專利名稱：高精度模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，及更特定地是關(guān)于一種高精度模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，其可彌補(bǔ)在一開關(guān)式電容器ADC中因電容器失配所造成的錯(cuò)誤。
背景技術(shù)：
模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)可將模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。此類ADC被使用在許多應(yīng)用設(shè)備上，例如視頻、音頻及信號(hào)感測(cè)應(yīng)用設(shè)備。一種ADC為σ-δ轉(zhuǎn)換器(sigma-deltaconverter)，其運(yùn)用過(guò)度取樣(over-sampling)技術(shù)。此ADC大體上包括一模擬調(diào)變器部分及數(shù)字濾波與十進(jìn)制部分。此模擬調(diào)變器部分主要是將一模擬輸入信號(hào)在一非常高的取樣率，即大于尼奎斯特(Nyquist)率的取樣率下加以數(shù)字化，用以實(shí)現(xiàn)一噪聲整型功能。然后，該數(shù)字濾波部分允許該ADC達(dá)到一高分辨率。之后，十進(jìn)制被用來(lái)將有效取樣率降回至尼奎斯特率。
該模擬調(diào)變器部分可大體上包括一前饋式路徑，其具有一加總電路，一濾波器，及一單一位A/D轉(zhuǎn)換器。一后饋式路徑可進(jìn)一步包括一單一位數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)，其耦合至該單一位A/D轉(zhuǎn)換器的輸出及該加總電路，用以提供一負(fù)反饋信號(hào)給該加總電路。除了接收來(lái)自于該DAC的反饋信號(hào)之外，該加總電路亦接收一轉(zhuǎn)換用的輸入模擬信號(hào)。
在一具有一對(duì)用來(lái)接收一輸入模擬信號(hào)的輸入端的開關(guān)式電容器ADC中，一輸入開關(guān)數(shù)組被提供，該輸入開關(guān)數(shù)組包括一對(duì)被耦合至相關(guān)的輸入端的輸入電容器。此外，一具有一對(duì)積分電容器的積分器可如該濾波器般地作用。該積分器可進(jìn)一步被耦合至一比較器，其如該A/D轉(zhuǎn)換器般地作用。
理想下，該對(duì)輸入電容器彼此相匹配且該對(duì)積分電容器彼此相匹配。然而，某些電容器失配通常是無(wú)法避免的，因而造成失配增益(misma teched gain)及偏位(offset)。當(dāng)要求高精度ADC時(shí)，這樣會(huì)造成不期望的非線性及偏位問(wèn)題。
因此，需要一種可克服上述缺點(diǎn)，并可讓ADC在有電容器失配情形下仍具有較佳精確度性能的設(shè)備及方法。

發(fā)明內(nèi)容
依據(jù)本發(fā)明提供一種ADC，其包括一輸入開關(guān)數(shù)組，其具有一第一輸出及一第一輸入，及一第一輸入電容器，其耦合至該第一輸入與該第一輸出之間；該輸入開關(guān)數(shù)組也具有一第二輸出及一第二輸入，及一第二輸入電容器，其耦合至該第二輸入與該第二輸出之間；一積分器，其具有一第一積分器輸出及一第一積分器輸入及一第一積分器電容器，其耦合至該第一積分器輸入與該第一積分器輸出之間，該積分器亦具有一第二積分器輸出及一第二積分器輸入及一第二積分器電容器，其耦合至該第二積分器輸入與該第二積分器輸出之間；及一交叉開關(guān)數(shù)組，其耦合至該輸入開關(guān)數(shù)組與該積分器之間，且被建構(gòu)成可交替地將電荷從第一輸入電容器及第二輸入電容器傳送至第一積分電容器及第二積分電容器。
依據(jù)本發(fā)明的一ADC亦包括一交叉開關(guān)數(shù)組，其被建構(gòu)來(lái)在一第一電荷傳送時(shí)間區(qū)段期間將電荷從第一輸入電容器傳送至第一積分電容器及從第二輸入電容器傳送至第二積分電容器，且其中該交叉開關(guān)數(shù)組進(jìn)一步被建構(gòu)成在一第二電荷傳送時(shí)間區(qū)段期間將電荷從第一輸入電容器傳送至第二積分電容器及從第二輸入電容器傳送至第一積分電容器。
在另一實(shí)施例中，依據(jù)本發(fā)明的一種ADC亦包括一模擬調(diào)變器，其被建構(gòu)成用來(lái)接收一模擬輸入信號(hào)及輸出一經(jīng)過(guò)取樣的信號(hào)，其為該模擬輸入信號(hào)的代表；及一數(shù)字濾波器，其被建構(gòu)成用來(lái)接收該經(jīng)過(guò)取樣的信號(hào)及輸出一數(shù)字信號(hào)其為該模擬輸入信號(hào)的代表，其中該模擬調(diào)變器包括一前饋式路徑，其被建構(gòu)成用來(lái)接收該模擬輸入信號(hào)并將該經(jīng)過(guò)取樣的信號(hào)提供至該數(shù)字濾波器；及一反饋路徑其具有一數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)，其被建構(gòu)成用來(lái)接收該經(jīng)過(guò)取樣的信號(hào)并將該經(jīng)過(guò)取樣的信號(hào)轉(zhuǎn)換為一反饋模擬信號(hào)，其中該DAC包括一參考端，其被建構(gòu)成用來(lái)接收一參考信號(hào)；及一第一導(dǎo)電路徑其耦合至該參考端及一第一節(jié)點(diǎn)，其中該第一導(dǎo)電路徑包括一第一參考電容器及多個(gè)開關(guān)，其中該第一導(dǎo)電路徑的多個(gè)開關(guān)響應(yīng)多個(gè)相關(guān)控制信號(hào)，用以在一第一時(shí)間區(qū)段期間在該第一節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生一正參考信號(hào)，及在一第二時(shí)間區(qū)段期間在該第一節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生一負(fù)參考信號(hào)。
依據(jù)本發(fā)明的一應(yīng)用在一模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器中的模擬調(diào)變器包括一對(duì)輸入電容器，其包括一第一輸入電容器及一第二輸入電容器；一對(duì)積分電容器，其包括一第一積分電容器及一第二積分電容器；及一交叉開關(guān)數(shù)組，其耦合至該對(duì)輸入電容器與該對(duì)積分電容器之間，且被建構(gòu)成用來(lái)至一電荷傳送時(shí)間區(qū)段期間交叉地將該對(duì)輸入電容器耦合至該對(duì)積分電容器。
依據(jù)本發(fā)明的一DAC包括一參考端，其被建構(gòu)成用來(lái)接收一參考信號(hào)；及一第一導(dǎo)電路徑，其耦合至該參考端及一第一節(jié)點(diǎn)，其中該第一導(dǎo)電路徑包括一第一參考電容器及多個(gè)開關(guān)，其中該第一導(dǎo)電路徑的多個(gè)開關(guān)響應(yīng)多個(gè)相應(yīng)的控制信號(hào)，用以在一第一時(shí)間區(qū)段期間在該第一節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生一正參考信號(hào)，及、在一第二時(shí)間區(qū)段期間在該第一節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生一負(fù)參考信號(hào)。
在另一實(shí)施例中，依據(jù)本發(fā)明的一ADC包括一積分器，其具有一積分器輸入及一積分器輸出；一比較器，其具有一耦合至該積分器輸出的比較器輸入，其中該比較器被建構(gòu)成用來(lái)在一第一比較時(shí)間期間及一第二非重迭的比較時(shí)間期間輸出數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)樣本；及一反饋切換電路，其被建構(gòu)成用來(lái)接收一參考源及該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)樣本，并提供一反饋信號(hào)給該積分器，其中來(lái)自于該參考源的噪聲藉由一發(fā)生在第一比較時(shí)間區(qū)段之后、在第二比較時(shí)間區(qū)段之前的第一電荷傳送時(shí)間區(qū)段及第二非重迭的電荷傳送時(shí)間區(qū)段來(lái)將其消除。
