CN106067818B

CN106067818B - 带高温漏电补偿的积分型模数转换电路及方法

Info

Publication number: CN106067818B
Application number: CN201610552678.XA
Authority: CN
Inventors: 王波
Original assignee: Zhejiang Johar Technology Co ltd
Current assignee: Zhejiang Johar Technology Co ltd
Priority date: 2016-07-11
Filing date: 2016-07-11
Publication date: 2023-04-25
Anticipated expiration: 2036-07-11
Also published as: CN106067818A

Abstract

本发明涉及电路领域，特别涉及一种带高温漏电补偿的积分型模数转换电路及方法。本发明公开了一种带高温漏电补偿的积分型模数转换电路，包括两个积分电容C1、C2和开关S0、S1、S2、S5、S6、S7，组成的两个积分电路，第一个积分电路能有效收集电路在进行积分过程中的漏电信息，并在第二个积分电路中进行补偿，从而实现开关漏电抵消。本发明还公开了一种带高温漏电补偿的积分型模数转换方法。本发明电路结构简单，易于实现，有效减小开关漏电造成的转换误差(非线性误差)，保证了其在中高温高漏电条件或低开关控制电压下的性能。

Description

带高温漏电补偿的积分型模数转换电路及方法

技术领域

本发明属于电路领域，具体地涉及一种带高温漏电补偿的积分型模数转换电路及方法。

背景技术

模数转换电路，就是把模拟信号转换成数字信号的电路。模数转换电路主要有积分型、逐次逼近型、并行比较型/串并行型、Σ-Δ调制型、电容阵列逐次比较型及压频变换型。积分型模数转换电路由于用简单电路就能获得高分辨率，且功耗低，特别适用于需要低功耗的场合，如无源RFID或NFC标签上的传感器信号的模数转换，然而，对于传统的积分型转换电路，如图1(a)和图1（b）所示，其受MOS管漏电影响严重，单独的积分电路无法保证其在高温下（根据不同工艺，125℃时可达几十匹安至纳安量级的漏电）的工作性能，如图1(a)和图1（b）所示，其充电电流为I₀-I_leak，放电电流为I_ref-I_leak，漏电造成转换误差ΔT，如图1（c），同时MOS管漏电受工艺偏差与MOS管偏置状况影响，其直接增大转换的非线性以及片与片之间的工艺偏差，且该偏差无法单点校准，因此，传统积分型模数转换电路无法保证其在中高温条件下的性能。

发明内容

本发明目的在于为解决上述问题而提供一种电路结构简单，易于实现，能减小开关漏电造成的转换误差的积分型模数转换电路及方法。

为此，本发明公开了一种带高温漏电补偿的积分型转换方法，包括如下步骤

A1，利用一信号电流I₀对第一积分电容进行充电，充电时间为一固定时间Tr，同时采用第二积分电容收集第一积分电容充电过程中控制开关存在的漏电；

A2，利用基准电流I_ref对第一积分电容进行放电至一固定电压V₀，同时采用第二积分电容收集第一积分电容放电过程中控制开关存在的漏电；

A3，利用信号电流I₀对第二积分电容进行充电，充电时间为固定时间Tr，在充电同时，使其存在漏电，大小与步骤A1的漏电大小相同或基本相同；

A4，利用基准电流I_ref对第二积分电容进行放电至固定电压V₀，在放电同时，使其存在漏电，大小与步骤A2的漏电大小相同或基本相同，该放电时长即为转换结果。

本发明还公开了一种带高温漏电补偿的积分型模数转换电路，包括两个积分电容C1、C2和转换开关S0、S1、S2、S5、S6、S7，所述转换开关S0的第一端依次串联转换开关S1、S5和S7接地，同时依次串联转换开关S2、S6和S7接地，所述转换开关S0的第二端电源VDD，所述转换开关S0和电源VDD之间接入信号电流I₀，在转换开关S7和地之间接入基准电流I_ref，所述积分电容C1接在转换开关S1和S5之间的节点与地之间，所述积分电容C2接在转换开关S2和S6之间的节点与地之间，所述转换开关S1、S2、S5和S6的漏电大小相同或基本相同，所述转换开关S0、S1、S2、S5、S6和S7的控制端与控制器连接，所述控制器首先控制转换开关S0、S1、S6导通一固定时间Tr，其它转换开关断开对积分电容C1进行充电，接着控制转换开关S2、S5、S7导通，其它转换开关断开对积分电容C1进行放电至一固定电压V₀，然后控制转换开关S0、S2、S5导通固定时间Tr，其它转换开关断开对积分电容C2进行充电，最后控制转换开关S1、S6、S7导通，其它转换开关断开对积分电容C2进行放电至固定电压V₀。

