專利名稱：模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器信號存儲電容的擾動的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般是關(guān)于模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，更具體而言是關(guān)于這樣的轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器改變存儲取樣和保持輸入電壓的電容上的電壓。
ADC被用來轉(zhuǎn)換模擬信號為數(shù)字編碼的信號，在使用電阻串，開關(guān)，比較器和電容的ADC中，存儲在電容的第一個元件采樣模擬信號相對于參考電位(典型)是地電位而被維持。電容的第一個元件作為第一個輸入連接到高阻抗比較器，該比較器接收采樣模擬信號的順序近似值作為第二輸入。在不更換采樣模擬信號情況下實(shí)現(xiàn)比較，直至順序的近似過程形成為在所希望的位數(shù)內(nèi)表示采樣模擬信號的數(shù)字編碼。
按照本發(fā)明示出的實(shí)施例，操作模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的方法包括采樣的電壓存儲在其上面的電容。該電容具有第一元件和第二元件。對多于一個電位能參考第二元件。模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器包括電壓梯度和比較器，用于比較采樣的模擬信號和電壓梯度中的所選電壓并指示那一個比較大。被電壓梯度形成的每一個電壓對應(yīng)代表電壓的一數(shù)字編碼。該方法包括存儲采樣的模擬信號到具有參考第一電位的電容的第二元件的電容器上，比較采樣的模擬信號和由電壓梯度形成的至少一個選出的電壓以形成指示采樣模擬信號相對幅度和所選取電壓的比較信號，并根據(jù)比較信號使電容的第二元件參考第二電位。


圖1給出了根據(jù)本發(fā)明示出的實(shí)施例的電流源驅(qū)動模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的部分示意圖。
圖2給出了由電壓源驅(qū)動的類似圖1所示轉(zhuǎn)換器的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器部分的示意圖。
圖3給出了依本發(fā)明示出實(shí)施例的差模電流源驅(qū)動的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的示意圖。
圖4給出了由電壓源驅(qū)動的類似圖3的差分型模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的示意圖。
在圖中給出了依照本發(fā)明的包括DAC10的ADC26的示意圖。ADC26在圖1和2中以單端模型被示出。圖1示出了電流驅(qū)動轉(zhuǎn)換器，而圖2示出了電壓驅(qū)動轉(zhuǎn)換器。ADC26具有串連連接的電阻串，電阻串包括確定最高有效位的預(yù)定數(shù)目M的第一電阻陣列和確定最低有效位的預(yù)定數(shù)目L的第二電阻陣列。開關(guān)，如所示的MOS晶體管，把在電阻串中第一電阻陣列的中間抽頭連接到第一結(jié)點(diǎn)。諸開關(guān)也把電阻串中第二電阻陣列的中間抽頭連到第二結(jié)點(diǎn)。在第一和第二結(jié)點(diǎn)之間形成的差分模擬電壓的幅值取決于諸開關(guān)的狀態(tài)。DAC10結(jié)合其它電路操作以形成ADC26。
本發(fā)明的所示實(shí)施例將被描述，其中包括兩位下屬范圍的5位轉(zhuǎn)換器。從公開中可以看出更一般的實(shí)施例。多少位被安排為下屬范圍是由用戶確定的。在示出的實(shí)施例中，轉(zhuǎn)換器將被描述為具有結(jié)合第一陣列的電阻的一開關(guān)晶體管和結(jié)合第二陣列的電阻的一開關(guān)晶體管被置在開狀態(tài)。然而，發(fā)明并不局限于此。
參看圖1，電阻串14包括由用戶確定的電阻數(shù)目。電阻被分為包括在示出實(shí)施例中標(biāo)號為RM1-RM7電阻的第一電阻陣列16(以后被稱為電阻的最高有效位陣列，或MSB陣列)，和包括標(biāo)號為RL1-RL3的第二電阻陣列18(以后被稱為最低有效位電阻陣列)。
