專利名稱：使用斬波器電壓參考的用于切換式電容器σ-δ調(diào)制器的二階段增益校準(zhǔn)和縮放方案的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，具體來(lái)說(shuō)，涉及Σ -Δ調(diào)制器，且更特定來(lái)說(shuō)，涉及一種用于減小因Σ-Δ調(diào)制器中的失配電容器的影響所引起的增益誤差而在轉(zhuǎn)換時(shí)間上無(wú)損失的方式。
背景技術(shù)：
現(xiàn)今，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)廣泛使用于消費(fèi)型電子器件、工業(yè)應(yīng)用等等。通常，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器包括用于接收模擬輸入信號(hào)并輸出與所述模擬輸入信號(hào)成比例的數(shù)字值的電路。此數(shù)字輸出值通常采用并列字或串行數(shù)字位串的形式。存在許多類型的模/數(shù)轉(zhuǎn)換方案，例如電壓-頻率轉(zhuǎn)換、電荷再分布、Δ調(diào)制和其它轉(zhuǎn)換方案。通常，這些轉(zhuǎn)換方案中的每一者具有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。一類已獲得越來(lái)越多的使用的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器是切換式電容器Σ -Δ轉(zhuǎn)換器。圖1A展示Σ -AADC的原理方框圖。環(huán)路濾波器10接收模擬輸入值且連接到量化器20。所述量化器可產(chǎn)生單一位輸出，或在其它實(shí)施例中所述量化器可操作以產(chǎn)生可編碼于n位的位流中的多個(gè)相異輸出電平。此單一位輸出或η位的位流被反饋到DAC 30，DAC30產(chǎn)生饋送到環(huán)路濾波器10的輸出信號(hào)。在Σ -Δ模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)中，接著通常通過(guò)數(shù)字抽取濾波器來(lái)處理所述位流(1位或多位)以產(chǎn)生表示輸入信號(hào)的經(jīng)抽取的較高分辨率的數(shù)字字。在Σ-Δ轉(zhuǎn)換器中使用的任何高階Σ -Δ調(diào)制器的穩(wěn)定輸入范圍限于參考電壓的一分?jǐn)?shù)。在此穩(wěn)定輸入范圍之外，誤差變得極大，且調(diào)制器提供錯(cuò)誤的結(jié)果。因此，信號(hào)必須被衰減以保持在此穩(wěn)定輸入范圍內(nèi)(S/R<1)，其中S是信號(hào)電壓，且R是參考電壓。最小衰減取決于調(diào)制器階數(shù)且取決于DAC中的電平數(shù)，通常在較大調(diào)制器階數(shù)和較低DAC電平數(shù)的情況下衰減較大。為實(shí)現(xiàn)最終增益1，信號(hào)衰減可在數(shù)字區(qū)段中予以補(bǔ)償。圖1B展示3階1位Σ -Δ調(diào)制器的取決于標(biāo)準(zhǔn)化差動(dòng)輸入值的量化噪聲分布的一實(shí)例。在此，輸入信號(hào)必須衰減為標(biāo)稱值的2/3以確保低噪聲。超出此范圍，調(diào)制器將變得不穩(wěn)定。輸入電壓和DAC電壓在Δ- Σ調(diào)制器的環(huán)路濾波器內(nèi)的電容器(或用于差動(dòng)電壓的電容器對(duì))上取樣。然而，如果這些電壓是在不同的電容器上取樣，則所述電容器的失配誤差將在Σ - AADC的輸出結(jié)果上產(chǎn)生增益誤差。為防止此失配，解決方案之一是在相同的電容器上取樣信號(hào)和DAC電壓，以此方式，不存在失配誤差且可消除增益誤差。然而，由于需要以S/R< 1的比率縮放輸入，所以用于信號(hào)和DAC電壓的電容器必須在尺寸上是不同的。此技術(shù)的另一缺點(diǎn)是無(wú)法在一個(gè)電容器上取樣兩個(gè)電壓，所以輸入信號(hào)和DAC電壓的取樣必須逐個(gè)進(jìn)行，此導(dǎo)致4階段系統(tǒng)2個(gè)階段用于取樣并轉(zhuǎn)移來(lái)自輸入信號(hào)的電荷，且接著2個(gè)階段用于取樣并轉(zhuǎn)移來(lái)自DAC電壓的電荷。因?yàn)槿邮沁B續(xù)進(jìn)行的且比DAC電壓和輸入電壓取樣是并行地執(zhí)行時(shí)消耗更多的時(shí)間，所以此4階段系統(tǒng)效率較差?，F(xiàn)今在Σ-Δ調(diào)制器中用于實(shí)現(xiàn)低百萬(wàn)分比(ppm)水平的增益誤差且減小用于取樣DAC電壓和輸入信號(hào)電壓的電容器的失配影響的最先進(jìn)技術(shù)將取樣電容器劃分為R群組的相同尺寸的電容器。在每一取樣時(shí)，在前兩個(gè)階段期間使用S個(gè)電容器群組(其中S <R)來(lái)取樣且轉(zhuǎn)移輸入信號(hào)電壓。同時(shí)，R-S個(gè)群組的電容器正取樣共模電壓信號(hào)(或?qū)τ趩味穗娐窞榻拥?，此對(duì)總轉(zhuǎn)移電荷的貢獻(xiàn)為零。在最后兩個(gè)階段期間使用所有R個(gè)群組的電容器以取樣且轉(zhuǎn)移DAC電壓。通過(guò)使用此技術(shù)可在此很好地實(shí)現(xiàn)S/R比率。為最小化失配效應(yīng)，以某一序列在每一取樣中不同地選擇R個(gè)群組中的S個(gè)群組的電容器，使得在某一時(shí)間周期之后所有R個(gè)群組的電容器已取樣輸入信號(hào)達(dá)相同次數(shù)。此序列輪換輸入電容器(取樣輸入電壓的電容器)以便平均化失配誤差，且如果對(duì)某一數(shù)量的樣本實(shí)現(xiàn)所述平均化，則此技術(shù)可將增益誤差明顯減少為小到低ppm水平。然而，每一取樣需要四個(gè)步驟(階段)限制了 Σ -Δ調(diào)制器的取樣速率，且/或需要所述Σ -Δ調(diào)制器有快得多的操作速度(更快計(jì)時(shí)和更高頻率的操作組件，結(jié)果增加電力使用)以在所要時(shí)間幀內(nèi)完成信號(hào)轉(zhuǎn)換。因此，所需要的是一種可僅使用兩個(gè)階段而非四個(gè)階段的具有較快取樣速率且具有較小電力消耗同時(shí)維持極低增益誤差的Σ-Δ調(diào)制器(因?yàn)樾枰雍娃D(zhuǎn)移輸入處的電荷，所以2階段是可實(shí)現(xiàn)的最小數(shù)目)。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)一實(shí)施例，一種Σ -Δ調(diào)制器可包含斬波器電壓參考，其提供具有時(shí)鐘相依偏移電壓的參考信號(hào)；單一位或多位數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC);多個(gè)電容器對(duì)；多個(gè)開(kāi)關(guān)，其用以將來(lái)自所述多個(gè)電容器對(duì)的任一對(duì)電容器選擇性I禹合到輸入信號(hào)或所述參考信號(hào)；以及控制構(gòu)件，其可操作以經(jīng)由所述開(kāi)關(guān)來(lái)控制取樣以在兩個(gè)階段中執(zhí)行電荷轉(zhuǎn)移，其中任一對(duì)電容器可經(jīng)選擇以指派給所述輸入信號(hào)或所述參考信號(hào)，其中在多個(gè)電荷轉(zhuǎn)移之后，通過(guò)循環(huán)地輪換所述電容器對(duì)而執(zhí)行增益誤差消除，使得在一輪換循環(huán)之后，每一電容器對(duì)已被指派給所述輸入信號(hào)達(dá)第一預(yù)定次數(shù)且還已被指派給所述參考信號(hào)達(dá)第二預(yù)定次數(shù)，且其中所述DAC的輸出值和所述斬波器電壓參考的偏移狀態(tài)界定多個(gè)切換序列，其中每一切換序列獨(dú)立地輪換所述電容器對(duì)，且其中取決于所述DAC的當(dāng)前輸出值和所述斬波器電壓參考的當(dāng)前偏移狀態(tài)而選擇至少一個(gè)切換序列。根據(jù)另一實(shí)施例，可取決于所述DAC的當(dāng)前輸出值和所述斬波器電壓參考的當(dāng)前偏移狀態(tài)而從所有可能的切換序列中選擇一切換序列。根據(jù)另一實(shí)施例，對(duì)于DAC輸出值的第一子集，可僅取決于所述DAC的當(dāng)前輸出值而選擇一切換序列，且對(duì)于DAC輸出值的剩余子集，可取決于所述DAC的當(dāng)前輸出值和所述斬波器電壓參考的當(dāng)前偏移狀態(tài)而選擇一切換序列。根據(jù)另一實(shí)施例，在五電平DAC中，所述第一子集可包括偶數(shù)輸出值且所述剩余子集可包括奇數(shù)輸出值。根據(jù)另一實(shí)施例，所述Σ -Δ調(diào)制器可進(jìn)一步包含用以將共模電壓選擇性耦合到經(jīng)選擇的一對(duì)電容器的開(kāi)關(guān)。根據(jù)另一實(shí)施例，所述Σ -Δ調(diào)制器可包含多個(gè)輸入級(jí)，每一輸入級(jí)包含電容器對(duì)相關(guān)聯(lián)的開(kāi)關(guān)且接收所述輸入信號(hào)、所述參考信號(hào)和所述共模電壓。根據(jù)另一實(shí)施例，所述參考信號(hào)可由包含帶隙斬波器電壓參考的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器提供。根據(jù)另一實(shí)施例，所述參考信號(hào)可由斬波器電壓參考源提供，且每一輸入級(jí)包含由所述控制構(gòu)件控制的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器。根據(jù)另一實(shí)施例，對(duì)于電荷轉(zhuǎn)移，在充電階段期間，輸入信號(hào)或參考信號(hào)可稱合于一對(duì)電容器的一側(cè)上，且共同接地電位稱合于所述對(duì)電容器的另一側(cè)上，且在轉(zhuǎn)移階段期間，所述對(duì)電容器的所述一側(cè)彼此連接或與反相輸入信號(hào)或參考信號(hào)耦合。