电荷再分配数模转换器制造技术

本公开的实施方案可提供有片上存储电容器的电荷再分配DAC以取代传统的外部参考电压来向DAC提供电荷。DAC可包括具有第一极板和第二极板的片上存储电容器，DAC电容器阵列以生成DAC输出，以及由DAC输入字控制的开关阵列以耦合DAC电容器到存储电容器。电荷再分配DAC还可包括第一开关，其连接第一极板到外部端子用于第一外部参考电压，以及第二开关，其连接第二极板到外部端子用于第二外部参考电压。一个实施方案可提供包括电荷再分配DAC的ADC。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电荷再分配数模转换器
本专利技术涉及信号处理器，并且更具体地来讲，涉及一种可以在IC芯片上完全实现电荷再分配的电荷再分配数模转换器(DAC)。
技术介绍
电荷再分配DACs常见于现代集成电路中，特别是CMOS开关电容器设计中。它们在很多应用中具有用途，包括模数(ADC)架构，如流水线和逐次逼近型(SAR)ADC。取决于应用，关键性能度量可以是DAC的线性度及其建立速度。图1中示出示例性3比特电荷再分配DAC100。其包括端接电容器102和二进制加权电容器104.1、104.2和104.3的阵列，其中各自的电容量为1C、1C、2C和4C。DAC输入是3比特二进制数字字，其中每个比特控制连接到电容器的开关106.1、106.2或106.3中的各个开关。取决于DAC输入字的相应比特，开关106.1、106.2和106.3的另一个侧连接到参考电压VREF或地线GND。通常，数字“l”控制相应开关连接到参考电压VREF，而数字“0”控制相应开关连接到GND。DAC输出由公式Vout＝VREF*Cselected/Ctotal确定，其中Cselected为DAC字所选的电容量，而Ctotal为DAC100中的所有电容量的总和。例如，如果DAC编码为101，通过连接开关106.1和106.3到参考电压VRFF来选择电容器104.1和104.3，而开关106.2连接电容器104.2到地线GND。输出将为Vout＝VREF*(4C+1C)/(4C+2C+1C+1C)＝5/8*VREF。参考电压VRFF和地线GND具有关联的寄生电感，通过LPARl和LPAR2表示。当DAC电容器中的任何一个从VREF切换至地线GND时(反之亦然)，位于DAC输出的电压将振铃一段时间，这取决于寄生电感的特性和DAC100的电容量。在典型的集成电路中，振铃现象限制可以驱动DAC的频率。从而，在高速下，DAC的性能经常受限于寄生电感。因此，有必要改进电荷再分配DAC建立的速度，特别是SARADC应用。
技术实现思路
本公开的实施方案可提供有片上存储电容器的电荷再分配DAC以取代传统的外部参考电压来向DAC提供电荷。DAC可包括具有第一极板和第二极板的片上存储电容器，DAC电容器阵列以生成DAC输出，以及由DAC输入字控制的开关阵列以耦合DAC电容器到存储电容器。电荷再分配DAC还可包括第一开关，其连接第一极板到外部端子用于第一外部参考电压，以及第二开关，其连接第二极板到外部端子用于第二外部参考电压。一个实施方案可提供包括电荷再分配DAC的ADC。本专利技术的另一个实施方案可提供一种用于生成用于数模转换器(DAC)的数模输出的方法。该方法可包括对到DAC的片上存储电容器的两个外部参考电压进行采样。此外，该方法可包括从外部参考电压断开DAC的片上存储电容器，并根据DAC输入字连接多个DAC电容器到片上存储电容器。附图说明图1为传统电荷再分配DAC。图2示出根据本专利技术的一个实施方案的电荷再分配DAC。图3示出根据本专利技术的实施方案的第二阶段中的图2的电荷再分配DAC。图4示出根据本专利技术的另一个实施方案的另一个电荷再分配DAC。图5示出根据本专利技术的实施方案的有电荷再分配DAC的SARADC。图6示出根据本专利技术的实施方案的电荷再分配DAC的流程。图7示出根据本专利技术的另一个实施方案的另一个电荷再分配DAC。图8示出根据本专利技术的另一个实施方案的另一个电荷再分配DAC。具体实施方式图2示出根据本专利技术的一个实施方案的电荷再分配DAC200。该电荷再分配DAC200可以是N比特DAC(例如，N是大于一的整数)，并且包括端接电容器202和二进制加权电容器204.1-204.N阵列，以及多个开关206.1-206.N。