宽输入范围线性电压时间转换方法及转换器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及微电子学的模拟集成电路设计领域，为进一步增加传统VTC的输入范围，使VTC在较大输入范围下仍能保持线性特性，本发明采用的技术方案是，宽输入范围线性电压时间转换器，包括：两个采样开关Sh，两个放电开关Sd，两个采样电容CH或CL和Cref，其中的H代表高，L代表低；两个电流源I和两个比较器Com1和Com2；两个采样开关Sh闭合将输入的两组模拟电压信号由采样电容CH或CL和Cref采样；然后采样开关Sh断开，放电开关Sd闭合，从而完成在特定时间内对采样电容的放电，比较器Com1和Com2通过检测电容两端电压并与比较信号进行比较。本发明主要应用于模拟集成电路设计。
【专利说明】宽输入范围线性电压时间转换方法及转换器
【技术领域】
[0001]本发明涉及微电子学的模拟集成电路设计领域，特别涉及一种宽输入范围线性电压时间转换器。
技术背景
[0002]电压时间转换器(Voltage to time converter, VTC)是时域ADC的重要器件。VTC将电压信号转换为时间信号，转换的时间再由后级电路进行数字量化。线性度和输入范围是衡量VTC性能的重要指标。
[0003]上述技术至少存在以下缺点和不足:
[0004]传统提出的电压时间转换器的输入范围都只有几十到几百毫伏，对应的转换时间为几十皮秒，因为只有在这个范围内才能保证线性输出。除此之外，现有技术中提到的电压时间转换器的线性度都受限于器件传输特性，线性度很难进一步得到提高。
【发明内容】
[0005]为克服现有技术的不足，本发明旨在进一步增加传统VTC的输入范围，使VTC在较大输入范围下仍能保持线性特性，为达到上述目的，本发明采用的技术方案是，宽输入范围线性电压时间转换器，包括:包括:两个采样开关Sh，两个放电开关Sd，两个采样电容CH或CL和Cref，其中的H代表高，L代表低；两个电流源I和两个比较器Coml和Com2 ；
[0006]第一个米样开关Sh的一端接模拟输入VH或VL,另一端接米样电容CH或CL的一端和第一个放电开关Sd的一端，采样电容CH或CL的另一端接地，第一个放电开关Sd的另一端接第一个电流源I的流入端和第一个比较器Coml的负端，第一个电流源I的流出端接地，第一个比较器的正端和第二个比较器的正端相连，共同接比较电压Vcm;第一个比较器Coml的输出端为高时输出时间为TH,或者第一个比较器Coml的输出端为低时输出时间为TL ；
[0007]第二个米样开关Sh的一端接模拟输入Vref,另一端接参考米样电容Cref的一端和第二个放电开关Sd的一端，参考采样电容Cref的另一端接地；第二个放电开关Sd的另一端接第二个电流源I的流入端和第二个比较器Com2的负端，第二个电流源I的流出端接地，第二个比较器的输出端Com2为输出参考时间TR。
[0008]宽输入范围线性电压时间转换方法借助于前述转换器实现，包括如下步骤:两个米样开关Sh闭合将输入的两组模拟电压信号由米样电容CH或CL和Cref米样。然后米样开关Sh断开，放电开关Sd闭合，从而完成在特定时间内对采样电容的放电，比较器Coml和Com2通过检测电容两端电压并与比较信号进行比较，从而实现脉冲输出，完成模拟电压到时间信号的转换。
[0009]本发明具备下列技术效果:
[0010]本发明提供了一种宽输入范围线性电压时间转换器，与传统时间VTC相比，提出的VTC不依赖于器件的传输特性，而是采用电容-比较器的充放电模式来实现电压到时间的转换，这种工作方式具有较大的输入范围和良好的线性度的特点。上述电路和具体的实现方法，实现了对输入模拟电压信号到时间信号的转换，满足了实际应用中的需要。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是本发明提供的宽输入范围线性电压时间转换电路原理示意图；
[0012]图2是本发明提供的宽输入范围线性电压时间转换电路时序图；
[0013]附图中，各标号所代表的部件列表如下:
[0014]VH:高输入电压；VL:低输入电压；
[0015]Vref:输入参考电压；Vcm:比较电压；
[0016]1:电流源； Sh:采样开关；Sd:放电开关；
[0017]CH(L):高/低输入电压米样电容； Cref:输入参考电压米样电容；
[0018]Coml:比较器 I ;Com2:比较器 2 ；
[0019]TH(L):高/低输出时间；TR:输出参考时间。
【具体实施方式】