根據(jù)另一實(shí)施例，對(duì)于零電荷，在充電階段期間，所述對(duì)電容器的一側(cè)可彼此連接，且所述共同接地電位耦合于所述對(duì)電容器的另一側(cè)上，且在轉(zhuǎn)移階段期間，所述對(duì)電容器的所述一側(cè)再次彼此連接。根據(jù)另一實(shí)施例，所述Σ -Δ調(diào)制器可包含兩對(duì)以上的電容器，其中通過(guò)指派給所述輸入信號(hào)的電容器對(duì)的數(shù)目與指派給所述參考信號(hào)的電容器對(duì)的數(shù)目的比率而實(shí)現(xiàn)增益。根據(jù)另一實(shí)施例，所述Σ -Δ調(diào)制器可包含經(jīng)由可控制的切換網(wǎng)絡(luò)而與所述輸入級(jí)的輸出耦合的差動(dòng)運(yùn)算放大器。根據(jù)另一實(shí)施例，所述Σ -Δ調(diào)制器可包含第一和第二反饋電容器，所述第一反饋電容器和所述第二反饋電容器可被選擇性地切換到所述差動(dòng)放大器的負(fù)反饋環(huán)路或正反饋環(huán)路中。根據(jù)另一實(shí)施例，所述斬波器電壓參考可通過(guò)控制所述兩個(gè)階段的時(shí)鐘來(lái)計(jì)時(shí)。根據(jù)另一實(shí)施例，一種在使用多個(gè)電容器對(duì)的Σ -Δ調(diào)制器中執(zhí)行電荷轉(zhuǎn)移的方法可包含通過(guò)斬波器電壓參考產(chǎn)生具有時(shí)鐘相依偏移電壓的參考信號(hào)；通過(guò)單一位或多位數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)產(chǎn)生DAC輸出值；提供待指派給輸入信號(hào)和參考信號(hào)的至少兩個(gè)電容器對(duì)；通過(guò)將用至少一個(gè)電容器對(duì)所述輸入信號(hào)的取樣與并行地用至少另一電容器對(duì)對(duì)所述參考信號(hào)的取樣進(jìn)行組合而執(zhí)行取樣，其中取樣是在兩個(gè)階段中執(zhí)行；對(duì)于隨后取樣，輪換所述電容器對(duì)，使得在多個(gè)取樣之后執(zhí)行增益誤差消除，其中在輪換循環(huán)之后，每一電容器對(duì)已被指派給所述輸入信號(hào)達(dá)第一預(yù)定次數(shù)且還已被指派給所述參考信號(hào)達(dá)第二預(yù)定次數(shù)，其中所述DAC的輸出值和所述斬波器電壓參考的偏移狀態(tài)界定多個(gè)切換序列，其中每一切換序列獨(dú)立地輪換所述電容器對(duì)，且其中取決于所述DAC的當(dāng)前輸出值和所述斬波器電壓參考的當(dāng)前偏移狀態(tài)而選擇至少一個(gè)切換序列。根據(jù)所述方法的另一實(shí)施例，可取決于所述DAC的當(dāng)前輸出值和所述斬波器電壓參考的當(dāng)前偏移狀態(tài)而從所有可 能的切換序列中選擇一切換序列。根據(jù)所述方法的另一實(shí)施例，對(duì)于DAC輸出值的第一子集，可僅取決于所述DAC的當(dāng)前輸出值而選擇一切換序列，且對(duì)于DAC輸出值的剩余子集，可取決于所述DAC的當(dāng)前輸出值和所述斬波器電壓參考的當(dāng)前偏移狀態(tài)而選擇一切換序列。根據(jù)所述方法的另一實(shí)施例，在五電平DAC中，所述第一子集可包括偶數(shù)輸出值且所述剩余子集可包括奇數(shù)輸出值。根據(jù)所述方法的另一實(shí)施例，在第一取樣期間，可使用第一電容器對(duì)以在充電階段和轉(zhuǎn)移階段中取樣輸入信號(hào)，且使用第二電容器對(duì)以在充電階段和轉(zhuǎn)移階段中與所述輸入信號(hào)并行地取樣參考信號(hào)；在隨后取樣期間，使用所述第二電容器對(duì)以在充電階段和轉(zhuǎn)移階段中取樣輸入信號(hào)，且使用所述第一電容器對(duì)以在充電階段和轉(zhuǎn)移階段中與所述輸入信號(hào)并行地取樣參考信號(hào)。根據(jù)所述方法的另一實(shí)施例，所述方法可進(jìn)一步包含將每一對(duì)電容器與以下各者中的一者耦合正輸入信號(hào)線、負(fù)輸入信號(hào)線、正參考信號(hào)線、負(fù)參考信號(hào)線和共同接地電位。根據(jù)所述方法的另一實(shí)施例，對(duì)于電荷轉(zhuǎn)移，在充電階段期間，可將所述輸入信號(hào)或所述參考信號(hào)連接于一對(duì)電容器的原本與共同接地電位耦合的一側(cè)上，且在轉(zhuǎn)移階段期間，將所述對(duì)電容器的所述一側(cè)彼此連接或?qū)⑺鲆粋?cè)與反相的輸入或參考信號(hào)耦合。根據(jù)所述方法的另一實(shí)施例，對(duì)于零電荷轉(zhuǎn)移，所述方法可包含在充電階段期間，將一對(duì)電容器的一側(cè)彼此連接，且將所述共同接地電位連接于所述對(duì)電容器的另一側(cè)上，且在轉(zhuǎn)移階段期間，將所述對(duì)電容器的所述一側(cè)再次彼此連接。根據(jù)所述方法的另一實(shí)施例，可提供兩個(gè)以上電容器對(duì)，所述方法可包含下列步驟在第一取樣期間，從多個(gè)電容器對(duì)中選擇電容器對(duì)的第一子集以用于在充電階段和轉(zhuǎn)移階段中取樣輸入信號(hào)，且從所述多個(gè)電容器對(duì)的所述剩余電容器對(duì)中選擇第二子集以用于在充電階段和轉(zhuǎn)移階段中與所述輸入信號(hào)并行地取樣參考信號(hào)；對(duì)于隨后的取樣重復(fù)所述步驟，其中選擇與先前經(jīng)選擇的第一和第二子集不同的另一個(gè)第一和第二子集的電容器對(duì)。根據(jù)所述方法的另一實(shí)施例，所述第一子集可包含多個(gè)電容器對(duì)，且所述第二子集可包含所述兩個(gè)以上電容器對(duì)中的所述剩余電容器對(duì)。根據(jù)所述方法的另一實(shí)施例，可通過(guò)指派給所述輸入信號(hào)的電容器對(duì)數(shù)目與指派給所述參考信號(hào)的電容器對(duì)數(shù)目的比率而實(shí)現(xiàn)增益。根據(jù)所述方法的另一實(shí)施例，可通過(guò)控制所述兩個(gè)階段的時(shí)鐘來(lái)對(duì)所述斬波器電壓參考計(jì)時(shí)。


圖1A展示Σ -Λ模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的一般性方框圖；圖1B展示圖1A的具有三階環(huán)路和單一位DAC的Σ -Δ模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的典型量化噪聲分布對(duì)輸入信號(hào)與參考信號(hào)的比率；圖2展示在使用執(zhí)行增益縮放和增益誤差消除的二階段算法的Σ -AADC中使用的差動(dòng)電壓前端級(jí)的一般性實(shí)施例；圖3A展示在使用執(zhí)行增益縮放和增益誤差消除的二階段算法的Σ -AADC中使用的差動(dòng)電壓前端級(jí)的第一更詳細(xì)實(shí)施例；圖3B展示在使用執(zhí)行增益縮放和增益誤差消除的二階段算法的Σ-AADC中使用的差動(dòng)電壓前端級(jí)的第二更詳細(xì)實(shí)施例，其中參考電壓直接連接到切換輸入級(jí)且其中所述切換輸入級(jí)在內(nèi)部執(zhí)行DAC功能；

圖4展示切換輸入級(jí)單元的典型實(shí)施例，所述切換輸入級(jí)單元在待取樣于單位電容器上的不同的可能的模擬輸入電壓中進(jìn)行選擇；圖5a到h展示開(kāi)關(guān)命令的不同時(shí)序圖，所述開(kāi)關(guān)命令對(duì)應(yīng)于執(zhí)行增益縮放和增益誤差消除的二階段算法中輸入級(jí)處的每一可能的電荷轉(zhuǎn)移；圖6展示輸入切換級(jí)的狀態(tài)的循環(huán)表示，其中有每一切換級(jí)的可能的狀態(tài)的不同實(shí)例(在此表示中，輸入級(jí)數(shù)被限制為5)；圖7展示執(zhí)行二階段增益縮放和增益誤差消除的輪換算法的一實(shí)例，其不取決于DAC輸入狀態(tài)；圖8a和b展示執(zhí)行二階段增益縮放和增益誤差消除的輪換算法的另一實(shí)例，但其取決于DAC輸入狀態(tài)；圖9展示取決于DAC狀態(tài)(DAC輸入相依算法)且執(zhí)行增益縮放和增益誤差消除的輪換算法的狀態(tài)圖；圖10展示斬波器電壓參考的方框圖；以及圖11展示使用經(jīng)斬波的電壓參考的又一輪換算法的一實(shí)例。
具體實(shí)施例方式根據(jù)各種實(shí)施例，可通過(guò)在調(diào)制器的前端級(jí)中的不同組的電容器上并行地同時(shí)取樣DAC信號(hào)和輸入信號(hào)，以及通過(guò)使用經(jīng)界定算法在每一取樣時(shí)輪換這些電容器以便平均化失配誤差，而實(shí)現(xiàn)在每一樣本可在較小電力消耗的情況下僅使用兩個(gè)階段而非四個(gè)階段(歸因于對(duì)調(diào)制器中所存在的放大器的帶寬的較不嚴(yán)格的需求)的同時(shí)維持處于PPm范圍內(nèi)的極低增益誤差的Σ -Δ調(diào)制器。并行地同時(shí)取樣DAC信號(hào)和輸入信號(hào)實(shí)現(xiàn)從四個(gè)階段減少到兩個(gè)階段，且輪換算法確保經(jīng)由在調(diào)制器環(huán)路中的積分在某一數(shù)目的樣本之后的適當(dāng)?shù)脑鲆嬲`差消除。根據(jù)本發(fā)明的教示，在每一取樣時(shí)輪換電容器意味著指派不同組的電容器以轉(zhuǎn)移來(lái)自不同輸入信號(hào)(ADC輸入、DAC輸出或共模電壓)的電荷且在所述電荷已被完全轉(zhuǎn)移之后在每一取樣之間改變此指派。根據(jù)本發(fā)明的教示，為執(zhí)行呈形式S/R的縮放因子，必須將輸入級(jí)取樣電容器分裂為N個(gè)單位尺寸電容器，使得在每一取樣時(shí)，選擇S個(gè)單位尺寸電容器的群組以轉(zhuǎn)移來(lái)自輸入信號(hào)的電荷，選擇R個(gè)單位尺寸電容器的群組以轉(zhuǎn)移來(lái)自DAC的電荷，且如果單位電容器的總數(shù)N大于R+S，則將選擇其余電容器以轉(zhuǎn)移來(lái)自共模信號(hào)的電荷，且于是所述其余電容器將不對(duì)前端級(jí)中所轉(zhuǎn)移和積分的總電荷產(chǎn)生任何貢獻(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的教示，基本電容器的指派的輪換可遵循任何算法，所述算法致使在任一取樣時(shí)遵守所述縮放因子S/R(總是有S個(gè)電容器經(jīng)指派用于輸入且R個(gè)電容器經(jīng)指派用于DAC)且確保在某一數(shù)目的樣本之后在每一電容器上到輸入的指派數(shù)除以到DAC的指派數(shù)的比率趨向于S/R。