專利名稱：采樣保持設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于采樣信號(hào)的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
通常，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)執(zhí)行模擬域和數(shù)字域之間的轉(zhuǎn)換。典型地，這種 轉(zhuǎn)^bi通過(guò)在瞬時(shí)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣，然后對(duì)其進(jìn)行保持，同時(shí)進(jìn)行模 擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換過(guò)程來(lái)執(zhí)行的。理想化的采樣保持操作獲取信號(hào)值的瞬時(shí) "快照"。這樣的輸入信號(hào)的樣本會(huì)包含被加到信號(hào)值的瞬時(shí)噪聲值。這會(huì) 影響賴擬到數(shù)字域的轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確性。為了減少噪聲的影響，眾所周知的 是取信號(hào)的多個(gè)樣本，數(shù)字化每個(gè)樣本并找到其算術(shù)平均值。但是這樣需 要相應(yīng)更快的m轉(zhuǎn)換器。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種采樣保持設(shè)備，包括
第一采樣裝置，用于在第一采樣周期期間對(duì)第一輸入信號(hào)進(jìn)行采樣， 并在第 一采樣周期完成后保持所述第 一輸入信號(hào)的第 一樣本；
第二采樣裝置，用于在第二(即不同于第一)采樣周期期間對(duì)第一輸 入信號(hào)進(jìn)行采樣，并在第二采樣周期完成后保持所述第一輸入信號(hào)的第二 樣本；以及
其中第一和第二采樣裝置還用于在第一輸出周期期間將笫一和第二 樣4^出到組合裝置。
這樣，可以設(shè)置多個(gè)采樣裝置，亦即有效單獨(dú)的采樣保持電路，以在 不同的時(shí)間點(diǎn)獲得輸入信號(hào)的多個(gè)樣本，然后設(shè)置所述采樣保持電路以便 以這樣的方式同時(shí)輸出它們的釆樣值導(dǎo)出平均采樣值的模擬表示。在設(shè) ^5l取第一和第二樣本的情況下，平均值位于第一和第二個(gè)值之間。但是 也可以看到，由于比例因數(shù)的引入，所述"平均值，，也可以僅通過(guò)將第一
和第二個(gè)值相加到一起而形成。在這種情況下，才艮據(jù)定義，第一和第二個(gè) 值的和將是所述平均值的兩倍。然后模擬表示可以通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器被轉(zhuǎn)換 到數(shù)字域，該m轉(zhuǎn)換器不必與現(xiàn)有技術(shù)中所需的相應(yīng)轉(zhuǎn)換器一樣快，在 現(xiàn)有技術(shù)中，有多個(gè)樣M獲取并且被數(shù)字化，然后在數(shù)字域中被平均。
有利的是，每個(gè)采樣裝置包括與多個(gè)電子控制開關(guān)相關(guān)聯(lián)的采樣電容器。
考慮在采樣裝置之內(nèi)并且與電容器相關(guān)聯(lián)的開關(guān)，有利的是，可以被 認(rèn)為是"采樣開關(guān)"的第一開關(guān)用于在所述電容器的采樣期間將該電容器 的第一^連接到輸入信號(hào)線，但在其它情況下將所述電容器的第一g 與輸入信號(hào)線隔離。第一輸出開關(guān)用于在第一輸出周期期間將所述電容器 的第 一,連接到第 一輸出節(jié)點(diǎn)，但在其它情況下將電容器的第 一機(jī)板與 第一輸出節(jié)點(diǎn)隔離。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中僅需要這兩個(gè)開關(guān)，并且所 述電容器的第二機(jī)長(zhǎng)可以永久地連接到參考或接地軌。但是在本發(fā)明的優(yōu) 選實(shí)施例中還提供了另外兩個(gè)開關(guān)。可以被認(rèn)為是"參考"開關(guān)的第三開
