專利名稱：適用于流水線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的雙組開關(guān)電容電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于流水線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的雙組開關(guān)電容電路。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的多位流水線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器需要一個運(yùn)算放大器用來實(shí)現(xiàn)采樣保持，會弓I入額外的信噪比損失和電流消耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供的一種適用于流水線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的雙組開關(guān)電容電路，避免使用采樣保持運(yùn)算放大器，既可提高性能又能減少電流消耗。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種適用于流水線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的雙組開關(guān)電容電路，該雙組開關(guān)電容電路包含運(yùn)算放大器，子數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，第一開關(guān)電容電路和第二開關(guān)電容電路，第一動態(tài)元件匹配電路和第二動態(tài)元件匹配電路，以及第一寄存器和
第二寄存器；
所述子數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的輸入端輸入模擬輸入信號Vin和總時鐘信號ph,輸出端輸出數(shù)字輸出信號Dout ；
所述第一動態(tài)元件匹配電路的輸入端連接子數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的輸出端；
所述第二動態(tài)元件匹配電路的輸入端連接子數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的輸出端；
所述第一寄存器的輸入端連接第一動態(tài)兀件匹配電路的輸出端，第一寄存器的輸入端輸入第一時鐘信號phi ；
所述第二寄存器的輸入端連接第二動態(tài)元件匹配電路的輸出端，第二寄存器的輸入端輸入第二時鐘信號ph2 ；
所述第一開關(guān)電容電路的輸入端連接第一寄存器和運(yùn)算放大器的輸出端，第一開關(guān)電容電路的輸入端輸入模擬輸入信號Vin和正基準(zhǔn)電壓信號vrefp、零基準(zhǔn)電壓信號vcm、負(fù)基準(zhǔn)電壓信號vrefn，以及模擬輸出信號Vout ；
所述第二開關(guān)電容電路的輸入端連接第二寄存器和運(yùn)算放大器的輸出端，第二開關(guān)電容電路的輸入端輸入模擬輸入信號Vin和正基準(zhǔn)電壓信號vrefp、零基準(zhǔn)電壓信號vcm、負(fù)基準(zhǔn)電壓信號vrefn，以及模擬輸出信號Vout ；
所述運(yùn)算放大器的輸入端連接第一開關(guān)電容電路和第二開關(guān)電容電路，運(yùn)算放大器的輸出端輸出模擬輸出信號Vout。所述的第一開關(guān)電容電路包含η個等量電容Cl, C2,…，Cn, η個輸入開關(guān)Sal,Sa2,…，San, η個多選開關(guān)Sbl, Sb2,…，Sbn, 一個輸出開關(guān)Sc,和一個接地開關(guān)Sd ；
所述的每個輸入開關(guān)Sal，Sa2，…，San的一端對應(yīng)連接一個等量電容Cl，C2,…，Cn，另一端連接輸入模擬輸入信號Vin ;所述的每個多選開關(guān)Sbl, Sb2,…，Sbn的一端可選擇連接正基準(zhǔn)電壓信號vrefp，或者零基準(zhǔn)電壓信號vcm，或者負(fù)基準(zhǔn)電壓信號vrefn，或者模擬輸出信號Vout，另一端對應(yīng)連接一個等量電容Cl，C2,…，Cn，所述的輸出開關(guān)Sc的通斷由第一時鐘信號phi控制，當(dāng)?shù)谝粫r鐘信號Phl為高時閉合，為低時打開；所述的接地開關(guān)Sd由第二時鐘信號Ph2控制，當(dāng)?shù)诙r鐘信號ph2為高時閉合，為低時打開。所述的輸入開關(guān)Sal，Sa2，…，San的通斷由第二時鐘信號ph2控制，當(dāng)?shù)诙r鐘信號ph2為高時閉合,為低時打開。第一寄存器輸出的每一位信號都用來控制一個多選開關(guān)，當(dāng)該位信號為I時，多選開關(guān)接正基準(zhǔn)電壓信號vrefp，當(dāng)該位信號為O時，多選開關(guān)接零基準(zhǔn)電壓信號vcm，當(dāng)該位信號為-I時，多選開關(guān)接負(fù)基準(zhǔn)電壓信號vrefn，當(dāng)不是以上情況時，多選開關(guān)接模擬輸出信號Vout。所述的第二開關(guān)電容電路包含η個等量電容Cl，C2, -,Cn, η個輸入開關(guān)Sal，Sa2,…，San, η個多選開關(guān)Sbl, Sb2,…，Sbn, 一個輸出開關(guān)Sc,和一個接地開關(guān)Sd ；
