具有采样保持器的电路装置和用于在采样保持器中处理信号的方法

技术领域

本发明涉及具有采样保持器的电路装置、在采样保持器中处理信号的方法以及所述电路装置的应用。

背景技术

在许多模拟电路中，电压被存储在电容器或者其它的电荷存储器中。在此，所存储的电压往往被用于进一步的信号处理。在这种情况下，所述电荷存储器可以被构成为多个部分电荷存储器的可开关网络。

用于以后进一步处理的电压的缓冲存储例如被用在模数转换器中。图4示出具有流水线结构的模数转换器的一种实施例。图示的用于把模拟输入电压Vs转换成数字值Y的模数转换器包含n个级联的级A1、A2、…、An，所述级分别产生具有用于数字值Y的一个或者多个位的二进制值B1、B2、…、Bn并且将其输出到缓冲器BUF。在所述缓冲器BFU中，二进制值B1、B2、…、Bn被组合成数字值Y。在这种情况下，各个二进制值B1、B2、…、Bn在时间上相继被产生，其中第一级A1从所提供的电压Vs产生二进制值B1并且将其输出到所述缓冲器BUF。电压信号Vs的处理结果作为电压信号Vs2被输出给第二级A2用以进一步处理。最后，电压信号Vsn用作最后的级An的输入信号。

图5示出诸如可被用于级A1至An中的常规的采样保持器的示例性实施例。用于处理差分输入信号的采样保持器包含输入端子Vinp和Vinn以及基准电位端子Vrefp和Vrefn。此外，所述采样保持器具有电容器C1、C2，所述电容器可以通过第一端子经由开关S93至S98被连接到输入端子Vinp、Vinn和基准电位端子Vrefp、Vrefn。在这种情况下，开关S93至S98可以由控制电路CC控制。电容器C1、C2的第二端子被耦合到差分放大器OP的反相输入端和非反相输入端。差分放大器OP的非反相输出端O1通过由反馈电容器CR1和开关S91组成的并联电路被连接到差分放大器OP的反相输入端上。同样地在差分放大器OP的反相输出端O2与其非反相输入端之间连接由反馈电容器CR2与开关S92组成的并联电路。

通过所述输入端子Vinp、Vinn可以以差分形式馈入电压信号Vs至Vsn中的一个。在此，在输入端子Vinp、Vinn上的信号的分量关于共模电位相互互补。在第一阶段、即采样阶段中，开关S91、S92、S93、S94闭合，而开关S95、S96、S97、S98断开。由此以对应于输入电压的方式对电容器C1、C2充电。

在随后的阶段、即保持阶段中，根据控制电路的控制断开开关S91、S92、S93、S94。例如以由二进制值支配的方式，电容器C1、C2中的一个被耦合到第一基准电位端子Vrefp，并且另一个被耦合到第二基准电位端子Vrefn。在这种情况下，在基准电位端子Vrefp、Vrefn上的基准电位一般同样地关于基准电压相互互补。作为使电容器C1、C2加以基准电位的结果，根据开关S95至S98的开关位置，电压可以被加到在电容器C1、C2中所存储的电压上或者可以从所存储的电压被减去。这种运算的结果在端子O1、O2被输出。

在保持阶段结束时，电荷被施加给电容器C1、C2，所述电荷取决于所存储的电压和开关S95至S98的开关位置。在用于存储输入电压的新的电压值的后续采样阶段中，电容器C1、C2的充电状态可能影响采样操作。如果剩余电荷取决于模数转换的二进制值，这尤其是在高采样率时可能导致所谓的符号间干扰。这种类型的误差损害模数转换中的精度。

发明内容

因此，本发明的目标是，提出一种具有采样保持器的电路装置，其中由在先的时间段对一时间段中的采样操作的影响被降低。此外本发明的目标是说明一种用于信号处理的方法，利用所述方法降低一时间段中的采样操作对在先的时间段的依赖性。此外，本发明的目标是说明所述电路装置的使用。

这些目标通过独立权利要求的主题来实现。从属权利要求涉及本发明的配置和改进。

一个实施例提供一种具有采样保持器的电路装置，其中所述采样保持器包含第一、第二、第三和第四电荷存储器，所述电荷存储器分别具有第一和第二端子。此外所述采样保持器包含用于馈入差分输入信号的第一和第二输入端子以及第一和第二输出端子、和第一和第二基准电位端子。