關(guān)，用于在所述釆樣開關(guān)將電容器的第一;feUl連接到信號(hào)輸入線期間選擇 性地將該電容器的第二M連接到接地或參考線，但在其它情況下將電容 器的第二M與接地或參考線隔離。第二輸出開關(guān)可以^笫一輸出周期 期間選擇性地將電容器的第二;feUl連接到笫二輸出節(jié)點(diǎn)，而在其它情況下 使電容器的第二 1與第二輸出節(jié)點(diǎn)隔離。
在具有N個(gè)采樣裝置的實(shí)施例中，所述N個(gè)采樣裝置用1到N指示， 并且布置用于獲^C信號(hào)的N個(gè)樣本，然后在第一采樣周期中，所述第一 采樣裝置的采樣開關(guān)和參考開關(guān)被閉合(置于低阻抗?fàn)顟B(tài))，使得通過(guò)第 一采樣裝置的電容器對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣。在第一采樣周期結(jié)束時(shí)，所述 第一采樣裝置的采樣開關(guān)和參考開關(guān)被斷開(置于高阻抗?fàn)顟B(tài))，使得采 樣信號(hào)被保持在所述電容器上。在第二采樣周期期間，所述第二采樣裝置 的采樣和參考開關(guān)被閉合，以將輸入信號(hào)采樣到第二采樣塊的電容器上。 然后在第二采樣周期結(jié)束時(shí)這些開關(guān)被斷開，以保持所述采樣信號(hào)。該過(guò) 程可以被重復(fù)，直到所有N個(gè)釆樣裝置均已對(duì)信號(hào)采樣為止。
優(yōu)選地所述釆樣周期是離散的。但是所述采樣周期可以"重疊"。
優(yōu)選地，在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，第一和第二 (以及任何另外的) 采樣裝置中的電容器在第一輸出周期期間被并聯(lián)連接，使得所述電容器之 間電荷的重新分布使第一輸出節(jié)點(diǎn)處的電壓成為第一信號(hào)的釆樣值的平
均值。
優(yōu)選地，所述電容器具有預(yù)定誤差容限之內(nèi)的相同的值。盡管制造商 可以從能夠經(jīng)由電子開關(guān)選擇性地連接在一起的多個(gè)電容器當(dāng)中選擇建 立每個(gè)電容器，但是為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，可以認(rèn)為所述電容器是單個(gè)實(shí)體。所 述電容器可以有不同的尺寸，以l更可以選擇電容器的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)標(biāo)稱目標(biāo)
尺寸。典型地，所述電容器可以進(jìn)行二進(jìn)制加權(quán)(基數(shù)=2)或所述電容 器可以用小于2的基數(shù)加權(quán)，從而給出電容器加權(quán)方案中的冗余，以克服 由制造公差產(chǎn)生的變化。
有利的是，所述組合裝置為平均裝置，其包括具有反相輸入端、非反 相輸入端和輸出端的差分放大器，并且能夠操作每個(gè)采樣裝置中的第 一和 第二輸出開關(guān)，以將所述電容器并聯(lián)設(shè)置于所述差分放大器的輸出端和反 相輸入端之間。