依據(jù)本發(fā)明的一感測(cè)系統(tǒng)包括一電源，其具有一電力特性；一傳感器，其被建構(gòu)成用來(lái)感測(cè)該電力特性并提供代表該電力特性的一第一模擬信號(hào)及一第二模擬信號(hào)；及一ADC，其被建構(gòu)成用來(lái)接收該第一及第二模擬信號(hào)并提供代表該第一及第二模擬信號(hào)的一數(shù)字信號(hào)，其中該ADC包括一輸入開關(guān)數(shù)組，其具有一第一輸出及一第一輸入及一耦合至該第一輸入與該第一輸出之間的第一輸入電容器，該輸入開關(guān)數(shù)組亦具有一第二輸出及一第二輸入及一耦合至該第二輸入與該第二輸出之間的第二輸入電容器，其中該第一輸入被建構(gòu)成用來(lái)接收該第一模擬信號(hào)，且該第二輸入被建構(gòu)成用來(lái)接收該第二模擬信號(hào)；一積分器，其具有一第一積分器輸出，一第一積分器輸入及一耦合至該第一積分器輸入與該第一積分器輸出之間的第一積分電容器；該積分器亦具有一第二積分器輸出、一第二積分器輸入及一耦合至該第二積分器輸入與該第二積分器輸出之間的第二積分電容器；及一交叉開關(guān)數(shù)組，其耦合至該輸入開關(guān)數(shù)組與該積分器之間，且被建構(gòu)成用來(lái)交替地將電荷從該第一輸入電容器及第二輸入電容器傳送至該第一積分電容器及該第二積分電容器。
依據(jù)本發(fā)明的一種將模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器中的電荷從一第一輸入電容器及一第二輸入電容器傳送至一第一積分電容器及一第二積分電容器的方法包括以下的步驟在一第一電荷傳送時(shí)間區(qū)段期間將電荷從第一輸入電容器傳送至第一積分電容器，及從第二輸入電容器傳送至第二積分電容器；及在一第二電荷傳送時(shí)間區(qū)段期間將電荷從第一輸入電容器傳送至第二積分電容器，及從第二輸入電容器傳送至第一積分電容器。
依據(jù)本發(fā)明的一種將一輸入模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字輸出樣本的方法包括以下的步驟在一第一及第三非重迭的時(shí)間區(qū)段期間用該輸入模擬信號(hào)來(lái)對(duì)一第一輸入電容器及一第二輸入電容器充電；及在一第二及第四非重迭的時(shí)間區(qū)段期間將電荷交替地從該第一輸入電容器及第二輸入電容傳送至一第一積分電容器及一第二積分電容器。
依據(jù)本發(fā)明之一種將ADC內(nèi)的電荷取樣并傳送的方法包含以下的步驟提供一第一模擬信號(hào)給該ADC的一第一輸入端及提供一第二模擬信號(hào)給該ADC的一第二輸入端；在一第一取樣時(shí)間區(qū)段期間在一第一輸入電容器處對(duì)該第一模擬信號(hào)取樣，及在該第一取樣時(shí)間區(qū)段期間于一第二輸入電容器處對(duì)該第二模擬信號(hào)取樣；在一第一電荷傳送時(shí)間區(qū)段期間，將被該第一輸入電容器取樣的電荷傳送至一第一積分電容器，及將被該第二輸入電容器取樣的電荷傳送至一第二積分電容器；在一第二取樣時(shí)間區(qū)段期間在該第一輸入電容器處對(duì)該第二模擬信號(hào)取樣，及在第二輸入電容器處對(duì)該第一模擬信號(hào)取樣；及在一第二電荷傳送時(shí)間區(qū)段期間，將被該第一輸入電容器取樣的電荷傳送至該第二積分電容器，及將被該第二輸入電容器取樣的電荷傳送至該第一積分電容器。
最后，依據(jù)本發(fā)明的一種應(yīng)用在一DAC中用來(lái)降低來(lái)自一參考信號(hào)源的噪聲影響的方法，其中該DAC被耦合至一ADC的反饋路徑，該方法包括以下的步驟在一第一及第三非重迭時(shí)間區(qū)段期間，用該參考信號(hào)對(duì)該DAC的一第一參考電容器及一第二參考電容器充電；在一第二及第四非重迭的時(shí)間區(qū)段期間，將電荷交替地從第一參考電容器及第二參考電容器傳送至一第一積分電容器及一第二積分電容器；及在一第五時(shí)間區(qū)段中將被傳送的電荷與一參考電荷相比較，其中該第三時(shí)間區(qū)段是在第二時(shí)間區(qū)段之后發(fā)生，及該第五時(shí)間區(qū)段是在第四時(shí)間區(qū)段之后發(fā)生的。


為了要更好地了解本發(fā)明的其它目的、特征及優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)參考附圖來(lái)閱讀以下的具體實(shí)施方式
，其中相同的標(biāo)號(hào)代表相同的組件圖1所示為本發(fā)明的一ADC的典型應(yīng)用的方塊圖；圖2所示為一方塊圖，其示出本發(fā)明的一具有一模擬調(diào)變器及一數(shù)字濾波部分的ADC；圖3A所示為本發(fā)明的一ADC的模擬調(diào)變器部分的電路圖；及圖3B所示為圖3A的一時(shí)序圖。
具體實(shí)施例方式
參考圖1，一依據(jù)本發(fā)明的包括一感測(cè)電阻102及一ADC108的典型感測(cè)系統(tǒng)100被示出。本領(lǐng)域技術(shù)人員可了解到依據(jù)本發(fā)明的ADC108可應(yīng)用在多種用來(lái)接收多種輸入模擬信號(hào)(如電壓或電流信號(hào))的系統(tǒng)及感測(cè)系統(tǒng)中。在圖1的典型系統(tǒng)100中，一電流傳感器，如感測(cè)電阻102，與一電源串聯(lián)，該電源如可再充電電池106(如鋰電池、鎳鎘電池或鎳氫電池)。感測(cè)電阻102可藉由提供一對(duì)輸入模擬信號(hào)至該ADC108的輸入端107、109而被用來(lái)感測(cè)來(lái)自電池106的充電電流及放電電流。
來(lái)自電池106的充電及放電電流是藉由測(cè)量該感測(cè)電阻102的電壓而被間接地感測(cè)，因?yàn)槌潆娀蚍烹婋娏髦档扔诙?10與112的被測(cè)得的電壓值除以該感測(cè)電阻102的電阻值。為了要減少感測(cè)電阻102所浪費(fèi)掉的電力，許多應(yīng)用使用了一感測(cè)電阻，其具有一小預(yù)定值，例如大約10mΩ。因此，該感測(cè)電阻102輸入到該ADC108的電壓也相當(dāng)?shù)匦?，例如大約20mV。因此，需要一依據(jù)本發(fā)明的高精度ADC108來(lái)接收及精確地轉(zhuǎn)換此很小的模擬輸入信號(hào)成為一數(shù)字信號(hào)。
此外，一依據(jù)本發(fā)明的ADC108亦可具有檢測(cè)此類比地極稍高或稍低的低壓模擬信號(hào)。這是因?yàn)樨?fù)電池端111典型地為系統(tǒng)的地極使得當(dāng)對(duì)電池106充電時(shí)，該充電電流以一從端110向端112的方向流動(dòng)，如圖1所示。因此，在此例中，感測(cè)電阻102的電壓為正，如V＝(Vsense+)-(Vsense-)，其中(Vsense+)＞(Vsense-)。相反地，充電電流以反方向流動(dòng)使得感測(cè)電阻102的電壓為負(fù)，如V＝(Vsense+)-(Vsense-)，其中(Vsense+)＜(Vsense-)。
參考圖2，一典型ADC208的方塊圖被示出。該典型ADC 208為一σ-δ過(guò)度取樣(over-sampling)ADC，其包括一模擬調(diào)變器部分202及一數(shù)字濾波器部分204。通常，該模擬調(diào)變器部分202接收一輸入模擬信號(hào)，并提供一高頻1位數(shù)據(jù)流給該數(shù)字濾波器部分204。該輸入模擬信號(hào)可以是任何種類的模擬信號(hào)，如電流或電壓信號(hào)。例如，在一例子中，該模擬信號(hào)可以是一電壓信號(hào)，如取自圖1的感測(cè)電阻102電壓的電壓信號(hào)。