所述的每個輸入開關(guān)Sal，Sa2，…，San的一端對應(yīng)連接一個等量電容Cl，C2，…，Cn，另一端連接輸入模擬輸入信號Vin ;所述的每個多選開關(guān)Sbl, Sb2,…，Sbn的一端可選擇連接正基準(zhǔn)電壓信號vrefp，或者零基準(zhǔn)電壓信號vcm，或者負(fù)基準(zhǔn)電壓信號vrefn，或者模擬輸出信號Vout，另一端對應(yīng)連接一個等量電容Cl，C2,…，Cn,所述的輸出開關(guān)Sc的通斷由第二時鐘信號Ph2控制，當(dāng)?shù)诙r鐘信號ph2為高時閉合，為低時打開；所述的接地開關(guān)Sd由第一時鐘信號Phl控制，當(dāng)?shù)谝粫r鐘信號phi為高時閉合，為低時打開。所述的輸入開關(guān)Sal, Sa2,…，San的通斷由第一時鐘信號phi控制，當(dāng)?shù)谝粫r鐘信號phi為高時閉合,為低時打開。第二寄存器輸出的每一位信號都用來控制一個多選開關(guān)，當(dāng)該位信號為I時，多選開關(guān)接正基準(zhǔn)電壓信號vrefp，當(dāng)該位信號為O時，多選開關(guān)接零基準(zhǔn)電壓信號vcm，當(dāng)該位信號為-I時，多選開關(guān)接負(fù)基準(zhǔn)電壓信號vrefn，當(dāng)不是以上情況時，多選開關(guān)接模擬輸出信號Vout?？倳r鐘信號ph的頻率是第一時鐘信號phi和第二時鐘信號ph2頻率的兩倍,第一時鐘信號Phl的上升沿與總時鐘信號Ph的奇數(shù)個上升沿時序一致，第二時鐘信號ph2的上升沿與總時鐘信號Ph的偶數(shù)個上升沿時序一致，或者，第一時鐘信號phi的上升沿與總時鐘信號Ph的偶數(shù)個上升沿時序一致，第二時鐘信號ph2的上升沿與總時鐘信號ph的奇數(shù)個上升沿時序一致。 所述的η個等量電容的電容值相等，其值均為CO。本發(fā)明使用兩組開關(guān)電容電路，交替進(jìn)行采樣和運(yùn)算，這樣就可以避免使用采樣保持運(yùn)算放大器，既可提高性能又能減少電流消耗。


圖I是本發(fā)明的電路 圖2是本發(fā)明的時鐘信號時序圖。
具體實(shí)施例方式以下根據(jù)圖I和圖2，具體說明本發(fā)明的較佳實(shí)施例
如圖I所示，是適用于流水線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的雙組開關(guān)電容電路的電路圖，該適用于流水線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的雙組開關(guān)電容電路包含運(yùn)算放大器4，子數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器1，兩組開關(guān)電容電路301和302，兩組動態(tài)元件匹配電路101和102，以及兩組寄存器201和 202。所述子數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器I的輸入端輸入模擬輸入信號Vin和總時鐘信號ph,輸出端輸出數(shù)字輸出信號Dout。所述第一動態(tài)元件匹配電路101的輸入端連接子數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器I的輸出端。所述第二動態(tài)元件匹配電路102的輸入端連接子數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器I的輸出端。所述第一寄存器201的輸入端連接第一動態(tài)元件匹配電路101的輸出端，第一寄存器201的輸入端輸入第一時鐘信號phi。
