CN1653695A - 高精度模拟/数字转换器 - Google Patents

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Abstract

一种模拟/数字转换器(ADC)包括一交叉开关数组其耦合于一输入开关数组与一积分器之间。该积分器被建构来交替地将电荷从一第一输入电容器及一第二输入电容器传送至一第一积分电容器与一第二积分电容器，借以改善因电容器失配(mismatch)所致之线性问题。该交叉开关数组亦被建构成用来在一第一电荷传送时间区段期间，将电荷从第一输入电容器传送至第一积分电容器及从第二输入电容器传送至第二积分电容器；以及用来在一第二电荷传送时间区段期间将电荷从第一输入电容器传送至第二积分电容器及从第二输入电容器传送至第一积分电容器。此外还提供一种包括本发明ADC之感测系统；及多种将电荷传送至一ADC中的方法。

Description

高精度模拟/数字转换器
技术领域
本发明关于模拟/数字转换器，及更特定地是关于一种高精度模拟/数字转换器(ADC)，其可弥补在一开关式电容器ADC中因电容器失配所造成的错误。
背景技术
模拟/数字转换器(ADC)可将模拟输入信号转换成数字信号。此类ADC被使用在许多应用设备上，例如视频、音频及信号感测应用设备。一种ADC为σ-δ转换器(sigma-deltaconverter)，其运用过度取样(over-sampling)技术。此ADC大体上包括一模拟调变器部分及数字滤波与十进制部分。此模拟调变器部分主要是将一模拟输入信号在一非常高的取样率，即大于尼奎斯特(Nyquist)率的取样率下加以数字化，用以实现一噪声整型功能。然后，该数字滤波部分允许该ADC达到一高分辨率。之后，十进制被用来将有效取样率降回至尼奎斯特率。
该模拟调变器部分可大体上包括一前馈式路径，其具有一加总电路，一滤波器，及一单一位A/D转换器。一后馈式路径可进一步包括一单一位数字/模拟转换器(DAC)，其耦合至该单一位A/D转换器的输出及该加总电路，用以提供一负反馈信号给该加总电路。除了接收来自于该DAC的反馈信号之外，该加总电路亦接收一转换用的输入模拟信号。
在一具有一对用来接收一输入模拟信号的输入端的开关式电容器ADC中，一输入开关数组被提供，该输入开关数组包括一对被耦合至相关的输入端的输入电容器。此外，一具有一对积分电容器的积分器可如该滤波器般地作用。该积分器可进一步被耦合至一比较器，其如该A/D转换器般地作用。
理想下，该对输入电容器彼此相匹配且该对积分电容器彼此相匹配。然而，某些电容器失配通常是无法避免的，因而造成失配增益(misma teched gain)及偏位(offset)。当要求高精度ADC时，这样会造成不期望的非线性及偏位问题。
因此，需要一种可克服上述缺点，并可让ADC在有电容器失配情形下仍具有较佳精确度性能的设备及方法。
发明内容
依据本发明提供一种ADC，其包括：一输入开关数组，其具有一第一输出及一第一输入，及一第一输入电容器，其耦合至该第一输入与该第一输出之间；该输入开关数组也具有一第二输出及一第二输入，及一第二输入电容器，其耦合至该第二输入与该第二输出之间；一积分器，其具有一第一积分器输出及一第一积分器输入及一第一积分器电容器，其耦合至该第一积分器输入与该第一积分器输出之间，该积分器亦具有一第二积分器输出及一第二积分器输入及一第二积分器电容器，其耦合至该第二积分器输入与该第二积分器输出之间；及一交叉开关数组，其耦合至该输入开关数组与该积分器之间，且被建构成可交替地将电荷从第一输入电容器及第二输入电容器传送至第一积分电容器及第二积分电容器。
依据本发明的一ADC亦包括一交叉开关数组，其被建构来在一第一电荷传送时间区段期间将电荷从第一输入电容器传送至第一积分电容器及从第二输入电容器传送至第二积分电容器，且其中该交叉开关数组进一步被建构成在一第二电荷传送时间区段期间将电荷从第一输入电容器传送至第二积分电容器及从第二输入电容器传送至第一积分电容器。
在另一实施例中，依据本发明的一种ADC亦包括：一模拟调变器，其被建构成用来接收一模拟输入信号及输出一经过取样的信号，其为该模拟输入信号的代表；及一数字滤波器，其被建构成用来接收该经过取样的信号及输出一数字信号其为该模拟输入信号的代表，其中该模拟调变器包括：一前馈式路径，其被建构成用来接收该模拟输入信号并将该经过取样的信号提供至该数字滤波器；及一反馈路径其具有一数字/模拟转换器(DAC)，其被建构成用来接收该经过取样的信号并将该经过取样的信号转换为一反馈模拟信号，其中该DAC包括：一参考端，其被建构成用来接收一参考信号；及一第一导电路径其耦合至该参考端及一第一节点，其中该第一导电路径包括：一第一参考电容器及多个开关，其中该第一导电路径的多个开关响应多个相关控制信号，用以在一第一时间区段期间在该第一节点产生一正参考信号，及在一第二时间区段期间在该第一节点产生一负参考信号。
依据本发明的一应用在一模拟/数字转换器中的模拟调变器包括：一对输入电容器，其包括一第一输入电容器及一第二输入电容器；一对积分电容器，其包括一第一积分电容器及一第二积分电容器；及一交叉开关数组，其耦合至该对输入电容器与该对积分电容器之间，且被建构成用来至一电荷传送时间区段期间交叉地将该对输入电容器耦合至该对积分电容器。