該模擬調(diào)變器部分202以一等于Fs×OSR的高取樣頻率對(duì)該輸入模擬信號(hào)取樣，其中該Fs為奈奎斯特(Nyquist)頻率及OSR為奈奎斯特頻率的過(guò)度取樣率。對(duì)于一給定的模擬輸入信號(hào)而言，其具有等于fmax的最高頻率部分，該奈奎斯特頻率為2fmax或是該最高頻率部分的兩倍。該模擬調(diào)變器202將輸入模擬信號(hào)轉(zhuǎn)為一連續(xù)的1/0數(shù)字流，其速率是由取樣頻率速率或Fs×OSR來(lái)決定的。該模擬調(diào)變器部分可包括一低通濾波器206，一比較器211，及在一連接至一加總電路212的負(fù)反饋回路中的1位DAC210。
該比較器211的僅具有1位分辨率的高量子化噪聲在信號(hào)頻帶(＜Fs/2)中可能被該低通濾波器206的高增益在低頻時(shí)抑制。該噪聲在高頻時(shí)雖不能被該低通濾波器206抑制，但其典型地是在信號(hào)頻帶的范圍之外并可被該數(shù)字低通濾波器212過(guò)濾掉。該數(shù)字低通濾波器212接收來(lái)自于該模擬調(diào)變器部分202的高頻1位數(shù)據(jù)并加以處理，及對(duì)該信號(hào)加以低通濾波用以在正常的奈奎斯特頻率Fs下輸出一非常高的分辨率，如高于14位。
隨著該低通濾波器206的等級(jí)該模擬調(diào)變器202可如第一等級(jí)調(diào)變器、第二等級(jí)調(diào)變器等等般地作用。理論上，OSR愈高則可獲得的分辨率就愈高，且調(diào)變器的等級(jí)愈高則可獲得的分辨率就愈高。在如圖1所示的電源感測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用中，該輸入模擬信號(hào)，或在此例子中該感測(cè)電阻102的電壓，典型地為一低頻電壓信號(hào)。因此，一非常高的OSR，如OSR＝4096或OSR＝8192，可被選擇用于在此類應(yīng)用中。對(duì)于此類應(yīng)用而言，即使是一第一等級(jí)模擬調(diào)變器亦可達(dá)到一高于14位分辨率的高精度結(jié)果。因此，依據(jù)本發(fā)明的一第一等級(jí)調(diào)變器將參照?qǐng)D3A及圖3B在此加以詳細(xì)說(shuō)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員將可了解到其它應(yīng)用可能需要不同等級(jí)的模擬調(diào)變器及OSR值用以達(dá)到特定應(yīng)用所期望的精度。
參考圖3A，一依據(jù)本發(fā)明的高精度ADC的第一等級(jí)模擬調(diào)變器部分302的電路圖被示出。圖3B為圖3A的電路的時(shí)序圖。該模擬調(diào)變器302大體上包括一輸入開關(guān)數(shù)組319，一交叉開關(guān)數(shù)組314，一積分器306，一比較器308，一1位DAC310，及一DAC開關(guān)數(shù)組312。該輸入開關(guān)數(shù)組進(jìn)一步包括一對(duì)輸入端322、324，用來(lái)接收來(lái)自圖1所示的該典型應(yīng)用的輸入模擬信號(hào)，如Vsense+或Vsense-。本領(lǐng)域技術(shù)人員將可了解到任何種類的輸入模擬信號(hào)都可被輸入到該輸入端322、324。此輸入模擬信號(hào)亦可以是一差分輸入對(duì)。
該輸入開關(guān)數(shù)組319進(jìn)一步包括一對(duì)輸入電容器C1A，C1B用來(lái)在不同的取樣時(shí)間對(duì)該輸入模擬信號(hào)取樣，這將在下文中詳細(xì)說(shuō)明。較佳地，該交叉開關(guān)數(shù)組314耦合至該輸入開關(guān)數(shù)組319與該積分器306之間，用以交替地將電荷從該對(duì)輸入電容器C1A、C1B傳送至該對(duì)積分電容器CF1A、CF1B，在此參照?qǐng)D3B的時(shí)序圖加以進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。該負(fù)反饋可由一反饋開關(guān)數(shù)組312構(gòu)成，其部分地被來(lái)自該比較器308的1位數(shù)據(jù)流Y所控制。
圖3中不同的開關(guān)數(shù)組319、314、312的不同的開關(guān)及其它開關(guān)響應(yīng)于圖3B時(shí)序圖所示的不同的控制信號(hào)φ1、φ2、φ1P、φ2P、φ21及φ22，且所有的控制信號(hào)都是非重迭的。因此，圖3的開關(guān)S1至S20每一個(gè)都被標(biāo)以一相關(guān)聯(lián)的控制信號(hào)φ1、φ2、φ1P、φ2P、φ21或φ22。該控制信號(hào)φ1、φ2、φ1P、φ2P、φ21及φ22是由一時(shí)序電路326所提供的。該時(shí)序電路326可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員所了解的任何種類架構(gòu)用來(lái)提供適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)φ1、φ2、φ1P、φ2P、φ21及φ22。通常，當(dāng)與一開關(guān)相關(guān)聯(lián)的一控制信號(hào)為”高”時(shí)，該開關(guān)會(huì)被閉合因而導(dǎo)通電流。相反地，當(dāng)與一開關(guān)相關(guān)聯(lián)的一控制信號(hào)為”低”時(shí)，該開關(guān)會(huì)被斷開因而不導(dǎo)通電流。本領(lǐng)域技術(shù)人員亦可了解到其它開關(guān)及控制信號(hào)架構(gòu)亦可被使用在依據(jù)本發(fā)明的一ADC中作為替代開關(guān)及控制信號(hào)。
該輸入開關(guān)數(shù)組319可包括多個(gè)開關(guān)S1，S2，S3及S4。此類開關(guān)可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的任何種類的開關(guān)，如CMOS晶體管可提供此種切換功能。該交叉開關(guān)數(shù)組314亦包括多個(gè)開關(guān)S7，S8，S19及S20。該反饋開關(guān)數(shù)組312亦可包括多個(gè)開關(guān)S15、S16、S17及S18。最終，該1位DAC310亦可包括多個(gè)開關(guān)S9、S10、S11、S12、S13及S14。
依據(jù)本發(fā)明的一高精度ADC的典型的第一等級(jí)模擬調(diào)變器部分302的操作包括上述不同開關(guān)的操作在內(nèi)，將在此參照?qǐng)D3B的時(shí)序圖加以說(shuō)明。首先，在時(shí)間區(qū)段T1期間，控制信號(hào)φ1、φ1P及φcomp為高，而所有其它控制信號(hào)都為低。因此，那些響應(yīng)控制信號(hào)φ1及φ1P的開關(guān)被閉合，而其它的開關(guān)則保持?jǐn)嚅_。因此，1位DAC310的開關(guān)S9、S12、S13及S14在時(shí)間區(qū)段T1期間是被閉合的。此外，輸入開關(guān)數(shù)組319的開關(guān)S1及S2在時(shí)間區(qū)段T1期間亦是被閉合的。此外，開關(guān)S5及S6在時(shí)間區(qū)段T1期間是被閉合的。
因此，該輸入電容器C1A經(jīng)由閉合的開關(guān)S1從輸入端322預(yù)取樣一輸入模擬信號(hào)，如Vsense+，而另一輸入電容器C1B經(jīng)由閉合的開關(guān)S2在另一輸入端324預(yù)取樣一輸入模擬信號(hào)，如Vsense-。DAC310的一參考電容器CR1A經(jīng)由閉合的開關(guān)S9取樣一參考信號(hào)，如一參考電壓Vref，而另一參考電容器CR1B則經(jīng)由閉合的開關(guān)S12及S14放電至地極。該參考信號(hào)可以是任何種類的參考信號(hào)，如一電壓或電流信號(hào)。圖3A所示的參考電壓信號(hào)Vref可從任何種類的來(lái)源被提供，其視應(yīng)用而定。
在第二時(shí)間區(qū)段T2期間，控制信號(hào)φ2、φ2P及φ21為高，而其它所有控制信號(hào)皆為低。因此，在時(shí)間區(qū)段T2期間輸入開關(guān)數(shù)組319的開關(guān)S3及S4是閉合的，而開關(guān)S1及S2則是斷開的。交叉開關(guān)數(shù)組314的開關(guān)S7及S8是閉合的，且DAC310的開關(guān)S10及S11在時(shí)間區(qū)段T2期間是閉合的。因此，輸入電容器C1A將其在T1時(shí)間區(qū)段中預(yù)取樣的電荷傳送至積分電容器CF1A，及輸入電容器C1B將其在T1時(shí)間區(qū)段中預(yù)取樣的電荷傳送至積分電容器CF1B。
