专利名称：积分器复位机构的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及积分器电路，具体而言涉及用于微分积分器电路的复位机构。
背景技术：
积分器电路广泛用于多种应用的电子电路。在一些应用中，所述积分器为回路的一部分，其会变得不稳定且需要复位以使所述电路可再次正常运作。举例而言，Δ-∑调制器普遍用于超取样模数(A/D)转换器，其中如图1所说明，所述Δ-∑调制器通常为高阶，且包含复数个积分级。当出现不稳定条件时，需使一些有条件稳定的单回路高阶Δ-∑调制器复位，其中需要通过使所述调制器中的积分器复位而将所述调制器的状态变量复位到稳定状态内的值，如零。
图2中说明使积分器复位的常规方法。图2的积分电路包含具有反相和非反相输入端及反相和非反相输出端的微分运算放大器(op-amp)。第一积分电容器耦接在所述反相输入端与非反相输出端之间，且第二积分电容器耦接在所述非反相输入端与反相输出端之间。所述积分电路也包括与所述第一积分电容器并联耦接的第一复位开关，和与所述第二积分电容器并联耦接的第二复位开关。在图2的积分电路的操作中，通过闭合所述第一和第二复位开关而将所述积分器复位到稳定状态，进而使所述第一和第二积分电容器短路。
然而，如图2中所说明的使积分器复位的常规方法具有很多缺点。举例而言，完成复位操作后，输入状态的共模电压与输出级的共模电压相同。对于一些op-amp拓扑结构而言，所述op-amp的输入共模电压被设计成不同于所述op-amp的输出共模电压以进行适当操作。对于所述op-amp结构而言，在使所述输入共模电压复位之后可要求积分器的其它循环操作以获得一值来用于适当的操作。
因此，在所述技术中需要用于使积分器电路复位的其它方法和电路建构。
发明内容
在本发明的一方面中，具有复位机构的积分器电路包含积分电容器、复位电容器、耦接在所述积分器的输入端与所述积分电容器的输入侧之间的第一积分开关、耦接在所述积分电容器的输出侧与所述积分器的输出端之间的第二积分开关、耦接在输入共模电压与所述复位电容器的输入侧之间的第三积分开关，和耦接在所述复位电容器的输出侧与输出共模电压之间的第四积分开关。所述积分器电路进一步包含耦接在所述积分器的输入端与所述复位电容器的输入侧之间的第一复位开关、耦接在所述复位电容器的所述输出侧与所述积分器的输出端之间的第二复位开关、耦接在所述输入共模电压与所述积分电容器的输入侧之间的第三复位开关，和耦接在所述积分电容器的输出侧与所述输出共模电压之间的第四复位开关，其中所述积分开关在积分模式期间是闭合的，且在复位模式期间是断开的，且其中所述复位开关在复位模式期间是闭合的，且在积分模式期间是断开的。
在本发明的另一方面中，具有复位机构的积分器包含替换积分电容器，其在所述积分器的复位模式期间替换积分电容器。在本发明的另一方面中，在所述复位模式期间所述积分电容器被充电到一预定电压。
在本发明的其它方面中，使积分器复位的方法包含在所述积分器的复位操作期间，临时移除积分电容器并使用复位电容器替换所述积分电容器。所述方法可进一步包含在所述复位操作期间将所述积分电容器充电到一预定电压。在本发明的其它方面中，临时移除所述积分电容器并使用所述复位电容器替换所述积分电容器被重复了一次或多次。
本发明的另一方面是具有复数个积分级的Δ-∑调制器，其中所述积分级中的至少一积分级包含用于积分的第一电容器和在使所述至少一积分级复位的过程中替换所述第一电容器的第二电容器。
在本发明的另一方面中，微分积分器包含一对正常的积分电容器和一对复位积分电容器，其中所述正常的积分电容器被转出所述积分器，且所述复位积分电容器被转入所述积分器中以使所述积分器复位。
在本发明的其它方面中，用于使积分器复位的状态变量输出的电路包含复数个积分开关，其中当复数个积分开关闭合时，所述积分器在一正常模式下操作；复数个复位开关，其中当复数个积分开关闭合时，所述复数个复位开关断开；和至少一复位电容器，其中当复数个复位开关闭合且复数个积分开关断开时，所述复位电容器替换所述积分器的输入端与输出端之间的积分电容器。
本发明的其它方面是数字麦克风，其包含用于使至少一积分器的状态变量输出复位的电路，其中至少一积分器包含用于积分的第一电容器和，在使所述至少一积分器复位的过程中替换所述第一电容器的第二电容器。
