预充电采样保持电路和用于给采样保持电路预充电的方法
【技术领域】
[0001]这里公开的是涉及给采样保持电路预充电的技术。
【背景技术】
[0002]预充电采样保持电路可以例如与模数转换器(ADC) —起使用。模数转换器的输入可以形成开关电容器负载。例如，逐次逼近寄存器模数转换器(SAR-ADC)的输入利用外部采样/保持装置或SAR-ADC的内部采样/保持功能捕获模拟输入电压信号。SAR-ADC比较该输入电压与转换器的外部或内部电压参考的已知分数(fract1n)。电压参考设置转换器的满量程输入电压范围。现代的SAR-ADC使用电容数模转换器(C-DAC)来连续比较位组合并将适当的位设置到数据寄存器中或清除数据寄存器中的适当的位。
【发明内容】
[0003]在第一方面中，公开了一种预充电采样保持电路。该预充电采样保持电路具有被配置用于接收输入电压信号的输入端子，被配置成设置到参考电压的参考电压端子，被配置用于输出米样电压的输出端子，和米样电容。米样电容可以親合在输入端子和参考电压端子之间。在一些实施例中，采样电容被配置用于当采样保持电路处于保持模式时提供采样电压，和取消电容被配置成当采样保持电路处于保持模式时被充电并且当采样保持电路处于采样模式时给采样电容充电。至少一个效果可以是如从输入端子来看采样电容似乎是小的。
[0004]在另一方面中，提供了一种模数转换器(ADC)。根据这里公开的实施例，该ADC包括采样保持电路。
[0005]在又另一方面中，公开了一种用于给预充电采样保持电路的采样电容充电的方法。该方法包括当采样保持电路处于保持模式时给取消电容充电并且当采样保持电路处于采样模式时给采样电容充电。在一些实施例中，给采样电容充电使用取消电容上的电荷。
[0006]以下述理解来提交本概述:其将不用于解释或限制权利要求的范围或意义。本领域技术人员在阅读了以下详细描述以及查看了附图之后将认识到附加的特征和优点。
【附图说明】
[0007]下面参考各图详细描述所要求保护的主题。详细描述参考附图。贯穿各图使用相同的参考数字来提及类似的特征和部件。在描述多个实施例的情况下，多位数参考数字用于指示所述实施例的元件。多位数参考数字的最低有效位提及在各种实施例中相似的特征和部件，而最高有效位提及在对应图中示出的具体实施例。为简单起见，各种实施例中的类似元件将一般仅当在一个实施例中首次提到该元件时被介绍。关于开关的图示，使用下面的绘图惯例:打开的开关用“O”示出，闭合的开关在没有任何“O”的情况下被图示。
[0008]图1是图示根据一些实施例的预充电采样保持电路的图；
图2是示出当操作图1中所示的电路时的开关状态的时间线； 图3是图示根据一些实施例的另外的预充电采样保持电路的图解；
图4是图示根据一些实施例的另一预充电采样保持电路的图解；
图5是图示被配置用于与图4中所示的预充电采样保持电路的一些实施例一起使用的电荷泵的图解；以及
图6是图示根据一些实施例的又另一预充电采样保持电路的图解。
【具体实施方式】
[0009]为了解释的目的，阐述了多个具体细节以便提供对所要求保护的主题的透彻理解。然而，可能明显的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践所要求保护的主题。
[0010]本公开针对的是用于实施用在模数转换器(ADC)中的预充电采样保持电路的技术，其中预充电采样保持电路具有所谓的槽路电容(tank capacitance)(这里也称为‘槽路电容器’或仅称为‘槽路’)，以用作用于电荷(所述电荷被用来在ADC中加载采样电容器)的储存器，统称为采样电容。代替或除了常规预充电采样保持电路中的其它元件之外，这里描述的技术使用另外的电容。该电容元件被配置用于减小从高电阻输入电路到预充电采样保持电路的电流。至少一个效果可以是当与常规解决方案相比时降低了从槽路电容器获取的电荷的量。由此，在一些实施例中，由于在槽路电容中需要代替较少的电荷，因此可以节约电力。至少一个效果可以是当与常规无源解决方案相比时提高了精度并且当与常规有源解决方案相比时降低了功耗。这里描述的一些技术使用该另外的电容元件代替有源电路元件或者作为有源电路元件的补充。由此可以在与使用有源电路元件的常规解决方案相比时实现电力节约。
