[发明专利]模数转换器输入级

说明书

一种用于模数转换器的输入级，包括(a)跨导元件，适于在跨导元件的第一输入接收将被模数转换器转换为数字信号的模拟输入信号，(b)反馈路径，用于提供模拟反馈信号到跨导元件的第二输入，模拟反馈信号及与模数转换器的数字输出信号，和(c)积分器，用于对跨导元件的输出电流积分，其中积分元件适于产生表示经积分的输出电流的积分器输出信号。还记载了包括这种输入级的模数转换器和包括多个这种模数转换器的系统。

技术领域

本申请涉及模数转换器领域，特别是用于这种转换器的输入级。

背景技术

A/D转换器(模数转换器)中，输入级通常是转换器中与噪声和线性相关的最关键的部分。为了提高线性度，通常使用输入晶体管对的退化，但这同时增加了噪声。另一种解决方案是使用输入级，该输入级具有到放大器的输入的反馈(如反相放大器)，但需要输入电阻，因此A/D转换器的输入阻抗将是限定的，但这是不希望出现的，特别是当A/D转换器需要与传感器接口时是不希望出现的。而且，这种反馈增加了功率消耗。

另外，在传感器应用中，通常需要信号处理路径在不同的通道之间提供足够的增益匹配。例如，磁敏角度传感器的输出信号分别与待测角度的正弦和余弦成比例，可以通过应用反正切函数以给角度一个磁场来处理这个比率。独立的信号处理路径中的失配引起的正弦和余弦信号的振幅差异将引起角误差。因此，信号处理路径之间的增益匹配对于实现良好性能是必要的。

图1示出了ΣΔ模数转换器100的原理图，他通过过采样噪声整形实现高分辨率。更具体地，转换器100包括加法器104，滤波器106，数字转换器108和反馈数模转换器(DAC)114。在操作中，模拟输入信号102被作为一个输入提供給加法器104。加法器104的输出被提供给滤波器106，滤波器106调整由其后的高速运转的数字转换器108引入的量化噪声，数字转换器108提供数字输出信号110。数字输出信号110也被作为数字反馈信号112提供到反馈D/A转换器114，反馈D/A转换器114发送产生的模拟反馈信号116作为加法器104的第二输入，从而使滤波器106将任何误差(即模拟输入信号102与模拟反馈信号116之间的差异)考虑在内。滤波器106可能是积分器级。转换器110的输出通过DA转换器114转换成到模拟域。DA转换器114的输出与输入信号102比较并且将误差反馈到环中。转换器100的关键部分是输入级，它决定了模拟输入信号的数字表示的误差。由输入级造成的误差本身因此直接转化为输入信号的数字表示中的误差，这是不希望的。注意的是SAR(逐渐近似)AD转换器具有类似的问题。已知技术的实施例使用独立转换输入信号和DA转换器信号的跨导(gm)级。

图2示出了已知的用于差分A/D转换器的输入级200。输入级200包括第一跨导元件206，第二跨导元件210，积分电容器208和能提供+Vref与–Vref之间的输出信号值的梯形电阻216(形成反馈D/A转换器)。差分模拟输入信号被提供给第一跨导元件206的输入202和204，第一跨导元件206产生第一电流，第一电流与两个输入信号之间的差异相应。类似地，第二跨导元件210在它的输入212和214处接收来自D/A转换器216的模拟反馈信号并且产生第二电流(与第一电流相反)，第二电流与两个模拟反馈信号之间的差异相应。所产生的电流，即，第一电流和第二电流，被在电容器208上积分求和并且提供所产生的电容器208两端的电压Vout用于另外的滤波(例如更高阶的环路滤波器)或者在转换器，例如图1所示的数字转换器108的量化级中进一步处理。换句话说，第一和第二跨导元件206和210的输出电流在电流域中被减少，并且在电容器208上积分。再一次参考图1，电容器208可能形成整个滤波器108或滤波器108的第一部分。这种实施的缺点是两个跨导元件都必须转换全摆幅信号(输入信号或DA转换器输出信号)，这需要更高的线性级以避免失真。通常由跨导级的退化获得线性度，但很明显这会增加噪声(由于添加的电阻)，因此，需要增加功率已达到所需的噪声水平。

因此可能需要一种用于A/D转换器的输入级，能够在较低的功率消耗水平提供高线性度和低噪声，并且能够以简单和可靠的方法提供多个通道之间的增益匹配。

发明内容