根據(jù)本發(fā)明的教示，此輪換的目的是在調(diào)制器中實(shí)現(xiàn)精確的S/R增益以及克服單位尺寸電容器之間的模擬過(guò) 程固有的失配誤差。如果在每一循環(huán)之間不輪換電容器對(duì)，則S/R比率的準(zhǔn)確度將被限制于約O. 1%的典型值。相比而言，通過(guò)輪換電容器，假若取樣電容器中的每一者經(jīng)指派給輸入信號(hào)的次數(shù)平均比指派給DAC的次數(shù)多S/R次，那么一轉(zhuǎn)換就可達(dá)到ppm準(zhǔn)確度等級(jí)，即使用簡(jiǎn)單的輪換算法也如此。用于實(shí)現(xiàn)精確的S/R比率的簡(jiǎn)單輪換算法可在R+S個(gè)樣本中進(jìn)行，其中在每一取樣時(shí)，將S個(gè)電容器指派給輸入信號(hào)且將R個(gè)電容器指派給DAC信號(hào)。如果電容器被命名為Cp C2. . . CE+S,則對(duì)于第一取樣,經(jīng)選擇用于輸入信號(hào)指派的S個(gè)電容器可簡(jiǎn)單地為C1. . . Cs電容器，將其余電容器指派給DAC。在第二取樣時(shí)，將電容器C2. . . Cs+1指派給輸入且將Cs+2. . . CE+S和C1指派給DAC，依此類推。在R+S次取樣時(shí)，將CK+S和C1. . . Cs^1指派給輸入且將Cs. . . Ck^指派給DAC。在R+S次取樣的時(shí)間周期期間，每一電容器總共指派給輸入達(dá)S次且指派給DAC達(dá)R次，此誘發(fā)輸入電荷轉(zhuǎn)移與DAC電荷轉(zhuǎn)移之間的縮放因子S/R。如果在輪換算法期間將輸入視為穩(wěn)定(將輸入信號(hào)帶寬視為比取樣頻率低得多，在Σ -AADC中通常為如此)，則即使電容器之間具有失配誤差，但是因?yàn)槊恳浑娙萜骶?yàn)證輸入指派與DAC指派之間的S/R比率，所以由這些R+S周期誘發(fā)的增益縮放還是S/R。然而，如果在輪換算法期間DAC未獲得相同的輸入(S卩，在Σ -Δ調(diào)制器中位流不是恒定的)，則由于所轉(zhuǎn)移的電荷還取決于每一取樣時(shí)的DAC輸入,且由于位流和DAC電容器指派算法是不相關(guān)的，所以可誘發(fā)非線性誤差。為克服此問(wèn)題，根據(jù)各種實(shí)施例，可使用DAC相依算法，使得所述輪換算法對(duì)于每一 DAC輸入值確保在每一電容器上實(shí)現(xiàn)電容器指派的S/R比率。此導(dǎo)致較長(zhǎng)時(shí)間的輪換算法且使可能狀態(tài)的數(shù)目倍增了可能的DAC電平的數(shù)目，但是校正了所有非線性影響。根據(jù)各種實(shí)施例，為實(shí)現(xiàn)最佳的增益誤差消除，導(dǎo)致輸入與DAC之間的電容器指派的S/R比率的每一輪換算法應(yīng)在模/數(shù)轉(zhuǎn)換所允許的樣本數(shù)目?jī)?nèi)完成。然而，此條件可能很少能達(dá)到，這是因?yàn)槊恳晦D(zhuǎn)換的樣本數(shù)目是固定的，且一輪換可能是位流相依的且導(dǎo)致所獲得的理想樣本數(shù)目是S+R的倍數(shù)。在大多數(shù)情形中，每一轉(zhuǎn)換的樣本數(shù)目(過(guò)取樣比率0SR)與用于完成輪換且完全消除增益誤差的樣本數(shù)目(通常為R+S)之間的比率不是整數(shù)且導(dǎo)致增益誤差中的余數(shù)，只要此比率為大，則此余數(shù)便為小。在此情形下，增益誤差仍通過(guò)大因子減小但是未被完全消除，當(dāng)OSR變大時(shí)，增益誤差減小趨于更大。通過(guò)每一轉(zhuǎn)換僅使用兩個(gè)階段而非四個(gè)階段，可使調(diào)制器的吞吐率加倍或?qū)τ谡{(diào)制器中的放大器需要單位增益帶寬的一半帶寬，因此減小了操作功率要求。迄今為止，對(duì)于信號(hào)和參考使用相同組的電容器的二階段轉(zhuǎn)換循環(huán)受限于信號(hào)和參考共享相同的接地的單端調(diào)制器或信號(hào)和參考具有完全相同的共同模式的差動(dòng)調(diào)制器。一般已知單端解決方案具有不良電源抑制的問(wèn)題且不再被使用。此外，所述二階段轉(zhuǎn)換循環(huán)解決方案受限于單極電壓，除非提供足夠準(zhǔn)確的+Vkef和-Vkef電壓。然而，其中信號(hào)電壓和參考電壓具有完全相同的共模電壓的應(yīng)用極少。因此，對(duì)于信號(hào)和參考使用相同組的電容器的常規(guī)二階段轉(zhuǎn)換循環(huán)導(dǎo)致極微小的性能。根據(jù)本發(fā)明的教示，此處所描述的增益誤差消除算法發(fā)生于每一個(gè)轉(zhuǎn)換內(nèi)且不需要額外取樣時(shí)間或不需要執(zhí)行額外轉(zhuǎn)換。與針對(duì)一組特定外部條件(溫度、電源電壓)消除增益誤差但是當(dāng)所述條件改變時(shí)需要再次執(zhí)行的簡(jiǎn)單數(shù)字校準(zhǔn)相比，此技術(shù)允許在所述條件改變時(shí)連續(xù)地消除增益誤差，這是因?yàn)樗鱿谵D(zhuǎn)換過(guò)程內(nèi)“在運(yùn)作中(on-the-fly) ”發(fā)生。圖1A展示Σ -Δ模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的一般性方框圖，其中輸入信號(hào)和DAC輸出信號(hào)可為差動(dòng)的，環(huán)路濾波器可并入有一個(gè)或一個(gè)以上反饋環(huán)路或前饋環(huán)路。輸入信號(hào)總是帶正號(hào)，且DAC信號(hào)總是帶負(fù)號(hào)，這是 因?yàn)樗鯠AC信號(hào)用作反饋以便使Σ -Δ環(huán)路穩(wěn)定。圖1B展示圖1A的具有三階環(huán)路和單一位的DAC的Σ -Δ模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的典型量化噪聲分布對(duì)輸入信號(hào)與參考信號(hào)的比率，其證實(shí)在輸入處需要縮放因子以確保調(diào)制器在整個(gè)輸入動(dòng)態(tài)范圍上的穩(wěn)定性。圖2展示在使用輪換電容器的Σ -Δ調(diào)制器中使用的前端的第一一般性實(shí)施例。此處，將差動(dòng)輸入信號(hào)VINP、Vinm,差動(dòng)參考信號(hào)VKEFP、Veefm和共模電壓Vai饋送到輸入切換單元101。如下文更詳細(xì)解釋，切換單元101包含相應(yīng)開(kāi)關(guān)和多個(gè)或一組電容器對(duì)以將所述輸入信號(hào)、所述參考信號(hào)或所述共模電壓取樣到相應(yīng)電容器。切換單元101可包含多個(gè)電容器對(duì)，所述電容器對(duì)可連接到單元101的輸出。在一個(gè)實(shí)施例中，切換單元101可包含兩對(duì)電容器，其中每一對(duì)電容器可稱合到輸入信號(hào)、參考信號(hào)或共模電壓中的任一者。然而，可提供更多電容器對(duì)。單元101可操作以取決于由切換控制單元110提供的控制信號(hào)而從所述組電容器對(duì)中選擇相應(yīng)對(duì)以連接到輸入信號(hào)、連接到參考信號(hào)或連接到共模電壓。切換單元101提供單一差動(dòng)輸出信號(hào)，所述差動(dòng)輸出信號(hào)可經(jīng)由另一切換網(wǎng)絡(luò)(例如，開(kāi)關(guān)105和109)而饋送到差動(dòng)放大器140，如關(guān)于圖3A和圖3B更詳細(xì)地解釋。存在提供單元101中電容器的耦合的多種方式。因此，切換控制單元150產(chǎn)生所需量的控制信號(hào)以控制單元101中的開(kāi)關(guān)。例如，如果單元101包括10個(gè)開(kāi)關(guān)，則控制單元110可產(chǎn)生10個(gè)相異的信號(hào)。然而，如果某些開(kāi)關(guān)以互補(bǔ)方式受到控制(意味著當(dāng)一個(gè)開(kāi)關(guān)接通時(shí)，另一個(gè)開(kāi)關(guān)總是斷開(kāi)，且反之亦然)，則控制單元110可產(chǎn)生較少控制信號(hào)，且切換單元101可包括相應(yīng)反相器以根據(jù)共同控制信號(hào)產(chǎn)生必要的控制信號(hào)。圖3A展示在使用二階段縮放和增益誤差消除算法的Σ -Δ調(diào)制器中使用的差動(dòng)電壓前端的第一更詳細(xì)實(shí)施例。再次，前端級(jí)100是打算作為圖1A中的環(huán)路濾波器10的前端的積分器級(jí)。此積分器級(jí)的結(jié)構(gòu)是典型的，這是因?yàn)榇朔e分器級(jí)的結(jié)構(gòu)是由切換式輸入電容器級(jí)101、隨后為差動(dòng)運(yùn)算放大器140與反饋電容器130a和130b (其存儲(chǔ)且積分在輸入電容器上所取樣的電荷)組成的傳統(tǒng)差動(dòng)結(jié)構(gòu)。開(kāi)關(guān)107a、107b、108a和108b當(dāng)在重設(shè)模式中時(shí)重設(shè)存儲(chǔ)于反饋電容器上的電荷，而開(kāi)關(guān)106a和106b當(dāng)在操作中時(shí)在開(kāi)關(guān)107與108之間維持固定共模電壓Vqi(在塊外產(chǎn)生)，以避免泄漏電流通過(guò)開(kāi)關(guān)107與108。所述開(kāi)關(guān)所需的所有計(jì)時(shí)信號(hào)和控制信號(hào)均是由切換控制塊HO提供。每一取樣是由兩個(gè)階段Pl和P2組成(Pl是取樣階段，且P2是轉(zhuǎn)移階段)，所述兩個(gè)階段Pl和P2被非重疊延遲分離以排除電荷注入問(wèn)題。