本發(fā)明屬于電子的技術(shù)領(lǐng)域，特別開(kāi)關(guān)電容電路實(shí)現(xiàn)的積分器。

背景技術(shù)：

積分器電路是應(yīng)用于西格瑪?shù)聽(tīng)査?shù)轉(zhuǎn)換器(sigma-delta ADC)的組成部分。西格瑪?shù)聽(tīng)査?shù)轉(zhuǎn)換器是比例測(cè)量，即將模擬的輸入信號(hào)乘以增益A，與模擬的參考電壓的比例轉(zhuǎn)換為n比特的數(shù)字信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換過(guò)程。在過(guò)去，對(duì)模擬信號(hào)測(cè)量中發(fā)現(xiàn)很多時(shí)候被測(cè)信號(hào)本身的信號(hào)很大但是往往被測(cè)信號(hào)的信號(hào)變化量卻很小，ADC為了實(shí)現(xiàn)被測(cè)信號(hào)的較小變化量的精確測(cè)量需要花費(fèi)較大代價(jià)。

例如專(zhuān)利申請(qǐng)201110047941.7公開(kāi)了一種差分輸入的積分器，包括有差分信號(hào)源Vin、運(yùn)算放大器A1、A2和儀表放大器A3，差分信號(hào)源Vin的兩端通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)串接電阻R后分別接入運(yùn)算放大器A1、A2的反向輸入端，運(yùn)算放大器A1、A2的輸出端通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)串接電阻R1后分別接入儀表放大器A3的反向輸入端和正向輸入端，儀表放大器A3的輸出端作為總信號(hào)的輸出端；運(yùn)算放大器A1的正向輸入端與輸出端之間以及運(yùn)算放大器A2的正向輸入端與輸出端之間分別并接有電容C。

該申請(qǐng)雖然可以抑制由共模電壓引起的積分漂移，其是通過(guò)多個(gè)運(yùn)算放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，積分測(cè)量有一定的準(zhǔn)確性，但是有時(shí)候并不可靠，而且硬件成本較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種應(yīng)用于具有DAC功能的西格瑪?shù)聽(tīng)査?shù)轉(zhuǎn)化電路的積分器，該積分器可以精確測(cè)量出被測(cè)信號(hào)的變化量的大小，也可以測(cè)量出被測(cè)信號(hào)的絕對(duì)值的大小。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下。

一種應(yīng)用于具有DAC功能的西格瑪?shù)聽(tīng)査?shù)轉(zhuǎn)化電路的積分器，其特征在于該積分器電路包括采樣電容，2個(gè)積分電容，1個(gè)運(yùn)算放大器，開(kāi)關(guān)組；所述采樣電容具有兩組，一組連接運(yùn)算放大器正輸入端，一組連接運(yùn)算放大器負(fù)輸入端；2個(gè)積分電容，分別接于運(yùn)算放大器的正輸入端和負(fù)輸入端；所述開(kāi)關(guān)組設(shè)置于運(yùn)算放大器與采樣電路之間，采樣電容與輸入信號(hào)之間，及采樣電容和積分器共模電壓之間。

所述采樣電容，包括有2*n個(gè)采樣電容，即每組采樣電容包括有n個(gè)，n個(gè)采樣電容串聯(lián)起來(lái)，接于運(yùn)算放大器上。

所述開(kāi)關(guān)組，包括有復(fù)數(shù)個(gè)采樣開(kāi)關(guān)及復(fù)數(shù)個(gè)控制開(kāi)關(guān)。

所述采樣開(kāi)關(guān)，其中三個(gè)采樣開(kāi)關(guān)串聯(lián)于一個(gè)采樣電容，這三個(gè)采樣開(kāi)關(guān)分別連接于VIP輸入信號(hào)正端或VIN輸入信號(hào)的負(fù)端、參考電壓的正端REFP和和參考電壓的負(fù)端REFN；所述控制開(kāi)關(guān)，設(shè)置于每個(gè)采樣電容與運(yùn)算放大器之間，及積分器共模電壓和采樣電容之間。