所需的全部電阻的數(shù)目，和因此用于制造所需硅面積的度量是M-L陣列分開發(fā)生的函數(shù)并定義為如下RT＝RMSB+RLSBRT＝(2M-1)+(2L-1)RT＝2M+2L-2這里n，被轉(zhuǎn)換的位數(shù)，是M+LRT是電阻的總數(shù)RMSB是MSB電阻陣列中的電阻數(shù)RSLB是LSB電阻陣列中的電阻數(shù)當(dāng)M＝L時，電阻總數(shù)為最小。然而，其它因素，除了制造所需的硅面積，例如為完成所需的差分線性的電阻的匹配和換算也同樣要考慮經(jīng)常是所選取M-L陣列的分開并不發(fā)生在M＝L的最小面積的點(diǎn)。
電阻串14連接到電源，當(dāng)DAC10被用來單獨(dú)用做數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器時，或如圖1所示當(dāng)DAC10用于模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器26a時，例如是參考電流源20a，它提供一已知恒定的電流40a到電阻串14。在該領(lǐng)域工作的普通技術(shù)人員根據(jù)各種參數(shù)，例如耗散的功率，電位跨越或跨接電阻串形成的電位，在電阻串中電阻的數(shù)目，轉(zhuǎn)換器的位數(shù)，轉(zhuǎn)換器下屬部分的位數(shù)，能夠相關(guān)地選取包括電阻串14的諸電阻的阻值，這些阻值與應(yīng)用有關(guān)。
在第一電阻陣列16的諸電阻的接點(diǎn)，和電源-電阻的接點(diǎn)處，一開關(guān)連接在接點(diǎn)和例如結(jié)點(diǎn)N1的一結(jié)點(diǎn)之間。接點(diǎn)定義了中間抽頭T1至T8。結(jié)合第一電阻陣列的諸開關(guān)，最好是晶體管，在實(shí)施例中作為MOS晶體管M000至M111示出。晶體管M000至M111的每一個分別用結(jié)點(diǎn)N1連接到中間抽頭T1至T8中的一個，每一個晶體管分別用它的源和漏連在結(jié)點(diǎn)N1和各自的中間抽頭之間。開關(guān)晶體管M000至M111具有的門端通過總線42連接到開關(guān)晶體管選擇和驅(qū)動電路24并且完全一樣。
類似地，在第二電阻器陣列18的諸電阻器接點(diǎn)以及電源-電阻接點(diǎn)處，一開關(guān)連接在接點(diǎn)和例如結(jié)點(diǎn)N2的結(jié)點(diǎn)之間，使用每一晶體管的源和漏連接在結(jié)點(diǎn)N2和各自的中間抽頭之間。諸接點(diǎn)定義了附加的中間抽頭T9至T11。中間抽頭T8是第一電阻陣列16和第二電阻陣列18公用的。結(jié)合第二電阻陣列的諸開關(guān)，最好是晶體管，在實(shí)施例中作為MOS晶體管M00至M11示出。晶體管M11至M00的每一個將中間抽頭T8至T11分別與結(jié)點(diǎn)N2相連，每一個晶體管的源和漏連接在結(jié)點(diǎn)N2和各自的中間抽頭之間。開關(guān)晶體管M11至M00的門端通過總線44連接到開關(guān)晶體管選擇和驅(qū)動電路并且完全一樣。
當(dāng)結(jié)合第一電阻陣列16的諸開關(guān)晶體管的門端，和結(jié)合第二電阻陣列18的諸開關(guān)晶體管的門端如所示連接到同一開關(guān)晶體管選擇和驅(qū)動電路24時，可以看出，可以使用多于一個晶體管選擇和驅(qū)動電路。例如，單獨(dú)的開關(guān)晶體管選擇和驅(qū)動電路能被用來控制結(jié)合每一電阻陣列的開關(guān)晶體管，能控制較小組的晶體管或電阻器，或者一個電路能被用來控制每一個晶體管。
呈現(xiàn)在結(jié)點(diǎn)N1和N2的DAC10的輸出，是差分電壓。這些電壓能由知道開關(guān)-電容技術(shù)的在該領(lǐng)域工作的技術(shù)人員組合起來以提供單端DAC輸出，該輸出并沒有示出，當(dāng)圖1所示的電路作為ADC工作時，該輸出是不需要的。
比較器28具有連到結(jié)點(diǎn)N1的第一輸入30，連到結(jié)點(diǎn)N3的第二輸入32，和輸出34。輸出34被連接為系統(tǒng)檢索電路48的輸入。系統(tǒng)檢索電路48的輸出36提供輸入給開關(guān)晶體管選擇和驅(qū)動電路24。電容C1連在結(jié)點(diǎn)N2和N3之間。