依据本发明的一DAC包括：一参考端，其被建构成用来接收一参考信号；及一第一导电路径，其耦合至该参考端及一第一节点，其中该第一导电路径包括：一第一参考电容器及多个开关，其中该第一导电路径的多个开关响应多个相应的控制信号，用以在一第一时间区段期间在该第一节点产生一正参考信号，及、在一第二时间区段期间在该第一节点产生一负参考信号。
在另一实施例中，依据本发明的一ADC包括：一积分器，其具有一积分器输入及一积分器输出；一比较器，其具有一耦合至该积分器输出的比较器输入，其中该比较器被建构成用来在一第一比较时间期间及一第二非重迭的比较时间期间输出数字数据样本；及一反馈切换电路，其被建构成用来接收一参考源及该数字数据样本，并提供一反馈信号给该积分器，其中来自于该参考源的噪声藉由一发生在第一比较时间区段之后、在第二比较时间区段之前的第一电荷传送时间区段及第二非重迭的电荷传送时间区段来将其消除。
依据本发明的一感测系统包括：一电源，其具有一电力特性；一传感器，其被建构成用来感测该电力特性并提供代表该电力特性的一第一模拟信号及一第二模拟信号；及一ADC，其被建构成用来接收该第一及第二模拟信号并提供代表该第一及第二模拟信号的一数字信号，其中该ADC包括：一输入开关数组，其具有一第一输出及一第一输入及一耦合至该第一输入与该第一输出之间的第一输入电容器，该输入开关数组亦具有一第二输出及一第二输入及一耦合至该第二输入与该第二输出之间的第二输入电容器，其中该第一输入被建构成用来接收该第一模拟信号，且该第二输入被建构成用来接收该第二模拟信号；一积分器，其具有一第一积分器输出，一第一积分器输入及一耦合至该第一积分器输入与该第一积分器输出之间的第一积分电容器；该积分器亦具有一第二积分器输出、一第二积分器输入及一耦合至该第二积分器输入与该第二积分器输出之间的第二积分电容器；及一交叉开关数组，其耦合至该输入开关数组与该积分器之间，且被建构成用来交替地将电荷从该第一输入电容器及第二输入电容器传送至该第一积分电容器及该第二积分电容器。
依据本发明的一种将模拟/数字转换器中的电荷从一第一输入电容器及一第二输入电容器传送至一第一积分电容器及一第二积分电容器的方法包括以下的步骤：在一第一电荷传送时间区段期间将电荷从第一输入电容器传送至第一积分电容器，及从第二输入电容器传送至第二积分电容器；及在一第二电荷传送时间区段期间将电荷从第一输入电容器传送至第二积分电容器，及从第二输入电容器传送至第一积分电容器。
依据本发明的一种将一输入模拟信号转换为数字输出样本的方法包括以下的步骤：在一第一及第三非重迭的时间区段期间用该输入模拟信号来对一第一输入电容器及一第二输入电容器充电；及在一第二及第四非重迭的时间区段期间将电荷交替地从该第一输入电容器及第二输入电容传送至一第一积分电容器及一第二积分电容器。
依据本发明之一种将ADC内的电荷取样并传送的方法包含以下的步骤：提供一第一模拟信号给该ADC的一第一输入端及提供一第二模拟信号给该ADC的一第二输入端；在一第一取样时间区段期间在一第一输入电容器处对该第一模拟信号取样，及在该第一取样时间区段期间于一第二输入电容器处对该第二模拟信号取样；在一第一电荷传送时间区段期间，将被该第一输入电容器取样的电荷传送至一第一积分电容器，及将被该第二输入电容器取样的电荷传送至一第二积分电容器；在一第二取样时间区段期间在该第一输入电容器处对该第二模拟信号取样，及在第二输入电容器处对该第一模拟信号取样；及在一第二电荷传送时间区段期间，将被该第一输入电容器取样的电荷传送至该第二积分电容器，及将被该第二输入电容器取样的电荷传送至该第一积分电容器。
最后，依据本发明的一种应用在一DAC中用来降低来自一参考信号源的噪声影响的方法，其中该DAC被耦合至一ADC的反馈路径，该方法包括以下的步骤：在一第一及第三非重迭时间区段期间，用该参考信号对该DAC的一第一参考电容器及一第二参考电容器充电；在一第二及第四非重迭的时间区段期间，将电荷交替地从第一参考电容器及第二参考电容器传送至一第一积分电容器及一第二积分电容器；及在一第五时间区段中将被传送的电荷与一参考电荷相比较，其中该第三时间区段是在第二时间区段之后发生，及该第五时间区段是在第四时间区段之后发生的。
附图说明
为了要更好地了解本发明的其它目的、特征及优点，应参考附图来阅读以下的具体实施方式，其中相同的标号代表相同的组件：
图1所示为本发明的一ADC的典型应用的方块图；
图2所示为一方块图，其示出本发明的一具有一模拟调变器及一数字滤波部分的ADC；
图3A所示为本发明的一ADC的模拟调变器部分的电路图；及
图3B所示为图3A的一时序图。
具体实施方式
参考图1，一依据本发明的包括一感测电阻102及一ADC108的典型感测系统100被示出。本领域技术人员可了解到依据本发明的ADC108可应用在多种用来接收多种输入模拟信号(如电压或电流信号)的系统及感测系统中。在图1的典型系统100中，一电流传感器，如感测电阻102，与一电源串联，该电源如可再充电电池106(如锂电池、镍镉电池或镍氢电池)。感测电阻102可藉由提供一对输入模拟信号至该ADC108的输入端107、109而被用来感测来自电池106的充电电流及放电电流。
来自电池106的充电及放电电流是藉由测量该感测电阻102的电压而被间接地感测，因为充电或放电电流值等于端110与112的被测得的电压值除以该感测电阻102的电阻值。为了要减少感测电阻102所浪费掉的电力，许多应用使用了一感测电阻，其具有一小预定值，例如大约10mΩ。因此，该感测电阻102输入到该ADC108的电压也相当地小，例如大约20mV。因此，需要一依据本发明的高精度ADC108来接收及精确地转换此很小的模拟输入信号成为一数字信号。