進(jìn)一步，所述采樣電容分為Cs11～Cs1n等n個(gè)正端信號(hào)采樣電容和Cs21～Cs2n等n個(gè)負(fù)端信號(hào)采樣電容，其中Cs1x(x＝1、2、…、n)正端信號(hào)采樣電容的上極板連接21、23開(kāi)關(guān)，Cs1x(x＝1、2、…、n)正端信號(hào)采樣電容的下極板對(duì)應(yīng)連接1x1(x＝1、2、…、n)、1x2(x＝1、2、…、n)、1x3(x＝1、2、…、n)三個(gè)開(kāi)關(guān)；Cs2x(x＝1、2、…、n)負(fù)端信號(hào)采樣電容的上極板連接22、24開(kāi)關(guān)，Cs2x(x＝1、2、…、n)負(fù)端信號(hào)采樣電容的下極板對(duì)應(yīng)連接2x1(x＝1、2、…、n)、2x2(x＝1、2、…、n)、2x3(x＝1、2、…、n)三個(gè)開(kāi)關(guān)。1x1(x＝1、2、…、n)開(kāi)關(guān)的另一端連接輸入信號(hào)的正端Vip，2x1(x＝1、2、…、n)開(kāi)關(guān)的另一端連接輸入信號(hào)的負(fù)端Vin，1x2(x＝1、2、…、n)、2x2(x＝1、2、…、n)開(kāi)關(guān)的另一端連接參考電壓的正端REFP，1x3(x＝1、2、…、n)、2x3(x＝1、2、…、n)開(kāi)關(guān)的另一端連接參考電壓的負(fù)端REFN，21、22開(kāi)關(guān)的另一端連接積分器共模電壓VCM。

所述采樣開(kāi)關(guān)和控制開(kāi)關(guān)，通過(guò)非交疊時(shí)鐘來(lái)控制，包括Ф1和Ф2、Ф1s和Ф2s。所述采樣開(kāi)關(guān)和控制開(kāi)關(guān)也可通過(guò)單個(gè)PMOS管或NMOS管、CMOS管等開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

所述積分電容分為正端積分電容和負(fù)端積分電容各一個(gè)，其中正端積分電容的上極板連接控制開(kāi)關(guān)的另一端、運(yùn)放的正輸入端，正端積分電容的下極板連接積分器正輸出端Vop、運(yùn)放的負(fù)輸出端；負(fù)端積分電容的上極板連接控制開(kāi)關(guān)的另一端、運(yùn)放的負(fù)輸入端，負(fù)端積分電容的下極板連接積分器負(fù)輸出端Von、運(yùn)放的正輸出端。

工作原理是：

采樣相：Ф1和Ф1S打開(kāi)開(kāi)關(guān)。Cs1x(x＝1、2、…、n)采樣電容兩端的電壓分別是Vip和VCM，Cs2x(x＝1、2、…、n)采樣電容兩端的電壓分別是Vin和VCM。

積分相：Ф2和Ф2S打開(kāi)開(kāi)關(guān)(每一個(gè)采樣電容Cs1x對(duì)應(yīng)的Cs1x2和Cs1x3的兩個(gè)開(kāi)關(guān)，或采樣電容Cs2x對(duì)應(yīng)的Cs2x2和Cs2x3的兩個(gè)開(kāi)關(guān)，只會(huì)根據(jù)DAC的值打開(kāi)其中一個(gè))。

Cs1x(x＝1、2、…、n)采樣電容兩端的電壓分別是REFP(或REFN)和VCM，Cs2x(x＝1、2、…、n)采樣電容兩端的電壓分別是REFN(或REFP)和VCM。

那么積分相經(jīng)過(guò)積分后，積分器輸出電壓差是：(假設(shè)正端n個(gè)電容中有m個(gè)電容接REFP，有n-m個(gè)電容接REFN，對(duì)應(yīng)負(fù)端n個(gè)電容中有m個(gè)電容接REFN，有n-m個(gè)電容接REFP，m＝0、1、2、…、n)

