电压参考电路和提供电压参考的方法
阅读：627发布：2020-05-18
专利汇可以提供电压参考电路和提供电压参考的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本公开涉及 电压 参考 电路 和提供电压参考的方法。电压参考电路使用 开关 电容器布置，以在提供电压参考的电路的不同操作阶段期间在电容器之间移动电荷。提供有电压参考的电路可以是 模数转换 器 (ADC)。储存电容器用于提供参考电压。在不需要电压参考的阶段期间，在开关电容器布置的电容器之间共享电荷，以便增加储存电容器上的电荷。在电荷共享之后，储存电容器充满参考 缓冲器 的输出。然后可以在下一个转换阶段再次使用储存电容器。，下面是电压参考电路和提供电压参考的方法专利的具体信息内容。
1.电压参考电路，包括：
电流源，和
耦合到所述电流源的输出的开关电容器布置，所述开关电容器布置包括电池电容器和储存电容器，所述储存电容器被配置为在所述电路的输出处提供参考电压，其中所述开关电容器布置被配置为：
在第一阶段操作期间使用所述储存电容器输出参考电压；
在第二阶段操作期间在所述电池电容器和所述储存电容器之间重新分配电荷以增加所述储存电容器上的电荷；和
在第三阶段操作期间使用所述电流源继续对所述储存电容器充电。
2.根据权利要求1所述的电路，其中在所述第二和第三阶段期间，所述电路不提供参考电压。
3.根据权利要求1所述的电路，其中所述开关电容器进一步被配置为：在第一阶段操作期间使用所述电流源对所述电池电容器充电。
4.根据权利要求1所述的电路，其中在第一阶段操作期间，所述开关电容器布置被配置为使得所述电池电容器和所述储存电容器不连接并且使得所述储存电容器连接到所述电路的输出。
5.根据权利要求1所述的电路，其中在第二阶段操作期间，所述开关电容器布置被配置为使得所述电池电容器和所述储存电容器连接以允许电荷在电容器之间重新分配。
6.根据权利要求1所述的电路，其中在第三阶段操作期间，所述开关电容器布置被配置为使得所述储存电容器连接到所述电流源以允许所述储存电容器由所述电流源充电。
7.根据权利要求1所述的电路，其中所述开关电容器布置进一步被配置为在第一阶段操作结束时断开所述电池电容器与参考缓冲器的连接。
8.根据权利要求1所述的电路，其中所述开关电容器布置进一步被配置为：在所述第三阶段操作之后返回到所述第一阶段操作。
9.根据权利要求1所述的电路，其中所述电池电容器包括多个子电容器和多个开关，布置为允许所述子电容器串联或并联配置，以便控制由所述电池电容器提供的电荷值。
10.根据权利要求9所述的电路，其中所述电池电容器的输出值能够由提供所述电压参考的电路的输出控制。
11.根据权利要求1所述的电路，其中所述电流源包括自动调零放大器，并且该电路被配置为在第一阶段操作期间使放大器自动归零，其中所述电池电容器被配置为：在第一阶段操作期间稳定所述自动调零放大器。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的电路，包括在转换器中或与转换器组合，其中：
该电路用于向所述转换器提供参考电压；
第一阶段是所述转换器的转换阶段；
第二阶段是所述转换器的采集阶段的第一部分；和
第三阶段是所述转换器的采集阶段的第二部分。
13.根据权利要求1至11中任一项所述的电路，包括在逐次逼近寄存器(SAR)模数转换器(ADC)中或与其组合，并且包括：
电容式数模转换器(DAC)；和
电压参考电路，用于在DAC的转换阶段为DAC提供电压参考，所述电压参考电路包括：
电流源；
储存电容器；和
电池电容器；
其中所述电压参考电路被配置为：
在转换阶段期间将所述储存电容器耦合到DAC；
将所述存储电容器与DAC解耦合，并在DAC的采集阶段的第一部分期间在至少一个电池电容器和储存电容器之间重新分配电荷；和
在采集阶段的第二部分期间使用所述电流源对所述储存电容器充电。
14.一种提供参考电压的方法，包括：
在第一阶段操作期间，使用开关电容器布置的储存电容器输出参考电压，在第一阶段操作期间所述开关电容器布置的电池电容器可切换地电连接到电流源，然后可切换地与所述电流源电断开；
