[发明专利]用于模拟－数字变换的积分和折叠电路

说明书

本发明涉及在模拟到数字变换电路中使用的积分和折叠电路，更具体地，涉及用于把数字X射线系统和/或计算机层析X射线照相法(CT)系统的模拟输入信号变换成数字输出比特的积分和折叠电路。

传统的模拟-数字-变换电路典型地包括电荷-电压变换器，它典型地包括运算放大器，具有被连接在运算放大器的倒相端与输出端之间的积分电容。当运算放大器运行在特性工作区内时，在运算放大器的输入电荷(Qin)与输出电压(Vout)之间存在线性关系。在运算放大器的输入电荷(Qin)与输出电压(Vout)之间的线性关系由下式表示：

      Q_in=C_int*V_out

其中Qin是输入电荷，以库仑计；Cint是积分电容器的电容量，以法拉计；以及Vout是运算放大器的输出电压，以伏特计。在特征上，运算放大器可以保持在运算放大器饱和以前的有限的电荷量，以及开始显示输入电荷(Qin)与输出电压(Vout)之间的非线性关系。

在模拟-数字变换电路中，希望运算放大器的线性运算把模拟输入信号精确地解算为数字输出比特。然而，为了适应大的输入电荷量(Qin)，传统的模拟-数字变换电路包括电容组，包含多个积分电容。在运行期间，根据输入电荷量(Qin)选择多个积分电容中的一个电容，以使得积分放大器不饱和，以及保持在输入电荷(Qin)与输出电压(Vout)之间的线性关系。

在许多应用中，希望模拟-数字变换电路被集成在电路管芯中。然而，多个积分电容的组需要大量管芯区域。这样，包含多个积分电容的集成电路占用管芯上很大的面积，所以，增加每个模拟-数字变换电路的成本。当把模拟输入信号解算成数字输出比特时，希望模拟-数字变换器电路的电荷电压变换器运行在运算放大器的工作区域。另外，在电荷电压变换器中希望使用小的电容，以使得当被集成在电路管芯时，模拟-数字变换电路占用较小的面积。

在其它应用项中，模拟-数字变换电路被设计成电源电压尽可能低，以便减小电路的功率消耗。具有较低的电源电压的这些系统也把较低的输入电荷(Qin)加到运算放大器。所以，积分电容(Cint)被设计为大的，以便保持大的输出电压(Vout)范围。如上所述，当被集成在电路管芯时，大的积分电容占用大的管芯面积，这样，增加每个模拟-数字变换电路的成本。所以，希望具有包括小电容的模拟-数字电路，以使得对于集成电路要求较小的管芯面积，而且，小的电容也保持相当大的输出电压(Vout)范围。

在传统的模拟-数字变换电路中，当输入电荷(Qin)被固定时，输出电压(Vout)被限定为电源电压的动态范围的一半。例如，在传统电路中，当输入电荷(Qin)的电流方向被固定时，输出电压(Vout)将从模拟地提高到正的电源电压。所以，只使用电源电压范围的正的一半(从零到正的电源电压)，以及不使用负的一半(从零到负的电源电压)。对于使用电源电压的全动态范围的传统模拟-数字变换电路，需要电平移位电路。这个电平移位电路也占用宝贵的集成电路管芯空间，以及会在模拟-数字变换时引入延时。所以，希望模拟-数字变换电路使用电源电压的全动态范围，而不用使用电平移位电路。

在本发明的有关示例性实施例中，提供了模拟-数字电路，用于把模拟输入信号变换成多个二进制输入比特。模拟-数字变换电路包括运算放大器，具有倒相端和输出端，以及模拟输入信号被连接到倒相端。积分电容被连接在运算放大器的倒相端与输出端之间。积分电容存储电荷，正比于输入信号的积分。电荷相减电路被选择地耦合到运算放大器的倒相端和输出端。当运算放大器的输出电荷基本上等于第二预定的电荷时，电荷相减电路从积分电容中去除第一预定电荷。第一预定的电荷从积分电容中被去除多次。去除第一预定的电荷多次，允许模拟输入端的积分大于能够被积分电容存储的最大电荷。

数字逻辑电路被连接到电荷相减电路。数字逻辑电路跟踪第一预定电荷被电荷相减电路从积分电容去除的次数，数字逻辑电路提供多个二进制输出比特的至少一个比特。剩余量化电路被连接到积分电容和运算放大器的输出端。剩余量化电路确定在积分电容中的剩余电荷，和提供相应于剩余电荷的、多个二进制输出比特的至少一个附加比特。在第一预定电荷从积分电容被去除多次以后，剩余电荷基本上等于在积分电容中存储的电荷。当第一预定电荷被电荷相减电路从积分电容去除的次数小于一个预定数时，低通滤波器电路被选择地耦合到运算放大器的输出端。