[实用新型]宽输入范围线性电压时间转换器

说明书

技术领域

本实用新型涉及微电子学的模拟集成电路设计领域，特别涉及一种宽输入范围线性电压时间转换器。

技术背景

电压时间转换器（Voltage to time converter,VTC）是时域ADC的重要器件。VTC将电压信号转换为时间信号，转换的时间再由后级电路进行数字量化。线性度和输入范围是衡量VTC性能的重要指标。

上述技术至少存在以下缺点和不足：

传统提出的电压时间转换器的输入范围都只有几十到几百毫伏，对应的转换时间为几十皮秒，因为只有在这个范围内才能保证线性输出。除此之外，现有技术中提到的电压时间转换器的线性度都受限于器件传输特性，线性度很难进一步得到提高。

发明内容

为克服现有技术的不足，本实用新型旨在进一步增加传统VTC的输入范围，使VTC在较大输入范围下仍能保持线性特性，为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是，宽输入范围线性电压时间转换器，包括：两个采样开关Sh，两个放电开关Sd，两个采样电容CH或CL和Cref，其中的H代表高，L代表低；两个电流源I和两个比较器Com1和Com2；

第一个采样开关Sh的一端接模拟输入VH或VL，另一端接采样电容CH或CL的一端和第一个放电开关Sd的一端，采样电容CH或CL的另一端接地，第一个放电开关Sd的另一端接第一个电流源I的流入端和第一个比较器Com1的负端，第一个电流源I的流出端接地，第一个比较器的正端和第二个比较器的正端相连，共同接比较电压Vcm；第一个比较器Com1的输出端为高时输出时间为TH，或者第一个比较器Com1的输出端为低时输出时间为TL；

第二个采样开关Sh的一端接模拟输入Vref，另一端接参考采样电容Cref的一端和第二个放电开关Sd的一端，参考采样电容Cref的另一端接地；第二个放电开关Sd的另一端接第二个电流源I的流入端和第二个比较器Com2的负端，第二个电流源I的流出端接地，第二个比较器的输出端Com2为输出参考时间TR。

宽输入范围线性电压时间转换方法借助于前述转换器实现，包括如下步骤：两个采样开关Sh闭合将输入的两组模拟电压信号由采样电容CH或CL和Cref采样。然后采样开关Sh断开，放电开关Sd闭合，从而完成在特定时间内对采样电容的放电，比较器Com1和Com2通过检测电容两端电压并与比较信号进行比较，从而实现脉冲输出，完成模拟电压到时间信号的转换。

本实用新型具备下列技术效果：

本实用新型提供了一种宽输入范围线性电压时间转换器，与传统时间VTC相比，提出的VTC不依赖于器件的传输特性，而是采用电容-比较器的充放电模式来实现电压到时间的转换，这种工作方式具有较大的输入范围和良好的线性度的特点。上述电路和具体的实现方法，实现了对输入模拟电压信号到时间信号的转换，满足了实际应用中的需要。

附图说明

图1是本实用新型提供的宽输入范围线性电压时间转换电路原理示意图；

图2是本实用新型提供的宽输入范围线性电压时间转换电路时序图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

VH:高输入电压；                    VL:低输入电压；

Vref:输入参考电压；               Vcm:比较电压；

I：电流源；        Sh:采样开关；  Sd:放电开关；

CH(L):高/低输入电压采样电容；   Cref:输入参考电压采样电容；

Com1：比较器1；                 Com2：比较器2；

TH(L):高/低输出时间；            TR：输出参考时间。

具体实施方式

为了增加传统VTC的输入范围，使输出在较大范围内保持线性，本实用新型提供了一种时间放大器电路，详见下文描述：

宽输入范围线性电压时间转换器（VTC）的电路结构参见图一，实现电路包括：两个采样开关Sh，两个放电开关Sd，两个采样电容CH(L)和Cref，两个电流源I和两个比较器Com1和Com2。