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1、10申请公布号CN104205645A43申请公布日20141210CN104205645A21申请号201380015758622申请日2013031913/427,73020120322USH03M1/1220060171申请人美国亚德诺半导体公司地址美国马萨诸塞州72发明人CP赫里尔74专利代理机构中国国际贸易促进委员会专利商标事务所11038代理人欧阳帆54发明名称适用于模数转换器的参考电路与包括这样参考电路的模数转换器57摘要一种用于电荷再分配模数转换器的参考电路，具有电容器阵列，参考电路包括用于接收信号的输入端；用于提供参考电压到电荷再分配电容器阵列中至少一个电容器的输出端；用于存。
2、储参考电压的存储电容器；用于比较存储在存储电容器上的参考电压与参考信号的电压修正电路，并且根据这一比较提供校正以便减少参考电压与参考信号间的差，校正在校正阶段被应用；和在采集阶段用于选择性连接存储电容器到输入端的第一开关。30优先权数据85PCT国际申请进入国家阶段日2014092286PCT国际申请的申请数据PCT/US2013/0329052013031987PCT国际申请的公布数据WO2013/142463EN2013092651INTCL权利要求书3页说明书11页附图8页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书3页说明书11页附图8页10申请公布号CN10420564。
3、5ACN104205645A1/3页21用于具有电容器阵列的电荷再分配模数转换器的参考电路，所述参考电路包括用于接收信号的输入端；用于提供参考电压到所述电容器阵列中至少一个电容器的输出端；用于存储所述参考电压的存储电容器；用于比较存储在所述存储电容器的参考电压与所述参考信号的电压修正电路，并且根据所述比较以提供校正以便减少所述参考电压与所述参考信号间差，在校正阶段，所述校正被应用；和在采集阶段，用于选择性连接所述存储电容器到所述输入端的第一开关。2如权利要求1所述参考电路，其中所述第一开关被操作以便在第一转换阶段从所述存储电容器断开所述输入端，其中所述模数转换器被安排执行位测试的第一数字“A”。
4、。3如权利要求2所述参考电路，其中所述存储电容器在所述第一转换阶段被连接到所述输出端。4如权利要求1所述参考电路，其中所述第一开关在第二转换阶段被打开，其中所述模数转换器转换位测试的多个“B”，并且其中所述存储电容器的第一端子被连接到所述输出端。5如权利要求4所述参考电路，其中所述电压修正电路包括被安排根据所述参考电压与所述参考信号的差以构成放大器输出信号的放大器，并且在所述第二转换阶段提供所述放大器输出信号到所述存储电容器的第二端子。6如权利要求1所述参考电路，其中所述电压修正电路包括被安排根据所述参考电压与所述参考信号的差以构成放大器输出信号的放大器，并且在所述第二转换阶段提供所述放大器输。
5、出信号到所述存储电容器的所述第一端子。7如权利要求5所述参考电路，其中开关装置在所述第二转换阶段被配置以提供所述放大器输出信号作为所述校正信号到所述存储电容器的所述第二端子。8如权利要求6所述参考电路，其中开关在所述第二转换阶段被配置以提供所述放大器输出信号作为所述校正信号到所述存储电容器的所述第一端子。9如权利要求1所述参考电路，其中在第三转换阶段所述存储电容器的其中一个板被隔离以便有效地断开它并且所述第一开关被关闭。10如权利要求9所述参考电路，其中所述存储电容器的所述第二板被隔离。11如权利要求1所述参考电路，其中所述输出电压修正电路还包括被连接到所述存储电容器的所述第一端子电压、电流或。
6、者电荷供给电路。12如权利要求11所述参考电路，其中电压、电路或者电荷在所述校正阶段被提供给所述存储电容器的所述第一端子以便减少所述参考信号与所述参考电压间的所述差。13如权利要求11所述参考电路，还包括在所述校正阶段被配置以连接所述电容器的所述第二端子到公共轨道的第二开关。14如权利要求11所述参考电路，其中所述电荷提供电路包括电荷泵。15如权利要求11所述参考电路，其中所述电流或者电压提供电路通过可变、可切换的有源设备直接从电源或者地抽取电流。16如权利要求14所述参考电路，其中所述电荷泵可以在多个电荷泵周期被操作以注入电荷到所述存储电容器。权利要求书CN104205645A2/3页317。