如前面提到的，還可以提供第三采樣裝置，實(shí)際上可以提供更多的采 樣裝置，并且可以對(duì)所述采樣裝置依次進(jìn)行操作，以便每個(gè)采樣裝置獲取 樣本，然后在所述采樣序列結(jié)束時(shí)，在輸出階段將它們的輸出并聯(lián)連接， 以便實(shí)現(xiàn)所述輸入序列的平均。然而，也可以有其它操作方式，并且為了 形成移動(dòng)平均值，所述采樣裝置能夠以循環(huán)方式進(jìn)行操作。這樣，如果我 們舉簡(jiǎn)單的例子，其包含三個(gè)采樣保持裝置，則在第一采樣周期，采樣保 持可以獲取輸入信號(hào)的樣本。在第二采樣周期，第二采樣保持可以獲取輸 入信號(hào)的樣本。在笫三采樣周期，第三采樣保持可以獲取輸入信號(hào)的樣本， 但是同時(shí)，第一和第二采樣保持可以將它們的輸出提供給平均電路以輸出 第一平均信號(hào)。在第四采樣周期期間，能夠再次操作第一采樣電路以獲取 第一輸入信號(hào)的樣本，但是同時(shí)第二和第三采樣保持可以將它們的輸出連 接到 一起以得到第二輸出信號(hào)。在笫五采樣周期期間，第二釆樣保#^操 作以獲取所述輸入信號(hào)的樣本，同時(shí)第一和笫三采樣保持將它們的輸出連 接到一起，以輸出第三輸出信號(hào)。
可以提供更多的采樣保持電路對(duì)第二、第三和后續(xù)輸入信號(hào)進(jìn)行采 樣，因此可以以多路復(fù)用的方式使用 一個(gè)緩沖放大器和一個(gè);j^t轉(zhuǎn)換器以 提供多個(gè)輸入信號(hào)的平均值。
此外，僅通過(guò)在第二輸入通道之內(nèi)包括更多的采樣裝置，所述采樣保 持可以被實(shí)現(xiàn)為單端或差分設(shè)備，所述更多的采樣裝置在輸出階段將其電 容器并聯(lián)連接到所述差分放大器的非反相輸入端。
在本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述采樣裝置可以以相加的方式連 接。這可以通過(guò)串聯(lián)連接釆樣裝置的電容器實(shí)現(xiàn)，更優(yōu)選地，也可以通過(guò)
將其中一個(gè)采樣信號(hào)的表達(dá)提供給m轉(zhuǎn)換器的非反相輸入端，并且將所 述采樣信號(hào)中的另 一個(gè)信號(hào)的表達(dá)提供給模數(shù)轉(zhuǎn)換器的反相輸入端來(lái)實(shí)
現(xiàn)，其中，所述表達(dá)中的一個(gè)^L^相。這種"差分"方法有效地將信號(hào)電 壓加倍，并可用于驅(qū)動(dòng)差分模數(shù)轉(zhuǎn)換器以使信噪比最大化。


參考附圖，經(jīng)由例子來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，其中
圖1示意性圖示了構(gòu)成本發(fā)明第一實(shí)施例的單端單輸入采樣裝置；
圖2示出了圖l所示的開關(guān)操作前的第一時(shí)序圖3示出了用于具有三個(gè)采樣保持塊的圖1所示類型的采集電路的操 作的進(jìn)一步的時(shí)序圖4示出了用于圖1所示的開關(guān)的操作的備選時(shí)序圖5是布置用于對(duì)第一通道和第二通道上的信號(hào)進(jìn)行采集和平均的 兩通道采集電路的電路圖6為本發(fā)明實(shí)施例的示意圖，其中第一和第二樣>^*:相加； 圖7示出了對(duì)圖6所示配置的備選配置；以及 圖8示出了使用單端電路的求和配置。
具體實(shí)施例方式
圖l是圖示第一數(shù)據(jù)采集電路的電路圖，通常用2指示，其構(gòu)成了本 發(fā)明的實(shí)施例。該電路具有輸入節(jié)點(diǎn)I，向該節(jié)點(diǎn)施加將被采樣保持的輸 入信號(hào)。多個(gè)采樣裝置連接到輸入端I，其中示出了兩個(gè)以4和6指示的 采樣裝置。也可以將更多的采樣裝置連接到輸入端I。每個(gè)采樣裝置都是 相同的，因此為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，僅對(duì)第一采樣裝置4進(jìn)行詳細(xì)描述。第一釆 樣裝置4包括采樣設(shè)備，其作為采樣電容器10而實(shí)現(xiàn)，所述采樣電容器 10具有第一和第二電容器,12和14。第一電子控制開關(guān)20串聯(lián)連接 在第一電容器機(jī)板12和輸入端I之間。充當(dāng)采樣開關(guān)的這個(gè)第一電子開
