CN104811199A - 信号处理电路与a/d转换器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及信号处理电路与A/D转换器。根据一种实施例的信号处理电路包含整流器、保持器、控制器和设定器。整流器通过对其中信号电压被叠加于共模电压上的输入电压整流来生成整流电压。保持器保持电压。控制器控制保持器，以使得保持器根据由整流器生成的整流电压来保持电压。设定器按照预定的时间间隔将由保持器保持的电压设定为预定电压。

Description

信号处理电路与A/D转换器

相关申请的交叉引用

本申请基于并要求在2014年1月29日提交的在先日本专利申请第2014-014414号的优先权，该在先申请的全部内容通过引用而并入本文。

技术领域

本文所描述的实施例总体地涉及信号处理电路和A/D转换器。

背景技术

流水线型(pipeline)A/D转换器在许多LSI产品被用作能够实现高速度和高分辨率的体系结构。流水线型A/D转换器通过连接用于执行一个位的A/D转换的多个级来配置。所采样的模拟信号通过流水线型操作在每个级内被逐位地进行A/D转换。在传统上，运算放大器已经被用来在每个级内执行A/D转换。

近年来，人们已经提出了一种用于通过在每个级内使用比较器代替运算放大器来降低流水线型A/D转换器的功耗的技术。但是，在上述使用比较器的传统技术中，由于有必要在用于A/D转换的信号处理电路内的每次A/D转换时对电容元件进行充电/放电，因而难以充分降低功耗。

发明内容

根据本发明的一种方式，提供一种信号处理电路，包含：用于通过对其中信号电压被叠加于共模电压上的输入电压整流来生成整流电压的整流器；用于保持电压的保持器；用于控制所述保持器以便根据由所述整流器生成的所述整流电压来保持电压的控制器；以及用于按照预定的时间间隔将由所述保持器保持的所述电压设定为预定电压的设定器。

根据本发明的另一种方式，提供一种信号处理电路，包含：用于通过对其中信号电压被叠加于共模电压上的第一输入电压及第二输入电压整流来生成第一整流电压及第二整流电压的差动整流器；用于保持电压的第一保持器；用于控制所述第一保持器以便根据由所述差动整流器生成的所述第一整流电压来保持电压的第一控制器；用于保持电压的第二保持器；用于控制所述第二保持器以便根据由所述差动整流器生成的所述第二整流电压来保持电压的第二控制器；以及用于按照预定的时间间隔将由所述第一保持器及第二保持器保持的所述电压设定为预定电压的设定器。

根据本发明的另一种方式，提供一种包含信号处理电路的A/D转换器，该信号处理电路包含：用于通过对其中信号电压被叠加于共模电压上的输入电压整流来生成整流电压的整流器；用于保持电压的保持器；用于控制所述保持器以便根据由所述整流器生成的所述整流电压来保持电压的控制器；以及用于按照预定的时间间隔将由所述保持器保持的所述电压设定为预定电压的设定器。

附图说明

图1是根据第一实施例的信号处理电路的框图；

图2是根据第一实施例的信号处理电路的一个实例的电路图；

图3是图2中的控制器的另一个实例的电路图；

图4A至4D是根据第一实施例的信号处理电路的操作的说明图；

图5A和5B是根据第一实施例的信号处理电路的操作的说明图；

图6是传统信号处理电路的一个实例的电路图；

图7A和7B是传统信号处理电路的操作的说明图；

图8是传统信号处理电路的操作的说明图；

图9是根据第一实施例的信号处理电路的另一个实例的框图；

图10是根据第一实施例的信号处理电路的又一个实例的框图；

图11是图9中的恢复器(restorator)的一个实例的电路图；

图12是根据第一实施例的信号处理电路的又一个实例的框图；

图13是根据第二实施例的信号处理电路的框图；

图14是根据第二实施例的信号处理电路的一个实例的电路图；

图15是根据第二实施例的信号处理电路的另一个实例的电路图；以及

图16是根据第三实施例的信号处理电路的一个实例的电路图。

具体实施方式

现在将参照附图来解释实施例。本发明并不限定于这些实施例。

根据一种实施例的信号处理电路包含整流器、保持器、控制器和设定器。整流器通过对其中信号电压被叠加于共模电压上的输入电压整流来生成整流电压。保持器保持电压。控制器控制保持器，使得保持器根据由整流器生成的整流电压来保持电压。设定器按照预定的时间间隔将由保持器保持的电压设定为预定电压。

信号处理电路和A/D转换器的实施例将在下文参照附图来描述。

(第一实施例)

首先，根据第一实施例的信号处理电路将参照图1至12来描述。在此，图1是根据本实施例的信号处理电路的功能配置的框图。同样地，图2是根据本实施例的信号处理电路的示例性配置的电路图。如图1所示，根据本实施例的信号处理电路包含用于根据输入电压V_IN来生成整流电压V_A的整流器10、用于保持任意电压的保持器30、用于基于整流电压V_A来控制由保持器30保持的保持电压V_C的控制器20、以及用于将保持电压V_C设定为预定电压的设定器40。

输入电压V_IN被输入到整流器10。输入电压V_IN是其中信号电压V_SIG被叠加于共模电压V_CM上的信号(V_IN＝V_CM+V_SIG)。共模电压V_CM是输入电压V_IN的DC分量，而信号电压V_SIG是输入电压V_IN的AC分量。例如，所采样的模拟信号(电压)能够作为输入电压V_IN的例子。

