管线式ADC的管线组件电路及减少电容器失配误差的方法技术

本发明专利技术提供一种管线式模拟-数字转换器中减少电容器失配误差的方法及装置的各种实施例。在第一及第三时间段，呈送一输入电压至在一管线元件电路中并联的一第一电容器及一第二电容器。在第二时间段，在该管线元件电路中放大并储存对应于一第二电荷的一第二电压，该第二电荷与第二电容相关联。在第四时间段，在该管线元件电路中放大并储存对应于一第一电荷的一第一电压。在第一、第二、第三及第四时间段完成后，将该第一及该第二电压的数字表示与其他管线元件电路提供之第一及第二电压之数字表示平均，以产生经数字电容器失配误差校正的输出。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及模拟-数字转换器(analog-to-digital converter ;ADC)领域,具体地，是关于包含于触控荧幕及/或触控板或触控面板控制器中的ADC的领域。
技术介绍
为提高导航数字成像应用中(例如，在电容式触控荧幕整合式控制器中，或在OFN/mice中的整合式光学成像仪中)的位解析度，通常需要在设计阶段期间采取措施来解决因ADC中各整合式组件间的失配而造成的问题。管线式ADC架构由于其能够同时处理成像数据阵列中的多个元件而常常用于成像应用中。在金氧娃(metal oxide silicon ;M0S)管线式ADC及包含其的集成电路中，所欲匹配的大多数主要组件经常为各该管线元件的乘法数字-模拟转换器(digital-to-analog converter ;DAC)中的电容器。电容器,尤其是大电容器，在一集成电路上可能占用大量面积，且当ADC中的有效位数(effective number ofbits ;EN0B)等于或超过12时，可能难以设计及实作此等电容器。此外，大电容器可能会明显增大ADC的功耗量。因此，为获得高的ΕΝ0Β、同时不耗用过多集成电路的面积及ADC的功率，许多误差校准技术已被提出。基数数字校准(radix digital calibration)技术在数字校准期间,通常需要实施大量数字操作及长时间的迭代。另一技术称为平均化主动式及被动式模拟电容器，此技术已知可用于增大管线式ADC的ΕΝ0Β，但此技术通常需要额外的放大器及/或额外的电容器。此外，除正常的时钟运作之外，通常亦需要一平均时钟时间段(averaging clockphase)。此等要求将会增大集成电路的尺寸、复杂性及设计，且亦会增大ADC的功耗。上述问题已于下列公开文献中论述，但并不仅限于下列所列文献P. Rombouts等人，IEEE 电路与系统会刊(IEEE Transactions on Circuits and Systems),第 45 卷，第 9期，1998年9月;EI-Sankary等人，IEEE电路与系统会刊，第51卷，第10期，2004年10月；Sean Chang等人,IEEE 固态电路杂志(IEEE Journal of Solid State Circuits),第 37卷,第6期，2002年6月；Stephen H. Lewis等人，IEEE固态电路杂志，第27卷，第3期，1992年3月John P. Keane等人，IEEE固态电路杂志，第52卷，第I期，2005年I月；0. Bernal等人，2006 年頂TC技术会议 aMTC 2006 Technology Conference)，意大利，索伦托，2006 年4月24日至27日；Ion P. Opris等人，IEEE固态电路杂志，第33卷，第12期，1998年12月；Dong-Young Chang等人，IEEE电路与系统会刊，第51卷,第11期,2004年11月；Yun Chiu等人，IEEE固态电路杂志，第39卷，第12期，2004年12月，以及Hsin-Shu Chen，IEEE固态电路杂志，第36卷，第6期，2001年6月。上述各参考文献分别以引用方式，全文倂入本文中。综上所述，一种具有减少电容器失配误差、更小的电容器及更低的ADC功耗的管线式ADC是迫切所需的