7、如权利要求11所述参考电路，其中所述校正阶段继续直到所述参考信号与所述参考电压间的所述差小于预先确定的阈值。18如权利要求14所述参考电路，在第二校正阶段可操作以连接放大器输出与所述电荷泵的电容器或者其他电容器串联，耦合所述放大器输出端到所述参考电路的所述输出端，并且在负反馈回路，其中所述参考电压通过所述放大器的输入端被与所述参考信号比较以便减少它们间的差。19如权利要求1所述参考电路，其中所述参考电路以循环方式操作。20如权利要求1所述参考电路，其中所述参考电路包括被配置经过自动零操作的比较器与运算放大器至少之一。21如权利要求20所述参考电路，其中至少一个比较器或运算放大器在所述采集阶段后。
8、经过所述自动零操作。22如权利要求5所述参考电路，其中电平转移电容器被在用于接收所述参考信号的所述输入端与所述放大器的所述第一输入端之间被提供；并且在用于提供所述参考电压的所述输出端与所述放大器的所述第二输入端之间。23如权利要求22所述参考电路，其中所述放大器适合用作比较器。24如权利要求1所述参考电路，所述输出电压修正电路包括具有被配置以接收所述参考信号与所述参考电压或其电平转移表征的输入端的比较器。25如权利要求24所述参考电路，其中电平转移电容器被在用于接收所述参考信号的所述输入端与所述比较器的所述第一输入端之间提供；并且在用于提供所述参考电压的所述输出端与所述比较器的所述第二输入端之。
9、间。26如权利要求1所述参考电路，包括在所述校正阶段多个配置以连接所述多个存储电容器的各自第一端子到所述输出端的输出开关装置的存储电容器。27如权利要求26所述参考电路，其中所述输出开关装置还被配置以在所述采集阶段连接所述多个存储电容器的各自第一端子到所述输入端或者在所述输出端通过所述第一开关被连接到所述输入端时，连接到所述输出端。28如权利要求27所述参考电路，其中所述电容器的所述第二板在所述校正与采集阶段被连接到第二参考，例如地或者VSS。29模数转换器包括如权利要求26所述的参考电路，其中所述多个存储电容器用作多个储能电容器。30如权利要求29所述模数转换器，在所述模数转换器中电容器阵列。
10、的每一个开关电容器具有一个储能电容器。31如权利要求30所述模数转换器，其中一个或多个储能电容器被可连接的到一个或多个参考电路的所述输出端。32包括如权利要求1所述参考电路的模数转换器，还包括快闪或者微型ADC以转换转换输出字的多个最高有效位。33包括如权利要求1所述参考电路的模数转换器，其中所述模数转换器与所述参考电路在同一个集成电路上。34一种提供参考电压到具有电荷再分配电容器阵列的模数转换器的方法，所述方法包括在输入端接收从参考电路的参考信号电压；提供参考输出电压到所述电容器阵列的权利要求书CN104205645A3/3页4至少一个电容器；比较所述参考输入电压与所述参考信号电压，并且根据。
11、所述比较，提供校正信号以减少所述输出电压与所述参考信号电压间的所述差，所述校正在校正阶段被提供；并且在采集阶段连接存储电容器到所述输入以便存储所述参考信号电压。35一种集成电路包括在开关电容器阵列中具有多个电容器的电荷再分配DAC相结合的参考电路，所述参考电路包括用于从电压源接收输入电压的输入端，用于提供参考电路输出电压到所述DAC的输出端；用于存储参考电压的存储电容器；与用于使得来自所述参考电路、存储在所述存储电容器的的输出电压大体上等于所述输入电压的电压修正电路，所述电压修正电路在校正阶段运作；并且在所述采集阶段用于连接所述存储电容器到所述输入的开关。权利要求书CN104205645A1/。
12、11页5适用于模数转换器的参考电路与包括这样参考电路的模数转换器技术领域0001本发明涉及适用于电荷再分配模数转换器的参考电路，与包括这样的参考电路的模数转换器。背景技术0002模数转换器，例如逐次逼近例程、SAR，转换器通常包括具有多个加权电容器的、开关电容器电荷再分配数模转换器。如本领域技术人员所知，逐次逼近转换可以通过从最高有效位到最低有效位依次执行位测试来执行，并且根据比较开关电容器数模转换器的输出与参考，判定当前位测试是否应保持或复位，以便最终达到能最能代表被模数转换器予以转换的模拟输入的位模式。0003作为该测试的一部分，电荷再分配数模转换器与SAR模数转换器中的电容器的“底板”如。
