適用于溫度傳感器的可編程開關(guān)電容積分器的制造方法
【專利摘要】一種適用于溫度傳感器的可編程開關(guān)電容積分器，包括：一時鐘產(chǎn)生子電路，該時鐘產(chǎn)生子電路包括兩個時鐘輸出端；一積分子電路，該積分子電路中的第一開關(guān)與時鐘產(chǎn)生子電路的時鐘輸出端連接；該積分子電路20中的第二開關(guān)與時鐘產(chǎn)生子電路10的時鐘輸出端連接；一采樣子電路，該采樣子電路由若干個結(jié)構(gòu)相同的采樣支路組成，每一采樣支路包括一配置開關(guān)和一采樣電容，每一采樣支電路的輸出端與積分子電路的輸入端連接；一電平切換子電路，該電平切換子電路包括多個外部電平輸入端、兩個時鐘輸入端和多個采樣電平輸出端，其中時鐘輸入端分別與時鐘產(chǎn)生子電路的時鐘輸出端連接，采樣電平輸出端分別與采樣子電路的采樣電平輸入端連接。
【專利說明】適用于溫度傳感器的可編程開關(guān)電容積分器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及集成電路領(lǐng)域，更具體地涉及一種適用于溫度傳感器的Σ — Λ數(shù)模轉(zhuǎn)換器(sigma-delta ADC)中的開關(guān)電容積分器電路。
【背景技術(shù)】
[0002]溫度測量已經(jīng)變成了人們?nèi)粘Ｉ钪械幕拘枨螅?shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)則是溫度傳感器中的關(guān)鍵部件，直接影響到溫度傳感器的測溫精度和測量范圍。Sigma-delta ADC通過過采樣、噪聲整形以及數(shù)字濾波技術(shù)，以速度換取精度，降低了對模擬電路的要求，具有低功耗和高精度的特點，非常適用于溫度傳感器。
[0003]溫度傳感器中的sigma-delta ADC有一個負反饋系統(tǒng)使得積分器的輸入電壓近似為0，這是通過在不同的采樣積分周期配置不同的采樣支路有效數(shù)目實現(xiàn)的。因此，一部分采樣支路會暫時處于無效狀態(tài)。無效狀態(tài)的采樣支路處理不好仍可能對積分結(jié)果造成影響，這是本發(fā)明要解決的問題。
[0004]現(xiàn)有的適用于溫度傳感器的Sigma-delta ADC中的開關(guān)電容積分器電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。其包括時鐘產(chǎn)生子電路、采樣子電路、積分子電路及電平切換子電路。其中采樣子電路由采樣支路組成，采樣支路包括采樣電容和配置開關(guān)兩部分，采樣電容一端連接運算放大器的輸入端，另一端連接配置開關(guān)，配置開關(guān)的另一端接外部輸入電壓。積分子電路包括運算放大器、積分電容、第一開關(guān)和第二開關(guān)，第一開關(guān)跨接在運放的輸入和輸出兩端，第二開關(guān)一端接運放的輸入端，另一端接積分電容，積分電容的另一端接運放的輸出端。電平切換子電路的輸入端接外部輸入電平和時鐘產(chǎn)生子電路，輸出端接采樣子電路。其具體的連接關(guān)系如圖1所示。上述所有開關(guān)均為CMOS開關(guān)，均在其控制信號為高電平時閉合低電平時斷開。
[0005]上述現(xiàn)有的Sigma delta ADC開關(guān)電容積分器通過控制配置開關(guān)的閉合或斷開來配置采樣支路的有效數(shù)目，當配置開關(guān)閉合時，其所在采樣支路有效；反之，當配置開關(guān)斷開時，其所在采樣支路無效。在一個采樣積分周期內(nèi)配置開關(guān)的狀態(tài)保持不變。當一個采樣積分結(jié)束后下一個采樣積分周期開始前通過控制配置開關(guān)的狀態(tài)來配置采樣支路的有效數(shù)目。由于CMOS開關(guān)斷開后仍有漏電流，在常溫下漏電流很小，可以忽略不計，但隨著溫度的升高，開關(guān)漏電流逐漸增大，溫度每升高10°C，漏電流增大一倍，當溫度達到80°C以上時，漏電流將變得不可忽視，將會引起較大的誤差，這嚴重影響了積分器的性能，進而影響到溫度傳感器的測量結(jié)果。
