[发明专利]一种应用于两步式积分型模数转换器的斜坡转换电路

权利要求书

1. 一种应用于两步式积分型模数转换器的斜坡转换电路，其特征在于包括：一个运算放大器（A1）、一对采样电容（C_H1和C_H2）、一对寄生平衡电容（C_M1和C_M2）和六个开关（S₁、S₂、S₃、S₄、S₅、S₆）；输入斜坡信号一方面依次经过第一开关（S₁）和第六开关（S₆）连接到斜坡转换电路的输出端，另一方面通过第二开关（S₂）连接到运算放大器的正输入端；运算放大器的正输入端通过第三开关（S₃）与参考电平相连；运算放大器的负输入端，一方面通过第四开关（S₄）连接到运算放大器的输出端，另一方面依次经过第一采样电容（C_H1）和第五开关（S₅），连接到运算放大器的输出端；运算放大器的输出端依次经过第五开关（S₅）和第二采样电容（C_H2），连接到斜坡转换电路的输出端；第二采样电容（C_H2）的两个极板通过第六开关（S₆）相连；第一寄生平衡电容（C_M1）的一个极板接地，另一个极板与运算放大器的负输入端相连；第二寄生平衡电容（C_M2）的一个极板接地，另一个极板与斜坡转换电路的输出端相连。

2. 根据权利要求1所述的应用于两步式积分型模数转换器的斜坡转换电路，其特征在于：

两个采样电容匹配相等；两个寄生平衡电容用于调节运算放大器负输入端的等效对地寄生电容和斜坡转换电路输出端的等效对地寄生电容，使所述输入端和所述输出端具有相等的对地电容；采样电容与对地电容之和称为总电容，上述输入端和输出端的总电容分别称为第一总电容和第二总电容；所以第一总电容和第二总电容相等。

3. 根据权利要求1所述的应用于两步式积分型模数转换器的斜坡转换电路，其特征在于：第一步高位模数转换开始时，输入斜坡信号通过开关直接连到斜坡转换电路的输出，同时输入斜坡信号被第一采样电容采样，第二采样电容的两个极板被开关短路到斜坡转换电路的输出。

4. 根据权利要求3所述的应用于两步式积分型模数转换器的斜坡转换电路，其特征在于：输入斜坡信号在斜坡转换电路中的输入方式由第一、第二和第六（S₁、S₂和S₆）三个开关进行控制：

（1）第一步高位模数转换开始时，第一开关（S₁）和第六开关（S₆）导通，第二开关（S₂）关断，输入斜坡信号连接到斜坡转换电路的输出，直接作为斜坡转换电路的输出信号；输入斜坡信号同时被第一采样电容（C_H1）采样；第二采样电容（C_H2）的两个极板被第六开关（S₆）短路到斜坡转换电路的输出；

（2）第一步高位模数转换的采样过程一直持续到输入斜坡信号恰好大于模数转换器的输入信号时结束，第一开关（S₁）和第二开关（S₂）均关断，输入斜坡信号不再输入到斜坡转换电路中；此时运算放大器进入保持模式，其输出保持电压为最后采样到的输入斜坡信号的电压值；第二采样电容（C_H2）在运算放大器输出建立稳定之后，两个极板间的第六开关（S₆）关断，其中一个极板与运算放大器输出端相连，另一个极板浮空并作斜坡转换电路的输出；此时第二采样电容（C_H2）两个极板的电压均为保持电压；

（3）第二步低位模数转换时，第一开关（S₁）关断，第二开关（S₂）导通，输入斜坡信号输入到运算放大器的正输入端，此时运算放大器处于跟随模式，运算放大器将运算放大器正输入端的电压变化传递到运算放大器的输出端；根据电荷守恒原理，再进一步传递到第二采样电容（C_H2）的浮空极板上，并在此叠加到第一步保持电压上，作为斜坡转换电路的输出信号。

5. 根据权利要求2或4所述的应用于两步式积分型模数转换器的斜坡转换电路，其特征在于：运算放大器正输入端的电压变化通过两个级联的传递函数传递到斜坡转换电路的输出端：

（1）第一级是处于跟随模式的运算放大器将运算放大器正输入端的电压变化传递到运算放大器的输出端，第一级传递函数的增益等于第一总电容与第一采样电容之比；

（2）第二级是运算放大器输出端的电压变化传递斜坡转换电路的输出端，第二级传递函数的增益等于第二采样电容与第二总电容之比；

由于上述两个采样电容和两个总电容分别相等，上述两级增益互为倒数；而两级增益相乘为总增益，所以上述斜坡转换电路的电压变化传递函数的总增益等于一。