所述第二寄存器202的輸入端連接第二動態(tài)元件匹配電路102的輸出端，第二寄存器202的輸入端輸入第二時鐘信號ph2。所述第一開關(guān)電容電路301的輸入端連接第一寄存器201和運(yùn)算放大器4的輸出端，第一開關(guān)電容電路301的輸入端輸入模擬輸入信號Vin和正基準(zhǔn)電壓信號vrefp、零基準(zhǔn)電壓信號vcm、負(fù)基準(zhǔn)電壓信號vrefn,以及模擬輸出信號Vout。所述第二開關(guān)電容電路302的輸入端連接第二寄存器202和運(yùn)算放大器4的輸出端，第二開關(guān)電容電路302的輸入端輸入模擬輸入信號Vin和正基準(zhǔn)電壓信號vrefp、零基準(zhǔn)電壓信號vcm、負(fù)基準(zhǔn)電壓信號vrefn,以及模擬輸出信號Vout。所述運(yùn)算放大器4的輸入端連接第一開關(guān)電容電路301和第二開關(guān)電容電路302，運(yùn)算放大器4的輸出端輸出模擬輸出信號Vout。所述的第一開關(guān)電容電路301包含η個等量電容Cl, C2,…，Cn,η個輸入開關(guān)Sal,Sa2,…，San,η個多選開關(guān)Sbl, Sb2,…，Sbn, 一個輸出開關(guān)Sc,和一個接地開關(guān)Sd ;所述的每個輸入開關(guān)Sal, Sa2,…，San的一端對應(yīng)連接一個等量電容Cl, C2,…，Cn,另一端連接輸入模擬輸入信號Vin,輸入開關(guān)Sal, Sa2,…，San的通斷由第二時鐘信號ph2控制，當(dāng)?shù)诙r鐘信號Ph2為高時閉合，為低時打開；所述的每個多選開關(guān)Sbl，Sb2，…，Sbn的一端可選擇連接信號vrefp,或者vcm,或者vrefn,或者模擬輸出信號Vout,另一端對應(yīng)連接一個等量電容Cl, C2,…，Cn,第一寄存器201輸出的每一位信號都用來控制一個多選開關(guān)，當(dāng)該位信號為I時，多選開關(guān)接vrefp,當(dāng)該位信號為O時,多選開關(guān)接vcm,當(dāng)該位信號為_1時，多選開關(guān)接vrefn，當(dāng)不是以上情況時，多選開關(guān)接模擬輸出信號Vout ;所述的輸出開關(guān)Sc的通斷由第一時鐘信號Phl控制，當(dāng)?shù)谝粫r鐘信號phi為高時閉合，為低時打開；所述的接地開關(guān)Sd由第二時鐘信號ph2控制，當(dāng)?shù)诙r鐘信號ph2為高時閉合，為低時打開。所述的第二開關(guān)電容電路302包含η個等量電容Cl，C2,…，Cn,η個輸入開關(guān)Sal，Sa2,…，San,η個多選開關(guān)Sbl, Sb2,…，Sbn, 一個輸出開關(guān)Sc,和一個接地開關(guān)Sd ;所述的每個輸入開關(guān)Sal, Sa2,…，San的一端對應(yīng)連接一個等量電容Cl, C2,…，Cn,另一端連接輸入模擬輸入信號Vin,輸入開關(guān)Sal, Sa2,…，San的通斷由第一時鐘信號phi控制，當(dāng)?shù)谝粫r鐘信號Phl為高時閉合，為低時打開；所述的每個多選開關(guān)Sbl，Sb2，…，Sbn的一端可選擇連接信號vrefp,或者vcm,或者vrefn,或者模擬輸出信號Vout,另一端對應(yīng)連接一個等量電容Cl, C2,…，Cn,第二寄存器202輸出的每一位信號都用來控制一個多選開關(guān)，當(dāng)該位信號為I時，多選開關(guān)接vrefp,當(dāng)該位信號為O時,多選開關(guān)接vcm,當(dāng)該位信號為_1時，多選開關(guān)接vrefn，當(dāng)不是以上情況時，多選開關(guān)接模擬輸出信號Vout ;所述的輸出開關(guān)Sc的通斷由第二時鐘信號Ph2控制，當(dāng)?shù)诙r鐘信號ph2為高時閉合，為低時打開；所述的接地開關(guān)Sd由第一時鐘信號Phl控制，當(dāng)?shù)谝粫r鐘信號Phl為高時閉合，為低時打開。如圖2所不,是總時鐘信號ph、第一時鐘信號phi和第二時鐘信號ph2的時序圖，總時鐘信號Ph的頻率是第一時鐘信號Phl和第二時鐘信號ph2頻率的兩倍，第一時鐘信號Phl的上升沿與總時鐘信號ph的奇數(shù)個上升沿時序一致，第二時鐘信號ph2的上升沿與總時鐘信號Ph的偶數(shù)個上升沿時序一致，或者，第一時鐘信號phi的上升沿與總時鐘信號ph的偶數(shù)個上升沿時序一致，第二時鐘信號Ph2的上升沿與總時鐘信號ph的奇數(shù)個上升沿時序一致。流水線模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器有很多級，本發(fā)明描述的只是其中一級。這一級的量化誤差信號由運(yùn)算放大器輸出，可以輸送到下一級繼續(xù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，從而使整個模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器達(dá)到更高的精度。如圖I所示，本發(fā)明描述的雙組開關(guān)電容電路為流水線模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的其中一級適用的結(jié)構(gòu)，其具有模擬信號輸入端，數(shù)字信號輸出端，和模擬信號輸出端(即量化誤差輸出端)，其運(yùn)行時序圖如圖2所示，總時鐘信號ph、第一時鐘信號phi和第二時鐘信號ph2由另外的電路提供。第一開關(guān)電容電路301和第二開關(guān)電容電路302中分別具有η個等量電容，其值均為CO，編號為Cl，C2,…，Cn,與其連接的輸入開關(guān)為Sal，Sa2,…，San,多選開關(guān)為Sbl，Sb2,…，Sbn，以第一開關(guān)電容電路301為例，當(dāng)?shù)诙r鐘信號ph2為高時，Sal至San均關(guān)閉，電壓信號對電容進(jìn)行充電，對模擬輸入信號Vin進(jìn)行采樣，當(dāng)?shù)诙r鐘信號ph2為低時，輸入開關(guān)Sal至San均打開,米樣結(jié)束；同理，第二開關(guān)電容電路302在第一時鐘信號phi為高時對模擬輸入信號Vin米樣。以第一開關(guān)電容電路301為例，每次采樣得到的電荷總量為