在第二阶段操作期间，在所述开关电容器布置的电池电容器和储存电容器之间重新分配电荷，以增加所述储存电容器上的电荷；和
在第三阶段操作期间，继续使用所述电流源对所述储存电容器充电。
15.权利要求14所述的方法，还包括将参考电压提供给转换器，并且其中：
第一阶段是所述转换器的转换阶段；
第二阶段是所述转换器的采集阶段的第一部分；和
第三阶段是所述转换器的采集阶段的第二部分。
16.权利要求14所述的方法，其中向所述转换器提供参考电压发生在第一阶段期间，而不是在第二阶段期间和不是在第三阶段期间。
17.权利要求14所述的方法，其中所述电流源包括具有自动调零放大器的参考缓冲器，并且该电路被配置为在第一阶段操作期间使放大器自动归零，并且其中所述电池电容器被配置为：在第一阶段操作期间稳定所述自动调零放大器。
电压参考电路和提供电压参考的方法
技术领域
[0001] 本公开涉及电压参考电路和用于提供电压参考的方法。本公开还涉及包括电压参考电路的模数转换器(ADC)。
背景技术
[0002] 模数转换器(ADC)通常将模拟输入电压转换为数字输出代码。为此，大多数ADC使用诸如比较器之类的器件将输入电压与参考电压进行比较。1-位ADC使用单个比较器并将输入电压与参考电压进行比较。如果输入高于参考电压，ADC输出“1”，并且如果输入电压低于参考电压，则输出“0”。多-位ADC更复杂，并生成多位输出代码。一个这样的多位ADC是逐次逼近寄存器(SAR)ADC。SAR ADC通过产生模拟输入电压的数字近似来操作。它逐位执行，从最高位(最高有效位或MSB)开始，向下移动到最低位(最低有效位或LSB)。为此，它使用数模转换器(DAC)，它使用比较器产生模拟电压以与输入电压进行比较。SAR ADC通常使用容性DAC，但在某些SAR ADC中使用其他类型的DAC。DAC需要参考电压以产生合适的模拟电压以与输入电压进行比较。
[0003] 电压参考通常由电压参考电路提供。在SAR ADC的情况下，电压参考电路使用一个或多个电容器向ADC提供电荷。例如，用于SAR ADC的典型电压参考电路包括连接到去耦电容器的参考缓冲器。参考缓冲器可以或可以不与ADC一起提供在同一芯片上。然而，去耦电容器需要很大(大约10uF)，因此在芯片外提供。去耦电容需要很大，因为它需要为完整转换提供足够的电荷，包括多位试验。电容器需要足够大，以便随着去耦电容器的电荷减小，后续位试验的精度不会降低。然而，大的片外电容器是昂贵的并且利用印刷电路板(PCB)上的有价值区域。此外，大的去耦电容器意味着要求电路的输出阻抗较低，这反过来又使得参考缓冲器的设计具有挑战性。
[0004] 除上述之外，电压参考电路的关键要求是ADC在转换阶段吸取电荷时参考值不会下降太多。参考缓冲器需要在下一个转换阶段开始之前将片外电容器充电回参考电荷。电荷下降越大，参考缓冲器必须做的工作越多。发明内容
[0005] 本公开涉及电压参考电路和提供电压参考的方法。电压参考电路使用开关电容器布置，以在提供电压参考的电路的不同操作阶段期间在电容器之间移动电荷。提供有电压参考的电路可以是模数转换器(ADC)。储存电容器用于提供参考电压。在不需要电压参考的阶段期间，在开关电容器布置的电容器之间共享电荷，以便增加储存电容器上的电荷。在电荷共享之后，储存电容器充满了参考缓冲器的输出。然后可以在下一个转换阶段再次使用储存电容器。
[0006] 在第一方面，本公开提供电压参考电路，包括：电流源，和耦合到所述电流源的输出的开关电容器布置，所述开关电容器布置包括电池电容器和储存电容器，所述储存电容器被配置为在所述电路的输出处提供参考电压，其中所述开关电容器布置被配置为：在第一阶段操作期间使用所述储存电容器输出参考电压；在第二阶段操作期间在所述电池电容器和所述储存电容器之间重新分配电荷以增加所述储存电容器上的电荷；和在第三阶段操作期间使用所述电流源继续对所述储存电容器充电。
[0007] 在第二方面，本公开提供一种提供参考电压的方法，包括：在第一阶段操作期间，使用开关电容器布置的储存电容器输出参考电压；在第二阶段操作期间，在所述开关电容器布置的电池电容器和储存电容器之间重新分配电荷，以增加所述储存电容器上的电荷；和在第三阶段操作期间，继续使用所述电流源对所述储存电容器充电。