在此，所述第一电荷存储器分别以可连接和可断开的方式通过其第一端子与第一输入端子、第一基准电位端子和第二基准电位端子耦合，并且通过其第二端子与第一输出端子耦合。所述第二电荷存储器分别以可连接和可断开的方式通过其第一端子与第二输入端子、第一基准电位端子和第二基准电位端子耦合，而其第二端子与第二输出端子耦合。

第三和第四电荷存储器的相应的第一端子分别以可连接和可断开的方式与第一输入端子、第二输入端子、第一基准电位端子和第二基准电位端子耦合。所述第三和第四电荷存储器的相应的第二端子分别以可连接和可断开的方式与第一和第二输出端子耦合。

在一个实施例中，所述第一、第二、第三和第四电荷存储器的电容基本上是相同的。然而由于制造技术的不稳定而不能够保证电荷存储器的电容值的完全同一性。然而例如由于相同的空间尺度，电荷存储器可以具有名义上相同的电容。

由于例如被实施成开关的可连接和可断开的耦合，可以在所述电路装置中在不同的时间段中以不同方式将所述电荷存储器连接起来，所述时间段对应于具有采样频率的采样信号的时间周期。例如在第一时间段中，所述第一和第三、以及第二和第四电荷存储器分别相互并联连接。在第一时间段的第一阶段(例如采样阶段)中，所述第一和第三电荷存储器可以被并联连接在所述第一输入端子与所述第一输出端子之间，以及所述第二和第四电荷存储器可以被并联连接在所述第二输入端子与所述第二输出端子之间。由此，输入信号的第一分量被施加给并且对所述第一和第三电荷存储器充电，而所述输入信号的第二分量被施加给并且对所述第二和第四电荷存储器充电。

在第二阶段、即分析或者保持阶段中，所述第一和第三电荷存储器可以被连接在所述第一基准电位端子与所述第一输出端子之间，而所述第二和第四电荷存储器可以被连接在所述第二基准电位端子与所述第二输出端子之间。作为替代方案，也可能的是，所述第一和第三电荷存储器被连接在所述第二基准电位端子与所述第一输出端子之间，而所述第二和第四电荷存储器被连接在所述第一基准电位端子与所述第二输出端子之间。因此，在第二阶段结束时，所述第一和第三电荷存储器用与对所述第二和第四电荷存储器充电的电压不同的电压充电。因此，所述第一和第三电荷存储器的剩余电荷不同于所述第二和第四电荷存储器的剩余电荷。

在直接接续所述第一时间段的第二时间段的第一阶段中，所述第一和第三电荷存储器可以被并联连接在所述第一输入端子与所述第一输出端子之间。相反，所述第二和第四电荷存储器被并联连接在所述第二输入端子与所述第二输出端子之间。

第一和第四以及第二和第三电荷存储器在第二时间段的第一阶段的开始时分别具有不同的电荷。这引起在相应的并联电路内的电荷平衡。因此，第一和第四以及第二和第三电荷存储器的总电荷可以被平衡。由此不必由差分输入信号对所述电荷存储器反充电。因此充电操作与在先的时间段的剩余电荷无关。由此可以降低或者取消符号间干扰的发生。

于是能够馈入包含分量的差分输入信号，其中第二分量关于共模电位与第一分量互补。因此相应的剩余电荷也可以相互互补。

与第一时间段的第二阶段中相似，在所述第二时间段的第二阶段中，使在第一阶段中所形成的电荷存储器对与基准电位端子耦合。因此，所述第一和第四电荷存储器具有例如与所述第二和第三电荷存储器的剩余电荷互补的剩余电荷。

在后续的第三时间段中，可以如在第一时间段中那样又将所述电荷存储器连接起来。从而具有互补的剩余电荷的所述电荷存储器又彼此连接起来，使得剩余电荷再一次相互抵消。因此，由于在每个时间段中具有在先互补的剩余电荷的电荷存储器彼此被组合，所以有可能降低对所述采样保持器中的在先耦合的依赖性并且从而降低符号间干扰。