圖1和圖2示出的實(shí)施例是-5位轉(zhuǎn)換器。DAC10是帶有二位下屬范圍的5位數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器。ADC26是能把輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換為5位數(shù)字編碼表示的5位模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器。該二進(jìn)制形式可以是任何已知轉(zhuǎn)換，例如二進(jìn)制、兩補(bǔ)碼、或記號-幅度的一個。
在缺少下屬范圍時，5位轉(zhuǎn)換器所需相等阻值的電阻器的數(shù)目是25-1或31個電阻。具有31個相同阻值的電阻器的電阻串的跨接每一個電阻上的電壓近似地為跨接電阻串的電壓的3.2％。5位中的下屬范圍2位(更一般L為位)留下最高有效位的3位(更一般為M位)被確定使用最高有效位電阻陣列16。通過使用下屬范圍2位，僅僅2M-1或7個電阻器被用來轉(zhuǎn)換3個最高有效位。7個電阻，RM1至RM7，每一個4(更一般2L)倍于每一個電阻RL1-RL3的阻值，所以總電阻是相同的，仿佛電阻串14是由(2(M+L)-1)或31個相同阻值的電阻器組成。為了轉(zhuǎn)換兩個最低有效位，2L-1電阻或在所示實(shí)施例中，在最低有效位電阻陣列18中需要3個電阻。
對于在跨接電阻串14形成的電壓為V，在圖1和圖2所示實(shí)施例的5位、下屬范圍2位的每一個中間抽頭形成的電壓在表1中給出。
表I
圖2所示轉(zhuǎn)換器類似于圖1所示轉(zhuǎn)換器，但是由電壓源驅(qū)動的。在電壓模式中，參考電壓源20C加在電阻串14上。為一致起見，從參考電壓源20C來的參考電壓40C等于最大期望輸出信號電壓電平(DAC操作)或最大期望輸入信號電壓電平(ADC操作)。通過上述的電流模式的DAC10和ADC26操作的解釋，在該領(lǐng)域工作的技術(shù)人員很容易理解在電壓模式下DAC10和ADC26的操作。在電壓模式中，圖1中所示的開關(guān)晶體管M1至M4并不是必需的。被連接的輸入模擬電壓信號40d是由參考電壓源20d提供的。通過采樣開關(guān)M5，輸入模擬電壓信號40d被采樣和保持在電容C1上。在其它方面，在圖1和圖2示出的轉(zhuǎn)換器可以是相同的，即，26a可以與26b是相同的和10a可以與10b是相同的。
在ADC26操作后，將描述DAC10的操作。在數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器10的操作中，表示所期望模擬信號的n位(bn-1，…b2，b1，b0)數(shù)字編碼輸入信號19呈現(xiàn)在線22上。DAC10展開了對應(yīng)數(shù)字編碼輸入信號的模擬電壓信號并跨接電容C1上呈現(xiàn)模擬信號輸出。數(shù)字編碼輸入信號被提供到解碼和驅(qū)動電路，例如開關(guān)晶體管選擇和驅(qū)動電路24。(注意，數(shù)字編碼信號19相對于DAC10是輸入和相對于ADC26將被參考為數(shù)字編碼輸出信號)解碼電路對數(shù)字編碼信號進(jìn)行解碼并且驅(qū)動電路打開適當(dāng)?shù)拈_關(guān)，傳導(dǎo)在各自中間抽頭T1至T11展開的電壓到結(jié)點(diǎn)N1和N2。單獨(dú)的開關(guān)，M000至M111，結(jié)合第一電阻陣列，單獨(dú)的開關(guān)M00至M11結(jié)合第二電阻陣列，典型地是同時在開狀態(tài)。替換地，結(jié)合第一和第二電阻陣列的一個或兩者的多個開關(guān)可以同時置為開狀態(tài)。開關(guān)晶體管M000至M111是受通過總線42連接到開關(guān)晶體管選擇和驅(qū)動電路24的它們的門端控制。開關(guān)晶體管M00至M11是受通過總線44連接到電路24的它們的門端控制。處在開狀態(tài)下的每一個開關(guān)晶體管在它相關(guān)的抽頭導(dǎo)通電壓到各自的結(jié)點(diǎn)N1或N2。替換的電路設(shè)計(jì)也能使開關(guān)晶體管處在關(guān)狀態(tài)，差分電壓在結(jié)點(diǎn)N1和N2展開。單調(diào)的輸入-輸出特性，為增加數(shù)字編碼輸入信號19而提供的在結(jié)點(diǎn)N1和N2之間的階梯差分電壓是從中間抽頭T1至T11得到的。
