[发明专利]sigma-delta调制器中使用的多电平电容式数模转换器

说明书

一种多电平电容式数模转换器，其包括至少一个电容器开关电路(100)，所述电容器开关电路包括具有第一输入节点(E130a)和第二输入节点(E130b)的差分运算放大器(130)。第一电流路径(101)耦合至第一参考输入端(E100a)以施加第一参考电位(RefP)，且第二电流路径(102)耦合至第二参考输入端(E100b)以施加第二参考电位(RefN)。所述至少一个电容器开关电路(100)包括第一可控开关(111)，所述第一可控开关布置在差分运算放大器(130)的第二输入节点(E130a)与第一电流路径(101)之间。所述至少一个电容器开关电路(100)包括第二可控开关(112)，所述第二可控开关布置在差分运算放大器(130)的第一输入节点(E130a)与第二电流路径(102)之间。

技术领域

本公开涉及一种在sigma-delta调制器中使用的多电平电容式数模转换器。

背景技术

如今，sigma-delta调制器广泛应用于多种电子应用中。sigma-delta调制器(SDM)在输入端处接收模拟输入信号，并输出与所述模拟输入信号成比例的数字值。如果sigma-delta调制器使用开关电容电路(SC)的布置，则该调制器通常使用电容式数模转换器(DAC)来实现调制器的反馈路径。

多位sigma-delta调制器比单位sigma-delta调制器具有更高的分辨率和更好的稳定性条件。然而，多位sigma-delta调制器的一大挑战是实现线性多位数模转换器。如果调制器的反馈路径中的多位DAC存在非线性，则调制器输出处的输入信号将发生谐波失真，并且由于混叠将使高频量化噪声降至信号频带，从而导致本底噪声增大。

为了解决这一问题，可以使用动态元件匹配(DEM)来降低对DAC非线性的灵敏度。然而，由于DEM和其它解决方案会导致数字复杂性和电路面积的增加，因此具有DEM和其他解决方案的多位sigma-delta调制器不适用于面积受限的模数转换器(ADC)，如成像应用的模拟前端中的像素ADC。

需要提供一种动态范围大、面积消耗小的多电平电容式数模转换器。

发明内容

规定了一种多电平电容式数模转换器，其基于需要小面积的简单电路的使用且具有大动态范围。

所述多电平电容式数模转换器包括至少一个电容器开关电路，所述至少一个电容器开关电路器具有第一参考输入端以施加第一参考电位和第二参考输入端以施加第二参考电位。所述至少一个电容器开关电路包括具有第一输入节点和第二输入节点的差分运算放大器。所述至少一个电容器开关电路包括第一电流路径和第二电流路径。第一电流路径耦合至第一参考输入端，且第二电流路径耦合至第二参考输入端。差分运算放大器的第一输入节点连接到第一电流路径，且差分运算放大器的第二输入节点连接到第二电流路径。

所述至少一个电容器开关电路包括第一可控开关，所述第一可控开关布置在差分运算放大器的第二输入节点与第一电流路径之间。所述至少一个电容开关电路包括第二可控开关，所述第二可控开关布置在差分运算放大器的第一输入节点与第二电流路径之间。

附图说明

图1示出了具有一个电容器单元的电容式7电平数模转换器的实施例；

图2示出了具有用于控制7电平数模转换器的电容器单元的可控开关的开关信号的信号序列的表；

图3示出了开关信号的信号序列，以控制7电平数模转换器的电容器单元的可控开关；

图4示出了具有一个电容器单元的电容式5电平数模转换器的实施例；

图5示出了具有用于控制5电平数模转换器的电容器单元的可控开关的开关信号的信号序列的表；

图6示出了图示数模转换器的输出电平与数模转换器的电容器单元的比的图；

图7示出了多位sigma-delta调制器的实施例的框图；