一种电流数字转换器电路，具有：积分放大器(IAmp)，其输入端(12)适于接收电流信号(Ip)，且输出端(13)适于提供电压信号(Vout)，该电压信号为电流信号(Ip)的积分的函数；量化器电路(Op2)，其输入端耦接到积分放大器(IAmp)的输出端(13)，且输出端(14)适于提供二进制结果信号(Scmp1)，该二进制结果信号为电压信号(Vout)与至少第一参考电压信号(Vref1)的比较的函数；数模转换器电路(Dac)，其根据二进制结果信号(Scmp1)以可切换的方式耦接到积分放大器(IAmp)的输入端(12)；以及受控电流源(CCS)，其经由第一开关(S1)耦接到积分放大器(IAmp)的输出端(13)，第一开关根据二进制结果信号(Scmp1)进行控制，以便将辅助电流(Iaux)供给到积分放大器(IAmp)的输出端(13)。供给到积分放大器(IAmp)的输出端(13)。供给到积分放大器(IAmp)的输出端(13)。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电流数字转换器电路、光学前端电路、计算机断层扫描装置及方法
[0001]本公开涉及放大器领域，尤其是在光学前端中形成电流数字转换器的一部分的放大器。具体地，本申请涉及一种电流数字转换器电路、光学前端电路、计算机断层扫描装置和用于提供输出电压的方法。
[0002]许多领域中都需要低噪声和低功率放大器。虽然存在许多用来解决闪烁噪声的技术，例如斩波、自动归零等，但解决被认为是放大器的基础问题的热噪声的技术并不多。系统(在这种情况下是放大器)的热噪声与其速度之间的权衡被认为是基础问题，并且已知的改进方法是牺牲功率和/或面积。由于这种权衡是非常基础的问题，因此大多数技术都围绕增加信号功率以实现更好的信噪比SNR。
[0003]这也适用于光学前端，光学前端借助于光学传感器(例如光电二极管)检测光能，并将所述能量转换为电压信号。光学前端中的第一放大器(即从光电二极管接收电流信号的放大器)也称为前端放大器。所述放大器通常决定了光学前端和采用光学前端的上级系统的噪声性能。这种上级系统可以是计算机断层扫描(CT)装置。已知的过去的CT应用中的光学前端放大器通过消耗更多功率或通过在实现前端放大器时使用堆叠差分对方法解决了噪声问题。然而，事实证明，这种方法需要昂贵的低阈值电压晶体管。
[0004]因此，可以看出，目的是提供一种电流数字转换器电路、光学前端电路、计算机断层扫描装置和用于提供具有改进的噪声
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功率权衡设计的输出电压的方法。
[0005]该目的通过独立权利要求的主题来实现。实施例和改进方案在从属权利要求中限定。r/>[0006]在一个实施例中，电流数字转换器电路具有积分放大器、量化器电路、数模转换器电路和受控电流源。积分放大器具有适于接收电流信号的输入端和适于提供电压信号的输出端，该电压信号为电流信号积分的函数。量化器电路具有耦接到积分放大器的输出端的输入端和适于提供二进制结果信号的输出端，该二进制结果信号为电压信号与至少第一参考电压信号的比较的函数。数模转换器电路以可切换的方式耦接到积分放大器的输入端。可切换的方式是根据二进制结果信号来实现的。受控电流源经由第一开关耦接到积分放大器的输出端，该第一开关根据二进制结果信号进行控制，以便将辅助电流供给到积分放大器的输出端。
