离散时间可编程增益ADC输入电路及方法技术

本发明专利技术公开了一种具有输入信号与共模电流调零的离散时间可编程增益模拟数字转换器（ＡＤＣ）输入电路，提供一个完全独立于输入电容器大小与输入信号增益设置的高输入阻抗级别。使用一个或多个参考电容器对一个输入电压进行采样，参考电容器已在先前的一个时钟相位被加载相应的一个受量化器（ｑｕａｎｔｉｚｅｒ）控制的参考电压的净电荷。由于提取自输入电压源的电荷很大程度上仅取决于量化误差与输入噪声电压，所以电路具有高信号输入阻抗。参考电容器可以在第三时钟相位放电，这样输入信号依赖电压从电容器被释放。可以在第一时钟相位中对一个附加的采样电容器进行放电，并在第二时钟相位期间使其并联耦合于参考电容器，以便设定相对于输入电压的增益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要与离散时间输入电路有关，更具体地说，它与一个具有输 入信号与共模电流调零的离散时间模拟数字转换器(ADC)输入电路有关。技术背景模数转换器的测量输入电路必须通常能处理输入信号与反馈参考电压 之间较大的共模电压差异，特别是在如AC线路功率或DC测量电路，及在 测试设备如数字电压表(DVM)等应用中。即使使用变压器或电阻分压器， 普遍应用所需的动态范围一般要求一级或多级可编程增益阶段，以便在输 入端保留信噪比(SNR)及一个高输入阻抗缓冲级，从而避免向受测源增加 负载，尤其是在受测源可能有较大输入电压范围，并在模数转换器模拟部 分的第一级要求多次增益调整时。离散时间采样电路，如在基于开关电容器中所使用的delta-sigma调 制器模数转换器已经用于此类测量电路，但仍通常需要输入缓冲器电路， 这是由于输入采样电容器通常必须为足够大，以便能降低在第一级放大器/ 积分器的输入端所引进的热噪声的程度。而且，在可编程增益应用中，由 于调整积分器的反馈电容器将对用于积分器中的放大器造成可变性能要 求，输入采样电容器一般需经过调整。将输入采样电容器的输入电容提高到能保持低热噪声注入所需的水准 降低了输入电路的阻抗，因此此类采样电路中通常要求有上述的缓冲器。缓冲器的设计必须能处理输入源的共模电压与输入级的共模参考电压之间 通常较大的差异。在某些实施例中，提供一个共模电压参照以抵消测量源 的共模电压，由此简化对缓冲器电路的要求，但此类实施例通常要求一个 外部集成电路端子，及对共模电压源的缓冲。而且，缓冲器电路通常还要 考虑附加的负载功率。因此，需要为一个没有缓冲或外部共模参考的模数转换器提供一种低 功率、高阻抗离散时间的输入电路。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种低功率、高阻抗离散时间输入电路和方法， 以实现述的没有缓冲或外部共模电压参考的模数转换器。该方法是一种电 路操作的方法。'该电路是一个delta-sigma模数转换器，其具有至少一个用于接收测 量输入电压的输入端子。在第一时钟相位， 一个切换电路将参考反馈电容 器加载于一个量化器(quantizer)依赖的参考反馈电压，相对于供参照的 共模电压。在第二时钟相位，切换电路将参考反馈电容器耦合于输入端子 与一个提供delta-sigma模数转换器环路滤波器的第一级积分器的求和 节点之间，由此施加参考反馈电压以抵消输入电压，并使求和节点保持输 入端子的共模电压。切换电路在第三时钟相位使参考反馈电容器放电，这 样就可去除在第二时钟相位末存在的依赖于输入端子电压的电压。通过提 取大部分依赖于参考反馈电压的量化误差的电荷与任何输入噪声，从而提 高了在输入端子的阻抗。可以对一个附加的输入增益调整采样电容器进行放电，方法是在第一 时钟相位期间通过将两个端子耦合于输入端的共模电压，并在第二时钟相 位期间并联于参考反馈电容器，从而设定积分器相对于输入端子的增益， 但不改变相对于参考反馈电压的增益。参考反馈电容器可以是一个有多个 选择性耦合于一个正或负的参考电压源电容器的电容器组，所选的组合根据量化器(quantizer)输出值进行确定。 一个双工切换电路，可包括增 益调整采样电容器与参考电容器组，以提供一个差分模数转换器输入电路。 附图说明上述有关本专利技术及其它目的、特征及优点在以下实施例中将显而易见， 特别是本专利技术的优选实施例的描述，如附图中的说明。