本发明的另一方面是麦克风，其包含传感器、耦接到所述传感器的Δ-∑调制器，和用于将所述Δ-∑调制器维持在稳定状态的构件。用于将所述Δ-∑调制器维持在稳定状态的构件可包含用于使所述Δ-∑调制器的积分器的状态变量输出复位的电路，其包含复数个积分开关，其中当复数个积分开关闭合时，所述积分器在正常模式下操作；复数个复位开关，其中当复数个积分开关闭合时，所述复数个复位开关断开；和至少一个复位电容器，其中当复数个复位开关闭合且复数个积分开关断开时，所述复位电容器替换所述积分器的输入端与输出端之间的积分电容器。用于将所述Δ-∑调制器维持在一稳定状态的构件可进一步包含耦接在所述传感器与所述Δ-∑调制器之间的限幅器(limiter)。
图1是Δ-∑调制器的示意性方框图。
图2是具有现有技术的复位机构的积分器电路的示意性方框图。
图3是具有本发明的复位机构的积分器电路的一实施例的示意性方框图。
图4是与图3的积分器电路一起使用的时序图。
图5是数字麦克风的方框图。
具体实施例方式
现在将参考附图描述本发明的实施例，其中全篇类似的数字是指类似的元件。并不希望以任何限制性的或约束性的方式解释用于本文中所展现的描述内容中的术语，仅因为其将结合本发明的某些特定实施例的详细描述而使用。此外，本发明的实施例可包括若干新颖特征，其中的单个特征不是单独造成其所需属性的原因，或其中的任何一个特征都是实践本文所描述的本发明所必要的。
本发明的实施例包含用于将op-amp积分器电路复位为稳定状态的方法，和实施所述方法的积分器电路，其中可以奇异和微分积分器结构而实施所述方法。此外，可在包含复数个积分器的高阶Δ-∑调制器中有利地实施根据本发明的方法和电路。在一实施例中，一种复位积分器的方法包含从所述积分器临时移除一积分电容器并使用复位电容器将其代替。在从所述积分器移除所述积分电容器的同时，所述积分电容器被充电到所需的电压，并接着将其转入所述积分器中而用于稳定的操作。这个旋转可重复若干次，从而为积分器电路组件获得所需的复位电压和相应的稳定的积分器状态。
图3中说明实施复位机构的积分器电路100的一实施例。所述积分器电路100具有微分结构，其中所述电路100包含具有第一输入端112、第一输出端114、第二输入端116和第二输出端118的op-amp 110。在第一输入端112和第二输入端116处横跨op-amp110的输入端提供输入信号(Vin)，且在第一输出端114和第二输出端118处横跨所述op-amp的输出端产生输出信号(Vout)以响应所述输入信号Vin。
所述积分器电路100进一步包含耦接在所述第一输入端112与第一积分电容器122之间的第一积分开关120，且第二积分开关124耦接在所述第一积分电容器122与所述op-amp 110的第一输出端114之间。第三积分开关126耦接在第一输入共模电压(Vcm_in1)128与第一复位电容器130之间，且第四积分开关132耦接在所述第一复位电容器130与第一输出共模电压(Vcm_out1)134之间。
所述积分器电路100还包含耦接在op-amp 110的第一输入端112与第一复位电容器130之间的第一复位开关136、耦接在所述第一复位电容器130与op-amp 110的第一输出端114之间的第二复位开关138、耦接在第一输入共模电压128与第一积分电容器122之间的第三复位开关140，和耦接在第一积分电容器122与第一输出共模电压134之间的第四复位开关142。
类似地，第五积分开关150耦接在所述第二输入端116与第二积分电容器152之间，且第六积分开关154耦接在所述第二积分电容器152与所述op-amp 110的第二输出端118之间。第七积分开关156耦接在第二输入共模电压(Vcm_in2)158与第二复位电容器160之间，且第八积分开关162耦接在所述第二复位电容器160与第二输出共模电压(Vcm_out2)164之间。
另外，第五复位开关166耦接在op-amp 110的第二输入端116与第二复位电容器160之间，第六复位开关168耦接在第二复位电容器160与op-amp 110的第二输出端118之间，第七复位开关170耦接在第二输入共模电压158与第二积分电容器152之间，且第八复位开关172耦接在第二积分电容器152与第二输出共模电压164之间。
