申请/专利权人：高通股份有限公司

申请日：2015-08-20

公开（公告）日：2017-04-19

公开（公告）号：CN106575967A

主分类号：H03M1/06(2006.01)I

分类号：H03M1/06(2006.01)I;H03M1/80(2006.01)I

优先权：["2014.08.21 US 14/465,650"]

专利状态码：失效-发明专利申请公布后的视为撤回

法律状态：2020.01.17#发明专利申请公布后的视为撤回;2017.05.17#实质审查的生效;2017.04.19#公开

摘要：用于减小对于CDAC的参考电压的信号相关性包括：将去耦电容器划分为尺寸小于去耦电容器尺寸的多个电容器；在转换阶段期间从耦合至参考电压的采样缓冲器隔离多个电容器的至少一个；以及使用用于将虚设电荷泵入CDAC中的电荷泵来在每个转换步骤处提供补充由CDAC中电容器所汲取电荷所需的合适量电荷，从而CDAC针对每个转换步骤的每次代码改变汲取基本上相似量的电荷。

主权项：一种用于减小针对CDAC的参考电压的信号相关性的方法，所述方法包括：将去耦电容器划分为尺寸小于所述去耦电容器的尺寸的多个电容器；在转换阶段期间将所述多个电容器中的至少一个电容器与耦合至所述参考电压的采样缓冲器隔离；以及使用用于向所述CDAC泵入虚设电荷的电荷泵来提供在每个转换步骤处补充由所述CDAC中的电容器所汲取的电荷所需的合适量的电荷，从而使所述CDAC的所得配置针对每个转换步骤的每次代码改变汲取基本上相似量的电荷。