此外，一依据本发明的ADC108亦可具有检测此类比地极稍高或稍低的低压模拟信号。这是因为负电池端111典型地为系统的地极使得当对电池106充电时，该充电电流以一从端110向端112的方向流动，如图1所示。因此，在此例中，感测电阻102的电压为正，如V＝(Vsense+)-(Vsense-)，其中(Vsense+)＞(Vsense-)。相反地，充电电流以反方向流动使得感测电阻102的电压为负，如V＝(Vsense+)-(Vsense-)，其中(Vsense+)＜(Vsense-)。
参考图2，一典型ADC208的方块图被示出。该典型ADC 208为一σ-δ过度取样(over-sampling)ADC，其包括一模拟调变器部分202及一数字滤波器部分204。通常，该模拟调变器部分202接收一输入模拟信号，并提供一高频1位数据流给该数字滤波器部分204。该输入模拟信号可以是任何种类的模拟信号，如电流或电压信号。例如，在一例子中，该模拟信号可以是一电压信号，如取自图1的感测电阻102电压的电压信号。
该模拟调变器部分202以一等于Fs×OSR的高取样频率对该输入模拟信号取样，其中该Fs为奈奎斯特(Nyquist)频率及OSR为奈奎斯特频率的过度取样率。对于一给定的模拟输入信号而言，其具有等于fmax的最高频率部分，该奈奎斯特频率为2fmax或是该最高频率部分的两倍。该模拟调变器202将输入模拟信号转为一连续的1/0数字流，其速率是由取样频率速率或Fs×OSR来决定的。该模拟调变器部分可包括一低通滤波器206，一比较器211，及在一连接至一加总电路212的负反馈回路中的1位DAC210。
该比较器211的仅具有1位分辨率的高量子化噪声在信号频带(＜Fs/2)中可能被该低通滤波器206的高增益在低频时抑制。该噪声在高频时虽不能被该低通滤波器206抑制，但其典型地是在信号频带的范围之外并可被该数字低通滤波器212过滤掉。该数字低通滤波器212接收来自于该模拟调变器部分202的高频1位数据并加以处理，及对该信号加以低通滤波用以在正常的奈奎斯特频率Fs下输出一非常高的分辨率，如高于14位。
随着该低通滤波器206的等级该模拟调变器202可如第一等级调变器、第二等级调变器等等般地作用。理论上，OSR愈高则可获得的分辨率就愈高，且调变器的等级愈高则可获得的分辨率就愈高。在如图1所示的电源感测系统应用中，该输入模拟信号，或在此例子中该感测电阻102的电压，典型地为一低频电压信号。因此，一非常高的OSR，如OSR＝4096或OSR＝8192，可被选择用于在此类应用中。对于此类应用而言，即使是一第一等级模拟调变器亦可达到一高于14位分辨率的高精度结果。因此，依据本发明的一第一等级调变器将参照图3A及图3B在此加以详细说明。本领域技术人员将可了解到其它应用可能需要不同等级的模拟调变器及OSR值用以达到特定应用所期望的精度。
参考图3A，一依据本发明的高精度ADC的第一等级模拟调变器部分302的电路图被示出。图3B为图3A的电路的时序图。该模拟调变器302大体上包括一输入开关数组319，一交叉开关数组314，一积分器306，一比较器308，一1位DAC310，及一DAC开关数组312。该输入开关数组进一步包括一对输入端322、324，用来接收来自图1所示的该典型应用的输入模拟信号，如Vsense+或Vsense-。本领域技术人员将可了解到任何种类的输入模拟信号都可被输入到该输入端322、324。此输入模拟信号亦可以是一差分输入对。
该输入开关数组319进一步包括一对输入电容器C1A，C1B用来在不同的取样时间对该输入模拟信号取样，这将在下文中详细说明。较佳地，该交叉开关数组314耦合至该输入开关数组319与该积分器306之间，用以交替地将电荷从该对输入电容器C1A、C1B传送至该对积分电容器CF1A、CF1B，在此参照图3B的时序图加以进一步详细说明。该负反馈可由一反馈开关数组312构成，其部分地被来自该比较器308的1位数据流Y所控制。
图3中不同的开关数组319、314、312的不同的开关及其它开关响应于图3B时序图所示的不同的控制信号φ1、φ2、φ1P、φ2P、φ21及φ22，且所有的控制信号都是非重迭的。因此，图3的开关S1至S20每一个都被标以一相关联的控制信号φ1、φ2、φ1P、φ2P、φ21或φ22。该控制信号φ1、φ2、φ1P、φ2P、φ21及φ22是由一时序电路326所提供的。该时序电路326可以是本领域技术人员所了解的任何种类架构用来提供适当的控制信号φ1、φ2、φ1P、φ2P、φ21及φ22。通常，当与一开关相关联的一控制信号为”高”时，该开关会被闭合因而导通电流。相反地，当与一开关相关联的一控制信号为”低”时，该开关会被断开因而不导通电流。本领域技术人员亦可了解到其它开关及控制信号架构亦可被使用在依据本发明的一ADC中作为替代开关及控制信号。
该输入开关数组319可包括多个开关S1，S2，S3及S4。此类开关可以是本领域技术人员所知的任何种类的开关，如CMOS晶体管可提供此种切换功能。该交叉开关数组314亦包括多个开关S7，S8，S19及S20。该反馈开关数组312亦可包括多个开关S15、S16、S17及S18。最终，该1位DAC310亦可包括多个开关S9、S10、S11、S12、S13及S14。