13、图1所示依次在第一参考电压VREF1与第二参考电压VREF2间切换。通常情况下VREF1由参考电路保持正电压并且VREF2本地接地，或者VREF1和VREF2可以被置于两侧的中点，例如0004电压VREF1通常由外部参考提供，例如驱动参考缓冲器的带隙参考。参考缓冲器的输出被用于充电参考电容器，参考电容器通常是具有10F左右，物理上被放置靠近包括电荷再分配模数转换器在内的集成电路的参考输入引脚的大电容。0005参考电压从外部电容器到片上电荷再分配数模转换器DIGITALTOANALOGCONVERTER，简称DAC的转移是在模数转换器ANALOGTODIGITALCONVERTER，简称ADC中。
14、被实现，通过印刷电路板上的轨道、封装引脚并且通常通过连接封装引脚到集成电路自身的封装接线发生。每个组件呈现出电感。0006具有电容器阵列DAC的电荷再分配ADC的操作引起被连接到参考电路的变化的电容性负载。正是由于这个原因，存储电容器和参考电压缓冲器被提供，它们一起提供用于维持DAC的参考电压在固定值的电荷。但是就电流消耗而言，使用参考电压缓冲器是昂贵的并且由于偏移与噪声它自身引入不准确性的来源。发明内容0007根据本发明的第一方面，这里提供用于具有电容器阵列的电荷再分配模数转换器的参考电路，该参考电路包括0008用于接收信号的输入端；0009用于提供参考电压到电容器阵列中的至少一个电容器的输。
15、出端；0010用于存储参考电压的存储电容器；0011用于比较存储在存储电容器的参考电压与参考信号的电压修正电路，并且根据这一比较提供校正以减小参考电压与参考信号间的差，在校正阶段被使用的校正；和说明书CN104205645A2/11页60012在采集阶段用于选择性地连接存储电容器到输入端的第一开关。0013因此，有可能带走片上参考电压的存储，并且从而绕过封装引脚与封装接线的电感。此外，使用校正信号的电路现在可以在ADC控制器的控制下操作使得该电路在ADC操作的某些阶段可以部分地或全部地降低功耗。0014根据本发明的第二方面，提供一种包括数模转换器的集成电路，以及根据本发明的第一方面的参考电路。。
16、0015根据本发明的第三方面，提供一种包括具有开关电容器的电荷重新分配阵列的模数转换器的集成电路，以及根据本发明的第一方面的参考电路。0016根据本发明的第四个方面，提供了一种方法，该方法提供参考电压到具有电荷再分配电容器阵列的模数转换器，该方法包括在输入端接收来自参考电路的参考信号电压；提供参考电压到该电容器阵列至少一个电容器；比较参考电压与参考信号电压，并且根据这一比较，提供校正信号以减少参考电压与参考信号电压的差，在校正阶段校正被提供；并且在采集阶段连接存储电容器到输入端以便存储参考信号电压。0017根据第五方面，提供包括与在开关电容器阵列中具有多个电容器的电荷再分配DAC结合的参考电路。
17、的集成电路，该参考电路包括用于从电压源接收输入电压的输入端，用于提供参考电路输出电压到DAC的输出端；用于存储参考电压的存储电容器；与用于使得存储在存储电容器上的参考电路的输出电压基本等于输出电压的电压修正电路，所述电压修正电路在校正阶段操作；以及用于在采集阶段连接存储电容器到输入端的开关。附图说明0018本发明的实施例现在将仅通过非限制性的示例予以描述，参考附图，其中0019图1是包括从外部参考电路接收参考电压的电荷再分配数模转换器的SAR模数转换器的电路图；0020图2是构成本发明第一实施例的参考电路的示意图；0021图3是构成本发明的另一实施例的参考电路的电路图；0022图4是在运作的采。
18、集阶段本发明实施例的电路图；0023图5示出了在运作的第一转换阶段中图4的电路布局；0024图6示出了在运作的第二转换阶段中图4的电路；0025图7示出了在运作的第三转换阶段的中图4的电路；0026图8示出了在校正阶段图4的电路，其中电荷泵被用于恢复参考电容器上的电压；0027图9示出了电荷泵操作的第二阶段；0028图10示出了电荷泵操作的另一阶段；0029图11示出了在运作的第二校正阶段中图4的电路，其中参考电容器上的电压被精细调整；0030图12示出了具有多个存储电容器的开关电容器DAC，其中一个或多个电容器可以由如本文所述参考电路所取代，或者一个存储电容器可以被DAC中的一些电容器共享，。
19、但并非所有的DAC的电容器；0031图13是包括电荷再分配DAC的模数转换器的示意图；说明书CN104205645A3/11页70032图14示出了图3所示的电路的变形；0033图15是构成本发明的另一实施例的电路的示意图；和0034图16是另一个实施例的示意图。具体实施方式0035图1示意性地示出了现有技术的装置，它包括开关电容器数模转换器，通常表示10，它被提供在实现模数转换器14的集成电路内并且从外部参考电路接收第一参考电压VREF1，通常标示为12。在此上下文中，“外部”指的是参考电路或至少不是全部不是由与电荷再分配数模转换器10相同的芯片提供。因此，相对大的存储电容器60将外部于集成。