[0008] 在第三方面，本公开提供逐次逼近寄存器(SAR)模数转换器(ADC)电路，包括：电容式数模转换器(DAC)；和电压参考电路，用于在DAC的转换阶段期间向DAC提供电压参考，电压参考电路包括：电流源；储存电容器；和电池电容器；其中电压参考电路被配置为：在转换阶段期间将所述储存电容器耦合到DAC；将所述存储电容器与DAC解耦合，并在DAC的采集阶段的第一部分期间在至少一个电池电容器和储存电容器之间重新分配电荷；和在采集阶段的第二部分期间使用所述电流源对所述储存电容器充电。
[0009] 在进一步实施方案中，根据任何前述方面的电路，其中开关电容器布置还包括：第一开关，连接在电池电容器和参考缓冲器的输出之间；并且其中，开关电容器布置进一步被配置为：在第一阶段操作开始时关闭第一开关；在第三阶段操作期间保持第一开关打开。
[0010] 在进一步实施方案中，根据任何前述方面的电路，其中开关电容器布置还包括：第二开关，连接在储存电容器和参考缓冲器之间；并且其中开关电容器布置进一步被配置为：在第一阶段操作开始时打开第二开关；在第三阶段操作期间保持第二开关关闭。
[0011] 在进一步实施方案中，根据任何前述方面的电路，其中开关电容器布置还包括：第三开关，连接在储存电容器和电池电容器之间；并且其中所述开关电容器布置进一步被配置为：在第一阶段操作开始时打开第三开关；在第二阶段操作开始时关闭第三开关；和在第三阶段操作开始时打开第三开关。
[0013] 现在将仅通过示例并参考附图来描述本公开，其中：
[0014] 图1是根据本发明实施例的电路的示意图；
[0015] 图2是表示图1电路的操作方法的流程图；
[0016] 图3是根据本发明另一实施例的第一配置中的电路的示意图；
[0017] 图4是表示图3电路的操作方法的流程图；
[0018] 图5是图3的电路处于第二配置的示意图；
[0019] 图6是图3的电路处于第三配置的示意图；
[0020] 图7是图3的电路的第四种配置的示意图；
[0021] 图8是根据本发明另一实施例的第一配置中的电路的示意图；
[0022] 图9是表示图8电路的操作方法的流程图；
[0023] 图10是图8的电路处于第二配置的示意图；
[0024] 图11是图8的电路的第三种结构示意图；
[0025] 图12是图8的电路的第四种结构示意图；
[0026] 图13显示了三个图表，显示了图8所示电路的工作阶段；
[0027] 图14示出了两个图表，示出了图8的电路的储存电容器两端的电压。
[0028] 图15示出了在电荷共享结束时图8的储存电容器两端的电压的图表。
[0029] 图16是根据本发明另一实施例的第一配置中的电路的示意图；
[0030] 图17是表示图16电路的操作方法的流程图；
[0031] 图18是图16的电路处于第二种配置的示意图；
[0032] 图19是图16的电路的第三种配置的示意图；
[0033] 图20是图16的电路的第四种配置的示意图；
[0034] 图21是示出在ADC的采集阶段期间图16中所示电路的储存电容器两端的电压的瞬态波形的图表。
具体实施方式
[0035] 本公开提供了一种电压参考电路，其包括开关电容器布置。该电路在不同的操作阶段期间对不同的电容器充电，并利用电荷共享来增加储存电容器上的电荷。这种布置消除了对大型片外电容器的需求，并减少了参考缓冲器的负载，使缓冲器设计更加直接。
[0036] 该电路特别适用于为ADC提供参考电压。因此，参考ADC的转换和采集阶段操作电压参考电路。电压参考电路包括输出或储存电容器，其向ADC提供参考电压。在通话阶段开始时，储存电容器被完全充电或充分充电。储存电容器提供所需的参考电压，并且在转换阶段期间储存电容器上的电荷逐渐耗尽。在此期间，开关电容器装置的另一电容器通过诸如参考缓冲器的电流源逐渐充电。该电容器可以称为电池电容器。在转换阶段结束时，电池电容器充满电或充足电。