[0007]积分放大器在其输入端处对电流信号进行积分，并由此提供电压信号。在量化器电路内，将所述电压信号与第一参考电压信号进行比较并且由此提供二进制结果信号。一旦二进制结果信号的电平发生变化，例如从1到0或从0到1，数模转换器电路就被触发，以便将电荷注入到积分放大器的输入端，以便使积分放大器输出端处的电压信号保持在有效范围内。同时，即在由二进制结果信号的电平变化而被触发时，受控电流源将辅助电流供给到积分放大器的输出端。因此，与二进制结果信号的电平变化或脉冲有关的电荷被提供到积分放大器的输出端。其中，二进制结果信号包括当前信号的数字表示、尤其是二进制表示。
[0008]在所提出的电流数字转换器电路中，积分放大器的大部分输出电荷由受控电流源在需要该电荷的那一刻(即二进制结果信号的电平变化)供给。通过这种方式，积分放大器
能够以非常高的精度建立二进制结果信号的输出脉冲，由此满足线性约束并降低功耗。
[0009]在示例性实施方式中，一旦积分放大器输出端处的电压信号低于第一参考电压信号，量化器电路输出端的电平就从0变为1。由二进制结果信号的这种脉冲进行触发时，电荷以相对于积分放大器输入端处的电流信号相反的方向注入，电荷量表示在二进制结果信号的电平变化之前由电流信号提供的先前积分电荷。同时，受控电流源被激活以将辅助电流供给到积分放大器的输出端，由此有助于更快速地对积分放大器的输出端再充电。因此，在积分放大器输出端处稳定输出的状况得到了极大的提高，例如提高到4到20倍。
[0010]在改进方案中，在二进制结果信号的脉冲发生时供给辅助电流，供给的时间量小于由积分放大器所实现的时间常数。
[0011]积分放大器实现的时间常数是用于实现积分放大器的运算放大器的时间常数。供给辅助电流的时间量比积分放大器的时间常数小，例如为时间常数的1/10。由此，积分放大器不会干扰辅助电路，这使得建立输出时快速且基本无振铃。该设计使得积分放大器的输出端处所需的大部分电荷借助于辅助电流来提供，而剩余电荷由积分放大器本身来提供。
[0012]在改进方案中，受控电流源包括电流生成单元和定时生成单元。定时生成单元准备用来提供充电时钟信号，其中，充电时钟信号的上升沿在二进制结果信号的上升沿发生时生成，并且充电时钟信号的下降沿在定时生成单元所包括的辅助电容器的充电达到第二参考电压的电平时生成。辅助电容器的充电是借助于偏置电流来起作用的。电流生成单元准备用来提供辅助电流。为此，它包括用于镜像偏置电流的电流镜部件或包括连接到电源电位的可调电阻器。
[0013]当二进制结果信号发生电平变化时，例如在发生符合二进制结果信号从0到1的电平变化的二进制结果信号上升沿时，充电时钟信号的第一电平变化生成。当充电时钟信号发生第一电平变化时，例如从0到1的变化或充电时钟信号的上升沿，偏置电流对辅助电容器进行充电。一旦辅助电容器两端随所述电容器的充电变化的电压降达到第二参考电压的电平，就生成充电时钟信号的第二电平变化，例如从0到1的电平变化或下降沿。同时停止对辅助电容器的充电。
[0014]电流生成单元具有镜像偏置电流以提供辅助电流的电流镜部件，或者替代地，电流生成单元具有以一个端子连接到电源电位并提供辅助电流的可调电阻器。在这些替代方案中的任一个方案中，只要第一开关闭合，就将辅助电流提供给积分放大器的输出端。如上所述，根据二进制结果信号来控制第一开关。所述功能可以在时间上稍有延迟以实现非重叠。充电时钟信号随二进制结果信号变化，因为充电时钟信号的第一电平变化是在二进制结果信号发生电平变化时生成的。这样，充电时钟信号与二进制结果信号同步。充电时钟信号用于控制第一开关。例如，在充电时钟信号发生第一电平变化时闭合第一开关，该第一电平变化与二进制结果信号的电平变化基本一致。一旦发生充电时钟信号的第二电平变化，就可以断开第一开关。
[0015]在另一改进方案中，电流数字转换器电路包括准备用来提供用于控制至少量化器电路的操作的主时钟信号的控制单元。由此，二进制结果信号的提供与主时钟信号基本上同步。结果是，充电时钟信号也与主时钟信号同步或同步到主时钟信号。