在圖1所示的電流模式中，晶體管M1，M2，M3和M4被使用去在提供參考電流40a以驅(qū)動電阻串14作為DAC的參考電流源20a和由信號電流源20b提供的作為ADC的模擬電流信號40b之間起開關(guān)作用。通過使開關(guān)晶體管M2和M3處在開狀態(tài)和使晶體管M1和M4在關(guān)狀態(tài)，參考電流40a驅(qū)動電阻串14。模擬電流信號40b因此轉(zhuǎn)向地。當(dāng)轉(zhuǎn)換器工作為模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器時，通過應(yīng)用模擬電流信號40b，晶體管M5操作，并且和晶體管M00一塊，協(xié)調(diào)地用電阻串14兩端的電壓向電容C1充電。晶體管M5和電容C1一塊包括采樣和保持電路，該電路保持著在電阻串14上形成的電壓作為將被用于比較器28的正輸入，一個產(chǎn)生的電壓將與之比較。
在做為模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器26工作時，模擬電流信號40b在線46上被處在開狀態(tài)的晶體管M1，M4，M5和M00所接收，晶體管M2和M3，及晶體管M01，M10和M11處在關(guān)狀態(tài)。所示實(shí)施例描述了晶體管M00處于開狀態(tài)來完成取樣和保持電路，但可以看出，任何結(jié)合LSB陣列18的其它開關(guān)晶體管，或結(jié)合LSB陣列18的開關(guān)晶體管的組合隨著比較器28輸出34的伴隨的變化都能夠被開關(guān)打到開狀態(tài)，這對在該領(lǐng)域的工作人員是很容易實(shí)現(xiàn)的。處在開狀態(tài)的晶體管M1驅(qū)動由參考電流源20a產(chǎn)生的電流到地?？缃釉陔娮璐?4上形成的電壓對電容C1進(jìn)行充電以形成采樣模擬信號，該采樣模擬信號被轉(zhuǎn)換為數(shù)字編碼信號和提供正的輸入到比較器28。
晶體管M1，M4和M5然后被打到關(guān)狀態(tài)而晶體管M2和M3被打到開狀態(tài)。處在開狀態(tài)的晶體管M3驅(qū)動從信號電流源20b的模擬電流信號40b到地。處在開狀態(tài)的晶體管M2允許參考電流40a通過電阻串14以在其上產(chǎn)生電壓梯度。處在關(guān)狀態(tài)的晶體管M5隔離了電容C1和從跨接電阻串14形成的電壓梯度來的存儲在其上的信號。
系統(tǒng)檢索電路48最初打開適當(dāng)?shù)脑诘谝粋€電阻陣列16的開關(guān)晶體管M000至M111的一個和在第二個電阻陣列18的晶體管M00以在結(jié)點(diǎn)N1和N2之間產(chǎn)生電壓差。用比較器28比較在結(jié)點(diǎn)N1和N2之間形成的差分電壓和電容C1上維持的電壓。使用任何系統(tǒng)檢索，但并不局限于順序近似，各種的開關(guān)M000至M111被打到開狀態(tài)，直至一個開關(guān)被確定在結(jié)點(diǎn)N1和N2之間產(chǎn)生的差分電壓是能由電阻RM1-RM7和開關(guān)M000至M111完成的最接近的電壓。該“最接近”的電壓可以稍微大或稍微小于存儲在電容C1上的電壓，它的選取取決于比較器28如何操作。被打到開狀態(tài)以確定上述最接近電壓的開關(guān)晶體管決定二進(jìn)制表示的諸最高有效位M(在示出的實(shí)施例中為3)。
一旦M最高有效位被確定，使用ADC26的下屬范圍，電阻RL1-RL3和開關(guān)晶體管M00至M11確定L最低有效位。通過維持如上所述的結(jié)合第一電阻陣列16的開關(guān)M000至M111的狀態(tài)，和進(jìn)行系統(tǒng)檢索，例如不局限于結(jié)合第二電阻陣列18的開關(guān)M00至M11的順序近似，就可以確定L諸最低有效位。通過M00至M11的檢索減少了在電容C1上維持的電壓和在結(jié)點(diǎn)N1和N2之間差分電壓之間的差別。當(dāng)系統(tǒng)檢索連接結(jié)點(diǎn)N2到在沿電阻串14具有較高電位的中間抽頭時，電容C1的下極板的電壓被移動到較高的電壓，電容C1的上極板上的電壓也移動到相應(yīng)較高的電壓。相伴地，在結(jié)點(diǎn)N2的電壓增加和造成了在結(jié)點(diǎn)N1的電壓(在系統(tǒng)檢索時該點(diǎn)電壓保持不變)和結(jié)點(diǎn)N2的電壓之間的較小的電位差。在檢索結(jié)束時，打到開狀態(tài)的開關(guān)晶體管確定二進(jìn)制表示的L個最低有效位(在示出的實(shí)施例中，2)。