全文数据：降低针对CDAC参考电压的信号相关性技术领域[0001] 本发明涉及一种参考电压，并且更具体地涉及减小针对参考电压的信号相关性。背景技术[0002] 在逐次逼近寄存器模数转换器SAR-ADC中，参考电压在转换周期期间应该是稳定的。此外，如果ADC内的数模转换器DAC是电容性的也即CDAC，则需要在ADC的转换周期期间在每个电压改变处从参考电压汲取一些电荷至CDAC。在一个常规的方案中，增大去耦电容器的尺寸，从而参考电压源的输出阻抗保持足够低以甚至在短时间段内具有DAC所需的大量电荷也保持参考电压恒定。然而，这导致非常大的面积开支。[0003] 图1是示出了常规CDAC的参考电压对比转换步骤的图。在该图中，对于10位ADC而言，在步骤1110处对输入采样，在步骤2112处做出最高有效位MSB确定，在步骤3114处做出MSB-1确定，在步骤4至11120处做出其他后续确定，而在步骤11处做出最低有效位LSB确定。如图1中所示，由于有限电容器的放电，针对MSB转换步骤的参考电压下降而不是保持恒定。在MSB步骤处，CDAC上所需的电压改变最大，并且CDAC正被切换中的总电容也是最大。因此，从去耦电容器汲取的电荷太高，从而跨电容器的电压下降参见图1中步骤2-5。尽管缓冲器尝试向去耦电容器提供一些电荷，但是由缓冲器所提供的总电荷无法补偿由CDAC所汲取的电荷，因为其带宽受限，并且转换步骤在时间上是非常短的。如果参考电压的下降是与确定无关的例如在第一MSB转换处，其转化为ADC特性曲线中的微分非线性DNL。[0004] 在大约步骤5-6之后，可以看到，由于切换⑶AC所致的压降远远更小，并且缓冲器向去耦电容器提供一些过量电荷，这导致参考电压的爬升或缓慢增大。该爬升转化为LSB转换中的非线性。LSB中非线性的尺寸取决于爬升的斜率，并且特性上出现的数目取决于使得斜率最陡峭的LSB。[0005] 在第二MSB确定也即图1中步骤3之后，压降针对不同情形并非等同。例如，如果直到步骤3的比较器确定结果是00,则针对步骤3的参考电压下降小于针对01的情形。参考电压中的这些代码code输入相关压降可以导致ADC特性的积分非线性INL。发明内容[0006] 本发明提供减小针对CDAC参考电压的信号相关性，其减小了电压参考去耦电容器的尺寸。[0007] 在一个实施例中，公开了一种用于减小针对CDAC参考电压的信号相关性的方法。该方法包括:将去親电容器划分为其尺寸小于去親电容器尺寸的多个电容器;在转换阶段期间将多个电容器中的至少一个与耦合至参考电压的采样缓冲器隔离；以及使用用于将虚设电荷栗入至CDAC的电荷栗，在每个转换步骤处提供补充由CDAC中的电容器所汲取的电荷所需的合适量的电荷以，从而CDAC的所得配置针对每个转换步骤的每次代码改变汲取基本上相似量的电荷。[0008] 在另一实施例中，公开了一种用于减小针对CDAC的参考电压的信号相关性的设备。设备包括:用于采用多个电容器提供去耦电容器功能的装置;用于在转换阶段期间将多个电容器中的至少一个电容器与耦合至参考电压的采样缓冲器隔离的装置；以及用于通过将虚设电荷栗入CDAC中而在每个转换步骤处提供补充由CDAC中的电容器所汲取的电荷所需的合适电荷量以使得CDAC的所得配置针对每个转换步骤的每次代码改变汲取基本上相似电荷量的装置。[0009] 在又一实施例中，公开了一种用于减小针对CDAC的参考电压的信号相关性的电路。电路包括:被配置用于提供去耦电容器功能的多个电容器;被配置用于在转换阶段期间将多个电容器中的至少一个电容器与耦合至参考电压的采样缓冲器隔离的隔离开关；以及被配置用于通过将虚设电荷栗入CDAC中而在每个转换步骤处提供补充由CDAC中的电容器所汲取的电荷所需的合适量电荷以使得CDAC的所得配置针对每个转换步骤的每次代码改变汲取基本上相似电荷量的电荷栗。[0010] 本发明的其他特征和优点从借由示例的方式示出了本发明特征方面的本说明书将变得明显。附图说明[0011] 可以通过研习所附其他附图部分地收集本发明的关于其结构和操作的细节，其中相似的参考数字涉及相似的部件，并且其中:[0012] 图1是示出了常规CDAC的参考电压对比转换步骤的图表；[0013] 图2是根据本发明一个实施例的被配置用于解决参考电压朝向LSB转换步骤的稳定爬升的电路的不意图；[0014] 图3是示出了作为如上所述并且如图2中所示划分去耦电容器设计并且在转换周期期间从采样缓冲器断开连接隔离去耦电容器的结果的参考电压对比转换步骤的图表；[0015]图4示出了在步骤3结束处呈现CDAC电压在34处的CDAC电容器配置；[0016]图5示出了可以改变为第一配置和第二配置的CDAC配置；[0017] 图6示出了可以改变为第一配置和第二配置、但是已改变的配置包括虚设电荷以使得第一和第二配置针对代码改变汲取相等量电荷的CDAC配置；[0018]图7是包括多个补充电容器Cc_[0]…CCMP[n]以向⑶AC提供电荷的电荷栗的示意图；以及[0019] 图8是示出了补偿在代码改变之后的所汲取的电荷的差异的转换步骤对比参考电压的图表。