專利名稱：Sigma－delta A/D轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有最小參考電壓源電流負(fù)載的Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
圖1示出現(xiàn)有技術(shù)Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器的電路方框圖。Sigma-deltaA/D轉(zhuǎn)換器在輸入端E接收模擬輸入信號(hào)，該模擬輸入信號(hào)被饋送到減法單元S。在減法單元S中，多位D/A轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)從模擬輸入信號(hào)中被減去，并被饋送到積分器。積分器積分輸入信號(hào)并將積分的信號(hào)輸出到數(shù)字轉(zhuǎn)換器。數(shù)字轉(zhuǎn)換器是具有低分辨率的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，它將數(shù)字化的輸出信號(hào)輸出到Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端A。數(shù)字化的輸出信號(hào)通過(guò)反饋線連接到多-位D/A轉(zhuǎn)換器的輸入端。數(shù)字轉(zhuǎn)換器的數(shù)字化輸出信號(hào)由多-位D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成為模擬信號(hào)，并在減法單元S中從輸入端E上的輸入信號(hào)中被減去。
圖2示出采用SC電路的Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器的實(shí)施例(SC轉(zhuǎn)換電容可轉(zhuǎn)換的電容器)。圖2示出的現(xiàn)有技術(shù)Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器是具有信號(hào)輸入VINA和VINB的全微分Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器。同樣，所提供的是參考電壓源VREFP和VREFN，該電壓源由可控制的開關(guān)器件連接到電容器C1A、C2A...CLA以及電容器C1B、C2B...CLB。電容器還可由開關(guān)器件連接到模擬信號(hào)輸入VINA、VINB。
在輸出端，電容器C1A、C2A...CLA以及C1B、C2B...CLB由開關(guān)器件n和共用地線連接到地VGND或到積分器。
在圖2所示的Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器中，積分器包括具有一個(gè)反相和一個(gè)同相輸入端以及兩條輸出線的運(yùn)算放大器，積分電容器CINT連接在運(yùn)算放大器的信號(hào)輸入端和信號(hào)輸出端之間。接在積分器下游的是數(shù)字轉(zhuǎn)換器，用于運(yùn)算放大器的兩條輸出線之間電壓的模/數(shù)轉(zhuǎn)換。呈現(xiàn)在數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸出端的數(shù)字信號(hào)通過(guò)反饋線被饋送到控制邏輯單元，控制邏輯單元供給控制轉(zhuǎn)換器件的控制信號(hào)。
在采樣階段PH11期間，電容器C1A、C2A...CLA的一端由開關(guān)連接到第一模擬輸入線VINA，另一端連接到地VGND。在采樣階段PHL1期間，電容器C1B、C2B...CLB的一端由開關(guān)器件連接到第二模擬輸入線VINB，另一端連接到地VGND。在采樣階段期間，所有圖2中“PHL1”所示的開關(guān)閉合。
完成采樣階段PHL1時(shí)，由圖2中“PHL1”所示的開關(guān)被打開，電容器C1A、C2A…CLA由PHL2所示的開關(guān)連接到運(yùn)算放大器的同相輸入端(+)和用于充電轉(zhuǎn)換的第一積分電容器CintA。與此同時(shí)，由PHL2所示的開關(guān)將電容器C1R、C2R...CLB轉(zhuǎn)換到運(yùn)算放大器的反相輸入端(-)并轉(zhuǎn)換到用于充電轉(zhuǎn)換的第二積分電容器CintB。同時(shí)，(每種情況下的)電容器C1A、C2A...CLA和C1B、C2B...CLB的左邊電容器板按照控制邏輯元件產(chǎn)生的控制指令分別連接到參考電壓源VREFP或參考電壓源VREFN。