(n*(Vip-VCM)-(m*(REFP-VCM)+(n-m)*(REFN-VCM))-

n*(Vin-VCM)+(m*(REFN-VCM)+(n-m)*(REFP-VCM)))/Ch

＝(n*(Vip-Vin)+(n-2m)*(REFP-REFN))/Ch

＝((Vip-Vin)+((n-2m)/n)*(REFP-REFN))*n/Ch。

當(dāng)m＝0、1、2、…、n，則：

m＝0:＝((Vip-Vin)+(REFP-REFN))*n/Ch；

m＝1:＝((Vip-Vin)+((n-2)/n)*(REFP-REFN))*n/Ch；

m＝2:＝((Vip-Vin)+((n-4)/n)*(REFP-REFN))*n/Ch；

…

m＝n/2:＝(Vip-Vin)*n/Ch；

…

m＝n:＝((Vip-Vin)-(REFP-REFN))*n/Ch。

那么積分器就實(shí)現(xiàn)了差分信號(hào)減去/加上一個(gè)參考電壓(REFP-REFN)的DAC的值。

經(jīng)過(guò)sigma-deltaADC轉(zhuǎn)換輸出的ADC值為：

((Vip-Vin)+(1-2m/n)*(REFP-REFN))/(REFP-REFN)

這樣ADC轉(zhuǎn)換得到的值是被測(cè)信號(hào)先加上一個(gè)DAC信號(hào)后再進(jìn)行ADC轉(zhuǎn)換的。

這個(gè)DAC信號(hào)為：(1-2m/n)*(REFP-REFN)/(REFP-REFN)。

DAC的分辨率為：Log(n)/log2。

本發(fā)明的通過(guò)上述方式，可以精確測(cè)量出被測(cè)信號(hào)的變化量的大小，也可以測(cè)量出被測(cè)信號(hào)的絕對(duì)值的大小。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明所實(shí)施的帶DAC功能的西格瑪-德?tīng)査?shù)轉(zhuǎn)換器電路中的積分器(全差分信號(hào)輸入輸出)的電路圖。

圖2是本發(fā)明所實(shí)施的帶DAC功能的西格瑪-德?tīng)査?shù)轉(zhuǎn)換器電路中的積分器控制開(kāi)關(guān)所用時(shí)鐘的相位圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

圖1表示按照述的實(shí)現(xiàn)帶DAC功能的西格瑪-德?tīng)査?shù)轉(zhuǎn)換器電路中的積分器。圖1中，使用實(shí)現(xiàn)帶DAC功能的西格瑪-德?tīng)査?shù)轉(zhuǎn)換器電路中的積分器電路包括：采樣電容Cs11、Cs12、…、Cs1n、Cs21、Cs22、…、Cs2n，運(yùn)算放大器30，積分電容33、34，開(kāi)關(guān)1x1(x＝1、2、…、n)、1x2(x＝1、2、…、n)、1x3(x＝1、2、…、n)、2x1(x＝1、2、…、n)、2x2(x＝1、2、…、n)、2x3(x＝1、2、…、n)、21、22、23、24。

圖2表示積分器電路中開(kāi)關(guān)的各個(gè)相位時(shí)鐘說(shuō)明，如下：

時(shí)鐘ф1相位開(kāi)關(guān)21、22打開(kāi)。

時(shí)鐘ф2相位開(kāi)關(guān)23、24打開(kāi)。

時(shí)鐘ф1s相位開(kāi)關(guān)1x1(x＝1、2、…、n)、2x1(x＝1、2、…、n)打開(kāi)。

時(shí)鐘ф2s相位開(kāi)關(guān)1x2(x＝1、2、…、n)或1x3(x＝1、2、…、n)、2x2(x＝1、2、…、n)或2x3(x＝1、2、…、n)打開(kāi)。

開(kāi)關(guān)電容電路的連接如下：

Cs1x(x＝1、2、…、n)正端信號(hào)采樣電容的上極板連接21、23開(kāi)關(guān)，Cs1x(x＝1、2、…、n)正端信號(hào)采樣電容的下極板對(duì)應(yīng)連接1x1(x＝1、2、…、n)、1x2(x＝1、2、…、n)、1x3(x＝1、2、…、n)三個(gè)開(kāi)關(guān)；Cs2x(x＝1、2、…、n)負(fù)端信號(hào)采樣電容的上極板連接22、24開(kāi)關(guān)，Cs2x(x＝1、2、…、n)負(fù)端信號(hào)采樣電容的下極板對(duì)應(yīng)連接2x1(x＝1、2、…、n)、2x2(x＝1、2、…、n)、2x3(x＝1、2、…、n)三個(gè)開(kāi)關(guān)。1x1(x＝1、2、…、n)開(kāi)關(guān)的另一端連接輸入信號(hào)的正端Vip，2x1(x＝1、2、…、n)開(kāi)關(guān)的另一端連接輸入信號(hào)的負(fù)端Vin，1x2(x＝1、2、…、n)、2x2(x＝1、2、…、n)開(kāi)關(guān)的另一端連接參考電壓的正端REFP，1x3(x＝1、2、…、n)、2x3(x＝1、2、…、n)開(kāi)關(guān)的另一端連接參考電壓的負(fù)端REFN，21、22開(kāi)關(guān)的另一端連接積分器共模電壓VCM。