在一个实施例中，所述第一和第二电荷存储器分别以可连接和可断开的方式通过其相应的第一端子与所述第一和第二输入端子耦合，并且通过其相应的第二端子与所述第一和第二输出端子耦合。

例如，所述第一、第二、第三和第四电荷存储器分别经由至少一个开关通过其相应的第一端子与所述第一和第二输入端子并与所述第一和第二基准电位端子耦合，并且通过其相应的第二端子与所述第一和第二输出端子耦合。

由此能够在每个时间段中形成电荷存储器的不同组合，其中可以如所期望的那样给所述组合施加所述差分输入信号的第一或者第二分量以及第一和第二基准电位端子处的电压。在这种情况下应该考虑的是，在每个时间段中通过并联连接相互组合电荷存储器，其中所述电荷存储器在时间上直接在先的时间段中被施加了不同的电压并且因此具有不同的剩余电荷。

在另一实施例中，所述电路装置包括差分放大器，所述差分放大器具有与所述第一输出端子耦合的反相输入端、和与所述第二输出端子耦合的非反相输入端。此外，所述差分放大器具有反相和非反相输出端用于输出差分输出信号。

在所述差分放大器的反相输入端与非反相输出端之间可以连接第一反馈电荷存储器和与之并联的第一受控开关。同样地在所述差分放大器的非反相输入端与反相输出端之间可以连接第二反馈电荷存储器和与之并联的第二受控开关。

通过所述差分放大器，所述电荷存储器的电荷或者电压可以被放大并且作为差分输出信号被输出用于进一步处理。例如，所述差分输出信号可以在具有流水线结构的模数转换器中用作另一采样保持器的输入信号。所述差分放大器还可以在其功能上用作缓冲器、例如用作电流缓冲器。

在另一实施例中，所述采样保持器包含其它电荷存储器，所述其它电荷存储器的电容基本上是相同的。在这种情况下，其它电荷存储器的相同数量的电荷存储器可以与所述第一、第二、第三和第四电荷存储器的每一个并联连接。例如电荷存储器可以包含多个并联连接的电荷存储器或者电容器。然而所述其它电荷存储器还可以被连接起来以形成可开关的电荷存储器网。当并联连接所述第一至第四和其它电荷存储器时，分别应该考虑的是，对于所述差分输入信号的第一和第二分量的并联连接的总电容在大小上大致相同，并且具有不同的(例如互补的)剩余电荷的电荷存储器被组合，以降低符号间干扰。

为了控制所述电路装置的开关可以设置控制电路。可以向第一和第二基准电位端子馈送第一和第二基准电压。所述第一和第二基准电压应当关于共模电位是相互互补的。由此根据相应的第二阶段的所述电荷存储器与之耦合的基准电位端子，可以从在相应的第一阶段中所存储的电压加上或者减去基准电压。

在本发明的另一实施例中，所述差分放大器的反相和非反相输出端与所述第一和第二基准电位端子耦合。因此可以把所述电路装置例如构成为翻转式采样保持电路。

在另一实施例中提供一种具有采样保持器的电路装置，其中所述采样保持器包含第一、第二、第三和第四电荷存储器。此外，所述采样保持器具有用于馈入包含第一和第二分量的差分输入信号的第一和第二输入端子、以及用于输出差分输出信号的第一和第二输出端子。另外还提供控制电路，所述控制电路被设置用于如此地将所述第一、第二、第三和第四电荷存储器与所述第一和第二输入端子以及所述第一和第二输出端子连接起来，使得在第一时间段的第一阶段中，所述第一和第三电荷存储器用第一分量充电，而所述第二和第四电荷存储器用第二分量充电。在所述第一时间段的第二阶段中，所述控制电路引起：根据所述第一、第二、第三和第四电荷存储器的电荷产生差分输出信号。