完成積分階段PHL2時(shí)，輸出電壓VOUTP(i)呈現(xiàn)在積分器的輸出端，即呈現(xiàn)在操作放大器的兩條輸出線之間，該輸出電壓VOUTP(i)依賴于前面的值VOUTP(i-1)、模擬輸入電壓VINA(i-1/2)、積分階段期間，左邊電容器板連接到正參考電壓源VREFP的電容器CJA的數(shù)量、積分階段期間，左邊電容器板連接到負(fù)參考電壓源VREFN的電容器CJA的數(shù)量n(i)。
在此，使用下列方程得到輸出電壓VOUTP(i)VOUTP(i)=VOUTP(i-1)+VINA(i-1/2)·L·CjACint-p(i)·|VREFP|·CjACint+n(i)·CjACint=]]>=VOUTP(i-1)+VINA(i-1/2)·L·CjACint-(p(i)-n(i))·VREF·CjACintwithVREF=|VREFP|=|VREFN|;----(1)]]>在此，使用下列方程得到積分階段左邊電容器板連接到正參考電壓源VREFP的電容器CJA的數(shù)量
p(i)=round[L/2·(1+VDIG(i)VREF)]<=L forVDIG(i)>=0;----(2)]]>其中，VDIG是數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)。
使用下列方程得到積分階段電容器板連接到負(fù)參考電壓源VREFN的電容器CJA的數(shù)量n(i)=round[L/2·(1-VDIG(i)VREF)]<=L forVDIG(i)<=0;----(3)]]>其中，VDIG是數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)。積分階段左邊電容器板連接到正參考電壓源的電容和積分階段左邊電容器板連接到負(fù)參考電壓源的電容的總數(shù)在此是一個(gè)常數(shù)。
p(i)+n(i)＝L＝const.，(4)其中，L是電容器的總數(shù)。
所以，總電荷被全部地積分，積分階段，所有電容器連接到操作放大器的輸入端。
具有圖2所示的現(xiàn)有技術(shù)Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器參考電壓源VREFN的負(fù)載通常依賴于信號(hào)。
因?yàn)閂DIG(i)～VINA(i)，VINA(i)＞0，使用下列方程計(jì)算由模擬輸入信號(hào)VINA(i)引起的正參考電壓源上的電荷轉(zhuǎn)換|dq_VREFP(i)|=p(i)·(VREFP-VINA(i))·CjA=round[L/2+L/2·VDIG(i)VREF]·(VREFP-VINA(i))·CjA]]>-(L/2·VREF-L/2·VINA(i)+L/2·VDIG(i)-L/2·VINA(i)·VDIG(i)VREF)·CjA~]]>L/2·CjA·VREF·(1-VINA(i)2VREF);----(5)]]>
使用下列方程得到負(fù)參考電壓源上的電荷轉(zhuǎn)換|dq_VREFN(i)|=n(i)·(|VREFN|+VINA(i))·CjA=(L-round[L/2+L/2·VDIG(i)VREF])·(|VREFN|+VINA(i))·C]]>-(L/2·VREF+L/2·VINA(i)-L/2·VDIG(i)-L/2·VINA(i)·VDIG(i)VREF)·Cj~]]>L/2·CjA·VREF·(1-VINA(i)2VREF2);----(6)]]>如果既包括模擬信號(hào)輸入VINA(i)又包括模擬信號(hào)VINB(i)，則參考電壓源的值和有效電流負(fù)載被加倍。
那么，如圖2所示，現(xiàn)有技術(shù)Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器的參考電壓源的有效電流負(fù)載由下式得到CeffVREF(i)=L·Cj·(1-VINA(i)2VREF2);----(7)]]>在VINA(i)～0時(shí)獲得的參考電壓源的最大有效負(fù)載是Ceff_max_VREF＝L·Cj；(8)對(duì)于值VINA(i)～VREF時(shí)獲得的參考電壓源的有效負(fù)載的最小值是Ceff_min_VREF＝0.