較佳地，因?yàn)樵跁r(shí)間區(qū)段T2期間開關(guān)S4被閉合且開關(guān)S1被斷開，所以輸入電容器C1A被耦合至該輸入電壓端324而非地極。這讓該電容器C1A的一預(yù)定的電容值可以是其耦合至地極時(shí)的一半，因?yàn)楸粋魉偷碾姾杀挥行У丶颖?。相似地，因?yàn)殚_關(guān)S3被閉合且開關(guān)S2被斷開，所以另一輸入電容器C1B被耦合至輸入電壓端322而非地極。因此，該輸入電容器C1B的一預(yù)定的電容值可以是其在此時(shí)間區(qū)段期間耦合至地極時(shí)的一半。輸入電容器C1A、C1B的電容值較小可節(jié)省在集成電路(IC)中的面積，這在現(xiàn)今的IC上是很重要的。
而且，在時(shí)間區(qū)段T2期間，開關(guān)S10及S11被閉合，所以一負(fù)參考信號(hào)，如-Vref，在節(jié)點(diǎn)C產(chǎn)生，且一正參考信號(hào)，如+Vref，在節(jié)點(diǎn)D產(chǎn)生。該反饋開關(guān)數(shù)組312將根據(jù)二進(jìn)制反饋信號(hào)Y把節(jié)點(diǎn)C與節(jié)點(diǎn)A耦合在一起，節(jié)點(diǎn)D與節(jié)點(diǎn)B耦合在一起，或?qū)⒐?jié)點(diǎn)C與節(jié)點(diǎn)B耦合在一起，節(jié)點(diǎn)C與節(jié)點(diǎn)D耦合在一起，這視Y是0或1而定。例如，如果Y＝1，開關(guān)S15及S16被閉合，而開關(guān)S17與S18被斷開。因此，節(jié)點(diǎn)C會(huì)經(jīng)由閉合的開關(guān)S15耦合至節(jié)點(diǎn)A，及節(jié)點(diǎn)D會(huì)經(jīng)由閉合的開關(guān)S16耦合至節(jié)點(diǎn)B。或者，如果反饋信號(hào)Y＝0，開關(guān)S15及S16被斷開而開關(guān)S17及S18被閉合。因此，節(jié)點(diǎn)C會(huì)經(jīng)由閉合的開關(guān)S17耦合至節(jié)點(diǎn)B，及節(jié)點(diǎn)D會(huì)經(jīng)由閉合的開關(guān)S18耦合至節(jié)點(diǎn)A。
在時(shí)間區(qū)段T3期間，時(shí)鐘信號(hào)φ1及φ2P為高，而其所有其它的時(shí)鐘信號(hào)皆為低。因此，在時(shí)間區(qū)段T3期間，開關(guān)S3及S4被閉合，而開關(guān)S1及S2被斷開。因此，輸入電容器C1A經(jīng)由閉合的開關(guān)S4在輸入端324對(duì)該輸入模擬信號(hào)預(yù)取樣，及另一輸入電容器C1B經(jīng)由閉合的開關(guān)S3在輸入端322處對(duì)該輸入模擬信號(hào)預(yù)取樣。此外，在時(shí)間區(qū)段T3期間，DAC310的開關(guān)S10、S11、S13及S14被閉合，而DAC的開關(guān)S9及S12則被斷開。因此，該1位DAC310的參考電容器CR1A經(jīng)由閉合的開關(guān)S11及S13被放電至地極，而另一參考電容器CR1B則經(jīng)由閉合的開關(guān)S10對(duì)該參考信號(hào)(如參考電壓Vref)預(yù)取樣。
因?yàn)榭刂菩盘?hào)φ21及φ22在時(shí)間區(qū)段T3期間為低，所以交叉開關(guān)數(shù)組306的開關(guān)S7、S8、S19及S20被斷開，因此在時(shí)間區(qū)段T3期間不會(huì)有電荷從輸入電容器C1A，C1B被傳送至積分電容器CF1A，CF1B。
在時(shí)間區(qū)段T4期間，控制信號(hào)φ2、φ1P及φ22為高，而其余的時(shí)鐘信號(hào)皆為低。因此，開關(guān)S1及S2被閉合而開關(guān)S3及S4被斷開。此外，交叉開關(guān)數(shù)組314的開關(guān)S19及S20被閉合，而開關(guān)S7及S8則被斷開。因此，輸入電容器C1A最好是將其在時(shí)間區(qū)段T3期間所累積的預(yù)取樣的電荷經(jīng)由閉合的開關(guān)S19傳送至積分電容器CF1B。此外，另一輸入電容器C1B將其在時(shí)間區(qū)段T3期間所累積的預(yù)取樣的電荷經(jīng)由閉合的開關(guān)S20傳送至積分電容器CF1A。以此方式，交叉開關(guān)數(shù)組314被建構(gòu)成可在時(shí)間區(qū)段T2期間將電荷從輸入電容器C1A傳送至積分電容器CF1A及從輸入電容器C1B傳送至積分電容器CF1B，然后交替地在另一時(shí)間區(qū)段T4期間將電荷從輸入電容器C1A傳送至積分電容器CF1B及從輸入電容器C1B傳送至積分電容器CF1A。因此，該交叉開關(guān)數(shù)組314交叉地將輸入電容器C1A，C1B耦合至積分電容器CF1A，CF1B。
與時(shí)間區(qū)段T2相似地，在時(shí)間區(qū)段T4期間輸入電容器C1A經(jīng)由閉合的開關(guān)S1耦合至該輸入端322，及輸入電容器C1B經(jīng)由閉合的開關(guān)S2耦合至該輸入端324。如果輸入端322接收來(lái)自于圖1的感測(cè)電阻102的Vsense+，且第二輸入端324接收來(lái)自于感測(cè)電阻102的Vsense-，則輸入電容器C1A、C1B會(huì)被連接至這兩個(gè)端而不會(huì)接地。藉此有效地將傳送電荷加倍，且可讓輸入電容器C1A、C1B的值成為其接地情況時(shí)的一半。
同樣是在時(shí)間區(qū)段T4期間，開關(guān)S9及S12被閉合，而在該1位DAC310上的其它開關(guān)皆被斷開。因此，-Vref在節(jié)點(diǎn)D處產(chǎn)生且+Vref在節(jié)點(diǎn)C處產(chǎn)生。如上文詳細(xì)說(shuō)明的時(shí)間區(qū)段T2，該反饋開關(guān)數(shù)組312將根據(jù)反饋信號(hào)Y把節(jié)點(diǎn)C與節(jié)點(diǎn)A耦合在一起及節(jié)點(diǎn)D與節(jié)點(diǎn)B耦合在一起，或?qū)⒐?jié)點(diǎn)C與節(jié)點(diǎn)B耦合在一起及節(jié)點(diǎn)A與節(jié)點(diǎn)D耦合在一起。因此可看出，在時(shí)間區(qū)段T2期間，經(jīng)由適當(dāng)?shù)臅r(shí)序控制，+Vref經(jīng)由電容器CR1B在節(jié)點(diǎn)D產(chǎn)生及-Vref經(jīng)由電容器CR1A在節(jié)點(diǎn)C產(chǎn)生，且在時(shí)間區(qū)段T4期間，+Vref經(jīng)由電容器CR1A在節(jié)點(diǎn)C產(chǎn)生及-Vref經(jīng)由電容器CR1B在節(jié)點(diǎn)D產(chǎn)生。因此，+Vref及-Vref經(jīng)由電容器CR1A及CR1B交替地被產(chǎn)生在節(jié)點(diǎn)C及節(jié)點(diǎn)D。
時(shí)間區(qū)段T5與時(shí)間區(qū)段T1相似，其中控制信號(hào)φ1、φ1P及φcomp為高，而其余的時(shí)鐘信號(hào)皆為低。因此，在時(shí)間區(qū)段T5期間，該比較器308接收來(lái)自該積分器306的積分結(jié)果，并以O(shè)SR×Fs的速率產(chǎn)生一1位數(shù)據(jù)輸出流Y。因此，該比較器308如一1位ADC般地作用。
依據(jù)本發(fā)明的一ADC的模擬調(diào)變部分302具有數(shù)項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。首先，該輸入開關(guān)數(shù)組319在電荷傳送時(shí)間區(qū)段(如時(shí)間區(qū)段T2及T4)期間能夠在交互的輸入端322、324處交叉取樣該輸入信號(hào)。這可有效地將傳送電荷加倍，且讓輸入電容器C1A、C1B的值成為其接地時(shí)的一半。
