电压时间转换器、模数转换器和用于转换模拟电压的方法与流程

1.本发明涉及模数转换技术领域。本发明尤其涉及作为时域/基于时间的adc的一部分的模拟电压到时域的转换。
2.发明背景
3.在微电子的各种应用中，包括但不限于无线通信，都需要高性能模数转换器(analog to digital converter，adc)。时域/基于时间的adc，也称为缩写tbadc，是一种特殊的模数转换，其中输入模拟电压信号的每个样本首先转换到时域，然后进一步转换为数字值。
4.设计高性能adc电路时要考虑的因素包括分辨率、吞吐量、动态范围、线性度、功耗和芯片面积。这些因素可能会提出相互矛盾的要求：例如，通常可以通过使用更多的功率和/或芯片面积来提高分辨率或吞吐量，但另一方面，这可能是不可取的，甚至是不可能的。
5.需要adc技术方案，这些技术方案能够有效地结合简单结构、合理的动态范围、高采样率、良好的线性度、低功耗和小的芯片面积。


技术实现要素：

6.本发明的一个目的是提供一种电压时间转换器、一种模数转换器和一种用于模数转换的方法，结构简单、动态范围合理、采样率高、线性度佳、低功耗和芯片面积小。
7.上述和其它目的通过独立权利要求的特征实现。进一步的实现方式在从属权利要求、说明书和附图中显而易见。
8.根据第一方面，提供了一种电压时间转换器(voltage to time converter，以下简称vtc)。所述vtc包括具有第一节点和第二节点的差分输入端，用于接收所述第一节点和所述第二节点之间的电位差形式的输入电压。所述vtc包括：用于接收时钟信号的时钟输入端；耦合到所述差分输入端的采样保持电路，用于根据由所述时钟信号定义的采样时间表临时存储所述输入电压的样本。所述vtc包括：耦合到所述采样保持电路的电平转换器，用于可控地转换所述存储样本的电平以产生电平转换后的样本；斜坡发生器，用于根据由所述时钟信号定义的转换时间表生成斜坡电压；比较器，用于将所述生成的斜坡电压与阈值进行比较，并在所述斜坡电压达到所述阈值之后输出停止信号。所述斜坡发生器用于使用所述电平转换后的样本作为生成所述斜坡电压时的偏移。
9.根据一个实施例，所述vtc用于根据所述电平转换后的样本的值确定所述停止信号相对于所述时钟信号的定时。这样的优点是，一组简洁的开始信号和停止信号可以传导到随后的时间数字转换器，以产生数字输出值。
10.根据一个实施例，所述电平转换器是无参考电平转换器，包括多个电容器和对应的多个开关，所述多个开关用于根据由所述时钟信号定义的电平转换时间表，可控地将所述多个电容器连接到所述vtc的相应恒定电位轨。这样的优点是，可以进行所需幅度的电平转换，而不产生使用专用参考源带来的功耗、硅面积和/或外部连接的成本。
11.根据一个实施例，所述电平转换时间表与所述采样时间表一致，使得所述多个开
关用于与将输入电压的样本临时存储在所述采样保持电路中同步，可控地将所述多个电容器连接到所述恒定电位轨。这样的优点是，所述vtc的操作可以适当定时，并且只需要非常少的同步信号。
12.根据一个实施例，所述多个电容器包括第一电容器和第二电容器。所述多个开关用于根据所述电平转换时间表可控制地将所述第一电容器充电到所述vtc的工作电压，并将所述第二电容器充电到零电压。所述多个开关用于根据所述电平转换时间表可控地将所述第一和第二电容器连接到所述采样保持电路，用于产生所述电平转换后的样本，作为所述存储样本和所述第一和第二电容器充电到的电压的组合。这涉及到一个优点，即无参考电平转换器可以以简单而稳定的方式实现，该方式易于扩展到各种需求和电路配置。
13.根据一个实施例，所述采样保持电路包括实现所述耦合到所述差分输入端的自举开关。这样的优点是，输入端线性度良好，而且输入电平和输入阻抗之间的依赖性(如果有的话)很小。
14.根据一个实施例，所述斜坡发生器包括电流源和位于所述电流源输出端的阻抗缓冲器，所述阻抗缓冲器用于提升所述电流源的输出阻抗。这样的优点是，使斜坡发生器具有良好的线性度，同时允许大范围的可能偏移值。
15.根据一个实施例，所述斜坡发生器包括一个或多个转换开关，用于根据所述转换时间表通过所述采样保持电路和所述电平转换器可控地在所述阻抗缓冲器上形成电容反馈耦合。这样的优点是，存储样本可以以稳定和可扩展的方式影响生成斜坡的电压电平。