關(guān)20用于在第一采樣保持裝置4的采樣期間將第一電容器祝板12連接到 輸入端。笫二電子開關(guān)22串聯(lián)布置在第一電容器^L12和輸出節(jié)點(diǎn)01 之間。除了在希望從電容器IO讀取采樣電荷的輸出階段以外，可以^Ut 作第一輸出開關(guān)的所述開關(guān)22被設(shè)置于高阻抗?fàn)顟B(tài)。第三電子開關(guān)24 串聯(lián)布置在電容器10的第二極板14與接地26之間?？梢员徽J(rèn)為是參考 開關(guān)的開關(guān)24在第一開關(guān)或采樣開關(guān)20為低阻抗的同時(shí)為低阻抗，并且 在采樣開關(guān)20為高阻抗的同時(shí)為高阻抗。可以被認(rèn)為是第二輸出開關(guān)的 第四開關(guān)28串聯(lián)提供在電容器10的第二M 14和第二輸出節(jié)點(diǎn)02之 間。所述第二輸出開關(guān)在第一輸出開關(guān)22為低阻抗期間被設(shè)置為低阻抗， 并且在第一輸出開關(guān)22處于高阻抗?fàn)顟B(tài)期間其處于高阻抗?fàn)顟B(tài)。
第一采樣保持塊4中的采樣開關(guān)20和參考開關(guān)24連接到7>共控制 線，其用Lll指示，其中第一個(gè)數(shù)字指示采樣保持塊號(hào)，第二個(gè)數(shù)字指示 該采樣保持塊中的控制線號(hào)。第一和第二輸出開關(guān)22和28同樣連接到用 L12指示的公共控制線。
第二采樣保持塊6具有與第 一采樣保持塊4相同的構(gòu)造，并且與這里 所采用的術(shù)語(yǔ)一致，用于采樣和參考開關(guān)的控制線用L21指示，用于第 二采樣保持塊中的第一和第二輸出開關(guān)的控制線用L22指示。
現(xiàn)在參考圖2所示的時(shí)序圖對(duì)如圖1所示的電路的操作進(jìn)幹說(shuō)明。圖 2示出了信號(hào)線L11、 L21、 L12和L22上的信號(hào)狀態(tài)。在這個(gè)實(shí)例中， 信號(hào)線L12和L22可以連接在一起。在跨越周期時(shí)間T = 0到T = 1的第 一采樣周期期間，信號(hào)L11取為高，因此將第一采樣塊4的采樣開關(guān)和參 考開關(guān)20和24切換為低阻抗?fàn)顟B(tài)，從而有效地將電容器10插入到輸入 節(jié)點(diǎn)I和接地26之間。在此期間，所述電容器10充電到或由輸入節(jié)點(diǎn)I 處的電壓或由流經(jīng)節(jié)點(diǎn)I的電流確定的值，這取決于設(shè)計(jì)者使用該電路是 采樣電壓還是采樣電流。在時(shí)間T = 1時(shí)，信號(hào)Lll返回為低值以將第一 塊4中的采樣和參考開關(guān)切換為高阻抗?fàn)顟B(tài)，從而使電容器10與電路的 其它部分隔離并保持其充電狀態(tài)。在從T-1到T-2的時(shí)間周期期間， 信號(hào)L21被維持為高，第二采樣塊6中的采樣和參考開關(guān)被切換到低阻 抗?fàn)顟B(tài)以將第二釆樣塊的采樣電容器40連接到輸入節(jié)點(diǎn)I和接地26之 間，從而使其能夠獲得輸入信號(hào)的樣本。在T-2時(shí)，信號(hào)L21被清零， 從而將第二塊6的采樣和參考開關(guān)切換到的高阻抗?fàn)顟B(tài)以隔離所述電容 器40，使得其上捕捉的電荷保持隔離。在從T-2到T-3的時(shí)間周期中，
信號(hào)L12和L22被維持為高，每個(gè)采樣塊中的第一和第二輸出開關(guān)被切 換到低阻抗?fàn)顟B(tài)以在輸出節(jié)點(diǎn)Ol和02之間并聯(lián)連接各自的電容器。此 時(shí)，在輸出節(jié)點(diǎn)Ol和02之間的電壓表示由第一和第二采樣塊4和6獲 取的輸入信號(hào)樣本的模擬平均。為了將其變?yōu)閱味溯敵?，提供運(yùn)算放大器 50，該運(yùn)算放大器50的非反相輸入端與地連接，反相輸入端與節(jié)點(diǎn)02 連接，并且輸出端與節(jié)點(diǎn)Ol連接。這樣，第一和第二釆樣塊的并聯(lián)連接 的電容器仗故置于運(yùn)算放大器50的反相輸入端與輸出端之間的反饋環(huán) 中，從而使輸出電壓呈現(xiàn)出與第一和第二采樣保持塊4和6的電容器上采 樣并保持的電荷的平均值成比例的值。這在這個(gè)實(shí)例中將隨機(jī)噪聲成分減