[0037] 转换阶段结束后，ADC开始采集阶段。在采集阶段开始时，储存电容器与ADC断开连接，并连接到电池电容器。然后在电容器之间发生电荷共享，使得储存电容器上的电荷由电池电容器提升。在采集阶段开始时，电荷共享会持续很短的时间。该阶段的持续时间应足够长，以使电荷共享完成，或者足够的电荷转移到储存电容器。
[0038] 在充电共享完成后，储存电容器与电池电容器断开，储存电容器的剩余电荷由参考缓冲器提供。由于所需的电荷量通常远小于储存电容器的值的一半，因此参考缓冲器可以在采集阶段的其余部分期间补充储存电容器。
[0039] 电荷共享装置通过单独使用参考缓冲器以不可能的速率对储存电容器充电，有效地为参考缓冲器的放大器提供转换辅助。由于ADC冗余，储存电容器的值可以足够小，以便可以在片上提供。此外，由于减少了充电要求，参考缓冲器的设计更加直接。
[0040] 图1是根据本公开的实施例的电压参考电路100的示意图。电压参考电路100包括电流源101。电流源101连接到开关电容器布置102。开关电容器布置102包括通过多个开关连接在一起的两个或更多个电容器。开关电容器布置102被配置为通过控制开关在电容器之间共享电荷。电流源101被配置为根据开关的布置对开关电容器的一个或多个电容器充电。
[0042] 开关电容器布置102在电路100的输出处提供电压参考VREFOUT。电路100的输出耦合到需要电压参考的另一电路或装置。在一个示例中，该另外的电路可以是模数转换器(ADC)，诸如逐次逼近寄存器(SAR)ADC。开关电容器布置102被配置为布置开关以便在VREFOUT处提供适当的电压。
[0043] 电路100的操作取决于提供电压参考的电路。这样，电路100包括控制模块103。控制模块103从ADC接收控制信息。控制信息可以包括ADC的当前操作阶段，例如ADC是处于转换阶段还是采集阶段。此外，控制信息可以包括ADC先前输入的细节，如下面将更详细描述的。控制模块103连接到并配置成控制开关电容器布置102并且可选地控制电流源101。
[0044] 现在将参考图2描述图1中所示的电路的操作方法。控制模块103被配置为根据提供电压参考的电路的操作的相位来控制电路100。例如，如上所述，这些阶段可能涉及ADC的转换和采集阶段。控制模块103可以控制电流源101和开关电容器布置102，使得在第一阶段(S200)，开关电容器布置102在电路输出处提供电压参考。这可能是ADC的转换阶段。在第二阶段(S201)，控制模块可以控制开关电容器布置，使得其进入电荷共享配置，以在开关电容器布置102的电容器之间共享电荷。这可以是ADC的采集阶段的第一部分。在第三操作阶段(S202)，控制模块103可以控制电流源101和开关电容器布置102，使得电流源对开关电容器布置的至少一个电容器充电。这可能是ADC采集阶段的第二部分。最后，电路可以返回到第一操作阶段。
[0045] 在以下实施例中，为清楚起见省略了控制模块。然而，可以假设开关由适当的控制模块或逻辑控制。
[0046] 图3是电压参考电路100的电路图，示出了图1中未示出的进一步细节。为清楚起见，省略了控制模块。然而，可以假设开关由适当的控制模块或逻辑控制。电压参考电路100包括电流源101。电流源可以是参考缓冲器，但是可以使用其他类型的电流源。电流源101的输出被提供给电压参考电路100的其余部分，这将在下面更详细地描述。
[0047] 电压参考电路100包括开关电容器布置102。开关电容器布置102耦合到电流源101的输出。电流源101被配置为向开关电容器布置102提供电流，以便给形成开关电容器布置102的一部分的一个或多个电容器充电。在该示例中，开关电容器布置102包括电池电容器CBAT。电池电容器CBAT的目的是在电压参考电路100所连接的模数转换器的转换阶段期间存储电荷。
[0048] 开关电容器布置102还包括储存电容器CRES。储存电容器CRES用于向电压参考电路100所连接的电路提供参考电压。在该示例中，电路是模数转换器(ADC)，例如SAR ADC。开关电容器布置102还包括多个开关104A至104D。电流源101的输出连接到第一开关104A。电池电容器CBAT连接在地和第二开关104B之间。第一开关104A还连接到第二开关104B。储存电容器CRES连接在地和第三开关104C之间。开关104C还连接到第一开关104A和第二开关104B。第四开关104D还连接到储存电容器CRES和电路100的输出VREFOUT。