[0016]在改进方案中，积分放大器包括运算放大器和积分电容器，积分电容器耦接在运算放大器的反馈回路中，在其输出端与其反相输入端之间。运算放大器由折叠共源共栅实
现，其中，每个折叠节点由晶体管实现。
[0017]在常规折叠共源共栅结构中，差分输入对晶体管的共源共栅由电流源偏置。因此，这种常规折叠结构只能以为恒定电流的偏置电流确定的速度稳定下来。如上所述的折叠共源共栅通过晶体管实现折叠节点。因此，来自另一个支路的具有相同极性的信号电流用于偏置共源共栅。这实现了输出的快速稳定并允许低电压操作。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电流数字转换器电路，具有：积分放大器(IAmp)，其输入端(12)适于接收电流信号(Ip)，且输出端(13)适于提供电压信号(Vout)，所述电压信号为所述电流信号(Ip)的积分的函数，量化器电路(Op2)，其输入端耦接到积分放大器(IAmp)的输出端(13)，且输出端(14)适于提供二进制结果信号(Scmp1)，所述二进制结果信号为所述电压信号(Vout)与至少第一参考电压信号(Vref1)的比较的函数，数模转换器电路(Dac)，其根据所述二进制结果信号(Scmp1)以可切换的方式耦接到积分放大器(IAmp)的输入端(12)，以及受控电流源(CCS)，其经由第一开关(S1)耦接到积分放大器(IAmp)的输出端(13)，所述第一开关根据所述二进制结果信号(Scmp1)进行控制，以便将辅助电流(Iaux)供给到积分放大器(IAmp)的输出端(13)。2.根据权利要求1所述的电流数字转换器电路，其中，所述辅助电流(Iaux)在所述二进制结果信号(Scmp1)发生脉冲时供给，供给的时间量小于由积分放大器(IAmp)实现的时间常数。3.根据权利要求1或2所述的电流数字转换器电路，其中，所述受控电流源(CCS)包括电流生成单元(CGU)和定时生成单元(TGU)，其中，所述定时生成单元(TGU)准备用来提供充电时钟信号(Sckp)，其中，在所述二进制结果信号(Scmp1)发生电平变化时生成充电时钟信号(Sckp)的第一电平变化，并且一旦借助于偏置电流(Ibias)对定时生成单元(TGU)所包括的辅助电容器(Caux)的充电达到第二参考电压(Vref2)的电平，就生成充电时钟信号(Sckp)的第二电平变化，以及其中，所述电流生成单元(CGU)准备用来提供所述辅助电流(Iaux)，所述电流生成单元包括用于镜像所述偏置电流(Ibias)的电流镜部件(Tx)或连接到电源电位(11)的可调电阻器。4.根据权利要求1至3中任一项所述的电流数字转换器电路，还包括控制单元(CTL)，其准备用来提供用于控制至少所述量化器电路(Op2)的操作的主时钟信号(Sclk)。5.根据权利要求1至4中任一项所述的电流数字转换器电路，其中，所述积分放大器(IAmp)包括运算放大器(Op1)和积分电容器(Cfb)，所述积分电容器耦接在所述运算放大器(Op1)的反馈回路中，位于所述运算放大器的输出端(13)与反相输入端(12)之间，其中，所述运算放大器(Op1)由折叠共源共栅(Ty)实现，其中，折叠共源共栅的每个折叠节点由晶体管实现。6.根据权利要求5所述的电流数字转换器电路，其中，所述运算放大器(Op1)由两级或更多级(gm1、gm2)实现。7.根据权利要求1至6中任一项所述的电流数字转换器电路，其中，所述数模转换器电路(Dac)实现为基于开关电容器(...
【专利技术属性】
技术研发人员：茨里尼迪，
申请(专利权)人：AMS国际有限公司，
类型：发明
国别省市：
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