电荷再分配DAC200还可包括两个开关208.1和208.2，以及存储电容器CRES210。电荷再分配DAC200的所有这些组件都可集成在IC芯片220上(例如，同一芯片上)，并且存储电容器CRES210可以是片上存储电容器。存储电容器CRES210可具有两侧(例如，两个极板)以存储电荷。开关208.1可具有一端，其耦合到CRES210的第一侧(例如，顶板或顶侧)，以及另一端，其耦合到IC芯片的第一端子，其可在运行期间连接到第一参考电压VREF1。开关208.1从而控制CRES210的第一侧与第一参考电压VREF1之间的连接。开关208.2可具有一端，其耦合到CRES210的第二侧上(例如，底板或底侧)，以及另一端，其耦合到IC芯片的第二端子，其可在运行期间连接到第二参考电压VREF2。开关208.2从而控制CRES210的第二侧与第二参考电压VREF2之间的连接。每个电容器204.1-204.N都可由各个开关206.1-206.N控制，以从存储电容器CRES210断开，或连接到存储电容器CRES210的第一侧或存储电容器CRES210的第二侧。在一个实施方案中，第一参考电压VRFFl可具有比第二参考电压VREF2更高的电压值。例如，第一参考电压可以是正参考值VRFF+(例如，正电源VDD)，而第二参考电压VREF2可以是低于VREF+的正参考值，或地线GND，或负参考值pVREF-(例如，负电源VSS)。开关206.1-206.N可由DAC输入字控制，其可以是N比特二进制数字字，其中每个比特各自地控制开关。开关206.1可由最低比特位(LSB)控制，并且从而电容器204.1可对应于LSB，并且它的电容量可以是单位电容量(例如，lC)。开关206.N可由最高比特位(MSB)控制，并且从而电容器204.N可对应于最高比特位(MSB)，并且它的电容量可以是2N-1个单位电容量。从而，二进制加权电容器204.1-204.N各自地具有2℃、21C...和2N-1C的电容量。在一个实施方案中，单位电容量可以是任一适当的电容量值。在一个实施方案中，电荷再分配DAC200可以是集成电路(IC)芯片220的一部分。参考电压VREF1和VREF2可来自芯片220的外部。电荷再分配DAC200可在2个阶段中运行。在初始作用阶段期间，存储电容器CRES210可连接到外部参考电压VREF1和VREF2，并且可对参考电压VREF1和VREF2进行采样。也就是说，在这个初始阶段，开关208.1和208.2可各自地连接存储电容器CRES210的第一和第二侧到外部电压VREF1和VREF2。在一个实施方案中，可以在初始阶段保持开关206.1、206.2和206.3闭合，用于连接DAC电容器204.1-204.N到存储电容器CRES210。在另一个实施方案中，开关206.1、206.2和206.3可在初始阶段从存储电容器CRES210断开DAC电容器204.1-204.N。在后面的实施方案中，寄生电感导致的任何振铃对DAC电容器204.1-204.N中的任何一个都没有影响。图3示出根据本专利技术的实施方案的第二阶段中的电荷再分配DAC200。在如图3所示的第二阶段期间，开关208.1和208.2可从外部参考电压(例如，从外部VREF1和VREF2断开)断开存储电容器CRES210的第一和第二侧，并且从而将电荷再分配DAC200与寄生电感隔离。在第二阶段中，可将一个或多个DAC输入字应用于开本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电荷再分配数模转换器（DAC），包括：片上存储电容器，其具有第一极板和第二极板；DAC电容器阵列，每个都具有第一和第二极板；以及开关阵列，其由DAC输入字控制，以连接各个DAC电容器的第二极板到所述片上存储电容器的所述第一或第二极板；第一开关，其连接所述片上存储电容器的所述第一极板到外部端子，用于第一外部参考电压；以及第二开关，其连接所述片上存储电容器的所述第二极板到第二外部端子参考电压。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.03.23 US 13/069,9661.