由開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)31對系統(tǒng)電源電位采樣實(shí)現(xiàn)，具 體電壓值為：
[0026] (1)
[0027] 式中Ca為開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)31中的電容，Csh為反饋電容網(wǎng)絡(luò)34中的電容，VVDD為 系統(tǒng)電源電位。負(fù)參考電壓由開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)31對系統(tǒng)地電位采樣實(shí)現(xiàn)，具體電壓值為：
[0028] (2)
[0029] 式中Cs為開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)32中的電容，Csh為反饋電容網(wǎng)絡(luò)34中的電容，VGND為 系統(tǒng)地電位。
[0030] 從公式（1)和公式（2)可以看出，在系統(tǒng)電源電位和地電位穩(wěn)定的情況下，正參考 電壓值和負(fù)參考電壓值僅由電容比例決定。由于開關(guān)電容電路中的開關(guān)以及電容比例受工 藝偏差影響很小，因此降低了模數(shù)轉(zhuǎn)換器對高精度片上電壓參考的依賴，消除了電壓參考 的非理想因素對系統(tǒng)轉(zhuǎn)換精度的影響，提高了模數(shù)轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定性。另外，開關(guān)電容電路不 消耗靜態(tài)電流，減小了模數(shù)轉(zhuǎn)換器的功耗，簡單的電路結(jié)構(gòu)還可以減小模數(shù)轉(zhuǎn)換器的面積。
[0031] 模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的比較器由開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)51、反饋電容網(wǎng)絡(luò)52和運(yùn)算放大器52組 成，構(gòu)成與乘二電路基本相同的開關(guān)電容放大器，不同之處是在運(yùn)算放大器53的負(fù)輸入 端和輸出端之間沒有設(shè)計(jì)反饋電容，僅設(shè)計(jì)復(fù)位開關(guān)，降低反饋電容值，如此，電路的增益 為：
[0032] (3)
[0033] 其中Cp為反饋電容網(wǎng)絡(luò)52在運(yùn)算放大器53的負(fù)輸入端和輸出端之間的寄生電 容。由于寄生電容Cp的值非常小，相比于電容Cc可以忽略，因此無反饋電容的開關(guān)電容放 大器可以獲得很高的增益，實(shí)現(xiàn)比較器功能。
[0034] 開關(guān)電容放大器結(jié)構(gòu)式比較器的工作過程分為兩個(gè)階段，一個(gè)是采樣階段，一個(gè) 是比較階段。在采樣階段采樣電容網(wǎng)絡(luò)51對采樣保持加法電路3的輸出信號采樣，反饋電 容網(wǎng)絡(luò)52短路，其電路狀態(tài)如圖3所示。采樣階段運(yùn)算放大器53為單位增益連接，其失調(diào) 電壓存儲(chǔ)在運(yùn)算放大器53的輸入端寄生電容中。在比較階段，反饋電容網(wǎng)絡(luò)52開路，其電 路狀態(tài)如圖4所示。開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)51中的電荷信號轉(zhuǎn)移到運(yùn)算放大器53的反饋寄生電容 Cp中，且由于運(yùn)算放大器的失調(diào)電壓已經(jīng)存儲(chǔ)在運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端，因此電路將抵消 了運(yùn)算放大器的失調(diào)而將需要比較的信號無限放大，實(shí)現(xiàn)了比較功能。由此可以看出，開關(guān) 電容放大器式比較器消除了比較器引入的失調(diào)誤差，提高了模數(shù)轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)上的匹配度和 轉(zhuǎn)換精度。
[0035] 以上說明對本發(fā)明而言只是說明性的，而非限制性的，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解， 在不脫離以下所附權(quán)利要求所限定的精神和范圍的情況下，可做出許多修改、變化或等效， 但都將落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種算法式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括： 一開關(guān)，用于控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣輸入信號； 一開關(guān)，其一端與開關(guān)的一端相連，用于控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣反饋信號； 一采樣保持與加法電路，其輸入端與開關(guān)和開關(guān)的連接點(diǎn)相連，實(shí)現(xiàn)采樣保持輸入信 號和反饋信號，及加上正參考電壓或負(fù)參考電壓的功能； 一乘二放大器，其輸入端與采樣保持與加法電路的輸出端連接，輸出端與開關(guān)的另一 端相連，用于將采樣保持與加法電路的輸出信號精確放大兩倍； 一開關(guān)電容放大器式比較器，其輸入端與采樣保持與加法電路的輸出端連接，用于將 采樣保持與加法電路的輸出信號與零電位比較形成一位數(shù)字信號。