包括預(yù)充電電路的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請涉及包括預(yù)充電電路的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于修改采樣網(wǎng)絡(luò)上的電荷。
【背景技術(shù)】
[0002] 在采樣和轉(zhuǎn)換周期中運行的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC)更新在連續(xù)轉(zhuǎn)換之間采樣電容上 存儲的電壓。轉(zhuǎn)換器的吞吐量可部分受限于將在第N轉(zhuǎn)換的結(jié)束時采樣電容器上存儲的電 壓改變?yōu)榈贜+1轉(zhuǎn)換的合適電壓所需要的時間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 根據(jù)第一方面，提供了一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括連接到輸入節(jié)點的至少一個采樣電 容器，和預(yù)充電電路，所述預(yù)充電電路被配置為使得在所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器進入獲取模式之前 在至少一個采樣電容器的節(jié)點處的電壓實質(zhì)匹配所述輸入節(jié)點的輸入電壓，其中所述至少 一個采樣電容器由第一采樣開關(guān)連接到所述輸入節(jié)點。
[0004] 所述預(yù)充電電路可以被間歇供電。所述預(yù)充電電路可以包括有源設(shè)備，諸如放大 器或電壓跟隨器。所述預(yù)充電電路可以連接到電壓轉(zhuǎn)換設(shè)備，諸如電容器。
[0005] 所述輸入電壓可以是在所述輸入節(jié)點的電壓的當前值，或者它可以是從較早的時 間進行采樣和存儲的值。
[0006] 在一個實施例中，提供了一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括連接到輸入節(jié)點的至少一個采樣 電容器，和預(yù)充電電路，所述預(yù)充電電路被配置為監(jiān)視在輸入節(jié)點處的輸入電壓并使得在 模數(shù)轉(zhuǎn)換器進入獲取模式之前采樣節(jié)點處的電壓實質(zhì)匹配輸入電壓，其中采樣節(jié)點由第一 采樣開關(guān)連接到實施輸入節(jié)點，以及其中所述預(yù)充電電路被間歇地供電。
[0007] 因此，通過減少通過ADC獲取操作誘發(fā)的驅(qū)動ADC的網(wǎng)絡(luò)的干擾可能加速模數(shù)轉(zhuǎn) 換器的吞吐量，并因此減少安置（settleout)該干擾所需要的獲取時間。
[0008] 使用預(yù)充電電路降低，并優(yōu)選地實質(zhì)上最小化模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的 所述或每個樣本點之間的電荷交換。一些ADC設(shè)計可包括多個采樣電容器，每一個都可以 被視為正被連接到相應(yīng)的采樣節(jié)點。
[0009] 優(yōu)選地，所述預(yù)充電電路包括運算放大器或差分放大器。運算放大器可被布置為 具有輸入端連接到模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入節(jié)點的電壓跟隨器?？商娲?，運算放大器可以具有 被布置為監(jiān)視在輸入節(jié)點處的電壓的第一輸入和被布置為監(jiān)測存儲在采樣電容器或在所 述至少一個采樣節(jié)點處的電壓的第二輸入，以及以這樣的方式連接以便充電采樣電容器或 采樣節(jié)點的輸出，以便降低在第一和第二輸入端的輸入電壓之間的差。
[0010] 放大器的第一輸入可直接連接到輸入節(jié)點，可經(jīng)由充當開關(guān)或可變阻抗（諸如電 壓控制的電阻器，以提供軟開關(guān)操作和/或噪聲帶寬控制）的晶體管連接，和/或可以經(jīng)由 電壓電平轉(zhuǎn)換組件（諸如，電容器）進行連接。放大器的第二輸入端可以通過類似于或等 同于關(guān)聯(lián)所述放大器的第一輸入所使用的配置連接到所述至少一個采樣電容器或所述采 樣節(jié)點。
[0011] 該放大器的輸出可由一個預(yù)充電電路的輸出開關(guān)連接到所述至少一個采樣電容 器。因此，當開關(guān)處于低阻抗狀態(tài)（閉合）時，的放大器輸出可被視為被直接連接到所述至 少一個采樣電容器。可替換地，放大器輸出級可以被修改為具有可選的高阻抗狀態(tài)。這可 以通過脫供電輸出級來實現(xiàn)。
[0012] 有利地，放大器可提供跨所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的全部輸入范圍的輸出。然而，為了最 大限度地減少預(yù)充電電路的功率消耗，可希望所述放大器在其中以和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入范 圍相比的降低電壓電源操作。在這種情況下，放大器的輸出可選擇性地連接到用于執(zhí)行電 壓轉(zhuǎn)換的電容器的第一板，并且為了方便起見，這種電容器將被稱為電壓轉(zhuǎn)換電容器。電壓 轉(zhuǎn)換電容器的第二板也可以選擇性地連接到采樣節(jié)點。充電電路還可以被提供以充電所述 電壓轉(zhuǎn)換電容器，使得電壓轉(zhuǎn)換電容器兩端的電壓差存在。該安排可以使得放大器的輸出 電壓電平偏移相應(yīng)于所述電壓轉(zhuǎn)換電容器兩端的電壓差的電壓?？梢栽O(shè)置多個這樣的電容 器，與合適的開關(guān)電路關(guān)聯(lián)來連接它們。
