一种减少开关电容采样噪声的技术的制作方法

本发明涉及集成电路领域，尤其涉及基于开关电容的采样技术。

背景技术：

开关电容技术是电路技术中应用非常多，广泛应用于高精度模数/数模转换器，电荷泵，滤波器等，特别对于高精度模数/数模转换器，往往采用delta-sigma结构，而这种结构的核心在于开关电容积分器，其精度也受限于开关电容采样噪声。

如图1所示，传统的开关电容积分器结构。该电路工作分为两个阶段，采样阶段和积分阶段。在采样阶段，如图2所示。开关s1和s3闭合，输入信号对电容c1进行充电。采样结束时，电容c1上的电量为vin/c1，由于开关在闭合时可等效为电阻，假设其阻值为r，则其热噪声功率谱密度为4ktr，其中k为波尔兹曼常数，t为温度，r为电阻值。由该电阻和电容构成的系统函数为，因此输出端的等效噪声均方值为：

很容易发现，其等效噪声均方值与开关的导通电阻无关，而与电容的大小乘反比，即电容越大，等效噪声越小。

在积分阶段，如图3所示，理想情况下。如果运放增益无限高，带宽无限大，也没有失调，则存储在采样电容c1上的电荷全部转入到积分电容c2上，

积分器输出电压将增加，即整个电路实现了不断将输入信号按比例累加到输出，即可认为是实现了积分。同时，在运放增益足够大，带宽足够高的情况下，采样噪声是电路精度的关键。

技术实现要素：

如图4所示，该电路引入了一个额外的电容用于降低采样噪声。在采样阶段，s1，s3，s5闭合，s2，s4断开。如图5所示，额外引入的电容c3与原采样电容并联，实现同样的功能。这样减少了噪声带宽，进而减少等效噪声。减少的程度直接取决于引入电容c3的大小，在采样结束时，电容c1上存储的电量为vin/c1，即并不会受电容c3的影响。在积分阶段，s1，s3，s5断开，s2，s4闭合。此时，c3与电路脱离，并不会对电路造成影响。同时，c1上的电荷将转移至电容c2，积分器输出的电压增加为，与额外引入的电容c3无关。同时，由于c3在积分阶段已经断开，所以不会加重运算放大器的驱动负担，既不会对其带宽等构成影响。

附图说明

图1为传统的开关电容积分器的示意图；

图2为传统的开关电容积分器采样示意图；

图3为传统的开关电容积分器的积分示意图；

图4为本发明的开关电容积分器的示意图；

图5为本发明所采用的开关电容积分器的采样示意图。

具体实施方式

如图4所示，该电路中引入了一个额外的电容用于降低采样噪声。在采样阶段，s1，s3，s5闭合，s2，s4断开。如图5所示，额外引入的电容c3与原采样电容并联，实现同样的功能。这样，等效噪声大小变为：

这样通过引入额外的电容c3，等效噪声将减少。减少的程度直接取决于引入电容c3的大小，若c3大小与c1相同，则等效噪声大小将减半。在采样结束时，电容c1上存储的电量为vin/c1，即并不会受电容c3的影响。

在积分阶段，s1，s3，s5断开，s2，s4闭合。此时，c3与电路脱离，并不会对电路造成影响。同时，c1上的电荷将转移至电容c2，积分器输出的电压增加为，与额外引入的电容c3无关。同时，由于c3在积分阶段已经断开，所以不会加重运算放大器的驱动负担，既不会对其带宽等构成影响。

因此该技术在有效地降低了噪声的同时，并没有给运放的设计提出额外要求。不会给后继电路带来额外负担。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种新型基于开关电容的采样技术，与传统的采样技术相比，该发明通过额外增加一个采样阶段的电容，大幅度降低采样过程中由于开关电阻引入的热噪声，该热噪声往往是电路精度的瓶颈，另一方面，该额外引入的采样电容并不会对开关电容的积分阶段产生影响。

技术研发人员：李高林
受保护的技术使用者：上海卓弘微系统科技有限公司
技术研发日：2017.06.27
技术公布日：2019.01.04