[0049] 开关104A至104D的组合使得开关电容器布置102的电容器的各种组合能够连接到电流源101的输出，该装置中的其他电容器以及电路VREFOUT的输出。
[0050] 现在将参考SAR模数转换器(ADC)的操作阶段来描述图3中所示的电路的操作。图4是示出图3中所示的电压参考电路100的操作方法的流程图。当ADC在转换阶段中操作时开始操作(S300)。在转换阶段期间，电压参考电路100需要向ADC提供电压参考。因此，在转换阶段期间，储存电容器CRES必须向输出VREFOUT提供参考电压。因此，在转换阶段期间，通过断开开关104C，CRES与电流源101和开关电容器布置102的其余部分断开。另外，开关104D闭合以便将储存电容器CRES连接到VREFOUT和ADC(S301)。这在图3所示的电路图中示出。在该操作阶段期间，储存电容器CRES上的电荷逐渐耗尽。ADC转换器耗尽的电荷量将取决于SARADC当前正在考虑哪个位。因此，CRES耗尽的程度取决于输入。在转换阶段期间，电流源101用于对电池电容器CBAT充电(S302)。这样，开关104A和104B闭合。转换阶段可以被视为电压参考电路100的第一操作阶段。
[0051] 图5示出了转换阶段结束时电压参考电路100的配置。此时，CRES保持与CBAT和电流源101断开。然而，通过断开开关104A，CBAT也与电流源101断开连接(S303)。在此操作阶段，CRES上的电荷在ADC的转换阶段已经耗尽一定程度。电容器电池CBAT充分或完全充电，以准备增加储存电容器CRES上的电荷。
[0052] 下一阶段的操作是ADC进入采集阶段。采集阶段的第一部分可以被视为电压参考电路100的第二操作阶段。在采集阶段期间，不再需要电压参考电路100来向ADC提供电压参考。因此，该电路在此期间补充CRES上的电荷。
[0053] 图6示出了在ADC的采集阶段开始时电压参考电路100的配置。在该阶段期间，电池电容器CBAT连接到储存电容器CRES，以便增加储存电容器CRES上的电荷。这样做的目的是在采集阶段的剩余时间内减小电流源101上的负载。这样，在该操作阶段期间，通过断开开关104D将输出VREFOUT与ADC断开(S304)。开关104A保持断开，并且开关104C闭合，以便将储存电容器CRES连接到电池电容器CBAT(S305)。因此，CBAT和CRES进入了费用分摊安排。由于CBAT上的电荷远大于CRES上的电荷，因此电荷流到电容器CRES上。在采集阶段的第一部分结束时，CRES上的电压更接近所需的VREFOUT，这意味着电流源101没有太多工作要做以补充CRES上的电荷。
[0054] 一旦CBAT和CRES之间的电荷共享完成，电路就进入第三操作阶段，这是ADC采集阶段的第二部分。这在图7中示出。在该操作阶段，通过打开开关104B将CRES从CBAT断开(S306)。开关104A闭合以将CRES直接连接到电流源101的输出(S307)。电流源101现在必须在CRES上补充非常少的电荷。然后，该过程返回到转换阶段，并且布置如图3所示。
[0055] 开关电容器布置102在采集阶段开始时向储存电容器CRES提供升压。这减少了电流源101的负担，并且使CRES能够更快地充电，这对于单独的电流源101可能是可能的。
[0056] 图8是根据本公开的实施例的电压参考电路400的电路图。电压参考电路400包括参考缓冲器401。参考缓冲器401包括放大器402，其可以是晶体管级单级运算跨导放大器(OTA)。放大器402的输出耦合到放大器的反相输入403，以便提供负反馈。带隙电压源404连接在地和放大器402的非反相输入405之间。这样，放大器402用作单位增益缓冲器。放大器402的输出用作电流源，其被提供给电压参考电路400的其余部分以便提供参考电压，如下面将更详细描述的。作为带隙电压源的替代，可以使用其他类型的电压源。电路400还包括稳定电容器CSTABIL，其被设置用于在其他电容器与放大器断开时稳定放大器402。CSTABIL连接在地和放大器402的输出之间。