當(dāng)二者被打到開狀態(tài)時，結(jié)合第一電阻陣列16的每一個開關(guān)，并組合結(jié)合第二電阻陣列18的開關(guān)，提供了兩結(jié)點(diǎn)N1和N2之間的唯一的差分電壓并對應(yīng)著M位跟隨著L位的唯一的鏈接位二進(jìn)制編碼。
表II給出了圖示5位轉(zhuǎn)換器一個可能的表示。
表II
被打到開狀態(tài)的開關(guān)被譯碼以產(chǎn)生數(shù)字編碼輸出信號19，該輸出信號可以采取任何形式，如二進(jìn)制，兩位補(bǔ)碼，或記號幅度。ADC26在線22提供數(shù)字編碼輸出信號19。如果在它的最壞情況的差分非線性點(diǎn)上，MSB陣列的差分非線性最壞情況少于LSB陣列電阻，整個轉(zhuǎn)換器能被示為是單調(diào)的。
為了進(jìn)一步示出DAC10，假設(shè)31伏呈現(xiàn)在電阻串14的抽頭T1。表III列出了產(chǎn)生結(jié)點(diǎn)電壓VN1和VN2的開關(guān)組合和產(chǎn)生的差分電壓。
表III
通過表IV給出的例子可以更好地理解ADC26的操作。表IV示出了“未知”的存儲在電容C1的17.4V的初始電壓的重復(fù)順序，以轉(zhuǎn)換到數(shù)字編碼輸出19。對于每一次重復(fù)，開關(guān)晶體管在開狀態(tài)，比較器輸出，在結(jié)點(diǎn)N1，N2和N3的電壓，數(shù)字編碼輸出，和等效的模擬輸入電壓列在表中。為了示意的目的，重復(fù)的順序開始于兩個極端開關(guān)晶體管在開的狀態(tài)，并在晶體管在開的狀態(tài)改變以順序地近似未知的電壓，比較器輸出“0”指示在結(jié)點(diǎn)N1的電壓高于在結(jié)點(diǎn)N3的電壓，比較器輸出“1”表示在結(jié)點(diǎn)N3的電壓高于在結(jié)點(diǎn)N1的電壓。
表IV
在步1-5中，MSB’S是由維持在結(jié)點(diǎn)N2電壓恒定和改變在結(jié)點(diǎn)N1的電壓決定的。通過保持結(jié)合電阻陣列18的所有開關(guān)晶體管除了一個保持在開狀態(tài)而其它處于關(guān)狀態(tài)而使在結(jié)點(diǎn)N2的電壓，和由此電容C1低端元件的電壓被保持恒定。在該例子中，開關(guān)晶體管M00保持在開狀態(tài)而連接結(jié)點(diǎn)到已知的地電位，雖然本發(fā)明并不局限于此。通過選擇性地開關(guān)晶體管M000至M111的一些，典型地系統(tǒng)地使結(jié)點(diǎn)N1的電壓變化，以減小結(jié)點(diǎn)N1和N3之間的電壓差。
在結(jié)點(diǎn)N1和N3之間的電壓差在第4次重復(fù)時最小和在第5次重復(fù)時增加，造成比較器28的輸出34改變狀態(tài)。該最小指示MSB位已經(jīng)被確定。結(jié)合MSB陣列的開關(guān)晶體管被返回到在結(jié)點(diǎn)N1和N3之間提供最小電位差的狀態(tài)。在結(jié)點(diǎn)N1的電壓保持恒定和在結(jié)點(diǎn)N2的電壓通過開關(guān)晶體管M00切換關(guān)狀態(tài)和其它晶體管中的一個，例如晶體管M01在第6次重復(fù)切換開狀態(tài)而變化或受到擾動。打到開狀態(tài)的晶體管M01增加了在結(jié)點(diǎn)N2的電壓到1伏，它減少了結(jié)點(diǎn)N1和N3之間的電位差。在第7次重復(fù)時晶體管M01被切換到關(guān)狀態(tài)且晶體管M10被切換到開狀態(tài)，這增加了在結(jié)點(diǎn)N2的電壓，由此增加電容C1的低端元件上的電壓到2伏。在結(jié)點(diǎn)N1和N3之間的電位差進(jìn)一步被減小，但是在結(jié)點(diǎn)N3的電壓大于在結(jié)點(diǎn)N1的電壓，這使比較器28的輸出34改變狀態(tài)。在第8次重復(fù)時，在結(jié)點(diǎn)N2的電壓被增加到3伏，這使得在結(jié)點(diǎn)N1和N3之間的電位差增加。當(dāng)由ADC26決定時，對應(yīng)輸入17.4伏的數(shù)字編碼輸出19是二進(jìn)制編碼10001。在表IV中重復(fù)的次數(shù)僅僅是圖示起見，在實(shí)際情況中，將利用產(chǎn)生較少重復(fù)次數(shù)的檢索。