在积分器电路100的积分或正常操作期间，积分开关120、124、126、132、150、154、156、162闭合，且复位开关136、138、140、142、166、168、170、172断开，使得所述第一积分电容器122耦接在op-amp 110的第一输入端112与第一输出端114之间，且第二积分电容器152耦接在op-amp 110的第二输入端116与第二输出端118之间，所述第一复位电容器130耦接在第一输入共模电压128与第一输出共模电压134之间，且所述第二复位电容器160耦接在第二输入共模电压158与第二输出共模电压164之间。
在积分器电路100的复位操作期间，复位开关136、138、140、142、166、168、170、172闭合，且积分开关120、124、126、132、150、154、156、162断开，使得所述第一复位电容器130耦接在op-amp110的第一输入端112与第一输出端114之间，且所述第二复位电容器160耦接在op-amp 110的第二输入端116与第二输出端118之间，所述第一积分电容器122耦接在第一输入共模电压128与第一输出共模电压134之间，且所述第二积分电容器152耦接在第二输入共模电压158与第二输出共模电压164之间。
因此，在复位操作期间，从积分器移除所述积分电容器并将其充电到所需的电压，且接着将其转回所述积分器中。当将所述复位电容器转入所述积分器中时，其在op-amp的输入端和输出端处向耦接到所述op-amp的其它电容器提供电荷，(例如)使得横跨所述电容器的电压水平接近所需的复位值。此外，在复位操作期间使用复位电容器替换所述积分电容器可防止op-amp在开回路条件下操作，并随后防止将其输出端驱动至电源轨道。
在使图3积分器复位的方法的一实施例中，在单个复位操作期间多次将积分电容器122、152转出所述积分器，并使用复位电容器130、160将其替换。如图4的时序图所说明的，使用非重叠的时钟为所述复位开关和积分开关计时，其中当积分时钟信号200为高时，所述积分开关闭合，且当所述积分时钟信号200为低时，所述积分开关断开；且其中当复位时钟信号210为低时，所述复位开关断开，且当所述复位时钟信号210为高时，所述复位开关闭合。因此，通过将一定数目的脉冲施加到所述复位开关且不与施加到所述积分开关的时钟信号重叠，而在复位操作期间多次将所述积分电容器转出所述积分器，并使用复位电容器将其替换。
由于大值(large valued)电容器通常占据积分电路上的显著空间，因此可利用小值复位电容器的本文所述的复位机构的建构是有利的。举例而言，如上所述，通过多次将复位电容器转入或转出所述积分器，与在整个复位操作时期使用转入所述积分器中的较大复位电容器相比，可减小所述复位电容器的尺寸，并获得相同的复位电压。另外，根据积分器特征和电容器尺寸可改变施加到所述复位开关的复位脉冲的数目和频率，从而最佳地调节所述复位机构的操作。
可有利地在数字麦克风的Δ-∑调制器中实施上述积分器复位机构。图5是数字麦克风250的示范性方框图，其包含通过放大器254而耦接到限幅器256的驻极体麦克风252，且所述限幅器256的输出端耦接到Δ-∑调制器258。通过驻极体麦克风传感器将声压转换为模拟信号，并通过放大器254放大所述模拟信号。通过限幅器256限制经放大的信号以维持将限幅信号转换为数字信号的Δ-∑调制器258的稳定性。如上文的讨论，一些有条件稳定的Δ-∑调制器在某些条件下会变得不稳定。限制提供给Δ-∑调制器的信号的振幅可减小在调制器中出现不稳定条件的可能性，然而，由于仍会出现不稳定的条件，因此上述积分器复位机构的其它建构可有利地将调制器的积分器值复位到稳定状态。或者，可移除所述限幅器，并可通过Δ-∑调制器中的积分器复位机构来维持稳定性。
上文描述详细说明了本发明的某些实施例。然而应了解，不管上文看起来有多详细，本发明可以多种方式来实践。举例而言，上述积分器复位方法也可在具有电容器的电路中实施，所述电容器需要被设定为特定电压，但不可从所述电路中移除过长时间。也如上所述，应注意，当描述本发明的某些特征或方面时，特定术语的使用并不意味本文中将所述术语重新界定为经限制而包括与所述术语相关联的本发明的特征或方面的任何特定特性。因此，应根据随附权利要求书及其任何等价物来解释本发明的范畴。
权利要求
