帶高溫漏電補償的積分型模數轉換電路及方法
【專利摘要】本發明涉及電路領域，特別涉及一種帶高溫漏電補償的積分型模數轉換電路及方法。本發明公開了一種帶高溫漏電補償的積分型模數轉換電路，包括兩個積分電容C1、C2和開關S0、S1、S2、S5、S6、S7，組成的兩個積分電路，第一個積分電路能有效收集電路在進行積分過程中的漏電信息，并在第二個積分電路中進行補償，從而實現開關漏電抵消。本發明還公開了一種帶高溫漏電補償的積分型模數轉換方法。本發明電路結構簡單，易于實現，有效減小開關漏電造成的轉換誤差(非線性誤差)，保證了其在中高溫高漏電條件或低開關控制電壓下的性能。
【專利說明】
帶高溫漏電補償的積分型模數轉換電路及方法
技術領域
[0001]本發明屬于電路領域，具體地涉及一種帶高溫漏電補償的積分型模數轉換電路及方法。
【背景技術】
[0002]模數轉換電路，就是把模擬信號轉換成數字信號的電路。模數轉換電路主要有積分型、逐次逼近型、并行比較型/串并行型、Σ-Δ調制型、電容陣列逐次比較型及壓頻變換型。積分型模數轉換電路由于用簡單電路就能獲得高分辨率，且功耗低，特別適用于需要低功耗的場合，如無源RFID或NFC標簽上的傳感器信號的模數轉換，然而，對于傳統的積分型轉換電路，如圖1(a)和圖1(b)所示，其受MOS管漏電影響嚴重，單獨的積分電路無法保證其在高溫下(根據不同工藝，125°C時可達幾十匹安至納安量級的漏電)的工作性能，如圖1(a)和圖1(b)所示，其充電電流為1-1le3ak，放電電流為Irrf-1le3ak，漏電造成轉換誤差ΔΤ，如圖1(C)，同時MOS管漏電受工藝偏差與MOS管偏置狀況影響，其直接增大轉換的非線性以及片與片之間的工藝偏差，且該偏差無法單點校準，因此，傳統積分型模數轉換電路無法保證其在中高溫條件下的性能。
【發明內容】
[0003]本發明目的在于為解決上述問題而提供一種電路結構簡單，易于實現，能減小開關漏電造成的轉換誤差的積分型模數轉換電路及方法。
[0004]為此，本發明公開了一種帶高溫漏電補償的積分型轉換方法，包括如下步驟
Al，利用一信號電流1對第一積分電容進行充電，充電時間為一固定時間Tr，同時采用第二積分電容收集第一積分電容充電過程中控制開關存在的漏電；
A2，利用基準電流Irrf對第一積分電容進行放電至一固定電壓VQ，同時采用第二積分電容收集第一積分電容放電過程中控制開關存在的漏電；
A3，利用信號電流I ο對第二積分電容進行充電，充電時間為固定時間Tr，在充電同時，使其存在漏電，大小與步驟Al的漏電大小相同或基本相同；
A4，利用基準電流Ire3f對第二積分電容進行放電至固定電壓Vo，在放電同時，使其存在漏電，大小與步驟A2的漏電大小相同或基本相同，該放電時長即為轉換結果。
[0005]本發明還公開了一種帶高溫漏電補償的積分型模數轉換電路，包括兩個積分電容Cl、C2和轉換開關SO、S1、S2、S5、S6、S7，所述轉換開關SO的第一端依次串聯轉換開關S1、S5和S7接地，同時依次串聯轉換開關S2、S6和S7接地，所述轉換開關SO的第二端電源VDD，所述轉換開關SO和電源VDD之間接入信號電流1，在轉換開關S7和地之間接入基準電流Ire3f，所述積分電容Cl接在轉換開關SI和S5之間的節點與地之間，所述積分電容C2接在轉換開關S2和S6之間的節點與地之間，所述轉換開關S1、S2、S5和S6的漏電大小相同或基本相同，所述轉換開關30、31、32、35、36和37的控制端與控制器連接，所述控制器首先控制轉換開關30、S1、S6導通一固定時間Tr，其它轉換開關斷開對積分電容Cl進行充電，接著控制轉換開關S2、S5、S7導通，其它轉換開關斷開對積分電容Cl進行放電至一固定電壓Vo，然后控制轉換開關S0、S2、S5導通固定時間Tr，其它轉換開關斷開對積分電容C2進行充電，最后控制轉換開關S1、S6、S7導通，其它轉換開關斷開對積分電容C2進行放電至固定電壓Vo。
