用于模数转换器的可数字修调的输入电流抵消电路的制作方法

本公开涉及电压感测电路，电压感测电路包含测量高阻抗节点之间的差分电压的电压感测电路。本公开特别是与如下电路相关，在这些电路中，待感测的电压具有高共模电压，并且在这些电路中，感测电路包括用于高分辨率测量的σ-δ调制器的输入级。

背景技术：

1、准确地感测具有高共模电压的两个节点之间的差分电压是一项困难的任务。挑战涉及高共模电压与测量电路尽可能地隔离。该隔离去除高共模电压，并且使得电路的大部分可以仅用与差分电压幅度相应的低压操作。用这些较低的电压操作允许整体电路的物理尺寸最小化、更低的操作功率和更高的操作速度。

2、另外，非常期望最大化差分电压感测电路呈现的输入阻抗。高输入阻抗将最小化任何由源阻抗与感测电路的有限输入阻抗相互作用而引入的任何误差。典型的源阻抗可以是rc滤波器，rc滤波器可以被用于提供高频电噪声的滤波并且提供抗混叠功能和输入保护功能两个功能。

3、开关电容电路，特别是σ-δ转换器，通常被用于提供高精度电压感测。当使用合适的差分输入采样电路配置时，耐受高电压的电容器既可以被用作隔离势垒元件，同时又可以被用作转换器的输入采样电容器。这样的布置将高共模电压限制于势垒的一侧，该侧包含每个高电压采样电容器中的一个极板和少量在密切相关的电压下操作的相关的开关。剩余的所有电路系统(包含高电压输入采样电容器的第二极板)可以包含在隔离势垒的低电压侧。

4、采样/隔离电容器的充电和放电造成输入端子对之间的信号相关的差分电荷转移。如果采样率低，并且输入网络的时间常数与采样周期相比足够小，则在每个采样周期期间，几乎完全的电荷再分布可以发生，并且剩余的电流和相关联的ir电压降将很小。在这种情况下，发生最小的采样相关误差，并且输入阻抗显得非常高。

5、通常，情况并非如此。输入信号路径中的rc滤波器的存在造成时间常数远长于开关电容网络的采样周期。在这种情况下，rc滤波器引起在整个采样间隔及采样间隔结束以后继续流动的残余电流。当输入信号频率低并且相关联的抗混叠滤波器时间常数与采样周期相比对应地长时，与该残余电流相关联的误差被捕捉到，通常是以跨rc滤波器的源电阻的时间平均的ir电压降的形式。

6、在一个或少量输入采样事件期间抵消输入信号相关的电荷转移，可以使必须在rc滤波器的r中流动的再分布电流减小。这可以被用来大幅减小或者甚至完全地消除相关联的测量误差，从而显著地改进电压感测精度。

7、是否有必要在一个采样事件期间抵消采样电荷转移，又或者，在多个采样事件期间抵消是否足够，将取决于采样电路后面的电路系统的性质。例如，使用奈奎斯特(nyquist)率adc转换器将需要在单个采样周期期间抵消采样电荷。使用具有附加平均化的奈奎斯特率adc转换器或者使用过采样的adc转换器将会放宽要求，改为允许在几个输入采样事件期间抵消平均电荷转移。残余误差将取决于涉及的滤波的准确时间和频域特性。

技术实现思路

1、一种集成电路包含第一节点和第二节点。集成电路的电压感测电路感测具有高非零共模电压的两个节点之间的差分电压。差分输入形成用于σ-δ转换器的输入采样电容器和开关网络以使得σ-δ转换器产生单比特数字比特流输出，其中该数字比特流的平均值与差分输入电压成比例，但是该数字比特流还可以包含偏移、增益因子和时间延迟——全都取决于σ-δ调制器的特定特性。σ-δ输入采样网络，作为其采样操作的附带产生的结果，会生成一个信号相关的、时间平均的输入电流，该输入电流在源rc滤波器的任何有限电阻上形成相关联的误差电压。