依据本发明的一高精度ADC的典型的第一等级模拟调变器部分302的操作包括上述不同开关的操作在内，将在此参照图3B的时序图加以说明。首先，在时间区段T1期间，控制信号φ1、φ1P及φcomp为高，而所有其它控制信号都为低。因此，那些响应控制信号φ1及φ1P的开关被闭合，而其它的开关则保持断开。因此，1位DAC310的开关S9、S12、S13及S14在时间区段T1期间是被闭合的。此外，输入开关数组319的开关S1及S2在时间区段T1期间亦是被闭合的。此外，开关S5及S6在时间区段T1期间是被闭合的。
因此，该输入电容器C1A经由闭合的开关S1从输入端322预取样一输入模拟信号，如Vsense+，而另一输入电容器C1B经由闭合的开关S2在另一输入端324预取样一输入模拟信号，如Vsense-。DAC310的一参考电容器CR1A经由闭合的开关S9取样一参考信号，如一参考电压Vref，而另一参考电容器CR1B则经由闭合的开关S12及S14放电至地极。该参考信号可以是任何种类的参考信号，如一电压或电流信号。图3A所示的参考电压信号Vref可从任何种类的来源被提供，其视应用而定。
在第二时间区段T2期间，控制信号φ2、φ2P及φ21为高，而其它所有控制信号皆为低。因此，在时间区段T2期间输入开关数组319的开关S3及S4是闭合的，而开关S1及S2则是断开的。交叉开关数组314的开关S7及S8是闭合的，且DAC310的开关S10及S11在时间区段T2期间是闭合的。因此，输入电容器C1A将其在T1时间区段中预取样的电荷传送至积分电容器CF1A，及输入电容器C1B将其在T1时间区段中预取样的电荷传送至积分电容器CF1B。
较佳地，因为在时间区段T2期间开关S4被闭合且开关S1被断开，所以输入电容器C1A被耦合至该输入电压端324而非地极。这让该电容器C1A的一预定的电容值可以是其耦合至地极时的一半，因为被传送的电荷被有效地加倍。相似地，因为开关S3被闭合且开关S2被断开，所以另一输入电容器C1B被耦合至输入电压端322而非地极。因此，该输入电容器C1B的一预定的电容值可以是其在此时间区段期间耦合至地极时的一半。输入电容器C1A、C1B的电容值较小可节省在集成电路(IC)中的面积，这在现今的IC上是很重要的。
而且，在时间区段T2期间，开关S10及S11被闭合，所以一负参考信号，如-Vref，在节点C产生，且一正参考信号，如+Vref，在节点D产生。该反馈开关数组312将根据二进制反馈信号Y把节点C与节点A耦合在一起，节点D与节点B耦合在一起，或将节点C与节点B耦合在一起，节点C与节点D耦合在一起，这视Y是0或1而定。例如，如果Y＝1，开关S15及S16被闭合，而开关S17与S18被断开。因此，节点C会经由闭合的开关S15耦合至节点A，及节点D会经由闭合的开关S16耦合至节点B。或者，如果反馈信号Y＝0，开关S15及S16被断开而开关S17及S18被闭合。因此，节点C会经由闭合的开关S17耦合至节点B，及节点D会经由闭合的开关S18耦合至节点A。
在时间区段T3期间，时钟信号φ1及φ2P为高，而其所有其它的时钟信号皆为低。因此，在时间区段T3期间，开关S3及S4被闭合，而开关S1及S2被断开。因此，输入电容器C1A经由闭合的开关S4在输入端324对该输入模拟信号预取样，及另一输入电容器C1B经由闭合的开关S3在输入端322处对该输入模拟信号预取样。此外，在时间区段T3期间，DAC310的开关S10、S11、S13及S14被闭合，而DAC的开关S9及S12则被断开。因此，该1位DAC310的参考电容器CR1A经由闭合的开关S11及S13被放电至地极，而另一参考电容器CR1B则经由闭合的开关S10对该参考信号(如参考电压Vref)预取样。
因为控制信号φ21及φ22在时间区段T3期间为低，所以交叉开关数组306的开关S7、S8、S19及S20被断开，因此在时间区段T3期间不会有电荷从输入电容器C1A，C1B被传送至积分电容器CF1A，CF1B。
在时间区段T4期间，控制信号φ2、φ1P及φ22为高，而其余的时钟信号皆为低。因此，开关S1及S2被闭合而开关S3及S4被断开。此外，交叉开关数组314的开关S19及S20被闭合，而开关S7及S8则被断开。因此，输入电容器C1A最好是将其在时间区段T3期间所累积的预取样的电荷经由闭合的开关S19传送至积分电容器CF1B。此外，另一输入电容器C1B将其在时间区段T3期间所累积的预取样的电荷经由闭合的开关S20传送至积分电容器CF1A。以此方式，交叉开关数组314被建构成可在时间区段T2期间将电荷从输入电容器C1A传送至积分电容器CF1A及从输入电容器C1B传送至积分电容器CF1B，然后交替地在另一时间区段T4期间将电荷从输入电容器C1A传送至积分电容器CF1B及从输入电容器C1B传送至积分电容器CF1A。因此，该交叉开关数组314交叉地将输入电容器C1A，C1B耦合至积分电容器CF1A，CF1B。
与时间区段T2相似地，在时间区段T4期间输入电容器C1A经由闭合的开关S1耦合至该输入端322，及输入电容器C1B经由闭合的开关S2耦合至该输入端324。如果输入端322接收来自于图1的感测电阻102的Vsense+，且第二输入端324接收来自于感测电阻102的Vsense-，则输入电容器C1A、C1B会被连接至这两个端而不会接地。藉此有效地将传送电荷加倍，且可让输入电容器C1A、C1B的值成为其接地情况时的一半。