技术实现思路
在一实施例中，本专利技术提供一种位于一管线式模拟-数字转换器(analog-to-digital converter ;ADC)中之管线元件电路。该管线元件电路包含一取样-保持电路(sample-and-hold circuit),用以在一输出端子处提供一输入电压；一第一比较器，包含一第一负输入端子及一第一正输入端子，该第一负输入端子可操作地连接至一第一参考电压，该第一正输入端子可操作地连接至该输入电压，该第一比较器提供一第一比较器输出；一第二比较器，包含一第二负输入端子及一第二正输入端子，该第二负输入端子可操作地连接至一第二参考电压，该第二正输入端子可操作地连接至该输入电压，该第二比较器提供一第二比较器输出；一多工器，用以接收该第一比较器输出、该第二比较器输出、该第一参考电压、该第二参考电压、以及地电位作为其输入，该多工器根据该第一比较器输出及该第二比较器输出提供一多工器输出，该多工器输出代表该第一参考电压、该第二参考电压、以及地电位其中之一；以及一放大器电路，用以接收该输入电压及该多工器输出作为其输入，该放大器电路包含一放大器、一第一组开关、一第二组开关、一第三组开关、一第一电容及一第二电容，该放大器具有一放大器输出以及一正放大器输入及一负放大器输入，该正放大器输入连接至地电位；其中在一第一时间段(Phase)期间，该第一组开关闭合，该第二组开关及该第三组开关断开，该第一电容器与该第二电容器相对于彼此呈现并联排列，该第一电容器与该第二电容器且经由该第一组开关而被该输入电压充电；在一第二时间段期间，该第二组开关闭合，该第一组开关及该第三组开关断开，该第一电容器与该第二电容器相对于彼此呈现串联排列，且经由该第二组开关将该第二电容器经由该第二组开关被设置于该负放大器输入与该放大器输出之间之一负回馈环路中，该第一电容器被向其提供之该多工器输出充电，且在该放大器输出处提供代表该第二电容之一第二输出电压；在一第三时间段期间，该第一组开关闭合，该第二组开关及该第三组开关断开，该第一电容器与该第二电容器相对于彼此呈现并联排列，该第一电容器与该第二电容器且经由该第一组开关而再次被与该第一时间段中相同之该输入电压充电；在一第四时间段期间，该第三组开关闭合，该第一组开关及该第二组开关断开，该第一电容器与该第二电容器相对于彼此呈现串联排列，该第一电容器且经由该第三组开关而将该第一电容器被设置于该负回馈环路中，该第二电容器被向其提供之该多工器输出充电，且在该放大器输出处提供代表该第一电容之一第一输出电压。在另一实施例中，本专利技术提供一种于一管线式模拟-数字转换器(ADC)中减少电容器失配误差之方法。该方法包含在一管线元件电路中，且在一第一时间段期间，呈送由一取样-保持电路提供之一输入电压至在该管线元件电路中并联排列之一第一电容器及一第二电容器；在该管线元件电路中，且在一第二时间段期间，放大对应于一第二电荷之一第二电压且储存该第二电压，该第二电荷与该第二电容相关联；在该管线元件电路中，且在一第三时间段期间，再次将该第一时间段之该同一输入电压呈送至并联排列之该第一电容器及该第二电容器；在该管线元件电路中，且在一第四时间段期间，放大对应于一第一电荷之一第一电压且储存该第一电压；以及在完成该第一时间段、该第二时间段、该第三时间段及该第四时间段之后，经由对应暂存器将该第一电压及该第二电压之数字表示发送至一数字平均电路以进行后续平均，并据此提供一经数字电容器失配误差校正之输出。本文将进一步揭示本专利技术之其他实施例，而熟习此项技术者亦可于阅读并理解本说明书及附图之后，轻易思及未揭露之其他实施例。根据以下实施方式、图式及申请专利范围，本专利技术之各种实施例之不同态样将可轻易被理解。基于说明减化原则，该等图式未必按实际比例绘制，且图式中相同编号除特别说明外将表示相同部件或步骤。