此外，該交叉開關(guān)數(shù)組314被建構(gòu)成可讓該輸入電容器C1A在一時(shí)間區(qū)段(如時(shí)間區(qū)段T2)期間將其電荷傳送至積分電容器CF1A，然后在另一時(shí)間區(qū)段(如時(shí)間區(qū)段T4)期間交替地將電荷傳送至另一積分電容器CF1B。相似地，該交叉開關(guān)數(shù)組314被建構(gòu)成可讓該輸入電容器C1B在一時(shí)間區(qū)段(如時(shí)間區(qū)段T2)期間將其電荷傳送至積分電容器CF1B，然后在另一時(shí)間區(qū)段(如時(shí)間區(qū)段T4)期間交替地將電荷傳送至另一積分電容器CF1A。因此，因輸入電容器C1A、C1B與積分電容器CF1A、CF1B之間的失配所造成的非線性及偏移即可被有效地消除。此外，輸入模擬信號(hào)(如Vsens+及Vsens-)的完美對(duì)稱也不被要求了。若沒(méi)有此架構(gòu)，C1A/C1B與CF1A/CF1B之間的增益失配可能發(fā)生，從而導(dǎo)致一對(duì)于需要高精密ADC應(yīng)用所不期望的結(jié)果。
本發(fā)明的另一項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)是對(duì)于1位DC310而言，+Vsens及-Vsens是在該DAC310的開關(guān)S9、S10、S11、S12、S13及S14被圖3B的時(shí)序圖所示的控制信號(hào)的控制下在節(jié)點(diǎn)C及節(jié)點(diǎn)D被交替地產(chǎn)生。因此，因參考電容器CR1A與另一參考電容器CR1B的失配所造成的非線性及偏移亦可被有效地消除。
此外，因?yàn)樵诘谝槐容^階段(如時(shí)間區(qū)段T1)與第二比較階段(如時(shí)間區(qū)段T5)之間有兩個(gè)傳送或積分階段，如時(shí)間區(qū)段T2及時(shí)間區(qū)段T4，所以參考源信號(hào)(如Vref)的噪聲影響可被顯著地消除。這可降低對(duì)參考源的噪聲要求。例如，在時(shí)間區(qū)段T2期間積分的低頻噪聲在時(shí)間區(qū)段T4期間將被顯著地消除。理論上，此效果等于該Vref噪聲的第一等級(jí)高通濾波。一使用電壓參考源的仿真顯示出由于這種加倍取樣的設(shè)計(jì)，Vref的低頻噪聲受到一12dB的抑制。因此，對(duì)于這樣的一參考電壓源的噪聲要求可大大地降低。
此外，操作放大器350的偏移及低頻噪聲可由如圖3A所示的剪除-穩(wěn)定技術(shù)、或相關(guān)的加倍取樣(CDS)技術(shù)、或自動(dòng)歸零技術(shù)被減輕或消除。此類剪除-穩(wěn)定技術(shù)、相關(guān)的加倍取樣(CDS)技術(shù)及自動(dòng)歸零技術(shù)為本領(lǐng)域技術(shù)人員所了解，因此將不再于本文中贅述。
在本文中所描述的實(shí)施例只是許多可使用本發(fā)明的實(shí)例中的一些例子，且只是作為舉例的目的而非作為限制的目的被舉出。很明顯的是，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是很顯而易見的許多其它的實(shí)施例都可在不偏離本發(fā)明的精神及范圍下被達(dá)成。
權(quán)利要求
1.一模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，其至少包括一輸入開關(guān)數(shù)組，其具有一第一輸出、一第一輸入及一第一輸入電容器，其耦合至該第一輸入與該第一輸出之間，該輸入開關(guān)數(shù)組亦具有一第二輸出、一第二輸入及一第二輸入電容器，其耦合至該第二輸入與該第二輸出之間；一積分器，其具有一第一積分器輸出、一第一積分器輸入及一第一積分器電容器其耦合至該第一積分器輸入與該第一積分器輸出之間，該積分器亦具有一第二積分器輸出、一第二積分器輸入及一第二積分器電容器其耦合至該第二積分器輸入與該第二積分器輸出之間；及一交叉開關(guān)數(shù)組，其耦合至該輸入開關(guān)數(shù)組與該積分器之間，且被建構(gòu)成用來(lái)交替地將電荷從該第一輸入電容器及該第二輸入電容器傳送至該第一積分電容器與該第二積分電容器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，其中該交叉開關(guān)數(shù)組被建構(gòu)成用來(lái)在一第一電荷傳送時(shí)間區(qū)段期間將電荷從該第一輸入電容器傳送至該第一積分電容器，及在一第二電荷傳送時(shí)間區(qū)段期間將電荷從該第一輸入電容器傳送至該第二積分電容器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，其中該交叉開關(guān)數(shù)組被建構(gòu)成用來(lái)在一第一電荷傳送時(shí)間區(qū)段期間將電荷從該第二輸入電容器傳送至該第二積分電容器，及在一第二電荷傳送時(shí)間區(qū)段期間將電荷從該第二輸入電容器傳送至該第一積分電容器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，其中該交叉開關(guān)數(shù)組被建構(gòu)成用來(lái)在一第一電荷傳送時(shí)間區(qū)段期間將電荷從該第一輸入電容器傳送至該第一積分電容器，及從該第二輸入電容器傳送至該第二積分電容器；且其中該交叉開關(guān)數(shù)組被進(jìn)一部建構(gòu)成用來(lái)在一第二電荷傳送時(shí)間區(qū)段期間將電荷從該第一輸入電容器傳送至該第二積分電容器，及從該第二輸入電容器傳送至該第一積分電容器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，其中該第一輸入電容器及該第二輸入電容器在一取樣時(shí)間區(qū)段期間可從一輸入模擬信號(hào)取樣電荷，其中該取樣時(shí)間區(qū)段是在該第一電荷傳送時(shí)間區(qū)段之前發(fā)生的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，其中該交叉開關(guān)數(shù)組包括一第一開關(guān)，其具有一耦合至該第一輸入電容器的第一端及一耦合至該第一積分電容器的第二端；一第二開關(guān)，其具有一耦合至該第二輸入電容器的第一端及一耦合至該第二積分電容器的第二端；一第三開關(guān)，其具有一耦合至該第一輸入電容器的第一端及一耦合至該第二積分電容器的第二端；及一第四開關(guān)，其具有一耦合至該第二輸入電容器的第一端及一耦合至該第一積分電容器的第二端，其中該第一開關(guān)及該第二開關(guān)被建構(gòu)成在一第一電荷傳送時(shí)間區(qū)段期間是閉合的，且該第三開關(guān)及第四開關(guān)被建構(gòu)成在該第一電荷傳送時(shí)間區(qū)段期間是斷開的，用以將電荷從該第一輸入電容器傳送至該第一積分電容器及將電荷從該第二輸入電容器傳送至該第二積分電容器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，其中該第一開關(guān)與該第二開關(guān)被建構(gòu)成在一第二電荷傳送時(shí)間區(qū)段期間是斷開的，且該第三開關(guān)及第四開關(guān)被建構(gòu)成在該第二電荷傳送時(shí)間區(qū)段期間是閉合的，用以將電荷從該第一輸入電容器傳送至該第二積分電容器及將電荷從該第二輸入電容器傳送至該第一積分電容器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，其中該交叉開關(guān)數(shù)組包括一第一開關(guān)，其具有一耦合至該第一輸入電容器的第一端及一耦合至該第一積分電容器的第二端；一第二開關(guān)，其具有一耦合至該第二輸入電容器的第一端及一耦合至該第二積分電容器的第二端；一第三開關(guān)，其具有一耦合至該第一輸入電容器的第一端及一耦合至該第二積分電容器的第二端；及一第四開關(guān)，其具有一耦合至該第二輸入電容器的第一端及一耦合至該第一積分電容器的第二端，其中該第一開關(guān)與該第二開關(guān)被建構(gòu)成在一第二電荷傳送時(shí)間區(qū)段期間是斷開的，且該第三開關(guān)及第四開關(guān)被建構(gòu)成在該第二電荷傳送時(shí)間區(qū)段期間是閉合的，用以將電荷從該第一輸入電容器傳送至該第二積分電容器及將電荷從該第二輸入電容器傳送至該第一積分電容器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，其中該輸入開關(guān)數(shù)組的第一輸入端被建構(gòu)成用來(lái)接收一第一模擬輸入信號(hào)，且該輸入開關(guān)數(shù)組的第二輸入端被建構(gòu)成用來(lái)接收一第二模擬輸入信號(hào)，其中該第一輸入電容器在一第一電荷取樣時(shí)間區(qū)段期間對(duì)該第一模擬輸入信號(hào)取樣，及該第二輸入電容器在一第二電荷取樣時(shí)間區(qū)段期間對(duì)該第二模擬輸入信號(hào)取樣。