[0011]在SAR模数转换器(SAR-ADC，这里也是SAR转换器)的输入处，输入信号首先‘看到’开关，其中闭合的开关创建与电容阵列串联的开关电阻。这些电容器的一个端子(‘比较器侧端子’)耦合到比较器的反相输入。另一端子(‘参考侧端子’)可以系到输入电压、电压参考或地中。最初，参考侧端子耦合到输入信号。一旦电容阵列完全采集了输入信号，则输入开关打开并且SAR转换器开始转换过程。在转换过程期间，与模拟信号的数位表示中的最高有效位(MSB)相关联的电容器的参考侧端子连接到电压参考，而其它电容器连接到地。该动作将电荷重新分配在所有电容器当中。比较器的反相输入根据电荷平衡提升或下移电压。如果在比较器的反相输入处的电压大于电压参考的一半，则转换器给MSB分配“O”并且将该值传送到SAR-ADC的串行端口之外。如果该电压小于电压参考的一半，则转换器将值“I”传送到该串行端口之外，并且转换器将MSB电容器连接到地。在MSB分配之后，对MSB-1电容器重复该过程。SAR-ADC转换过程发生所需的时间由采集和转换时间组成。在整个转换过程结束时，SAR-ADC可以进入睡眠模式。
[0012]ADC驱动器电路可以使用运算放大器(op amp)将SAR-ADC与高阻抗输入源VSIG分离。R/C低通电路(RIS0和CIS0)可以跟随以执行返回到运算放大器的功能并转发到SAR-ADCo低通电路的电阻通过将放大器的输出级与低通电路的电容隔离来保持放大器稳定。低通电路的电容将稳定的输入源提供给SAR-ADC。电容跟踪电压的输入信号并在转换器的采集时间期间提供适当的SAR-ADC电荷。
[0013]为了允许在采样时间期间安置开关电容器负载，外部电容器(这里也称为‘槽路电容器’)可以被提供有ADC。ADC的开关电容器负载的加载从槽路电容器中获取电荷。为了提供足够的电荷，槽路电容器的电容值高于开关电容器负载。一个解决方案将与连接到ADC的滤波电阻器串联连接的槽路电容器作为输入电路提供给ADC。在某些应用中，滤波带宽、滤波电阻器的固定大小、开关电容器负载的采样率和大小限制了设计。因此，可以设想缓冲器以避免在采样期间从槽路电容器中获取电荷。滤波电阻器和槽路电容器形成低通滤波器和抗混叠滤波器。滤波电阻器还用于保护控制器免受高电压。在失效的情况下使用小滤波电阻器可能注入输入线高电流。在另一 ADC中，到ADC的输入电压也可以由高欧姆电阻器提供，然而该高欧姆电阻器提高了给采样电容器充电所需的充电时间。
[0014]图1图示了根据一些实施例的预充电采样保持电路100。例如，预充电采样保持电路100可以被配置用于与模数转换器ADC (未示出)一起使用。预充电采样保持电路100包括被配置用于接收输入电压信号VIN的信号输入端子10。在一些实施方式中，输入电压信号VIN是可以随时间变化的模拟信号。可以提供输入电压信号VIN以被ADC数字化。在一些实施例中，从信号输入端子10来看，预充电采样保持电路100是高阻抗电路。在一些实施例中，高阻抗可以至少是10 ΚΩ。
[0015]沿到来的输入电压信号VIN的传播方向親合到信号输入端子10，该传播方向在这里也称为‘下游’(并且必然地，相反方向被称为‘上游’)，预充电采样保持电路100包括采样开关13，该采样开关13被配置成在预充电采样保持电路100的采集状态(如图1中所示)中(即当预充电采样保持电路100在‘采样模式’下操作时)是闭合的。另外，采样开关13被配置成在预充电采样保持电路100的保持状态中(即当预充电采样保持电路100在‘保持模式’下操作时)是打开的。如这里使用的术语‘开关’包含任何电路元件和电路，所述任何电路元件和电路可以提供与操作或以其它方式控制开关以形成或断开或使能或停用用于将信号从电气线路上的一点传送到在开关的任一侧的该电气线路的另一点的该电气线路或其它物理结构相关联的功能。在一些实施例中，开关例如被实施为晶体管。
[0016]另外，沿下游方向耦合到采样开关13，预