1.一种具有复位机构的积分器电路，其特征在于，包含积分电容器；复位电容器；第一积分开关，其耦接在所述积分器的输入端与所述积分电容器的输入侧之间；第二积分开关，其耦接在所述积分电容器的输出侧与所述积分器的输出端之间；第三积分开关，其耦接在输入共模电压与所述复位电容器的输入侧之间；第四积分开关，其耦接在所述复位电容器的输出侧与输出共模电压之间；第一复位开关，其耦接在所述积分器的所述输入端与所述复位电容器的所述输入侧之间；第二复位开关，其耦接在所述复位电容器的所述输出侧与所述积分器的所述输出端之间；第三复位开关，其耦接在所述输入共模电压与所述积分电容器的所述输入侧之间；和第四复位开关，其耦接在所述积分电容器的所述输出侧与所述输出共模电压之间，其中所述积分开关在积分模式期间闭合，且在复位模式期间断开，且其中所述复位开关在所述复位模式期间闭合，且在所述积分模式期间断开。
2.一种具有复位机构的积分器，其特征在于，包含替换积分电容器，所述替换积分电容器在所述积分器的复位模式期间替换积分电容器。
3.根据权利要求2所述的积分器，其特征在于，在所述复位模式期间所述积分电容器被充电到预定电压。
4.一种使积分器复位的方法，其特征在于，包含在所述积分器的复位操作期间，临时移除积分电容器并使用复位电容器替换所述积分电容器。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，进一步包含在所述复位操作期间将所述积分电容器充电到预定电压。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，临时移除所述积分电容器并使用所述复位电容器替换所述积分电容器被重复一次或多次。
7.一种具有复数个积分级的Δ-∑调制器，其特征在于，所述积分级中的至少积分级包含用于积分的第一电容器和在使所述至少积分级复位的过程中替换所述第一电容器的第二电容器。
8.一种微分积分器，其特征在于，包含一对正常的积分电容器和一对复位积分电容器，其中所述正常的积分电容器被转出所述积分器，且所述复位积分电容器被转入所述积分器中以使所述积分器复位。
9.一种用于使积分器的状态变量输出复位的电路，其特征在于，包含复数个积分开关，其中当所述复数个积分开关闭合时，所述积分器在正常模式下操作；复数个复位开关，其中当所述复数个积分开关闭合时，所述复数个复位开关断开；和至少一个复位电容器，其中当所述复数个复位开关闭合且所述复数个积分开关断开时，所述复位电容器替换所述积分器的输入端与输出端之间的积分电容器。
10.一种麦克风，其特征在于，包含用于使至少积分器的状态变量输出复位的电路，其中所述至少积分器包含用于积分的第一电容器和在使所述至少一个积分器复位的过程中替换所述第一电容器的第二电容器。
11.一种麦克风，其特征在于，包含传感器；Δ-∑调制器，其耦接到所述传感器；和用于将所述Δ-∑调制器维持在稳定状态的构件。
12.根据权利要求11所述的麦克风，其特征在于，用于将所述Δ-∑调制器维持在稳定状态的所述构件包含用于使所述Δ-∑调制器的积分器的状态变量输出复位的电路，其包含复数个积分开关，其中当所述复数个积分开关闭合时，所述积分器在正常模式下操作；复数个复位开关，其中当所述复数个积分开关闭合时，所述复数个复位开关断开；和至少一个复位电容器，其中当所述复数个复位开关闭合且所述复数个积分开关断开时，所述复位电容器替换所述积分器的输入端与输出端之间的积分电容器。
13.根据权利要求12所述的麦克风，其特征在于，用于将所述Δ-∑调制器维持在稳定状态的所述构件进一步包含耦接在所述传感器与所述Δ-∑调制器之间的限幅器。
全文摘要
本发明揭示一种具有复位机构的积分器，其包含积分电容器和替换积分电容器，其中在复位操作期间使用所述替换积分电容器来替换所述积分电容器。一种使积分器复位的方法包含在所述积分器的复位操作期间，临时移除积分电容器并使用复位电容器来替换所述积分电容器。所述方法可进一步包含在所述积分器的单个复位操作期间，多次临时移除所述积分电容器并使用复位电容器将其替换。
文档编号G06G7/00GK1799199SQ200480014821
公开日2006年7月5日 申请日期2004年7月1日 优先权日2003年7月18日
发明者盖伊·德莱特, 雷米·勒瑞瓦伦德 申请人:瑞典卓联半导体公司