(9)從上述方程可以看出，如圖2所示，現(xiàn)有技術(shù)Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器的參考電壓源的有效電流負(fù)載依賴于模擬輸入信號(hào)。參考電壓源的信號(hào)依賴負(fù)載導(dǎo)致非線性失真并限制了現(xiàn)有技術(shù)Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種參考電壓源的電流負(fù)載是最小的Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器。
本發(fā)明創(chuàng)建一種Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器，包括至少一個(gè)模擬信號(hào)輸入端，用于供給模擬信號(hào)輸入，具有多個(gè)電容器的減法單元，用于在采樣階段采樣輸入信號(hào)，能夠在積分階段把電容器切換到依賴于控制信號(hào)的參考電壓源，積分器，用于在積分階段積分減法單元的輸出信號(hào)，數(shù)字轉(zhuǎn)換器，用于摸/數(shù)轉(zhuǎn)換積分器的輸出信號(hào)，并把數(shù)字化的輸出信號(hào)輸出到數(shù)字信號(hào)輸出端，并包括控制邏輯單元，用于產(chǎn)生控制信號(hào)，以這種方式，在積分階段最小化了參考電壓源的電流負(fù)載。
按照本發(fā)明Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器的一種有益的改進(jìn)，第一開關(guān)器件由控制邏輯單元的控制信號(hào)切換，以便在積分階段把參考電壓源連接到電容器。
按照本發(fā)明Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器的另一個(gè)有益的改進(jìn)，第二開關(guān)器件由控制邏輯單元的控制信號(hào)切換，以便在采樣階段把電容器連接到模擬信號(hào)輸入端。
按照本發(fā)明Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器的另一個(gè)有益的改進(jìn)，第三開關(guān)器件由控制邏輯單元的控制信號(hào)切換，以便在積分階段把電容器連接到積分器。
最好根據(jù)數(shù)字轉(zhuǎn)換器的數(shù)字化輸出信號(hào)、參考電壓源與多個(gè)電容器之間的電位差產(chǎn)生所述控制信號(hào))。
在本發(fā)明Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器的優(yōu)選實(shí)施例中，各電容器具有相同的電容值。
最好提供三個(gè)參考電壓源。
在本發(fā)明Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器的優(yōu)選實(shí)施例中，第一參考電壓源具有參考電位，第二參考電壓源具有正電位，第三參考電壓源具有負(fù)電位。
第三參考電壓源的負(fù)電位和第二參考電壓源的正電位最好是與第一參考電壓源的參考電位平衡的。
本發(fā)明Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器最好是一種兩個(gè)模擬信號(hào)輸入的微分設(shè)計(jì)。
最好將一低通濾波器連到數(shù)字信號(hào)輸出端的下游。
在本發(fā)明Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器的優(yōu)選實(shí)施例中，積分器具有運(yùn)算放大器和至少一個(gè)積分電容器。
與本發(fā)明Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器的信號(hào)分辨率相比較，數(shù)字轉(zhuǎn)換器最好具有較低的信號(hào)分辨率。
積分器內(nèi)的運(yùn)算放大器最好具有高阻信號(hào)輸出。


下面參考顯示本發(fā)明關(guān)鍵特征的附圖描述本發(fā)明Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器的優(yōu)選實(shí)施例，其中，圖1是常規(guī)Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器的電路方框圖；圖2是采用現(xiàn)有技術(shù)SC電路的Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器的電路圖；圖3是本發(fā)明Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器的電路方框圖；圖4是本發(fā)明Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器的優(yōu)選實(shí)施