20、电路，即使电路的其他部分，例如缓冲器可能在集成电路上提供。DAC还接收VREF2，VREF2可以是本地0V、接地或所有其他电压参考的VSS。0036虽然电荷再分配数模转换器作为逐次逼近模数转换器的一部分是被人们所周知，为了完整性起见，它们操作的简要描述将在这里呈现。电荷再分配数模转换器包括多个电容器，其中本实例三个电容器20、22与24被示出。其他电容器可能存在于电容器22与24间。在没有冗余的转换器中，电容器是二进制加权的。因此，如果只有三个电容器存在的话，并且电容器24具有概念值“1C”则电容器22将具有值“2C”并且电容器20具有值“4C”。每个电容器可以被看做代表二进制字中的一位，并且。
21、因此本实例中的最大的电容器20代表最高有效位MOSTSIGNICANTBIT，简称MSB，具有4的权重，而最小电容器24代表最低有效位LEASTSIGNICANTBIT，简称LSB，具有权重1。被用在模数转换器中的这些的电容器阵列通常通常提供在12到16之间分辨率的位数并且这意味着相应电容器的数量。为了避免在最高有效位与最低有效位之间的规模问题，人们也知道，电容器阵列可以被分段一次或者多次。这样可以有效地允许在阵列的每一个段中改变大小并且避免DAC对最大电容器需要，例如在16位转换器中最大电容器是最小电容器216倍。虽然未示出，开关电容器阵列或其区段通常由值等于该阵列中最小有效电容器的附加终端。
22、电容器所终止。0037还已知通过改变“权重”也就是，电容器的相对电容或者阵列中电容器的数量以提供某种程度的冗余，即在转换过程中从一个不正确的位判断中恢复的能力。这可以，例如，可以通过偶尔在阵列中插入附加位来实现。另一种提供冗余的方法是从2代表二进制加权到更小的数值例如18，改变阵列中电容器的“基数”。这样，电容器到它的相邻电容器的比率是18而不是2。这会向阵列插入冗余使得在转换过程中的不正确的位判断可以被校正。在任一情况下，冗余被实现，从而允许任意符号的误差即误差使得结果加权过少或者加权过多在转换进行时被校正，这些是本领域技术人员所熟知。0038如图1所示，每个电容器具有第一板，也将被称为顶板。
23、，它被连接到导体30，导体30自身被连接到比较器32的第一输入。每个电容器还有第二或者底板，它被连接到电子开关。第一电容器20被连接到第一开关40，第二电容器22被连接到第二开关42并且第三电容器24被连接到第三开关44。开关被图示地示为三个位置开关，尽管实际上它们被实现为三个场效应晶体管，每个开关由开关控制器没有示出所控制以在实现开关功能之前实现三个位置中断。开关40可以被看作在第一位置或模式是可操作地以连接电容器20的底板到信号输入VIN。在第二位置或模式可操作地连接电容器20的底板到VREF1，并且在第三位置或模式它连接电容器20的底板到第二输入VREF2，VREF2通常对应于本地的地或。
24、者说明书CN104205645A4/11页8“负”供电电平。第二与第三开关42与44被相似配置，并且比较器的第二输入也通过导体50被连接到本地的地。0039在本实例所描述的模数转换器操作的采样与跟踪阶段，开关40、42与44被连接到VIN而另一个开关52被关闭以便连接导体30，与顶板到地。这使得电容器20、22与24使用电压VIN充电。模数转换器然后进入到转换阶段，在转换阶段，开关52被打开以便导体30上的电压浮动，并且开关40、42与44被初始连接到VREF2。然后位测试序列可以开始。最初第一位，即最高有效位通过连接电容器20的底板到VREF1来测试。因为它们形成一个潜在的分压器，这引起电荷。
25、在电容器之间的再分配的发生。结果比较器第一输入端的电压发生变化并且在稳定时间过去后，比较器被选通即它的输出被检查以确定第一输入端的电压是否大于或者小于第二输入端的电压。如果VIN电压是足够大以致它超过等效值则最高有效位被保留并且电容器40保持连接到VREF1，否则该位被丢弃并且开关40被操作以连接最高有效位电容器20的底板回到VREF2。下一个位测试进行到第二位，其中电容器22的底板被连接到VREF1开关40的状态保持在第一位测试后它被保留的位置在稳定时间过去后，比较器32的输出被检查以判断开关42将被保持原样还是复位以连接电容器22的底板到VREF2。作为比较的结果，开关42被复位或者保留，。