[0013] 至少一個采樣電容器可以是專用的采樣電容器。在這樣的布置中，采樣電容器不 同于數(shù)模轉(zhuǎn)換器，它可被提供在模數(shù)轉(zhuǎn)換器內(nèi)。
[0014] 在一些實施例中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括開關(guān)電容器陣列，其作為數(shù)模擬轉(zhuǎn)換器。這樣的 開關(guān)電容器陣列（其也可被稱為電容DAC)也可以用于（其全部或僅部分地）采樣輸入信 號。因而，電容DAC中的多個電容器可以作為多個米樣電容器。
[0015] 該電容DAC可以進行分割以減少在表示多個最高有效位（MSB)的電容器和表示多 個最低有效位（LSB)的電容器之間所需的比例（或在測溫編碼DAC中的電容器）。該電容 器DAC可以關(guān)聯(lián)于模數(shù)轉(zhuǎn)換器內(nèi)的其他組件，諸如閃速變換器或者使用?。ㄎ⑿停╇娙菪?成的進一步的逐次逼近轉(zhuǎn)換器或其它DAC，以便在進展來轉(zhuǎn)換剩余位之前在逐次逼近轉(zhuǎn)換 中使用電容式DAC轉(zhuǎn)換從ADC產(chǎn)生的輸出的最高有效位的數(shù)字（例如，整數(shù)"A"）。
[0016] 模數(shù)轉(zhuǎn)換器并不限于作為使用電容DAC的逐次逼近轉(zhuǎn)換器。其他轉(zhuǎn)換器的技術(shù) (諸如，在采樣和保持風格中操作的A-2轉(zhuǎn)換器和管線轉(zhuǎn)換器）也可以受益于使用與模數(shù) 字轉(zhuǎn)換器的采樣電容器相關(guān)聯(lián)的預(yù)充電電路。
[0017]當它修改在采樣節(jié)點或在晶體管開關(guān)的背柵處的電荷時，預(yù)充電電路僅需要在預(yù) 充電階段被供電。因此，當不是必需時，預(yù)充電電路可以被關(guān)斷。同樣地，模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以 實質(zhì)上或完全在完成一次轉(zhuǎn)換并開始隨后轉(zhuǎn)換之間斷電。這使得ADC和預(yù)充電電路的組合 具有實質(zhì)上隨著轉(zhuǎn)化率線性調(diào)整的功率消耗。預(yù)充電電路的加電和斷電可通過狀態(tài)機來控 制，所述狀態(tài)機同步于或控制由ADC所執(zhí)行的轉(zhuǎn)換操作。
[0018] 根據(jù)第二方面，提供了一種操作模數(shù)轉(zhuǎn)換器的方法，它在使用中具有連接到電路 的輸出以提供信號用于轉(zhuǎn)換的輸入節(jié)點，并且其中，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的獲取操作包括：
[0019] a)第一獲取階段，其中預(yù)充電電路用于轉(zhuǎn)移電荷來往于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣節(jié)點， 以便引起在樣品節(jié)點處的電壓近似于在模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入節(jié)點的電壓；
[0020] b)第二獲取階段，其中所述預(yù)充電電路從采樣節(jié)點斷開；
[0021] C)第三獲取階段，其中所述采樣節(jié)點通過開關(guān)的方式被連接到輸入節(jié)點，以便獲 得在采樣電容器上的輸入電壓；和
[0022] d)第四獲取階段，其中采樣電容器從輸入節(jié)點斷開，以便保持在采樣電容器上的 電壓；和
[0023] 其中所述預(yù)充電電路被間歇地供電。
[0024] 輸入節(jié)點電壓可以是在輸入節(jié)點處的當前電壓，或者可以是在較早時間捕獲的電 壓。
[0025] 米樣電容器（或電容器陣列）的第一端子可在第一獲取階段由第一米樣開關(guān)的方 式連接到采樣節(jié)點，以及采樣電容器的第二端子可以通過第二開關(guān)的方式被連接（或者在 電容器陣列由各自的開關(guān)的情況下）到第二電壓，它可以是偏壓、電源或接地電壓，或者由 第二輸入節(jié)點供給或是浮動的。如果采樣電容器是浮動的，則預(yù)充電電路用于預(yù)充電與ADC 的晶體管開關(guān)相關(guān)聯(lián)的寄生電容。
[0026] 在第三獲取階段，采樣電容器的第二端子也可以連接到第二電壓。
[0027] 根據(jù)進一步的方面，提供了一種用于將第一節(jié)點連接到第二節(jié)點的開關(guān)配置，包 括連接在第一節(jié)點和第二節(jié)點之間的第一場效應(yīng)晶體管，以及具有連接到第一節(jié)點的漏極 和源極的第二場效應(yīng)晶體管，并且其中，施加到第一和第二晶體管的柵極的控制信號被反 相驅(qū)動。
【附圖說明】
[0028] 現(xiàn)在將參考附圖通過非限制性示例的方式描述一些實施例，其中：
[0029] 圖1示出現(xiàn)有技術(shù)的多通道ADC，其中多路開關(guān)在幾個通道之間選擇以選擇要轉(zhuǎn) 換的通道；
[0030] 圖2示出構(gòu)成第一實施例的多通道ADC;
[0031] 圖3是示出用于圖2的多通道ADC的各種控制信號之間的相互關(guān)系的時序圖。
[0032] 圖4是示出ADC的第二實施例中的組件的電路圖；
[0033] 圖5是具有減少的電荷注入的開關(guān)配置的電路圖；
[0034]圖6是表示從獲取模式轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)換模式時的圖5的電路的開關(guān)狀態(tài)的表格；
[0035]圖7是表示從轉(zhuǎn)換模式轉(zhuǎn)換到獲取模式時的圖5的電路的開關(guān)狀態(tài)的表格；