16.根据一个实施例，所述阻抗缓冲器是逆变器。这样的优点是，功耗低，并且避免使用具有宽输入频率范围的快速、高精度运算放大器。
17.根据一个实施例，所述比较器包括一个或多个逆变器的链，使得所述阈值是所述一个或多个逆变器的所述链的反向阈值电压。这样的优点是，可以避免更复杂的比较器电路以及允许在比较中使用逆变器的固有反向阈值电压。
18.根据第二方面，提供了一种模数转换器。所述模数转换器包括：上述类型的vtc；耦合到所述vtc的时间数字转换器，以接收来自所述vtc的停止信号，所述时间数字转换器用于将在所述停止信号和前一个开始信号之间检测到的时间长度转换为数字形式。
19.根据一个实施例，所述vtc用于以直接或反向形式中的至少一个将所述时钟信号作为所述开始信号传送到所述时间数字转换器。这样的优点是，能够使开始信号的传送与vtc的操作保持良好同步。
20.根据第三方面，提供了一种执行电压到时间转换的方法。所述方法包括：根据由时钟信号定义的采样时间表临时存储差分输入电压的样本，转换所述存储样本的电平以产生电平转换后的样本，以及根据由所述时钟信号定义的转换时间表生成斜坡电压。所述方法包括：使用所述电平转换后的样本作为生成所述斜坡电压时的偏移，将所述生成的斜坡电压与阈值进行比较，以及在所述斜坡电压达到所述阈值之后，输出停止信号。
21.根据一个实施例，所述斜坡电压的所述偏移根据所述电平转换后的样本的值确定所述停止信号相对于所述时钟信号的定时。这样的优点是，一组简洁的开始信号和停止信号可以传导到随后的时间数字转换器，以产生数字输出值。
22.根据一个实施例，所述转换所述存储样本的电平包括根据由所述时钟信号定义的电平转换时间表交替地将多个电容器中的每个电容器连接到相应的恒定电位轨，并连接到
一起与所述存储样本进行组合。这样的优点是，可以进行所需幅度的电平转换，而不产生使用专用参考源带来的功耗、硅面积和/或外部连接的成本。
23.根据一个实施例，所述将所述多个电容器中的每个电容器连接到相应的恒定电位轨包括：将所述多个电容器中的一个电容器连接到执行所述电压时间转换的所述电压时间转换器的工作电压，将所述多个电容器(303、304)中的另一个电容器连接到零电压。这样的优点是，无参考电平转换器可以以简单而稳定的方式实现，该方式易于扩展到各种需求和电路配置。
24.根据一个实施例，所述将所述生成的斜坡电压与所述阈值进行比较包括向一个或多个逆变器的链输入所述生成的斜坡电压，使得所述阈值是所述一个或多个逆变器的所述链的反向阈值电压。这样的优点是，可以避免更复杂的比较器电路的优点以及允许在比较中使用逆变器的固有反向阈值电压。
25.根据第四方面，提供了一种用于执行模数转换的方法，包括：使用上述类型的方法执行模拟时间转换，以及使用时间数字转换的方法，将在所述停止信号和前一个开始信号之间检测到的时间长度转换为数字形式。
26.根据一个实施例，所述方法包括使用所述时钟信号的上升沿和下降沿中的至少一个作为所述开始信号。这样的优点是，能够使开始信号的传送与vtc的操作保持良好同步。
附图说明
27.包含附图是为了提供了对示例实施例的进一步理解并构成本说明书的一部分，这些附图示出了有利实施例，并且与描述一起帮助解释上文所述的原理。在附图中：
28.图1示出了tbadc的两个阶段；
29.图2为电压时间转换器的框图；
30.图3示出了电压时间转换器的实施例；
31.图4示出了自举开关的实施例；
32.图5示出了输入共模电压范围的概念；
33.图6示出了电平转换的效果；
34.图7示出了具有参考电压的电平转换；
35.图8示出了无参考电平转换；
36.图9示出了斜坡发生器；
37.图10为图9的斜坡发生器中信号的时序图；
38.图11示出了具有输出阻抗提升逆变器的斜坡发生器；
39.图12为图11的斜坡发生器中信号的时序图；
40.图13示出了图3的电压时间转换器的工作状态；
41.图14示出了图3的电压时间转换器的另一个工作状态；
42.图15为与图3、图13和图14相关的信号的时序图。
具体实施方式