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，其中該第一模擬輸入信號(hào)與一預(yù)定的信號(hào)層級(jí)比較起來(lái)為正，及該第二模擬輸入信號(hào)與該預(yù)定的信號(hào)層級(jí)比較起來(lái)為負(fù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1項(xiàng)所述的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，其中該輸入開關(guān)數(shù)組的第一輸入端進(jìn)一步被建構(gòu)成用來(lái)接收一第一模擬輸入信號(hào)，且該輸入開關(guān)數(shù)組的第二輸入端被建構(gòu)成用來(lái)接收一第二模擬輸入信號(hào)，其中該第一輸入電容器在一第二電荷取樣時(shí)間區(qū)段期間對(duì)該第二模擬輸入信號(hào)取樣，及該第二輸入電容器在該第二電荷取樣時(shí)間區(qū)段期間對(duì)該第一模擬輸入信號(hào)取樣。
12.根據(jù)權(quán)利要求11項(xiàng)所述的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，其中該第一模擬輸入信號(hào)與一預(yù)定的信號(hào)層級(jí)比較起來(lái)為正，及該第二模擬輸入信號(hào)與該預(yù)定的信號(hào)層級(jí)比較起來(lái)為負(fù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，其中該交叉開關(guān)數(shù)組包括一第一開關(guān)，其具有一第一端耦合至該第一輸入電容器及一第二端耦合至該第一輸入端；一第二開關(guān)，其具有一第一端耦合至該第二輸入電容器及一第二端耦合至該第二輸入端；一第三開關(guān)，其具有一第一端耦合至該第二輸入電容器及一第二端耦合至該第一輸入端；及一第四開關(guān)，其具有一第一端耦合至該第一輸入電容器及一第二端耦合至該第二輸入端，其中在一第一電荷取樣時(shí)間區(qū)段期間，該輸入開關(guān)數(shù)組的第一開關(guān)及該輸入開關(guān)數(shù)組的第二開關(guān)被建構(gòu)成是閉合的及該輸入開關(guān)數(shù)組的第三開關(guān)及該輸入開關(guān)數(shù)組的第四開關(guān)被建構(gòu)成是斷開的，用以將該第一輸入端耦合至該第一輸入電容器及將該第二輸入端耦合至該第二輸入電容器。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，其中在一第二電荷取樣時(shí)間區(qū)段期間，該輸入開關(guān)數(shù)組的第一開關(guān)及該輸入開關(guān)數(shù)組的第二開關(guān)被建構(gòu)成是斷開的及該輸入開關(guān)數(shù)組的第三開關(guān)及該輸入開關(guān)數(shù)組的第四開關(guān)被建構(gòu)成是閉合的，用以將該第一輸入端耦合至該第二輸入電容器及將該第二輸入端耦合至該第一輸入電容器。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，其中該交叉開關(guān)數(shù)組包括一第一開關(guān)，其具有一第一端耦合至該第一輸入電容器及一第二端耦合至該第一輸入端；一第二開關(guān)，其具有一第一端耦合至該第二輸入電容器及一第二端耦合至該第二輸入端；一第三開關(guān)，其具有一第一端耦合至該第二輸入電容器及一第二端耦合至該第一輸入端；及一第四開關(guān)，其具有一第一端耦合至該第一輸入電容器及一第二端耦合至該第二輸入端，其中在一第二電荷取樣時(shí)間區(qū)段期間，該輸入開關(guān)數(shù)組的該第一開關(guān)及該輸入開關(guān)數(shù)組的該第二開關(guān)被建構(gòu)成是斷開的及該輸入開關(guān)數(shù)組的該第三開關(guān)及該輸入開關(guān)數(shù)組的該第四開關(guān)被建構(gòu)成是是閉合的，用以將該第一輸入端耦合至該第二輸入電容器及將該第二輸入端耦合至該第一輸入電容器。
16.根據(jù)權(quán)利要求4所述的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，其中該輸入開關(guān)數(shù)組的該第一輸入端被建構(gòu)成用來(lái)接收一正模擬輸入信號(hào)，及該輸入開關(guān)數(shù)組的該第二輸入端進(jìn)一步被建構(gòu)成用來(lái)接收一負(fù)模擬輸入信號(hào)，其中該第一輸入電容器在一第一電荷取樣時(shí)間區(qū)段期間對(duì)該正模擬輸入信號(hào)取樣，及該第二輸入電容器在該第一電荷取樣時(shí)間區(qū)段期間對(duì)該負(fù)模擬輸入信號(hào)取樣，其中被第一輸入電容器取樣的電荷在該第一電荷傳送時(shí)間區(qū)段期間被傳送至該第一積分電容器及被第二輸入電容器取樣的電荷在該第一電荷傳送時(shí)間區(qū)段期間被傳送至該第二積分電容器，及其中在一第二電荷取樣時(shí)間區(qū)段期間該第一輸入電容器對(duì)該負(fù)模擬輸入信號(hào)取樣及該第二輸入電容器對(duì)該正模擬輸入信號(hào)取樣，其中被該第一輸入電容器取樣的電荷在該第二電荷傳送時(shí)間區(qū)段期間被傳送至該第二積分電容器及被該第二輸入電容器取樣的電荷在該第二電荷傳送時(shí)間區(qū)段期間被傳送至該第一積分電容器。
17.一模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，其至少包括一模擬調(diào)變器，其被建構(gòu)成用來(lái)接收一模擬輸入信號(hào)及輸出一經(jīng)過(guò)取樣的信號(hào)其為該模擬輸入信號(hào)的代表；及一數(shù)字濾波器，其被建構(gòu)成用來(lái)接收該經(jīng)過(guò)取樣的信號(hào)及輸出一數(shù)字信號(hào)其為該模擬輸入信號(hào)的代表，其中該模擬調(diào)變器包括一前饋路徑，其被建構(gòu)成用來(lái)接收該模擬輸入信號(hào)并將該經(jīng)過(guò)取樣的信號(hào)提供至該數(shù)字濾波器；及一反饋路徑，其具有一數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)其被建構(gòu)成用來(lái)接收該經(jīng)過(guò)取樣的信號(hào)并將該經(jīng)過(guò)取樣的信號(hào)轉(zhuǎn)換為一反饋模擬信號(hào)，其中該DAC包括一參考端，其被建構(gòu)成用來(lái)接收一參考信號(hào)；及一第一導(dǎo)電路徑，其耦合至該參考端及一第一節(jié)點(diǎn)，其中該第一導(dǎo)電路徑包括一第一參考電容器及多個(gè)開關(guān)，其中該第一導(dǎo)電路徑的該多個(gè)開關(guān)響應(yīng)多個(gè)相關(guān)的控制信號(hào)用以在一第一時(shí)間區(qū)段期間在該第一節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生一正參考信號(hào)，及用以在一第二時(shí)間區(qū)段期間在該第一節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生一負(fù)參考信號(hào)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