钟控比较器，被配置成接收来自所述积分器的输出且具有比较器参考输入；以及电路，被配置成使得所述放大器参考输入和所述比较器参考输入可维持在由所述转换器参考输入产生的公用电压。本领域技术人员将理解的是，根据本专利技术的ADC可在小芯片区域中提供近乎轨到轨的线性度，这是通过提供单端输入给RC积分器，以及通过维持所述RC积分器中的所述比较器与所述放大器之间的公用参考电压来实现的。在优选实施例中，所述RC积分器包含单个电容器，这会导致特别小的芯片面积。优选地优选地，所述公用电压是所述转换器参考输入电压的一半。优选地，所述电路包含分压器，所述分压器在所述转换器参考输入与接地端之间，其输出连接到所述放大器参考输入和所述比较器参考输入。优选地，所述分压器包含两个等值的电阻器。优选地，所述放大器参考输入是所述差分放大器的非反相输入。将理解的是，所述接地连接不一定接地或维持在地电位，但仍可为所述转换器提供参考或标称“零”电压。所述差分放大器可以是，或可包含，运算放大器，但优选的是运算跨导放大器(OTA)。优选地，所述转换器包含电路，所述电路被配置成使得在使用中，流入所述放大器的第二输入的电流取决于：(i)所述单端模拟输入的电压，(ii)转换器参考电压，以及(iii)所述钟控比较器的输出状态。优选地，所述第二输入是所述放大器的反相输入。所述转换器可包含时钟输入，所述比较器使用时钟输入来定义积分步骤。所述时钟输入可接收时钟信号，时钟信号是由，例如，外部振荡器产生的。所述电路可包含被布置成依据所述比较器的二进制输出使所述电路中的一点处的电压在两个值之间切换的装置。这可包含1位数字模拟转换器或多工器。优选地，所述值其中之一是接地值。优选地，另一个值是所述转换器参考电压。在一些实施例中，所述电路包含三个电阻器构成的配置，其中第一(输入)电阻器的第一端连接到所述单端模拟输入，第二(偏移)电阻器的第一端接地，且第三(参考)电阻器的第一端可切换地连接到所述转换器参考输入或接地端。三个电阻器的第二端均各自连接到所述放大器的第二输入。优选地，所述电路被配置成，使得参考电阻器的第一端的电压的切换是依据所述比较器的二进制输出来控制的。或者，所述电路可包含四个电阻器构成的配置，其中第一(输入)电阻器的第一端连接到所述单端模拟输入，第二(偏移)电阻器的第一端接地，第三(接地端-参考)电阻器的第一端接地，且第四(参考-输入)电阻器的第一端连接到所述转换器参考输入或接地端。所述接地端-参考电阻器和所述参考-输入电阻器的第二端可切换地连接到所述放大器的第二输入，使得每次连接所述第二端中的一个或另一个(但优选地，不是两者皆有)。所述输入电阻器和偏移电阻器的第二端也连接到所述放大器的第二输入。优选地，所述电路被配置成，使得所述接地端-参考电阻器与参考-输入电阻器之间的切换是依据所述比较器的二进制输出来控制的。优选地，所述接地端-参考电阻器和所述参考-输入电阻器具有同一标称值。“电容器”和“电阻器”二词应被分别理解为包含任何适合的电荷存储和电流限制配置或装置。它们不一定是分立器件。任何或所有输入、偏移和参考电阻器可以是固定的或可变的。在一些实施例中，输入和偏移电阻器是可变的，且所述转换器包含用于接收表示所期望增益或中间范围(或两者皆有)的输入以及用于调整所述输入和偏移电阻器使得所述转换器提供所期望增益或中间范围(mid-scale)的装置。例如，在一些实施例中，微控制器(可以是外部的，或与所述转换器集成在单个芯片上)可控制所述输入电阻器及/或偏移电阻器的值，以实现不同的增益函数。对于理想的实施方案(即忽略处理误差和可能会影响增益的其他误差)，所述转换器的增益可表示为最低转换器输入电压，V_max，在该电压所述比较器的输出总是高电位。同样地，所述转换器的中间范围表示单端转换器输入电压，V_midscale，在该电压所述比较器的输出在高电位与低电位之间同样地交替。在一些实施例中，所述转换器的增益或中间范围(或二者皆有)是输入电阻器值与参考电阻器值的比例a和偏移电阻器值与参考电阻器值的比例b的函数。例如，在一些实施例中，V_max＝V_ref*[a+b+(b*a)]/[2*b]，且V_midscale＝V_ref*[a+b]/[2*b]，其中V_ref是转换器参考电压。其有利之处在于增益或中间范围(或二者皆有)可由电阻器的比例来确定，且这样的比例相比于绝对电阻器值来说，可更稳健地处理在集成电路制造期间所造成的变差。使用这样一种基于比例的方法，准确性达到大约0.5％或更好是可能的。这样一种配置本身被认为是新颖的且具有创造性，且因此，从另一方面来看，本专利技术提供一种具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.02.14 GB 1102562.41.一种集成电路的连续时间Σ-Δ模拟数字转换器，具有单端模拟输入、转换器参考输入，和接地连接，其中所述转换器包含具有连接到所述单端模拟输入的第一端的输入电阻器，和具有接地的第一端的偏移电阻器，其中所述输入电阻器的第二端和偏移电阻器的第二端连接到RC积分器电路中的差分放大器的输入，其中所述差分放大器的输入通过参考电阻器选择地连接到所述转换器参考输入或接地，且其中所述转换器的增益被确定为所述输入电阻器的值与所述参考电阻器的值的比和所述偏移电阻器的值与所述参考电阻器的值的比的函数。2.根据权利要求1所述的模拟数字转换器，其中所述参考电阻器的第一端连接到切换装置，所述切换装置被配置成使所述参考电阻器的第一端的电压维持在接地值或所述转换器参考输入的电压，所述参考电阻器的第二端连接到所述差分放大器的输入。3.根据权利要求1所述的模拟数字转换器，包含第一和第二参考电阻器，且所述模拟数字转换器被配置成使所述第一参考电阻器的第一端维持在接地值且使所述第二参考电阻器的第一端维持在所述转换器参考输入的电压，所述差分放大器的输入连接到切换装置，所述切换装置被配置成将所述差分...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡斯滕·沃尔夫，欧拉·布鲁萨特，韦纳尔·露诗，
申请(专利权)人：北欧半导体公司，
类型：
国别省市：