同样是在时间区段T4期间，开关S9及S12被闭合，而在该1位DAC310上的其它开关皆被断开。因此，-Vref在节点D处产生且+Vref在节点C处产生。如上文详细说明的时间区段T2，该反馈开关数组312将根据反馈信号Y把节点C与节点A耦合在一起及节点D与节点B耦合在一起，或将节点C与节点B耦合在一起及节点A与节点D耦合在一起。因此可看出，在时间区段T2期间，经由适当的时序控制，+Vref经由电容器CR1B在节点D产生及-Vref经由电容器CR1A在节点C产生，且在时间区段T4期间，+Vref经由电容器CR1A在节点C产生及-Vref经由电容器CR1B在节点D产生。因此，+Vref及-Vref经由电容器CR1A及CR1B交替地被产生在节点C及节点D。
时间区段T5与时间区段T1相似，其中控制信号φ1、φ1P及φcomp为高，而其余的时钟信号皆为低。因此，在时间区段T5期间，该比较器308接收来自该积分器306的积分结果，并以OSR×Fs的速率产生一1位数据输出流Y。因此，该比较器308如一1位ADC般地作用。
依据本发明的一ADC的模拟调变部分302具有数项优点。首先，该输入开关数组319在电荷传送时间区段(如时间区段T2及T4)期间能够在交互的输入端322、324处交叉取样该输入信号。这可有效地将传送电荷加倍，且让输入电容器C1A、C1B的值成为其接地时的一半。
此外，该交叉开关数组314被建构成可让该输入电容器C1A在一时间区段(如时间区段T2)期间将其电荷传送至积分电容器CF1A，然后在另一时间区段(如时间区段T4)期间交替地将电荷传送至另一积分电容器CF1B。相似地，该交叉开关数组314被建构成可让该输入电容器C1B在一时间区段(如时间区段T2)期间将其电荷传送至积分电容器CF1B，然后在另一时间区段(如时间区段T4)期间交替地将电荷传送至另一积分电容器CF1A。因此，因输入电容器C1A、C1B与积分电容器CF1A、CF1B之间的失配所造成的非线性及偏移即可被有效地消除。此外，输入模拟信号(如Vsens+及Vsens-)的完美对称也不被要求了。若没有此架构，C1A/C1B与CF1A/CF1B之间的增益失配可能发生，从而导致一对于需要高精密ADC应用所不期望的结果。
本发明的另一项优点是对于1位DC310而言，+Vsens及-Vsens是在该DAC310的开关S9、S10、S11、S12、S13及S14被图3B的时序图所示的控制信号的控制下在节点C及节点D被交替地产生。因此，因参考电容器CR1A与另一参考电容器CR1B的失配所造成的非线性及偏移亦可被有效地消除。
此外，因为在第一比较阶段(如时间区段T1)与第二比较阶段(如时间区段T5)之间有两个传送或积分阶段，如时间区段T2及时间区段T4，所以参考源信号(如Vref)的噪声影响可被显著地消除。这可降低对参考源的噪声要求。例如，在时间区段T2期间积分的低频噪声在时间区段T4期间将被显著地消除。理论上，此效果等于该Vref噪声的第一等级高通滤波。一使用电压参考源的仿真显示出由于这种加倍取样的设计，Vref的低频噪声受到一12dB的抑制。因此，对于这样的一参考电压源的噪声要求可大大地降低。
此外，操作放大器350的偏移及低频噪声可由如图3A所示的剪除-稳定技术、或相关的加倍取样(CDS)技术、或自动归零技术被减轻或消除。此类剪除-稳定技术、相关的加倍取样(CDS)技术及自动归零技术为本领域技术人员所了解，因此将不再于本文中赘述。
在本文中所描述的实施例只是许多可使用本发明的实例中的一些例子，且只是作为举例的目的而非作为限制的目的被举出。很明显的是，对于本领域技术人员而言是很显而易见的许多其它的实施例都可在不偏离本发明的精神及范围下被达成。

Claims (41)

1.一模拟/数字转换器(ADC)，其至少包括：
一输入开关数组，其具有一第一输出、一第一输入及一第一输入电容器，其耦合至该第一输入与该第一输出之间，该输入开关数组亦具有一第二输出、一第二输入及一第二输入电容器，其耦合至该第二输入与该第二输出之间；
一积分器，其具有一第一积分器输出、一第一积分器输入及一第一积分器电容器其耦合至该第一积分器输入与该第一积分器输出之间，该积分器亦具有一第二积分器输出、一第二积分器输入及一第二积分器电容器其耦合至该第二积分器输入与该第二积分器输出之间；及
一交叉开关数组，其耦合至该输入开关数组与该积分器之间，且被建构成用来交替地将电荷从该第一输入电容器及该第二输入电容器传送至该第一积分电容器与该第二积分电容器。
2.根据权利要求1所述的模拟/数字转换器(ADC)，其中该交叉开关数组被建构成用来在一第一电荷传送时间区段期间将电荷从该第一输入电容器传送至该第一积分电容器，及在一第二电荷传送时间区段期间将电荷从该第一输入电容器传送至该第二积分电容器。
3.根据权利要求1所述的模拟/数字转换器(ADC)，其中该交叉开关数组被建构成用来在一第一电荷传送时间区段期间将电荷从该第二输入电容器传送至该第二积分电容器，及在一第二电荷传送时间区段期间将电荷从该第二输入电容器传送至该第一积分电容器。
4.根据权利要求1所述的模拟/数字转换器(ADC)，其中该交叉开关数组被建构成用来在一第一电荷传送时间区段期间将电荷从该第一输入电容器传送至该第一积分电容器，及从该第二输入电容器传送至该第二积分电容器；且其中该交叉开关数组被进一部建构成用来在一第二电荷传送时间区段期间将电荷从该第一输入电容器传送至该第二积分电容器，及从该第二输入电容器传送至该第一积分电容器。
5.根据权利要求4所述的模拟/数字转换器(ADC)，其中该第一输入电容器及该第二输入电容器在一取样时间区段期间可从一输入模拟信号取样电荷，其中该取样时间区段是在该第一电荷传送时间区段之前发生的。