[0006]進一步的，所述轉換開關SO為CMOS傳輸門或MOS管，所述轉換開關S7為CMOS傳輸門或MOS管。
[0007]進一步的，所述轉換開關S1、S2、S5和S6均為CMOS傳輸門或MOS管。
[0008]進一步的，所述轉換開關S1、S2、S5和S6為相同規格的CMOS傳輸門或MOS管。
[0009]本發明的有益技術效果:
本發明在傳統積分型轉換電路基礎上做了漏電優化，且電路讀取采用全比例形式。同時，為了減小控制開關漏電造成的轉換誤差，用一個額外電容存儲由于模數轉換器(DAC，用傳輸門實現)的漏電造成的另一路積分電容的信號損失，保證了電路在中高溫高漏電條件下的性能，且電路結構簡單，易于實現。
【附圖說明】
[0010]圖1a為傳統積分型轉換電路與其充電時漏電影響示意圖；
圖1b為傳統積分型轉換電路與其放電時漏電影響示意圖；
圖1c為傳統積分型轉換電路的漏電造成轉換誤差示意圖；
圖2a為本發明實施例的電路及電容CI充電時的漏電示意圖；
圖2b為本發明實施例的電路及電容Cl放電時的漏電示意圖；
圖2c為本發明實施例的電路及電容C2充電時的漏電示意圖；
圖2d為本發明實施例的電路及電容C2放電時的漏電示意圖；
圖3為本發明實施例的漏電補償示意圖。
【具體實施方式】
[0011]現結合附圖和【具體實施方式】對本發明進一步說明。
[0012]—種帶高溫漏電補償的積分型模數轉換方法，包括如下步驟:
Al，利用一信號電流1對第一積分電容進行充電，充電時間為一固定時間Tr，同時米用第二積分電容收集第一積分電容充電過程中控制開關存在的漏電。
[0013]具體的，首先將第一積分電容和第二積分電容重置一固定電壓Vo，然后利用一信號電流1對第一積分電容進行充電，充電時間為一固定時間Tr，同時米用第二積分電容收集第一積分電容充電過程中控制開關存在的漏電。
[0014]A2，利用基準電流Iref對第一積分電容進行放電至固定電壓Vo，同時采用第二積分電容收集第一積分電容放電過程中控制開關存在的漏電。
[0015]A3，利用信號電流1對第二積分電容進行充電，充電時間為固定時間Tr，在充電同時，其存在漏電，大小與步驟Al的漏電大小相同或基本相同。
[0016]A4，利用基準電流Iref對第二積分電容進行放電至固定電壓Vo，在放電同時，其存在漏電，大小與步驟A2的漏電大小相同或基本相同，該放電時長即為轉換結果。該轉換方法可將該轉換結果(放電時長)通過進一步轉換成可以被后續電路讀取或處理的方式，例如用一固定頻率時鐘對時長進行計數。