2、集成电路的输入电流抵消电路的电荷注入电路根据经调制的单比特数字比特流信号注入补偿电荷转移。输入电流抵消电路可以被布置为使得它随着时间、以模拟输入采样率注入电荷序列，该电荷序列基本上抵消由调制器的输入采样网络造成的信号相关的差分输入电流。关于电压感测电路的输入节点，术语抵消意为从输入电流抵消电路供应给节点的平均电流或从节点汲取到输入电流抵消电路中的平均电流与从节点汲取到电压感测电路中的平均电流或者从电压感测电路输出到节点的电流匹配。如果电压感测电路正在从节点汲取电流，则输入电流抵消电路将电流供应到节点上，而如果电压感测电路正在将电流输出到节点上，则输入电流抵消电路接收来自节点的电流。

3、控制补偿电荷注入的经调制的单比特数字比特流信号是使用能够校正模拟σ-δ调制器的偏移和增益因子的补偿电路直接从模拟σ-δ调制器的单比特数字比特流输出并且有利地以调制器的高采样率得到的。在一个实例中，简单的数字σ-δ调制器接收来自模拟σ-δ调制器的输出的单比特数字比特流，并且生成经调制的单比特数字比特流信号。

4、不同于以前的使用附加的并联采样路径来确定必要的补偿信号电平的电荷补偿方案，所公开的发明可以直接重复使用先前存在的模拟调制器的数字输出流——无论调制器的阶数是什么以及是在存在有意的折算到输入的偏移的情况下或其他情况下。这意味着不存在将进一步增大误差和必要的补偿电平二者的附加的采样电容。

5、此外，考虑到电荷补偿控制信号是从输入电压相关的数字流生成的，在数字域中，为了将补偿电平准确地修调到理想值，对准确的期望偏移和增益校正因子做出小的改变要容易得多。该修调通过在模拟域中使用固定的元件值的同时、简单地改变数字调制器的系数来实现。这可以显著地放宽现有的补偿方案所必须的准确的元件值匹配和面积昂贵的修调网络要求。

6、在第一新颖的方面，集成电路包括第一节点、第二节点和模数转换电路。模数转换电路依次包括差分输入电压感测电路和输入电流抵消电路。差分输入电压感测电路感测第一节点和第二节点之间的电压，并且输出指示电压的多比特数字输出值。当模数转换电路执行模数转换时，电压感测电路从第一节点将第一电流引入到电压感测电路中(或者将来自电压感测电路的第一电流输出到第一节点)。当模数转换电路执行模数转换时，电压感测电路从第二节点将第二电流引入到电压感测电路中(或者将来自电压感测电路的第二电流输出到第二节点)。电压感测电路在一个实例中包括输出单比特数字比特流信号的模拟σ-δ调制器电路。

7、输入电流抵消电路被耦合到第一节点和第二节点。输入电流抵消电路将第三电流供应到第一节点上(或者从第一节点汲取第三电流)以基本上抵消第一电流，并且输入电流抵消电路将第四电流供应到第二节点上(或者从第二节点汲取第四电流)以基本上抵消第二电流。重要的是，输入电流抵消电路包括接收来自电压感测电路的单比特数字比特流信号的数字σ-δ调制器电路。在一个实例中，输入电流抵消电路进一步包括开关电容、串行数据调制的电荷注入器电路。输入电流抵消电路的数字σ-δ调制器电路输出经调制的单比特数字比特流信号被作为输入来控制电荷注入器电路。电荷注入器电路继而将第三电流和第四电流输出到第一节点和第二节点上。

8、在第二新颖的方面，模数转换器集成电路包含电压感测电路、输入电流抵消电路和数字接口电路。数字接口电路可用于将多比特数字输入增益修调值、多比特数字输入偏移修调值和多比特数字反馈增益修调值加载到集成电路上。三个多比特数字修调值被作为输入值来配置和控制输入电流抵消电路。三个多比特数字修调值被存储在一个或更多个第一数字寄存器中。集成电路外部的电路系统可以使用数字接口电路将三个多比特数字修调值加载到集成电路上和一个或更多个第一数字寄存器中。

9、在一些实例中，模数转换器集成电路进一步包括一个或更多个第二数字寄存器和补偿电压发生器电路。一个或更多个第二数字寄存器存储多比特补偿电压值。补偿电压发生器电路接收多比特补偿电压值，并且输出对应的补偿电压给输入电流抵消电路。集成电路外部的电路系统可以使用数字接口电路将补偿电压值加载到集成电路上和一个或更多个第二数字寄存器中。

10、进一步的细节及实施方案和方法及技术在下面的详细描述中被描述。本概述内容并不意图限定本发明。本发明由权利要求限定。