少了V^。
所述電路也可以用于減小來(lái)自諸如斬波放大器之類的在先信號(hào)處理 電路的相關(guān)噪聲或偏移的影響，其中第二采樣周期中的噪聲與第 一采樣周 期中的噪聲值基本上量值相等而符號(hào)相反，因此其平均值基本上無(wú)噪聲。
要意識(shí)到，圖1中所示的電路可以被擴(kuò)展為三個(gè)或者更多的采樣塊以 進(jìn)一步減小隨機(jī)噪聲的影響。
下面將參考圖3對(duì)圖1所示電路的進(jìn)一步的操作模式進(jìn)行說(shuō)明，并且 為了說(shuō)明的目的，假設(shè)還包括與第一和第二采樣塊相同的以及具有信號(hào)控 制線L31和L32的第三采樣塊。
在這個(gè)進(jìn)一步的IMt模式中，在T = 0到T = 1的時(shí)間周期中信號(hào)Lll 被維持為高，以獲取輸入信號(hào)的第一樣本。在時(shí)間T-1處，信號(hào)L11被 清零，從而導(dǎo)致第一采樣保持塊保持輸入信號(hào)的樣本。在時(shí)間T-2處， 信號(hào)L21被維持為高，因此第二采樣保持塊的采樣和參考開關(guān)被切換到 低阻抗?fàn)顟B(tài)以開始采樣輸入信號(hào)，并且在時(shí)間T-3處，信號(hào)L21被再次 清零以使第二采樣保持塊保持輸入信號(hào)的樣本。在時(shí)間T = 4處，信號(hào)L31 被維持為高，使第三采樣保持塊開始其采樣序列，并且在時(shí)間T = 5處， 信號(hào)L31被清零以使第三采樣保持塊保持其樣本。在時(shí)間T - 6處，在每 個(gè)采樣保持塊的第一和第二輸出開關(guān)上進(jìn)行切換，信號(hào)L12、 L22和L32 均被維持為高，以在輸出節(jié)點(diǎn)Ol和02之間并聯(lián)連接三個(gè)采樣保持塊中 的電容器，從而將它們放置在運(yùn)算放大器50的反饋環(huán)中，使得放大器50 的輸出在T-6到T-7的周期時(shí)間中為由采樣保持塊采集并保持的三個(gè) 樣本的平均值。然后從時(shí)間周期T-8開始重復(fù)該過(guò)程。
圖4示出了形成所述平均值的又一種備選方式。關(guān)于圖3描述的過(guò)程
局限在于取三個(gè)樣本然后形成平均值。然后重復(fù)該過(guò)程。但是也可以形成
移動(dòng)平均值，其中將最近的信號(hào)與較早信號(hào)的表i^f目加。關(guān)于圖4可以看 出，采樣序列基本上保持不變，其中，第一采樣保持塊在T-0到T-l 期間獲取其樣本，第二采樣保持塊在T - 2到T - 3期間獲取其樣本，并 且第三采樣保持塊在T = 4到T = 5期間獲取其樣本。但是當(dāng) 一個(gè)塊在采 樣時(shí)，其它塊或其它采樣保持塊的子集可以處于輸出模式。這樣，在如圖 4所示的實(shí)例中，在T-0到T-1周期時(shí)間期間，信號(hào)L22和L32被維 持為高以在輸出節(jié)點(diǎn)Ol和02之間并聯(lián)連接第二和第三塊中的電容器。 同樣地，當(dāng)?shù)诙蓸訅K在采樣時(shí)，信號(hào)L12和L32被維持為高以在輸出 節(jié)點(diǎn)01和02之間并聯(lián)連接第一和第三采樣塊中的電容器。最后，當(dāng)?shù)?三采樣塊在采樣時(shí)，信號(hào)L12和L22被維持為高以在輸出節(jié)點(diǎn)Ol和02 之間并耽故置第一和第二采樣保持塊中的電容器。
如果我們認(rèn)為采樣開始于T = 0時(shí)刻，并且所有電容器在開始時(shí)M 電，則^f艮明顯，在T-2到T-3的時(shí)間周期期間，第一采樣塊中的充電 電容器10與第三采樣塊中的放電過(guò)的電容器并聯(lián)連接，因此在這些電容 器之間產(chǎn)生了一些電荷的重新分布.這樣，在L12和L22被維持為高的T =4到T = 5的采樣周期期間，輸出不再是最近樣本和在先樣本的相等等 待，取而代之的是，在先三個(gè)樣本被疊加到一起而最近樣本具有兩倍于其 它兩個(gè)樣本的等待。但是在某些應(yīng)用中，這可以被很好地接受。