附图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种位于一管线式模拟？数字转换器中的管线元件电路，其特征在于，所述管线元件电路包含：一取样？保持电路，用以在一输出端子处提供一输入电压；一第一比较器，包含一第一负输入端子及一第一正输入端子，所述第一负输入端子可操作地连接至一第一参考电压，所述第一正输入端子可操作地连接至所述输入电压，所述第一比较器提供一第一比较器输出；一第二比较器，包含一第二负输入端子及一第二正输入端子，所述第二负输入端子可操作地连接至一第二参考电压，所述第二正输入端子可操作地连接至所述输入电压，所述第二比较器提供一第二比较器输出；一多工器，用以接收所述第一比较器输出、所述第二比较器输出、所述第一参考电压、所述第二参考电压、以及地电位作为其输入，所述多工器根据所述第一比较器输出及所述第二比较器输出提供一多工器输出，所述多工器输出代表所述第一参考电压、所述第二参考电压、以及地电位其中之一；以及一放大器电路，用以接收所述输入电压及所述多工器输出作为其输入，所述放大器电路包含一放大器、一第一组开关、一第二组开关、一第三组开关、一第一电容及一第二电容，所述放大器具有一放大器输出以及一正放大器输入及一负放大器输入，所述正放大器输入连接至地电位；其中在一第一时间段期间，所述第一组开关闭合，所述第二组开关及所述第三组开关断开，所述第一电容器与所述第二电容器呈现并联排列，所述第一电容器与所述第二电容器经由所述第一组开关被所述输入电压充电；在一第二时间段期间，所述第二组开关闭合，所述第一组开关及所述第三组开关断开，所述第一电容器与所述第二电容器呈现串联排列，所述第二电容器经由所述第二组开关被设置于所述负放大器输入与所述放大器输出之间的一负回馈环路中，所述第一电容器被所述多工器输出充电，所述放大器 输出提供代表所述第二电容的一第二输出电压；在一第三时间段期间，所述第一组开关闭合，所述第二组开关及所述第三组开关断开，所述第一电容器与所述第二电容器呈现并联排列，所述第一电容器与所述第二电容器经由所述第一组开关再次被与所述第一时间段中相同的所述输入电压充电；在一第四时间段期间，所述第三组开关闭合，所述第一组开关及所述第二组开关断开，所述第一电容器与所述第二电容器呈现串联排列，所述第一电容器经由所述第三组开关被设置于所述负回馈环路中，所述第二电容器被所述多工器输出充电，所述放大器输出提供代表所述第一电容之一第一输出电压。...

【技术特征摘要】
2011.08.11 US 13/208,3181.一种位于一管线式模拟-数字转换器中的管线元件电路，其特征在于，所述管线元件电路包含 一取样-保持电路，用以在一输出端子处提供一输入电压； 一第一比较器，包含一第一负输入端子及一第一正输入端子，所述第一负输入端子可操作地连接至一第一参考电压，所述第一正输入端子可操作地连接至所述输入电压，所述第一比较器提供一第一比较器输出； 一第二比较器，包含一第二负输入端子及一第二正输入端子，所述第二负输入端子可操作地连接至一第二参考电压，所述第二正输入端子可操作地连接至所述输入电压，所述第二比较器提供一第二比较器输出； 一多工器，用以接收所述第一比较器输出、所述第二比较器输出、所述第一参考电压、所述第二参考电压、以及地电位作为其输入，所述多工器根据所述第一比较器输出及所述第二比较器输出提供一多工器输出，所述多工器输出代表所述第一参考电压、所述第二参考电压、以及地电位其中之一；以及 一放大器电路，用以接收所述输入电压及所述多工器输出作为其输入，所述放大器电路包含一放大器、一第一组开关、一第二组开关、一第三组开关、一第一电容及一第二电容，所述放大器具有一放大器输出以及一正放大器输入及一负放大器输入，所述正放大器输入连接至地电位； 