多路径采样电路的制作方法

多路径采样电路
1.相关申请的交叉引用：本技术要求2020年09月01日提交的标题为“多路径采样电路(multipath sampling circuit)”的美国临时申请no.63/072,985的优先权，该申请特此通过引用被并入。
技术领域
2.本技术大体上涉及采样电路、采样与保持电路、跟踪与保持电路以及模数转换电路。


背景技术：

3.采样电路(诸如采样与保持电路(shc)和跟踪与保持电路(thc))被广泛用于将连续时间信号转换为离散时间信号。这些离散时间信号通常被模数转换器(adc)转换为数字数据。许多adc具有隐含的采样电路。例如，逐次逼近寄存器(sar)adc通常对电容器阵列数模转换器(dac)上的输入电压进行采样，而不是在隐含的采样电路上进行采样。采样电路捕捉连续时间模拟信号，并且使它保持在同一电平延长的时间段。信号可以被保持在电压、电荷或电流中。例如，shc可以被放置在模数转换器的前面，以使得施加于adc的输入端的信号被保持恒定，直到转换完成。示出代表性系统10的框图在图1中被示出。
4.常规的采样电路具有线性的输入到输出特性。
[0005]vo
(n)＝av
in
(t＝tn)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0006]
其中vo(n)为离散时间输出电压，v
in
(t)为连续时间输入电压，并且a为增益。图2示出具有两个不同的增益(a＝1(实线)以及a＝0.5(点线))的这样的采样电路的传递函数20。当输入信号具有宽动态范围(例如，最大的输入信号和最小的输入信号之间的大的比率)时，这样的线性特性造成问题。
[0007]
采样电路和adc具有有限范围的输入信号和输出信号，超出该范围，输出饱和。例如，对于图2中的实线(a＝1)，线性特性仅适用到v
in
＝v1的输入电压。对于输入范围v
in
》v1，输出电压在v1处饱和，并且不再对输入电压的变化做出响应。因此，如果输入电压的范围超过v1，则采样电路不能再现超过v1的输入电压。增大输入范围的一种方法是减小增益。在图2中，点线只有在输入电压超过2v1时才饱和，从而允许输入电压的范围的两倍。减小的增益的缺点是，当被提及到采样电路的输入时，采样电路后面的电路(例如，adc)中的噪声增大2倍。这是不期望的，因为降低adc中的噪声是昂贵的。


技术实现要素：

[0008]
本文中描述的示例实施方案具有创新的特征，其中没有一个是不可或缺的或者独自负责它们的期望的属性。下面的描述和附图详细地阐述本公开的某些说明性实现，这些实现指示本公开的各种原理可以被实现的几种示例性方式。然而，说明性示例不是本公开的许多可能的实施方案的穷举。在不限制权利要求的范围的情况下，有利的特征中的一些现在将被总结。当本公开的下面的详述的描述结合附图被考虑时，本公开的其他目的、优点
和新颖的特征将在该描述中被阐述，附图意图图示说明、而非限制本发明。
[0009]
本发明的一方面是针对一种多路径采样电路，多路径采样电路包括：输入线，输入线在电学上具有输入电压；多个电压放大器，多个电压放大器彼此电并联，每个电压放大器具有与输入线电耦合的各自的输入端，每个电压放大器具有不同的增益和不同的饱和电压；多个跟踪与保持电路；短路线，短路线被电耦合到每个采样与保持电路的各自的输出端；短路开关，短路开关被电耦合到短路线；缓冲放大器，缓冲放大器具有被电耦合到短路线的输入端。多路径采样电路具有跟踪阶段(tracking phase)和保持阶段(hold phase)。当多路径采样电路处于跟踪阶段时：短路开关处于断开状态，并且跟踪与保持电路处于第一状态，在第一状态下，每个跟踪与保持电路的各自的输入端被电耦合到各自的放大器的输出端。当多路径采样电路处于保持阶段时：短路开关处于闭合状态，并且跟踪与保持电路处于第二状态，在第二状态下，每个跟踪与保持电路的各自的输入端从各自的放大器的输出端被电解耦。
[0010]
在一个或更多个实施方案中，电路进一步包括多个采样开关；以及多个采样电容器。每个跟踪与保持电路包含各自的采样开关和各自的采样电容器。当跟踪与保持电路处于第一状态时，采样开关处于闭合状态以使得每个采样电容器被电耦合到各自的放大器的输出端。当跟踪与保持电路处于第二状态时，采样开关处于断开状态以使得每个采样电容器从各自的放大器的输出端被电解耦。
[0011]
在一个或更多个实施方案中，电压放大器包含第一电压放大器和第二电压放大器，跟踪与保持电路包含第一跟踪与保持电路和第二跟踪与保持电路，第一电压放大器的增益大于第二电压放大器的增益，并且第一电压放大器的饱和电压低于第二电压放大器的饱和电压。在一个或更多个实施方案中，第一电压放大器的增益为第二电压放大器的增益的至少两倍，并且第一电压放大器的饱和电压低于或等于第二电压放大器的饱和电压的一半。
[0012]
在一个或更多个实施方案中，第一跟踪与保持电路包含第一采样开关和第一采样电容器，第二跟踪与保持电路包含第二采样开关和第二采样电容器，当跟踪与保持电路处于第一状态时，第一采样开关和第二采样开关处于闭合状态以使得第一采样电容器和第二采样电容器分别被电耦合到第一电压放大器和第二电压放大器的输出端，并且当跟踪与保持电路处于第二状态时，第一采样开关和第二采样开关处于断开状态以使得第一采样电容器和第二采样电容器分别从第一电压放大器和第二电压放大器的输出端被电解耦。在一个或更多个实施方案中，当输入电压(v
in
)低于第一电压放大器的饱和电压(v1)时，缓冲放大器的输出端处的电压(vo)等于当v
in
大于或等于v1且小于或等于第二电压放大器的饱和电压(v2)时，vo等于并且当v
in
大于v2时，vo等于其中：a1是第一电压放大器的增益，a2是第二电压放大器的增益，c1是第一采样电容器的电容，c2是第二采样电容器的电容，并且vo在多路径采样电路的保持阶段期间被测量。
[0013]
本发明的另一方面是针对一种多路径采样电路，多路径采样电路包括：输入线，输入线具有输入电压；多个电压放大器，多个电压放大器彼此电并联，每个电压放大器具有与输入线电耦合的各自的输入端，每个电压放大器具有不同的增益和不同的饱和电压；多个
跟踪与保持电路；采样电路，采样电路被电耦合到每个采样与保持电路的各自的输出端，采样电路包含采样开关，采样开关具有断开状态和闭合状态；运算放大器，运算放大器具有差分输入端和输出端，运算放大器的差分输入端被电耦合到短路线。多路径采样电路具有跟踪阶段和保持阶段。当多路径采样电路处于跟踪阶段时：跟踪与保持电路处于第一状态，在第一状态下，每个电压放大器的各自的输出端被电耦合到短路线，并且采样开关处于闭合状态。当多路径采样电路处于保持阶段时：跟踪与保持电路具有第二状态，在第二状态下，每个电压放大器的各自的输出端从短路线被电解耦，并且采样开关处于断开状态。
[0014]
在一个或更多个实施方案中，采样电路被电耦合到差分输入端的反相侧，并且差分输入端的非反相侧被电耦合到地面。在一个或更多个实施方案中，电压放大器包含第一电压放大器和第二电压放大器，跟踪与保持电路包含第一跟踪与保持电路和第二跟踪与保持电路，第一电压放大器的增益大于第二电压放大器的增益，并且第一电压放大器的饱和电压低于第二电压放大器的饱和电压。
[0015]
在一个或更多个实施方案中，第一跟踪与保持电路包含第一跟踪开关和第一采样电容器，第二跟踪与保持电路包含第二跟踪开关和第二采样电容器，当第一跟踪与保持电路和第二跟踪与保持电路处于第一状态时，第一跟踪开关和第二跟踪开关处于第一状态以使得第一采样电容器和第二采样电容器分别被电耦合到第一电压放大器和第二电压放大器的输出端，并且当第一跟踪与保持电路和第二跟踪与保持电路处于第二状态时，第一跟踪开关和第二跟踪开关处于第二状态以使得第一采样电容器和第二采样电容器分别从第一电压放大器和第二电压放大器的输出端被电解耦。在一个或更多个实施方案中，在第二状态下，第一跟踪开关和第二跟踪开关将第一采样电容器和第二采样电容器电耦合到各自的反馈线，反馈线被电耦合到运算放大器的输出端。在一个或更多个实施方案中，当输入电压(v
in
)低于第一电压放大器的饱和电压(v1)时，运算放大器的输出端处的电压(vo)等于当v
in
大于或等于v1且小于或等于第二电压放大器的饱和电压(v2)时，vo等于并且当v
in
大于v2时，vo等于其中：a1是第一电压放大器的增益，a2是第二电压放大器的增益，c1是第一采样电容器的电容，c2是第二采样电容器的电容，并且vo在多路径采样电路的保持阶段期间被测量。
[0016]
在一个或更多个实施方案中，采样电路进一步包括反馈电容器，反馈电容器具有被电耦合到采样电路的第一端子；以及地面开关。当多路径采样电路处于跟踪阶段时，地面开关处于第一状态，在第一状态下，反馈电容器的第二端子被电耦合到地面。当多路径采样电路处于保持阶段时：第一跟踪开关和第二跟踪开关将第一采样电容器和第二采样电容器分别电耦合到地面，并且地面开关处于第二状态，在第二状态下，反馈电容器的第二端子被电耦合到反馈线，反馈线被电耦合到运算放大器的输出端和采样电路。在一个或更多个实施方案中，当输入电压(v
in
)低于第一电压放大器的饱和电压(v1)时，运算放大器的输出端处的电压(vo)等于当v
in
大于或等于v1且小于或等于第二电压放大器的饱和电压(v2)时，vo等于并且当v
in
大于v2时，vo等于其中：a1是第一电压放大器的增益，a2是第二电压放大器的增益，c1是第一采样电容器的电容，c2是第二