43.图1示出了将电压时间转换作为模数转换的一部分的一般原理。由缩写vtc表示的电压时间转换器101具有用于模拟电压的输入端。vtc生成开始信号和停止信号，这些信号
到达时间数字转换器102，由缩写tdc表示。开始信号和停止信号可以是任何类型的信号，每种信号定义至少一个明确的时刻。在许多情况下，开始信号和停止信号是逻辑信号的上升沿和/或下降沿，这样的上升沿和下降沿被定义为两个预定电压电平之间的过渡。
44.开始信号和停止信号之间的时间差与采样时刻或采样间隔下模拟输入电压的幅度成正比。采样时刻或采样间隔的确切定义可能取决于vtc的实际实现。出于许多目的，假设电压的变化与采样速率相比足够慢，因此开始信号和停止信号之间的时间差代表模拟输入电压在产生该特定开始信号和停止信号对时具有的瞬时值就足够了。在其它情况下，可以定义开始信号和停止信号之间的时间差表示在该特定开始信号和停止信号对之间的时间间隔期间模拟输入电压的平均值；或模拟输入电压在给出停止信号的确切时刻获得的值，等等。对于这里的讨论，采样时刻或采样间隔的确切定义并不重要，尽管所描述的示例性实现可能比其它实施例更有利于某些定义。
45.tdc 102的作用是在其数字输出处产生数字值序列，序列中的每个数字值表示来自vtc的前一对开始信号和停止信号之间的时间长度。下面的讨论将集中在vtc 101的有利示例性实现方式上，因此假设某种类型的tdc是可用的，并且可以耦合以接收开始信号和停止信号并用于产生适当的数字值就足够了。
46.图2示出了vtc 101的示例，包括用于模拟电压的输入端201。为了图形简单起见，输入端201在图2中被绘制为单行线，但是出于下面将变得明显的原因，如果输入端201是具有第一节点和第二节点的差分输入端，用于接收以这种第一节点和第二节点之间的电位差形式的输入电压，则是有利的。vtc 101包括用于接收时钟信号ck的时钟输入端202。采样保持(s/h)电路203耦合到(差分)输入端201，用于临时存储输入电压的样本。根据由时钟信号ck定义的采样时间表完成上述临时存储。时钟信号ck是一个周期信号，其中，某个规则波形以一定的占空比(即高值和低值的比例长度之间的一定比率)反复重复。例如，可以定义采样时间表，使得在时钟信号波形的高值期间采集模拟输入电压的样本，并在时钟信号波形的后续低值的持续时间内保持。
47.图2的vtc 101包括耦合到s/h电路203的电平转换器204。电平转换器204用于可控地转换存储样本的电平，以产生电平转换后的样本。时钟信号ck不仅作为s/h电路203的输入，而且还作为电平转换器204的输入，这使得电平转换器204能够与s/h电路203的操作同步，执行电平转换。使用电平移位器204带来的优点将在本文后面更加明显。
48.图2的vtc 101包括斜坡发生器205，用于根据转换时间表产生斜坡电压。此外，转换时间表由时钟信号ck定义，因为生成的斜坡电压将用于评估存储样本。比较器206用于将所述生成的斜坡电压与阈值进行比较，并在所述斜坡电压达到所述阈值之后，输出停止信号stop。所述斜坡发生器205用于使用所述电平转换后的样本作为生成所述斜坡电压时的偏移。这样可以根据电平转换后的样本的值确定停止信号stop相对于时钟信号ck的定时。
49.在图2所示的实现中，开始信号start作为时钟信号ck的反向形式通过vtc 101。由于时钟信号ck不是在vtc 101内部产生的，而是作为vtc 101的输入，因此可以在不涉及vtc 101的情况下产生开始信号start，例如，仅通过从vtc外部的时钟信号线获取分支，并使用合适的逆变器、缓冲器和/或其它电路元件将其带到图2中未示出的后续tdc。
50.为了图形清晰起见，vtc的功能块203、204、205和206在图2中彼此分离。与微电子的许多情况一样，没有必要使这些功能块完全彼此分离：实际电路级实现的一个或多个组
件可能在两个或更多功能块中发挥作用。图3中也示出了这个示例。
51.图3的vtc包括差分输入端201，明确地示出具有第一节点301和第二节点302。图3的vtc可以通过差分输入端201接收第一节点301和第二节点302之间的电位差形式的输入电压。电位差是图3中的输入电压值vin+和vin
–
的差。