6.根据权利要求1所述的模拟/数字转换器(ADC)，其中该交叉开关数组包括：
一第一开关，其具有一耦合至该第一输入电容器的第一端及一耦合至该第一积分电容器的第二端；
一第二开关，其具有一耦合至该第二输入电容器的第一端及一耦合至该第二积分电容器的第二端；
一第三开关，其具有一耦合至该第一输入电容器的第一端及一耦合至该第二积分电容器的第二端；及
一第四开关，其具有一耦合至该第二输入电容器的第一端及一耦合至该第一积分电容器的第二端，其中该第一开关及该第二开关被建构成在一第一电荷传送时间区段期间是闭合的，且该第三开关及第四开关被建构成在该第一电荷传送时间区段期间是断开的，用以将电荷从该第一输入电容器传送至该第一积分电容器及将电荷从该第二输入电容器传送至该第二积分电容器。
7.根据权利要求6所述的模拟/数字转换器(ADC)，其中该第一开关与该第二开关被建构成在一第二电荷传送时间区段期间是断开的，且该第三开关及第四开关被建构成在该第二电荷传送时间区段期间是闭合的，用以将电荷从该第一输入电容器传送至该第二积分电容器及将电荷从该第二输入电容器传送至该第一积分电容器。
8.根据权利要求1所述的模拟/数字转换器(ADC)，其中该交叉开关数组包括：
一第一开关，其具有一耦合至该第一输入电容器的第一端及一耦合至该第一积分电容器的第二端；
一第二开关，其具有一耦合至该第二输入电容器的第一端及一耦合至该第二积分电容器的第二端；
一第三开关，其具有一耦合至该第一输入电容器的第一端及一耦合至该第二积分电容器的第二端；及
一第四开关，其具有一耦合至该第二输入电容器的第一端及一耦合至该第一积分电容器的第二端，其中该第一开关与该第二开关被建构成在一第二电荷传送时间区段期间是断开的，且该第三开关及第四开关被建构成在该第二电荷传送时间区段期间是闭合的，用以将电荷从该第一输入电容器传送至该第二积分电容器及将电荷从该第二输入电容器传送至该第一积分电容器。
9.根据权利要求1所述的模拟/数字转换器(ADC)，其中该输入开关数组的第一输入端被建构成用来接收一第一模拟输入信号，且该输入开关数组的第二输入端被建构成用来接收一第二模拟输入信号，其中该第一输入电容器在一第一电荷取样时间区段期间对该第一模拟输入信号取样，及该第二输入电容器在一第二电荷取样时间区段期间对该第二模拟输入信号取样。
10.根据权利要求9所述的模拟/数字转换器(ADC)，其中该第一模拟输入信号与一预定的信号层级比较起来为正，及该第二模拟输入信号与该预定的信号层级比较起来为负。
11.根据权利要求1项所述的模拟/数字转换器(ADC)，其中该输入开关数组的第一输入端进一步被建构成用来接收一第一模拟输入信号，且该输入开关数组的第二输入端被建构成用来接收一第二模拟输入信号，其中该第一输入电容器在一第二电荷取样时间区段期间对该第二模拟输入信号取样，及该第二输入电容器在该第二电荷取样时间区段期间对该第一模拟输入信号取样。
12.根据权利要求11项所述的模拟/数字转换器(ADC)，其中该第一模拟输入信号与一预定的信号层级比较起来为正，及该第二模拟输入信号与该预定的信号层级比较起来为负。
13.根据权利要求1所述的模拟/数字转换器(ADC)，其中该交叉开关数组包括：
一第一开关，其具有一第一端耦合至该第一输入电容器及一第二端耦合至该第一输入端；
一第二开关，其具有一第一端耦合至该第二输入电容器及一第二端耦合至该第二输入端；
一第三开关，其具有一第一端耦合至该第二输入电容器及一第二端耦合至该第一输入端；及
一第四开关，其具有一第一端耦合至该第一输入电容器及一第二端耦合至该第二输入端，其中在一第一电荷取样时间区段期间，该输入开关数组的第一开关及该输入开关数组的第二开关被建构成是闭合的及该输入开关数组的第三开关及该输入开关数组的第四开关被建构成是断开的，用以将该第一输入端耦合至该第一输入电容器及将该第二输入端耦合至该第二输入电容器。
14.根据权利要求13所述的模拟/数字转换器(ADC)，其中在一第二电荷取样时间区段期间，该输入开关数组的第一开关及该输入开关数组的第二开关被建构成是断开的及该输入开关数组的第三开关及该输入开关数组的第四开关被建构成是闭合的，用以将该第一输入端耦合至该第二输入电容器及将该第二输入端耦合至该第一输入电容器。
15.根据权利要求1所述的模拟/数字转换器(ADC)，其中该交叉开关数组包括：
一第一开关，其具有一第一端耦合至该第一输入电容器及一第二端耦合至该第一输入端；
一第二开关，其具有一第一端耦合至该第二输入电容器及一第二端耦合至该第二输入端；
一第三开关，其具有一第一端耦合至该第二输入电容器及一第二端耦合至该第一输入端；及
一第四开关，其具有一第一端耦合至该第一输入电容器及一第二端耦合至该第二输入端，其中在一第二电荷取样时间区段期间，该输入开关数组的该第一开关及该输入开关数组的该第二开关被建构成是断开的及该输入开关数组的该第三开关及该输入开关数组的该第四开关被建构成是是闭合的，用以将该第一输入端耦合至该第二输入电容器及将该第二输入端耦合至该第一输入电容器。