采样电容器的电容，c3是反馈电容器的电容，并且v
x
在多路径采样电路的保持阶段期间被测量。
[0017]
在一个或更多个实施方案中，采样电路进一步包括：第一短路线，第一短路线被电耦合到每个采样与保持电路的各自的输出端，第一短路线被电耦合到运算放大器的差分输入端的反相侧；第二短路线，第二短路线将第一反馈线电连接到短路线；并且采样开关具有第一端子和第二端子，第一端子被电连接到第二短路线的第一侧，第二端子被电连接到第二短路线的第二侧。当采样开关处于闭合状态时，采样开关电耦合第二短路线的第一侧和第二侧，从而将运算放大器的差分输入端的反相侧电耦合到运算放大器的输出端。当采样开关处于断开状态时，采样开关电解耦第二短路线的第一侧和第二侧，从而使运算放大器的差分输入端的反相侧与运算放大器的输出端电解耦。
[0018]
在一个或更多个实施方案中，采样电路包括短路线，短路线被电耦合到每个采样与保持电路的各自的输出端，采样开关被电耦合到短路线，其中：当采样电路处于第一状态时，采样开关处于闭合状态，在闭合状态下，采样电路被电耦合到地面，并且当采样电路处于第二状态时，采样开关处于断开状态，在断开状态下，采样开关从地面被电解耦。在一个或更多个实施方案中，多个电压放大器具有不同的频率响应。
[0019]
本发明的又一方面是针对一种多路径采样电路，多路径采样电路包括：输入线，输入线具有输入电压；多个电压放大器，多个电压放大器彼此电并联，每个电压放大器具有与输入线电耦合的各自的输入端，每个电压放大器具有不同的增益和不同的饱和电压；多个跟踪与保持电路，多个跟踪与保持电路包含第一跟踪与保持电路组和第二跟踪与保持电路组，每个跟踪与保持电路具有各自的输入端和各自的输出端；采样电路，采样电路具有第一侧和第二侧，第一侧被电耦合到第一跟踪与保持电路组中的每个跟踪与保持电路，第二侧被电耦合到第二跟踪与保持电路组中的每个采样与保持电路，采样电路具有第一状态和第二状态，在第一状态下，采样电路的第一侧和第二侧被电耦合，在第二状态下，采样电路的第一侧和第二侧被电解耦；以及运算放大器，运算放大器具有差分输入端，其中(a)运算放大器的差分输入端的第一侧被电耦合到采样电路的第一侧，并且(b)运算放大器的差分输入端的第二侧被电耦合到采样电路的第二侧。多路径采样电路具有跟踪阶段和保持阶段。当多路径采样电路处于跟踪阶段时：第一跟踪与保持电路组中的跟踪与保持电路处于第一状态，在第一状态下，每个电压放大器的差分输出端的第一侧被电耦合到采样电路的第一侧，第一跟踪与保持电路组中的跟踪与保持电路处于第一状态，在第一状态下，每个电压放大器的差分输出端的第二侧被电耦合到采样电路的第二侧，并且采样电路处于第一状态。当多路径采样电路处于保持阶段时：第一跟踪与保持电路组中的每个跟踪与保持电路的各自的输入端被电耦合到第一反馈线，第一反馈线被电耦合到运算放大器的差分输出端的第一侧，第二跟踪与保持电路组中的每个跟踪与保持电路的各自的输入端被电耦合到第二反馈线，第二反馈线被电耦合到运算放大器的差分输出端的第二侧，并且采样电路处于第二状态。
[0020]
在一个或更多个实施方案中，电压放大器包含第一电压放大器和第二电压放大器，第一跟踪与保持电路组包含第一跟踪与保持电路和第二跟踪与保持电路，第二跟踪与保持电路组包含第三跟踪与保持电路和第四跟踪与保持电路，第一电压放大器的增益大于第二电压放大器的增益，并且第一电压放大器的饱和电压小于第二电压放大器的饱和电
压。在一个或更多个实施方案中，第一跟踪与保持电路包含第一采样开关和第一采样电容器，第二跟踪与保持电路包含第二采样开关和第二采样电容器，第三跟踪与保持电路包含第三采样开关和第三采样电容器，第四跟踪与保持电路包含第四采样开关和第四采样电容器，当第一跟踪与保持电路、第二跟踪与保持电路、第三跟踪与保持电路和第四跟踪与保持电路处于第一状态时，第一采样开关、第二采样开关、第三采样开关和第四采样开关处于第一状态以使得(a)第一采样电容器和第二采样电容器的各自的第一端子分别被电耦合到第一电压放大器和第二电压放大器的差分输出端的第一侧，并且(b)第三采样电容器和第四采样电容器的各自的第一端子分别被电耦合到第一电压放大器和第二电压放大器的差分输出端的第二侧，并且当第一跟踪与保持电路、第二跟踪与保持电路、第三跟踪与保持电路和第四跟踪与保持电路处于第二状态时，第一采样开关和第二采样开关处于第二状态以使得(a)第一采样电容器和第二采样电容器的各自的第一端子被电耦合到第一反馈线，并且(b)第三采样电容器和第四采样电容器的各自的第一端子被电耦合到第二反馈线。
[0021]
在一个或更多个实施方案中，第一电压放大器和第二电压放大器的差分输出端的第一侧为非反相侧，第一电压放大器和第二电压放大器的差分输出端的第二侧为反相侧，当输入电压(v
in
)的绝对值低于第一电压放大器的饱和电压(v1)时，跨运算放大器的差分输出端的第一侧和第二侧的电压(vo)等于当v
in
的绝对值大于或等于v1且小于或等于第二电压放大器的饱和电压(v2)时，vo等于并且当v
in
大于v2时，vo等于其中：a1是第一电压放大器的增益，a2是第二电压放大器的增益，c1是第一采样电容器和第三采样电容器的电容，c2是第二采样电容器和第四采样电容器的电容，并且vo在多路径采样电路的保持阶段期间被测量。
[0022]
本发明的另一方面是针对一种多路径采样电路，多路径采样电路包括：输入线，输入线具有输入电压；多个电压放大器，多个电压放大器彼此电并联，每个电压放大器具有与输入线电耦合的各自的输入端，每个电压放大器具有不同的增益和不同的饱和电压；以及模数转换器(adc)，adc包括：多个跟踪与保持电路；短路线，短路线被电耦合到每个采样与保持电路；多个adc控制线；采样开关，采样开关具有闭合状态和断开状态，在闭合状态下，短路线被电耦合到地面，在断开状态下，短路线从地面被电解耦；以及adc控制电路系统，adc控制电路系统被电耦合到短路线和adc控制线。adc具有跟踪阶段和转换阶段(conversion phase)。当adc处于跟踪阶段时：跟踪与保持电路处于第一状态，在第一状态下，每个电压放大器的各自的输出端被电耦合到短路线，并且采样开关处于闭合状态。当adc在转换阶段中时：跟踪与保持电路处于第二状态，在第二状态下，短路线被电耦合到各自的adc控制线，并且采样开关处于断开状态。
[0023]
在一个或更多个实施方案中，电压放大器包含第一电压放大器和第二电压放大器，跟踪与保持电路包含第一跟踪与保持电路和第二跟踪与保持电路，adc控制线包含第一adc控制线和第二adc控制线，第一电压放大器的增益大于第二电压放大器的增益，并且第一电压放大器的饱和电压小于第二电压放大器的饱和电压。在一个或更多个实施方案中，第一电压放大器的增益为第二电压放大器的增益的至少两倍，并且第一电压放大器的饱和电压小于或等于第二电压放大器的饱和电压的一半。在一个或更多个实施方案中，第一跟
踪与保持电路包含第一采样开关和第一采样电容器，第二跟踪与保持电路包含第二采样开关和第二采样电容器，当跟踪与保持电路处于第一状态时，第一采样开关和第二采样开关处于第一状态，在第一状态下，第一采样电容器和第二采样电容器的各自的第一端子分别被电耦合到第一电压放大器和第二电压放大器的各自的输出端，并且当跟踪与保持电路处于第二状态时，第一采样开关和第二采样开关处于第二状态，在第二状态下，第一采样电容器和第二采样电容器的各自的第一端子分别被电耦合到第一adc控制线和第二adc控制线。
[0024]
在一个或更多个实施方案中，当输入电压(v
in
)低于第一电压放大器的饱和电压(v1)时，adc控制电路系统的数字输出(do)等于或接近当v
in
大于或等于v1且小于或等于第二电压放大器的饱和电压(v2)时，do等于或接近并且当v
in
大于v2时，do等于或接近其中：a1是第一电压放大器的增益，a2是第二电压放大器的增益，c1是第一采样电容器的电容，c2是第二采样电容器的电容，v
ref
是adc的满量程电压，并且do在adc的转换阶段期间被测量。
[0025]
本发明的又一方面是针对一种多路径采样电路，多路径采样电路包括：输入线，输入线在电学上具有输入电压；多个电压放大器，多个电压放大器彼此电并联，每个电压放大器具有与输入线电耦合的各自的输入端，每个电压放大器具有不同的增益和不同的饱和电压；多个跟踪与保持电路；以及求和电路，求和电路被电耦合到跟踪与保持电路。多路径采样电路具有跟踪阶段和保持阶段。当多路径采样电路处于跟踪阶段时，跟踪与保持电路处于第一状态，在第一状态下，每个跟踪与保持电路的各自的输入端被电耦合到各自的放大器的输出端。当多路径采样电路处于保持阶段时，跟踪与保持电路处于第一状态，在第一状态下，每个跟踪与保持电路的各自的输入端从各自的放大器的输出端被电解耦。
[0026]
在一个或更多个实施方案中，电压放大器包含第一电压放大器和第二电压放大器，跟踪与保持电路包含第一跟踪与保持电路和第二跟踪与保持电路，第一跟踪与保持电路包含第一跟踪开关和第一采样电容器，第二跟踪与保持电路包含第二跟踪开关和第二采样电容器，当第一跟踪与保持电路和第二跟踪与保持电路处于第一状态时，第一跟踪开关和第二跟踪开关处于第一状态以使得第一采样电容器和第二采样电容器分别被电耦合到第一电压放大器和第二电压放大器的输出端，当第一跟踪与保持电路和第二跟踪与保持电路处于第二状态时，第一跟踪开关和第二跟踪开关处于第二状态以使得第一采样电容器和第二采样电容器分别从第一电压放大器和第二电压放大器的输出端被电解耦，第一电压放大器的增益大于第二电压放大器的增益，并且第一电压放大器的饱和电压低于第二电压放大器的饱和电压。