權(quán)利要求
1.一種適用于流水線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的雙組開關(guān)電容電路，其特征在于，該雙組開關(guān)電容電路包含運(yùn)算放大器(4)，子數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(1)，第一開關(guān)電容電路(301)和第二開關(guān)電容電路(302)，第一動態(tài)元件匹配電路(101)和第二動態(tài)元件匹配電路(102)，以及第一寄存器(201)和第二寄存器(202)； 所述子數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(I)的輸入端輸入模擬輸入信號Vin和總時鐘信號ph,輸出端輸出數(shù)字輸出信號Dout ； 所述第一動態(tài)元件匹配電路(101)的輸入端連接子數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(I)的輸出端； 所述第二動態(tài)元件匹配電路(102)的輸入端連接子數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(I)的輸出端； 所述第一寄存器(201)的輸入端連接第一動態(tài)元件匹配電路(101)的輸出端，第一寄存器(201)的輸入端輸入第一時鐘信號phi ； 所述第二寄存器(202)的輸入端連接第二動態(tài)元件匹配電路(102)的輸出端，第二寄存器(202)的輸入端輸入第二時鐘信號ph2 ； 所述第一開關(guān)電容電路(301)的輸入端連接第一寄存器(201)和運(yùn)算放大器(4)的輸出端，第一開關(guān)電容電路(301)的輸入端輸入模擬輸入信號Vin和正基準(zhǔn)電壓信號vrefp、零基準(zhǔn)電壓信號vcm、負(fù)基準(zhǔn)電壓信號vrefn,以及模擬輸出信號Vout ； 所述第二開關(guān)電容電路(302)的輸入端連接第二寄存器(202)和運(yùn)算放大器(4)的輸出端，第二開關(guān)電容電路(302)的輸入端輸入模擬輸入信號Vin和正基準(zhǔn)電壓信號vrefp、零基準(zhǔn)電壓信號vcm、負(fù)基準(zhǔn)電壓信號vrefn,以及模擬輸出信號Vout ； 所述運(yùn)算放大器(4)的輸入端連接第一開關(guān)電容電路(301)和第二開關(guān)電容電路(302),運(yùn)算放大器(4)的輸出端輸出模擬輸出信號Vout。
2.如權(quán)利要求I所述的適用于流水線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的雙組開關(guān)電容電路，其特征在于，所述的第一開關(guān)電容電路(301)包含η個等量電容Cl, C2,…，Cn,η個輸入開關(guān)Sal,Sa2,…，San, η個多選開關(guān)Sbl, Sb2,…，Sbn, 一個輸出開關(guān)Sc,和一個接地開關(guān)Sd ； 所述的每個輸入開關(guān)Sal，Sa2，…，San的一端對應(yīng)連接一個等量電容Cl，C2,…，Cn，另一端連接輸入模擬輸入信號Vin ;所述的每個多選開關(guān)Sbl, Sb2,…，Sbn的一端可選擇連接正基準(zhǔn)電壓信號vrefp，或者零基準(zhǔn)電壓信號vcm，或者負(fù)基準(zhǔn)電壓信號vrefn，或者模擬輸出信號Vout，另一端對應(yīng)連接一個等量電容Cl，C2,…，Cn,所述的輸出開關(guān)Sc的通斷由第一時鐘信號Phl控制，當(dāng)?shù)谝粫r鐘信號phi為高時閉合，為低時打開；所述的接地開關(guān)Sd由第二時鐘信號Ph2控制，當(dāng)?shù)诙r鐘信號ph2為高時閉合，為低時打開。
3.如權(quán)利要求2所述的適用于流水線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的雙組開關(guān)電容電路，其特征在于，所述的輸入開關(guān)Sal，Sa2,…，San的通斷由第二時鐘信號ph2控制，當(dāng)?shù)诙r鐘信號ph2為高時閉合,為低時打開。