圖5示出了進(jìn)一步的實(shí)施例，與在圖1中所示的實(shí)施例相似，其中第 一和第二采樣塊4和6配合獲取施加于第一通道輸入端的信號(hào)的平均值。 然而還4吏用進(jìn)一步的塊4a和6a形成了相同的進(jìn)一步的電路布置，以對(duì)施 加于指示為通道2的第二通道的信號(hào)進(jìn)行平均。
對(duì)于上述布置，信號(hào)Lll和L31被同時(shí)維持為高，以同時(shí)將通道1 和通道2的輸入采樣到采樣保持塊4和4a上。當(dāng)樣4^獲取后，信號(hào)Lll 和L31被清零，然后信號(hào)L21和L41被維持為高，以同時(shí)將來(lái)自通道l 和通道2的輸入信號(hào)采樣到采樣保持塊6和6a上。然后信號(hào)L21和L41 將被清零。在輸出階段，信號(hào)L12和L22被維持為高以并聯(lián)連接塊4和6 中的電容器并將所述電容器接入運(yùn)算放大器50的反饋環(huán)中，以獲得與來(lái) 自通道1的釆樣信號(hào)的平均值對(duì)應(yīng)的第一模擬平均值。在所述信號(hào)已被維 持為高充分長(zhǎng)時(shí)間以至模數(shù)轉(zhuǎn)換完成后，信號(hào)L12和L22被清零。接下 來(lái)，信號(hào)L32和L42被維持為高，以便將第二通道的塊4a和6a中的電
容器并聯(lián)連接到運(yùn)算放大器50的反饋環(huán)中，使得運(yùn)算放大器的輸出表示 從第二通道獲取的采樣的平均值。該過(guò)程然后可以被重復(fù)。很清楚，這可 以被擴(kuò)展以包括更多的輸入通道。
在截止到目前所描述的實(shí)施例中，采樣電容器已被并聯(lián)連接，使得電 容器之間的電荷的重新分布形成了采樣信號(hào)的數(shù)值平均。圖6示出了一種 相關(guān)電路，^這種電路中不產(chǎn)生電荷的重新分布，而是利用差分模數(shù)轉(zhuǎn) 換器的特性以將采樣值相加。這導(dǎo)致了兩倍于平均值的輸出值，因此其表 示了全都在模擬域中的平均信號(hào)和兩倍增益應(yīng)用的同時(shí)形成。
圖6所示的布置與圖1所示的電5^有概念上的相似性，并且一些同樣 的部件被標(biāo)以相同的參考標(biāo)號(hào)以使其明顯。輸入信號(hào)線I被分別提供給用 4和6指示的第一和第二采樣電路。第一采樣電路具有采樣電容器Cl(執(zhí) 行與圖1中的電容器10相同的任務(wù))，以及兩個(gè)采樣開關(guān)20和24，它們 被如此布置開關(guān)20串聯(lián)連接地布置在輸入線I和電容器Cl的一個(gè)g 之間，并且開關(guān)24布置在電容器Cl的另一個(gè)g和向其施加參考電壓 "Ref+"的參考節(jié)點(diǎn)之間。當(dāng)希望將信號(hào)采樣到電容器Cl上時(shí)，開關(guān) 20和24均被置為低阻抗,但在其它情況下這兩個(gè)開關(guān)均處于高阻抗?fàn)顟B(tài)。 另外兩個(gè)開關(guān)22和28使電容器Cl能夠被接入運(yùn)算放大器80的反饋環(huán) 中。運(yùn)算放大器80具有可通過(guò)開關(guān)22連接到電容器Cl的一個(gè)^的反 相輸入端，其輸出端可通過(guò)開關(guān)28連接到電容器C1的另一個(gè)極板，并 且其非反相輸入端連接接收參考電壓"Ref_"。對(duì)第二采樣電路進(jìn)行類似
的配置并使其與第二運(yùn)算放大器82相關(guān)聯(lián)。所述第二運(yùn)算放大器也使其 非反相輸入端連接到"Ref-"。對(duì)于第一采樣電路，運(yùn)算放大器的反相輸 入端連接到電容器C1和輸入線之間的節(jié)點(diǎn)，而在第二采樣電路中，放大 器的反相輸入端則連接在電容器C2和參考電壓"Ref-"之間，但是是在 開關(guān)24，的電容器側(cè)，使得開關(guān)24，可以將反相輸入端與參考電壓"Ref-" 隔離。