[0027]
在一个或更多个实施方案中，求和电路包含第一求和放大器和第二求和放大器以及输出求和节点，第一求和放大器的输入端被电耦合到第一跟踪与保持电路的输出端，第二求和放大器的输入端被电耦合到第二跟踪与保持电路的输出端，并且输出求和节点被电耦合到第一求和放大器的输出端和第二求和放大器的输出端。
[0028]
在一个或更多个实施方案中，当输入电压(v
in
)低于第一电压放大器的饱和电压(v1)时，输出求和节点的输出端处的电压(vo)等于(a1b1+a2b2)v
in
，当v
in
大于或等于v1且小于或等于第二电压放大器的饱和电压(v2)时，vo等于a1b
1v1
+a2b2v
in
，并且当v
in
大于v2时，vo等
于a1b
1v1
+a2b
2v2
，其中：a1是第一电压放大器的增益，a2是第二电压放大器的增益，b1是第一求和放大器的电压标度因子，b2是第二求和放大器的电压标度因子，并且vo在多路径采样电路的保持阶段期间被测量。
附图说明
[0029]
为了更充分地理解本文中公开的构思的性质和优点，参照优选实施方案和附图的详细描述。
[0030]
图1是示出根据现有技术的代表性系统的框图。
[0031]
图2是根据现有技术的具有两个不同的增益的采样电路的传递函数的曲线图。
[0032]
图3是根据本发明的第一实施方案的多路径采样电路的示意性电路图。
[0033]
图4是根据实施方案的图3中图示说明的第一电压放大器和第二电压放大器的输出电压的曲线图。
[0034]
图5是根据实施方案的图3中图示说明的多路径采样电路的输出电压的曲线图。
[0035]
图6是根据本发明的第二实施方案的多路径采样电路的示意性电路图。
[0036]
图7是根据实施方案的图6中图示说明的多路径采样电路的时钟阶段(clock phases)的曲线图。
[0037]
图8是根据实施方案的图6中图示说明的多路径采样电路的输出电压的曲线图。
[0038]
图9是根据本发明的第三实施方案的多路径采样电路的示意性电路图。
[0039]
图10是图9中图示说明的多路径采样电路的示出保持阶段期间的电连接的示意性电路图。
[0040]
图11是根据本发明的第四实施方案的多路径采样电路的示意性电路图。
[0041]
图12是根据本发明的第五实施方案的多路径采样电路的示意性电路图。
[0042]
图13是图12中图示说明的多路径采样电路的示出保持阶段期间的电连接的示意性电路图。
[0043]
图14是根据实施方案的图12中图示说明的多路径采样电路的输出电压的曲线图。
[0044]
图15是根据本发明的第六实施方案的多路径采样电路的示意性电路图。
[0045]
图16是根据本发明的第七实施方案的多路径采样电路的示意性电路图。
[0046]
图17是根据实施方案的图16中图示说明的多路径采样电路的时钟阶段的曲线图。
[0047]
图18是根据实施方案的图16中图示说明的多路径采样电路的输出电压的曲线图。
[0048]
图19是根据实施方案的第一差分电压放大器和第二差分电压放大器的输出电压的曲线图。
[0049]
图20是当第一电压放大器和第二电压放大器被替换为第一差分电压放大器和第二差分电压放大器时、图6、9和11中图示说明的多路径采样电路的输出电压的曲线图。
[0050]
图21是根据本发明的第八实施方案的多路径采样电路的示意性电路图。
具体实施方式
[0051]
发明人已经认识到通过使用多路径采样来允许宽动态范围输入、而不有损于整个系统的噪声性能来在采样电路中提供非线性输入-输出特性是有利的。
[0052]
图3是根据本发明的第一实施方案的多路径采样电路30的示意性电路图。多路径
采样电路30包括第一电压放大器amp1、第二电压放大器amp2、第一跟踪与保持电路301、第二跟踪与保持电路302以及求和电路320。第一电压放大器amp1和第一跟踪与保持电路301与第二电压放大器amp2和第二跟踪与保持电路302并联地电耦合。
[0053]
第一电压放大器amp1和第二电压放大器amp2具有各自的输入端311、312，输入端311、312被并联地电耦合到输入线320，输入线320具有输入电压v
in
。第一跟踪与保持电路301和第二跟踪与保持电路302的输入端331、332分别被电耦合到第一电压放大器amp1和第二电压放大器amp2的输出端313、314。
[0054]
求和电路320包含两个输入端341、342。求和电路可以进一步包含在将它们一起求和以产生输出电压vo之前分别将输入端341和342处的电压以系数b1和b2缩放的电子部件，诸如电阻器或电容器。b1和b2是求和电路中的预定系数，这些系数提供通过方程(6)、(7)和(8)给出的作为输入电压的函数的输出电压vo。
[0055]
第一跟踪与保持电路301和第二跟踪与保持电路302具有第一状态，在第一状态下，第一电压放大器amp1和第二电压放大器amp2的输出端313、314被电耦合到求和电路320的输入端341、342。第一跟踪与保持电路301和第二跟踪与保持电路302具有第二状态，在第二状态下，第一电压放大器amp1和第二电压放大器amp2的输出端313、314从求和电路320的输入端341、342被电解耦。
[0056]
因此，电路30包含彼此电耦合的多个电压放大器、跟踪与保持电路和求和电路。在图3中，存在2个电压放大器、2个跟踪与保持电路和求和电路。在其他实施方案中，可以存在彼此电耦合的更多的3个、4个、5个或另一数量(例如，大于或等于2的正整数个)的电压放大器、跟踪与保持电路和求和电路。如图3中图示说明的，每组或每行电压放大器、跟踪与保持电路的输出端被电耦合到求和电路320。每组或每行电压放大器和跟踪与保持电路的输入端被电耦合到输入线320。
[0057]
如图4中图示说明的，第一电压放大器amp1的(例如，输出端313处的)输出电压v
o1
可以被如下表征：
[0058]vo1
＝a1v
in
,v
in
《v1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0059]vo1
＝a
1v1
,v
in
≥v1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0060]
其中v1是第一电压放大器amp1的饱和电压，并且a1是第一电压放大器amp1的增益。换句话说，第一电压放大器amp1具有低于v1的线性输入范围。
[0061]
另外，第二电压放大器amp2的(例如，输出端314处的)输出电压v
o2
可以被如下表征：
[0062]vo2
＝a2v
in
,v
in
《v2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0063]vo2
＝a
2v2
,v
in
≥v2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0064]
其中v2是第二电压放大器amp2的饱和电压，并且a2是第二电压放大器amp2的增益。换句话说，第二电压放大器amp2具有低于v2的线性输入范围。
[0065]
可以看出，v2不同于(例如，大于)v1。在一些实施方案中，v2可以为v1的至少两倍(例如，2-10
×
)。另外，a2不同于(例如，小于)a1。在一些实施方案中，a2可以小于或等于a1的一半(例如，0.1-0.5
×
)。
[0066]
在保持阶段期间，输出线处的输出电压v0可以被示为：
[0067]
vo＝(a1b1+a2b2)v
in
,v
in
《v1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0068]
vo＝a1b
1v1
+a2b2v
in
,v1≤v
in
≤v2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0069]
vo＝a1b
1v1
+a2b
2v2
,v
in
》v2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)。
[0070]
这些特性在图5中被用曲线图图示说明。输出电压在a1b1+a2b2的增益下对于小于v1的输入电压线性地增大，当输入电压在a2b2的更低的递增增益下超过v1时，保持增大。对于大于v2的输入电压，输出在a1b
1v1
+a2b
2v2
下饱和。通过适当地选择a1、a2、b1和b2的值，不同的断点和递增增益可以被实现。此外，通过利用彼此并联地电耦合的附加的组或行的电压放大器、跟踪与保持电路和求和放大器，不同增益区域的多个区段可以被实现。本发明的益处之一是采样电路30的输出端在v1下不饱和，并且提供比常规的采样电路宽的动态范围。另外，因为增益对于低于v1的输入信号v
in
不被减小，所以噪声性能无损。因为递增增益对于大于v1的输入信号v
in
较低，所以当被提到采样电路的输入v
in
时，采样电路30后面的电路中的噪声被增大。然而，因为输入信号v
in
在这种情况下已经很大(例如，大于v1)，所以它在大多数系统中不会造成问题。
[0071]