26、并且测试移动到下一个电容器24并且开关44从VREF2改变到VREF1。再次在稳定时间之后，比较器的输出被检查以判断开关44是否保留原位或复位。在测试序列的结束，开关40、42与44的位置可以被检查并且这些代表了转换结果。很显然序列可以被扩展以包括多于三个电容器。同样地，序列可以被扩展以包括具有冗余的开关电容器阵列，不管是包括附加的冗余电容器还是使用小于3的基数，但是开关序列需要被检查并且进一步转换成二进制字。然而，这一过程再次为本领域内技术人员所知并且无需更多的描述。虽然ADC被描述为单端设备，上述描述可以扩展到差分转换器。0040显然，切换开关40、42和44中的任何开关导致循环电流流动。。
27、因此，如果开关40从VREF2时切换到VREF1时，使得电容器20的底板的电压增加，则从电容器20通过电容器22与24以及它们相关的开关到VREF2存在瞬态循环电流流动。然后，电流流过电压参考12的存储电容器60并返回通过终端VREF1与开关40到第一电容器20的底板。0041电流流动沿着在集成电路外部引脚与节点VREF1与VREF2之间的封装接线并且也沿着印刷电路板的导体轨道出现。轨道与封装接线各自表现出寄生电感与寄生电阻。这些不需要的阻抗被标示为围绕在图1点划线62中的电感LP与电阻RP。而且，存储电容器60也将表现电感与电阻，并且这些寄生组件也可以被在LP与RP的值予以表示。同样地，开关。
28、40、42与44也表现电阻，它可以再次在RP的值中表示。0042参考电路包括参考电压发生器70，它是任何适用实现技术的精确电压参考，可以提供输出到缓冲器72。缓冲器72保护电压参考70不再提供电流到模数转换器中的开关电容数模转换器10。就其性质而言，即使模数转换器在没有被激活时，缓冲器72消耗功率，例如因为ADC已经完成一个转换并且等待直到已排程的另一个转换。0043在开关40、42与44的每个操作中，循环电流流经各种电容器与寄生电感与电阻。电容器与电感的组合具有形成能够回响的LC回路的可能性。为了避免这种情况，电路应该至少临界阻尼，在这种情况电阻RP的电阻RCRITICAL必须等于4L/C1。
29、/2。临界阻尼电路说明书CN104205645A5/11页9的时间常量TCRITICAL可以通过RCRITICAL乘以电路C的电容获得并且具有4LC1/2的值。开关电容器阵列的稳定时间由TCRITICAL决定，受到寄生电感LP的限制。0044本发明的实施例通过带来片上参考电压的拷贝并且避免流经LP的循环电流允许更快的稳定开关阵列。因此，参考电压在与ADC中的开关电容器电荷再分配数模转换器相同的集成电路中被带来。0045图2是图示地描述构成本发明的第一实施例的参考电路的电路图。在图2中，图1中的外部高精度电压参考70仍然被提供并且仍是“片外”，虽然它可以是片上。参考70被连接到参考电路通常标示为。
30、104的第一与第二端子100与101，它被提供在与电荷再分配数模转换器10相同的集成电路内。参考电路70的电压输出可以被视为“参考信号”，要么直接要么通过电平转换装置提供到比较器/放大器102的第一输入105。在本实例中只有比较器动作是需要的，并且因此关于图2的其余的描述，它将被描述为比较器102。比较器102的第二输入106被连接到提供参考电压内部拷贝的输出节点107，标示为VREF，到ADC的DAC10。在开关控制逻辑110指令下操作的第一开关108可以被开关控制逻辑110的信号打开或者关闭，这将在后续予以描述。开关108通过晶体管来实现。当开关108被打开时，如图2所示，比较器在它的第二。
31、输入接收节点107的电压，并且比较由外部电压参考电路70提供的参考信号VREF_EXTERNAL与电压参考电路104输出的VREF。比较结果在比较器102的输出120被输出到开关控制电路110的输入122。开关控制电路110的第一输出124被提供到电压修正电路130，它被安排以交换电荷，例如引起电荷流向参考电路104的内部存储电容器132。转移电荷到内部存储电容器132的动作增加了节点107的电压VREF直到它超时，或者使用人为偏移的附加，稍小于外部电压参考VREF_EXTERNAL，因此引起比较器102修正其输出到开关控制逻辑110，这反过来将电压修正电路130切换到关闭。图2示出了被连接到。
