[发明专利]多电平电压检测器

说明书

一种电压检测器(100)包括：输入(103)；电阻分压器电路(102)，其具有：电阻器(R1、R2、R3、...、RN、RN+1)，该电阻器(R1、R2、R3、...、RN、RN+1)在输入(103)和参考节点(115)之间彼此串联耦合；以及连接相邻电阻器对的N个中间节点(111、112、113、114)。电压检测器(100)具有：耦合到相应中间节点(111、112、113、114)的N个开关(S1、S2、S3、S4)；以及比较器(106)，其具有耦合到开关(S1、S2、S3、S4)的输入(108)；状态机(110)，其具有耦合到比较器(106)的输出(109)的输入，以及解码器(120)，该解码器(120)具有耦合到N个开关(S1、S2、S3、S4)的相应控制端子的N个解码器输出(121、122、123、124)。

背景技术

电压检测器电路可用于跟踪电压信号变化的各种应用。电压跟踪可用于DC到DC转换器的反馈调整或用于生成多电平信号以表示或跟踪电压信号的幅度的其他应用。从不同类型的多电平电压检测器中进行选择涉及速度、精度、尺寸和复杂性之间的权衡。一种类型的多电平电压检测器使用具有多个比较器和电阻分压器电路的闪存模数转换器(ADC)。闪存ADC设计占用大量管芯和/或电路板面积并消耗大量功率。此外，闪存ADC方法会受到所有比较器的输入偏移之间不匹配的影响，特别是对于小电压电平间隔。此外，随着比较器数量的增加，编码逻辑的复杂性和面积显著增加。尽管闪存ADC电压检测器可以在单个时钟周期内提供转换后的值，但这种形式的电压检测器会随着比较器数量的增加而受到增加寄生负载电容的影响，这限制了运行速度。另一种类型的多电平电压检测器使用逐次逼近寄存器(SAR)ADC，该ADC具有根据慢速二进制搜索算法运行的单个比较器。SAR ADC设计比闪存ADC设计消耗更少的功率和占用更少的空间。此外，SAR ADC电压转换器不会受到与闪存ADC设计相关的比较器失配问题的影响。然而，SAR ADC中使用的二进制搜索算法在每个转换器时钟周期中仅产生单个位，并且可能需要采样保持电路，这增加了功率和面积。

发明内容

在一个方面，一种电压检测器包括：具有连接相邻分压电阻器对的N个中间节点的电阻分压器电路，具有耦合到相应中间节点的N个开关的开关电路，以及具有耦合到开关的输入的比较器，以及状态机，该状态机的输入耦合到比较器的输出，以及该状态机具有解码器，该解码器具有耦合至N个开关的相应控制端子的N个解码器输出。

在一个示例中的状态机在时钟信号的每个周期中具有当前状态，该当前状态具有N个可能状态值中的一个。在一个示例中的解码器被配置为仅激活解码器输出中的一个以根据时钟信号的每个周期中的当前状态接通开关中的对应单个开关。在一个示例中，状态机被配置为响应于时钟信号和响应于比较器输出处的比较器输出信号选择性地将当前状态更新为下一状态值。在一个示例中，状态机被配置为根据具有第一状态值或第N状态值的当前状态的比较器输出信号将下一状态值设置为当前状态值或与当前状态值相邻的中间状态值。对于具有中间状态值的当前状态，状态机被配置为根据比较器输出信号将下一状态值设置为两个相邻状态值中的一个。

在一个示例中，状态机包括具有N+1个第二解码器输出的第二解码器，并且第二解码器被配置为一次仅激活第二解码器输出中的一个。第二解码器被配置为根据状态机的当前状态和下一状态在时钟信号的每个周期中激活第二解码器输出中的一个。对于具有第一状态值的当前状态和下一状态，第二解码器被配置为激活第二解码器输出中的第一输出。对于具有第N状态值的当前状态和下一状态以及具有第N状态值的下一状态值，第二解码器被配置为激活第二解码器输出中的第N+1输出。对于具有第i状态值的当前状态和具有第i+1状态值的下一状态值，第二解码器被配置为激活第二解码器输出中的第i+1输出。对于具有第i+1状态值的当前状态和具有第i状态值的下一状态值，第二解码器被配置为激活第二解码器输出中的第i输出。