整流器10通过对输入电压V_IN整流来生成等于或高于共模电压V_CM的整流电压V_A。更特别地，当输入电压V_IN等于或高于共模电压V_CM时，整流器10不对输入电压V_IN整流而输出输入电压V_IN。同样地，整流器10将比共模电压V_CM低的输入电压V_IN转换成其中信号电压V_SIG的绝对值|V_SIG|被添加到共模电压V_CM的电压，并且输出所转换的电压。因此，与共模电压V_CM相等的或比其高的整流电压V_A由整流器10输出。也就是，在V_SIG≥0的情况下，整流电压V_A满足V_A＝V_IN＝V_CM+V_SIG，并且在V_SIG<0的情况下，整流电压V_A满足V_A＝V_CM-V_SIG。因此，由整流器10生成的整流电压V_A是其中信号电压V_SIG的绝对值被添加到共模电压V_CM(V_A＝V_CM+|V_SIG|)的电压。

如图2所示，整流器10包含输入端子11和12、放大器13、减法电路14、开关15和16，以及比较器17。输入电压V_IN由输入端子11输入。共模电压V_CM由输入端子12输入。

放大器13连接至输入端子12。放大器13将由输入端子12输入的共模电压V_CM放大两倍并且输出所放大的电压。

减法电路14连接至输入端子11，并且输入电压V_IN被输入到减法电路14。同样地，减法电路14连接至放大器13的输出侧，并且两倍放大了的共模电压V_CM被输入到减法电路14。减法电路14从该两倍放大了的共模电压V_CM中减去输入电压V_IN，并且输出结果。因此，由减法电路14输出的电压变为2V_CM-V_IN＝V_CM-V_SIG。

开关15(第一开关)使输入端子11与控制器20连接/断开(连接和断开)。开关16(第二开关)使减法电路14与控制器20连接/断开。

比较器17连接至输入端子11和12，并且输入电压V_IN和共模电压V_CM的每个都被输入到比较器17。比较器17将输入电压V_IN的大小与共模电压V_CM的大小比较，并且基于比较结果来控制开关15和16的断开/闭合。

特别地，比较器17在输入电压V_IN等于或高于共模电压V_CM(V_IN≥V_CM)的情况下使开关15闭合并且使开关16断开。因此，由整流器10输出的整流电压V_A是输入电压V_IN(V_A＝V_IN＝V_CM+V_SIG)。同样地，比较器17在输入电压V_IN低于共模电压V_CM(V_IN<V_CM)的情况下使开关15断开并且使开关16闭合。因此，由整流器10输出的整流电压V_A是由减法电路14输出的电压(V_A＝V_CM-V_SIG)。

比较器17输出在输入电压V_IN与共模电压V_CM之间的比较结果，也就是，信号D_OUT指示在输入电压V_IN与共模电压V_CM之间的大小关系。由比较器17输出的信号D_OUT为例如一位(one-bit)数字信号，并且被输入将在下文描述的恢复器。比较器能够用作比较器17。

在上述描述中，整流器10已经生成等于或高于共模电压V_CM的整流电压V_A。但是，整流器10可以生成等于或低于共模电压V_CM的整流电压V_A。当等于或低于共模电压V_CM的整流电压V_A被生成时，整流器10不进行任何处理而输出等于或低于共模电压V_CM的输入电压V_IN。同样地，整流器10将比共模电压V_CM高的输入电压V_IN转换成其中信号电压V_SIG的绝对值|V_SIG|被从共模电压V_CM中减去的电压，并且输出所转换的电压。因此，等于或低于共模电压V_CM的整流电压V_A由整流器10输出。

也就是，当V_SIG<0时，整流电压V_A满足V_A＝V_IN＝V_CM+V_SIG，并且当V_SIG≥0时，整流电压V_A满足V_A＝V_CM-V_SIG。因此，由整流器10生成的整流电压V_A是其中信号电压V_SIG的绝对值被从共模电压V_CM中减去(V_A＝V_CM-|V_SIG|)的电压。在图2的整流器10的配置中，这样的整流电压V_A能够通过使由比较器17进行的开关15和16的断开/闭合的控制反转来生成。

保持器30是用于保持任意电压的单元。保持器30包含如图2所示的电容元件31。电容元件31具有任意阻抗，并且能够保持在地电压与电源电压V_DD之间的任意电压。电容元件31的电源侧(输出侧)连接至控制器20、设定器40、以及用于输出信号处理电路的输出电压V_OUT的输出端子50。因此，由保持器30保持的保持电压V_C由输出端子50输出。也就是，保持电压V_C与输出电压V_OUT一致(V_C＝V_OUT)。

控制器20连接于整流器10与保持器30之间。整流电压V_A由整流器10输入到控制器20。控制器20基于整流电压V_A来控制保持器30，使得保持电压V_C变为等于整流电压V_A。控制器20包含电流源21、开关22及比较器23，如图2所示。

电流源21连接至电容元件31的电源侧(输出侧)，使得预定的电流I能够被供应给电容元件31。开关22(第四开关)被设置于电流源21与电容元件31之间，并且使电流源21与电容元件31连接/断开。