以這樣的方式，在轉(zhuǎn)換具有未知幅度的模擬信號為對應(yīng)的數(shù)字編碼輸出的過程中，在最初存儲要被轉(zhuǎn)換的模擬信號到電容C1上以后，在ADC26內(nèi)的電容C1的兩元件上的電壓被改變。
5位全差分型替換實(shí)施例ADC26a’和26b’結(jié)合5位全差分型DAC10a’和10b’的示意圖在圖3和4中示出。圖3示出了電流驅(qū)動全差分型轉(zhuǎn)換器，而圖4示出了全差分型電壓驅(qū)動轉(zhuǎn)換器。提供類似圖1和2中元件功能的元件具有相同的參考標(biāo)號并補(bǔ)充有字母，撇號或字母和撇號表示。電阻串14’示意性地具有4個電阻陣列16a，16b，18a和18b。中間的中間抽頭(在示出的實(shí)施例中為T11’)被連到參考電位，例如是地并不局限于連到地。沒有噪音和分別用電源20a’或20c’提供恒定電流或電壓，中間抽頭T1’至T10’在正電壓下工作，中間抽頭T11’維持在參考電位，且中間抽頭T10”至T1”工作在負(fù)電壓。為了在輸出50和52提供全差分模擬電壓，由開關(guān)晶體管選擇和驅(qū)動電路24’打開開關(guān)晶體管，并且相對于連到參考電位的中間抽頭，在示出的實(shí)施例中的抽頭T11’對稱。在DAC10的示出的實(shí)施例中，結(jié)合第一和第二電阻陣列的每一個的單個開關(guān)晶體管被切換到開狀態(tài)以在結(jié)點(diǎn)N1和N2之間提供差分模擬電壓，而在DAC10a’當(dāng)中，晶體管被切換到開狀態(tài)并且以對的形式對稱于連接到參考電位的中間抽頭。例如，如果晶體管M001’和M10’被切換到開狀態(tài)，晶體管M001”和M10”也切換到開狀態(tài)。如果晶體管M001’和M11’是切換到開狀態(tài)以在輸出50和52提供全差分模擬輸出電壓，晶體管M001”和M11’也被切換到開狀態(tài)。應(yīng)當(dāng)注意，這里并不需要使用開關(guān)對，這里是晶體管，被同時切換到開狀態(tài)。這里僅需要的是，開關(guān)對是同時在開狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)晶體管選擇和驅(qū)動電路被示出時，可以使用多于一個這樣的電路。
根據(jù)美國專利申請?zhí)枮橄?8/327174，標(biāo)題為“帶有減少電阻數(shù)的數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器”的所述，差分模式DAC10a’或DAC10b’的電阻串14’的正和負(fù)電壓兩側(cè)的多個晶體管可以同時處在開狀態(tài)，該申請公開的內(nèi)容在此作為參考。
晶體管M30和M36是互補(bǔ)的，晶體管M32和M34，M35和M33，以及M37和M31也同樣如此。晶體管M30和M36傳導(dǎo)電阻陣列16a的輸出到電容CA或CB。類似地，晶體管M32和M34傳導(dǎo)電阻陣列18a的輸出到電容CA的第二極板或電容CB的第二極板。晶體管M33和M35傳導(dǎo)電阻陣列18b的輸出到電容CA的第一極板或電容CB的第一極板。晶體管M31和M37傳導(dǎo)電阻陣列16b的輸出到電容CA的第二極板或電容CB的第二極板。對MSB位和LSB位的開關(guān)選擇過程和圖1和2中所描述的過程是相同的，不同點(diǎn)是在圖3和4中示出的全差分實(shí)施例中，在陣列16a和16b的互補(bǔ)開關(guān)被閉合以確定MSB位和在陣列18a和18b中的互補(bǔ)開關(guān)被閉合以確定LSB位?；パa(bǔ)開關(guān)并不需要被同時閉合，在互補(bǔ)開關(guān)閉合之后，對輸出進(jìn)行計(jì)算。