[0057] 电压参考电路400包括开关电容器布置406。开关电容器布置406耦合到参考缓冲器401的输出。参考缓冲器401被配置为向开关电容器布置406提供电流，以便给形成开关电容器布置406的一部分的一个或多个电容器充电。
[0058] 开关电容器布置406包括电池电容器CBAT。电池电容器CBAT可以由多个子电容器组成。在本示例中，电池电容器CBAT包括子电容器CX和CY。电池电容器由两个子电容器组成，其配置使得能够改变CBAT的值。这将在下面进一步详细描述。电池电容器CBAT的目的是在电压参考电路400所连接的模数转换器的转换阶段期间存储电荷。
[0059] 开关电容器布置406还包括储存电容器CRES。储存电容器CRES用于向电压参考电路400所连接的电路提供参考电压。在该示例中，电路是模数转换器(ADC)，例如SAR ADC。开关电容器布置406还包括多个开关407A至407G。子电容器CX连接在地和第一开关407A之间。第一开关407A还连接到参考缓冲器401的输出。子电容器CY连接到第二开关407B。第二开关
407B也接地。子电容器CY也连接到第三开关407C。第三开关407C还连接到参考缓冲器401的输出和第一开关407A。第四开关407D连接在子电容器CX和CY之间。第五开关407E也连接在CRES和子电容器CY之间。另外，第六开关407F连接在参考缓冲器401的输出和储存电容器CRES之间。储存电容器CRES经由第七开关407G连接在地和输出参考电压VREFOUT之间。
407B也接地。子电容器CY也连接到第三开关407C。第三开关407C还连接到参考缓冲器401的输出和第一开关407A。第四开关407D连接在子电容器CX和CY之间。第五开关407E也连接在CRES和子电容器CY之间。另外，第六开关407F连接在参考缓冲器401的输出和储存电容器CRES之间。储存电容器CRES经由第七开关407G连接在地和输出参考电压VREFOUT之间。
[0060] 开关407A至407G的组合使得开关电容器布置406的电容器的各种组合能够连接到参考缓冲器401的输出，连接到该装置中的其他电容器以及电路VREFOUT的输出。特别地，与电池电容器CBAT相关联的开关使得子电容器CX和CY能够串联或并联连接在一起，从而使得能够将不同的电压提供给储存电容器CRES。
[0061] 现在将参考SAR模数转换器(ADC)的操作阶段来描述图8中所示的电路的操作。图9是示出图8中所示的电压参考电路400的操作方法的流程图。当ADC在转换阶段中操作时开始操作(S500)。在转换阶段，需要电压参考电路为ADC提供电压参考。因此，在转换阶段期间，储存电容器CRES必须向输出VREFOUT提供参考电压。因此，在转换阶段期间，通过打开开关407E和407F，CRES与参考缓冲器401和开关电容器布置406的其余部分断开(S501)。此外，开关407G闭合以连接储存电容器CRES。这在图8所示的电路图中示出。在该操作阶段期间，储存电容器CRES上的电荷逐渐耗尽。ADC耗尽的电荷量将取决于SAR ADC当前正在考虑哪个位。因此，CRES耗尽的程度取决于输入。
[0062] 在转换阶段期间，参考缓冲器401用于对电池电容器CBAT充电(S502)。这样，开关407A、407B和407C闭合，开关407D断开。在转换阶段期间，参考缓冲器401对子电容器CX和CY充电。转换阶段可以被视为电压参考电路400的第一操作阶段。
[0063] 图10示出了转换阶段结束时电压参考电路400的配置。此时，CRES保持与CBAT和参考缓冲器400断开连接。然而，通过打开开关407A和407C，CBAT也从参考缓冲器401断开(S503)。在此操作阶段，CRES上的电荷在ADC的转换阶段已经耗尽一定程度。电容器电池CBAT的子电容器CX和CY充分或完全充电，以准备提升储存电容器CRES上的电荷。