[0020]为了增加传统VTC的输入范围，使输出在较大范围内保持线性，本发明提供了一种时间放大器电路，详见下文描述:`[0021]宽输入范围线性电压时间转换器(VTC)的电路结构参见图1，实现电路包括:两个采样开关Sh，两个放电开关Sd，两个采样电容CH(L)和Cref，两个电流源I和两个比较器Coml 和 Com2。
[0022]第一个米样开关Sh的一端接模拟输入VH (L),另一端接米样电容CH(L)的一端和第一个放电开关Sd的一端。采样电容CH(L)的另一端接地。第一个放电开关Sd的另一端接第一个电流源I的流入端和第一个比较器Coml的负端。第一个电流源I的流出端接地。第一个比较器的正端和第二个比较器的正端相连，共同接比较电压Vcm。第一个比较器Coml的输出端为高(低)输出时间TH(L)。
[0023]第二个米样开关Sh的一端接模拟输入Vref,另一端接参考米样电容Cref的一端和第二个放电开关Sd的一端。参考采样电容Cref的另一端接地。第二个放电开关Sd的另一端接第二个电流源I的流入端和第二个比较器Com2的负端。第二个电流源I的流出端接地。第二个比较器的输出端Com2为输出参考时间TR。
[0024]两个采样开关Sh闭合将输入的两组模拟电压信号由采样电容CH(L)和Cref采样。然后采样开关Sh断开，放电开关Sd闭合，从而完成在特定时间内对采样电容的放电，比较器Coml和Com2通过检测电容两端电压并与比较信号进行比较，从而实现脉冲输出，完成模拟电压到时间信号的转换。
[0025]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
[0026]以图1对该图工作方法进行说明，详见下文描述:
[0027]图1显示了提出的宽输入范围线性电压时间转换器结构。图2显示的是其对应的时序图。为简化分析，忽略各级门延迟。如图2所示，在初始阶段，采样开关Sh闭合，放电开关Sd断开。采样电容CH (L)和Cref在采样电压VH (或VL)和Vref下充电，当采样电压为高于Vref的VH时，采样电容被充电为VH，当采样电压为低于Vref的VL时，采样电容被充电为VL。在tO时刻,两个米样开关Sb断开,两个放电开关Sd同时闭合。这时米样电容CH (L)和Cref上的电压开始以时间为函数线性减小。当采样电容CH (L)和Cref上的电压低于比较器Coml和Com2的阈值电压时，两个比较器的输出发生翻转。假设电流源I是相同的，那么TR和TH (或TL)之间的时间差就和输入电压差VH (或VL)和Vref线性相关。
[0028]当输入电压为VL时，其电压值低于Vref，则Vref和VL的放电时间差为:
【权利要求】
1.一种宽输入范围线性电压时间转换器，其特征是，包括:两个采样开关Sh，两个放电开关Sd，两个采样电容CH或CL和Cref，其中的H代表高，L代表低；两个电流源I和两个比较器Coml和Com2 ； 第一个米样开关Sh的一端接模拟输入VH或VL,另一端接米样电容CH或CL的一端和第一个放电开关Sd的一端，采样电容CH或CL的另一端接地，第一个放电开关Sd的另一端接第一个电流源I的流入端和第一个比较器Coml的负端，第一个电流源I的流出端接地，第一个比较器的正端和第二个比较器的正端相连，共同接比较电压Vcm;第一个比较器Coml的输出端为高时输出时间为TH,或者第一个比较器Coml的输出端为低时输出时间为TL，前； 第二个米样开关Sh的一端接模拟输入Vref,另一端接参考米样电容Cref的一端和第二个放电开关Sd的一端，参考采样电容Cref的另一端接地；第二个放电开关Sd的另一端接第二个电流源I的流入端和第二个比较器Com2的负端，第二个电流源I的流出端接地，第二个比较器的输出端Com2为输出参考时间TR。
2.一种宽输入范围线性电压时间转换方法，其特征是，借助于权I所述转换器实现，包括如下步骤:两个采样开关Sh闭合将输入的两组模拟电压信号由采样电容CH或CL和Cref采样；然后采样开关Sh断开，放电开关Sd闭合，从而完成在特定时间内对采样电容的放电，第一个比较器Coml和第二个Com2通过检测电容两端电压并与比较信号进行比较，从而实现脉冲输出，完成模拟电压到时间信号的转换。
【文档编号】H03M1/10GK103560787SQ201310500971
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年10月22日 优先权日:2013年10月22日
【发明者】徐江涛, 朱昆昆, 姚素英, 史再峰, 高静 申请人:天津大学