打開操作于電阻串14’的正電壓側(cè)的與電阻陣列16a和18a相結(jié)合的開關(guān)晶體管，對電容CA充電。使開關(guān)晶體管M30和M32切換到開狀態(tài)和使開關(guān)晶體管M34和M36切換到關(guān)狀態(tài)，被切換到開狀態(tài)的在電阻陣列16a的開關(guān)為向電容CA的一個極板充電提供連接和提供通路，同時被切換到開狀態(tài)的結(jié)合電阻陣列18a的開關(guān)連到和提供為電容CA的另一個極板充電的通路。類似地，使開關(guān)M31和M33切換到開狀態(tài)，和使開關(guān)晶體管M35和M37切換到關(guān)狀態(tài)，打開操作于電阻串14’的負(fù)電壓側(cè)的與電阻陣列16b和18b相結(jié)合的開關(guān)晶體管，對電容CB進(jìn)行充電。結(jié)合電阻陣列16b的開關(guān)晶體管對電容CB的一個板極充電，結(jié)合電阻陣列18b的開關(guān)晶體管連到并且為電容CB的另一板極的充電提供通路。當(dāng)電容的充電結(jié)束時，通過開關(guān)的電流減小到0。相伴隨地，只要開關(guān)維持閉合直到電流減小為0，跨接每一個開關(guān)的電壓降也降為0，其結(jié)果是轉(zhuǎn)換器的操作不受開關(guān)電阻和開關(guān)非線性的影響。該技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員也可以使用連到開關(guān)晶體管對的跨接以反轉(zhuǎn)從電阻陣列16a，16b，18a和18b來的施加到電容CA和CB的電荷。
在ADC26a’操作以確定表示采樣模擬信號的數(shù)字編碼表示期間，耦連電容C1’的晶體管M5’形成采樣和保持電路以維持在電容C1’上的采樣的模擬信號。使用充電的電容CA和CB，使用該技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員熟知的開關(guān)電容技術(shù)，去提供全差分模擬輸出50和52。從開關(guān)電容電路58的輸出50和52提供4個輸入的兩個到差分比較器28’。其它兩個輸入，60和62，跨接電容C1’，該電容在ADC26a’用于比較的操作期間被用來維持采樣的模擬信號。
圖4所示的轉(zhuǎn)換器類似于在圖3示出的轉(zhuǎn)換器，但是由電壓源驅(qū)動。在電壓模式中，參考電壓被加到跨電阻串14’。為實(shí)現(xiàn)一致增益，參考電壓等于最大的期望的輸出信號電平(DAC操作)或最大期望的輸入信號電壓電平(ADC操作)?？紤]到在電流模式中上述的DAC10a’和ADC26a’操作的解釋，在電壓模式中DAC10b’和ADC26b’的操作應(yīng)很容易為在該領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。在電壓模式中，在圖3所示的開關(guān)晶體管M1’至M4’是不需要的。在其它方面，在圖3和4示出的轉(zhuǎn)換器可以是相同的，即，26a’和26b’可以是相同的，10a’和10b’可以是相同的。
電阻串14和14’的諸電阻最好是由金屬制造的，發(fā)明并不局限于此。諸電阻可按集成電路制造的預(yù)定水平加以制造。電阻串可由以下的電阻材料制造例如摻雜或沒摻雜的多晶硅，由金屬材料制造的，例如鋁或鎢，或由分層的組合材料制成的，例如由金屬材料例如鋁或鎢覆蓋的多晶硅或由氮化物覆蓋的多晶硅。表面層可以被沉積和然后順序制成所需要的形狀。
本發(fā)明在通訊系統(tǒng)和考慮芯片面積和功率耗散的數(shù)-模和模-數(shù)轉(zhuǎn)換器應(yīng)用的使用集成電路的設(shè)備中特別有用。
當(dāng)考慮已經(jīng)被描述的本發(fā)明的示出的實(shí)施例時，LSB電阻陣列是在電阻串的低電壓參考側(cè)，但本發(fā)明并不局限于此。例如，LSB電阻陣列可以在圖1和2的電阻串的高電壓參考側(cè)。在圖3和4示出的全差分實(shí)施例的LSB電阻陣列能夠也被放置在電阻串的外端。同樣，當(dāng)已經(jīng)示出的電阻陣列具有特定的電阻數(shù)目，但本發(fā)明并不局限于此。同樣，當(dāng)本發(fā)明示出的實(shí)施例描述了電阻陣列或諸電阻陣列作為電壓梯度的源，電壓梯度能被在該技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員使用其它公知的方法所產(chǎn)生，包括但并不局限于，加權(quán)電容陣列和開關(guān)電流源。近而，當(dāng)本發(fā)明的有用之處最被看中的是下屬部分應(yīng)用，但本發(fā)明并不局限于下屬部分應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.