进一步的，所述转换开关S0为CMOS传输门或MOS管，所述转换开关S7为CMOS传输门或MOS管。

进一步的，所述转换开关S1、S2、S5和S6均为CMOS传输门或MOS管。

进一步的，所述转换开关S1、S2、S5和S6为相同规格的CMOS传输门或MOS管。

本发明的有益技术效果：

本发明在传统积分型转换电路基础上做了漏电优化，且电路读取采用全比例形式。同时，为了减小控制开关漏电造成的转换误差，用一个额外电容存储由于模数转换器(DAC，用传输门实现)的漏电造成的另一路积分电容的信号损失，保证了电路在中高温高漏电条件下的性能，且电路结构简单，易于实现。

附图说明

图1a为传统积分型转换电路与其充电时漏电影响示意图；

图1b为传统积分型转换电路与其放电时漏电影响示意图；

图1c为传统积分型转换电路的漏电造成转换误差示意图；

图2a为本发明实施例的电路及电容C1充电时的漏电示意图；

图2b为本发明实施例的电路及电容C1放电时的漏电示意图；

图2c为本发明实施例的电路及电容C2充电时的漏电示意图；

图2d为本发明实施例的电路及电容C2放电时的漏电示意图；

图3为本发明实施例的漏电补偿示意图。

具体实施方式

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

一种带高温漏电补偿的积分型模数转换方法，包括如下步骤：

A1，利用一信号电流I₀对第一积分电容进行充电，充电时间为一固定时间Tr，同时采用第二积分电容收集第一积分电容充电过程中控制开关存在的漏电。

具体的，首先将第一积分电容和第二积分电容重置一固定电压V₀，然后利用一信号电流I₀对第一积分电容进行充电，充电时间为一固定时间Tr，同时采用第二积分电容收集第一积分电容充电过程中控制开关存在的漏电。

A2，利用基准电流I_ref对第一积分电容进行放电至固定电压V₀，同时采用第二积分电容收集第一积分电容放电过程中控制开关存在的漏电。

A3，利用信号电流I₀对第二积分电容进行充电，充电时间为固定时间Tr，在充电同时，其存在漏电，大小与步骤A1的漏电大小相同或基本相同。

A4，利用基准电流I_ref对第二积分电容进行放电至固定电压V₀，在放电同时，其存在漏电，大小与步骤A2的漏电大小相同或基本相同，该放电时长即为转换结果。该转换方法可将该转换结果（放电时长）通过进一步转换成可以被后续电路读取或处理的方式，例如用一固定频率时钟对时长进行计数。

如图2a-2d所示，本发明还公开了一种带高温漏电补偿的积分型模数转换电路，包括两个积分电容C1、C2和转换开关S0、S1、S2、S5、S6、S7，所述转换开关S0的第一端依次串联转换开关S1、S5和S7接地，同时依次串联转换开关S2、S6和S7接地，所述转换开关S0的第二端接电源VDD，所述转换开关S0和电源VDD之间接入信号电流I₀，在转换开关S7和地之间接入基准电流I_ref，所述积分电容C1接在转换开关S1和S5之间的节点与地之间，所述积分电容C2接在转换开关S2和S6之间的节点与地之间，所述转换开关S1、S2、S5和S6的漏电大小相同或基本相同，所述转换开关S0、S1、S2、S5、S6和S7的控制端与控制器（图中未示出）连接，所述控制器首先控制转换开关S0、S1、S6导通一固定时间Tr，其它转换开关断开对积分电容C1进行充电，如图2（a）所示，接着控制转换开关S2、S5、S7导通，其它转换开关断开对积分电容C1进行放电至一固定电压V₀，如图2（b）所示，然后控制转换开关S0、S2、S5导通固定时间Tr，其它转换开关断开对积分电容C2进行充电，图2（c）所示，最后控制转换开关S1、S6、S7导通，其它转换开关断开对积分电容C2进行放电至固定电压V₀，图2（d）所示。

本具体实施例中，转换开关S0、S1、S2、S5、S6和S7均为CMOS传输门，且优选为相同规格的，以保证漏电大小尽量相同。当然，在其它实施例中，转换开关S0、S1、S2、S5、S6和S7也可以均为MOS管，或转换开关S0、S1、S2、S5、S6和S7有的是CMOS传输门，有的是MOS管，只要使转换开关S1、S2、S5和S6的漏电大小相同或基本相同就可以。

