[发明专利]电压时间转换器、模数转换器和用于转换模拟电压的方法

说明书

一种电压时间转换器包括具有第一节点(301)和第二节点(302)的差分输入端(201)，用于接收所述第一节点(301)和第二节点(302)之间的电位差形式的输入电压。时钟输入端(202)用于接收时钟信号(CK)，采样保持电路(203)耦合到所述差分输入端(201)，用于根据由所述时钟信号(CK)定义的采样时间表临时存储所述输入电压的样本。电平转换器(204)耦合到所述采样保持电路(203)，用于可控地转换所述存储样本的电平以产生电平转换后的样本。斜坡发生器(205)根据由所述时钟信号(CK)定义的转换时间表生成斜坡电压。比较器(206)用于将所述生成的斜坡电压与阈值进行比较，并在所述斜坡电压达到所述阈值之后输出停止信号(STOP)。所述斜坡发生器(205)用于使用所述电平转换后的样本作为生成所述斜坡电压时的偏移。

技术领域

本发明涉及模数转换技术领域。本发明尤其涉及作为时域/基于时间的ADC的一部分的模拟电压到时域的转换。

发明背景

在微电子的各种应用中，包括但不限于无线通信，都需要高性能模数转换器(analog to digital converter，ADC)。时域/基于时间的ADC，也称为缩写TBADC，是一种特殊的模数转换，其中输入模拟电压信号的每个样本首先转换到时域，然后进一步转换为数字值。

设计高性能ADC电路时要考虑的因素包括分辨率、吞吐量、动态范围、线性度、功耗和芯片面积。这些因素可能会提出相互矛盾的要求：例如，通常可以通过使用更多的功率和/或芯片面积来提高分辨率或吞吐量，但另一方面，这可能是不可取的，甚至是不可能的。

需要ADC技术方案，这些技术方案能够有效地结合简单结构、合理的动态范围、高采样率、良好的线性度、低功耗和小的芯片面积。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种电压时间转换器、一种模数转换器和一种用于模数转换的方法，结构简单、动态范围合理、采样率高、线性度佳、低功耗和芯片面积小。

上述和其它目的通过独立权利要求的特征实现。进一步的实现方式在从属权利要求、说明书和附图中显而易见。

根据第一方面，提供了一种电压时间转换器(voltage to time converter，以下简称VTC)。所述VTC包括具有第一节点和第二节点的差分输入端，用于接收所述第一节点和所述第二节点之间的电位差形式的输入电压。所述VTC包括：用于接收时钟信号的时钟输入端；耦合到所述差分输入端的采样保持电路，用于根据由所述时钟信号定义的采样时间表临时存储所述输入电压的样本。所述VTC包括：耦合到所述采样保持电路的电平转换器，用于可控地转换所述存储样本的电平以产生电平转换后的样本；斜坡发生器，用于根据由所述时钟信号定义的转换时间表生成斜坡电压；比较器，用于将所述生成的斜坡电压与阈值进行比较，并在所述斜坡电压达到所述阈值之后输出停止信号。所述斜坡发生器用于使用所述电平转换后的样本作为生成所述斜坡电压时的偏移。

根据一个实施例，所述VTC用于根据所述电平转换后的样本的值确定所述停止信号相对于所述时钟信号的定时。这样的优点是，一组简洁的开始信号和停止信号可以传导到随后的时间数字转换器，以产生数字输出值。

根据一个实施例，所述电平转换器是无参考电平转换器，包括多个电容器和对应的多个开关，所述多个开关用于根据由所述时钟信号定义的电平转换时间表，可控地将所述多个电容器连接到所述VTC的相应恒定电位轨。这样的优点是，可以进行所需幅度的电平转换，而不产生使用专用参考源带来的功耗、硅面积和/或外部连接的成本。

根据一个实施例，所述电平转换时间表与所述采样时间表一致，使得所述多个开关用于与将输入电压的样本临时存储在所述采样保持电路中同步，可控地将所述多个电容器连接到所述恒定电位轨。这样的优点是，所述VTC的操作可以适当定时，并且只需要非常少的同步信号。