例的電路圖；圖5是本發(fā)明Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器的參考電壓源的電流負(fù)載與常規(guī)Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器的參考電壓源的電流負(fù)載進(jìn)行比較的時(shí)序圖；圖6是本發(fā)明Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器的電路方框圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器包括至少兩個(gè)模擬信號(hào)輸入端1、2，用于供給模擬信號(hào)到減法單元或減法電路3，減法電路3包括多個(gè)在采樣階段采樣模擬輸入信號(hào)的電容器。積分階段，包括在減法單元3中的電容器通過(guò)連線4、5、6被切換到依賴控制信號(hào)的參考電壓源7、8、9。本發(fā)明的Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器也包括積分器10，其一端通過(guò)線11連接到減法單元3。積分器在積分階段暫時(shí)地積分減法單元3輸出的輸出信號(hào)，并通過(guò)線12輸出積分的信號(hào)到數(shù)字轉(zhuǎn)換器13。數(shù)字轉(zhuǎn)換器13執(zhí)行積分器10的輸出信號(hào)的模/數(shù)轉(zhuǎn)換，以便將數(shù)字化的輸出信號(hào)輸出到數(shù)字信號(hào)輸出14。本發(fā)明的Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器的輸出14通過(guò)反饋線15被反饋到控制邏輯單元16的輸入端?？刂七壿媶卧ㄟ^(guò)控制線17控制減法單元3內(nèi)的開關(guān)器件。
在圖3所示的本發(fā)明Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器的優(yōu)選實(shí)施例中，提供了三個(gè)參考電壓源7、8、9。參考電壓源7最好是具有正電位的正參考電壓源，第二參考電壓源8具有參考電位，第三參考電壓源9最好是具有負(fù)電位的負(fù)參考電壓源。正參考電壓源7的正電位和負(fù)參考電壓源9的負(fù)電位最好與參考電壓源8的參考電位平衡。例如，參考電位是地電位。
圖4示出與圖3電路方框圖一樣的本發(fā)明Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器的優(yōu)選實(shí)施例的電路圖。
減法單元3包括多個(gè)在采樣階段存儲(chǔ)電荷的電容器20。第一組電容器20-1A、20-2A...20-LA由開關(guān)器件21-1A、21-2A...21-LA切換到第一模擬信號(hào)輸入1，在該點(diǎn)呈現(xiàn)了模擬信號(hào)VINA。第二組電容器20-1B、20-2B...20-LB由開關(guān)器件21-1B、21-2B...21-LB切換到第二模擬信號(hào)輸入2，在該點(diǎn)呈現(xiàn)了第二模擬信號(hào)VINB。
減法單元3的電容器的輸入端通過(guò)導(dǎo)線4由可控制的開關(guān)器件22-1A、22-2A...22-LA和22-1B、22-2B...22-LB連接到依賴于控制邏輯單元16的控制信號(hào)的正參考電壓源7。
電容器通過(guò)導(dǎo)線5可由開關(guān)器件23-1A、23-2A...23-LA和23-1B、23-2B...23-LB切換到第二參考電壓源8。
電容器通過(guò)導(dǎo)線6也可由開關(guān)器件24-1A、24-2A...24-LA和24-1B、24-2B...24-LB切換到負(fù)參考電壓源9。
在輸出端，減法單元3的電容器可由開關(guān)器件25-1A、25-2A...25-LA和25-1B、25-2B...25-LB切換到共用地線26。
減法單元3的電容器20的第一組20-1A、20-2A...20-LA通過(guò)導(dǎo)線11A由開關(guān)器件27-1A、27-2A...27-LA連接到積分器10內(nèi)的操作放大器29的同相輸入端28。第二組20-1B、20-2B...20-LB通過(guò)導(dǎo)線11B由開關(guān)器件27-1B、27-2B...27-LB連接到積分器10內(nèi)的操作放大器29的反相輸入端29。減法單元3和積分器10之間的連接線11A通過(guò)導(dǎo)線31連接到積分器10的第一積分電容器32，積分電容器32的輸出端通過(guò)導(dǎo)線33連接到積分器10的第一輸出線12A。
減法單元3和積分器10之間的連接線11B通過(guò)導(dǎo)線34連接到積分器10的第二積分電容器35，積分電容器35的輸出端通過(guò)導(dǎo)線36連接到積分器10的第二輸出線12B。在輸出端，積分器10的運(yùn)算放大器29通過(guò)輸出導(dǎo)線12A、12B連接到數(shù)字轉(zhuǎn)換器13。