52.为了图形清晰起见，图3中没有单独显示时钟输入，但显示了时钟信号ck对多个开关的影响。反向时钟信号在附图中示为字母c和k上方有一条线，但在书面文本中，可以使用形式。反向时钟信号的影响也如图3所示。时钟信号ck和反向时钟信号都可以作为vtc的输入信号被接收，或者一个信号可以通过vtc内的逆变器从另一个信号产生。
53.图3的vtc包括耦合到差分输入端201的采样保持电路203。采样保持电路203包括电容器317以及实现耦合到差分输入端201的开关308和309。图中示出时钟信号ck控制开关308和309，使得它们在时钟信号ck为高时是导通的，而在时钟信号ck为低时是不导通的。换句话说，时钟信号ck为高的持续时间构成采样间隔，在采样间隔期间，差分输入电压对电容器317进行充电。
54.通过使用自举开关作为开关308和309，可以实现有利的采样性能。如果没有自举，开关中可能会存在与输入相关的导通电阻，从而导致采样中不必要的非线性度。图4示出了可使用的自举开关设计的示例。当时钟信号ck为低时，电容器耦合的fet 401通过fet 402和403充电到vdd，而点404的电位与fet 405和406保持在接地电位。当时钟信号ck为高时，电容器耦合的fet 401的一个端子通过fet 407连接到输入端，而另一个端子通过fet 409连接到开关晶体管408。因此，即使当输入电压发生变化时，开关晶体管408的过驱动电压vov也保持在vdd。这样，自举开关的阻抗保持相对恒定，导致线性度比传输(tx)门等的高。
55.回到图3，vtc包括电平转换器204，耦合到采样保持电路203，用于可控地转换存储样本的电平。使用无参考电平转换器可以带来优点，该无参考电平转换器包括多个电容器303和304以及相应的多个开关305、306和307，所述多个开关用于可控地将电容器303和304连接到vtc的相应恒定电位轨。在图3的实施例中，开关305可用于将电容器303的第一端子连接到正恒定电位轨，开关306可用于将电容器304的第一端子连接到接地电位轨，开关307可用于将电容器303和304的第二端子连接到接地电位轨。
56.这种连接有利地根据由时钟信号ck定义的电平转换时间表完成。在图3的实施例中，开关307在时钟信号ck的高值下导通。开关305和306是拨动开关，使得在时钟信号ck具有高值时，它们连接到相应的恒定电位轨，并且在时钟信号ck具有低值时，它们将电容器303和304的第一端子连接到采样保持电路中的电容器317的一个端子上。这样，电平转换时间表与采样时间表一致：开关305、306和307用于与将输入电压的样本临时存储到采样保持电路203中同步，将电容器303和304中的相应电容器连接到恒定电位轨。
57.下面参考图5、图6、图7和图8解释无参考电平转换器的优点。图5示出了作为水平线的正恒定电位vdd和接地电位vss的电平。vdd和vss之间的电位差是vtc的工作电压。这也是vtc可以正确处理的输入电位值范围。
58.差分输入电压由两个输入节点共同的共模(common mode，cm)电位周围的电位变化组成。共模电位通常被称为共模电压，尽管确切地说，术语“电压”是指电位差。如果共模电压处于vdd电平，则输入电位值(最大值)的一半将被削波，因为它们将高于vdd，如曲线501和vdd线之间的阴影区域所示。类似地，如果共模电压处于vss电平，则输入电位值(最低
值)的一半将被削波，因为它们将低于vss，如曲线502和vss线之间的阴影区域所示。存在一定的电位值范围，称为恒模电压范围(constant mode voltage range，cmvr)，共模电压必须在该范围内，才能保持vss和vdd之间的所有输入电位变化。
59.更确切地说，输入cmvr应受以下限制：
60.v
in,cm
+v
in,peak
≤vdd
61.v
in,cm
‑
v
in,peak
≥vss
62.其中，v
in,cm
是共模电压，v
in,peak
是任一输入电压节点的电位与共模电压之间的最大差。差分信号在共模电压的每一端都有其摆幅的一半，因此，如果输入电压的最大峰峰值变化等于vdd的一半(取vss＝0v)，则输入共模电压范围cmvr为0.25vdd至0.75vdd。