图1是本专利技术的一个实施例所描述的一个模数转换器集成电路10的结 构图；图2是输入采样器电路11与模数转换器集成电路10的反馈电容器组 15详细的原理图；图3是图1中模拟数字转换器集成电路10内部的各信号之间的关系的 信号时间/电压图；图4是描述一个单端输入采样器电路与一个可以替代或选择性地应用 于模数转换器集成电路10的反馈电容器组详细的原理图。具体实施方式本专利技术涵盖了离散时间采样积分器电路与delta-sigma基于调制器的 模拟数字转换器(ADC)电路，其中提供一个同时配合共模与信号电压的高输入阻抗，其方法是参考电容器(或电容器组)，该参考电容器(或电容器组)通过使用作为一个输入采样电容器，提供量化器(quantizer)依赖的 反馈参考电压值。由于量化器(quantizer)依赖的反馈参考电压值匹配低 频率的输入信号，除了量化误差及噪声，从输入端获取一个非常小的信号 电流，可以得到一个高信号输入阻抗。此外，由于参考反馈电压相对于参 考共模电压已经过采样，且相对于积分器的求和节点所提供的虚地端，输 入端已经过采样，并保持了输入端的共模电压，从而保持了高共模输入阻 抗。附加的输入增益调整采样电容器可用于对相对于积分器的求和点进行 采样，并且并联耦合于参考电容器。输入增益调整采样电容器不加载至参 考电压，这样模数转换器的增益相对于输入电压就可以得到提高，但相对 于参考电压的增益保持固定，以备参考电压自动进行调整。因此，可以使 用一个较大的输入电容器以提供更高的增益，并且无需一个输入缓冲器来 保持高输入阻抗，就可以在环路滤波器的第一级更容易设置一个可编程增 益积分器。图1所示为根据本专利技术制作的一个模数转换器集成电路10的实施例。 一个模拟环路滤波器12接收一个差分输入电压信号V^并向一个为数字滤 波器14提供数字采样值的量化器(quantizer) 13的输入端提供一个噪声 整形输出信号，其反过来提供一个模数转换器转换数字输出值Digital 0ut。 量化器(quantizer) 13的输出Q也被提供给一个反馈电容器组15， 其中电容器经选择使其中每个耦合于由 一个电压参考电路16所提供的一个正与负电压参照(+VREF， -VREF)信号中的一个，相对于电压参考电路16的 共用电压信号^^=(+7，+-r^)/2，其也作为一个输出端而提供，并对应 于由量化器(quantizer)输出端所选择的参考反馈电压的共模值。如上所述，反馈电容器组15用于对差分输入电压信号V^采样，同时加 载在先前时钟相位中由量化器(quantizer)输出端Q所选择的反馈电 荷。由于输入电压信号V^参照输入信号的共模电压，且在第二时钟相位中 反馈电荷仅被加载一个差分电荷，在模拟环路滤波器中第一级积分器的求 和节点保持为输入端子的共模电压。 一个输入增益调整电路11，同时采样 输入电压信号V^除了在最低的增益设定，因其仅使用反馈电容器组15来 对差分输入电压信号V^采样。输入增益调整电路11的输出端被耦合于模拟 环路滤波器12中的第一级积分器，反馈电容器组15所提供的输出端子也 是如此。 一个时钟发生器17控制了反馈电容器组15内的切换电路及输入 增益调整电路11，以控制输入信号Vw的采样并将量化器(quantizer)依 赖的反馈参考电压施加于模拟环路滤波器12的第一级积分器，下文将参照 图2对此做详细描述。时钟发生器17提供三个连续而非重叠时钟相位9l，Cp2禾口 (p3。图2是对输入增益调节电路11与反馈电容器组15的详细说明。输入 增益调整电路11是一个由多个输入采样器电路21A-21C组成的差分电路， 其设计都基本相同，除了在典型实施例中，电容采样电容器d+， C厂根据二 次幂进行加权，以按照一个二进制值gain提供可编程增本文档来自技高网...

【技术保护点】
一个离散时间采样电路，其特征在于，包括：　一个用于接收一个输入电压的输入端子；　一个放大器，其具有一个从放大器的一个输出端连接至放大器的一个输入端的反馈电容器，从而形成一个积分器；　一个用于在积分器输出端调整一个相对于输入信号之增益的增益调整电容器；　一个参考反馈电容器；及　一个切换电路，用于在第一时钟相位将参考反馈电容器耦合于一个反馈参考电压源并使输入增益调整电容器放电，并在第二时钟相位使参考反馈电容器与输入增益调整电容器并联耦合于放大器的输入端与输入端子之间。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：普拉尚特德拉克沙利，约翰保罗斯，
申请(专利权)人：美国思睿逻辑有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]