图6是根据本发明的第二实施方案的多路径采样电路60的示意性电路图。多路径采样电路60包括第一电压放大器amp1、第二电压放大器amp2、第一跟踪与保持电路601、第二跟踪与保持电路602、短路开关s3以及缓冲放大器buf。第一电压放大器amp1和第一跟踪与保持电路601与第二电压放大器amp2和第二跟踪与保持电路602并联地电耦合。第一电压放大器amp1和第二电压放大器amp2具有各自的输入端611、612，输入端611、612被串联地电耦合到输入线620，输入线620具有输入电压v
in
。
[0072]
第一跟踪与保持电路601和第二跟踪与保持电路602的输入端631、632被电耦合到第一电压放大器amp1和第二电压放大器amp2的输出端613、614。第一跟踪与保持电路601和第二跟踪与保持电路602具有第一状态，在第一状态下，第一电压放大器amp1和第二电压放大器amp2的输出端613、164被电耦合到短路线640，短路线640被电耦合到缓冲放大器buf的输入端651。短路线640具有电压v
x
。第一跟踪与保持电路601和第二跟踪与保持电路602具有第二状态，在第二状态下，第一电压放大器amp1和第二电压放大器amp2的输出端613、614从短路线640被电解耦。
[0073]
短路开关s3具有第一端子661和第二端子662，第一端子661被电耦合到第一跟踪与保持电路601的输出端633，第二端子662被电耦合到第二跟踪与保持电路602的输出端634。缓冲放大器buf的输出端652被电耦合到输出线670，输出线670具有输出电压vo。
[0074]
因此，电路60包含彼此并联地电耦合的多个电压放大器和跟踪与保持电路。在图6中，存在2个电压放大器和2个跟踪与保持电路。在其他实施方案中，可以存在彼此并联地电耦合的更多的3个、4个、5个或另一数量(例如，大于或等于2的正整数个)的电压放大器和跟踪与保持电路。每组或每行电压放大器和跟踪与保持电路的输出端被电耦合到如图6中图示说明的短路线640。每组或每行电压放大器和跟踪与保持电路的输入端被电耦合到输入线620。
[0075]
在一个示例中，第一跟踪与保持电路601包含第一采样开关s1和第一采样电容器c1，并且第二跟踪与保持电路602包含第二采样开关s2和第二采样电容器c2。第一采样电容器c1具有电容c1，并且第二采样电容器c2具有电容c2。每个采样电容器c1、c2的第一端子被电耦合到短路线640。每个采样电容器c1、c2的第二端子被电耦合到地面。开关s1、s2和s3可以是单刀单掷(spst)开关。图3中的第一跟踪与保持电路301和第二跟踪与保持电路302分
别可以与第一跟踪与保持电路601和第二跟踪与保持电路602相同。
[0076]
如多路径采样电路30中那样，第一电压放大器amp1的(例如，输出端613处的)输出电压v
o1
可以被如下表征：
[0077]vo1
＝a1v
in
,v
in
《v1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0078]vo1
＝a
1v1
,v
in
≥v1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0079]
其中v1是第一电压放大器amp1的饱和电压，并且a1是第一电压放大器amp1的增益。换句话说，第一电压放大器amp1具有低于v1的线性输入范围。
[0080]
另外，第二电压放大器amp2的(例如，输出端614处的)输出电压v
o2
可以被如下表征：
[0081]vo2
＝a2v
in
,v
in
《v2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)
[0082]vo2
＝a
2v2
,v
in
≥v2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)
[0083]
其中v2是第二电压放大器amp2的饱和电压，并且a2是第二电压放大器amp2的增益。换句话说，第二电压放大器amp2具有低于v2的线性输入范围。
[0084]
可以看出，v2不同于(例如，大于)v1。在一些实施方案中，v2可以为v1的至少两倍(例如，2-10
×
)。另外，a2不同于(例如，小于)a1。在一些实施方案中，a2可以小于或等于a1的一半(例如，0.1-0.5
×
)。
[0085]
电路60在如图7所示的两个时钟阶段中操作，跟踪阶段(t)和保持阶段(h)。在跟踪阶段期间，第一跟踪与保持电路601和第二跟踪与保持电路602处于第一状态(例如，采样开关s1和s2处于闭合状态)，并且短路开关s3处于断开状态。在跟踪阶段结束时，第一跟踪与保持电路601和第二跟踪与保持电路602转变到第二状态(例如，采样开关s1和s2转变到断开状态)，然后(例如，在1-3个门延迟之后)短路开关s3转变到闭合状态。
[0086]
在保持阶段期间，缓冲放大器buf的短路线640和输入651端处的电压v
x
和缓冲放大器buf的输出端652处的输出电压vo是相等的，并且可以被示为：
[0087][0088][0089][0090]
这些特性在图8中被用曲线图图示说明。输出电压在的增益下对于小于v1的输入电压线性地增大，一旦输入电压在的更低的递增增益下超过v1，就保持增大。对于大于v2的输入电压，输出在下饱和。通过适当地选择a1、a2、c1和c2的值，不同的断点和递增增益可以被实现。此外，通过利用彼此并联地电耦合的附加的组或行的电压放大器和跟踪与保持电路，不同增益区域的多个区段可以被实现。本发明的益处之一是采样电路60的输出端在v1下不饱和，并且提供比常规的采样电路宽的动态范围。另外，因为增益对于低于v1的输入信号v
in
不被减小，所以噪声性能无损。因为递增增益对于大于v1的输入信号v
in
较低，所以当被提到采样电路的输入v
in
时，采样电路60后面的电路中的噪声被
增大。然而，因为输入信号v
in
在这种情况下已经很大(例如，大于v1)，所以它在大多数系统中不会造成问题。
[0091]
图9是根据本发明的第三实施方案的多路径采样电路90的示意性电路图。多路径采样电路90包括第一电压放大器amp1、第二电压放大器amp2、第一跟踪与保持电路901、第二跟踪与保持电路902、采样开关s3以及运算放大器opa。
[0092]
第一电压放大器amp1和第二电压放大器amp2彼此并联地电耦合。第一电压放大器amp1和第二电压放大器amp2具有各自的输入端911、912，输入端911、912被串联地电耦合输入线920，输入线920具有输入电压v
in
。amp1和amp2可以通过方程(2)-(5)来表征。
[0093]
第一跟踪与保持电路901和第二跟踪与保持电路902具有第一状态，在第一状态下，第一电压放大器amp1和第二电压放大器amp2的输出端913、914被电耦合到采样电路945，采样电路945包含采样开关s3和短路线940。在第一状态下，第一电压放大器amp1和第一跟踪与保持电路901与第二电压放大器amp2和第二跟踪与保持电路902并联地电耦合。第一跟踪与保持电路901和第二跟踪与保持电路902具有第二状态，在第二状态下，第一电压放大器amp1和第二电压放大器amp2的输出端913、914分别被电耦合到第一反馈线981和第二反馈线982，第一反馈线981和第二反馈线982被电耦合到运算放大器opa的输出端752。输出线970被电耦合到运算放大器opa的输出端752。输出端952和输出线970具有输出电压vo。
[0094]
短路线940被电耦合到采样开关s3和运算放大器opa的输入端。例如，短路线940被电耦合到运算放大器opa的差分输入端的反相侧951。运算放大器opa的差分输入端的非反相侧953可以被电耦合到地面。
[0095]
采样开关s3被电耦合到短路线940。采样开关s3具有第一端子961和第二端子962，第一端子961被电耦合到短路线940，第二端子962被电耦合到地面。采样开关s3具有断开状态和闭合状态。采样开关s3可以是spst开关。
[0096]
因此，电路90包含彼此并联地电耦合的多个电压放大器和跟踪与保持电路。每个跟踪与保持电路具有第一状态，在第一状态下，各自的电压放大器的输出端被电耦合到短路线。每个跟踪与保持电路具有第二状态，在第二状态下，各自的电压放大器的输出端被电耦合到各自的反馈线，反馈线被电耦合到运算放大器opa的输出端。在图9中，存在2个电压放大器和2个跟踪与保持电路。在其他实施方案中，可以存在彼此并联地电耦合并且具有如上所述的第一状态和第二状态的更多的3个、4个、5个或另一数量(例如，大于或等于2的正整数个)的电压放大器和跟踪与保持电路。每组或每行电压放大器和跟踪与保持电路的输入端被电耦合到输入线920。
[0097]
在一个示例中，第一跟踪与保持电路901包含第一跟踪开关s1和第一采样电容器c1，并且第二跟踪与保持电路902包含第二跟踪开关s2和第二采样电容器c2。第一采样电容器c1具有电容c1，并且第二采样电容器c2具有电容c2。每个采样电容器c1、c2的第一端子被电耦合到短路线940。每个采样电容器c1、c2的第二端子被电耦合到各自的跟踪开关s1、s2。当跟踪开关s1、s2处于第一状态(例如，被掷到位置1)时，每个采样电容器c1、c2的第二端子被电耦合到第一电压放大器amp1和第二电压放大器amp2的各自的输出端913、914。当跟踪开关s1、s2处于第二状态(例如，被掷到位置2)时，每个采样电容器c1、c2的第二端子被电耦合到各自的反馈线981、982。跟踪开关s1、s2可以是单刀双掷(spdt)开关。