，其中該DAC進(jìn)一步包括一第二導(dǎo)電路徑其耦合至該參考端及一第二節(jié)點(diǎn)，其中該第二導(dǎo)電路徑包括一第二參考電容器及多個(gè)開關(guān)其響應(yīng)多個(gè)相關(guān)的控制信號(hào)用以在該第一時(shí)間區(qū)段期間在該第二節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生一負(fù)參考信號(hào)及在該第二時(shí)間區(qū)段期間在該第二節(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生一正的參考信號(hào)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，其中該第一導(dǎo)電路徑的該多個(gè)開關(guān)包括一第一開關(guān)其具有一第一端耦合至該參考端及一第二端其耦合至該第一參考電容器的左板，及其中該第二導(dǎo)電路徑的該多個(gè)開關(guān)包括一第二開關(guān)其具有一第一端耦合至該參考端及一第二端其耦合至該第二參考電容器的左板，其中該第一開關(guān)響應(yīng)一第一控制信號(hào)及該第二開關(guān)響應(yīng)一第二控制信號(hào)。
20.一使用在一模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器中的模擬調(diào)變器，其至少包括一對(duì)輸入電容器，其包括一第一輸入電容器及一第二輸入電容器；一對(duì)積分電容器，其包括一第一積分電容器及一第二積分電容器；及一交叉開關(guān)數(shù)組，其耦合至該對(duì)輸入電容器與該對(duì)積分電容器之間且被建構(gòu)成用來(lái)在一電荷傳送時(shí)間區(qū)段期間交叉地將該對(duì)輸入電容器耦合至該對(duì)積分電容器。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的模擬調(diào)變器，其中該交叉開關(guān)數(shù)組被進(jìn)一步建構(gòu)成在一第一電荷傳送時(shí)間區(qū)段期間將該第一輸入電容器耦合至該第一積分電容器，及被建構(gòu)成在一第二電荷傳送時(shí)間區(qū)段期間將該第一輸入電容器耦合至該第二積分電容器。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的模擬調(diào)變器，其中該交叉開關(guān)數(shù)組被進(jìn)一步建構(gòu)成在該第一電荷傳送時(shí)間區(qū)段期間將該第二輸入電容器耦合至該第二積分電容器，及被建構(gòu)成在該第二電荷傳送時(shí)間區(qū)段期間將該第二輸入電容器耦合至該第一積分電容器。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的模擬調(diào)變器，其中該交叉開關(guān)數(shù)組被進(jìn)一步建構(gòu)成在一第一電荷傳送時(shí)間區(qū)段期間將該第二輸入電容器耦合至該第二積分電容器，及被建構(gòu)成在一第二電荷傳送時(shí)間區(qū)段期間將該第二輸入電容器耦合至該第一積分電容器。
24.一數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)，其至少包括一參考端，其被建構(gòu)成用來(lái)接收一參考信號(hào)；及一第一導(dǎo)電路徑，其耦合至該參考端及一第一節(jié)點(diǎn)，其中該第一導(dǎo)電路徑包括一第一參考電容器及多個(gè)開關(guān)，其中該第一導(dǎo)電路徑的該多個(gè)開關(guān)響應(yīng)多個(gè)相關(guān)的控制信號(hào)用以在一第一時(shí)間區(qū)段期間在該第一節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生一正參考信號(hào)，及用以在一第二時(shí)間區(qū)段期間在該第一節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生一負(fù)參考信號(hào)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)，其中該DAC進(jìn)一步包括一第二導(dǎo)電路徑其耦合至該參考端及一第二節(jié)點(diǎn)，其中該第二導(dǎo)電路徑包括一第二參考電容器及多個(gè)開關(guān)，其中該第二導(dǎo)電路徑的該多個(gè)開關(guān)響應(yīng)多個(gè)相關(guān)的控制信號(hào)用以在該第一時(shí)間區(qū)段期間在該第二節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生一負(fù)參考信號(hào)及在該第二時(shí)間區(qū)段期間在該第二節(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生一正參考信號(hào)。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)，其中該第一導(dǎo)電路徑的多個(gè)開關(guān)包括一第一開關(guān)其具有一第一端耦合至該參考端及一第二端其耦合至該第一參考電容器的左板，及其中該第二導(dǎo)電路徑的該多個(gè)開關(guān)包括一第二開關(guān)其具有一第一端耦合至該參考端及一第二端其耦合至該第二參考電容器的左板，其中該第一開關(guān)響應(yīng)一第一控制信號(hào)及該第二開關(guān)響應(yīng)一第二控制信號(hào)。
27.一模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，其至少包括一積分器，其具有一積分器輸入及一積分器輸出；一比較器，其具有一耦合至該積分器輸出的比較器輸入，其中該比較器被建構(gòu)成用來(lái)在一第一比較時(shí)間區(qū)段期間及一第二非重迭的比較時(shí)間區(qū)段期間輸出數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)樣本；及一反饋切換電路，其被建構(gòu)成用來(lái)接收一參考源及該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)樣本并提供一反饋信號(hào)給該積分器，其中來(lái)自于該參考源的噪聲藉由在該第一比較時(shí)間區(qū)段之后及在該第二比較時(shí)間區(qū)段之前讓一第一電荷傳送時(shí)間區(qū)段及一第二非重迭的電荷傳送時(shí)間區(qū)段發(fā)生來(lái)將其消散掉。
28.一感測(cè)系統(tǒng)，其至少包括一電源，其具有一電力特性；一傳感器，其被建構(gòu)成用來(lái)感測(cè)該電力特性并提供代表該電力特性的一第一模擬信號(hào)及一第二模擬信號(hào)；及一模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，其被建構(gòu)成用來(lái)接收該第一模擬信號(hào)及第二模擬信號(hào)并提供代表該第一模擬信號(hào)及第二模擬信號(hào)的一數(shù)字信號(hào)，其中該ADC包括一輸入開關(guān)數(shù)組，其具有一第一輸出、一第一輸入及一第一輸入電容器其耦合至該第一輸入與該第一輸出之間，該輸入開關(guān)數(shù)組亦具有一第二輸出、一第二輸入及一第二輸入電容器其耦合至該第二輸入與該第二輸出之間，其中該第一輸入被建構(gòu)成用來(lái)接收該第一模擬信號(hào)及該第二輸入被建構(gòu)成用來(lái)接收該第二模擬信號(hào)；一積分器，其具有一第一積分器輸出、一第一積分器輸入及一第一積分器電容器其耦合至該第一積分器輸入與該第一積分器輸出之間，該積分器亦具有一第二積分器輸出、一第二積分器輸入及一第二積分器電容器其耦合至該第二積分器輸入與該第二積分器輸出之間；及一交叉開關(guān)數(shù)組，其耦合至該輸入開關(guān)數(shù)組與該積分器之間且被建構(gòu)成用來(lái)交替地將電荷從該第一輸入電容器及該第二輸入電容器傳送至該第一積分電容器及該第二積分電容器。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其中該交叉開關(guān)數(shù)組被建構(gòu)成用來(lái)在一第一電荷傳送時(shí)間區(qū)段期間將電荷從該第一輸入電容器傳送至該第一積分電容器，及在一第二電荷傳送時(shí)間區(qū)段期間將電荷從該第一輸入電容器傳送至該第二積分電容器。