[0006]因此有必要尋找一種在高溫下仍可正常工作的積分器電路，以擴大溫度傳感器的測溫范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種適用于溫度傳感器的可編程開關(guān)電容積分器，其在高溫下仍可正常工作，以擴大溫度傳感器的測溫范圍。[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種一種適用于溫度傳感器的可編程開關(guān)電容積分器，包括:
[0009]一時鐘產(chǎn)生子電路，該時鐘產(chǎn)生子電路包括兩個時鐘輸出端；
[0010]一積分子電路，該積分子電路中的第一開關(guān)與時鐘產(chǎn)生子電路的時鐘輸出端連接；該積分子電路20中的第二開關(guān)與時鐘產(chǎn)生子電路10的時鐘輸出端連接；
[0011 ] 一采樣子電路，該采樣子電路由若干個結(jié)構(gòu)相同的采樣支路組成，每一采樣支路包括一配置開關(guān)和一米樣電容，每一米樣支電路的輸出端與積分子電路的輸入端連接；
[0012]一電平切換子電路，該電平切換子電路包括多個外部電平輸入端、兩個時鐘輸入端和多個采樣電平輸出端，其中時鐘輸入端分別與時鐘產(chǎn)生子電路的時鐘輸出端連接，采樣電平輸出端分別與采樣子電路的采樣電平輸入端連接。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的采樣支路中的配置開關(guān)為多路開關(guān)。當配置開關(guān)的控制信號為高電平時，采樣電平被選通，由于在采樣階段和積分階段電平切換子電路會切換采樣電平，采樣電平發(fā)生變化后采樣電容會有充放電過程，即完成了采樣積分功能，該采樣支路有效；當配置開關(guān)的控制信號為低電平時，電源電壓被選通，在采樣階段和積分階段，該采樣支路的電平被固定，采樣電容沒有充放電過程，該采樣支路無效。這樣就避免了 CMOS開關(guān)斷開時的漏電流對積分結(jié)果的影響，因此本發(fā)明在高溫下仍可正常工作。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為現(xiàn)有的適用于溫度傳感器中的可編程開關(guān)電容積分器電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2為本發(fā)明適用于溫度傳感器中的可編程開關(guān)電容積分器電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖3為本發(fā)明適用于溫度傳感器中的可編程開關(guān)電容積分器電路結(jié)構(gòu)一實施例的示意圖，
【具體實施方式】
[0017]請參閱圖2所示，本發(fā)明提供一種適用于溫度傳感器的可編程開關(guān)電容積分器電路，其包括時鐘產(chǎn)生子電路10，電平切換子電路40，采樣子電路30及積分子電路20。所述時鐘產(chǎn)生子電路10同時與所述積分子電路20和所述電平切換子電路40相連，以產(chǎn)生時鐘脈沖控制所述積分子電路20和所述電平切換子電路40的工作。時鐘產(chǎn)生子電路10具有第一輸出端φ I與第二輸出端Φ2,第一輸出端Φ I與第二輸出端Φ2輸出兩相非交疊時鐘，即第一輸出端Φ I與第二輸出端Φ2輸出的時鐘脈沖不會同時為高電平，但可以同時為低電平。