[0017]如圖2a_2d所示，本發明還公開了一種帶高溫漏電補償的積分型模數轉換電路，包括兩個積分電容Cl、C2和轉換開關SO、S1、S2、S5、S6、S7，所述轉換開關SO的第一端依次串聯轉換開關S1、S5和S7接地，同時依次串聯轉換開關S2、S6和S7接地，所述轉換開關SO的第二端接電源VDD，所述轉換開關SO和電源VDD之間接入信號電流1，在轉換開關S7和地之間接入基準電流Irrf，所述積分電容Cl接在轉換開關SI和S5之間的節點與地之間，所述積分電容C2接在轉換開關S2和S6之間的節點與地之間，所述轉換開關S1、S2、S5和S6的漏電大小相同或基本相同，所述轉換開關30、31、32、35、36和37的控制端與控制器(圖中未示出)連接，所述控制器首先控制轉換開關S0、S1、S6導通一固定時間Tr，其它轉換開關斷開對積分電容Cl進行充電，如圖2(a)所示，接著控制轉換開關S2、S5、S7導通，其它轉換開關斷開對積分電容Cl進行放電至一固定電壓Vo，如圖2(b)所示，然后控制轉換開關S0、S2、S5導通固定時間Tr，其它轉換開關斷開對積分電容C2進行充電，圖2(c)所示，最后控制轉換開關S1、S6、S7導通，其它轉換開關斷開對積分電容C2進行放電至固定電壓Vo，圖2(d)所示。
[0018]本具體實施例中，轉換開關SO、S1、S2、S5、S6和S7均為CMOS傳輸門，且優選為相同規格的，以保證漏電大小盡量相同。當然，在其它實施例中，轉換開關SO、S1、S2、S5、S6和S7也可以均為皿)3管，或轉換開關30、31、32、35、36和37有的是0103傳輸門，有的是皿)3管，只要使轉換開關S1、S2、S5和S6的漏電大小相同或基本相同就可以。
[0019]工作過程:電路工作之初，積分電容Cl、C2被重置到固定電壓Vo;然后CMOS傳輸門SO、SI閉合，信號電流I ο對積分電容CI充電固定時間Tr，CMOS傳輸門S6閉合，積分電容C2收集CMOS傳輸門S2、S5的漏電I If3akI和I Ieak2，由于CMOS傳輸門S2、S5的漏電效應，積分電容CI并非在理想條件下充電，在固定時間Tr內，Cl的充電電壓較理想情況小AV1( AVl=in*Tr，in=Ile3akl+Ile3ak2)，如圖3所示(圖中實線為理想充放電情況，虛線為本實施例充放電的實際情況);接著CMOS傳輸門S5、S7閉合，基準電流Irrf對積分電容Cl放電至固定電壓Vo，CMOS傳輸門S5閉合，積分電容C2收集CMOS傳輸門S1、S6的漏電I Ieak3和I Ieak4，由于CMOS傳輸門S1、S6的漏電效應，積分電容Cl并非在理想條件下放電，其放電電流為Iref+il2，il2 = Ileak3 + Ileak4，因此其放電時間TI比理想放電時間To小，存在轉換誤差。在積分電容Cl充放電時的漏電效應被積分電容C2收集，并產生一誤差電壓八￥1+八￥2=(丨11*1>+丨12*1'1)/^2;在對積分電容02進行充電Tr時間后，由于CMOS傳輸門S1、S6的漏電效應，積分電容C2并非在理想條件下充電，其充電電流為1+ii3，ii3=Iieak5+Iieak6，如圖2(c)所示，其中，ii3等于或約等于ill，所以積分電容C2上的電壓為V2=Videai+ Δ V2(VideaI=1*Tr )，如圖3所示，在積分電容C2放電階段，由于CMOS傳輸門S2、S5的漏電效應，積分電容C2并非在理想條件下放電，其放電電流為Ire3f+ii4，ii4=I Ieak7+I leaks，如圖2 ( d )所示，其中，i 14等于或約等于i 12，所以，積分電容C2放電到固定電壓Vo的時間為T2=(Videai+ Δ V2)/( Iref+112) ^Videai/Iref*( 1+ Δ V2/Videai_ii2/lref);由于 Δ V2/Videal = il2/Iref，T2?TO，其中TO為在理想條件下的放電時間，即溝道漏電影響得以消除，如圖3所示。對于MOS管，在低漏極偏置情況下，溝道漏電為主要漏電來源。襯底漏電成為該轉換電路的主要漏電造成的誤差，其在低電壓偏置情況下較小。