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的算法式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中采樣保持與加法電路包括： 一開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)，用于采樣系統(tǒng)電源電位，實(shí)現(xiàn)生成正參考電壓的功能； 一開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)，一端與開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)的輸出端相連，形成連接點(diǎn)，用于采樣系統(tǒng)地電 位，生成負(fù)參考電壓； 一開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)，一端與開關(guān)和開關(guān)的連接點(diǎn)相連，另一端與連接點(diǎn)相連，采樣模數(shù)轉(zhuǎn) 換器的輸入信號或反饋信號； 一反饋電容網(wǎng)絡(luò)，一端與連接點(diǎn)相連，用于保持采樣信號，將開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)、開關(guān)電容 網(wǎng)絡(luò)和開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)的采樣信號相加； 一運(yùn)算放大器，負(fù)輸入端與連接點(diǎn)相連，正輸入端接半電源電位，輸出端與反饋電容網(wǎng) 絡(luò)的另一端相連。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的算法式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中乘二放大器4包括： 一開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)，用于對采樣保持加法電路的輸出信號采樣； 一反饋電容網(wǎng)絡(luò)，一端與開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)的輸出端相連，形成連接點(diǎn)，其中電容值為開關(guān) 電容網(wǎng)絡(luò)中電容值得一半，用于將開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)采樣的信號放大兩倍； 一運(yùn)算放大器，負(fù)輸入端與連接點(diǎn)相連，正輸入端接半電源電位，輸出端與反饋電容網(wǎng) 絡(luò)的另一端相連。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的算法式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中開關(guān)電容放大器式比較器包括： 一開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)，用于對采樣保持加法電路的輸出信號采樣； 一反饋電容網(wǎng)絡(luò)，一端與開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)的輸出端相連，形成連接點(diǎn)，其中電容可以去 掉，僅設(shè)計(jì)開關(guān)，用于將增大電路的增益，實(shí)現(xiàn)比較功能； 一運(yùn)算放大器，負(fù)輸入端與連接點(diǎn)相連，正輸入端接半電源電位，輸出端與反饋電容網(wǎng) 絡(luò)的另一端相連。5. 如權(quán)利要求2所述的算法式模數(shù)轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)，其中正參考電壓由開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)對電 源電位采樣實(shí)現(xiàn)，電壓值為式中Ca為開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)中的電容，Csh為反饋電容網(wǎng)絡(luò)中的電容，VVDD為系統(tǒng)電源電位。6. 如權(quán)利要求2所述的算法式模數(shù)轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)，其中負(fù)參考電壓由開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)對地 電位采樣實(shí)現(xiàn)，電壓值為式中cs為開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)中的電容，Csh為反饋電容網(wǎng)絡(luò)中的電容，V(?為系統(tǒng)地電位。7.如權(quán)利要求4所述的算法式模數(shù)轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)，其中所提出的開關(guān)電容算法式模數(shù)轉(zhuǎn) 換器通過與乘二電路基本相同的開關(guān)電容放大器結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)比較器功能，僅降低反饋電容值 或?qū)㈦娙蓍_路，從而消除了比較器引入的失調(diào)誤差，提高了模數(shù)轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)上的匹配度和 轉(zhuǎn)換精度。
【專利摘要】一種算法式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括：一開關(guān)，用于控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣輸入信號；一開關(guān)，其一端與開關(guān)的一端相連，用于控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣反饋信號；一采樣保持與加法電路，其輸入端與開關(guān)和開關(guān)的連接點(diǎn)相連，實(shí)現(xiàn)采樣保持輸入信號和反饋信號，及加上正參考電壓或負(fù)參考電壓的功能；一乘二放大器，其輸入端與采樣保持與加法電路的輸出端連接，輸出端與開關(guān)的另一端相連，用于將采樣保持與加法電路的輸出信號精確放大兩倍；一開關(guān)電容放大器式比較器，其輸入端與采樣保持與加法電路的輸出端連接，用于將采樣保持與加法電路的輸出信號與零電位比較形成一位數(shù)字信號。
【IPC分類】H03M1/12
【公開號】CN105281767
【申請?zhí)枴緾N201410244708
【發(fā)明人】韓建強(qiáng), 張旭, 劉鳴, 陳弘達(dá)
【申請人】中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2014年6月4日