[发明专利]电流积分方法和电路

说明书

使用运算跨导放大器和积分电容器的并联连接，将输入电流(Isubgt;in/subgt;)转换为输出积分电压(Vsubgt;out_int/subgt;)。经由产生反馈脉冲的数模转换器通过反馈回路使所述积分电容器反复放电来降低所述输出积分电压，其中，反馈时钟周期(Tsubgt;clk_DAC/subgt;)用于定义反馈脉冲的连续上升沿之间的时间间隔。在相隔多个反馈时钟周期(Tsubgt;clk_DAC/subgt;)之后，在扩展的反馈时钟周期(T*)期间执行采样。

技术领域

本公开涉及电流积分。

背景技术

积分电路是delta-sigma模数转换器中常用的电路块。Delta-sigma调制将模拟电压转换成脉冲频率。特定类型的Delta-Sigma转换器由两个转换级组成，其中，在粗略电压转换之后，残余电压被采样并由第二转换器级转换为数字信号。

图6a描绘了电流积分配置的一般示意图。图6b是对应的时序图，其示出了指向右侧的时间线上相关信号和量随时间的变化。由“clk”表示的信号是提供电路中使用的最小时间单位的时钟信号。由“sample”表示的信号仅在采样时间期间为高电平，在本示例中，该采样时间等于时钟周期。由“clk_DAC”表示的信号源自“clk”，并且是提供给反馈DAC的时钟信号，以基于先前的比较器判定来产生同步反馈电压“V_{out_fb}”。“I_in”是输入电流，在图6b的示例中输入电流假定是恒定的。如图6a所示，“V_{out_int}”是输出积分电压。

输入电流I_in在积分电容器C_int上被积分，从而导致不断增加的输出积分电压V_{out_int}：

输出积分电压V_{out_int}最终将饱和，并通过反馈回路保持在允许的范围内。脉冲反馈受数模转换器(DAC)的影响，该数模转换器可以是开关电容器数模转换器或开关电流源数模转换器。当先前的比较器判定为逻辑零时，DAC在反馈时钟周期T_{clk_DAC}期间从积分电容器C_int移除电荷包(charge packages)，以针对最大输入电流I_max保持|V_{out_int}|I_max·T_{clk_DAC}。由于反馈时钟信号clk_DAC的脉冲特性，需要在一个反馈时钟周期T_{clk_DAC}内进行稳定。这会影响输出噪声并显著增加功耗。

总输出噪声V_{noise_out,rms}计算如下。运算跨导放大器(OTA)的输入(称为噪声)施加在电压域的正输入端(图6a中的V_in⁺)。因此该输入没有被积分，而是被逆反馈因子β^-1＝1+(C_p/C_int)放大：

为了获得采样后的总输出噪声，必须在整个频谱上对V_{noise_out}进行积分：

假定恒定白噪声V_in＝k_n/g_m，其中，g_m为跨导且k_n为噪声常数，则得出：

将代入，其中GBW是增益带宽积，并且C_eq＝C_s+(C_int||C_p)，则得出：