整流电压V_A由整流器10输入到比较器23。同样地，保持电压V_C由保持器30输入到比较器23。比较器23将整流电压V_A的大小与保持电压V_C的大小进行比较，并且基于比较结果来输出控制信号φ₁，然后控制开关22的断开/闭合。

特别地，当整流电压V_A高于保持电压V_C(V_A>V_C)时，比较器23使开关22闭合。因此，电流源21将电流I供应给电容元件31，并且电容元件31被充电。因此，保持电压V_C增大。同样地，当整流电压V_A等于或低于保持电压V_C(V_A≤V_C)时，比较器23使开关22断开。因此，电流源21被断开，并且电容元件31的充电被终止。

也就是，当整流电压V_A高于保持电压V_C时，控制器20通过对电容元件31充电来增大保持电压V_C，并且当保持电压V_C变为等于整流电压V_A时，控制器20终止该充电。因此，控制器20能够控制保持电压V_C，以使其等于整流电压V_A。

在上述描述中，控制器20是用于通过给保持器30供应电流I来增大保持电压V_C的电流源类型的控制器。但是，控制器20可以是用于通过从保持器30中拉出电流I来降低保持电压V_C的电流拉出(currentdraw)类型的控制器。在这种情况下，电流源21连接至电容元件31的接地侧，从而能够从电容元件31中拉出预定的电流I，如图3所示。

在图3中，当整流电压V_A低于保持电压V_C(V_A<V_C)时，比较器23使开关22闭合。因此，电流源21从电容元件31中拉出电流I，并且电容元件31被放电。因此，保持电压V_C下降。同样地，当整流电压V_A等于或高于保持电压V_C(V_A≥V_C)时，比较器23使开关22断开。因此，电流源21被断开，并且电容元件31的放电被终止。

也就是，在图3中，当整流电压V_A低于保持电压V_C时，控制器20通过使电容元件31放电来降低保持电压V_C，并且当保持电压V_C变为等于整流电压V_A时，控制器20终止该放电。因此，控制器20能够控制保持电压V_C以使其等于整流电压V_A。

在输出端子50与被输入保持电压V_C的比较器23的输入端子之间可以设置任意反馈元件。因此，能够将与通用反馈电路的信号处理类似的信号处理添加给根据本实施例的信号处理电路。

设定器40将保持器30的保持电压V_C设定为预定的复位电压V_R。当整流电压V_A等于或高于共模电压V_CM时，复位电压V_R能够是等于或低于共模电压V_CM的任意电压。在这种情况下，优选的是复位电压V_R为共模电压V_CM或者比共模电压V_CM略低的电压。设定器40包含电压源41和开关42，如图2所示。

电压源41连接至电容元件31的电源侧(输出侧)，从而能够供应复位电压V_R。开关42(第三开关)被设置于电压源41与电容元件31之间，并且使电压源41与电容元件31连接/断开。从外部输入的控制信号φ₂控制开关42以使其按照预定的时间间隔来断开/闭合。

当开关42闭合时，电容元件31的输出侧连接至电压源41，并且保持电压V_C被设定为复位电压V_R。另一方面，当开关42断开时，电压源41被断开，并且保持电压V_C受控制器20控制，以使其等于整流电压V_A。

当整流电压V_A等于或低于共模电压V_CM时，复位电压V_R能够是与共模电压V_CM相等的或比其高的任意电压。在这种情况下，优选的是复位电压V_R为共模电压V_CM或者比共模电压V_CM略高的电压。

然后，根据本实施例的信号处理电路的操作将参照图4至12来描述。以下假定：信号处理电路被应用于流水线型A/D转换器的每个级，并且整流器10对输入电压V_IN整流，使得整流电压V_A变为等于或高于共模电压V_CM。同样地，假定输入电压V_IN是所采样的模拟信号，并且是其中信号电压V_SIG被叠加于共模电压V_CM上的电压。

当模拟信号被输入到A/D转换器时，模拟信号按照预定的采样间隔来采样。在此，在图4A中，虚线指示模拟信号，而实线指示所采样的模拟信号。所采样的模拟信号变为按照采样间隔而改变的离散电压，如图4A所示。该电压被输入到信号处理电路，作为输入电压V_IN。

整流器10对输入电压V_IN整流，并且生成整流电压V_A。由整流器10生成的整流电压V_A被输入到控制器20。在此，在图4B中，虚线指示输入电压V_IN，而实线指示整流电压V_A。如上所述，整流器10对整流电压V_A整流，使得整流电压V_A变为等于或高于共模电压V_CM。因此，比共模电压V_CM低的输入电压V_IN被转换成在共模电压V_CM的基础上的反相电压，如图4B所示(V_A＝V_CM+|V_SIG|)。

同样地，此时，整流器10的比较器17输出指示输入电压V_IN与共模电压V_CM之间的大小关系的信号D_OUT。在图4C中，信号D_OUT是一位数字信号。当V_IN≥V_CM时，比较器17输出高电平(HIGH)，并且当V_IN<V_CM时，输出低电平(LOW)。使用信号D_OUT进行的输入电压V_IN的恢复处理将在下文描述。