32、电容器132的第一、顶板的电压修正电路130，电容器132被连接到输出节点107。然而，电压修正电路130的输出也可以与其中第一板一样被连接到电容器132的第二或者底板，如图3所示。0046在图3中相同的部分被标示为相同的参考数字。电压修正电路130被展开并且包括可以通过电子控制开关142被选择性连接到内部电容器132的底板的放大器140。在电容器132的底板与节点101之间，另一个连接到VREF2的开关144被提供。其他实现是可能的，并且电容器132的底部也可以被连接到电压干线、地如果与低电压电源不同或者被保持在稳定电压且具有低阻抗的另一个节点。开关142与144被驱动使得开关144被关闭、。
33、开关142被打开。电压修正电路130也包括用于传送电荷给电容器132充电的装置。在集成电路中，其中电源电压VDD可能会小于VREF1，在控制电路110控制下的电荷泵150被提供以执行这个功能。如果VDD比VREF1大的时候，电荷泵可能仍被使用。当VDD比VREF1大的时候，其他电路传送电路可以被用于例如电压跟随器或者电流源，只是被提及作为非限制性示例给电容器充电到期望电势。0047在图3电路的变形中，以点轮廓线示出的附加的开关151可以被在电容器132顶板与输出节点107间提供以便允许电容器从输出节点断开。电荷泵150或者等价电流或者电压控制电路可操作的以充电电容器132到期望电压，例如VRE。
34、F_EXTERNAL也可以被连接到内部电容器132，例如经过开关152并且可以通过开关153从输出节点断开。从而，在这种布局中，电容器132可以被从输出节点107断开并且在它被断开时充电到期望电压。开关说明书CN104205645A6/11页10108在这一时间期间可以被关闭或者另一些开关可以被提供用以连接放大器到节点107。0048在图3中图示的电路的实际实现及其操作的描述现在将被描述。0049图4更详细地示出了图3的布局，并且在操作的第一阶段其中它处于采集阶段，当外部参考电压VREF_EXTERNAL正被采样到内部存储电容132的时候。放大器/比较器102行使作为放大器与比较器的功能，虽然。
35、期望功能可以由专门放大器与比较器单元来执行。在采集阶段期间，放大器/比较器102可以是降低功耗以保存能量。0050放大器/比较器102的第一输入105通过第一电平转换电容器180被连接到输入节点100。放大器/比较器102的第二输入106通过第二电平转换电容器182被连接到输出节点107。为了使这些电容器可以具有已确定的电压，短路开关184与186被提供以连接第一与第二输入105与106到公共电压，例如VDD。当VREF_EXTERNAL大于到集成电路的供电电平VDD或者打算修正在放大器/比较器102的输入端呈现的电压时，电平转换电容器的使用特别有用以便把电压放置在最佳的操作输入窗口。在现有技。
36、术中，外部参考电压可以是5V。作为结果，缓冲器72必须工作在至少5V电源。在图4所示的实施例中，放大器/比较器102不必须输出参考电压，并且可以在更低供电电平下被操作，例如18V，从而比它在5伏特供电电平下取回相同电流消耗更少的能量。在开关184与186被关闭期间，它遵照第一与第二输入端的输入电压彼此相同，并且从而放大器/比较器102可以被命令以执行自动零操作。另外或替代地，自动零电路可以被在放大器/比较器102中实现以便使得在它不是主动控制参考电路输出时执行自动零操作。0051图4也示出了电荷泵150的一个可能的实现。其他实现是可能的。电荷泵包括第一到第六电荷泵开关202、204、206、2。
37、08、210、211，第一与第二电荷泵电容器212与214，与电荷泵输出开关216。第一与第二电荷泵电容器212与214各自具有第一与第二板。使用图4中板的方向，很方便地将第一板看作最高板并且第二板看作最低板。从而第一电荷泵开关202被置于导体220，它可能会方便地是内部电源电压VDD，与第一电容器212的第二板之间。第二电荷泵开关204在第一电荷泵电容器212与导体220之间扩展。第三电荷泵开关206在第二电荷泵电容器214的第一板与导体220之间扩展。第四电荷泵开关208在第一电荷泵电容器212的第二板与本地电源干线VSS之间扩展。第五电荷泵开关210在第二电荷泵电容器214与VSS之间扩。