在階段Pl上，接通開(kāi)關(guān)105a、105b和105c，迫使在塊101的輸出處為共模電壓。在此階段期間，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)109a和109b。接著，在非重疊延遲之后，在切換輸入塊101內(nèi)所存在的輸入電容器104a、104b上取樣輸入電壓。在另一非重疊延遲之后，在階段P2上，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)105a、105b和105c，且可在階段P2上取樣另一輸入電壓。接著，接通開(kāi)關(guān)109a和109b，且通過(guò)差動(dòng)放大器140而將經(jīng)取樣電荷轉(zhuǎn)移到電容器130a和130b且實(shí)現(xiàn)所要的積分功能。根據(jù)各種實(shí)施例，將Σ - Λ ADC差動(dòng)輸入信號(hào)Vin = Vinp-Vinm,差動(dòng)DAC輸出(Vdac =Vdacp-Vdacm)和共模信號(hào)VCM饋送到包含N個(gè)(N為整數(shù))輸入級(jí)102的輸入切換式電容單元101，這些級(jí)中的每一者是由切換輸入級(jí)103、隨后為差動(dòng)地連接在一起的一組等值電容器104a和104b組成。這些級(jí)103中的每一者是由切換控制塊110獨(dú)立地控制。在每一取樣時(shí)，這些輸入級(jí)指派模擬電壓(VIN、Vda?；騐qi)中的一者以在電容器104a和104b上被取樣并轉(zhuǎn)移到電容器130a和130b。此指派的選擇是在切換控制塊110中界定且遵循輪換算法，所述輪換算法在每一 取樣時(shí)可改變此指派的選擇。為在此輸入級(jí)中實(shí)現(xiàn)S/R的縮放因子，在每一取樣時(shí)，在于104a、104b對(duì)應(yīng)的電容器上取樣期間，指派數(shù)目S個(gè)輸入級(jí)以取樣ADC輸入，以及指派R個(gè)輸入級(jí)以取樣DAC輸出，將其余N- (R+S)個(gè)級(jí)連接到共模電壓Vqi,使得所述級(jí)在轉(zhuǎn)移階段期間不貢獻(xiàn)任何額外電荷。所有電容器104a和104b為并聯(lián)的，如果所有電容器具有相同的單位電容C，則所取樣的總電荷等于OS*Vin-OR*Vdac; = R*C* (S/R*Vin-Vdac),此展示在輸入級(jí)100的此實(shí)施例中在輸入取樣電荷和DAC取樣電荷之間實(shí)現(xiàn)S/R縮放因子。為更簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，N-(R+S)個(gè)未使用的電容器(轉(zhuǎn)移零電荷)在整個(gè)轉(zhuǎn)換期間將僅被指派給VCM。僅如果需要另一縮放因子時(shí)才使用所述N-(R+S)個(gè)未使用的電容器且所述電容器將不是輪換算法的一部分。由于電容104具有因模擬過(guò)程所引起的失配誤差，所以用于DAC信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移或輸入信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移的R+S個(gè)電容器的每一電容值可寫為Ci = C+ei;其中ei是第i個(gè)電容器的失配誤差。此處，所有R+S個(gè)電容器上的誤差ei的總和等于O (如果并非如此，則總可通過(guò)改變C值而返回到此情形)?？偤虲*S*Vin-C*R*Vda。將被修改為C*S*VIN-C*R*VDAe+(ei+..
.+es)*VIN_(es+1+. . .+es+R)*VDAC；。最后兩項(xiàng)表不因電容器失配而轉(zhuǎn)移的電荷誤差。應(yīng)注意，此電荷取決于三個(gè)項(xiàng)目輸入信號(hào)、DAC輸出信號(hào)，和用以取樣輸入信號(hào)或DAC信號(hào)的R+S個(gè)電容器104的再分割(或指派)的選擇。由于在每一取樣期間將輸入視為穩(wěn)定的(或處于比取樣頻率低得多的頻率)，所以僅有兩個(gè)變量尚待平均化以便實(shí)現(xiàn)可從轉(zhuǎn)換期間所轉(zhuǎn)移的電荷總和中消除的電荷誤差。參考圖2和3A、3B，在每一取樣時(shí)，由切換控制塊110控制的輪換算法確保S個(gè)切換級(jí)被指派給ADC輸入、R個(gè)級(jí)被指派給DAC輸出且N- (R+S)個(gè)級(jí)被指派給共同模式，且此指派可改變，使得在足夠量的樣本范圍內(nèi)平均而言，每一級(jí)的有效用于取樣電荷的電容器104a和b (舍棄可能始終連接到共模電壓的電容器，其電荷轉(zhuǎn)移貢獻(xiàn)為零)已被指派用于取樣信號(hào)比被指派用于取樣DAC電壓多S/R倍。如果DAC電壓在輪換算法期間被視為穩(wěn)定的，則使用所有誤差項(xiàng)的總和等于O的性質(zhì)，在輪換循環(huán)結(jié)束時(shí)電荷轉(zhuǎn)移中誤差項(xiàng)的所有排列的總和將等于零。例如，在簡(jiǎn)單輪換和S/R縮放因子下，在I號(hào)取樣時(shí)，ei*VIN. . . es*VIN與輸入信號(hào)的誤差項(xiàng)相關(guān)，且es+1*VDA。. . . es+E*VDAC與DAC信號(hào)的誤差項(xiàng)相關(guān)，誤差項(xiàng)可被寫為先前所述的(ej. . . +es)*VIN_(es+1+. . . +es+K)*VDA。。在第二個(gè)取樣時(shí),每一電容器的指派被移位一個(gè)計(jì)數(shù)，使得誤差項(xiàng)可寫為(e2+. . . +es+1) *VIN- (es+2+. . .*VDA。。在第R+S個(gè)取樣時(shí)，誤差項(xiàng)可寫為(eu+g+ep . . +e^^Y^-1es+. . . +e^) *VDAC；。在此情形中(Vin和Vdac被假定為常數(shù))，在R+S個(gè)樣本之后電荷誤差項(xiàng)的總和為S* (e!+. . . +es+E) *Vin_R* (θ!+. . . +es+E) *VDAC,其等于零，這是因?yàn)檎`差^的總和等于零。此證實(shí)，當(dāng)在輸入處需要DAC信號(hào)與輸入信號(hào)之間的縮放因子S/R時(shí)，當(dāng)DAC穩(wěn)定時(shí)，電容器104的指派中的簡(jiǎn)單循環(huán)移位可在僅R+S個(gè)樣本之后消除由電容器失配誘發(fā)的增益誤差。此輪換算法可經(jīng)增強(qiáng)為取決于DAC輸入電平，以便克服當(dāng)DAC輸入不穩(wěn)定(這是一般情形)時(shí)可能存在的非線性問(wèn)題，使得對(duì)于對(duì)應(yīng)于DAC輸出電壓Vdaqi的每一相異輸入電平k(或位流狀態(tài))，將應(yīng)用遵循與本文上述相同的規(guī)則的單獨(dú)的循環(huán)輪換算法，這是因?yàn)樵诖藛为?dú)的算法內(nèi)，DAC電壓現(xiàn)在可視為恒定。在此情形中，僅如果與每一 Vdaqi相關(guān)的所有誤差項(xiàng)被單獨(dú)地消除時(shí) ，才可消除總誤差項(xiàng)。在任何情形中，當(dāng)轉(zhuǎn)換包括足夠大數(shù)目的樣本時(shí)(當(dāng)OSR >> (S+R)*nlev時(shí)，其中nlev為DAC中的可能的電平數(shù)，OSR為過(guò)取樣比率或每一轉(zhuǎn)換的樣本總數(shù))，可忽略關(guān)于所轉(zhuǎn)移的總電荷的誤差項(xiàng)，使得總增益誤差按需要達(dá)到低PPm誤差水平。圖3B表示相同的輸入級(jí)100，其中DAC功能直接由N個(gè)切換輸入級(jí)103執(zhí)行。這些級(jí)連接到差動(dòng)電壓參考源(在輸入級(jí)100外產(chǎn)生)。所述切換輸入級(jí)103在此簡(jiǎn)單地由連接到差動(dòng)電壓參考的DAC以及可在DAC的輸出、ADC差動(dòng)模擬輸入信號(hào)與共模電壓之間切換的模擬多路復(fù)用器組成。積分器的其余部分類似于圖2，且此塊以與圖2相同的方式執(zhí)行二階段縮放和增益誤差消除輪換算法。圖4表示可用在圖3A和3B兩者中以便實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入取樣電容器104的電壓指派的切換輸入級(jí)103的可能的實(shí)施例。根據(jù)第7102558號(hào)美國(guó)專利“用于切換式電容器Σ -Δ模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的五電平反饋數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(Five-level feed-back digital-to-analogconverter for aswitched capacitor Σ - Δ analog-to-digital converter)，，的教不，還可將此電路用作具有多達(dá)五個(gè)輸出電平的DAC。此電路是簡(jiǎn)單差動(dòng)模擬多路復(fù)用器，且其通?？蓪⑦x自Va、VINP、Vinm, Veefp, Veefm的任一對(duì)輸入信號(hào)指派給輸出OUTM和0UTP，同時(shí)有可能使輸出OUTP和OUTM短接在一起。所有開(kāi)關(guān)命令是由切換控制塊110與用于取樣信號(hào)并將信號(hào)轉(zhuǎn)移到積分器輸出所需的兩個(gè)階段同步地產(chǎn)生。在圖4中，OUTP信號(hào)可分別經(jīng)由開(kāi)關(guān)210a、220a、230a、240a、250a而連接到電壓Vcm、Vinp、Vinm、Vkefp、Vkefm。當(dāng)這些開(kāi)關(guān)中的任一者接通時(shí)，所有其它者斷開(kāi)以避免模擬輸入之間的短路。同時(shí)，OUTM信號(hào)可分別經(jīng)由開(kāi)關(guān)210b、230b、220b、250b、240b而連接到電壓VCM、Vinp、Vin 、Vkefp、Vkefm。類似地，當(dāng)這些開(kāi)關(guān)中的任一者接通時(shí)，所有其它者斷開(kāi)以避免不同的模擬輸入之間的短路。