[发明专利]模拟数字转换器

说明书

本发明涉及一种连续时间增量∑-Δ模拟数字转换器(ADC)。

∑-ΔADC广泛用于将模拟信号数字化。∑-ΔADC包含反馈环路中的积分器和比较器，且被配置成将可变的模拟输入转换成数字输出。一阶转换器具有一个反馈环路，而二阶和更高阶的ADC具有多个环路。

∑-ΔADC的输出是脉冲密度调制(PDM)位流，其中高瞬时输入信号表示为以二进制1为主(以及很少的二进制0)的位流，而低瞬时输入信号主要用0(以及很少的1)来表示。PDM输出流可发送给滤波器，诸如，在采样窗口上计算1的数目并给出所述采样窗口的单个数字输出值的计数器。

∑-ΔADC广泛用于将连续的模拟信号，诸如，电信应用中的音频信号数字化。它们还用于将来自测量设备，诸如，环境传感器或电压表的模拟输出数字化。与音频采样相比，后面的这些应用通常需要较高的数字分辨率，但所需更新速率要低得多，这是因为模拟输入并未迅速变化。增量型ADC常用于此类情况。这些增量型ADC被配置成在每一次采样操作之间重置自身电路(例如，积分器)以产生更加准确的(但速度较慢)读数。

∑-ΔADC可被设计成以离散时间(DT)或连续时间(CT)来运作。离散时间ADC首先以一时钟速率对模拟输入采样，例如，使用开关电容器，然后将样本传给积分器用于数字化。在连续时间ADC中，模拟输入直接传给积分器，且直到比较器级才会进行采样。CT-ADC的功耗可能低于DT-ADC，而且还具有固有的较好的抗混叠特性。

2002年出版的Doldán等人所著的第15届sbcci集成电路与系统设计研讨会会议录“A Continuous-Time Incremental Analog to Digital Converter”第62页中记载了一种增量型连续时间一阶∑-ΔADC。其接收来自一对电极的差分模拟输入并产生数字输出。它是以全差分运算跨导放大器-电容器(OTA-C)积分器为基础。

所述转换器电路只使用一个电容器。在集成电路设计中，其可取之处在于所述电路将具有相对较小的占用区。然而，所述ADC只在有限的输入范围内是线性的；特别是，其并不提供轨到轨的线性度。为了从宽范围的模拟输入中获得准确的数字输出而无需进行高成本的线性度校正处理，需要有大输入范围的线性度。

本发明旨在解决这个缺点。

从一方面来看，本发明提供具有单端模拟输入、转换器参考输入，和接地连接的集成电路、连续时间∑-Δ模拟数字转换器，其中所述转换器包含：

电阻器-电容器积分器，被配置成接收所述单端模拟输入，其中所述积分器包含具有放大器参考输入的差分放大器；

钟控比较器，被配置成接收来自所述积分器的输出且具有比较器参考输入；以及

电路，被配置成使得所述放大器参考输入和所述比较器参考输入可维持在由所述转换器参考输入产生的公用电压。

本领域技术人员将理解的是，根据本发明的ADC可在小芯片区域中提供近乎轨到轨的线性度，这是通过提供单端输入给RC积分器，以及通过维持所述RC积分器中的所述比较器与所述放大器之间的公用参考电压来实现的。

在优选实施例中，所述RC积分器包含单个电容器，这会导致特别小的芯片面积。

优选地优选地，所述公用电压是所述转换器参考输入电压的一半。优选地，所述电路包含分压器，所述分压器在所述转换器参考输入与接地端之间，其输出连接到所述放大器参考输入和所述比较器参考输入。优选地，所述分压器包含两个等值的电阻器。优选地，所述放大器参考输入是所述差分放大器的非反相输入。

将理解的是，所述接地连接不一定接地或维持在地电位，但仍可为所述转换器提供参考或标称“零”电压。

所述差分放大器可以是，或可包含，运算放大器，但优选的是运算跨导放大器(OTA)。

优选地，所述转换器包含电路，所述电路被配置成使得在使用中，流入所述放大器的第二输入的电流取决于：(i)所述单端模拟输入的电压，(ii)转换器参考电压，以及(iii)所述钟控比较器的输出状态。优选地，所述第二输入是所述放大器的反相输入。所述转换器可包含时钟输入，所述比较器使用时钟输入来定义积分步骤。所述时钟输入可接收时钟信号，时钟信号是由，例如，外部振荡器产生的。

所述电路可包含被布置成依据所述比较器的二进制输出使所述电路中的一点处的电压在两个值之间切换的装置。这可包含1位数字模拟转换器或多工器。优选地，所述值其中之一是接地值。优选地，另一个值是所述转换器参考电压。