一种电荷再分配数模转换器，包括：片上存储电容器，其具有第一极板和第二极板；数模转换器电容器阵列，每个数模转换器电容器都具有第一极板和第二极板；以及开关阵列，其由数模转换器输入字控制，以连接各个数模转换器电容器的第二极板到所述片上存储电容器的第一极板或第二极板；第一开关，其连接所述片上存储电容器的第一极板到用于第一外部参考电压的外部端子；以及第二开关，其连接所述片上存储电容器的第二极板到用于第二外部参考电压的外部端子，其中，数模转换器电容器阵列的数模转换器电容器的第一极板连接在一起并且输出从数模转换器输入字转换而来的模拟信号。2.如权利要求1中所述的电荷再分配数模转换器，其中在应用所述数模转换器输入字时，电荷再分配在所述片上存储电容器与所述数模转换器电容器之间发生。3.如权利要求2中所述的电荷再分配数模转换器，其中所述片上存储电容器为多个片上存储电容器中的一个。4.如权利要求3所述的电荷再分配数模转换器，其中片上存储电容器的数量等于所述数模转换器输入字的比特数量。5.如权利要求1所述的电荷再分配数模转换器，其中在运行的第一阶段期间，所述片上存储电容器连接到用于第一外部参考电压和第二外部参考电压的外部端子，其中，第二外部参考电压是地线。6.如权利要求5所述的电荷再分配数模转换器，其中在运行的第二阶段期间，所述片上存储电容器从用于第一外部参考电压和第二外部参考电压的外部端子断开，并且所述数模转换器输入字确定各个数模转换器电容器连接到所述片上存储电容器的第一极板还是第二极板。7.如权利要求5所述的电荷再分配数模转换器，其中所述数模转换器电容器阵列为二进制加权电容器，所述数模转换器电容器的总数等于所述数模转换器输入字的比特总数，并且其中在运行的第二阶段期间，所述数模转换器输入字的每个比特确定相应的数模转换器电容器连接到所述片上存储电容器的第一极板还是第二极板。8.如权利要求5所述的电荷再分配数模转换器，还包括解码器以解码所述数模转换器输入字，并且生成用于所述开关阵列的控制信号，其中所述数模转换器电容器中的每一个都具有相等的电容量，并且所述数模转换器电容器的总数等于2N-1，其中N为大于一的整数，N表示所述数模转换器输入字的比特总数，并且其中在运行的第二阶段期间，一定数量的所述数模转换器电容器由所述解码器控制以连接到所述片上存储电容器的第一极板，并且剩余的数模转换器电容器连接到所述片上存储电容器的第二极板，所述数量等于所述数模转换器输入字的值。9.如权利要求5所述的电荷再分配数模转换器，其中在运行的所述第一阶段期间，所述数模转换器电容器从所述片上存储电容器断开。10.如权利要求1所述的电荷再分配数模转换器，其中所述电荷再分配数模转换器在模数转换器中。11.如权利要求10所述的电荷再分配数模转换器，其中所述模数转换器为逐次逼近型模数转换器，并且在所述模数转换器对输入电压进行采样的同时，所述片上存储电容器对第一外部参考电压和第二外部参考电压进行采样。12.一种生成数模转换器的数模输出的方法，包括：对到所述数模转换器的片上存储电容器的外部参考电压进行采样；将所述数模转换器的所述片上存储电容器从所述外部参考电压断开；根据数模转换器输入字连接多个数模转换器电容器的第二极板到所述片上存储电容器；以及从所述多个数模转换器电容器的第一极板输出从数模转换器输入字转换而来的模拟信号，其中，所述多个数模转换器电容器的第一极板连接在一起。13.如权利要求12所述的方法，其中在应用所述数模转换器输入字时，电荷再分配在所述片上存储电容器与所述数模转换器电容器之间发生。14.如权利要求12所述的方法，其中所述片上存储电容器通过两个开关连接到所述外部参考电压与地线，并且通过闭合所述两个开关进行采样。15.如权利要求14所述的方法，其中所述数模转换器在逐次逼近型模数转换器中，并且在所述模数转换器对输入电压进行采样的同时，所述片上存储电容器对所述外部参考电压进行采样。16.如权利要求15所述的方法，其中在从所述外部参考电压断开所述数模转换器的所述片上存储电容器时，所述数模转换器输入字在多个值之间改变，以改变所述片上存储电容器与数模转换器电容器之间的再分配，以生成多个数模转换器输出。17.如权利要求15所述的方法，其中所述数模转换器电容器阵列为二进制加权电...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·卡普斯塔，
申请(专利权)人：美国亚德诺半导体公司，
类型：发明
国别省市：美国;US