開(kāi)關(guān)260可使兩個(gè)輸出OUTM和OUTP短接在一起。在此情形中，開(kāi)關(guān)210可取決于OUTM和OUTP信號(hào)是否需要連接到Vcm電壓而斷開(kāi)或接通。在其余狀態(tài)中，開(kāi)關(guān)210和260接通，而所有其它開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，使得在電容器104a和104b上未存儲(chǔ)任何差動(dòng)電荷。在轉(zhuǎn)換期間，在兩個(gè)階段(Pl :取樣，P2 :轉(zhuǎn)移)中的每一者期間，通過(guò)接通開(kāi)關(guān) 210a、220a、230a、240a、250a 中的一者和開(kāi)關(guān) 210b、230b、220b、250b、240b中的一者且使所有其它開(kāi)·關(guān)斷開(kāi)，或通過(guò)接通260且使所有其它開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，而在電容器104a和104b上選擇并取樣差動(dòng)電壓。在所述兩個(gè)階段之間，在非重疊延遲期間，所有開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。在圖3A的情形下，其中DAC連接到切換輸入級(jí)103，圖5a、5c、5g表示復(fù)位狀態(tài)(用于未參與電荷轉(zhuǎn)移的電容器)和可能的電荷轉(zhuǎn)移以及所有相關(guān)聯(lián)的取樣和轉(zhuǎn)移來(lái)自輸入信號(hào)、DAC輸出或共模電壓的電荷所需要的數(shù)字開(kāi)關(guān)命令。圖5a用于復(fù)位存儲(chǔ)于電容器104上的電荷，同時(shí)開(kāi)關(guān)105接通且開(kāi)關(guān)109斷開(kāi)。在此情形中，Vcm電壓被施加于電容器104的兩端，此確保這些電容器的適當(dāng)放電。選擇此配置將起到停用對(duì)應(yīng)切換輸入級(jí)的作用。調(diào)制器將如同此級(jí)不存在一樣地起作用，這是因?yàn)樗黾?jí)不轉(zhuǎn)移任何電荷。圖5c描述C*VIN = O(Vinp-Vinm)的電荷轉(zhuǎn)移。當(dāng)切換控制單元指派一組電容器104以取樣和轉(zhuǎn)移來(lái)自Σ -AADC的差動(dòng)輸入的電荷時(shí)應(yīng)用此轉(zhuǎn)移。在階段Pl中，開(kāi)關(guān)220接通，而切換單元103中的所有其它開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，此在電容器104上取樣電荷C*VIN =C* (Vinp-Vinm)。在階段P2中，OUTM和OUTP經(jīng)由接通的開(kāi)關(guān)260而短接在一起。塊103中的所有其它開(kāi)關(guān)(包括開(kāi)關(guān)210)斷開(kāi)，此保證不會(huì)經(jīng)由電荷轉(zhuǎn)移而轉(zhuǎn)移輸入共同模式。圖5g描述-C*VKEF = -C*(Veefp-Veefm)的電荷轉(zhuǎn)移。當(dāng)切換控制單元指派一組電容器104以取樣和轉(zhuǎn)移來(lái)自Σ -AADC的差動(dòng)輸入的電荷時(shí)應(yīng)用此轉(zhuǎn)移。在階段Pl中，開(kāi)關(guān)250接通，而切換單元103中的所有其它開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，此在電容器104上取樣電荷-OVkef=-C* (Veefp-Veefm)。在階段P2中，OUTM和OUTP經(jīng)由接通的開(kāi)關(guān)260而短接在一起。塊103中的所有其它開(kāi)關(guān)(包括開(kāi)關(guān)210)斷開(kāi)，此保證不會(huì)經(jīng)由電荷轉(zhuǎn)移而轉(zhuǎn)移輸入共同模式。歸因于圖1中所示的反饋環(huán)路的負(fù)號(hào)(其中環(huán)路濾波器10負(fù)地獲得DAC輸出)，電荷的轉(zhuǎn)移為-OVkef。本文上述的轉(zhuǎn)移(對(duì)應(yīng)于圖5a、5c和5g)足以涵蓋當(dāng)DAC輸出電壓是在切換單元103外產(chǎn)生(圖2即為如此)時(shí)輪換算法的所有情形。然而，作為圖5c和圖5g的轉(zhuǎn)移的替代，可設(shè)想兩倍電荷的轉(zhuǎn)移，此導(dǎo)致在轉(zhuǎn)移期間信噪比通過(guò)因子sqrt (2)改進(jìn)。這些電荷轉(zhuǎn)移用圖5d和5h予以描述。如果使用這兩個(gè)轉(zhuǎn)移來(lái)代替圖5c和5g中所述的轉(zhuǎn)移,則輸入信號(hào)與DAC之間仍遵守縮放因子，但是在積分器中實(shí)現(xiàn)為2的增益?？赏ㄟ^(guò)使反饋電容器130的尺寸加倍而將此增益設(shè)定回I。
在圖5d和5h兩者中，第一階段與圖5c和5g相同，使得在所述第一階段結(jié)束時(shí)，在電容器104上取樣電荷C*VIN或-OVkef。在第二階段中，差異在于作為經(jīng)由開(kāi)關(guān)260短接電容器104的替代，電容器104連接到與第一階段中相反的電壓(對(duì)于圖5d為-VIN，且對(duì)于圖5h為+Vkef)。經(jīng)由此連接，在第二階段上所轉(zhuǎn)移的電荷(其為兩個(gè)階段之間加載于電容器104上的電荷差)比電容器短接在一起時(shí)多兩倍。此原理類似于導(dǎo)致第7102558號(hào)美國(guó)專利“用于切換式電容器Σ -Δ模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的五電平反饋數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(Five-level feed-back digital-to-analog converter for a switched capacitorΣ - Δ analog-to-digital converter) ”的原理,所述專利以引用的方式并入本文中，其中在每一取樣的兩個(gè)階段內(nèi)產(chǎn)生五個(gè)電平。由于 可經(jīng)由圖5c、5d、5g和5h在每一電容器104上實(shí)現(xiàn)單倍電荷轉(zhuǎn)移或雙倍電荷轉(zhuǎn)移，所以可使用此性質(zhì)以通過(guò)在輸入信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移或DAC電荷轉(zhuǎn)移中設(shè)定雙倍轉(zhuǎn)移，同時(shí)分別在DAC電荷轉(zhuǎn)移或輸入信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移上設(shè)定單倍電荷轉(zhuǎn)移而容易地實(shí)現(xiàn)1/2或2的增益縮放因子。另一用途可簡(jiǎn)單地為通過(guò)在每一電荷轉(zhuǎn)移上設(shè)定雙倍轉(zhuǎn)移(通過(guò)僅使用圖5d和5h)而改進(jìn)信噪比。在雙倍轉(zhuǎn)移期間，DAC和輸入信號(hào)源需能夠供應(yīng)足夠電流以克服跨越電容器104的規(guī)則單倍轉(zhuǎn)移電壓差的兩倍，使得跨越每一電容器104的電壓仍遵守低于每一階段時(shí)序(通常為取樣周期的一半)的安定時(shí)間。如圖3B中所示，可將簡(jiǎn)單差動(dòng)電壓源連接到每一級(jí)103的參考輸入，且在此情形中，每一級(jí)包含由切換控制塊Iio控制的DAC，切換控制塊110接收位流且因此接收DAC輸入。在此情形中，DAC在其分辨率上可被限制于較小數(shù)目的輸出電平，通常為二(一位DAC)。此限制源自每一切換級(jí)103需要包含DAC的事實(shí)，且因此即使在相對(duì)較小數(shù)目N個(gè)級(jí)103的情形中，實(shí)際上僅實(shí)施簡(jiǎn)單的DAC。圖4可用于在到ADC輸入電壓或共模電壓的必要指派的同時(shí)實(shí)現(xiàn)一位DAC，以執(zhí)行二階段縮放和增益誤差消除算法。圖5e和5g展示執(zhí)行C*VKEF或-C*VKEF的電荷轉(zhuǎn)移所需要的開(kāi)關(guān)命令信號(hào)，所述開(kāi)關(guān)命令信號(hào)對(duì)應(yīng)于將在電容器104上取樣+Veef或-Vkef的I位DAC的兩個(gè)可能的輸出電平。圖5e與5g兩者之間的唯一差異在于在第一階段期間接通的開(kāi)關(guān)是開(kāi)關(guān)240或開(kāi)關(guān)250，所述開(kāi)關(guān)分別將Vkef電壓或-Vkef電壓連接到電容器104。根據(jù)第7102558號(hào)美國(guó)專利“用于切換式電容器Σ -Δ模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的五電平反饋數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(Five-level feed-back digital-to-analog converter for a switchedcapacitor Σ - Δ analog-to-digital converter)，，的教不，圖 4 還可用于在到 ADC 輸入電壓或共模電壓的必要指派的同時(shí)實(shí)現(xiàn)五電平DAC，以執(zhí)行二階段縮放和增益誤差消除算法。圖 5b、5e、5f、5g 和 5h 展示執(zhí)行 00、C*VKEF、C*2VKEF、C*(_VKEF)和 C*(_2VKEF)的電荷轉(zhuǎn)移所需要的開(kāi)關(guān)命令信號(hào)，所述開(kāi)關(guān)命令信號(hào)對(duì)應(yīng)于將在電容器104上取樣0、+Vkef、-Vkef、+2Vkef或_2Vkef的五電平DAC的兩個(gè)可能的輸出電平。這些開(kāi)關(guān)命令信號(hào)類似于上文所提及且作為引用參考包括于本文中的美國(guó)專利中所示的開(kāi)關(guān)命令信號(hào)。