控制器20基于所输入的整流电压V_A来控制保持器30的保持电压V_C，以使其等于整流电压V_A。同样地，设定器40按照预定的时间间隔将保持器30的保持电压V_C设定成复位电压V_R。保持器30的保持电压V_C被输出作为输出电压V_OUT。

通过该操作，信号处理电路输出在图4D中指示的与整流电压V_A相关的输出电压V_OUT。在图4D中，虚线指示整流电压V_A，而实线指示输出电压V_OUT。在图4D中，复位电压V_R为共模电压V_CM。如上所述，复位电压V_R能够是等于或低于共模电压V_CM的任意电压。信号处理电路的输出电压V_OUT被输入到在流水线型A/D转换器内设置的下一级。

在此，控制器20、保持器30和设定器40在一个循环内的操作将在下文参照图5A和5B详细描述。单个循环是从将输入电压V_IN输入信号处理电路至输入下一输入电压V_IN。图5A是图4D的部分放大图，并且放大并指示从输入电压V_IN被输入时到下一输入电压V_IN被输入时的输出电压V_OUT(保持电压V_C)的改变。图5B指示在图5A的每个时刻的控制信号φ₁和φ₂的状态。

如图5A所示，从输入电压V_IN的输入到下一输入电压V_IN的输入的一个循环的时段包含放大阶段、保持阶段和复位阶段。放大阶段是从输入电压V_IN被输入时到输出电压V_OUT变为等于整流电压V_A时的时段。保持阶段是从输出电压V_OUT变为等于整流电压V_A时到输出电压V_OUT被设定为复位电压V_R(＝V_CM)时的时段。复位阶段是从输出电压V_OUT被设定为复位电压V_R时到下一输入电压V_IN被输入时的时段。

首先，将描述放大阶段。当输入电压V_IN被输入以信号处理电路时，整流器10生成整流电压V_A，并且整流电压V_A被输入到控制器20。如图5B所示，在放大阶段，控制信号φ₁为开启，而控制信号φ₂为关闭。也就是，控制器20的开关22闭合，而设定器40的开关42断开。

因此，控制器20将来自电流源21的电流I供应给电容元件31，并且控制保持电压V_C以使其等于整流电压V_A。当保持电压V_C变为等于整流电压V_A时，比较器23使控制信号φ₁关闭，并且使开关22断开。因此，在放大阶段，输出电压V_OUT从复位电压V_R增大至整流电压V_A。

然后，将描述保持阶段。控制信号φ₁和φ₂两者在保持阶段均关闭。也就是，控制器20的开关22和设定器40的开关42断开。因此，保持器30在放大阶段使保持电压V_C(＝V_A)保持受控。因此，整流电压V_A在保持阶段被作为输出电压V_OUT输出。

此外，还将描述复位阶段。控制信号φ₂在自输入电压V_IN被输入到信号处理电路起的预定时间之后变为开启。由于预定的时间被设定以使得控制信号φ₂在控制信号φ₁关闭之后开启，因而在保持阶段，控制信号φ₁关闭并且控制信号φ₂开启。也就是，控制器20的开关22断开，而设定器40的开关42闭合。因此，保持器30的保持电压V_C被设定成复位电压V_R。因此，复位电压V_R在复位阶段被作为输出电压V_OUT输出。

在从控制信号φ₂开启起的预定时间之后，控制信号φ₂关闭。控制信号φ₂关闭的时刻与下一输入电压V_IN被输入到信号处理电路的时刻同步。当控制信号φ₂关闭时，上述放大阶段再次开始。也就是，在放大阶段的起始时间点，保持电压V_C被设定成复位电压V_R。

通过重复上述循环，信号处理电路输出输出电压V_OUT，如图4D所示。此时，在信号处理电路中，电流被消耗以便将电容元件31从复位电压V_R充电至整流电压V_A。当假定复位电压V_R为共模电压V_CM时，电流源21的电流值为I，信号电压为V_SIG，并且放大阶段的时间为T_A，电容元件31的充电电压如下。

[公式1]

$V_{\mathrm{SIG}}=\frac{1}{C}{\&Integral;}_0^{T_A}\mathrm{Idt}$

当假定信号电压V_SIG的最大振幅为V_SIGMAX(＝max|V_SIG|)时，每个循环的最大电流消耗变为I＝max(C×(V_IN-V_CM))/T＝C×V_SIGMAX/T_A。

然而，图6所示的传统信号处理电路不包含本实施例的整流器10。因此，在图7A中指出的输入电压V_IN被输入到控制器20。输入电压V_IN的最小值变为V_CM-V_SIGMAX，并且输入电压V_IN的最大值变为V_CM+V_SIGMAX。在这样的信号处理电路中，设定器40的复位电压被设定为等于或低于V_CM-V_SIGMAX的电压V_B(V_B≤V_CM-V_SIGMAX)，如图7B所示。当复位电压V_B为V_CM-V_SIGMAX时，每个循环的最大电流消耗变为I＝max(C×(V_IN-V_B))/T_A＝2×C×V_SIGMAX/T_A。

如上所述，与传统信号处理电路相比，根据本实施例的信号处理电路降低了电容元件31充电/放电时的功耗。例如，最大的电流消耗近似为以上所述的传统信号处理电路的电流消耗的一半。因此，根据本实施例能够降低信号处理电路的功耗。同样地，由于能够减小比较器23的动态范围，根据本实施例的信号处理电路能够容易地应对根据制造过程的小型化的电压降低。

