[发明专利]一种温度补偿电路的无运放电荷平衡式积分型ADC电路

说明书

本发明公开了一种温度补偿电路的无运放电荷平衡式积分型ADC电路，包括PTAT电流产生单元，正温度系数与负温度系数产生单元，共源共栅式积分器单元，比较器单元，计数器单元，内部数字信号产生电路。第一单元产生负温度系数的偏置电压；第二单元产生正温度系数VR2与电压VN；第三单元用于对输入信号进行采样与保持，并生成电压VP；第四单元将电压VP与基准电压比较得到计数器计数电压信号VC；第五单元统计比较器翻转次数并输出Nbit数字信号，本发明采用镜像误差校正电路，降低了失配对于ADC精度影响；未采用运放，削弱了失调电压对积分器精度影响；采用充放电电容结构，降低了功耗，可用于模拟集成电路。

技术领域

本发明属于电子电路技术领域，具体涉及一种用于温度补偿电路的无运放电荷平衡式积分型ADC电路。

背景技术

积分型ADC电路是模拟集成电路中一个十分重要的模块，被广泛应用于高精度环境光传感器，温度补偿电路等集成电路中。该模块可将模拟信号精确地转换为数字信号，并将数字信号提供给电路中的其它模块进行处理，其精度和速度等特性在很大程度上影响了整个电路的其它性能，因此研究高精度的积分型ADC成为了模拟集成电路设计的一个热点。

参照图1，传统的电荷平衡式积分型ADC电路的基本原理是通过产生由分立的量子束提供的极性相反的等量电荷，从而使积分器输入端施加的电荷平衡。

在一个转换周期T开始前，开关S2闭合，S1接地，在转换周期中S2打开，积分器开始产生斜率与输入电流I1(＝VA/R1)成正比的负向斜坡电压。当积分器输出(节点B)处的负向斜坡电压使比较器改变状态时，开关S1在恒定的时间间隔内t1内激活，同时从积分器相加节点(节点A)抽取出电荷量Q0(＝IREFt1)。该电荷量将随即从模拟输入电流I1产生的电荷量中减去而使积分器重新输出斜坡上升，按此方式可以用稳恒的输入电流I1迫使积分器的输出恒定不变地下降，并且在分立的持续时间间隔t1内，施加内部电流IREF迫使它间断地上升。在平衡条件下，节点A处积累的净电荷恒等于零。在整个有N1个时钟周期的转换时间内，由电流I1提供的总电荷QIN(＝VAT/R1)与在相同的时间间隔中，相同节点上由n个断续的电流源IREF抽取的电荷QOUT(＝IREFnt1)相等。以二进制计数器对开关S1激活的总时钟周期数n进行累积，就能得到模拟输入的数字等效值。

传统电荷平衡式积分型ADC具有以下缺点：(1)因为积分器采用运算放大器结构，因此失调电压会对积分器电路直流精度产生较大影响。(2)因为运算放大器结构中存在基准电流源，因此会减小积分器输出摆幅。(3)因为积分器需采用基准电流IREF积分器输出上升，因此会造成功耗增大。(4)因为IREF施加时间t1的确立需要额外的控制电路，因此增大了逻辑电路的复杂程度。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种用于温度补偿电路的无运放电荷平衡式积分型ADC电路，以避免引入运算放大器的输入失调电压与基准电流源，提高积分器电路的直流精度，增大积分器输出摆幅，引入了镜像误差校正结构，减小了共源共栅型放大器输入端的静态电压差，提高了ADC的精度，同时引入充放电电容结构以减小功耗与逻辑电路的复杂程度。

为了实现上述目的，本发明包括：PTAT电流产生单元1、正温度系数与负温度系数产生单元2、共源共栅型积分器单元3、比较器单元4、计数器单元5内部数字信号产生电路6。

所述PTAT电流产生单元1用于生成负温度系数的偏置电压VBIAS1与VBIAS2；该模块的输入为电源电压VDD，并输出偏置电压VBIAS1与VBIAS2至正温度系数与负温度系数产生单元2；

所述正温度系数与负温度系数产生单元2用于产生正温度系数电压VR2与电压VN，该模块的输入为负温度系数的偏置电压VBIAS1，VBIAS2与内部数字信号VD1、VD2、VD3、VD7，并输出正温度系数电压VR2与电压VN至共源共栅型积分器单元3；