在此情形中，為具有適當(dāng)?shù)目s放因子S/R，應(yīng)使用圖5d以執(zhí)行ADC輸入信號(hào)到電容器104的指派，使得將實(shí)現(xiàn)雙倍電荷轉(zhuǎn)移且使得在輸入信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移與DAC信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移之間不會(huì)實(shí)現(xiàn)額外的增益因子(所述五電平DAC還能夠經(jīng)由圖5g和5h導(dǎo)致雙倍電荷轉(zhuǎn)移)。圖6展不在給定樣本號(hào)期間每一電容器對(duì)104的指派的簡(jiǎn)單表不。圖6a大體上展示在給定樣本號(hào)處N個(gè)輸入級(jí)的循環(huán)表示的一實(shí)例。在圖6a中，級(jí)103的數(shù)目N等于5，可提供如圖3B中所示的五對(duì)(A、B、C、D和E)電容器104?？蓪⒚恳粚?duì)電容器指派給ADC輸入信號(hào)，或參考信號(hào)(此處DAC功能在每一輸入級(jí)103內(nèi)執(zhí)行)，或指派給共模信號(hào)(使得所述對(duì)電容器不對(duì)電荷轉(zhuǎn)移作出貢獻(xiàn))。表示用于ADC輸入信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移的開(kāi)關(guān)命令的圖可為圖5c和5d。表示用于參考或DAC電荷轉(zhuǎn)移的開(kāi)關(guān)命令的圖可為圖5b、5e、5f、5g和5h。表示用于共模指派的開(kāi)關(guān)命令的圖為5a。此三種情形中的每一者如圖6中所示以循環(huán)圖用不同填充圖案來(lái)表示。例如，在圖6b中，N = 5且輸入級(jí)被稱為A、B、C、D和E。A、B、C用于參考或DAC，D用于信號(hào)，且E未使用。增益縮放因子為1/3 (輸入信號(hào)級(jí)的數(shù)目/參考信號(hào)級(jí)的數(shù)目)。在圖6c的配置中，C用于參考或DAC，A、B用于信號(hào)，D和E未使用。增益縮放因子為2 (在此配置中，輸入級(jí)正放大信號(hào))。在圖6b中的第一實(shí)例上，電容器對(duì)A、B和C被指派給電壓參考輸入，而電容器對(duì)D被指派給ADC輸入，且電容器對(duì)E未使用且保持于圖5a中所述的復(fù)位狀態(tài)。于是ADC輸入與參考輸入之間的增益縮放因子(不計(jì)入因單倍或雙倍電荷轉(zhuǎn)移所引起的潛在增益1/2或2)為1/3。在圖6c中的最后一個(gè)實(shí)例上，電容器對(duì)A、B被指派給ADC輸入，而電容器對(duì)C被指派給電壓參考輸入，且電容器對(duì)D和E未使用且保持于圖5a中所述的復(fù)位狀態(tài)。于是ADC輸入與參考輸入之間的增益縮放因子(不計(jì)入因單倍或雙倍電荷轉(zhuǎn)移所引起的潛在增益1/2或2)為2?？s放因子S/R可低于I以便確保高階調(diào)制器的穩(wěn)定性，但是其還可大于I以便在系統(tǒng)中產(chǎn)生額外增益并且能夠解析Σ - AADC輸入處的較小信號(hào)?？稍诿恳晦D(zhuǎn)換內(nèi)不同地設(shè)定指派選擇(和因此的S/R比率)，使得在相同數(shù)目的電容器對(duì)的情況下多個(gè)增益是可能的。這是通過(guò)某些電容器對(duì)可被停用且因此不對(duì)電荷轉(zhuǎn)移作出貢獻(xiàn)且將不修改S/R比率的事實(shí)而成為可能。在圖6的實(shí)例中的每一者中，保持于復(fù)位狀態(tài)中的電容器不修改縮放因子，但是如果要實(shí)現(xiàn)另一增益，則所述電容器可用于另一配置中。圖7展示使用五個(gè)電容器對(duì)和縮放因子2/3的DAC獨(dú)立輪換算法的簡(jiǎn)單表示。此處，在任一取樣時(shí)，將兩個(gè)電容器對(duì)指派給ADC輸入電荷轉(zhuǎn)移,且將三個(gè)電容器對(duì)指派給參考電荷轉(zhuǎn)移。在復(fù)位狀態(tài)(O號(hào)取樣)中，所有電容器連結(jié)到K使用圖5a命令)。在第一取樣時(shí)，電容器對(duì)A和B被指派 給ADC輸入,且電容器C、D和E被指派給參考電荷轉(zhuǎn)移。在此簡(jiǎn)單輪換算法中，在每一取樣時(shí)指派將移位一個(gè)單位，使得在如圖7中所示的第二取樣時(shí)，電容器B和C將被指派給ADC輸入,且電容器D、E和A將被指派給參考輸入。在五個(gè)取樣之后，電容器E和A被指派給ADC輸入,且電容器B、C和D被指派給參考輸入。在這些R+S = 5個(gè)樣本之后，每一電容器對(duì)被指派給ADC輸入恰好S = 2次，且被指派給參考輸入R = 3次，從而確保即使所述電容器展示失配誤差，也可在每一電容器對(duì)上良好地遵守S/R = 2/3比率。如果在此組R+S個(gè)取樣期間將Vin和Vkef視為恒定，則在積分器的輸出處完全消除增益誤差。在R+S個(gè)取樣之后，輪換算法取得與在第一取樣上相同的狀態(tài)，并在具有OSR個(gè)取樣(通常OSR >> R+S)的整個(gè)轉(zhuǎn)換期間繼續(xù)其移位。作為第一缺點(diǎn)，如果輪換算法在并非為R+S的倍數(shù)的取樣數(shù)之后停止，則將不會(huì)消除較小增益誤差余數(shù)。此算法的另一缺點(diǎn)在于，在轉(zhuǎn)換期間可很少能將DAC輸出視為恒定。為克服此第二個(gè)缺點(diǎn)，可如同圖8和9實(shí)施DAC輸入相依算法。圖8a和b展示與圖7中相同的配置(N = R+S = 5)和增益縮放因子(S/R = 2/3)，但借助DAC輸入(或位流)相依算法。存在與DAC電平一樣多的輪換循環(huán)。DAC輸入選擇對(duì)應(yīng)于其輸入的輪換循環(huán)。對(duì)于每一取樣，配置取得對(duì)應(yīng)的新DAC輸入的循環(huán)中的下一狀態(tài)。在此實(shí)例中，DAC是簡(jiǎn)單的I位DAC，因此存在兩個(gè)可能的輸出電平。然而，如圖9中所示，此算法可在對(duì)分辨率沒(méi)有任何約束的情況下容易地延伸到多電平DAC。圖8a和b展示給定位流100010和在此給定位流的每一取樣時(shí)的相關(guān)聯(lián)指派的實(shí)例。DAC輸入相依算法的原理如下對(duì)于每一特定DAC狀態(tài)，系統(tǒng)將使用如圖7中所述的簡(jiǎn)單輪換算法。將存在與可能的DAC輸出電平一樣多的循環(huán)。在圖8a和b中，DAC可取得兩個(gè)可能的輸入電平0或I。一旦確定此狀態(tài)，切換控制單元110將選擇對(duì)應(yīng)于當(dāng)前DAC狀態(tài)的循環(huán)且如簡(jiǎn)單的輪換算法使電容器104的指派移位一個(gè)單位。由于僅有兩個(gè)可能的DAC輸入狀態(tài)，所以將從兩個(gè)循環(huán)中進(jìn)行選擇。對(duì)于第一取樣，DAC輸入狀態(tài)為“I”,電容器A和B被指派給ADC輸入電荷轉(zhuǎn)移,且電容器C、D和E被指派給參考輸入電荷轉(zhuǎn)移。此狀態(tài)(稱為“I”狀態(tài))被保存到存儲(chǔ)器中，使得DAC下次取得“I”輸入狀態(tài)時(shí)，算法將基于此保存狀態(tài)而繼續(xù)其輪換且切換到下一狀態(tài)。對(duì)于第二取樣，DAC輸入狀態(tài)為0，所以切換控制單元雙態(tài)觸發(fā)到“O”狀態(tài)循環(huán)，所述“O”狀態(tài)循環(huán)還以與“O”狀態(tài)循環(huán)相同的指派開(kāi)始。所以在第二取樣中，電容器A和B被指派給ADC輸入電荷轉(zhuǎn)移，且電容器C、D和E被指派給參考輸入電荷轉(zhuǎn)移。圖8a表示“I”狀態(tài)簡(jiǎn)單輪換算法取樣，且圖8b表示“O”狀態(tài)簡(jiǎn)單輪換算法取樣。所述圖中的每一者展示簡(jiǎn)單輪換算法，其彼此獨(dú)立且僅取決于DAC輸入狀態(tài)和在此給定DAC輸入狀態(tài)下的樣本號(hào)。如圖8a中所示，“I”狀態(tài)算法僅在切換控制塊110檢測(cè)到“I”狀態(tài)時(shí)才改變狀態(tài)，且在此實(shí)例中發(fā)生于第五取樣時(shí)。在第二、第三和第四取樣期間，由量化器20產(chǎn)生“0”，所以此“ I ”狀態(tài)算法被凍結(jié)且使用“O”狀態(tài)算法。如圖Sb中所示，在給定位流為100010的情況下，對(duì)于DAC輸入，第二、第三和第四取樣全部為“O”狀態(tài)。在此情形中，選擇“O”狀態(tài)輪換算法且在每一取樣時(shí)使指派移位一個(gè)單位，使得在第四取樣時(shí)，所保存的狀態(tài)為c和D被指派給ADC輸入，且A、B和E被指派給參考輸入。此保存的狀態(tài)僅對(duì) 應(yīng)于等于O的DAC輸入。DAC下次取得“O”輸入時(shí)，指派將切換到此所保存狀態(tài)之后的下一個(gè)狀態(tài)且遵循所述簡(jiǎn)單輪換算法。此展示于第六取樣時(shí)，其中DAC輸入狀態(tài)為“O”且于是指派為D和E用于ADC輸入，且A、B和C用于參考輸入。—旦“O”狀態(tài)和“I”狀態(tài)已完全完成它們的獨(dú)立輪換算法，則在積分器中消除增益誤差，這是因?yàn)樵谶@些算法期間，DAC輸入是穩(wěn)定的(這是消除此增益誤差所要滿足的準(zhǔn)則)。如果DAC具有兩個(gè)以上電平，則所述算法可容易地?cái)U(kuò)展，每一輸入狀態(tài)可具有其自身的輪換算法循環(huán)，且具有其自身的存儲(chǔ)器以在切換到另一循環(huán)之前保存最后的狀態(tài)。如果DAC的每一輸入狀態(tài)所取得的樣本號(hào)并非R+S的倍數(shù)，則增益誤差將是每一獨(dú)立輪換算法循環(huán)因未完全執(zhí)行而產(chǎn)生的余數(shù)的函數(shù)。如果nlev*(R+S) <<0SR(其中nlev是DAC的可能輸入狀態(tài)的數(shù)目)，則此余數(shù)通常較小。圖9描述具有任一分辨率的DAC相依輪換算法的一般情形，且設(shè)想出任一輪換算法。