具体实施方式[0〇2〇]如上所述，参考电压在电容性数模转换器CDAC的转换周期期间波动。例如，参考电压由于有限电容器的放电而针对MSB转换步骤下降。然而，朝向LSB转换步骤，参考电压缓慢地增大，这是因为缓冲器向去耦电容器提供过量电荷。[〇〇21]如在此所述的某些实施例提供用于减小针对CDAC参考电压的信号相关性，其减小了电压参考去耦电容器的尺寸。在阅读了本说明书之后，如何在各个实施方式和应用中实施本发明将变得明显。尽管将在此描述将描述本发明的各个实施方式，应该理解的是仅借由示例而非限制的方式展示这些实施方式。同样地，各个实施方式的该详细说明书不应构造为限制本发明的范围或宽度。[0022] 图2是根据本发明一个实施例的配置用于解决参考电压朝向LSB转换步骤爬升的电路200的示意图。在图2的所示实施例中，参考缓冲器与CDAC之间的去耦电容器被划分为两个更小的电容器。在一个实施例中，两个更小的电容器尺寸上近似相等也即比例上为50-50。在另一实施例中，去親电容器被划分为两个不同尺寸的电容器，例如在比例上为70-30。在另一实施例中，去親电容器被划分为更小的多个电容器也即多于两个。[0023] 在图2的所示实施例中，去耦电容器被划分为两个电容器210、212,并且使用开关230在转换周期期间从采样缓冲器220断开电容器，以基本上减小由于波动参考电压所致的积分非线性INL。术语INL涉及在DAC的理想和真实输出电平之间的最大偏离。第一去耦电容器210连接至参考缓冲器220。第二去耦电容器212连接至⑶AC侧。使用隔离开关230仅在ADC的采样阶段期间将两个去耦电容器210、212连接在一起以允许参考缓冲器220充电和复位去耦电容器210、212。在转换阶段期间，关断开关230也即开关断开，以防止参考缓冲器220将任何电荷栗入连接至CDAC的参考电压这引起在LSB确定期间参考电压的爬升。因此，通过使得至少一个去耦电容器210总是连接至参考缓冲器220,这使能收集在转换阶段期间来自参考缓冲器220的充电电流以及在采样阶段期间去耦电容器210、212的充电。电容器210也可以用作针对某些缓冲器架构用于缓冲器220的补偿电容器。在备选例中，可以由诸如场效应晶体管FET之类的其他装置提供隔离开关230的功能。[0024] 图3是示出了作为如上所述和如图2中所示划分去耦电容器设计并且在转换周期期间从采样缓冲器断开连接隔离去耦电容器的结果的转换步骤对比参考电压的图表300。图表300示出了在大约步骤5-6310之后参考电压没有爬升也即没有稳定的增大，与图1中所示的示出了稳定增大120的图表100相反。[〇〇25]关于在MSB转换步骤期间由于有限电容器的放电导致的参考电压下降，下降在第二MSB确定之后在节点320附近处发生。此外，如上所述，在大约节点320之后，参考电压的下降变得与代码相关，并且可以导致ADC特性中的INL。因此，参考电压中的这些代码相关下降可以使得错误从一个样本传播至下一个样本。[0026]作为关于图3的代码相关下降的示例，考虑10位的划分电容器CDAC参见图4。在步骤1例如在图3中节点330;也即采样阶段处，在CDAC的所有电容器上对输入采样。在步骤2例如图3中节点332处，电容器的一半连接至参考电压Vrrf+d而电容器的另一半连接接地，以产生12的电压。因此，此时，来自参考电压的电荷下降独立于输入。然而在步骤3例如图3中节点320处，取决于比较器的输出，CDAC的电压可以随着MSB电容器切换至接地而降低至14,或者可以随着MSB电容器切换至Vrrf+cdE而增大至34。在任一情形中，来自去耦电容器的所需电荷相同14*512CV=128CV。图4示出了在步骤3的结束处呈现CDAC电压在34处的CDAC电容器配置400。随后，在步骤4例如图3中节点334处，CDAC配置可以改变为两个配置之一。[〇〇27]图5示出了可以改变为第一配置510和第二配置520的CDAC配置400。在图5的所示实施例中，第一配置510需要来自去耦电容器的18*256=32CV个单位的电荷，其中CDAC电压增大至78。进一步，第二配置520需要来自去耦电容器的18*1280=160CV个单位的电荷，其中CDAC电压降低至58。因此，为了使得这两个配置从去耦电容器汲取相似量电荷，如图6中所示，通过切换与主CDAC配置分离的辅助电容器而针对第一配置510故意地从参考缓冲器汲取额外的电荷差160-32=128CV。[〇〇28] 图6示出了⑶AC配置400,其可以改变为第一配置610和第二配置620,但是已改变的配置包括虚设dummy电荷，从而第一配置610和第二配置620针对代码改变汲取等同量的电荷。因此，在图6的示例中，通过针对第一配置610增添128CV的虚设电荷，两个配置现在汲取在160CV的等量的电荷。