16.根据权利要求4所述的模拟/数字转换器(ADC)，其中该输入开关数组的该第一输入端被建构成用来接收一正模拟输入信号，及该输入开关数组的该第二输入端进一步被建构成用来接收一负模拟输入信号，其中该第一输入电容器在一第一电荷取样时间区段期间对该正模拟输入信号取样，及该第二输入电容器在该第一电荷取样时间区段期间对该负模拟输入信号取样，其中被第一输入电容器取样的电荷在该第一电荷传送时间区段期间被传送至该第一积分电容器及被第二输入电容器取样的电荷在该第一电荷传送时间区段期间被传送至该第二积分电容器，及其中在一第二电荷取样时间区段期间该第一输入电容器对该负模拟输入信号取样及该第二输入电容器对该正模拟输入信号取样，其中被该第一输入电容器取样的电荷在该第二电荷传送时间区段期间被传送至该第二积分电容器及被该第二输入电容器取样的电荷在该第二电荷传送时间区段期间被传送至该第一积分电容器。
17.一模拟/数字转换器(ADC)，其至少包括：
一模拟调变器，其被建构成用来接收一模拟输入信号及输出一经过取样的信号其为该模拟输入信号的代表；及
一数字滤波器，其被建构成用来接收该经过取样的信号及输出一数字信号其为该模拟输入信号的代表，其中该模拟调变器包括：
一前馈路径，其被建构成用来接收该模拟输入信号并将该经过取样的信号提供至该数字滤波器；及
一反馈路径，其具有一数字/模拟转换器(DAC)其被建构成用来接收该经过取样的信号并将该经过取样的信号转换为一反馈模拟信号，其中该DAC包括：
一参考端，其被建构成用来接收一参考信号；及
一第一导电路径，其耦合至该参考端及一第一节点，其中该第一导电路径包括一第一参考电容器及多个开关，其中该第一导电路径的该多个开关响应多个相关的控制信号用以在一第一时间区段期间在该第一节点产生一正参考信号，及用以在一第二时间区段期间在该第一节点产生一负参考信号。
18.根据权利要求17所述的模拟/数字转换器(ADC)，其中该DAC进一步包括一第二导电路径其耦合至该参考端及一第二节点，其中该第二导电路径包括一第二参考电容器及多个开关其响应多个相关的控制信号用以在该第一时间区段期间在该第二节点产生一负参考信号及在该第二时间区段期间在该第二节点处产生一正的参考信号。
19.根据权利要求17所述的模拟/数字转换器(ADC)，其中该第一导电路径的该多个开关包括一第一开关其具有一第一端耦合至该参考端及一第二端其耦合至该第一参考电容器的左板，及其中该第二导电路径的该多个开关包括一第二开关其具有一第一端耦合至该参考端及一第二端其耦合至该第二参考电容器的左板，其中该第一开关响应一第一控制信号及该第二开关响应一第二控制信号。
20.一使用在一模拟/数字转换器中的模拟调变器，其至少包括：
一对输入电容器，其包括一第一输入电容器及一第二输入电容器；
一对积分电容器，其包括一第一积分电容器及一第二积分电容器；及
一交叉开关数组，其耦合至该对输入电容器与该对积分电容器之间且被建构成用来在一电荷传送时间区段期间交叉地将该对输入电容器耦合至该对积分电容器。
21.根据权利要求20所述的模拟调变器，其中该交叉开关数组被进一步建构成在一第一电荷传送时间区段期间将该第一输入电容器耦合至该第一积分电容器，及被建构成在一第二电荷传送时间区段期间将该第一输入电容器耦合至该第二积分电容器。
22.根据权利要求21所述的模拟调变器，其中该交叉开关数组被进一步建构成在该第一电荷传送时间区段期间将该第二输入电容器耦合至该第二积分电容器，及被建构成在该第二电荷传送时间区段期间将该第二输入电容器耦合至该第一积分电容器。
23.根据权利要求20所述的模拟调变器，其中该交叉开关数组被进一步建构成在一第一电荷传送时间区段期间将该第二输入电容器耦合至该第二积分电容器，及被建构成在一第二电荷传送时间区段期间将该第二输入电容器耦合至该第一积分电容器。
24.一数字/模拟转换器(DAC)，其至少包括：
一参考端，其被建构成用来接收一参考信号；及
一第一导电路径，其耦合至该参考端及一第一节点，其中该第一导电路径包括一第
一参考电容器及多个开关，其中该第一导电路径的该多个开关响应多个相关的控制信号用以在一第一时间区段期间在该第一节点产生一正参考信号，及用以在一第二时间区段期间在该第一节点产生一负参考信号。
25.根据权利要求24所述的数字/模拟转换器(DAC)，其中该DAC进一步包括一第二导电路径其耦合至该参考端及一第二节点，其中该第二导电路径包括一第二参考电容器及多个开关，其中该第二导电路径的该多个开关响应多个相关的控制信号用以在该第一时间区段期间在该第二节点产生一负参考信号及在该第二时间区段期间在该第二节点处产生一正参考信号。
26.根据权利要求24所述的数字/模拟转换器(DAC)，其中该第一导电路径的多个开关包括一第一开关其具有一第一端耦合至该参考端及一第二端其耦合至该第一参考电容器的左板，及其中该第二导电路径的该多个开关包括一第二开关其具有一第一端耦合至该参考端及一第二端其耦合至该第二参考电容器的左板，其中该第一开关响应一第一控制信号及该第二开关响应一第二控制信号。
27.一模拟/数字转换器(ADC)，其至少包括：
一积分器，其具有一积分器输入及一积分器输出；
一比较器，其具有一耦合至该积分器输出的比较器输入，其中该比较器被建构成用来在一第一比较时间区段期间及一第二非重迭的比较时间区段期间输出数字数据样本；及
一反馈切换电路，其被建构成用来接收一参考源及该数字数据样本并提供一反馈信号给该积分器，其中来自于该参考源的噪声藉由在该第一比较时间区段之后及在该第二比较时间区段之前让一第一电荷传送时间区段及一第二非重迭的电荷传送时间区段发生来将其消散掉。
28.一感测系统，其至少包括：
一电源，其具有一电力特性；
一传感器，其被建构成用来感测该电力特性并提供代表该电力特性的一第一模拟信号及一第二模拟信号；及
