[发明专利]具有减小的平均输入电流和减小的平均基准电流的模数转换器

说明书

发明背景

本申请要求于2004年10月18日提交的名为“SAMPLINGCONFIGURATION WITH REDUCED AVERAGE INPUTCURRENT”的美国临时申请60/619,007号的优先权，在此通过引用并入该申请。

相关申请

____提交的名为“ANALOG SIGNAL SAMPLING SYSTEMAND METHOD HAVING REDUCED AVERAGE INPUTCURRENT”的美国专利申请____号，在此通过引用并入该申请。

____提交的名为“ANALOG SIGNAL SAMPLING SYSTEMAND METHOD HAVING REDUCED AVERAGE DIFFERENTIALINPUT CURRENT”的美国专利申请____号，在此通过引用并入该申请。

技术领域

本公开涉及模数转换器，尤其涉及一种在模数转换处理期间以减小的平均输入电流来采样模拟输入信号的电路和方法。此外，本公开还涉及一种在模数转换处理期间以减小的平均输入电流和基准电流来采样模拟输入信号的电路和方法。

背景技术

典型的模数转换器对模拟输入信号进行采样来将其转换成相应的数字信号。在该处理期间，转换器加载输入信号并且根据信号源阻抗来修改该信号。这种修改直接影响了转换处理以及最终结果的精度。对速度较慢和分辨率较低的转换器来说，输入信号修改所导致的误差并不明显，并且可以被安全地忽略。

另一方面，传感器技术的最近发展、转换器分辨率和转换器速度的提高，致使这种误差变成了限制转换器精度的进一步提高的重要因素。此外，降低功耗的趋势以及便携应用的扩张进一步扩展了各种源阻抗相对较高的传感器的使用。这种传感器的示例是用于监视重量和压力的高值电阻电桥。

同时，过采样转换器技术的发展将模数转换的分辨率推进到了24比特的等级以及更高。典型的过采样转换器使用开关电容器前端电路，该电路包含一个或多个采样电容器，以在每个转换周期中对模拟输入信号进行多次采样。在每一个采样处理期间，在信号源与转换器前端电容器之间传输一定量的电荷，由此产生等价的输入电流。在该输入电流经过信号源阻抗时，其引起电压变化，这会修改初始输入值并且产生采样误差。

输入电流的值与采样电容器的大小以及采样速度成正比。由于热噪声限制，转换分辨率的增大需要采样电容器大小的较大增大，这导致输入电流的相应增大。同时，总转换速率的任何变化都会引起输入信号采样速率的按比例增大，这会导致按比例增大的输入电流。

一般来说，有两种不同的策略用于处理这个问题。第一种方法是确保完整建立(在转换器的精度内)包含输入信号源阻抗的前端采样电路。这是非常难以实现的目标，随着预期转换精度和速度的增大，这种方法很快变得不切实际。传感器的源阻抗对转换速度和分辨率的可用范围施加了理论限制。而在实际配置中涉及的不可避免的寄生电容和必要的信号滤波器电容则进一步限制了该范围。这种方法的示例是由本主题受让人Linear Technology Corporation开发的2410模数转换器。

第二种方法使用在传感器与转换器之间插入的绝缘缓冲器和放大器。这种缓冲器既可以处于转换器的外部，也可以集成在转换器前端采样电路的内部。使用外部缓冲器的配置提供了很高的灵活性，但是对用户施加了无法接受的沉重负担来保持测量链的总精度。这些配置同样要求补充的电源轨，关键的电源顺序电路以及附加的物理空间。将缓冲器集成在转换器前端采样电路内部，那么可以部分解决这些问题。但是，集成的缓冲器限制模数转换器的总精度和动态范围。这种方法的一个示例是由本主题受让人Linear Technology Corporation开发的2442模数转换器。

此外，在很多实际应用中，模数转换器基准信号也由以比率计方式使用的源阻抗相对较高的传感器产生。在转换处理期间由模数转换器从基准源获得的电流经过这个源阻抗，这会产生转换误差。通常，这个问题是通过使用外部基准缓冲电路或通过限制基准信号源阻抗来解决的。但第一种方法严重限制了转换结果的精度和可重复性，而第二种方法则对应用的模数转换器范围提出了不合理的限制。