根据本实施例的信号处理电路可以包含采样器60，如图9所示。采样器60被设置于整流器10的输入侧，并且模拟信号被输入到采样器60。采样器60按照预定的采样间隔对模拟信号进行采样。由采样器60采样的模拟信号被作为输入电压V_IN输入到整流器10。

同样地，根据本实施例的信号处理电路可以包含恢复器70，如图10所示。恢复器70被设置于保持器30的输出侧，并且保持电压V_C由保持器30输入到恢复器70。数字信号D_OUT由整流器10输入到恢复器70。恢复器70基于数字信号D_OUT而使保持电压V_C恢复为输入电压V_IN。

例如，当由整流器10生成的整流电压V_A满足V_A＝V_CM+|V_SIG|时，恢复器70输出保持电压V_C作为输出电压V_OUT，在指示V_IN≥V_CM的数字信号D_OUT被输入时不恢复它(V_OUT＝V_CM+|V_SIG|)。另一方面，当指示V_IN<V_CM的数字信号D_OUT被输入到恢复器70时，恢复器70使保持电压V_C相对于共模电压V_CM而反相。然后，恢复器70输出反相电压，作为输出电压V_OUT(V_OUT＝V_CM-|V_SIG|)。因此，输入电压V_IN被恢复。

如图11所示，恢复器70能够包含用于使共模电压V_CM放大两倍的放大器71、用于从放大器71的输出中减去保持电压V_C的减法电路72，以及开关73和74。开关73和74受数字信号D_OUT控制。当指示V_IN≥V_CM的数字信号D_OUT(HIGH)被输入时，开关73闭合，并且当指示V_IN<V_CM的数字信号D_OUT(LOW)被输入时，开关74闭合。以这种配置，能够恢复输入电压V_IN。

同样地，根据本实施例的信号处理电路可以包含信号处理器80，如图12所示。信号处理器80被设置于整流器10的输入侧。信号处理器80对输入信号(电压)执行任意信号处理，例如，加法、减法、微分和积分，并且将被执行了该信号处理的电压输入到整流器10，作为输入电压V_IN。加法电路、减法电路、微分电路、积分电路等能够用作信号处理器80。

(第二实施例)

然后，根据第二实施例的信号处理电路将参照图13至15来描述。在此，图13是根据本实施例的信号处理电路的功能配置的框图。同样地，图14是根据本实施例的信号处理电路的示例性配置的电路图。如图13所示，根据本实施例的信号处理电路包含：用于分别根据输入电压V_INP和V_INM来生成整流电压V_AP和V_AM的差动整流器10A、用于保持任意电压的保持器30A和30B、用于分别基于整流电压V_AP和V_AM来控制由保持器30A和30B保持的保持电压V_CP和V_CM的控制器20A和20B、以及用于将保持电压V_CP和V_CM设定为预定电压的设定器40。

输入电压V_INP(第一输入电压)和输入电压V_INM(第二输入电压)被差动地(differentially)输入到差动整流器10A。输入电压V_INP和V_INM是其中反相信号电压V_SIG被叠加于共模电压V_CM上的信号(V_INP＝V_CM+V_SIG，V_INM＝V_CM-V_SIG)。共模电压V_CM是输入电压V_INP和V_INM的DC分量，而信号电压V_SIG是输入电压V_INP和V_INM的AC分量。例如，所采样的模拟信号(电压)能够作为输入电压V_INP和V_INM的例子。

差动整流器10A通过对输入电压V_INP整流来生成整流电压V_AP(第一整流电压)。同样地，差动整流器10A通过对输入电压V_INM整流来生成整流电压V_AM(第二整流电压)。更特别地，差动整流器10A不对输入电压V_INP和V_INM进行整流，而从输入电压V_INP和V_INM当中输出等于或高于共模电压V_CM的电压，作为整流电压V_AP。因此，差动整流器10A输出与共模电压V_CM相等的或比其高的整流电压V_AP。也就是，当V_SIG≥0时，整流电压V_AP满足V_AP＝V_INP＝V_CM+V_SIG，并且当V_SIG<0时，整流电压V_AP满足V_AP＝V_INM＝V_CM-V_SIG。因此，由差动整流器10A生成的整流电压V_AP是其中信号电压V_SIG的绝对值被添加到共模电压V_CM的电压(V_AP＝V_CM+|V_SIG|)。

类似地，差动整流器10A通过对输入电压V_INP和V_INM整流来生成等于或低于共模电压V_CM的整流电压V_AM。更特别地，差动整流器10A不对输入电压V_INP和V_INM进行整流，而从输入电压V_INP和V_INM当中输出等于或低于共模电压V_CM的电压，作为整流电压V_AM。因此，差动整流器10A输出等于或低于共模电压V_CM的整流电压V_AM。也就是，当V_SIG≥0时，整流电压V_AM满足V_AM＝V_INM＝V_CM-V_SIG，并且当V_SIG<0时，整流电压V_AM满足V_AM＝V_INP＝V_CM+V_SIG。因此，由差动整流器10A生成的整流电压V_AM是其中信号电压V_SIG的绝对值被从共模电压V_CM中减去的电压(V_AM＝V_CM-|V_SIG|)。