一模拟/数字转换器(ADC)，其被建构成用来接收该第一模拟信号及第二模拟信号并提供代表该第一模拟信号及第二模拟信号的一数字信号，其中该ADC包括：
一输入开关数组，其具有一第一输出、一第一输入及一第一输入电容器其耦合至该第一输入与该第一输出之间，该输入开关数组亦具有一第二输出、一第二输入及一第二输入电容器其耦合至该第二输入与该第二输出之间，其中该第一输入被建构成用来接收该第一模拟信号及该第二输入被建构成用来接收该第二模拟信号；
一积分器，其具有一第一积分器输出、一第一积分器输入及一第一积分器电容器其耦合至该第一积分器输入与该第一积分器输出之间，该积分器亦具有一第二积分器输出、一第二积分器输入及一第二积分器电容器其耦合至该第二积分器输入与该第二积分器输出之间；及
一交叉开关数组，其耦合至该输入开关数组与该积分器之间且被建构成用来交替地将电荷从该第一输入电容器及该第二输入电容器传送至该第一积分电容器及该第二积分电容器。
29.根据权利要求28所述的系统，其中该交叉开关数组被建构成用来在一第一电荷传送时间区段期间将电荷从该第一输入电容器传送至该第一积分电容器，及在一第二电荷传送时间区段期间将电荷从该第一输入电容器传送至该第二积分电容器。
30.根据权利要求28所述的系统，其中该交叉开关数组被建构成用来在一第一电荷传送时间区段期间将电荷从该第二输入电容器传送至该第二积分电容器，及在一第二电荷传送时间区段期间将电荷从该第二输入电容器传送至该第一积分电容器。
31.根据权利要求28所述的系统，其中该交叉开关数组被建构成用来在一第一电荷传送时间区段期间将电荷从该第一输入电容器传送至该第一积分电容器及从该第二输入电容器传送至该第二积分电容器，及其中该交叉开关数组被进一步建构成用来在一第二电荷传送时间区段期间将电荷从该第一输入电容器传送至该第二积分电容器及从该第二输入电容器传送至该第一积分电容器。
32.根据权利要求28所述的系统，其中该传感器为一电流传感器。
33.根据权利要求32所述的系统，其中该电流传感器为一电阻，及其中该第一模拟信号与一预定的信号等级比较起来为正及该第二模拟信号与该预定的信号等级比较起来为负。
34.一种将模拟/数字转换器中的电荷从一第一输入电容器及一第二输入电容器传送至一第一积分电容器及一第二积分电容器的方法，其至少包括以下的步骤：
在一第一电荷传送时间区段期间将电荷从该第一输入电容器传送至该第一积分电容器及从该第二输入电容器传送至该第二积分电容器；及
在一第二电荷传送时间区段期间将电荷从该第一输入电容器传送至该第二积分电容器及从该第二输入电容器传送至该第一积分电容器。
35.一种将一输入模拟信号转换为数字输出样本的方法，其至少包括以下的步骤：
在一第一时间区段及一第三非重迭的时间区段期间，用该输入模拟信号对一第一输入电容器及一第二输入电容器充电；及
在一第二时间区段及一第四非重迭的时间区段期间，将电荷交替地从该第一输入电容器及第二输入电容传送至一第一积分电容器及一第二积分电容器。
36.根据权利要求35所述的方法，其中该输入模拟信号包括一正模拟信号及一负模拟信号，其交替地耦合至该第一输入电容器及该第二输入电容器。
37.根据权利要求35所述的方法，其中该第二时间区段是在该第一时间区段之后发生的，该第三时间区段是在该第二时间区段之后发生的，该第四时间区段是在该第三时间区段之后发生的，其中该第一时间区段、第二时间区段、第三时间区段及第四时间区段都是非重迭的。
38.一种将模拟/数字转换器(ADC)中的电荷加以取样并传送的方法，其至少包括以下的步骤：
提供一第一模拟信号至该ADC的一第一输入端及一第二模拟信号至该ADC的一第二输入端；
在一第一取样时间区段期间，在一第一输入电容器处对该第一模拟信号取样，及在该第一取样时间区段期间在一第二输入电容器处对该第二模拟信号取样；
在一第一电荷传送时间区段期间，将被该第一输入电容器取样的电荷传送至一第一积分电容器，及将被该第二输入电容器取样的电荷传送至一第二积分电容器；
在一第二取样时间区段期间，在该第一输入电容器处对该第二模拟信号取样，及在第二输入电容器处对该第一模拟信号取样；及
在一第二电荷传送时间区段期间，将被该第一输入电容器取样的电荷传送至该第二积分电容器，及将被该第二输入电容器取样的电荷传送至该第一积分电容器。
39.根据权利要求38所述的方法，其中该第一模拟信号与一预定的信号等级比较起来为正，及该第二模拟信号与该预定的信号等级比较起来为负。
40.一种用来降低来自一使用在数字/模拟转换器(DAC)中的参考信号源的噪声影响的方法，其中该DAC被耦合至一模拟/数字转换器(ADC)的反馈路径，该方法至少包括以下的步骤：
在一第一时间区段及一第三非重迭时间区段期间，用该参考信号对该DAC的一第一参考电容器及一第二参考电容器充电；
在一第二时间区段及一第四非重迭的时间区段期间，将电荷交替地从该第一参考电容器及该第二参考电容器传送至一第一积分电容器与一第二积分电容器；及
在一第五时间区段中将被传送的电荷与一参考电荷相比较，其中该第三时间区段是在该第二时间区段之后发生的，及该第五时间区段是在该第四时间区段之后发生的。
41.根据权利要求40所述的方法，其中该第二时间区段是在该第一时间区段之后发生的，该第三时间区段是在该第二时间区段之后发生的，该第四时间区段是在该第三时间区段之后发生的，其中该第一时间区段、第二时间区段、第三时间区段及第四时间区段都是非重迭的。
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