在第二时间段的第一阶段中，所述控制电路引起：所述第一和第四电荷存储器用第一分量充电，而所述第二和第三电荷存储器用第二分量充电。在所述第二时间段的第二阶段中，根据所述第一、第二、第三和第四电荷存储器的电荷产生差分输出信号。在这种情况下，所述第一和第二时间段可以在时间上交替地相互接续。当在所述第一时间段的第二阶段中产生所述差分输出信号期间，例如可以进一步分析和处理由第一和第三电荷存储器的电荷得出的电压以及有第二和第四电荷存储器的电荷得出的电压。第一和第三电荷存储器的电荷不同于第二和第四电荷存储器的电荷。因此，在所述第二时间段的第一阶段中在对第一和第四以及对第二和第三电荷存储器充电期间，相应的剩余电荷相互抵消。从而在时间段的第一阶段中的充电操作分别与在先时间段的电荷无关。

所述第一、第二、第三和第四电荷存储器的电容基本上可以是相同的。此外，所述第一和第二时间段可以在时间上交替地相互接续。再次能够馈入包含分量的差分输入信号，其中第二分量关于共模电位与第一分量互补。因此，相应的剩余电荷也是相互互补的。

在本发明的一个实施例中，所述控制电路引起：在其它时间段的第一阶段中，所述第一、第二、第三和第四电荷存储器的两个电荷存储器的相应第一组合用第一分量充电，而所述第一、第二、第三和第四电荷存储器的两个电荷存储器的相应第二组合用第二分量充电。在这种情况下，所述第一组合的电荷存储器和所述第二组合的电荷存储器在时间上直接在先的时间段中分别已经用所述差分输入信号的相互互补的分量充电。此外，所述控制电路还引起：在所述其它时间段的相应第二阶段中根据所述第一、第二、第三和第四电荷存储器的电荷产生差分输出信号。

由此，四个电荷存储器的任意所期望的组合都是可能的，其中所述第一、第二、第三和第四电荷存储器的分别两个组成一个组合。在每个时间段中，分别组合两个电荷存储器，所述两个电荷存储器在直接在先的时间段中、例如也就是在采样周期中已经用不同的(例如相互互补的)电压充电并且因此具有不同的剩余电荷。当电荷存储器被组合时，所述剩余电荷被抵消，由此在相应的第一时间段中的充电与在先的电荷无关。

所述电路装置可以包含用于以差分方式放大差分输出信号的差分放大器。此外，所述采样保持器可以具有第一和第二基准电位端子用于馈入第一和第二基准电压。在这种情况下，在所述时间段的第二阶段中，所述电荷存储器可以与所述第一和第二基准电位端子耦合用于将第一或者第二基准电压施加给所述电荷存储器。

在这种情况下，所述基准电压应当关于共模电位相互互补。通过将基准电压施加给所述电荷存储器而可以实现与存储在所述电荷存储器上的电压的电压相加或者电压相减。从该运算操作的结果产生的差分输出信号然后可以直接地被进一步处理或者通过差分放大器放大。

在本发明的另一实施例中，所述采样保持器包含对应于四的整数倍的多个其它电荷存储器。在这种情况下，所述控制电路被设置用于如此将所述其它电荷存储器与所述第一和第二输入端子以及所述第一和第二输出端子连接起来，使得在时间段之一的第一阶段中，其它电荷存储器的偶数数量的电荷存储器的相应第三组合用所述差分输入信号的第一分量充电。所述控制电路此外引起：在所述时间段之一的第一阶段中，所述其它电荷存储器的偶数数量的电荷存储器的相应第四组合用所述差分输入信号的第二分量充电。在这种情况下，所述第三组合的电荷存储器和所述第四组合的电荷存储器在时间上直接在先的时间段中应当分别用所述差分输入信号的相互互补的分量充电。在所述时间段之一的第二阶段中也根据所述其它电荷存储器的电荷产生差分输出信号。

所述其它电荷存储器同样可以具有基本上相同的电容，也就是在其电容方面在名义上相匹配。所述差分输入信号的第一或者第二分量可以被施加给在时间段中仅仅分别在第三或者第四组合中的电荷存储器。因此可以构建电荷存储器的网，所述电荷存储器的组合可以如所期望的那样被改变。在这种情况下，电压被施加给所述第三组合与第一组合、以及所述第四组合与第二组合。第一和第三组合的总电容总是趋于等于第二和第四组合的总电容。从而也在该实施例中实现符号间干扰的降低。