[0098]
电路90在如图7所示的两个阶段中操作，跟踪阶段(t)和保持阶段(h)。在跟踪阶段
期间，第一跟踪与保持电路901和第二跟踪与保持电路902处于第一状态(例如，跟踪开关s1和s2被掷到位置1)，并且采样开关s3处于闭合状态。在跟踪阶段结束时，采样开关s3转变到断开状态，然后(例如，在1-3个门延迟之后)，在保持阶段，第一跟踪与保持电路901和第二跟踪与保持电路902转变到第二状态(例如，跟踪开关s1和s2被掷到位置2)。
[0099]
图10是多路径采样电路90的示出保持阶段期间的电连接的示意性电路图。为了清晰，开关s1-s3在图10中被省略。
[0100]
假定opa为理想的运算放大器，那么可以示出在保持阶段期间运算放大器opa的输出端952处的输出电压vo与多路径采样电路60(例如，第二实施方案)的输出电压相同，并且通过方程(13)-(15)来表征，并且如图8中图示说明的那样。
[0101]
与多路径采样电路60一样，通过适当地选择a1、a2、c1和c2的值，对于多路径采样电路90，不同的断点和递增增益可以被实现。此外，通过利用彼此并联地电耦合的附加的组或行的电压放大器和跟踪与保持电路，不同增益区域的多个区段可以被实现。
[0102]
图11是根据本发明的第四实施方案的多路径采样电路1100的示意性电路图。多路径采样电路1100与多路径采样电路90相同，除了采样开关s3的位置和连接之外。在多路径采样电路1100中，采样开关s3被电耦合到第二短路线1110。采样开关的第一端子1121被电耦合到第二短路线1110的第一侧1111。采样开关的第二端子1122被电耦合到第二短路线1110的第二侧1112。采样开关s3具有闭合状态和断开状态，在闭合状态下，第二短路线1110的第一侧1111和第二侧1112被电耦合，在断开状态下，第二短路线1110的第一侧1111和第二侧1112被电解耦。
[0103]
电路1100在如图7所示的两个阶段中操作，跟踪阶段(t)和保持阶段(h)。在跟踪阶段期间，第一跟踪与保持电路901和第二跟踪与保持电路902处于第一状态(例如，跟踪开关s1和s2被掷到位置1)，并且采样开关s3处于闭合状态。跟踪阶段结束时，采样开关s3转变到断开状态，然后(例如，在1-3个门延迟之后)，在保持阶段，第一跟踪与保持电路901和第二跟踪与保持电路902转变到第二状态(例如，跟踪开关s1和s2被掷到位置2)。
[0104]
在跟踪阶段期间，采样开关s3被闭合以电连接第二短路线1110的第一侧1111和第二侧1112。当第二短路线1110的第一侧1111和第二侧1112被电连接时，第一反馈线981被电耦合到第一短路线940，第一短路线940因此电连接opa的反相输入端951和输出端952，从而强制反相输入电压为opa的偏移电压。这在c1和c2的右板上对opa的偏移电压进行采样，从而抵消opa的偏移电压的影响。在跟踪阶段结束时，s3首先被断开，然后跟踪开关s1和s2被掷到位置2。保持阶段期间的电连接与图10所示的第三实施方案的保持阶段期间的电连接相同，其中为了清晰，开关被省略。
[0105]
在保持阶段期间，采样开关s3断开以电解耦第二短路线1110的第一侧1111和第二侧1112。当第二短路线1110的第一侧1111和第二侧1112被电解耦时，第一反馈线981从第一短路线940被电解耦。
[0106]
可以示出即使opa的偏移电压为非零，在保持阶段期间opa的输出端处的输出电压vo也与多路径采样电路60(例如，第二实施方案)的输出电压相同，并且通过方程(13)-(15)和图8被给出。
[0107]
与多路径采样电路60一样，通过适当地选择多路径采样电路1100中的a1、a2、c1和c2的值，不同的断点和递增增益可以被实现。此外，通过利用彼此并联地电耦合的附加的组
或行的电压放大器和跟踪与保持电路，不同增益区域的多个区段可以被实现。
[0108]
图12是根据本发明的第五实施方案的多路径采样电路1200的示意性电路图。多路径采样电路1200包括第一电压放大器amp1、第二电压放大器amp2、第一跟踪与保持电路1201、第二跟踪与保持电路1202、反馈电容器c3、接地开关s3、采样开关s4以及运算放大器opa。第一电压放大器amp1和第二电压放大器amp2彼此并联地电耦合。第一电压放大器amp1和第二电压放大器amp2具有各自的输入端1211、1212，输入端1211、1212被串联地电耦合到输入线1220，输入线1220具有输入电压v
in
。第一跟踪与保持电路1201和第二跟踪与保持电路1202分别可以与第一跟踪与保持电路901和第二跟踪与保持电路902和/或第一跟踪与保持电路1201和第二跟踪与保持电路1202相同。amp1和amp2可以通过方程(2)-(5)来表征。
[0109]
第一跟踪与保持电路1201和第二跟踪与保持电路1202具有第一状态，在第一状态下，第一电压放大器amp1和第二电压放大器amp2的输出端1213、1214被电耦合到采样电路1245，采样电路1245包含采样开关s4和短路线1240。在第一状态下，第一电压放大器amp1和第一跟踪与保持电路1201与第二电压放大器amp2和第二跟踪与保持电路1202并联地电耦合。第一跟踪与保持电路1201和第二跟踪与保持电路1202具有第二状态，在第二状态下，第一跟踪与保持电路1201和第二跟踪与保持电路1202被电耦合到地面(例如，分别地，经由地面线1291、1292)。
[0110]
短路线1240被电耦合到采样开关s4和运算放大器opa的输入端。例如，短路线1240被电耦合到运算放大器opa的差分输入端的反相侧1251。运算放大器opa的差分输入端的非反相侧1253可以被电耦合到地面。输出线1270被电耦合到运算放大器opa的输出端1252。输出端1252和输出线1270具有输出电压vo。
[0111]
采样开关s4被电耦合到短路线1240。采样开关s4具有第一端子1261和第二端子1262，第一端子1261被电耦合到短路线1240，第二端子1262被电耦合到地面。采样开关s4具有断开状态和闭合状态。采样开关s4可以是spst开关。
[0112]
反馈线1281被电耦合到运算放大器opa的输出端1252和短路线1240。反馈电容器c3和接地开关s3被电耦合到反馈线1281。接地开关s3具有第一状态和第二状态。在第一状态下，接地开关s3被掷到位置1以使得接地开关被电耦合到地面，这使运算放大器opa的输出线1270被电耦合到地面。在第二状态下，接地开关s3被掷到位置2以使得接地开关被电耦合到反馈电容器c3的第一端子。反馈电容器c3的第二端子被电耦合到短路线1240。因此，当接地开关s3被掷到位置2时，到运算放大器opa的反馈电路完成。
[0113]
因此，电路1200包含彼此并联地电耦合的多个电压放大器和跟踪与保持电路。每个跟踪与保持电路具有第一状态，在第一状态下，各自的电压放大器的输出端被电耦合到短路线1240。每个跟踪与保持电路具有第二状态，在第二状态下，各自的电压放大器的输出端被电耦合到地面(例如，经由各自的地面线)。在图12中，存在2个电压放大器和2个跟踪与保持电路。在其他实施方案中，可以存在彼此并联地电耦合并且具有如上所述的第一状态和第二状态的更多的3个、4个、5个或另一数量(例如，大于或等于2的正整数个)的电压放大器和跟踪与保持电路。每组或每行电压放大器和跟踪与保持电路的输入端被电耦合到输入线1220。
[0114]
在一个示例中，第一跟踪与保持电路1201包含第一跟踪开关s1和第一采样电容器c1，并且第二跟踪与保持电路1202包含第二采样开关s2和第二采样电容器c2。第一采样电
容器c1具有电容c1，并且第二采样电容器c2具有电容c2。每个采样电容器c1、c2的第一端子被电耦合到短路线1240。每个采样电容器c1、c2的第二端子被电耦合到各自的跟踪开关s1、s2。当跟踪与保持电路1201、1202处于第一状态时，跟踪开关s1、s2处于第一状态(例如，被掷到位置1)，在第一状态下，每个采样电容器c1、c2的第二端子被电耦合到第一电压放大器amp1和第二电压放大器amp2的各自的输出端1213、1214。当跟踪与保持电路1201、1202处于第二状态时，跟踪开关s1、s2处于第二状态(例如，被掷到位置2)，在第二状态下，每个采样电容器c1、c2的第二端子被电耦合到地面(例如，分别地，经由地面线1291、1292)。跟踪开关s1、s2和接地开关s3可以是spdt开关。
[0115]
电路1200在如图7所示的两个阶段中操作，跟踪阶段(t)和保持阶段(h)。在跟踪阶段期间，第一跟踪与保持电路1201和第二跟踪与保持电路1202处于第一状态(例如，跟踪开关s1和s2被掷到位置1)，接地开关s3处于第一状态(例如，被掷到位置1)，并且采样开关s4处于闭合状态。在跟踪阶段结束时，采样开关s4转变到断开状态，然后(例如，在1-3个门延迟之后)，在保持阶段，第一跟踪与保持电路1201和第二跟踪与保持电路1202转变到第二状态(例如，跟踪开关s1和s2被掷到位置2)并且接地开关s3处于第二状态(例如，被掷到位置2)。图13是多路径采样电路1200的示出保持阶段期间的电连接的示意性电路图。为了清晰，开关s1-s4在图13中被省略。
[0116]