针对代码改变汲取等量电荷的概念可以从图6扩展以用于接下来的步骤。[0029] 返回参照图2,在转换阶段期间，开关230断开。因此，取决于⑶AC中每个转换步骤处做出的确定，通过切换CDAC中电容器，待从参考电压汲取的电荷需要由第二去耦电容器212补充。然而，为了保持去耦电容器小，电荷可以由如图7中所示的包括多个补偿电容器C_P…C_P[n]的电荷栗提供。图7中点A与图2中点A共享。因此，电荷栗提供在每个转换步骤处补充由电容器所汲取电荷所需的合适量的电荷。在备选例中，除了电荷栗之外的其他电路可以用于将电荷栗入CDAC中。例如，由可编程脉冲宽度控制的电流源可以用于将预定的电荷注入去耦电容器中。参照图5至图7在说明书中如上描述了在每个转换步骤处补充由电容器汲取的电荷所需合适量的电荷。因此，去耦电容器可以配置为小的。[0030] 图8是示出了在代码改变之后补偿所汲取电荷的差异之后的转换步骤对比参考电压的图表800。尽管参考电压的下降下降低于0.775V图8中810大于图3中所示的情形其中大多数下降在0.780V和0.775V之间图3中340，这是因为它是与代码输入无关的，该下降并未引起非线性。如图8中可见，在使用如上所述两个技术之后，参考电压中的仅非理想状态non-1deality是第一MSB步骤中大的输入独立input-1ndependent的电压降。在此重申，如上所述的两个技术包括:1将去耦电容器划分为两个电容器并且在转换周期期间从采样缓冲器断开连接隔离去耦电容器；以及2使用电荷栗提供在每个转换步骤处补充由电容器所汲取电荷所需的合适量电荷，该电荷栗用于将在具有最高电压的所得配置与具有最低电压的所得配置之间的差异的虚设电荷栗入至具有最低电压的搜的配置的配置中。参照图5至图7以上在说明书中描述了在每个转换步骤处补充由电容器所汲取电荷所需的合适量电荷。进一步，使用两个技术，去耦电容器可以配置为小的。[〇〇31] 第一MSB步骤中大的电压降意味着其中已经完成了MSB比较的参考电压不同于在结束处LSB比较的参考电压。因为在转换结束处的参考电压是ADC的实际参考，因此针对MSB比较的该不同值被转换为在那些确定中的临时误差。例如，如果在第二MSB确定图8中步骤3处的参考电压大于在转换结束处的参考电压，则作为在该点处也即步骤3与参考电压的34比较的替代，与稍微高于34的电压进行比较。一个解决方案是在第一耦合步骤期间栗入一些电荷至去耦电容器使用如图7中所示的电荷栗。[〇〇32]尽管以上描述了本发明的数个实施例，本发明的许多变形是可能的。例如，尽管所示的实施例示出了在每个转换步骤处补充由电容器所汲取电荷所需的合适量电荷的电荷栗，可以使用具有尝试向开关装置提供电压以选择电容器的一堆电容器的任何电路。进一步，各个实施例的特征可以在不同于如上所述那些的组合中而组合。此外，为了清楚和简明说明，已经简化了系统和方法的许多说明。许多说明使用特定标准的术语和结构。然而，所公开的系统和方法是更广阔地可适用的。[〇〇33] 本领域技术人员应该知晓可以以各种形式实施结合在此所公开实施例所述的各个示意性方框和模块。以上已经通常根据它们的功能而描述了一些方框和模块。该功能如何实施取决于对整体系统提出的设计约束。本领域技术人员可以对于每个特定应用以改变的方式实施所述功能，但是该实施方式决定不应解释为使得脱离本发明的范围。此外，为了便于说明而对模块、方框或步骤内的功能分组。可以从一个模块或方框移除特定功能或步骤而并未脱离本发明。[0034]结合在此所公开实施例所述的各个示意性逻辑组块、单元、步骤、部件和模块可以采用处理器实施或执行，诸如设计用于执行在此所述功能的通用处理器、数字信号处理器DSP、专用集成电路ASIC、现场可编程门阵列FPGA、或其他可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立硬件部件、或其任意组合。通用处理器可以是微处理器，但是在备选例中，处理器可以是任何处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器也可以实施作为计算装置的组合，例如，DSP和微处理器的组合，多个微处理器，一个或多个微处理器结合DSP内核，或者任何其他这种配置。进一步，可以使用各种晶体管类型、逻辑系列、和设计方法学实现实施了实施例的电路以及在此所述功能组块和模块。[〇〇35]提供所公开实施例的以上说明以使得本领域任何技术人员能够制造或使用本发明。对于这些实施例的各种修改将对于本领域技术人员是易于明显的，并且在此所述的普遍原理可以适用于其他实施例而并未脱离本发明的精神或范围。因此，应该理解的是在此所展示的说明书和附图展示了本发明当前优选的实施例并且因此是由本发明广泛地所预期的主题的代表。应该进一步理解的是本发明的范围完全地包括可以对于本领域技术人员明显的其他实施例，并且本发明的范围因此仅由所附权利要求限定。