如图14所示，差动整流器10A包含输入端子11A和12A，开关15A、16A、18A和19A，以及比较器17A。输入电压V_INP从输入端子11A输入。输入电压V_INM从输入端子12A输入。

开关15A(第六开关)被设置于输入端子11A与控制器20A之间，并且使输入端子11A与控制器20A连接/断开。开关16A(第七开关)被设置于输入端子12A与控制器20A之间，并且使输入端子12A与控制器20A连接/断开。开关18A(第八开关)被设置于输入端子11A与控制器20B之间，并且使输入端子11A与控制器20B连接/断开。开关19A(第九开关)被设置于输入端子12B与控制器20B之间，并且使输入端子12B与控制器20B连接/断开。

比较器17A连接至输入端子11A和12A，并且输入电压V_INP和V_INM两者均被输入到比较器17A。比较器17A将输入电压V_INP的大小与输入电压V_INM的大小进行比较，并且基于比较结果来控制开关15A、16A、18A和19A的断开/闭合。

特别地，当输入电压V_INP等于或高于输入电压V_INM(V_INP≥V_INM)时，比较器17A使开关15A和19A闭合，并且使开关16A和18A断开。因此，由差动整流器10A输出的整流电压V_AP变为输入电压V_INP，并且整流电压V_AM变为输入电压V_INM(V_AP＝V_INP，V_AM＝V_INM)。同样地，当输入电压V_INP低于输入电压V_INM(V_INP<V_INM)时，比较器17A使开关15A和19A断开，并且使开关16A和18A闭合。因此，由差动整流器10A输出的整流电压V_AP变为输入电压V_INM，并且整流电压V_AM变为输入电压V_INP(V_AP＝V_INM，V_AM＝V_INP)。

比较器17A可以输出输入电压V_INP和V_INM之间的比较结果，也就是，输出指示输入电压V_INP和V_INM之间的大小关系的信号D_OUT。上述恢复器70连接至保持器30A和30B各自的输出侧，并且保持器30A和30B的每个均将信号D_OUT输入到所连接的恢复器70。因此，输入电压V_INP和V_INM能够分别根据保持电压V_CA和V_CB来恢复。

保持器30A(第一保持器)和保持器30B(第二保持器)是用于保持任意电压的单元。保持器30A和30B分别包含电容元件31A和30B，如图14所示。电容元件31A的低压侧连接至电容元件31B的高压侧，并且连接节点N被设定为共模电压V_CM。因此，电容元件31A能够保持在共模电压V_CM与电源电压V_DD之间的任意电压，并且电容元件31B能够保持在地电压与共模电压V_CM之间的任意电压。

电容元件31A的电源侧(输出侧)连接至控制器20A以及用于输出输出电压V_OUTP的输出端子50A(第一输出端子)。因此，由保持器30A保持的保持电压V_CA从输出端子50A输出。也就是，保持电压V_CA与输出电压V_OUTP一致(V_CA＝V_OUTP)。同样地，电容元件31B的接地侧(输出侧)连接至控制器20B以及用于输出输出电压V_OUTM的输出端子50B。因此，输出端子50B输出由保持器30B保持的保持电压V_CB(第二保持电压)。也就是，保持电压V_CB与输出电压V_OUTM一致(V_CB＝V_OUTM)

控制器20A(第一控制器)连接于差动整流器10A与保持器30A之间。整流电压V_AP从差动整流器10A输入到控制器20A。控制器20A基于整流电压V_AP来控制保持器30A，使得保持电压V_CA变为等于整流电压V_AP。控制器20A包含电流源21A、开关22A和比较器23A。

电流源21A(第一电流源)给保持器30A供应电流并且给保持器30A充电。开关22A(第十开关)被设置于电流源21A与保持器30A之间，并且使电流源21A与保持器30A连接/断开。比较器23A(第一比较器)将整流电压V_AP与保持电压V_CA比较，并且基于比较结果来控制开关22A的断开/闭合。也就是，控制器20A的配置类似于根据第一实施例的电流源类型的控制器20的配置。因此，控制器20A将整流电压V_AP与保持电压V_CA比较，并且当整流电压V_AP高于保持电压V_CA时，控制器20A给保持器30A充电。

控制器20B(第二控制器)连接于差动整流器10A与保持器30B之间。整流电压V_AM从差动整流器10A输入到控制器20B。控制器20B基于整流电压V_AM来控制保持器30B，使得保持电压V_CB变为等于整流电压V_AM。控制器20B包含电流源21B、开关22B及比较器23B。

电流源21B(第二电流源)从保持器30B中拉出电流，并且使保持器30B放电。开关22B(第十一开关)被设置于电流源21B与保持器30B之间，并且使电流源21B与保持器30B连接/断开。比较器23B(第二比较器)将整流电压V_AM与保持电压V_CB比较，并且基于比较结果来控制开关22B的断开/闭合。也就是，控制器20B的配置类似于根据第一实施例的电流拉出类型的控制器20的配置。因此，控制器20B将整流电压V_AM与保持电压V_CB比较，并且当整流电压V_AM低于保持电压V_CB时，控制器20B使保持器30A放电。

设定器40将保持器30A的保持电压V_CA以及保持器30B的保持电压V_CB设定成共模电压V_CM。设定器40包含电压源41以及开关42A和42B。电压源41供应共模电压V_CM。

