預充電采樣保持電路和用于給采樣保持電路預充電的方法
【技術領域】
[0001]這里公開的是涉及給采樣保持電路預充電的技術。
【背景技術】
[0002]預充電采樣保持電路可以例如與模數轉換器(ADC) —起使用。模數轉換器的輸入可以形成開關電容器負載。例如，逐次逼近寄存器模數轉換器(SAR-ADC)的輸入利用外部采樣/保持裝置或SAR-ADC的內部采樣/保持功能捕獲模擬輸入電壓信號。SAR-ADC比較該輸入電壓與轉換器的外部或內部電壓參考的已知分數(fract1n)。電壓參考設置轉換器的滿量程輸入電壓范圍。現代的SAR-ADC使用電容數模轉換器(C-DAC)來連續比較位組合并將適當的位設置到數據寄存器中或清除數據寄存器中的適當的位。
【發明內容】
[0003]在第一方面中，公開了一種預充電采樣保持電路。該預充電采樣保持電路具有被配置用于接收輸入電壓信號的輸入端子，被配置成設置到參考電壓的參考電壓端子，被配置用于輸出米樣電壓的輸出端子，和米樣電容。米樣電容可以親合在輸入端子和參考電壓端子之間。在一些實施例中，采樣電容被配置用于當采樣保持電路處于保持模式時提供采樣電壓，和取消電容被配置成當采樣保持電路處于保持模式時被充電并且當采樣保持電路處于采樣模式時給采樣電容充電。至少一個效果可以是如從輸入端子來看采樣電容似乎是小的。
[0004]在另一方面中，提供了一種模數轉換器(ADC)。根據這里公開的實施例，該ADC包括采樣保持電路。
[0005]在又另一方面中，公開了一種用于給預充電采樣保持電路的采樣電容充電的方法。該方法包括當采樣保持電路處于保持模式時給取消電容充電并且當采樣保持電路處于采樣模式時給采樣電容充電。在一些實施例中，給采樣電容充電使用取消電容上的電荷。
[0006]以下述理解來提交本概述:其將不用于解釋或限制權利要求的范圍或意義。本領域技術人員在閱讀了以下詳細描述以及查看了附圖之后將認識到附加的特征和優點。
【附圖說明】
[0007]下面參考各圖詳細描述所要求保護的主題。詳細描述參考附圖。貫穿各圖使用相同的參考數字來提及類似的特征和部件。在描述多個實施例的情況下，多位數參考數字用于指示所述實施例的元件。多位數參考數字的最低有效位提及在各種實施例中相似的特征和部件，而最高有效位提及在對應圖中示出的具體實施例。為簡單起見，各種實施例中的類似元件將一般僅當在一個實施例中首次提到該元件時被介紹。關于開關的圖示，使用下面的繪圖慣例:打開的開關用“O”示出，閉合的開關在沒有任何“O”的情況下被圖示。
[0008]圖1是圖示根據一些實施例的預充電采樣保持電路的圖；
圖2是示出當操作圖1中所示的電路時的開關狀態的時間線； 圖3是圖示根據一些實施例的另外的預充電采樣保持電路的圖解；
圖4是圖示根據一些實施例的另一預充電采樣保持電路的圖解；
圖5是圖示被配置用于與圖4中所示的預充電采樣保持電路的一些實施例一起使用的電荷泵的圖解；以及
圖6是圖示根據一些實施例的又另一預充電采樣保持電路的圖解。
【具體實施方式】
[0009]為了解釋的目的，闡述了多個具體細節以便提供對所要求保護的主題的透徹理解。然而，可能明顯的是，可以在沒有這些具體細節的情況下實踐所要求保護的主題。
[0010]本公開針對的是用于實施用在模數轉換器(ADC)中的預充電采樣保持電路的技術，其中預充電采樣保持電路具有所謂的槽路電容(tank capacitance)(這里也稱為‘槽路電容器’或僅稱為‘槽路’)，以用作用于電荷(所述電荷被用來在ADC中加載采樣電容器)的儲存器，統稱為采樣電容。代替或除了常規預充電采樣保持電路中的其它元件之外，這里描述的技術使用另外的電容。該電容元件被配置用于減小從高電阻輸入電路到預充電采樣保持電路的電流。至少一個效果可以是當與常規解決方案相比時降低了從槽路電容器獲取的電荷的量。由此，在一些實施例中，由于在槽路電容中需要代替較少的電荷，因此可以節約電力。至少一個效果可以是當與常規無源解決方案相比時提高了精度并且當與常規有源解決方案相比時降低了功耗。這里描述的一些技術使用該另外的電容元件代替有源電路元件或者作為有源電路元件的補充。由此可以在與使用有源電路元件的常規解決方案相比時實現電力節約。