63.图3电路的差分输入信号固有地具有共模电压为0v，振幅在+vpeak和
–
vpeak之间变化，如图6中的曲线601所示。假设+vpeak在任何情况下都小于vdd，并且vss＝0v，电平转换成功的示例是曲线602所示的示例：原始差分输入信号已经线性缩放和转换，使得其共模电压为+vpeak/2，并且其幅度在+vpeak和0v之间变化。
64.图7示出了电平转换器的原理，该电平转换器不是无参考的，但需要参考电压vref。图7的左边部分示出了在采样周期期间，电平转换电容c
ls
充电到参考电压vref时，采样电容c
s
耦合到vin+和vin
–
之间的差分输入电压的方式。图7的右边部分示出了在采样周期之后，产生电平转换后的样本vx的方式。如果电容c
s
和c
ls
相等，vx是vin和vref的平均值。在更一般的情况下，vx是vin和vref的加权平均值，其中权重是电容值。
65.图6所示类型的电平转换可以用图7提供的电平转换器进行。假设电容相等，需要幅度为+vpeak的低阻抗正参考电压vref。需要单独、精确的低阻抗电压源的缺点是，需要额外的复杂性、额外的功耗和必须分配给参考电压发生器的硅面积。参考电压可以在外部产生，并从外部带到vtc，但这反过来又需要额外的接触焊盘，并增加电路板上的复杂性和元件数量。
66.图8示出了无参考电平转换器的示例。这一原理也应用于图3的电路中。图8的无参考电平转换器包括多个(这里，两个)电容器802和803以及对应的多个开关。图8中没有单独示出开关，但这种开关的示例可以看作图3中的开关305、306和307。这些开关用于根据由时钟信号定义的电平转换时间表，可控地将多个电容器802和803连接到vtc的相应恒定电位轨。在图3的电路中，时钟信号是时钟信号ck。这样，电平转换时间表与采样时间表一致，使得多个开关用于与将输入电压的样本临时存储在所述采样保持电路中同步，将电容器802和803中的相应电容器连接到恒定电位轨。在图8中，采样保持电路由左侧的电容器801表示。
67.如图8所示，在用于电平转换的多个电容器中，有第一电容器802和第二电容器803。图8的左侧部分示出了电平转换时间表的第一阶段，在此期间，多个开关(参见图3中的开关305)用于可控地将第一电容器802充电到vtc的工作电压vdd。同时，多个开关(参见图3中的开关306和307)用于可控地将第二电容器803充电到零(接地)电压。图8的右侧部分示出了电平转换时间表的第二阶段，在该第二阶段期间，多个开关(参见图3中的开关305、306和318)用于可控制地将第一和第二电容器802和803连接到采样保持电路，用于产生所述电平转换后的样本，作为所述存储样本和所述第一和第二电容器802和803充电到的电压的组合。
68.如果第一和第二电容器802和803的值相等，则在图8左侧的充电阶段之后将它们连接在一起使组合获得正好在vdd和0v之间的一半的电压(在更一般的情况下，电压是vdd和0v的加权平均值)。将该组合连接到采样电容器801执行如上面图6所示的电平转换。不需要单独的参考电压，因为电压vdd和0v无论如何都将在vtc中可用，并且与使用图7的方法相比，所需的额外硅面积很小。
69.图9示出了斜坡发生器的示例。图9的斜坡发生器包括电流源901，该电流源901可以可控地耦合到采样保持电容器902。开关903和904用于将采样保持电容器902可控地耦合到时钟信号ck的高电平上的输入电压(注意与图3相比的相反极性)。开关905和906用于在电流源901的输出和反向时钟信号的高电平上的接地电压之间可控地耦合采样保持电容器902。开关907用于在时钟信号ck的高电平期间将电流源901的输出保持在接地电位。斜坡发生器的输出是图9中标记为v
r
的电位。
70.图10示出了在略多于一个时钟周期期间图9的斜坡发生器中信号的示例。当时钟信号ck为高时，输入电压的样本被采集到电容器902中，而输出电位v
r
保持为0。当时钟信号ck变低且其反向变高时，由电流源901产生的恒定电流开始对电容器902进行充电。电容器902的电压不(一定)从0开始，而是从时钟信号ck变低之前存储在其中的输入电压样本定义的电平开始，这用v