4.如權(quán)利要求2所述的適用于流水線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的雙組開關(guān)電容電路，其特征在于，第一寄存器(201)輸出的每一位信號都用來控制一個多選開關(guān)，當(dāng)該位信號為I時，多選開關(guān)接正基準(zhǔn)電壓信號vrefp，當(dāng)該位信號為O時，多選開關(guān)接零基準(zhǔn)電壓信號vcm，當(dāng)該位信號為-I時，多選開關(guān)接負(fù)基準(zhǔn)電壓信號vrefn，當(dāng)不是以上情況時，多選開關(guān)接模擬輸出信號Vout。
5.如權(quán)利要求I所述的適用于流水線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的雙組開關(guān)電容電路，其特征在于，所述的第二開關(guān)電容電路(302)包含η個等量電容Cl，C2,…，Cn，n個輸入開關(guān)Sal，Sa2,…，San, n個多選開關(guān)Sbl, Sb2,…，Sbn, 一個輸出開關(guān)Sc,和一個接地開關(guān)Sd ； 所述的每個輸入開關(guān)Sal，Sa2，…，San的一端對應(yīng)連接一個等量電容Cl，C2,…，Cn，另一端連接輸入模擬輸入信號Vin ;所述的每個多選開關(guān)Sbl, Sb2,…，Sbn的一端可選擇連接正基準(zhǔn)電壓信號vrefp，或者零基準(zhǔn)電壓信號vcm，或者負(fù)基準(zhǔn)電壓信號vrefn，或者模擬輸出信號Vout，另一端對應(yīng)連接一個等量電容Cl，C2,…，Cn,所述的輸出開關(guān)Sc的通斷由第二時鐘信號Ph2控制，當(dāng)?shù)诙r鐘信號ph2為高時閉合，為低時打開；所述的接地開關(guān)Sd由第一時鐘信號Phl控制，當(dāng)?shù)谝粫r鐘信號phi為高時閉合，為低時打開。
6.如權(quán)利要求5所述的適用于流水線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的雙組開關(guān)電容電路，其特征在于，所述的輸入開關(guān)Sal，Sa2,…，San的通斷由第一時鐘信號phi控制，當(dāng)?shù)谝粫r鐘信號phi為高時閉合，為低時打開。
7.如權(quán)利要求5所述的適用于流水線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的雙組開關(guān)電容電路，其特征在于，第二寄存器(202)輸出的每一位信號都用來控制一個多選開關(guān)，當(dāng)該位信號為I時，多選開關(guān)接正基準(zhǔn)電壓信號vrefp，當(dāng)該位信號為O時，多選開關(guān)接零基準(zhǔn)電壓信號vcm，當(dāng)該位信號為-I時，多選開關(guān)接負(fù)基準(zhǔn)電壓信號vrefn，當(dāng)不是以上情況時，多選開關(guān)接模擬輸出信號Vout。
8.如權(quán)利要求1-7中任意一個所述的適用于流水線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的雙組開關(guān)電容電路，其特征在于，總時鐘信號Ph的頻率是第一時鐘信號phi和第二時鐘信號ph2頻率的兩倍，第一時鐘信號Phl的上升沿與總時鐘信號Ph的奇數(shù)個上升沿時序一致，第二時鐘信號Ph2的上升沿與總時鐘信號ph的偶數(shù)個上升沿時序一致，或者，第一時鐘信號phi的上升沿與總時鐘信號Ph的偶數(shù)個上升沿時序一致，第二時鐘信號ph2的上升沿與總時鐘信號Ph的奇數(shù)個上升沿時序一致。
9.如權(quán)利要求2或5所述的適用于流水線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的雙組開關(guān)電容電路，其特征在于，所述的η個等量電容的電容值相等，其值均為CO。
全文摘要
一種適用于流水線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的雙組開關(guān)電容電路，包含運(yùn)算放大器，子數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，兩組開關(guān)電容電路，兩組動態(tài)元件匹配電路，以及兩組寄存器。本發(fā)明使用兩組開關(guān)電容電路，交替進(jìn)行采樣和運(yùn)算，這樣就可以避免使用采樣保持運(yùn)算放大器，既可提高性能又能減少電流消耗。
文檔編號H03M1/12GK102931989SQ20111022674
公開日2013年2月13日 申請日期2011年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月9日
發(fā)明者張瑞安, 王強(qiáng) 申請人:樂鑫信息科技(上海)有限公司