运算放大器opa的输出端1252处的输出电压vo可以被示为：
[0117][0118][0119][0120]
这些特性在图14中被用曲线图图示说明，图14类似于在图8中对于多路径采样电路60和90图示说明的曲线图，除了增益按照因子被缩放之外。输出电压在的增益下对于小于v1的输入电压线性地减小，当输入电压在的更低的递增增益下超过v1时，保持减小。对于大于v2的输入电压，输出在下饱和。通过适当地选择a1、a2、c1、c2和c3的值，对于多路径采样路径1200，不同的断点和递增增益可以被实现。此外，通过利用彼此并联地电耦合的附加的组或行的电压放大器和跟踪与保持电路，不同增益区域的多个区段可以被实现。
[0121]
图15是根据本发明的第六实施方案的多路径采样电路1500的示意性电路图。多路径采样电路1500与多路径采样电路1200相同，除了采样开关s4的位置和连接之外。在多路径采样电路1500中，采样开关s4被电耦合到第二反馈线1510。采样开关s4的第一端子1521被电耦合到第二反馈线1510的第一侧1511。采样开关s4的第二端子1522被电耦合到第二反馈线1510的第二侧1512。采样开关s4具有闭合状态和断开状态，在闭合状态下，第二反馈线1510的第一侧1511和第二侧1512被电耦合，在断开状态下，第二反馈线1510的第一侧1511和第二侧1512被电解耦。
[0122]
多路径采样电路1500在如图7所示的两个阶段中操作，跟踪阶段(t)和保持阶段(h)。在跟踪阶段期间，s1、s2和s3被掷到位置1，s4被闭合。当第二反馈线1510的第一侧1511和第二侧1512被电耦合时，短路线1240被电耦合到第二反馈线1512，第二反馈线1512电连接opa的反相输入端1251和输出端1252，从而强制反相输入电压为opa的偏移电压。这在c1和c2的右板上对opa的偏移电压进行采样，从而抵消opa的偏移电压的影响。在跟踪阶段结束时，s3首先被断开，然后跟踪开关s1和s2被掷到位置2。为了转变到保持阶段，s4首先被断开，s1、s2和s3被掷到位置2，并且然后(例如，在1-3个门延迟之后)s1、s2和s3被掷到位置2。保持阶段期间的电连接与图13所示的多路径采样电路1200的保持阶段期间的电连接相同，其中为了清晰，开关被省略。
[0123]
运算放大器opa的输出端1252处的输出电压vo可以被示为；
[0124][0125][0126][0127]
这类似于在图8中对于多路径采样电路60(例如，第二实施方案)图示说明的曲线图，除了增益按照的因子被缩放之外。输出电压在的增益下对于小于v1的输入电压线性地增大，一旦输入电压在的更低的递增增益下超过v1，保持增大。对于大于v2的输入电压，输出在下饱和。与多路径采样电路60一样，通过适当地选择多路径采样电路1100中的a1、a2、c1和c2的值，不同的断点和递增增益可以被实现。此外，通过利用彼此并联地电耦合的附加的组或行的电压放大器和跟踪与保持电路，不同增益区域的多个区段可以被实现。
[0128]
图16是根据本发明的第七实施方案的多路径采样电路1600的示意性电路图。多路径采样电路1600包括第一电压放大器amp1、第二电压放大器amp2和模数转换器adc。adc包含第一跟踪与保持电路1601、第二跟踪与保持电路1602和adc控制电路系统1650。
[0129]
它包括第一放大器amp1、第二放大器amp2和模数转换器ad。ad进一步包括第一dac电容器c1和第二dac电容器c2、第一跟踪开关s1、第二跟踪开关s2、采样开关s3和adc控制电路。开关s1和s2是spdt开关，并且开关s3是spst开关。amp1和amp2具有如通过方程(2)-(5)给出的相同的特性。
[0130]
第一电压放大器amp1和第二电压放大器amp2彼此并联地电耦合。第一电压放大器amp1和第二电压放大器amp2具有各自的输入端1611、1612，输入端1611、1612被串联地电耦合到输入线1620，输入线1620具有输入电压v
in
。第一跟踪与保持电路1601和第二跟踪与保持电路1602分别可以与第一跟踪与保持电路901和第二跟踪与保持电路902、第一跟踪与保持电路1601和第二跟踪与保持电路1602和/或第一跟踪与保持电路1601和第二跟踪与保持电路1602相同。amp1和amp2可以通过方程(2)-(5)来表征。
[0131]
第一跟踪与保持电路1601和第二跟踪与保持电路1602具有第一状态，在第一状态
下，第一电压放大器amp1和第二电压放大器amp2的输出端1613、1614被电耦合到短路线1640。在第一状态下，第一电压放大器amp1和第一跟踪与保持电路1601与第二电压放大器amp2和第二跟踪与保持电路1602并联地电耦合。第一跟踪与保持电路1601和第二跟踪与保持电路1602具有第二状态，在第二状态下，第一电压放大器amp1和第二电压放大器amp2的输出端1613、1614被电耦合到第一反馈线1681和第二反馈线1682，第一反馈线1681和第二反馈线1682被电耦合到adc控制电路系统1650。
[0132]
采样开关s3被电耦合到短路线1640。采样开关s3具有第一端子1661和第二端子1662，第一端子1661被电耦合到短路线1640，第二端子1662被电耦合到地面。采样开关s3具有断开状态和闭合状态，并且可以是spst开关。
[0133]
因此，电路1600包含彼此并联地电耦合的多个电压放大器和跟踪与保持电路。每个跟踪与保持电路具有第一状态，在第一状态下，各自的电压放大器的输出端被电耦合到各自的反馈线，各自的反馈线到短路线1640。每个跟踪与保持电路具有第二状态，在第二状态下，各自的电压放大器的输出端被电耦合到adc控制电路系统1650。在图16中，存在2个电压放大器和2个跟踪与保持电路。在其他实施方案中，可以存在彼此并联地电耦合并且具有如上所述的第一状态和第二状态的更多的3个、4个、5个或另一数量(例如，大于或等于2的正整数个)的电压放大器和跟踪与保持电路。每组或每行电压放大器和跟踪与保持电路的输入端被电耦合到输入线1620。
[0134]
在一个示例中，第一跟踪与保持电路1601包含第一跟踪开关s1和第一采样电容器c1，并且第二跟踪与保持电路1602包含第二跟踪开关s2和第二采样电容器c2。第一采样电容器c1具有电容c1，并且第二采样电容器c2具有电容c2。每个采样电容器c1、c2的第一端子被电耦合到短路线1640。每个采样电容器c1、c2的第二端子被电耦合到各自的跟踪开关s1、s2。当跟踪与保持电路1601、1602处于第一状态时，跟踪开关s1、s2处于第一状态(例如，被掷到位置1)，在第一状态下，每个采样电容器c1、c2的第二端子被电耦合到第一电压放大器amp1和第二电压放大器amp2的各自的输出端1613、1614。当跟踪与保持电路1601、1602处于第二状态时，跟踪开关s1、s2处于第二状态(例如，被掷到位置2)，在第二状态下，每个采样电容器c1、c2的第二端子被电耦合到各自的反馈线1681、1682。跟踪开关s1、s2可以是spdt开关。
[0135]
电路1600在如图17所示的两个时钟阶段中操作，跟踪阶段(t)和转换阶段(c)。在跟踪阶段期间，第一跟踪与保持电路1601和第二跟踪与保持电路1602处于第一状态(例如，跟踪开关s1和s2被掷到位置1)，并且采样开关s3处于闭合状态。在跟踪阶段结束时，采样开关s3转变到断开状态，然后(例如，在1-3个门延迟之后)，在转换阶段，第一跟踪与保持电路1601和第二跟踪与保持电路1602转变到第二状态(例如，跟踪开关s1、s2被掷到位置2)。adc然后继续将c1和c2中的采样的电荷转换为数字输出。施加于开关s1和s2的位置2的电压通过a/d转换处理被控制，并且可以包含参考电压v
refp
、v
refn
或地面。
[0136]
adc的输出端1670处的数字输出do可以被示为：
[0137][0138]
[0139][0140]
其中v
ref
是ad的满量程电压，其可以等于v
refp-v
refn
。这些特性在图18中被用曲线图图示说明。数字输出do可以被示为等于或接近方程(22)-(24)中的值(例如，与这些值成比例)。数字输出在的增益下对于小于v1的输入电压线性地增大，并且当输入电压在的更低的递增增益下超过v1时，保持增大。对于大于v2的输入电压，输出在下饱和。通过适当地选择a1、a2、c1、c2、c3和v
ref
的值，不同的断点和递增增益可以被实现。此外，通过利用彼此并联地电耦合的附加的组或行的电压放大器和跟踪与保持电路，不同增益区域的多个区段可以被实现。
[0141]
在所有的前面的实施方案中，放大器amp1和amp2可以被替换为其特性在下面通过用于amp1的方程25-27和用于amp2的方程28-30给出的差分放大器。
[0142]vo1
＝a1v
in
,|v
in
|《v1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(25)
[0143]vo1
＝a
1v1
,v
in
≥v1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(26)
[0144]vo1
＝-a
1v1
,v
in
≤-v1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(27)