[0064] 下一阶段的操作是ADC进入采集阶段。采集阶段的第一部分可以被视为电压参考电路400的第二操作阶段。在采集阶段期间，不再需要电压参考电路来向ADC提供电压参考。因此，该电路在此期间补充CRES上的电荷。
[0065] 图11示出了在ADC的采集阶段开始时电压参考电路400的配置。在该阶段期间，电池电容器CBAT连接到储存电容器CRES，以便增加储存电容器CRES上的电荷。其目的是在采集阶段的剩余时间期间减少参考缓冲器401上的负载。这样，在该操作阶段期间，通过断开开关407G将输出VREFOUT与ADC断开(S504)。开关407F保持断开，并且开关407E闭合，以便将储存电容器CRES连接到电池电容器CBAT(S505)。在该示例中，电池电容器CBAT的子电容器CX和CY串联布置。为此，打开开关407A，打开开关407B，关闭开关407D，打开开关407C。因此，CBAT和CRES进入了电荷分摊安排。由于CBAT上的电荷远大于CRES上的电荷，因此电荷流到电容器CRES上。在采集阶段的第一部分结束时，CRES上的电压更接近所需的VREFOUT，这意味着参考缓冲器401没有太多工作要做以补充CRES上的电荷。除了将CBAT拆分成子电容器CX和CY之外，可以数字地控制子电容器CX和CY以改变它们的各个值。因此，CBAT的值可以是数字控制的。这意味着CX和CY的值可以是前一次转换的ADC输出的函数。因此，CBAT提供的电荷可以是ADC先前输入的函数。如上所述，由于ADC的转换导致CRES中的电荷损失量是ADC输入的函数，这降低了来自参考缓冲器401的电流需求的输入依赖性。
[0066] 一旦CBAT和CRES之间的电荷共享完成，电路就进入第三操作阶段，这是ADC采集阶段的第二部分。这在图12中示出。开关407F闭合以将CRES直接连接到参考缓冲器401的输出(S506)。参考缓冲器401现在必须在CRES上补充非常少的电荷，因为依赖于输入的参考电流已由CBAT提供。然后，该过程返回到转换阶段和图8中所示的布置。
[0067] 开关电容器布置406向参考缓冲器401的放大器402提供转换辅助。储存电容器CRES再充电的速率远大于缓冲器401的放大器402的转换速率。
[0068] 在上面的例子中，储存电容器CRES的值为80pF，采集时间为30ns。由带隙参考404提供的参考电压是2.2v。这些开关的电阻为10Ω至100Ω。
[0069] 图13是上面结合电压参考电路400描述的不同操作阶段的时序图。上图600示出了当CRES和CBAT之间发生电荷共享时的采集阶段的第一部分。可以看出，电路操作的该增强部分601持续约2ns。中间图表602示出了当参考缓冲器401对CRES充电时的采集阶段的第二部分603。可以看出，该部分操作持续约28ns。下图604示出了ADC的转换阶段605。可以看出，这持续约30ns。
[0070] 图14示出了在电压参考电路400的操作期间储存电容器CRES两端的电压。上图700示出了在采集阶段的第一部分期间对储存电容器的电压。下图701示出了采集阶段的第一部分。
[0071] 图15示出了基于CX和CY的各种不同值的CRES上的电荷共享电压800。特别地，图15显示了在五个步骤中分数Cx/(Cx+Cy)从1/32到31/32的变化。由储存电容器吸取的电荷曲线与ADC的参考电荷消耗非常相似，并参考其输入电压。在对应于中间码的输入附近绘制最大电荷，并且曲线关于中间码对称。因此，可以配置电池电容器，使得当先前的ADC输入接近中间代码时Cx/(Cx+Cy)接近0.5。此外，可以配置为当前ADC输入接近结束码时Cx/(Cx+Cy)接近0或1。使用这种布置，可以消除(或显着减少)从参考缓冲器所需的大多数依赖于输入的参考电荷。这将显着降低参考缓冲器的设计复杂性。
