[发明专利]具有高线性度的电压时间转换器

权利要求书

1.一种具有高线性度的电压时间转换器，其特征在于，由两条等比速率的充放电路径组成；其中，一条路径包含： 3个控制开关SW₁-SW₃、晶体管MN1和反相器INV，三部分依次连接；另一条路径包含：3个控制开关SW₁-SW₃、晶体管MN2和反相器INV，三部分依次连接；晶体管MN1和MN2作为电流源；在两条路径的3个控制开关SW₁-SW₃处分别设置一个控制信号，依次记为CKS₁、CKS₂和CKS₃，分别用于控制还原、采样以及转换的过程；设电压时间转换器的输入为VOP和VON，电压时间转换器的输出为TOUTP和TOUTN；两路反相器的输入分别为VOUTP和VOUTN；在晶体管MN1、MN2上分别加有电压信号，记为Vgain和Vbias，分别用于控制在晶体管MN1、MN2的电流大小；两条路径中，有一条路径的VOUTP上额外加入一个电容C_charge，用于确保该路径中反相器的输入VOUTP的电压大于VDD。

2.根据权利要求1所述的具有高线性度的电压时间转换器，其特征在于，其工作流程如下：

在还原阶段，CKS₁为1，CKS₂以及CKS₃为0，因此SW₁关闭，SW₂和SW₃打开，于是，VOUTP和VOUTN充电至VDD；

在采样阶段，CKS₂为1，CKS₁以及CKS₃为0，因此SW₂关闭，SW₁和SW₃打开，于是VOP的电压会累加到VOUTP上，而VON的电压输入至VOUTN上；

在转换阶段，CKS₃为1，CKS₁以及CKS₂为0，因此SW₃关闭，SW₁和SW₂打开，MN1和MN2产生电流流至GND，于是，VOUTP和VOUTN开始放电到GND，当VOUTP和VOUTN电压放电小于反相器的门槛电压时，反相器输出由0变为1。

3.根据权利要求1所述的具有高线性度的电压时间转换器，其特征在于，使用三个控制信号CKS₁、CKS₂和CKS₃来控制整体电路的工作状态；其中，只有在CKS₃关闭时才产生电流，使得VOUTP和VOUTN以等比例的速率放电至地，以节省功率的消耗。

4.根据权利要求1所述的具有高线性度的电压时间转换器，其特征在于，VOUTN的放电起点小于电源电压，使与反相器门槛电压的差值缩小，以减少固定延时的产生，提高转换速率。

5.根据权利要求1所述的具有高线性度的电压时间转换器，其特征在于，通过使用两条不同大小但等比例的定电流充放电过程来实现一个时间放大的效果，使其转换增益由两电流源的比值决定；此外使用定电流，使得电流的变化范围不随着输入电压变化，以缩小针对增益校正的范围；此外使用一个Vgain控制信号，使两条充放电路径中有一条路径为可调式电流源，用以校正增益出现的误差。