[0145]vo2
＝a2v
in
,|v
in
|《v2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(28)
[0146]vo2
＝a
2v2
,v
in
≥v2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(29)
[0147]vo2
＝-a
2v2
,v
in
≤-v2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(30)。
[0148]
差分放大器amp1和amp2的特性在图19中被图示说明。差分放大器使放大器特性扩展到负的输入轴和输出轴。多路径采样电路的因此而产生的输出电压也被扩展到负的输入轴和输出轴，例如，如在图20中对于第二实施方案至第四实施方案(即，多路径采样电路60、90和1100)所示。
[0149]
在系统单芯片(soc)中，全差分拓扑结构通常期望的是降低电源供应、共模和基板噪声的影响。
[0150]
将所有的实施方案(第一实施方案至第七实施方案(即，分别地，多路径采样电路30、60、90、1100、1200、1500和1600))转换为全差分实现是简单的。
[0151]
作为全差分实施方案的图示说明，图21是根据本发明的第八实施方案的多路径采样电路2100的示意性电路图。多路径采样电路2100是多路径采样电路90(即，第三实施方案)的全差分实现。多路径采样电路2100包括第一电压放大器amp1、第二电压放大器amp2、第一跟踪与保持电路2101、第二跟踪与保持电路2102、第一跟踪与保持电路2103、第四跟踪与保持电路2104、第一采样开关s5和第二采样开关s6、以及运算放大器opa。
[0152]
第一电压放大器amp1和第二电压放大器amp2彼此并联地电耦合。第一电压放大器amp1和第二电压放大器amp2具有各自的输入端2111、2112，输入端2111、2112被串联地电耦合到输入线2120，输入线2120具有输入电压v
in
。跟踪与保持电路2101-2104可以与本文中描述的跟踪与保持电路中的任何一个相同。amp1和amp2可以通过方程(2)-(5)来表征。跟踪与保持电路2101-2104分别被布置在第一跟踪与保持电路组2131和第二跟踪与保持电路组2132中。第一跟踪与保持电路组2131中的跟踪与保持电路(例如，第一跟踪与保持电路2101和第二跟踪与保持电路2102)被电耦合到各自的电压放大器amp1、amp2的差分输出端的第
一侧(例如，非反相侧)。第二跟踪与保持电路组2132中的跟踪与保持电路(例如，第三跟踪与保持电路2103和第四跟踪与保持电路2104)被电耦合到各自的电压放大器amp1、amp2的差分输出端的第二侧(例如，反相侧)。
[0153]
第一跟踪与保持电路2101和第二跟踪与保持电路2102具有第一状态，在第一状态下，第一电压放大器amp1和第二电压放大器amp2的差分输出端2113、2114的第一侧(例如，非反相侧)被电耦合到采样电路2140的第一侧2141。第三跟踪与保持电路2103和第四跟踪与保持电路2104具有第一状态，在第一状态下，第一电压放大器amp1和第二电压放大器amp2的差分输出端2113、2114的第二侧(例如，反相侧)被电耦合到采样电路2140的第二侧2142。在第一状态下，第一电压放大器amp1以及第一跟踪与保持电路2101和第二跟踪与保持电路2102与第二电压放大器amp2以及第三跟踪与保持电路2103和第四跟踪与保持电路2104并联地电耦合。
[0154]
第一跟踪与保持电路2101和第二跟踪与保持电路2102具有第二状态，在第二状态下，第一电压放大器amp1和第二电压放大器amp2的差分输出端2113、2114的第一侧(例如，非反相侧)被电耦合到第一反馈线2181，第一反馈线2181被电耦合到运算放大器opa的差分输出端2172的第一侧(例如，非反相侧)。第三跟踪与保持电路2103和第四跟踪与保持电路2104具有第二状态，在第二状态下，第一电压放大器amp1和第二电压放大器amp2的差分输出端2113、2114的第二侧(例如，反相侧)被电耦合到第二反馈线2182，第二反馈线2182被电耦合到运算放大器opa的差分输出端2172的第二侧(例如，反相侧)。
[0155]
第一采样开关s5被电耦合到采样电路2140的第一侧2141。第二采样开关s6被电耦合到采样电路2140的第二侧2142。采样开关s5、s6具有断开状态和闭合状态，并且可以是spst开关。当两个采样开关s5、s6处于闭合状态时，采样电路2140的第一侧2141和第二侧2142被电耦合以接收系统共模电压v
cm
。采样电路2140的第一侧2141被电耦合到运算放大器opa的差分输入端2171的第一侧(例如，反相侧)。采样电路2140的第二侧2142被电耦合到运算放大器opa的差分输入端2171的第二侧(例如，非反相侧)。
[0156]
因此，电路2100包含彼此并联地电耦合的多个电压放大器和跟踪与保持电路。第一跟踪与保持电路组被电耦合到每个电压放大器的差分输出端的第一侧。第二跟踪与保持电路组被电耦合到每个电压放大器的差分输出端的第二侧。第一跟踪与保持电路组中的跟踪与保持电路具有第一状态，在第一状态下，每个电压放大器的差分输出端的第一侧被电耦合到采样电路的第一侧。第二跟踪与保持电路组中的跟踪与保持电路具有第一状态，在第一状态下，每个电压放大器的差分输出端的第二侧被电耦合到采样电路的第二侧。
[0157]
第一跟踪与保持电路组中的跟踪与保持电路具有第二状态，在第二状态下，每个电压放大器的差分输出端的第一侧被电耦合到第一反馈线，第一反馈线被电耦合到运算放大器opa的差分输出端的第一侧。第二跟踪与保持电路组中的跟踪与保持电路具有第二状态，在第二状态下，每个电压放大器的差分输出端的第二侧被电耦合到第二反馈线，第二反馈线被电耦合到运算放大器opa的差分输出端的第二侧。在图21中，存在2个电压放大器和每个跟踪与保持电路组中的2个跟踪与保持电路。在其他实施方案中，可以存在彼此并联地电耦合并且具有如上所述的第一状态和第二状态的更多的3个、4个、5个或另一数量(例如，大于或等于2的正整数个)的电压放大器和每个跟踪与保持电路组中的跟踪与保持电路。每组或每行电压放大器和跟踪与保持电路的输入端被电耦合到输入线2120。
[0158]
在一个示例中，第一跟踪与保持电路2101包含第一跟踪开关s1和第一采样电容器c1，第二跟踪与保持电路2102包含第二跟踪开关s2和第二采样电容器c2，第三跟踪与保持电路2103包含第三跟踪开关s3和第三采样电容器c3，并且第四跟踪与保持电路2104包含第四跟踪开关s4和第四采样电容器c4。第一采样电容器c1和第三采样电容器c3可以具有电容c1，并且第二采样电容器c2和第四采样电容器c4具有电容c2。每个采样电容器c1、c2的第一端子被电耦合到采样电路2140的第一侧2141。每个采样电容器c1、c2的第二端子被电耦合到各自的跟踪开关s1、s2。每个采样电容器c3、c4的第一端子被电耦合到采样电路2140的第二侧2142。每个采样电路c3、c4的第二端子被电耦合到各自的跟踪开关s3、s4。
[0159]
当跟踪开关s1、s2处于第一状态(例如，被掷到位置1)时，每个采样电容器c1、c2的第二端子被电耦合到第一电压放大器amp1和第二电压放大器amp2的各自的差分输出端2113、2114的第一侧(例如，非反相侧)。当跟踪开关s3、s4处于第一状态(例如，被掷到位置1)时，每个采样电容器c3、c4的第二端子被电耦合到第一电压放大器amp1和第二电压放大器amp2的各自的差分输出端2113、2114的第二侧(例如，反相侧)。
[0160]
当跟踪开关s1、s2处于第二状态(例如，被掷到位置2)时，每个采样电容器c1、c2的第二端子被电耦合到第一反馈线2181。当跟踪开关s3、s4处于第二状态(例如，被掷到位置2)时，每个采样电容器c3、c4的第二端子被电耦合到第二反馈线2182。跟踪开关s1、s2、s3、s4可以是spdt开关。
[0161]
amp1的差分输出电压v
o1
被定义为：
[0162]vo1
＝v
o1p-v
o1n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(31)
[0163]
并且amp2的差分输出电压v
o2
被定义为：
[0164]vo2
＝v
o2p-v
o2n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(32)。
[0165]
amp1具有以下特性：
[0166]vo1
＝a1v
in
,|v
in
|《v1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(33)
[0167]
v1＝a
1v1
,v
in
≥v1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(34)
[0168]vo1
＝-a
1v1
,v
in
≤-v1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(35)，
[0169]
并且amp2具有以下特性：
[0170]vo1
＝a2v
in
,|v
in