在采樣階段，第一組20-1A、20-2A...20-LA的所有電容器通過(guò)閉合開關(guān)器件21-1A、21-2A...21-LA連接到第一模擬信號(hào)輸入1，第二組電容器20-1B、20-2B...20-LB通過(guò)閉合開關(guān)器件21-1B、21-2B...21-LB連接到第二模擬信號(hào)輸入2。在采樣階段，按照第一模擬輸入信號(hào)VINA對(duì)第一組電容器20-1A、20-2A...20-LA充電，在采樣階段，按照第二模擬輸入信號(hào)VINB對(duì)第二組電容器20-1B、20-2B...20-LB充電。在采樣階段，閉合開關(guān)器件25-1A、25-2A...25-LA和25-1B、25-2B...25-LB，以便電容器的輸出端連接到地線26。完成采樣之后，通過(guò)打開開關(guān)器件21-1A、21-2A...21-LA和21-1B、21-2B...21-LB把電容器與模擬信號(hào)輸入斷開。同時(shí)，打開接地開關(guān)器件25-1A、25-2A...25-LA和25-1B、25-2B...25-LB把電容器與地線26斷開。開關(guān)器件由控制邏輯單元通過(guò)控制線17控制。
在確保積分階段，依賴于數(shù)字化反饋信號(hào)的值加到導(dǎo)線15，電容器20的左邊電容器板在控制邏輯單元16的控制下連接到參考電壓源7、8、9。根據(jù)所加的數(shù)字化反饋信號(hào)，控制邏輯單元16控制開關(guān)期間22連接到正參考電壓原7、開關(guān)期間23連接電容器到參考電壓源8、開關(guān)器件24連接電容器到負(fù)參考電壓源9。
完成積分階段時(shí)，電壓VOUTP(i)呈現(xiàn)在線12A、12B之間積分器10的輸出端，該輸出電壓VOUTP(i)依賴于前面的值VOUTP(i-1)、輸入電壓VINA(i-1/2)、積分階段，左邊電容器板連接到正參考電壓源VREFP的電容器的數(shù)量n、積分階段，左邊電容器板連接到參考電壓源8的中點(diǎn)的電容器的數(shù)量m。
完成積分階段VOUTP(i)之后，使用下列方程得到積分器10的輸出電壓
VOUTP(i)=VOUTP(i-1)+VINA(i-1/2)·L·CjACint-p(i)·|VREFP|·CjACint]]>+n(i)·|VREFN|·CjACint-m·VGND·CjACint=]]>VOUTP(i-1)+VINA(i-1/2)·L·CjACint-(p(i)-n(i))·VREF·CjACintwithVREF=VREFP=|VREFN|;----(10)]]>在積分階段，使用下述規(guī)則通過(guò)閉合開關(guān)22獲得左邊電容器板連接到正參考電壓源的電容器20的數(shù)量Pp(i)=round[L·VDIG(i)VREF]<=L,m(i)=L-p(i),n(i)=O forVDIG(i)>=0;----(11)]]>其中，VDIG(i)是數(shù)字轉(zhuǎn)換器13的數(shù)字化輸出信號(hào)。該值四舍五入后近似整數(shù)。
在積分階段，使用下述規(guī)則獲得左邊電容器板連接到負(fù)參考電壓源的電容器20的數(shù)量nn(i)=round[L·VDIG(i)VREF]<=Lm(i)=L-n(i),p(i)=0forVDIG(i)<=0;----(12)]]>其中，VDIG(i)是數(shù)字轉(zhuǎn)換器13的數(shù)字化輸出信號(hào)。
獲得了總(2L+1)不同反饋值。
所以，電荷可以被完全積分，在積分階段，所有電容器通過(guò)開關(guān)器件27連接到操作放大器29。
假設(shè)VDIG(i)～VINA(i)，VINA(i)＞0，參考電壓源的電流負(fù)載是
|dq_VREFP(i)|=p(i)·(VREFP-VINA(i))·CjA~L·Cj·VDIG(i)VREF·(VREFP-VINA(i));----(13)]]>|dq_VOND(i)|=m(i)·|(VOND-VINA(i))|·CjA~L·CjA·(1-VDIG(i)VREF)·VINA(i);----(14)]]>|dq_VPEFN(i)|＝0；(15)參考電壓源的微分負(fù)載是|dq_VREFP_diff(i)|=|dq_VREFN_diff(i)|=|dq_VREFP(i)|+|dq_VREFN(i)|=]]>=L·Cj·|VDIG(i)|VREF·(VREF-|VINA(i)|);----(16)]]>由第一模擬輸入信號(hào)VINA(i)和第二模擬輸入信號(hào)VINB(i)引起的參考電壓源的參考電位上的電荷轉(zhuǎn)移相互之間可以抵消|dq_VGNDdiff(i)|＝0； (17)因此，得到本發(fā)明Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器的參考電壓源的有效負(fù)載CeffVREF(i)=L·CjA·VDIG(i)VREF·(VREF-|VINA(i)|);----(18)]]>得到參考電壓源的最大有效負(fù)載|VDIG(i)|～|VINA(i)|～VREF/2(19)在此，參考電壓源的最大有效負(fù)載Ceff_max_VREF＝L/4·Cj； (20)得到參考電壓源的最小有效負(fù)載