如以上说明的实施例之一的电路装置例如可以被用于模数转换器中。

在用于在采样保持器中处理信号的方法的实施例中，提供第一、第二、第三和第四电荷存储器。在第一时间段的第一阶段中，用差分输入信号的第一分量对所述第一和第三电荷存储器充电并且用所述差分输入信号的第二分量对所述第二和第四电荷存储器充电。在所述第一时间段的第二阶段中根据所述第一、第二、第三和第四电荷存储器的电荷产生差分输出信号。在第二时间段的第一阶段中，用所述差分输入信号的第一分量对所述第一和第四电荷存储器充电并且用所述差分输入信号的第二分量对第二和第三电荷存储器充电。在所述第二时间段的第二阶段中根据所述第一、第二、第三和第四电荷存储器的电荷产生差分输出信号。在此，所述第一和第二时间段可以在时间上交替地相互接续。

通过在不同的时间段不同地对所述电荷存储器充电实现：在在先的时间段中相互不同地被充电的电荷存储器总是一起被充电。由于相互抵消的不同的剩余电荷，不以在先的充电操纵的历史为基础的充电操作是可能的。由此可以降低符号间干扰。

所述第一、第二、第三和第四电荷存储器可以具有基本上相同的电容。在一个实施例中，所述差分输入信号的第一和第二分量关于共模电位是相互互补的。

在另一实施例中，在其它时间段的相应第一阶段中，用所述差分输入信号的第一分量对所述第一、第二、第三和第四电荷存储器的两个电荷存储器的相应第一组合充电，而用第二分量对所述第一、第二、第三和第四电荷存储器的两个电荷存储器的相应第二组合充电。

在这种情况下，所述第一组合的电荷存储器和所述第二组合的电荷存储器在时间上直接在先的时间段中分别用所述差分输入信号的不同的分量充电。在所述其它时间段的相应第二阶段中，根据所述第一、第二、第三和第四电荷存储器的电荷产生差分输出信号。由此可以由可用的电荷存储器形成任意所期望的组合，所述组合用所述差分输入信号的分量充电。在组合选择时应当考虑的是，组合具有不同剩余电荷的电荷存储器，这使组合的总电荷与在先的充电操作无关。

在另一实施例中，提供对应于四的整数倍的多个其它电荷存储器。在时间段之一的第一阶段中，所述其它电荷存储器的偶数数量的电荷存储器的相应第三组合用所述差分输入信号的第一分量充电。在所述时间段之一的该第一阶段中，所述其它电荷存储器的偶数数量的电荷存储器的相应第四组合用所述差分输入信号的第二分量充电。在这种情况下，在时间上直接在先的时间段中，所述第三组合的电荷存储器和所述第四组合的电荷存储器应当分别用所述差分输入信号的不同的(例如相互互补的)分量充电。在所述时间段之一的第二阶段中，根据所述其它电荷存储器的电荷产生差分输出信号。

可以通过所述其它电荷存储器构成电荷存储器网。在所述其它电荷存储器的情况下，分别四个电荷存储器应当具有基本上相同的电容。同样地，在形成所述第三和第四组合时应当考虑的是，所述第三和第四组合的总电容在大小上分别相同。这保证在所述第三和第四组合中的电荷存储器的不同变化的情况下能够组合具有相互互补的剩余电荷的电荷存储器。从而降低符号间干扰。

在另一实施例中，差分放大所述差分输出信号。此外在差分放大期间在相应的时间段中，第一基准电压被施加给在该相应的时间段中用所述差分输入信号的第一分量充电的电荷存储器，而第二基准电位可以被施加给在该相应的时间段中用所述差分输入信号的第二分量充电的电荷存储器。

这使电压与在电荷载体上所存储的电压相加或者相减。

所述电荷存储器可以作为电容器被提供。

附图说明

下面参照附图根据示例性实施例详细地说明本发明。在图中：

图1示出如本发明所述的电路装置的第一示例性实施例，

图2示出如本发明所述的电路装置的第二示例性实施例，

图3示出如本发明所述的电路装置的第三示例性实施例，

图4示出模数转换器的示例性实施例，和

图5示出常规的采样保持器的示例性实施例。