此圖表不某一樣本k處的任一 DAC輸入狀態(tài)X與樣本k+Ι處的下一 DAC輸入狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)變。此下一樣本狀態(tài)可為X (DAC輸入未改變)或Y，Y與X不同。在圖的頂部描繪轉(zhuǎn)換器的當(dāng)前狀態(tài)和存儲(chǔ)輪換算法的先前狀態(tài)的相關(guān)聯(lián)存儲(chǔ)器。此處，當(dāng)前狀態(tài)如下DAC輸入等于X，且輪換算法在“X”狀態(tài)循環(huán)的位置η處。在存儲(chǔ)器中，對(duì)于“X”狀態(tài)循環(huán)，存儲(chǔ)了位置η，這是因?yàn)閷?duì)于樣本k，所述轉(zhuǎn)換器當(dāng)前在此位置中。此處還展示“Y”狀態(tài)存儲(chǔ)器的先前狀態(tài)是位置m。當(dāng)發(fā)生從樣本k到樣本k+Ι的轉(zhuǎn)變時(shí)，DAC輸入取得由量化器20提供的新值。此值為相同的(X)或?yàn)椴煌?Y)。在圖9的底部描繪所述兩種可能性。切換控制塊110基于此值而選擇“ X ”狀態(tài)算法或“ Y ”狀態(tài)算法。當(dāng)在樣本k+Ι處DAC輸入為相同時(shí)，DAC相依輪換算法保持在“X”狀態(tài)循環(huán)中。于是在此循環(huán)中所達(dá)到的位置為n+1。應(yīng)注意，由于此算法是一循環(huán)，所以所述位置以某一模數(shù)(通常為模數(shù)R+S)而相同。與“X”狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)器還移位到位置n+1。由于在樣本開(kāi)始時(shí)未選擇“Y”(Y與X不同)狀態(tài)輪換循環(huán)，所以與任何其它位置Y相關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)器不改變。當(dāng)在樣本k+Ι處DAC輸入為不同(DAC輸入等于Y，Y與X不同)時(shí)，DAC相依輪換算法選擇“Y”狀態(tài)算法。由于在此循環(huán)時(shí)的最近位置是位置m，所以在樣本k+Ι處的位置現(xiàn)在為m+Ι。應(yīng)注意，可能已在樣本k+Ι之前的許多樣本處達(dá)到用于“Y”狀態(tài)算法的位置m。用于“Y”狀態(tài)算法的存儲(chǔ)器現(xiàn)在被更新到位置m+Ι，且因?yàn)樗惴ㄔ凇癥”狀態(tài)循環(huán)中，所以用于“X”狀態(tài)或任何其它狀態(tài)的存儲(chǔ)器不改變。在轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，如果DAC相依狀態(tài)循環(huán)的大部分或全部已部分地或全部地執(zhí)行其輪換，且如果每一算法的每一余數(shù)誘發(fā)與整個(gè)轉(zhuǎn)換期間所轉(zhuǎn)移的總電荷相比可忽略的電荷誤差，則因電容器104失配所引起的增益誤差得以大大減少或消除。在簡(jiǎn)單移位循環(huán)算法的情形中，當(dāng)nlev*(S+R) << OSR時(shí)一般便是如此。根據(jù)進(jìn)一步的實(shí)施例，有可能將上文所描述的切換算法與斬波器電壓參考組合，且同時(shí)提供固有地線性的DAC和由參考電路誘發(fā)的偏移和Ι/f噪聲的移除。不需要修改斬波器電壓參考電路。典型的斬波器穩(wěn)定帶隙電壓參考更完全地描述于羅(Roh)等人的題為用以消除偏移變化的斬波器穩(wěn)定的帶隙參考電路“(Chopper Stabilized BandgapReferenceCircuit t o Cancel Offset Variation) ”的第 6，462，612 號(hào)美國(guó)專利中，且所述美國(guó)專利以引用的方式并入本文中以用于所有目的。斬波器電壓參考可優(yōu)選通過(guò)樣本時(shí)鐘來(lái)計(jì)時(shí)。圖10展示斬波器電壓參考1000的一實(shí)例。所述電壓參考接收(例如)界定取樣階段Pl和轉(zhuǎn)移階段P2的樣本周期時(shí)鐘。如圖10中所展示，斬波器電壓參考的特性為輸出參考電壓隨著斬波器時(shí)鐘而改變，使得輸出參考電壓在+Vtjffset與Vref-Vtjffset之間雙態(tài)觸發(fā)。然而,其它雙態(tài)觸發(fā)方案可適用，只要知道斬波器時(shí)鐘的哪個(gè)參數(shù)控制正偏移電壓或負(fù)偏移電壓即可。換句話說(shuō)，用作參數(shù)的是斬波器輸出的狀態(tài)。正偏移與負(fù)偏移的關(guān)系因此為已知的。在圖10中所展示的實(shí)例中，此狀態(tài)與樣本周期時(shí)鐘相關(guān)。根據(jù)其它實(shí)施例，此額外變量用于進(jìn)一步界定使用算法的哪個(gè)狀態(tài)以用于切換電容器。換句話說(shuō)，根據(jù)一實(shí)施例，使用位流的值或DAC輸出值以及斬波器電壓參考的狀態(tài)來(lái)界定調(diào)制器的特定狀態(tài)，其中對(duì)于每一狀態(tài)應(yīng)用相同算法。因此，在本實(shí)例中，可獲得四個(gè)不同狀態(tài)α、β、Y和δ，如下表中所展示。表I
DAC輸入斬波器偏移狀態(tài)算法的狀態(tài)
0+Vrcfa
1+Vrcl.β0-Vrc I'γ
1-Vre1、δ在每一狀態(tài)α、β、Υ和δ內(nèi)，對(duì)于參考和輸入電容器應(yīng)用相同算法或切換序列。然而，每一狀態(tài)α、β、Υ和δ記住所述狀態(tài)的當(dāng)前序列位置，且在以與圖8a和8b中所展示的方式類似的方式被選擇時(shí)，繼續(xù)所述狀態(tài)的切換序列。然而，切換序列現(xiàn)在不僅取決于DAC的狀態(tài)，而且取決于斬波器電壓參考的狀態(tài)。圖11展示具有兩個(gè)不同位流的應(yīng)用，其中通過(guò)將兩個(gè)電容器指派給輸入電壓且將三個(gè)電容器指派給參考電壓(與圖8a和Sb中所展示的DAC輸入相依算法類似)而實(shí)現(xiàn)2/3的增益。在實(shí)例I中，位流與斬波器同步。因此，僅使用兩個(gè)狀態(tài)。如可看到，無(wú)論何時(shí)β?tīng)顟B(tài)被選擇，β?tīng)顟B(tài)均從其先前狀態(tài)繼續(xù)輪換所述電容器。此情形同樣適用于Y算法。第二實(shí)例展示與斬波器參考電壓不同步的位流。因此，所有四個(gè)狀態(tài)現(xiàn)在處于操作中。因此，可使用接收來(lái)自兩個(gè)寄存器或旗標(biāo)1010、1020的狀態(tài)信號(hào)的狀態(tài)機(jī)1030。狀態(tài)機(jī)1030包含用于每一算法的寄存器或計(jì)數(shù)器，以在序列先前已被選擇時(shí)能夠在序列停止處繼續(xù)所述序列。因此，輪換需要針對(duì)每個(gè)組合狀態(tài)完全地循環(huán)，所述組合狀態(tài)由與斬波器電壓參考的偏移狀態(tài)組合的DAC輸出界定。因此，在展示四個(gè)不同算法列的實(shí)例中，DAC輸出和斬波器狀態(tài)界定單獨(dú)的算法列。表2展示用于5電容器輸入級(jí)的四列。表 權(quán)利要求
1.一種Σ - Λ調(diào)制器，其包含 斬波器電壓參考，其提供具有時(shí)鐘相依偏移電壓的參考信號(hào)， 單一位或多位數(shù)/模轉(zhuǎn)換器DAC ； 多個(gè)電容器對(duì)； 多個(gè)開(kāi)關(guān)，其用以將來(lái)自所述多個(gè)電容器對(duì)的任一對(duì)電容器選擇性地稱合到輸入信號(hào)或所述參考信號(hào)；以及 控制構(gòu)件，其可操作以經(jīng)由所述開(kāi)關(guān)控制取樣以在兩個(gè)階段中執(zhí)行電荷轉(zhuǎn)移，其中任一對(duì)電容器可經(jīng)選擇以被指派給所述輸入信號(hào)或所述參考信號(hào)， 其中在多次電荷轉(zhuǎn)移之后，通過(guò)循環(huán)地輪換所述電容器對(duì)而執(zhí)行增益誤差消除，使得在一輪換循環(huán)之后，每一電容器對(duì)已被指派給所述輸入信號(hào)達(dá)第一預(yù)定次數(shù)且還已被指派給所述參考信號(hào)達(dá)第二預(yù)定次數(shù)，且 其中所述DAC的輸出值和所述斬波器電壓參考的偏移狀態(tài)界定多個(gè)切換序列，其中每一切換序列獨(dú)立地輪換所述電容器對(duì)，且其中取決于所述DAC的當(dāng)前輸出值和所述斬波器電壓參考的當(dāng)前偏移狀態(tài)而選擇至少一個(gè)切換序列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Σ-Δ調(diào)制器，其中一切換序列取決于所述DAC的當(dāng)前輸出值和所述斬波器電壓參考的當(dāng)前偏移狀態(tài)而選自所有可能的切換序列。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Σ-Δ調(diào)制器，其中對(duì)于DAC輸出值的第一子集，僅取決于所述DAC的當(dāng)前輸出值而選擇一切換序列，且對(duì)于DAC輸出值的剩余子集，取決于所述DAC的當(dāng)前輸出值和所述斬波器電壓參考的當(dāng)前偏移狀態(tài)而選擇一切換序列。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的Σ-Δ調(diào)制器，其中在五電平DAC中，所述第一子集包括偶數(shù)輸出值且所述剩余子集包括奇數(shù)輸出值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Σ-Δ調(diào)制器，其進(jìn)一步包含用以將共模電壓選擇性地耦合到經(jīng)選擇的一對(duì)電容器的開(kāi)關(guān)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的Σ-Λ調(diào)制器，其包含多個(gè)輸入級(jí)，每一級(jí)包含電容器對(duì)相關(guān)聯(lián)的開(kāi)關(guān)且接收所述輸入信號(hào)、所述參考信號(hào)和所述共模電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Σ-Δ調(diào)制器，其中所述參考信號(hào)是由包含帶隙斬波器電壓參考的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器提供。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的Σ-Δ調(diào)制器，其中所述參考信號(hào)是由斬波器電壓參考源提供，且每一輸入級(jí)包含由所述控制構(gòu)件控制的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的Σ-Δ調(diào)制器，其中對(duì)于電荷轉(zhuǎn)移，在充電階段期間，輸入信號(hào)或參考信號(hào)耦合于一對(duì)電容器的一側(cè)上，且共同接地電位耦合于所述對(duì)電容器的另一側(cè)上，且在轉(zhuǎn)移階段期間，所述對(duì)電容器的所述一側(cè)彼此連接或與反相的輸入或參考信號(hào)耦入口 ο