|VDIO(i)|～|VINA(i)|～O or VREF(21)其中，參考電壓源的最小有效負(fù)載Ceff_min_VREF＝0.(22)從上述各方程可以看出，與圖2所示的現(xiàn)有技術(shù)的Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器相比較，參考電壓源的最大電流負(fù)載由4個(gè)因素減小。通過(guò)減小參考電壓源的最大電流負(fù)載，大大減小了信號(hào)-依賴的非線性。反之，對(duì)于相同程度的非線性，參考電壓源的尺寸可由4個(gè)因素減小。通過(guò)減小參考電壓源的負(fù)載，與常規(guī)Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器相比較，大大減小了本發(fā)明的Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器的非線性失真，增加了本發(fā)明的Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率。
在本發(fā)明的Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器中，當(dāng)施加具有小信號(hào)幅度VINA(i)～0的輸入信號(hào)時(shí)，參考電壓源的負(fù)載接近0，就是說(shuō)，信號(hào)-獨(dú)立。
本發(fā)明的Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，對(duì)于減法單元3內(nèi)的相同數(shù)量的電容器20，可能的反饋值的數(shù)量從(L＝1)增加到(2L+1)個(gè)不同反饋值。
此外，如圖4所示，本發(fā)明的Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器還有附加的有益特征。通過(guò)使用具有參考電位的附加參考電壓源8，由于本發(fā)明的Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器的微分實(shí)現(xiàn)，在正參考電壓源7的正電位不與負(fù)參考電壓源9的負(fù)電位平衡的情況下，不會(huì)產(chǎn)生各種非線性，就是說(shuō)，當(dāng)(VREFP-VGND)不等于(VGND-VREFN)時(shí)，用下面的公式表示d_VOUTP(i)=(VINA(i-1/2)-VGND)·L·CjACint-p(i)·(VREFP-VGND)·CjACint-m(i)·(VGND-VGND)·CjACint]]>d_VOUTN(i)=(VINA(i-1/2)-VGND)·L·CjACint-p(i)·(VREFN-VGND)·CjACint-m(i)·(VGND-VGND)·CjACint]]>d_VOUT(i)=d_VOUTP(i)-d_VOUTN(i)=(VINA(i-1/2)-VIND(i-1/2))·L·CjACint-p(i)·(VREFP-VREF]]>·CjACint;----(25)]]>在圖4所示的本發(fā)明Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器的優(yōu)選實(shí)施例中，提供了三個(gè)參考電壓源。
根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，可以使用具有更多參考電位的更多的參考電壓源。
本發(fā)明Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器的另一關(guān)鍵特征是在采樣階段，模擬輸入信號(hào)(VINA、VINB)不再需要全部充電電容器20。而是當(dāng)電容器的左電容器板由開關(guān)期間21連接到模擬輸入信號(hào)，電容器20的右電容器板由開關(guān)器件25連接到地線26，充電被平衡了。
采樣階段開始時(shí)的充電是qIN(i+)＝VDIG(i)xLxCj； (26)所以，所有電容器被充電到電荷qIN(i+1/2)＝VIN(i+1/2)·L·Cj(27)模擬輸入信號(hào)VIN(i)必須供給剩余電荷d_qIN(i+1/2)＝qIN(i+1/2)-qIN(i+)＝[VIN(i+1/2)-VDIG(i)]·L·Cj(26)在本發(fā)明Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器的模擬輸入信號(hào)的高過(guò)采樣和具有大量電容器的高分辨率的情況中，應(yīng)用下面的近似VDIG(i)→VIN(i+1/2) (29)其中，電荷轉(zhuǎn)移近似于0d_qIN(i)→0.