r
中上升斜坡的虚线替代路线来说明。假设电流源901的输出电流保持恒定，并且电路的其它非线性度也被消除，则电位v
r
线性地增大，直到时钟信号ck再次变高，周期重新开始。
71.图10还示出了当电位v
r
等于或超过参考或阈值电平v
ref
时，使用与参考或阈值电平v
ref
的比较来产生输出信号(stop信号)的方式：stop信号在周期中出现越早，采样电压的幅度越大。
72.从数学上讲，在时间t
c
时，电位v
r
从vin高到等于v
ref
的斜坡状上升可以表示为
[0073][0074]
其中，i
r
是电流源901产生的电流，r
r
是电流源901的输出阻抗，c
r
是采样保持电容器902的值。这个表达式可以求解t
c
作为vin的函数，给出
[0075][0076]
泰勒级数展开式t经过一定压缩之后上升到三阶，
[0077][0078]
从这种形式可以明显看出，大的输出阻抗r
r
将使高阶项最小化，从而增强线性度。因此，在如图9所示的斜坡发生器技术方案中，提高电流源901的输出阻抗是有利的。
[0079]
提高输出阻抗的一种方法是在斜坡发生器的输出端添加运算放大器。然而，考虑到vtc应用的典型高速要求，运算放大器应具有大带宽和特别好的线性度。这意味着它很容易消耗大量的功率和硅面积。
[0080]
图11示出了一种有利的技术方案，其中，逆变器311被用作阻抗缓冲器以提高电流源310的输出阻抗。图11中的许多参考符号与图3中的相同，以便强调图11的技术方案在图3的电路中的应用。当时钟信号ck为高时，输入电压vin的样本被采集到采样保持电容器317。
开关1101和1102用反向时钟信号驱动，因此在采样间隔期间，开关1101和1102保持逆变器311与采样保持电路隔离。当时钟信号ck变低电且其反向变高时，电流源310开始对采样保持电容器317进行充电，存储在其中的输入电压样本设置所产生的电压斜坡的起始电平，如图12所示。
[0081]
采用逆变器311作为阻抗缓冲器，可以构建功耗小、硅面积要求小的电路。此外，逆变器将斜坡的输出共模保持在逆变器的阈值电平v
t
，无需在斜坡发生器输出端使用任何差分比较器。逆变器链可用于实现基本上符合图2的比较器示例的功能。这解释了一个或多个逆变器314、315和316的链在图3中用参考符号206标记的原因。在图12中用v
t
标记的阈值电压是一个或多个逆变器314、315和316的链的反向阈值电压。
[0082]
图13和图14示出了图3的vtc的两个操作阶段，对应于时钟信号ck的高值(图13)和时钟信号ck的低值(图14)。图15中示出了一些信号波形的示例。这些附图也可以被检查为示出执行电压时间转换的方法。导通的开关在图13和图14中仅显示为连续线，而未导通的开关显示为开关的常用符号。
[0083]
在图13中，开关312、313和318是不导通的，开关305和306将多个电容器303和304中的相应电容器连接到相应的恒定电位轨。这是采样周期，对应于临时存储出现在输入节点301和302之间的差分输入电压的样本的方法步骤。根据由时钟信号ck定义的采样时间表完成上述临时存储。在图15中，这是时刻1501和1502之间的周期。
[0084]
如图13所示，使用上面参考图8解释的示例性电平转换器架构，采样周期包括将多个电容器中的一个电容器303连接到vtc的工作电压，并将多个电容器中的另一个电容器304连接到零电压。
[0085]
在图13中，电流源310的输出端接地，对应于开关319(见图3)导通。允许电流源310的电流以这种方式释放到接地可能被认为是能量浪费，并且避免电流释放可以节省一些功率。然而，一方面，由电流源310产生的电流相对较小，并且采样周期的相对持续时间可能相当短，因此相关的电能浪费并不那么大。另一方面，保持电流源310持续活跃有助于确保它产生的电流量的稳定性。出于这些原因，在采样间隔1501和1502的持续时间内，将电流源310的输出端接地被认为是可接受的技术方案。
[0086]