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的Σ-Λ調(diào)制器，其中對(duì)于零電荷，在充電階段期間，所述對(duì)電容器的一側(cè)彼此連接，且所述共同接地電位耦合于所述對(duì)電容器的另一側(cè)上，且在轉(zhuǎn)移階段期間，所述對(duì)電容器的所述一側(cè)再次彼此連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Σ-Δ調(diào)制器，其包含兩對(duì)以上電容器，其中通過(guò)指派給所述輸入信號(hào)的電容器對(duì)的數(shù)目與指派給所述參考信號(hào)的電容器對(duì)的數(shù)目的比率而實(shí)現(xiàn)一增益。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的Σ-Δ調(diào)制器，其包含經(jīng)由可控制的切換網(wǎng)絡(luò)而與所述輸入級(jí)的輸出耦合的差動(dòng)運(yùn)算放大器。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的Σ-Λ調(diào)制器，其進(jìn)一步包含第一和第二反饋電容器，所述第一和第二反饋電容器可被選擇性地切換到所述差動(dòng)放大器的負(fù)反饋環(huán)路或正反饋環(huán)路中。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Σ-Λ調(diào)制器，其中所述斬波器電壓參考是通過(guò)控制所述兩個(gè)階段的時(shí)鐘來(lái)計(jì)時(shí)。
15.一種在使用多個(gè)電容器對(duì)的Σ -Δ調(diào)制器中執(zhí)行電荷轉(zhuǎn)移的方法，所述方法包含 通過(guò)斬波器電壓參考產(chǎn)生具有時(shí)鐘相依偏移電壓的參考信號(hào)； 通過(guò)單一位或多位數(shù)/模轉(zhuǎn)換器DAC產(chǎn)生DAC輸出值； 提供待指派給輸入信號(hào)和參考信號(hào)的至少兩個(gè)電容器對(duì)； 通過(guò)將用至少一個(gè)電容器對(duì)對(duì)所述輸入信號(hào)的取樣與并行地用至少另一電容器對(duì)對(duì)所述參考信號(hào)的取樣進(jìn)行組合而執(zhí)行取樣，其中在兩個(gè)階段中執(zhí)行取樣； 對(duì)于隨后的取樣，輪換所述電容器對(duì)，使得在多個(gè)取樣之后執(zhí)行增益誤差消除，其中在一輪換循環(huán)之后，每一電容器對(duì)已被指派給所述輸入信號(hào)達(dá)第一預(yù)定次數(shù)且還已被指派給所述參考信號(hào)達(dá)第二預(yù)定次數(shù)，其中所述DAC的輸出值和所述斬波器電壓參考的偏移狀態(tài)界定多個(gè)切換序列，其中每一切換序列獨(dú)立地輪換所述電容器對(duì)，且其中取決于所述DAC的當(dāng)前輸出值和所述斬波器電壓參考的當(dāng)前偏移狀態(tài)而選擇至少一個(gè)切換序列。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中取決于所述DAC的當(dāng)前輸出值和所述斬波器電壓參考的當(dāng)前偏移狀態(tài)而從所有可能的切換序列中選擇一切換序列。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中對(duì)于DAC輸出值的第一子集，僅取決于所述DAC的當(dāng)前輸出值而選擇一切換序列，且對(duì)于DAC輸出值的剩余子集，取決于所述DAC的當(dāng)前輸出值和所述斬波器電壓參考的當(dāng)前偏移狀態(tài)而選擇一切換序列。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中在五電平DAC中，所述第一子集包括偶數(shù)輸出值且所述剩余子集包括奇數(shù)輸出值。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中 在第一取樣期間，使用第一電容器對(duì)在充電階段和轉(zhuǎn)移階段中對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行取樣，且使用第二電容器對(duì)在充電階段和轉(zhuǎn)移階段中與所述輸入信號(hào)并行地對(duì)參考信號(hào)進(jìn)行取樣； 在隨后的取樣期間，使用所述第二電容器對(duì)在充電階段和轉(zhuǎn)移階段中對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行取樣，且使用所述第一電容器對(duì)在充電階段和轉(zhuǎn)移階段中與所述輸入信號(hào)并行地對(duì)參考信號(hào)進(jìn)行取樣。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法,其進(jìn)一步包含將每一對(duì)電容器與以下各者中的一者耦合正輸入信號(hào)線、負(fù)輸入信號(hào)線、正參考信號(hào)線、負(fù)參考信號(hào)線和共同接地電位。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中對(duì)于電荷轉(zhuǎn)移，在充電階段期間，將所述輸入信號(hào)或參考信號(hào)連接于一對(duì)電容器的以其它方式與共同接地電位耦合的一側(cè)上，且在轉(zhuǎn)移階段期間，將所述對(duì)電容器的所述一側(cè)彼此連接或?qū)⑺鲆粋?cè)與反相的輸入或參考信號(hào)耦口 ο
22.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中對(duì)于零電荷轉(zhuǎn)移，在充電階段期間，將一對(duì)電容器的一側(cè)彼此連接，且將所述共同接地電位連接于所述對(duì)電容器的另一側(cè)上，且在轉(zhuǎn)移階段期間，將所述對(duì)電容器的所述一側(cè)再次彼此連接。
23.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中提供兩個(gè)以上電容器對(duì)，所述方法包含以下步驟 在第一取樣期間，從多個(gè)電容器對(duì)中選擇電容器對(duì)的第一子集以用于在充電階段和轉(zhuǎn)移階段中對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行取樣，且從所述多個(gè)電容器對(duì)的所述剩余電容器對(duì)中選擇第二子集以用于在充電階段和轉(zhuǎn)移階段中與所述輸入信號(hào)并行地對(duì)參考信號(hào)進(jìn)行取樣； 對(duì)于隨后的取樣，重復(fù)所述步驟，其中選擇電容器對(duì)的與先前選擇的第一和第二子集不同的另一第一和第二子集。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述第一子集包含多個(gè)電容器對(duì)，且所述第二子集包含來(lái)自所述兩個(gè)以上電容器對(duì)的所述剩余電容器對(duì)。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中通過(guò)指派給所述輸入信號(hào)的電容器對(duì)的數(shù)目與指派給所述參考信號(hào)的電容器對(duì)的數(shù)目的比率而實(shí)現(xiàn)一增益。
26.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中通過(guò)控制所述兩個(gè)階段的時(shí)鐘來(lái)對(duì)所述斬波器電壓參考進(jìn)行計(jì)時(shí)。
全文摘要
一種∑-Δ調(diào)制器具有斬波器電壓參考，其提供具有時(shí)鐘相依偏移電壓的參考信號(hào)；單一位或多位數(shù)/模轉(zhuǎn)換器DAC；多個(gè)電容器對(duì)；多個(gè)開(kāi)關(guān)，其用以將任一電容器對(duì)耦合到輸入或參考信號(hào)；以及控制單元，其經(jīng)由所述開(kāi)關(guān)控制取樣以在兩個(gè)階段中執(zhí)行電荷轉(zhuǎn)移，其中任一電容器對(duì)可經(jīng)選擇以被指派給所述輸入或參考信號(hào)，其中在多次電荷轉(zhuǎn)移之后，通過(guò)循環(huán)地輪換所述電容器對(duì)而執(zhí)行增益誤差消除，且其中DAC輸出值和參考偏移狀態(tài)界定切換序列，其中每一切換序列獨(dú)立地輪換所述電容器對(duì)，且其中取決于當(dāng)前DAC輸出值和當(dāng)前參考偏移狀態(tài)而選擇至少一個(gè)切換序列。
文檔編號(hào)H03M3/00GK103069719SQ201180033725
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2011年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月8日
發(fā)明者文森特·奎奎姆普瓦, 揚(yáng)·約納, 加布里埃萊·貝利尼 申請(qǐng)人:密克羅奇普技術(shù)公司