積分子電路包括運算放大器、積分電容Cint、第一開關(guān)Φ11和第二開關(guān)Φ12，第一開關(guān)Φ 11跨接在運放的輸入和輸出兩端，第二開關(guān)Φ 12 —端接運放的輸入端，另一端接積分電容Cint，積分電容Cint的另一端接運放的輸出端。電平切換子電路40的外部電平輸入端接外部輸入電平，兩個時鐘輸入端Φ21及Φ22分別與時鐘產(chǎn)生子電路10的時鐘輸出端Φ1和Φ2連接，采樣電平輸出端V21、V21’、V22、V22’分別與采樣子電路30的采樣電平輸入端V1、VI’、V2、V2’連接，其功能是在時鐘產(chǎn)生子電路10控制下切換采樣子電路采樣階段和積分階段的采樣電平，以完成采樣積分功能。采樣子電路30由若干條結(jié)構(gòu)相同的采樣支路組成，采樣支路包括采樣電容Cs和配置開關(guān)T兩部分，配置開關(guān)T為多路開關(guān)，一路接采樣電平，一路接電源電壓vdd，另一端連接采樣電容Cs，采樣電容Cs的另一端連接運算放大器的輸入端。當配置開關(guān)T的控制信號為高電平時，采樣電平被選通，由于在采樣階段和積分階段電平切換子電路會切換采樣電平，采樣電平發(fā)生變化后采樣電容Cs會有充放電過程，即完成了采樣積分功能，該采樣支路有效；當配置開關(guān)T的控制信號為低電平時，電源電壓vdd被選通，在采樣階段和積分階段，該采樣支路的電平被固定，采樣電容Cs沒有充放電過程，該采樣支路無效。因此可以通過控制配置開關(guān)T的狀態(tài)來控制采樣支路的有效數(shù)目，實現(xiàn)了可配置功能，而且避免了 CMOS開關(guān)斷開時的漏電流對積分結(jié)果的影響，因此本發(fā)明在高溫下仍可正常工作。
[0018]圖3為本發(fā)明的一個具體實施例。如圖3所示，本發(fā)明提供一種適用于溫度傳感器的可編程開關(guān)電容積分器電路，其包括時鐘產(chǎn)生子電路，電平切換子電路，采樣子電路及積分子電路。所述時鐘產(chǎn)生子電路與所述積分子電路和所述電平切換子電路相連，以產(chǎn)生時鐘脈沖控制所述積分子電路和所述電平切換子電路的工作，且時鐘產(chǎn)生子電路具有第一輸出端與第二輸出端，第一輸出端與第二輸出端輸出兩相非交疊時鐘，即第一輸出端與第二輸出端輸出的時鐘脈沖不會同時為高電平，但可以同時為低電平。電平切換子電路的輸入端接外部輸入電平和時鐘產(chǎn)生子電路，輸出端接采樣子電路，其功能是在時鐘產(chǎn)生子電路控制下切換采樣子電路采樣階段和積分階段的采樣電平，以完成采樣積分功能。采樣子電路由若干條結(jié)構(gòu)相同的采樣支路組成，采樣支路包括采樣電容和配置開關(guān)兩部分，配置開關(guān)為多路開關(guān)，一路接采樣電平，另一路接電源電壓，采樣電容一端連接運算放大器的輸入端，另一端連接配置開關(guān)。配置開關(guān)的控制信號為高電平時，采樣電平被選通，由于在采樣階段和積分階段電平切換子電路會切換采樣電平，采樣電平發(fā)生變化后采樣電容會有充放電過程，即完成了采樣積分功能，該采樣支路有效；當配置開關(guān)的控制信號為低電平時，電源電壓被選通，在采樣階段和積分階段，該采樣支路的電平被固定，采樣電容沒有充放電過程，該采樣支路無效。積分子電路包括運算放大器、積分電容、第一開關(guān)和第二開關(guān)，第一開關(guān)跨接在運放的輸入和輸出兩端，第二開關(guān)一端接運放的輸入端，另一端接積分電容，積分電容的另一端接運放的輸出端。
[0019]本發(fā)明的具體工作過程如下所述。
[0020]首先配置采樣支路的有效數(shù)目。配置開關(guān)11=1，11’=1，配置開關(guān)了2=132’=1，配置開關(guān)T3=l，Τ3’ =1，則三對采樣支路都有效。