权利要求：1.一种用于减小针对CDAC的参考电压的信号相关性的方法，所述方法包括:将去親电容器划分为尺寸小于所述去親电容器的尺寸的多个电容器；在转换阶段期间将所述多个电容器中的至少一个电容器与耦合至所述参考电压的采样缓冲器隔离；以及使用用于向所述CDAC栗入虚设电荷的电荷栗来提供在每个转换步骤处补充由所述CDAC中的电容器所汲取的电荷所需的合适量的电荷，从而使所述CDAC的所得配置针对每个转换步骤的每次代码改变汲取基本上相似量的电荷。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个电容器中的每个电容器的尺寸是基本上相似的。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个电容器中的每个电容器的尺寸是基本上不同的。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个电容器是包括第一电容器和第二电容器的电容器的配对。5.根据权利要求4所述的方法，其中隔离所述多个电容器中的至少一个电容器包括:将所述第一电容器耦合至所述采样缓冲器；以及使用隔离开关从所述采样缓冲器隔离所述第二电容器。6.根据权利要求5所述的方法，其中在采样阶段期间闭合所述隔离开关以接触所述电容器的配对。7.根据权利要求5所述的方法，其中，在所述转换阶段期间打开所述隔离开关，以防止所述采样缓冲器将电荷栗入所述CDAC的所述参考电压中。8.根据权利要求1所述的方法，其中被栗入所述CDAC中的所述虚设电荷的大小等于在具有最高电压的所得配置与具有最低电压的所得配置之间的差异。9.一种用于减小针对CDAC的参考电压的信号相关性的设备，所述设备包括:用于使用多个电容器提供去耦电容器功能的装置；用于在转换阶段期间从耦合至所述参考电压的采样缓冲器隔离所述多个电容器中的至少一个电容器的装置；以及用于通过将虚设电荷栗入所述CDAC中以在每个转换步骤处提供补充由所述CDAC中的电容器所汲取的电荷所需的合适量的电荷的装置，从而使所述CDAC的所得配置针对每个转换步骤的每次代码改变汲取基本上相似量的电荷。10.根据权利要求9所述的设备，其中所述多个电容器中的每个电容器的尺寸基本上相似。11.根据权利要求9所述的设备，其中所述多个电容器是包括第一电容器和第二电容器的电容器的配对。12.根据权利要求11所述的设备，其中用于隔离所述多个电容器中的至少一个电容器的装置包括:用于从所述采样缓冲器隔离所述第二电容器的装置。13.根据权利要求12所述的设备，其中用于隔离所述第二电容器的装置在所述转换阶段期间被激活，以防止所述采样缓冲器将电荷栗入所述CDAC的参考电压中。14.根据权利要求12所述的设备，其中用于隔离所述第二电容器的装置在采样阶段期间被去激活，以连接所述电容器的配对。15.—种用于减小针对CDAC的参考电压的信号相关性的电路，所述电路包括:多个电容器，被配置用于提供去耦电容器功能；隔离开关，被配置用于在转换阶段期间从耦合至所述参考电压的采样缓冲器隔离所述多个电容器中的至少一个电容器;以及电荷栗，被配置用于通过将虚设电荷栗入所述CDAC中以在每个转换步骤处提供补充由所述CDAC中的电容器所汲取的电荷所需的合适量的电荷，从而使所述CDAC的所得配置针对每个转换步骤的每次代码改变汲取基本上相似量的电荷。16.根据权利要求15所述的电路，其中所述多个电容器中的每个电容器的尺寸基本上相似。17.根据权利要求15所述的电路，其中所述多个电容器是包括第一电容器和第二电容器的电容器的配对。18.根据权利要求17所述的电路，其中所述隔离开关从所述采样缓冲器隔离所述第二电容器。19.根据权利要求17所述的电路，其中所述隔离开关在所述转换阶段期间打开，以防止所述采样缓冲器将电荷栗入所述CDAC的参考电压中。20.根据权利要求15所述的电路，其中所述隔离开关在采样阶段期间闭合，以连接所述电容器的配对。

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