[0072] 现在将参考图16描述本公开的另一实施例。图16示出了根据本公开的另一实施例的电压参考电路900。电压参考电路900包括参考缓冲器901。参考缓冲器901包括放大器902，其可以是自动归零的负载稳定的两级放大器。本公开的发明人已经意识到，通过将电压参考电路与ADC断开，在采集阶段期间，参考缓冲器的放大器可以被自动归零。在这种特殊情况下，使用自动调零负载稳定的两级放大器可提高电路对1/f噪声的抗扰度。带隙电压源903连接到放大器902的非反相输入904。可以使用其他类型的电压源。放大器902的输出向放大器902的反相输入905提供负反馈。在反馈环路中提供开关906。自耦零电容器CAZ耦合在放大器905的反相输入端和带隙电压源903之间。开关907设置在CAZ和带隙电压源903之间。放大器902的输出也通过开关908连接到开关907和电容器CAZ。储存电容器CRES通过开关
909连接到放大器902的输出。CRES还通过开关911连接到地和电路VREFOUT的输出。电池电容器CBAT也通过开关910耦合到放大器902的输出。
909连接到放大器902的输出。CRES还通过开关911连接到地和电路VREFOUT的输出。电池电容器CBAT也通过开关910耦合到放大器902的输出。
[0073] 现在将参考图17描述图16中所示电路的操作。图16示出了在第一操作阶段期间电压参考电路900的配置。第一操作阶段是与电路连接的ADC处于转换阶段(S1000)。在该阶段，放大器902通过闭合开关907和906而自动归零，以便将输入偏移电压和1/f噪声存储在电容器CAZ上(S1001)。开关909断开，使得储存电容器CRES不连接到放大器902的输出。相反，储存电容器通过闭合开关911连接到VREFOUT(S1002)。开关908打开，开关910闭合。在该第一阶段期间，CBAT充当稳定电容器，其充电接近带隙电压参考903的参考电压(S1003)。
[0074] 图18示出了在第一操作阶段结束时的电压参考电路900。这是ADC转换阶段的结束。在该阶段，开关907和906打开，开关908闭合。这里，放大器902从其自动归零状态转换到正常(或放大)操作(S1004)。CAZ电容消除输入偏移和1/f噪声，并保持连接在放大器的输出和反相输入905之间。在此步骤中，CBAT和CRES的状态没有变化。
[0075] 图19示出了在采集阶段的第一部分期间电压参考电路900的配置。这可以被视为第二操作阶段。在该配置中，开关909在CRES通过断开开关911而与ADC断开的同时闭合。CRES连接到参考缓冲器901并且还连接到CBAT(S1005)。CRES和CBAT之间发生电荷共享。在这个例子中，转换阶段CRES损失的大约一半电荷几乎立即被CRES获得。在此示例中，CBAT的值与CRES的值相同。此步骤的持续时间非常短，以至于放大器没有时间来摆动其输出端看到的负载。
[0076] 图20示出了第三操作阶段中的电压参考电路900，其是采集阶段的第二部分。这里，开关910断开以将CBAT从参考缓冲器901和CRES断开(S1006)。开关909保持闭合，使得CRES保持连接到放大器902的输出。CRES在该阶段期间由参考缓冲器充电到带隙电压源的参考电压(S1007)。在此阶段结束时，放大器返回到图16所示的配置。
[0077] 图21是表示该实施例的储存电容器两端电压的瞬态波形的图表1100。可以看出，CBAT提供转换辅助，以便为储存电容器提供约50％的电荷。在采集阶段的剩余部分期间，参考缓冲器将CRES充电至参考电压。可以看出，储存电容器CRES在1ns内恢复了约50％的电荷。然后，放大器902在剩余的采集时间内补充剩余电荷。
[0078] 上述示例的优点在于，因为储存电容器具有电荷增强，所以减少了从参考缓冲器所需的电荷量。
[0079] 此外，可以通过控制从电池电容器CBAT获得的电荷来减小依赖于输入的参考电流。这可以根据先前转换的ADC输出数据进行控制。另外，随着对参考缓冲器401、901的需求减少，在采集阶段也减少了对参考缓冲器供应的相应振铃，使得整个系统更安静。此外，通过储存电容器和电池电容器之间的电荷共享，放大器上的转换速率和单位增益频率(UGF)要求被放宽，从而降低了功耗并使参考缓冲器401、901更容易设计。
[0080] 术语“电流源”是指向开关-电容器装置的电容器提供电流的元件。电流源可以根据负载提供不同值的电流。
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