[0021]采樣階段:時鐘產(chǎn)生子電路的第一輸出端輸出的時鐘脈沖Φ1為高電平，第二輸出端輸出的時鐘脈沖Φ2為低電平，電平切換子電路為采樣子電路提供采樣電平。Vl(01)=Vbel，V2(01)=Vber，V3 (Ol)=Vber, VI，(Ol)=GND, V2，(Φ I) =Vbel，V3，(Φ I) =Vbelo采樣電容Cs對采樣電平進行采樣。此時積分器輸出電壓Vout = O。
[0022]積分階段:時鐘產(chǎn)生子電路的第一輸出端輸出的時鐘脈沖Φ1為低電平，第二輸出端輸出的時鐘脈沖Φ2為高電平，電平切換子電路將為采樣子電路提供的采樣電平進行切換。V1(02)=GND，ν2(Φ2)=νΜ, V3 (Φ 2) =Vbel, VI’ (Φ 2) =Vbel, V2’ (Φ 2) =Vber,V3’ (Φ2) =Vber0由于采樣電容兩端的電壓發(fā)生了變化，采樣電容上的一部分電荷將轉(zhuǎn)移到積分電容Cint上，即完成了積分過程。
[0023]
【權(quán)利要求】
1.一種適用于溫度傳感器的可編程開關(guān)電容積分器，包括: 一時鐘產(chǎn)生子電路，該時鐘產(chǎn)生子電路包括兩個時鐘輸出端； 一積分子電路，該積分子電路中的第一開關(guān)與時鐘產(chǎn)生子電路的時鐘輸出端連接；該積分子電路20中的第二開關(guān)與時鐘產(chǎn)生子電路10的時鐘輸出端連接； 一米樣子電路，該米樣子電路由若干個結(jié)構(gòu)相同的米樣支路組成，每一米樣支路包括一配置開關(guān)和一米樣電容，每一米樣支電路的輸出端與積分子電路的輸入端連接； 一電平切換子電路，該電平切換子電路包括多個外部電平輸入端、兩個時鐘輸入端和多個采樣電平輸出端，其中時鐘輸入端分別與時鐘產(chǎn)生子電路的時鐘輸出端連接，采樣電平輸出端分別與采樣子電路的采樣電平輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于溫度傳感器的可編程開關(guān)電容積分器，其中所述采樣子電路的采樣支路的數(shù)目是根據(jù)需要進行增減。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于溫度傳感器的可編程開關(guān)電容積分器，其中所述配置開關(guān)為四端口開關(guān)，在其控制信號為高電平時，采樣電平與采樣電容接通，在其控制信號為低電平時，電源電壓與采樣電容接通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于溫度傳感器的可編程開關(guān)電容積分器，其中所述積分子電路為全差分的對稱結(jié)構(gòu)，包括全差分運算放大器、第一開關(guān)、第二開關(guān)及積分電容，所述第一開關(guān)跨接在所述全差分運算放大器的輸入和輸出兩端，所述第二開關(guān)的一端接全差分運算放大器的輸入端，另一端接積分電容，所述積分電容的另一端接在所述全差分運算放大器的輸出端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于溫度傳感器的可編程開關(guān)電容積分器，其中所述電平切換子電路的輸出受所述時鐘產(chǎn)生子電路產(chǎn)生的時鐘脈沖控制，當所述時鐘產(chǎn)生子電路的第一輸出端輸出的時鐘脈沖為高電平時，所述電平切換子電路為所述采樣子電路提供采樣電平；當所述時鐘產(chǎn)生子電路的第二輸出端輸出的時鐘脈沖為高電平時，所述電平切換子電路將為采樣子電路提供的采樣電平進行切換，以實現(xiàn)采樣積分功能。
【文檔編號】H03K19/00GK103825596SQ201410082968
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月7日
【發(fā)明者】谷永勝, 吳南健, 趙柏秦, 馮鵬 申請人:中國科學院半導體研究所