开关42A(第十二开关)被设置于电压源41与电容元件31A的输出侧之间，并且使电压源41与电容元件31A连接/断开。当开关42A闭合时，电容元件31A的输出侧连接至电压源41，并且保持电压V_CA被设定成共模电压V_CM。另一方面，当开关42A断开时，电压源41被断开，并且保持电压V_CA受控制器20A控制，以使其等于整流电压V_AP。

开关42B(第十三开关)被设置于电压源41与电容元件31B之间，并且使电压源41与电容元件31B连接/断开。当开关42B闭合时，电容元件31B的输出侧连接至电压源41，并且保持电压V_CB被设定成共模电压V_CM。另一方面，当开关42B断开时，电压源41被断开，并且保持电压V_CB受控制器20B控制，以使其等于整流电压V_AM。开关42A和42B的断开/闭合受同一控制信号φ₂控制。因此，开关42A的断开/闭合与开关42B的断开/闭合同步。

根据本实施例，通过其中信号处理电路差动地进行输入及输出的配置，能够降低包含于输入电压V_INP和V_INM内的共模电压V_CM的变化以及电源噪声的影响等。同样地，由于差动整流器10A能够包含比较器17A以及四个开关，因而能够简化信号处理电路的配置，并且能够减小电路尺寸。同时，能够降低为了对输入电压V_INP和V_INM整流所需的功耗。

设定器40能够包含使电容元件31A的输出侧与电容元件31B的输出侧连接/断开的开关42C(第十四开关)，如图15所示。当开关42C闭合时，电容元件31A和31B短路。因此，作为节点N的电压的共模电压V_CM被作为输出电压V_OUTP和V_OUTM输出。通过该配置，能够简化设定器40，并且能够进一步减小电路尺寸。

(第三实施例)

然后，根据第三实施例的信号处理电路将参照图16来描述。在此，图16是根据本实施例的信号处理电路的示例性配置的电路图。如图16所示，根据本实施例的信号处理电路包含差动整流器10A、控制器20A和20B、保持器30A和30B、以及设定器40。差动整流器10A、保持器30A和30B及设定器40的配置类似于第二实施例的那些配置。

在本实施例中，控制器20A和20B包含共用的二次电池21C，来代替在第二实施例中的电流源21A和21B。也就是，控制器20A包含二次电池21C、开关22A及比较器23A，并且控制器20B包含二次电池21C、开关22B及比较器23B。例如，被充电到预定电压的电容元件能够用作二次电池21C。

在本实施例中，当开关22A和22B闭合时，由电容元件31B释放的电流经由二次电池21C给电容元件31A充电。因此，根据本实施例的信号处理电路能够实现与第二实施例的操作类似的操作。

通过该配置，能够简化控制器20A和20B的配置，并且能够减小电路尺寸。同样地，由于控制器20A和20B的电流源并不是必要的，因而能够降低功率。

根据上述每一种实施例的信号处理电路能够被应用于流水线型A/D转换器以及逐次比较型(successive comparison)A/D转换器。在这种情况下，优选的是所采样的单相输入模拟信号被输入到根据第一实施例的信号处理电路，作为输入电压V_IN。同样地，优选的是所采样的差动输入模拟信号被输入到根据第二及第三实施例的信号处理电路，作为各个输入电压V_INP和V_INM。A/D转换器的功耗能够通过具有根据以上所描述的实施例的信号处理电路来降低。同样地，能够减小电路尺寸，并且能够使A/D转换器能够小型化。

虽然已经描述了某些实施例，但是这些实施例仅作为示例而给出，而并非旨在限定本发明的范围。确实，本文所描述的新方法和系统可以按照各种其他形式来实现；而且，在不脱离本发明的精神的情况下，可以对本文所描述的方法和系统的形式进行各种删除、替换和改变。所附的权利要求以及它们的等效形式意指覆盖属于本发明的范围和精神之内的此类形式或修改。

Claims (23)

