[发明专利]改进的用于信号处理的方法和电路装置

说明书

本发明涉及改进的用于信号处理的方法和电路装置。本发明在低能耗显得很重要的应用中对模拟信号处理具有特定的用途。本文中的信号处理是指对代表信号的电压或电荷或电流进行相加、相减、积分、或微分。

处理模拟信号常常涉及到的问题是：当线性运行的有源模拟电路(例如运算放大器)中的连续的电流消耗相当大时，如何能够达到低的能耗。

从现有的技术获知一些基本的方法，其中信号样本的处理可借助于仅仅转移电荷脉冲的开关晶体管而不是使用连续消耗电流的结构来处理信号而实现。在专利文件FI 89838(相应于EP 473,436和US5,387,874)、FI 931831(相应于EP 621,550和US 5,497,116)、和FI 101914中揭示了这样的方法。

专利文件FI 89838揭示了一种积分电路，其中用开关来控制把从信号电压上提取的电荷样本存储到采样电容中和把来自采样电容的电荷样本放电到积分电容器中。所揭示的电路基本上只在转移电荷时才消耗电流。然而，该装置具有缺点，它需要用于信号电压的正周期和负周期的分开的开关装置，以及用来控制开关的分开的时钟级，这样，使得电路复杂化。而且，用于处理信号的正周期和负周期的分开的电路元件的使用，可能导致由于门限电压和元件的变化而造成的信号失真。

上述的电路的缺点可通过使用在专利文件FI 931831中所揭示的装置而得以避免。为了有助于了解本发明的运行和它优于现有技术的优点，下面将参照图1到5描述在所述各文件中揭示的电路装置的运行。

图1显示了用晶体管T1和T2实现的信号处理电路，在该电路中，最终结果是电压(U_S-U_Ref)的离散时间的积分。晶体管T1和T2是N-型MOS晶体管，或N-MOS晶体管。图1所示的电路中的开关S₂₁到S₃₀由时钟信号1到4控制。时钟信号1到4在四个接连的阶段中控制着开关，以使得例如时钟信号1在时钟阶段1期间把由时钟信号1控制的开关设置成导通状态。下面使用字母S和角标来表示开关，其中下标是指正在运行的开关号码，以及上标是指开关导通的时钟阶段。例如，标记S₂₁^1，3是指由时钟信号1和4控制的、在时钟阶段1和3期间导通的开关21。在其它时钟阶段2和4期间，该开关不导通。同样地，带有上标的电压的表示法是指在由上标表示的时钟阶段期间出现的电压，以及带有上标的电荷的表示法是指在由上标表示的时钟阶段期间出现的或转移的电荷。因此，U²_Ci是指在时钟阶段2期间/结束时电容Ci上的电压U。时钟脉冲是所谓的非重叠的时钟脉冲，即在给定的阶段期间，只有预期在该阶段期间闭合的开关是导通的，而其它开关是开路的。

图2至5详细地描述了电路中时钟阶段1到4的运行，只显示了图1的电路中从所讨论的时钟阶段的运行的观点看来是重要的那些元件。信号和电压的符号(即，极性，例如正的或负的)是相对于地电位表示的。

图2显示了在时钟阶段1期间的运行。在时钟阶段1期间，开关S₂₁，S₂₂，S₂₃，和S₂₄被闭合，以使得电荷转移电容Ci(在这里也称为采样电容Ci)被充电到电压U²_Cl：

U¹_Ci＝U¹_S+U_Ref+U_th1                             (1)

其中U_th1是晶体管T1的栅极-源极电压的门限电压。当晶体管T1的增益很大时，转移到采样电容Ci的电荷基本上来自电路的电源电压VDD，而不是来自信号电压U_S。