在使用中開關(guān)20和24閉合以將第一電壓采樣到Cl上。 一旦采樣周 期結(jié)束，所述開關(guān)被再次斷開以iiA高阻狀態(tài)。執(zhí)行類似的過(guò)程，將第二 電壓采樣到C2上。
當(dāng)需要形成平均值時(shí)，開關(guān)22、 28、 22，和28，閉合(變?yōu)榈妥杩?， 同時(shí)開關(guān)20、 24、 20，和24，被斷開。
假設(shè)第 一周期期間的釆樣電壓為K并且第二周期期間的采樣電壓為
V2。所述電路的操作是形成值為K + V2的輸出。這用工作實(shí)例來(lái)示范。 假設(shè)"Ref+"為5v， "Ref-"為-5v，而且我們有兩個(gè)lv的輸入樣本。
我們可以看到，Cl充電到+ 4v而C2充電到+ 6v。放大器80的反相 輸入端的電壓將是-5伏(由于運(yùn)算放大器的將它們輸入端之間的差減小 到零的工作方式)，以實(shí)現(xiàn)-lv的輸出。
對(duì)于運(yùn)算放大器82，它也設(shè)法將它的反相輸入端設(shè)置為-5伏，因此 該放大器的輸出將是+lv (跨越C2下降6伏)。所以ADC84的非反相輸 入端為-lv而反相輸入端為+lv.從而ADC的輸入信號(hào)為2伏。Ref+和 Ref-不需要圍繞0V對(duì)稱地設(shè)置。
圖7示出了基本上相同的電路，但其使用了單個(gè)具有差分輸入端和差 分輸出端的運(yùn)算放大器90來(lái)實(shí)現(xiàn)。
圖8示出了基于圖1的進(jìn)一步的布置，但其內(nèi)部連接是這樣重新設(shè)置 的開關(guān)22、 22，和28的操作使采樣電容器10和40被串聯(lián)連接地置于緩 沖放大器50的反饋環(huán)中，
為了清A^見(jiàn)，在圖6、 7和8中用于開關(guān)的控制線已被省略。
因此，本發(fā)明可以提供有效但便宜的采集裝置，其允許在模擬域中進(jìn) 行信號(hào)的平均，從而降低了對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換ii^L要求，很明顯，盡管 采樣時(shí)間和輸出時(shí)間在此被描述為具有相同的持續(xù)時(shí)間，但這并不是必要 條件，設(shè)計(jì)者可以取決于其自身的要求選擇縮短或延"M目對(duì)于采樣時(shí)間的 輸出時(shí)間。這樣，為了進(jìn)一步降低對(duì)皿轉(zhuǎn)換器的性能要求，可以進(jìn)一步 增加輸出時(shí)間。
權(quán)利要求
1.一種采樣保持設(shè)備，包括第一采樣裝置，用于在第一采樣周期期間對(duì)第一輸入信號(hào)進(jìn)行采樣，并在所述第一采樣周期完成后保持所述第一輸入信號(hào)的第一樣本；第二采樣裝置，用于在不同于所述第一采樣周期的第二采樣周期期間對(duì)所述第一輸入信號(hào)進(jìn)行采樣，并在所述第二采樣周期完成后保持所述第一輸入信號(hào)的第二樣本；并且，其中所述第一和第二采樣裝置還用于在第一輸出周期期間將所述第一和第二樣本輸出到組合裝置。
2. 如權(quán)利要求1所述的采樣保持設(shè)備，其中每個(gè)采樣裝置包括電 容器，用于采樣所述第一輸入信號(hào)；采樣開關(guān)，用于將所述電容器的第一 ,連接到輸入端；以及第一輸出開關(guān)，用于將所述電容器的所述第一極 板連接到第一輸出節(jié)點(diǎn)。
3. 如權(quán)利要求2所述的采樣保持設(shè)備，其中每個(gè)采樣裝置還包括 參考開關(guān)，用于將所述電容器的第二M連接到參考節(jié)點(diǎn)；以及第二輸出 開關(guān)，用于將所述電容器的所述第二M連接到第二輸出節(jié)點(diǎn)。
4. 如權(quán)利要求2所述的采樣保持設(shè)備，其中，在所述第一輸出周期 期間，所述第一和第二采樣裝置中的所述電容器并聯(lián)連接.