(30)在這種情況中，信號(hào)源的電流負(fù)載是可忽略的，所以信號(hào)-獨(dú)立。
圖5是本發(fā)明Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器的參考電壓源的電流負(fù)載與依賴于模擬輸入信號(hào)絕對(duì)值的常規(guī)Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行比較的時(shí)序圖；信號(hào)a表示模擬輸入信號(hào)的絕對(duì)值。圖5中的例子示出正弦曲線模擬輸入信號(hào)VIN。
曲線b示出圖2所示的常規(guī)現(xiàn)有技術(shù)Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器的電荷負(fù)載。
曲線c示出圖4所示的本發(fā)明Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器的參考電壓源的電荷負(fù)載。
通過(guò)比較曲線b和c可以看出，與常規(guī)Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行比較，本發(fā)明Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器的參考電壓源的電荷負(fù)載或電流負(fù)載大大減小了。在本發(fā)明的Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器中，參考電壓源的最大電流負(fù)載可由4個(gè)因素減小。
權(quán)利要求
1.一種Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器，包括至少一個(gè)模擬信號(hào)輸入(1、2)，用于供給模擬輸入信號(hào)；至少一個(gè)具有多個(gè)電容器(20)的減法單元(3)，用于在采樣階段采樣輸入信號(hào)，并能夠在積分階段把電容器(20)切換到依賴于控制信號(hào)的參考電壓源(7、8、9)；至少一個(gè)積分器(10)，用于在積分階段積分減法單元(3)的輸出信號(hào)；數(shù)字轉(zhuǎn)換器(13)，用于摸/數(shù)轉(zhuǎn)換積分器(10)的輸出信號(hào)，并把數(shù)字化的輸出信號(hào)輸出到數(shù)字信號(hào)輸出端(14)，以及包括控制邏輯單元(16)，用于產(chǎn)生控制信號(hào)，以這種方式，在積分階段最小化了參考電壓源(7、8、9)的電流負(fù)載。
2.按權(quán)利要求1所述的Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器，其特征在于控制信號(hào)切換第一開關(guān)器件(21)，用于在積分階段把電容器(20)連接到模擬信號(hào)輸入(1、2)。
3.按權(quán)利要求1或2所述的Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器，其特征在于控制信號(hào)切換第二開關(guān)器件(22、23、24)，以便在積分階段把參考電壓源(7、8、9)連接到電容器(20)。
4.按前述權(quán)利要求之一所述的Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器，其特征在于控制信號(hào)切換第三開關(guān)器件(27)，以便在積分階段把電容器(20)連接到積分器(10)。
5.按前述權(quán)利要求之一所述的Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器，其特征在于依賴于數(shù)字轉(zhuǎn)換器(13)的數(shù)字化輸出信號(hào)及參考電壓源(7、8、9)和多個(gè)電容器(20)之間的電位差產(chǎn)生所述控制信號(hào)。
6.按前述權(quán)利要求之一所述的Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器，其特征在于(各)電容器(20)具有相同的電容值。
7.按前述權(quán)利要求之一所述的Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器，其特征在于提供了三個(gè)參考電壓源(7、8、9)。
8.按前述權(quán)利要求之一所述的Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器，其特征在于第一參考電壓源(7)具有正電位，第二參考電壓源(8)具有參考電位，第三參考電壓源(9)具有負(fù)電位。
9.按權(quán)利要求8所述的Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器，其特征在于第一參考電壓源(7)的正電位和第三參考電壓源(9)的負(fù)電位與第二參考電壓源(8)的參考電位平衡。
10.按前述權(quán)利要求之一所述的Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器，其特征在于Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器是一種具有兩個(gè)模擬信號(hào)輸入(1、2)的微分設(shè)計(jì)。
11.按前述權(quán)利要求之一所述的Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器，其特征在于在數(shù)字信號(hào)輸出端(14)下游連接一個(gè)低通濾波器。
12.按前述權(quán)利要求之一所述的Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器，其特征在于積分器(10)具有運(yùn)算放大器(29)和至少一個(gè)積分電容器(32、35)。
13.按前述權(quán)利要求之一所述的Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器，其特征在于數(shù)字轉(zhuǎn)換器(13)的信號(hào)分辨率低。
14.按前述權(quán)利要求之一所述的Sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器，其特征在于運(yùn)算放大器(29)具有高阻信號(hào)輸入端。
全文摘要
一種Sigma－delta A/D轉(zhuǎn)換器，包括至少一個(gè)模擬信號(hào)輸入(1、2)，用于供給模擬輸入信號(hào)；具有多個(gè)電容器(20)的減法單元(3)，用于在采樣階段采樣輸入信號(hào)，并能夠在積分階段把電容器(20)切換到依賴于控制信號(hào)的參考電壓源(7、8、9)；至少一個(gè)積分器(10)，用于在積分階段積分減法單元(3)的輸出信號(hào)；數(shù)字轉(zhuǎn)換器(13)，用于摸/數(shù)轉(zhuǎn)換積分器(10)的輸出信號(hào)，并把數(shù)字化的輸出信號(hào)輸出到數(shù)字信號(hào)輸出端(14)，以及包括控制邏輯單元(16)，用于產(chǎn)生控制信號(hào)，以這種方式，在積分階段最小化了參考電壓源(7、8、9)的電流負(fù)載。
文檔編號(hào)H03M3/04GK1636323SQ00812186
公開日2005年7月6日 申請(qǐng)日期2000年8月2日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月4日
發(fā)明者彼得·拉澤爾 申請(qǐng)人:印芬龍科技股份有限公司