轉(zhuǎn)換采樣的模擬信號為具有預(yù)定位數(shù)的數(shù)字編碼信號的模-數(shù)轉(zhuǎn)換器操作的方法，預(yù)定的位數(shù)包括諸最高有效位的第一預(yù)定的位數(shù)和諸最低有效位的第二預(yù)定位數(shù)，該模-數(shù)轉(zhuǎn)換器包括在其上存儲采樣的模擬信號的電容器，該電容器包括第一元件和第二元件，第二元件能對多于一個電位被參考，一個電壓梯度和比較器，該比較器用于比較采樣模擬信號和電壓梯度的選取電壓以指示哪一個更大，由電壓梯度形成的每一個電壓對應(yīng)表示電壓的數(shù)字編碼，其特征在于，該方法包括以下步驟存儲采樣模擬信號到電容器上(例如C1)，對第一電位參考該電容器的第二元件，比較采樣模擬信號和至少一個選擇的由電壓梯度形成的電壓以便形成指示采樣模擬信號的相對幅度和選擇電壓的比較信號，以及根據(jù)比較信號對第二電位參考該電容的第二元件。
2.權(quán)利要求1的操作數(shù)-模轉(zhuǎn)換器的方法，其中根據(jù)比較信號參考該電容器的第二元件對第二電位的步驟，其特征還在于包括以下各步從電壓梯度展開第二電位；以及連接第二電位到該電容器的第二元件(例如C1)。
3.權(quán)利要求1的操作數(shù)-模轉(zhuǎn)換器的方法，其特征還在于包括以下步驟比較采樣模擬信號和沿電壓梯度形成的另一個電壓以形成第二比較信號；和根據(jù)第二比較信號，對第三電位參考電容器的第二元件。
4.權(quán)利要求1的操作數(shù)-模轉(zhuǎn)換器的方法，其特征在于，包括以下步驟a)比較采樣模擬信號和另一個由電壓梯度形成的電壓以形成第二比較信號；b)根據(jù)第二比較信號，對第三電位參考電容器(例C1)的第二元件；和c)按需要重復(fù)步a)和b)以產(chǎn)生第二預(yù)定數(shù)目的最低有效位。
5.轉(zhuǎn)換采樣模擬信號為具有預(yù)定位數(shù)的數(shù)字編碼信號的操作模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的方法，預(yù)定的位數(shù)包括諸最高有效位的第一預(yù)定位數(shù)和諸最低有效位的第二預(yù)定位數(shù)，模-數(shù)轉(zhuǎn)換器包括在其上存儲采樣模擬信號的電容器，該電容器具有第一元件和第二元件，第二元件能對多于一個電位被參考，電阻串，其上形成電壓梯度，一比較器，用于比較采樣的模擬信號和電壓梯度的選取電壓以指示那一個比較大，由電壓梯度形成的每一個電壓對應(yīng)著表示電壓的數(shù)字編碼，其特征是，該方法包括以下步驟在電容器(例如C1)上存儲采樣模擬信號，對第一電位參考電容的第二元件，比較采樣模擬信號和至少一個選取的由電壓梯度形成的電壓以形成指示采樣模擬信號的相對幅度和選擇電壓的比較信號，對第二電位參考電容(例如C1)的第二元件。
6.權(quán)利要求5的操作數(shù)-模轉(zhuǎn)換器的方法，其中包括根據(jù)比較信號對第二電位參考電容的第二元件的步驟，其特征是，包括下列步驟從電壓梯度形成第二電位；和連接第二電位到電容器的第二元件(例如C1)。
7.權(quán)利要求5的操作數(shù)-模轉(zhuǎn)換器的方法，其特征是，還包括以下步驟比較采樣的模擬信號和沿電壓梯度形成的另一電壓以形成第二比較信號；和根據(jù)第二比較信號對第三電位參考電容的第二元件。
8.權(quán)利要求5的操作數(shù)-模轉(zhuǎn)換器的方法，其特征是，還包括以下步驟a)比較采樣的模擬信號和由電壓梯度形成的另一電壓以形成第二比較信號；b)根據(jù)第二比較信號，對第三電位參考電容的第二元件；和c)按需要重復(fù)步a)和b)以產(chǎn)生第二預(yù)定位數(shù)的諸最低有效位。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種集成電路，操作數(shù)字轉(zhuǎn)換器的方法包括了在其上存儲采樣的模擬信號的電容。該電容包括第一元件和第二元件，第二元件能對多于一個電位被參考。模-數(shù)轉(zhuǎn)換器包括電壓梯度和比較器，用于比較采樣的模擬信號和電壓梯度選取的電壓以指示那一個較大，每一個沿電壓梯度形成的電壓對應(yīng)著表示電壓的數(shù)字編碼。
文檔編號H03M1/00GK1149790SQ9611105
公開日1997年5月14日 申請日期1996年6月19日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月21日
發(fā)明者小喬治·佛朗西斯·格羅斯, 泰雅姆庫蘭伽拉·拉瑪斯瓦米·維斯瓦那塞 申請人:朗迅科技公司