積分電容分為33正端積分電容和34負(fù)端積分電容各一個(gè)。其中33正端積分電容的上極板連接23開(kāi)關(guān)的另一端、30運(yùn)放的正輸入端，33正端積分電容的下極板連接積分器正輸出端Vop、30運(yùn)放的負(fù)輸出端；34負(fù)端積分電容的上極板連接24開(kāi)關(guān)的另一端、30運(yùn)放的負(fù)輸入端，34負(fù)端積分電容的下極板連接積分器負(fù)輸出端Von、30運(yùn)放的正輸出端。

另外，開(kāi)關(guān)通過(guò)2組非交疊時(shí)鐘來(lái)控制，包括Ф1和Ф2、Ф1s和Ф2s，如圖2所示。

積分器的實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：

在一個(gè)積分器周期內(nèi)：

采樣相：Ф1和Ф1S打開(kāi)開(kāi)關(guān)。Cs1x(x＝1、2、…、n)采樣電容兩端的電壓分別是Vip和VCM，Cs2x(x＝1、2、…、n)采樣電容兩端的電壓分別是Vin和VCM。

積分相：Ф2和Ф2S打開(kāi)開(kāi)關(guān)(每一個(gè)采樣電容Cs1x對(duì)應(yīng)的Cs1x2和Cs1x3的兩個(gè)開(kāi)關(guān)，或采樣電容Cs2x對(duì)應(yīng)的Cs2x2和Cs2x3的兩個(gè)開(kāi)關(guān)，只會(huì)根據(jù)DAC的值打開(kāi)其中一個(gè))。

Cs1x(x＝1、2、…、n)采樣電容兩端的電壓分別是REFP(或REFN)和VCM，Cs2x(x＝1、2、…、n)采樣電容兩端的電壓分別是REFN(或REFP)和VCM。

那么積分相經(jīng)過(guò)積分后，積分器輸出電壓差是：(假設(shè)正端n個(gè)電容中有m個(gè)電容接REFP，有n-m個(gè)電容接REFN，對(duì)應(yīng)負(fù)端n個(gè)電容中有m個(gè)電容接REFN，有n-m個(gè)電容接REFP，m＝0、1、2、…、n)

(n*(Vip-VCM)-(m*(REFP-VCM)+(n-m)*(REFN-VCM))-

n*(Vin-VCM)+(m*(REFN-VCM)+(n-m)*(REFP-VCM)))/Ch

那么積分器就實(shí)現(xiàn)了差分信號(hào)減去/加上一個(gè)參考電壓(REFP-REFN)的DAC的值。

經(jīng)過(guò)sigma-deltaADC轉(zhuǎn)換輸出的ADC值為：

((Vip-Vin)+(1-2m/n)*(REFP-REFN))/(REFP-REFN)

這樣ADC轉(zhuǎn)換得到的值是被測(cè)信號(hào)先加上一個(gè)DAC信號(hào)后再進(jìn)行ADC轉(zhuǎn)換的。

這個(gè)DAC信號(hào)為：(1-2m/n)*(REFP-REFN)/(REFP-REFN)。

DAC的分辨率為：Log(n)/log2。

本發(fā)明可以應(yīng)用在西格瑪?shù)聽(tīng)査{(diào)制器中，可以實(shí)現(xiàn)在被測(cè)信號(hào)是很大，但是被測(cè)信號(hào)變化量較小的精確測(cè)量，即可以精確測(cè)量出被測(cè)信號(hào)的變化量的大小，也可以測(cè)量出被測(cè)信號(hào)的絕對(duì)值的大小。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。