5. 如權(quán)利要求3或權(quán)利要求19所述的采樣保#^殳備，其中所述組合 裝置為平均裝置，其包括具有反相輸入端、非>^相輸入端和輸出端的差分 放大器，并且在所述第一輸出周期期間，所述第一和第二采樣裝置中的每 一個(gè)的所述第一和第二輸出開關(guān)將所述電容器并聯(lián)連接在所述平均裝置 的所述輸出端和所述>^相輸入端之間。
6. 如權(quán)利要求2所述的采樣保持電路，其中，在所述第一采樣周期 期間，僅所述第 一采樣裝置中的所述電容器連接到所述第 一輸入信號(hào)。
7. 如權(quán)利要求2所述的采樣保持電路，其中，在所述第二采樣周期 期間，僅所述第二采樣裝置中的所述電容器連接到所述第一輸入信號(hào)。
8. 如權(quán)利要求1所述的采樣保持設(shè)備，包括至少一個(gè)另外的采樣裝 置，用于在相應(yīng)的采樣周期期間采樣所述第一輸入信號(hào)。
9. 如權(quán)利要求1所述的采樣保持設(shè)備，包括多個(gè)通道，用于采樣多 個(gè)輸入信號(hào)。10. 如權(quán)利要求1所述的采樣保持設(shè)備，還包括第三和第四采樣裝置，用于采樣差分輸入信號(hào)。11. 如權(quán)利要求1所述的采樣保持設(shè)備，其中所述組合裝置用于形成 所述第一和第二樣本的和。12. 如權(quán)利要求11或權(quán)利要求25所述的采樣保持裝置，其中所述組 合裝置向差分設(shè)備的輸入端提供所述第 一和第二樣本的版本。13. 如權(quán)利要求12所述的采樣保持裝置，其中所述差分設(shè)備為差分 皿轉(zhuǎn)換器。14. 如權(quán)利要求3或權(quán)利要求19所述的采樣保持裝置，其中，在所 述第一采樣周期期間，所述第一采樣裝置中的所述電容器連接到具有第一 參考電壓的第一參考節(jié)點(diǎn)，并且在所述第二采樣周期期間，所述第二采樣 裝置中的所述電容器連接到具有第二參考電壓的第二參考節(jié)點(diǎn)。15. 如權(quán)利要求14所述的采樣保持裝置，其中所述第二參考電壓與 所述第一參考電壓不同。16. 如權(quán)利要求14所述的采樣保持裝置，其中，在所述笫一輸出周 期期間，所述第一采樣裝置中的所述電容器^Li殳置于第一運(yùn)算放大器的反 饋環(huán)中，并且所述第二采樣裝置中的所述電容器被設(shè)置于第二運(yùn)算放大器 的應(yīng)J銜環(huán)中。17. 如權(quán)利要求16所述的采樣保持裝置，其中提供給所l故大器的 非反相輸入端的參考電壓是相同的。18. —種對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行平均的方法，包括以下步驟a) 在第一周期期間對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣并將第 一樣本保持在第 一采 樣裝置上；b) 在不同于所述第一采樣周期的第二周期期間對(duì)所述輸入信號(hào)進(jìn)行 采樣并將第二樣本保持在第二采樣裝置上；c) 對(duì)所述第一和第二樣本進(jìn)行組合或平均。
全文摘要
提供了一種采集和平均電路，其中，在采樣階段期間，采樣塊4和6中的電容器順序連接到輸入信號(hào)以對(duì)其進(jìn)行采樣，然后電容器被隔離以保持樣本。然后電容器連接到組合/平均裝置，以便形成樣本值的平均值。
文檔編號(hào)G11C27/02GK101107675SQ200680003014
公開日2008年1月16日 申請(qǐng)日期2006年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月26日
發(fā)明者科林·G·萊登, 羅伯特·J·布雷瓦爾, 邁克爾·C·W·科爾恩 申請(qǐng)人:模擬裝置公司