38、展。第一电荷泵电容器212的第一板通过第六电荷泵开关211可以被连接到第二电荷泵电容214的第二板。最后第二电荷泵电容器214的第一板通过电荷泵输出开关216可以被连接到存储电容器132的顶板。0052与开关220互连的泵充电的放大器被提供以选择性地连接放大器102的输出到第一电荷泵电容器212的第二板。0053所有的开关都在开关控制逻辑110的控制下。0054在操作周期的第一阶段，电路处于采集阶段，如图4所述，第一开关108被关闭以便VREF_EXTERNAL被提供到电容器180、182的最高板如图4所示。短路开关184与186被关闭以便电容器180与182的底板被同时连接到相同电压，例如V。
39、DD。从而电容器180与182都将在它们的板之间具有相同的电压差。在采集阶段，开关142被打开使得内部存储电容器132被有效地从放大器断开并且电荷泵输出开关216也被打开。开关144被关闭。在采集阶段，电压参考70通过第一开关108被连接到内部存储电容器132的顶板以便将其充电升至VREF_EXTERNAL。可以期望在参考电路加电时，电压参考可以停留在采集阶段足够说明书CN104205645A107/11页11长时间的以使得这一充电发生，并且ADC的DAC10并没有表现为变化的负载。电路现在可以移进第一转换阶段，如图5所示，在这一阶段中它可以提供参考电压到输出节点107，但是其中参考电压不是被。
40、主动管理的。从而，如图5所示，开关108被打开以便将外部电压参考70从电路的其部分断开。短路开关184与186也被打开以便电容器180与182现在仅仅用作电平转换设置使得放大器/比较器102可以比较在节点107的输出电压的电平转换版本与节点100的外部电压参照的相似的电平转换版本。0055模数转换器中的电荷再分配数模转换器现在可以操作以执行M位转换过程的第一A位测试以便转换这里的最高有效位。当位测试进行的时候，电荷可能被从内部存储电容器132中拉出并且在节点107的电压VREF可能开始从VREF_EXTERNAL漂移。0056第一、很少位测试可以由附加的模数转换器，例如微型SAR或者快闪ADC。
41、，它们可能使用远小于主ADC电容器的电容器以减少在第一转换阶段VREF_INTERNAL的负载以及节点电压从VREF_EXTERNAL的漂移。微型SARADC的使用在US5,621,409中被公开并且快闪ADC在US6,828,927中被公开。然后，由附加的ADC所确定的值被用于设置主ADC的主DAC中的相应电容器的状态，同时在主ADC中其余位将被确定。如果主转换器表现足够冗余以矫正由附加ADC造成的不准确的位判断的话，则漂移并不明显。0057在第一A测试已经完成以后，参考电路可能会移进第二转换阶段，如图6所示，在第二转换阶段，放大器/比较器102被通电并且被配置用作运算放大器。可选地，第一转。
42、换阶段可以被跳过并且电路可以瞬间直接从操作的采集阶段到第二转换阶段。开关144被打开并且开关142被关闭以便连接存储电容器132的底板到放大器102的输出。这创建了包括放大器102的负反馈回路，并且作为响应，它改变它的输出120使得它的输入105与106之间的电压差最小化。作为结果，节点107的电压VREF被重新匹配VREF_EXTERNAL的电压。0058位测试可以被继续进行到下一个B测试，同时放大器动作有助于保持节点107在正确参考电压。A与B的和可能小于M。0059当位测试进行，内部存储电容器132的电荷可能被耗尽并且它上面的电压会改变。然而放大器通过电容器132的动作有助于在节点107。
43、保持正确的电压。应当注意的是既然电容器132是由放大器102的输出驱动，并且仅充当电压转移设备，放大器没有被电容器132的电容所负载，它可能是PF的几个10S，但是反而驱动驱动电容器132与ADC中电荷再分配数模转换器的电容和，通常只有几个PF数量级。在放大器102上所产生的负荷，然后是ADC中的电荷再分配数模转换器的第一近似值。如果电源与VREF_EXTERNAL的相对电压允许，那么开关142替代在放大器的输出与电容器132的第一端子之间。在这种情况下，放大器将并行驱动电容器132与电荷再分配数模转换器。开关144会被打开以减少放大器102的负载。0060随着位测试被进行了一段时间，逐次逼近。
44、例程现在将仅被测试最低有效位，并且这些电容器的值比那些更高有效位成比例地小的多，并且因此它们呈现给参考电压参考的负载大大减小。这意味着参考电路现在可以可选择地在第三转换阶段或操作模式下操作，将在图7中讨论。0061在第三转换阶段，如图7所示，开关142被打开以便从内部存储电容器132的第二板断开放大器。开关144保持打开使得电容器132现在有效地被断开。开关108被闭合说明书CN104205645A118/11页12使得外部参考70现在直接将其输出电压提供到节点107。可以这样做是因为由于位测试ABTRIALNUMBERM电容器的电容现在相对较小并且从而很少电荷被带走。然后转换序列可以被完成同。