其中在一第一时间段期间，所述第一组开关闭合，所述第二组开关及所述第三组开关断开，所述第一电容器与所述第二电容器呈现并联排列，所述第一电容器与所述第二电容器经由所述第一组开关被所述输入电压充电； 在一第二时间段期间，所述第二组开关闭合，所述第一组开关及所述第三组开关断开，所述第一电容器与所述第二电容器呈现串联排列，所述第二电容器经由所述第二组开关被设置于所述负放大器输入与所述放大器输出之间的一负回馈环路中，所述第一电容器被所述多工器输出充电，所述放大器输出提供代表所述第二电容的一第二输出电压； 在一第三时间段期间，所述第一组开关闭合，所述第二组开关及所述第三组开关断开，所述第一电容器与所述第二电容器呈现并联排列，所述第一电容器与所述第二电容器经由所述第一组开关再次被与所述第一时间段中相同的所述输入电压充电； 在一第四时间段期间，所述第三组开关闭合，所述第一组开关及所述第二组开关断开，所述第一电容器与所述第二电容器呈现串联排列，所述第一电容器经由所述第三组开关被设置于所述负回馈环路中，所述第二电容器被所述多工器输出充电，所述放大器输出提供代表所述第一电容之一第一输出电压。2.根据权利要求I所述的管线元件电路，其特征在于，所述第一组开关包含一第一开关、一第二开关及一第三开关，所述第二组开关包含一第四开关及一第五开关，且所述第三组开关包含一第六开关及一第七开关。3.根据权利要求2所述的管线元件电路，其特征在于，所述第一时间段期间，所述第一开关、所述第二开关及所述第三开关闭合，所述第四开关、所述第五开关、所述第六开关及所述第七开关断开，所述第一电容器经由位于所述第一电容器的一高压侧上的所述第一开关及经由位于所述第一电容器的一低压侧上的所述第三开关连接至地电位而被所述输入电压充电至一第一电荷，所述第二电容器经由位于所述第二电容器的一高压侧上的所述第二开关及经由位于所述第二电容器的一低压侧上的所述第三开关连接至地电位而被所述输入电压充电至一第二电荷。4.根据权利要求2所述的管线元件电路，其特征在于，在所述第三时间段期间，所述第一开关、所述第二开关及所述第三开关闭合，所述第四开关、所述第五开关、所述第六开关及所述第七开关断开，所述第一电容器经由位于所述第一电容器的一高压侧上的所述第一开关及经由位于所述第一电容器的一低压侧上的所述第三开关连接至地电位而被所述输入电压充电至一第一电荷，所述第二电容器经由位于所述第二电容器的一高压侧上的所述第二开关及经由所述第二电容器的一低压侧上的所述第三开关连接至地电位而被所述输入电压充电至一第二电荷。5.根据权利要求2所述的管线元件电路，其特征在于，在所述第二时间段期间，所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关、所述第六开关及所述第七开关断开，所述第四开关及所述第五开关闭合，所述第二电容器经由所述第五开关被设置于所述负回馈环路中，所述第一电容器经由所述第四开关被所述多工器输出充电。6.根据权利要求2所述的管线元件电路，其特征在于，在所述第四时间段期间，所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关及所述第五开关断开，所述第六开关及所述第七开关闭合，所述第一电容器经由所述第七开关被设置于所述负回馈环路中，所述第二电容器经由所述第六开关被所述多工器输出充电。7.根据权利要求I所述的管线元件电路，其特征在于，一电容器失配误差补偿电路用以接收并处理所述第一输出电压及所述第二输出电压的数字表示，并据此提供一输出，所述输出至少实质上减少出现于所述第一电容与所述第二电容之间的电容器失配误差。8.根据权利要求7所述的管线元件电路，其特征在于，所述电容器失配误差补偿电路更包含一第一输出暂存器及一第二输出暂存器，...

【专利技术属性】
技术研发人员：利塔立·史考屈寇弗，
申请(专利权)人：原相科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：