30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其中該交叉開關(guān)數(shù)組被建構(gòu)成用來(lái)在一第一電荷傳送時(shí)間區(qū)段期間將電荷從該第二輸入電容器傳送至該第二積分電容器，及在一第二電荷傳送時(shí)間區(qū)段期間將電荷從該第二輸入電容器傳送至該第一積分電容器。
31.根據(jù)權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其中該交叉開關(guān)數(shù)組被建構(gòu)成用來(lái)在一第一電荷傳送時(shí)間區(qū)段期間將電荷從該第一輸入電容器傳送至該第一積分電容器及從該第二輸入電容器傳送至該第二積分電容器，及其中該交叉開關(guān)數(shù)組被進(jìn)一步建構(gòu)成用來(lái)在一第二電荷傳送時(shí)間區(qū)段期間將電荷從該第一輸入電容器傳送至該第二積分電容器及從該第二輸入電容器傳送至該第一積分電容器。
32.根據(jù)權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其中該傳感器為一電流傳感器。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其中該電流傳感器為一電阻，及其中該第一模擬信號(hào)與一預(yù)定的信號(hào)等級(jí)比較起來(lái)為正及該第二模擬信號(hào)與該預(yù)定的信號(hào)等級(jí)比較起來(lái)為負(fù)。
34.一種將模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器中的電荷從一第一輸入電容器及一第二輸入電容器傳送至一第一積分電容器及一第二積分電容器的方法，其至少包括以下的步驟在一第一電荷傳送時(shí)間區(qū)段期間將電荷從該第一輸入電容器傳送至該第一積分電容器及從該第二輸入電容器傳送至該第二積分電容器；及在一第二電荷傳送時(shí)間區(qū)段期間將電荷從該第一輸入電容器傳送至該第二積分電容器及從該第二輸入電容器傳送至該第一積分電容器。
35.一種將一輸入模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字輸出樣本的方法，其至少包括以下的步驟在一第一時(shí)間區(qū)段及一第三非重迭的時(shí)間區(qū)段期間，用該輸入模擬信號(hào)對(duì)一第一輸入電容器及一第二輸入電容器充電；及在一第二時(shí)間區(qū)段及一第四非重迭的時(shí)間區(qū)段期間，將電荷交替地從該第一輸入電容器及第二輸入電容傳送至一第一積分電容器及一第二積分電容器。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中該輸入模擬信號(hào)包括一正模擬信號(hào)及一負(fù)模擬信號(hào)，其交替地耦合至該第一輸入電容器及該第二輸入電容器。
37.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中該第二時(shí)間區(qū)段是在該第一時(shí)間區(qū)段之后發(fā)生的，該第三時(shí)間區(qū)段是在該第二時(shí)間區(qū)段之后發(fā)生的，該第四時(shí)間區(qū)段是在該第三時(shí)間區(qū)段之后發(fā)生的，其中該第一時(shí)間區(qū)段、第二時(shí)間區(qū)段、第三時(shí)間區(qū)段及第四時(shí)間區(qū)段都是非重迭的。
38.一種將模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)中的電荷加以取樣并傳送的方法，其至少包括以下的步驟提供一第一模擬信號(hào)至該ADC的一第一輸入端及一第二模擬信號(hào)至該ADC的一第二輸入端；在一第一取樣時(shí)間區(qū)段期間，在一第一輸入電容器處對(duì)該第一模擬信號(hào)取樣，及在該第一取樣時(shí)間區(qū)段期間在一第二輸入電容器處對(duì)該第二模擬信號(hào)取樣；在一第一電荷傳送時(shí)間區(qū)段期間，將被該第一輸入電容器取樣的電荷傳送至一第一積分電容器，及將被該第二輸入電容器取樣的電荷傳送至一第二積分電容器；在一第二取樣時(shí)間區(qū)段期間，在該第一輸入電容器處對(duì)該第二模擬信號(hào)取樣，及在第二輸入電容器處對(duì)該第一模擬信號(hào)取樣；及在一第二電荷傳送時(shí)間區(qū)段期間，將被該第一輸入電容器取樣的電荷傳送至該第二積分電容器，及將被該第二輸入電容器取樣的電荷傳送至該第一積分電容器。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中該第一模擬信號(hào)與一預(yù)定的信號(hào)等級(jí)比較起來(lái)為正，及該第二模擬信號(hào)與該預(yù)定的信號(hào)等級(jí)比較起來(lái)為負(fù)。
40.一種用來(lái)降低來(lái)自一使用在數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)中的參考信號(hào)源的噪聲影響的方法，其中該DAC被耦合至一模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)的反饋路徑，該方法至少包括以下的步驟在一第一時(shí)間區(qū)段及一第三非重迭時(shí)間區(qū)段期間，用該參考信號(hào)對(duì)該DAC的一第一參考電容器及一第二參考電容器充電；在一第二時(shí)間區(qū)段及一第四非重迭的時(shí)間區(qū)段期間，將電荷交替地從該第一參考電容器及該第二參考電容器傳送至一第一積分電容器與一第二積分電容器；及在一第五時(shí)間區(qū)段中將被傳送的電荷與一參考電荷相比較，其中該第三時(shí)間區(qū)段是在該第二時(shí)間區(qū)段之后發(fā)生的，及該第五時(shí)間區(qū)段是在該第四時(shí)間區(qū)段之后發(fā)生的。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，其中該第二時(shí)間區(qū)段是在該第一時(shí)間區(qū)段之后發(fā)生的，該第三時(shí)間區(qū)段是在該第二時(shí)間區(qū)段之后發(fā)生的，該第四時(shí)間區(qū)段是在該第三時(shí)間區(qū)段之后發(fā)生的，其中該第一時(shí)間區(qū)段、第二時(shí)間區(qū)段、第三時(shí)間區(qū)段及第四時(shí)間區(qū)段都是非重迭的。
全文摘要
一種模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)包括一交叉開關(guān)數(shù)組其耦合于一輸入開關(guān)數(shù)組與一積分器之間。該積分器被建構(gòu)來(lái)交替地將電荷從一第一輸入電容器及一第二輸入電容器傳送至一第一積分電容器與一第二積分電容器，借以改善因電容器失配(mismatch)所致之線性問(wèn)題。該交叉開關(guān)數(shù)組亦被建構(gòu)成用來(lái)在一第一電荷傳送時(shí)間區(qū)段期間，將電荷從第一輸入電容器傳送至第一積分電容器及從第二輸入電容器傳送至第二積分電容器；以及用來(lái)在一第二電荷傳送時(shí)間區(qū)段期間將電荷從第一輸入電容器傳送至第二積分電容器及從第二輸入電容器傳送至第一積分電容器。此外還提供一種包括本發(fā)明ADC之感測(cè)系統(tǒng)；及多種將電荷傳送至一ADC中的方法。
文檔編號(hào)H03M3/02GK1653695SQ03810567
公開日2005年8月10日 申請(qǐng)日期2003年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月10日
發(fā)明者劉柳勝, 栗國(guó)星 申請(qǐng)人:美國(guó)凹凸微系有限公司