工作过程：电路工作之初，积分电容C1、C2被重置到固定电压V₀；然后CMOS传输门S0、S1闭合，信号电流I₀对积分电容C1充电固定时间Tr，CMOS传输门S6闭合，积分电容C2收集CMOS传输门S2、S5的漏电I_leak1和I_leak2，由于CMOS传输门S2、S5的漏电效应，积分电容C1并非在理想条件下充电，在固定时间Tr内，C1的充电电压较理想情况小ΔV1（ΔV1=i₁₁*Tr，i₁₁=I_leak1+I_leak2），如图3所示（图中实线为理想充放电情况，虚线为本实施例充放电的实际情况）；接着CMOS传输门S5、S7闭合，基准电流I_ref对积分电容C1放电至固定电压V₀，CMOS传输门S5闭合，积分电容C2收集CMOS传输门S1、S6的漏电I_leak3和I_leak4，由于CMOS传输门S1、S6的漏电效应，积分电容C1并非在理想条件下放电，其放电电流为I_ref+i₁₂，i₁₂=I_leak3+I_leak4，因此其放电时间T₁比理想放电时间T₀小，存在转换误差。在积分电容C1充放电时的漏电效应被积分电容C2收集，并产生一误差电压ΔV1+ΔV2=（i₁₁*Tr+i₁₂*T1）/C2；在对积分电容C2进行充电Tr时间后，由于CMOS传输门S1、S6的漏电效应，积分电容C2并非在理想条件下充电，其充电电流为I₀+i₁₃，i₁₃=I_leak5+I_leak6，如图2(c)所示，其中，i₁₃等于或约等于i₁₁，所以积分电容C2上的电压为V2=V_ideal+ΔV2（V_ideal=I₀*Tr），如图3所示，在积分电容C2放电阶段，由于CMOS传输门S2、S5的漏电效应，积分电容C2并非在理想条件下放电，其放电电流为I_ref+i₁₄，i₁₄=I_leak7+I_leak8，如图2(d)所示，其中，i₁₄等于或约等于i₁₂，所以，积分电容C2放电到固定电压V₀的时间为T2=(V_ideal+ΔV2)/(I_ref+i₁₂)≈V_ideal/I_ref*(1+ΔV2/V_ideal-i₁₂/I_ref)；由于ΔV2/V_ideal=i₁₂/I_ref，T2≈T0，其中T0为在理想条件下的放电时间，即沟道漏电影响得以消除，如图3所示。对于MOS管，在低漏极偏置情况下，沟道漏电为主要漏电来源。衬底漏电成为该转换电路的主要漏电造成的误差，其在低电压偏置情况下较小。

后续将积分电容C2的放电信号转换为PW脉宽信号，其脉冲上升沿为在积分电容C2充电固定时间Tr后触发，其脉冲下降沿为当该电容放电到固定电压V₀后触发，其脉宽即为该电容的放电时间，用计数器度量该脉宽后，即可输出数字信号，完成模数转换。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims

1.带高温漏电补偿的积分型模数转换方法，其特征在于：包括如下步骤

2.带高温漏电补偿的积分型模数转换电路，其特征在于：包括两个积分电容C1、C2和转换开关S0、S1、S2、S5、S6、S7，所述转换开关S0的第一端依次串联转换开关S1、S5和S7接地，同时依次串联转换开关S2、S6和S7接地，所述转换开关S0的第二端接电源VDD，所述转换开关S0和电源VDD之间接入信号电流I₀，在转换开关S7和地之间接入基准电流I_ref，所述积分电容C1接在转换开关S1和S5之间的节点与地之间，所述积分电容C2接在转换开关S2和S6之间的节点与地之间，所述转换开关S1、S2、S5和S6的漏电大小相同或基本相同，所述转换开关S0、S1、S2、S5、S6和S7的控制端与控制器连接，所述控制器首先控制转换开关S0、S1、S6导通一固定时间Tr，其它转换开关断开对积分电容C1进行充电，接着控制转换开关S2、S5、S7导通，其它转换开关断开对积分电容C1进行放电至一固定电压V₀，然后控制转换开关S0、S2、S5导通固定时间Tr，其它转换开关断开对积分电容C2进行充电，最后控制转换开关S1、S6、S7导通，其它转换开关断开对积分电容C2进行放电至固定电压V₀。

3.根据权利要求2所述的带高温漏电补偿的积分型模数转换电路，其特征在于：所述转换开关S0为CMOS传输门或MOS管，所述转换开关S7为CMOS传输门或MOS管。

4.根据权利要求2所述的带高温漏电补偿的积分型模数转换电路，其特征在于：所述转换开关S1、S2、S5和S6均为CMOS传输门或MOS管。

5.根据权利要求4所述的带高温漏电补偿的积分型模数转换电路，其特征在于：所述转换开关S1、S2、S5和S6为相同规格的CMOS传输门或MOS管。