[发明专利]使用零交叉检测的采样数据电路

说明书

优先权信息 

本申请根据35 U.S.C.§119(e)要求2006年6月16日提交的序号为11/454,435的美国实用新型申请和2005年7月1日提交的序号为60/595,414的美国临时专利申请的优先权。本申请还根据35 U.S.C.§119(e)要求2005年7月11日提交的序号为60/595,493的美国临时专利申请的优先权。2006年6月16日提交的序号为11/454,435的美国实用新型申请、2005年7月1日提交的序号为60/595,414的美国临时专利申请以及2005年7月11日提交的序号为60/595,493的美国临时专利申请的全部内容通过引用结合于此。 

发明领域

本发明一般涉及开关电容电路，尤其涉及根据缩放半导体工艺制造的集成电路的开关电容电路。 

发明背景 

诸如开关电容滤波器、模拟-数字转换器和δ-σ调制器之类的大多数采样数据模拟电路需要运算放大器以处理信号。仔细考虑图2所示的开关电容积分器示例。首先，闭合开关S₁₁和S₁₃，从而在采样电容器C_S1上采样输入电压V_in。接着，断开开关S₁₁和S₁₃并闭合开关S₁₂和S₁₄。该操作将采样电容器C_S1上的电荷转移到积分电容器C₁₁上。第一积分器1100的输出电压V_out一般由另一个采样数据电路采样，例如，另一个开关电容积分器。在图2所示的电路中，由开关S₂₁、S₂₂、S₂₃、S₂₄及第二采样电容器C_S2组成的电路构成第二开关电容积分器的一部分。通过闭合开关S₂₁和S₂₃，在第二采样电容器C_S2上采样第一积分器10的输出电压V_out。 

图3中示出时序图的一个例子。时钟信号具有两个非重叠相位Ф₁和Ф₂。将相位Ф₁施加到开关S₁₁、S₁₃、S₂₁和S₂₃，并将相位Ф₂施加到开关S₁₂、S₁₄、S₂₂和S₂₄。以此时序，电路以全时钟延迟执行非反相离散积分。积分器的输出 V_out和虚假接地节点100，V₁处的波形也在图3中示出。不同的时钟相位安排从积分器得到不同的响应。例如，如果将Ф₁施加到开关S₁₁、S₁₃、S₂₂和S₂₄，并将Ф₁施加到开关S₁₂、S₁₄、S₂₁和S₂₃，则电路以半时钟延迟执行非反相积分。 

为了输入信号的精确积分，必须将V₁驱动为尽可能地接近接地。为了实现这一目的，运算放大器必须提供足够的开环增益和低噪声。此外，为了快速运算，图2的运算放大器10必须快速稳定。 

在图3中，示出在通过闭合S₁₂和S₁₄将采样电容器C_S1切换到节点100时的干扰后，电压V₁稳定至接地。除高开环增益和快速的稳定时间外，运算放大器对于大的动态范围必须提供大的输出摆动(output swing)。随着工艺技术的升级，变得越来越难以由运算放大器来实现这些特性。使运算放大器的设计变难的主要因素是低电源电压和低器件增益。 

如上所述，如果将图2中的节点100精确地维持在接地，则可获得精确的输出电压。然而，在采样数据电路中，需要精确输出电压的唯一时间点是输出电压由另一采样电路采样的瞬间。因此，不必将节点100处的电压一直维持为接地。