在图14中，(有利地自举)采样开关308和309变成未导通，标记采样间隔的结束。将开关305和306翻转到图14所示位置的时刻表示转换存储样本的电平，以产生电平转换后的样本。特别是，电平转换包括根据由时钟信号ck(的下降沿)定义的电平转换时间表，将多个电容器303和304中的每个电容器连接到一起，与存储在电容器317中的样本进行组合。
[0087]
所述时刻还标志着根据由所述时钟信号ck定义的转换时间表生成斜坡电压的开始。包括使用所述电平转换后的样本作为生成所述斜坡电压时的偏移。在图14中，可以看到电流源310现在如何开始对电容器317进行充电，使得电平转换后的样本的大小构成所述偏移。在图15中，可以看到输入电压(由曲线1503表示)如何具有中等大的正值，导致在时刻1502处斜坡电压开始的点的偏移1504。
[0088]
斜坡的斜率是恒定的，基本上由电流源310的输出电流的大小和电容器303、304和317的值定义。特别是，斜坡的斜率不取决于偏移1504的大小。斜坡电压前进的周期对应于将生成的斜坡电压与阈值进行比较的方法步骤。在这种情况下，阈值是电流源310的输出端和vtc的输出端之间的一个或多个逆变器链的反向阈值电压，其中将出现stop信号。
[0089]
在图15中的时刻1505，斜坡电压达到阈值v
t
。如图15的下部所示，该方法包括在斜坡电压达到阈值之后，输出停止信号(即，在标记为stop的信号中产生上升沿)。图14示出了将所述生成的斜坡电压与所述阈值进行比较的方式包括向一个或多个逆变器的链输入所述生成的斜坡电压，使得所述阈值是所述一个或多个逆变器的所述链的反向阈值电压。
[0090]
图15中所示的三个周期说明了斜坡电压中的偏移根据电平转换后的样本的值确定停止信号相对于时钟信号ck的定时的方式。即，在下一个采样间隔结束的时刻1506，输入电压具有比时刻1502更大的正值，导致斜坡电压中的偏移非常小。因此，在斜坡电压达到阈值之前，需要更长的时间，直到时刻1507。因此，在时刻1507时，时钟信号ck中的前一个上升沿和停止信号中的上升沿之间的时间间隔比时刻1501和1505之间的时间间隔长。当图15中的第三采样间隔在时刻1508结束时，输入电压具有相对较大的负值，导致斜坡电压中的偏移很大。因此，在时刻1509处，斜坡电压达到阈值之前，将只有很短的时间间隔。
[0091]
一种用于执行模数转换的方法可以包括使用上文所解释的任一方法实施例执行模拟时间转换，以及使用时间数字转换的方法，将所述停止信号和前一个开始信号之间检测到的时间长度转换为数字形式。作为开始信号，可以使用时钟信号ck的上升沿和/或下降沿，该上升沿也定义vtc中的采样、电平转换和转换时间表。
[0092]
本领域技术人员应该理解，本文描述的方法的每个块或步骤，或这些块或步骤的任何组合，可以通过硬件、固件和/或软件等各种手段实现。例如，上述块或步骤中的一个或多个可以由计算机可执行指令、数据结构、程序模块和其它合适的数据表示来体现。此外，体现上述块或步骤的计算机可执行指令可以存储在对应的数据载体中，并由至少一个处理器执行。该数据载体可以实现为用于可由所述至少一个处理器读取以执行计算机可执行指令的任何计算机可读存储介质。这种计算机可读存储介质可以包括易失性介质和非易失性介质、可移动介质和不可移动介质。作为示例而非限制，计算机可读介质包括以任何适合存储信息的方法或技术实现的介质。更详细地，计算机可读介质的实际示例包括但不限于信息传递介质、ram、rom、eeprom、闪存或其它存储器技术、cd
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rom、数字多功能光盘(digital versatile disc，dvd)、全息介质或其它光盘存储器、磁带、磁带盒、磁盘存储器和其它磁存储设备。
[0093]
尽管本文描述了本发明的示例性实施例，但需要说明的是，在不偏离由所附权利要求书所定义的法律保护范围的情况下，可以在本发明的实施例中进行任何各种更改和修改。在所附权利要求书中，词语“包括”不排除其它元件或步骤在所附权利要求中，词“包括”不排除其他元件或步骤，不定冠词“a”或“an”不排除多个。“一”不排除多个元件或步骤。在仅凭某些措施被记载在相互不同的从属权利要求书中这个单纯的事实并不意味着这些措施的结合不能在有利的实现方式中使用。