[0020]后續將積分電容C2的放電信號轉換為PW脈寬信號，其脈沖上升沿為在積分電容C2充電固定時間Tr后觸發，其脈沖下降沿為當該電容放電到固定電壓Vo后觸發，其脈寬即為該電容的放電時間，用計數器度量該脈寬后，即可輸出數字信號，完成模數轉換。
[0021]盡管結合優選實施方案具體展示和介紹了本發明，但所屬領域的技術人員應該明白，在不脫離所附權利要求書所限定的本發明的精神和范圍內，在形式上和細節上可以對本發明做出各種變化，均為本發明的保護范圍。
【主權項】
1.帶高溫漏電補償的積分型模數轉換方法，其特征在于:包括如下步驟 Al，利用一信號電流1對第一積分電容進行充電，充電時間為一固定時間Tr，同時米用第二積分電容收集第一積分電容充電過程中控制開關存在的漏電； A2，利用基準電流Irrf對第一積分電容進行放電至一固定電壓Vo，同時采用第二積分電容收集第一積分電容放電過程中控制開關存在的漏電； A3，利用信號電流I ο對第二積分電容進行充電，充電時間為固定時間Tr，在充電同時，使其存在漏電，大小與步驟Al的漏電大小相同或基本相同； A4，利用基準電流Irrf對第二積分電容進行放電至固定電壓Vo，在放電同時，使其存在漏電，大小與步驟A2的漏電大小相同或基本相同，該放電時長即為轉換結果。2.帶高溫漏電補償的積分型模數轉換電路，其特征在于:包括兩個積分電容Cl、C2和轉換開關SO、S1、S2、S5、S6、S7，所述轉換開關SO的第一端依次串聯轉換開關S1、S5和S7接地，同時依次串聯轉換開關S2、S6和S7接地，所述轉換開關SO的第二端電源VDD，所述轉換開關SO和電源VDD之間接入信號電流I ο，在轉換開關S7和地之間接入基準電流Irrf，所述積分電容Cl接在轉換開關SI和S5之間的節點與地之間，所述積分電容C2接在轉換開關S2和S6之間的節點與地之間，所述轉換開關S1、S2、S5和S6的漏電大小相同或基本相同，所述轉換開關30、31、32、35、36和37的控制端與控制器連接，所述控制器首先控制轉換開關30、31、36導通一固定時間Tr，其它轉換開關斷開對積分電容Cl進行充電，接著控制轉換開關S2、S5、S7導通，其它轉換開關斷開對積分電容Cl進行放電至一固定電壓Vo，然后控制轉換開關S0、S2、S5導通固定時間Tr，其它轉換開關斷開對積分電容C2進行充電，最后控制轉換開關S1、S6、S7導通，其它轉換開關斷開對積分電容C2進行放電至固定電壓Vo。3.根據權利要求2所述的帶高溫漏電補償的積分型轉換電路，其特征在于:所述轉換開關SO為CMOS傳輸門或MOS管，所述轉換開關S7為CMOS傳輸門或MOS管。4.根據權利要求2所述的帶高溫漏電補償的積分型轉換電路，其特征在于:所述轉換開關S1、S2、S5和S6均為CMOS傳輸門或MOS管。5.根據權利要求4所述的帶高溫漏電補償的積分型轉換電路，其特征在于:所述轉換開關S1、S2、S5和S6為相同規格的CMOS傳輸門或MOS管。
【文檔編號】H03M1/08GK106067818SQ201610552678
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年7月11日
【發明人】王波
【申請人】杭州瀾達微電子科技有限公司