1.一种信号处理电路，包含：

用于通过对其中信号电压被叠加于共模电压上的输入电压整流来生成整流电压的整流器；

用于保持电压的保持器；

用于控制所述保持器以便根据由所述整流器生成的所述整流电压来保持电压的控制器；以及

用于按照预定的时间间隔将由所述保持器保持的所述电压设定为预定电压的设定器。

2.根据权利要求1所述的电路，其中

所述整流器生成其中所述信号电压的绝对值被添加到所述共模电压的电压、或者其中所述信号电压的所述绝对值被从所述共模电压中减去的电压，作为所述整流电压。

3.根据权利要求1所述的电路，其中

所述整流器包含：

所述输入电压被输入其中的输入端子；

用于放大所述共模电压的放大器；

用于从由所述放大器放大了的所述共模电压中减去所述输入电压的减法电路；

用于在所述输入端子与所述控制器之间进行连接和断开的第一开关；

用于在所述减法电路与所述控制器之间进行连接和断开的第二开关；以及

用于基于所述输入电压与所述共模电压之间的比较结果来控制所述第一开关及第二开关的比较器。

4.根据权利要求1所述的电路，其中

所述整流器生成用于指示所述输入电压与所述共模电压之间的比较结果的信号。

5.根据权利要求4所述的电路，还包括：

用于基于由所述整流器生成的所述信号来根据输出电压恢复所述输入电压的恢复器。

6.根据权利要求1所述的电路，其中

所述保持器包含电容元件。

7.根据权利要求1所述的电路，其中

所述设定器包含用于供应预定电压的电压源；以及

用于在所述电压源与所述保持器之间进行连接和断开的第三开关。

8.根据权利要求1所述的电路，还包括：

用于采样模拟信号的采样器，其中

由所述采样器采样到的电压被输入到所述整流器，作为所述输入电压。

9.根据权利要求1所述的电路，还包括：

用于对所述输入电压执行预定的信号处理的信号处理器，其中

由所述信号处理器执行了所述预定的信号处理的电压被输入到所述整流器，作为所述输入电压。

10.根据权利要求1所述的电路，其中

所述控制器将所述整流电压与由所述保持器保持的所述电压进行比较，并且在所述整流电压高于由所述保持器保持的所述电压时，增大由所述保持器保持的所述电压。

11.根据权利要求10所述的电路，其中

所述控制器包含：

用于给所述保持器充电的电流源；

用于在所述电流源与所述保持器之间进行连接和断开的第四开关；以及

用于基于所述整流电压与由所述保持器保持的所述电压之间的比较结果来控制所述第四开关的比较器。

12.根据权利要求1所述的电路，其中

所述控制器将所述整流电压与由所述保持器保持的所述电压进行比较，并且当所述整流电压低于由所述保持器保持的所述电压时，降低由所述保持器保持的所述电压。

13.根据权利要求12所述的电路，其中

所述控制器包含：

用于给所述保持器放电的电流源；

用于在所述电流源与所述保持器之间进行连接和断开的第五开关；以及

用于基于所述整流电压与由所述保持器保持的所述电压之间的比较结果来控制所述第五开关的比较器。

14.一种信号处理电路，包含：

用于通过对其中信号电压被叠加于共模电压上的第一输入电压及第二输入电压整流来生成第一整流电压及第二整流电压的差动整流器；

用于保持电压的第一保持器；

用于控制所述第一保持器以便根据由所述差动整流器生成的所述第一整流电压来保持电压的第一控制器；

用于保持电压的第二保持器；

用于控制所述第二保持器以便根据由所述差动整流器生成的所述第二整流电压来保持电压的第二控制器；以及

用于按照预定的时间间隔将由所述第一保持器及第二保持器保持的所述电压设定为预定电压的设定器。

15.根据权利要求14所述的电路，其中

所述差动整流器生成其中所述信号电压的绝对值被添加到所述共模电压的电压，作为所述第一整流电压，并且生成其中所述信号电压的所述绝对值被从所述共模电压中减去的电压，作为所述第二整流电压。

16.根据权利要求14所述的电路，其中

所述差动整流器包含：

所述第一输入电压被输入其中的第一输入端子；

所述第二输入电压被输入其中的第二输入端子；

用于在所述第一输入端子与所述第一控制器之间进行连接和断开的第六开关；

用于在所述第二输入端子与所述第一控制器之间进行连接和断开的第七开关；

用于在所述第一输入端子与所述第二控制器之间进行连接和断开的第八开关；

用于在所述第二输入端子与所述第二控制器之间进行连接和断开的第九开关；以及

用于基于所述第一输入电压与所述第二输入电压之间的比较结果来控制第六开关、第七开关、第八开关及第九开关的比较器。

17.根据权利要求14所述的电路，其中

所述第一控制器将所述第一整流电压与由所述第一保持器保持的所述电压进行比较，并且在所述第一整流电压高于由所述第一保持器保持的所述电压时给所述第一保持器充电，并且

所述第二控制器将所述第二整流电压与由所述第二保持器保持的所述电压进行比较，并且在所述第二整流电压低于由所述第二保持器保持的所述电压时给所述第二保持器放电。

18.根据权利要求14所述的电路，其中

所述第一控制器包含：

用于给所述第一保持器充电的第一电流源；

用于在所述第一电流源与所述第一保持器之间进行连接和断开的第十开关；以及

用于基于所述第一整流电压与由所述第一保持器保持的所述电压之间的比较结果来控制所述第十开关的第一比较器，并且

所述第二控制器包含：

用于给所述第二保持器放电的第二电流源；

用于在所述第二电流源与所述第二保持器之间进行连接和断开的第十一开关；以及

用于基于所述第二整流电压与由所述第二保持器保持的所述电压之间的比较结果来控制所述第十一开关的第二比较器。

19.根据权利要求18所述的电路，其中

所述第一电流源及第二电流源共用二次电池。

20.根据权利要求14所述的电路，其中

所述设定器包含：

用于供应预定电压的电压源；

用于在所述电压源与所述第一保持器之间进行连接和断开的第十二开关；以及

用于在所述电压源与所述第二保持器之间进行连接和断开的第十三开关。

21.根据权利要求14所述的电路，其中

所述设定器将由所述第一保持器及第二保持器保持的电压设定为所述共模电压。

22.根据权利要求14所述的电路，其中

所述设定器包含用于在所述第一保持器与所述第二保持器之间进行连接和断开的第十四开关。

23.一种A/D转换器，包含：

根据权利要求1所述的电路。