45、时在这个模式中操作。然而，如图12稍后被公开的，多个内部存储电容器可以被提供，因此它可能没有必要在第三转换阶段操作电路因为这些单独的存储电容器可能保持VREF_EXTERNAL的表现。如果电容器132使用类似图3所示的电路拓扑结构从节点107断开，或者如稍后关于图14所描述的，其中开关151被提供，然后在校正阶段可选地存储电容器再充电可以开始，并且与第三转换阶段重叠。0062模数转换器以循环的方式操作并且通常按照固定的时间表。从而完成一次转换，它必须为另一个转换做好准备。但是在转换序列期间，内部电容器132上的电荷可能已耗尽。同时，有可能通过闭合开关108与144，这将从VREF_EXTERN。
46、AL吸引大量电荷，简单地给电容器132充电。因此，在关闭这些开关之前，恢复电容器132上电荷是有利的。与矫正阶段对应的电荷恢复过程的初始阶段将参照图8予以描述。0063如图8所示，开关108被打开以便从参考电路隔离电压参考70，除了它的信号通过导体180仍被提供到放大器/比较器102的第一输出这一事实之外。开关144被关闭，从而重新连接电容器132回到电路使得放大器的第二输入存储电容器132上的电压。0064在操作的前述模式中，开关204、206、208与210已被关闭使得电容器212与214被充电到VDD。如图8所示，这些开关204、206、208与210现在将被打开以便从电源干线隔离电容器。
47、212与214并且开关216被关闭以便连接电容器214的顶板到输出节点107。开关211被闭合以便连接第二电荷泵电容器214的底板到第一电荷泵电容器212的顶板。开关202也被关闭。实际上，这导致电容器被串联放置并且连接到VDD，使得开关216被打开，电容器214的顶板的电压将会是3VDD。但是，因为开关216是闭合的，电容器可以传送电荷到内部存储电容器132以增加其上的电压。比较器/放大器102此时工作在比较模式并且判断节点107的电压VREF是否已经超过VREF_EXTERNAL。如果已经超过，则无需更多的电荷泵动作，并且电路可以进行到电压微调模式，这可以被视为第二校正阶段，这将在后面予以。
48、描述。然而，如果在节点107的电压仍然小于VREF_EXTERNAL的电压，然后第二电荷泵可以被执行，开始如图9所示，开关216被打开以便从内部存储电容器132断开电荷泵。然后开关204、206、208与210被关闭使得第一与第二电荷存储电容器各自被再次充电到VDD。在这一阶段，互连第一电容器212的顶板到第二电容器214的底板的开关211被打开，否则在电源干线之间将发生短路状态。同样地，开关202也被打开。然后电路进行到准备第二电荷泵转储，如图10中所示，通过打开开关204、206、208、210以便从电源干线隔离电容器，关闭开关202以便连接电容器212的底板到VDD，关闭开关211以连接。
49、电容器212的顶板到电容器214的底板并且关闭开关216使得第二电荷转储可以被传递到内部电容器132。0065电容器212与214的大小应使得足够数量的电荷泵转储在分配给校正阶段的时间内被执行以便给电容器132充电使得电压接近或者超过VREF_EXTERNAL。通过此操作，内部存储电容器上的电压已经被提高到接近外部参考电压。在校正阶段的操作可以发生直到达到时间限制，固定数目的时钟周期已经发生或者VREF内部电压已经超过由比较器确定的阈值。0066电路现在可以移动到第二校正阶段，如图11所示，其中电压微调被执行，并且其中开关216保持关闭，开关204、206、208与210如前保持打开。然而现在开关202被打开说明书CN104205645A129/11页13以便从电源干线断开第一电荷泵电容器212的底板并且开关220被关闭从而连接放大器/比较器102的输出到串联电荷泵的电容器212与214并且通过开关216到内部存储电容器132的顶板。在这一点上，放大器比较器102正操作在放大器模式，因此反馈回路就形成了。因此，通过反馈动作，放大器102改变其输出电压使得在它的输入105的电压匹配它输入106的电压，并且由此在节点107的电压VREF匹配外部节点100的电压VREF。因此，放大器被用来恢复电容器132上的电压到它正确值。从此，开关216现在可以被打开以便从内部电。