[0011]在SAR模數轉換器(SAR-ADC，這里也是SAR轉換器)的輸入處，輸入信號首先‘看到’開關，其中閉合的開關創建與電容陣列串聯的開關電阻。這些電容器的一個端子(‘比較器側端子’)耦合到比較器的反相輸入。另一端子(‘參考側端子’)可以系到輸入電壓、電壓參考或地中。最初，參考側端子耦合到輸入信號。一旦電容陣列完全采集了輸入信號，則輸入開關打開并且SAR轉換器開始轉換過程。在轉換過程期間，與模擬信號的數位表示中的最高有效位(MSB)相關聯的電容器的參考側端子連接到電壓參考，而其它電容器連接到地。該動作將電荷重新分配在所有電容器當中。比較器的反相輸入根據電荷平衡提升或下移電壓。如果在比較器的反相輸入處的電壓大于電壓參考的一半，則轉換器給MSB分配“O”并且將該值傳送到SAR-ADC的串行端口之外。如果該電壓小于電壓參考的一半，則轉換器將值“I”傳送到該串行端口之外，并且轉換器將MSB電容器連接到地。在MSB分配之后，對MSB-1電容器重復該過程。SAR-ADC轉換過程發生所需的時間由采集和轉換時間組成。在整個轉換過程結束時，SAR-ADC可以進入睡眠模式。
[0012]ADC驅動器電路可以使用運算放大器(op amp)將SAR-ADC與高阻抗輸入源VSIG分離。R/C低通電路(RIS0和CIS0)可以跟隨以執行返回到運算放大器的功能并轉發到SAR-ADCo低通電路的電阻通過將放大器的輸出級與低通電路的電容隔離來保持放大器穩定。低通電路的電容將穩定的輸入源提供給SAR-ADC。電容跟蹤電壓的輸入信號并在轉換器的采集時間期間提供適當的SAR-ADC電荷。
[0013]為了允許在采樣時間期間安置開關電容器負載，外部電容器(這里也稱為‘槽路電容器’)可以被提供有ADC。ADC的開關電容器負載的加載從槽路電容器中獲取電荷。為了提供足夠的電荷，槽路電容器的電容值高于開關電容器負載。一個解決方案將與連接到ADC的濾波電阻器串聯連接的槽路電容器作為輸入電路提供給ADC。在某些應用中，濾波帶寬、濾波電阻器的固定大小、開關電容器負載的采樣率和大小限制了設計。因此，可以設想緩沖器以避免在采樣期間從槽路電容器中獲取電荷。濾波電阻器和槽路電容器形成低通濾波器和抗混疊濾波器。濾波電阻器還用于保護控制器免受高電壓。在失效的情況下使用小濾波電阻器可能注入輸入線高電流。在另一 ADC中，到ADC的輸入電壓也可以由高歐姆電阻器提供，然而該高歐姆電阻器提高了給采樣電容器充電所需的充電時間。
[0014]圖1圖示了根據一些實施例的預充電采樣保持電路100。例如，預充電采樣保持電路100可以被配置用于與模數轉換器ADC (未示出)一起使用。預充電采樣保持電路100包括被配置用于接收輸入電壓信號VIN的信號輸入端子10。在一些實施方式中，輸入電壓信號VIN是可以隨時間變化的模擬信號。可以提供輸入電壓信號VIN以被ADC數字化。在一些實施例中，從信號輸入端子10來看，預充電采樣保持電路100是高阻抗電路。在一些實施例中，高阻抗可以至少是10 ΚΩ。
[0015]沿到來的輸入電壓信號VIN的傳播方向親合到信號輸入端子10，該傳播方向在這里也稱為‘下游’(并且必然地，相反方向被稱為‘上游’)，預充電采樣保持電路100包括采樣開關13，該采樣開關13被配置成在預充電采樣保持電路100的采集狀態(如圖1中所示)中(即當預充電采樣保持電路100在‘采樣模式’下操作時)是閉合的。另外，采樣開關13被配置成在預充電采樣保持電路100的保持狀態中(即當預充電采樣保持電路100在‘保持模式’下操作時)是打開的。如這里使用的術語‘開關’包含任何電路元件和電路，所述任何電路元件和電路可以提供與操作或以其它方式控制開關以形成或斷開或使能或停用用于將信號從電氣線路上的一點傳送到在開關的任一側的該電氣線路的另一點的該電氣線路或其它物理結構相關聯的功能。在一些實施例中，開關例如被實施為晶體管。
[0016]另外，沿下游方向耦合到采樣開關13，預