|《v2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(36)
[0171]vo1
＝a
2v2
,v
in
≥v2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(37)
[0172]vo1
＝-a
2v2
,v
in
≤-v2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(38)。
[0173]
amp1和amp2的特性与图19中图示说明的那些相同。
[0174]
电路在如图7所示的两个阶段中操作，跟踪阶段(t)和保持阶段(h)。在跟踪阶段期间，跟踪开关s1、s2、s3和s4被掷到位置1，并且采样开关s5和s6被闭合。在跟踪阶段结束时，s5和s6首先被断开，然后(例如，在1-3个门延迟之后)跟踪开关s1、s2、s3和s4被掷到位置2。
[0175]
opa的输出端处的输出电压vo可以被示为：
[0176][0177]
[0178][0179]
该特性与图20中图示说明的特性相同。如图20所示，输出电压vo在的增益下对于-v1和+v1之间的输入电压线性地增大。在的更低的递增增益下，当输入电压在+v1和+v2之间时，以及当输入电压在-v1和-v2之间时，输出电压vo保持增大。对于大于+v2且小于-v2的输入电压，输出电压vo分别在和的增益下饱和。通过适当地选择a1、a2、c1和c2的值，不同的断点和递增增益可以被实现。此外，通过利用多个放大器、开关和采样电容器，不同增益区域的多个区段可以被实现。
[0180]
发明人还认识到在所描述的各种实施方案的amp1和amp2中利用不同的频率响应的益处。例如，根据本发明的第九实施方案利用与用于本发明的第二实施方案的电路60相同的结构，但是输入电压v
in
为ac电压。amp1和amp2的dc特性也与如通过方程(2)-(5)给出的第一实施方案的那些dc特性相同。然而，对于amp1，在其线性操作区域(即，v
in
《v1)中，其频率响应通过以下方程给出：
[0181]vo1
＝a1h1(s)v
in
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(42)
[0182]
其中v
in
表示极坐标格式的输入电压的v
in
的ac幅值和阶段，并且v
o1
表示极坐标格式的amp1的输出电压v
o1
的ac幅值和阶段。h1是amp1的拉普拉斯域(laplace-domain)传递函数。
[0183]
此外，对于amp2，在其线性操作区域(即，v
in
《v2)中，其频率响应通过以下方程给出：
[0184]vo2
＝a2h2(s)v
in
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(43)
[0185]
其中v
o2
表示极坐标格式的amp2的输出电压v
o2
的ac幅值和阶段。h2是amp2的拉普拉斯域传递函数。
[0186]
可以示出当amp1和amp2二者都在线性区域中(即，v
in
《v1,v2)时，输出电压vo具有以下的复合频率响应：
[0187][0188]
注意到方程(44)是输出电压的连续时间逼近，其是离散时间。作为示例，其中
[0189][0190]
以及
[0191]
h2(s)＝1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(46)
[0192]
其中t1表示传递函数h1的时间常数。
[0193]
输入-输出关系通过以下方程给出：
[0194][0195]
输入-输出关系可以被如下重写：
[0196][0197]
通过适当地选择t1、a1、a2、c1和c2的值，不同的极坐标零地点可以被实现。
[0198]
本发明的第十实施方案利用与用于本发明的第三实施方案的电路90相同的结构，但是输入电压v
in
为ac电压。amp1和amp2的dc特性与第一实施方案(即，电路30)的那些dc特性相同，并且通过方程(2)-(5)给出。amp1和amp2还具有通过方程(42)和(43)给出的相同的频率响应。对于该实施方案的当amp1和amp2二者都在线性区域中(即，v
in
《v1,v2)时的输入-输出关系通过方程48给出。
[0199]
本发明的第十一实施方案利用与用于本发明的第四实施方案的电路1100相同的结构，但是输入电压v
in
为ac电压。amp1和amp2的dc特性与第一实施方案(即，电路30)的那些dc特性相同，并且通过方程(2)-(5)给出。amp1和amp2还具有通过方程(42)和(43)给出的相同的频率响应。对于该实施方案的当amp1和amp2二者都在线性区域中(即，v
in
《v1,v2)时的输入-输出关系通过方程48给出。
[0200]
本发明的第十二实施方案利用与用于本发明的第五实施方案的电路1200相同的结构，但是输入电压v
in
为ac电压。amp1和amp2的dc特性与第一实施方案(即，电路30)的那些dc特性相同，并且通过方程(2)-(5)给出。amp1和amp2还具有通过方程(42)和(43)给出的相同的频率响应。对于该实施方案的当amp1和amp2二者都在线性区域中(即，v
in
《v1,v2)时的输入-输出关系通过方程48给出。
[0201]
本发明的第十三实施方案利用与用于第六实施方案的电路1500相同的结构，但是输入电压v
in
为ac电压。amp1和amp2的dc特性与第一实施方案(即，电路30)的那些dc特性相同，并且通过方程(2)-(5)给出，同时amp1和amp2还具有通过方程(42)和(43)给出的相同的频率响应。对于该实施方案的当amp1和amp2二者都在线性区域中(即，v
in
《v1,v2)时的输入-输出关系通过方程49给出。
[0202][0203]
本发明的第十四实施方案利用与用于第七实施方案的电路1600相同的结构，但是输入电压v
in
为ac电压。amp1和amp2的dc特性与第一实施方案(即，电路30)的通过方程(2)-(5)给出的那些dc特性相同，同时amp1和amp2还具有通过方程(42)和(43)给出的相同的频率响应。对于该实施方案的当amp1和amp2二者都在线性区域中(即，v
in
《v1,v2)时的输入-输出关系通过方程50给出。
[0204][0205]
本发明的第十五实施方案利用与用于第八实施方案的电路2100相同的结构，但是输入电压v
in
为ac电压。amp1和amp2的dc特性与第八实施方案(即，电路2100)的那些dc特性相同，并且通过方程(33)-(38)给出，同时amp1和amp2还具有通过方程(42)和(43)给出的相同的频率响应。对于该实施方案的当amp1和amp2二者都在线性区域中(即，v
in
《v1,v2)时的
输入-输出关系通过方程48给出。
[0206]
虽然已经在本文中描述并且图示说明了各种创造性实施方案，但本领域普通技术人员将容易预想用于执行功能和/或获得本文所描述的结果和/或本文所描述的优势中的一个或更多个的各种其他手段和/或结构，并且这样的变化和/或修改中的每个被视为在本文所描述的创造性实施方案的范围内。更一般地，本领域技术人员将容易认识到，本文所描述的全部参数、尺寸、材料和配置都意在为示例性的，并且实际的参数、尺寸、材料和/或配置将取决于使用创造性教导的一个特定应用或多个特定应用。本领域技术人员将认识到或者能够仅使用常规实验来弄清本文所描述的特定创造性实施方案的许多等同方案。作为具体实施例，可能期望在当前的存储电路中使用pmos晶体管而非如示例性附图中所示的nmos输入晶体管。本领域技术人员将认识到这样的“翻转”配置。因此，将理解的是，前述实施方案仅作为实施例而呈现，并且在所附权利要求书及其等同形式的范围内，可以以除了具体地描述的方式之外的其他方式实施创造性实施方案。本公开的创造性实施方案针对本文所描述的每一个单独的特征、系统、制品、材料、成套设备和/或方法。此外，两个或更多个这样的特征、系统、制品、材料、成套设备和/或方法的任何合理组合(如果这样的特征、系统、制品、材料、成套设备和/或方法并非相互矛盾)包含在本公开的发明范围内。
[0207]
此外，本文所描述的发明可以体现为方法。作为方法的一部分执行的动作可以按任何适合的方式排序。因此，即使动作在说明性实施方案中被示为顺序的动作，也可以构造按与所阐明的次序不同的次序执行动作(可以包含同时执行一些动作)的实施方案。
[0208]
本发明不应当被视为限于上述特定实施方案，而应当被理解为覆盖如所附权利要求书中合理阐述的本发明的全部方面。对于本发明所针对的本领域技术人员而言，在审阅本公开之后，本发明可以适用的各种修改、等同过程以及许多结构将是显而易见的。

技术特征：
1.一种多路径采样电路，所述多路径采样电路包括：输入线，所述输入线在电学上具有输入电压；多个电压放大器，所述多个电压放大器彼此电并联，每个电压放大器具有与所述输入线电耦合的各自的输入端，每个电压放大器具有不同的增益和不同的饱和电压；多个跟踪与保持电路；短路线，所述短路线被电耦合到每个采样与保持电路的各自的输出端；短路开关，所述短路开关被电耦合到所述短路线；缓冲放大器，所述缓冲放大器具有被电耦合到所述短路线的输入端，其中：所述多路径采样电路具有跟踪阶段和保持阶段，当所述多路径采样电路处于所述跟踪阶段时：所述短路开关处于断开状态，并且所述跟踪与保持电路处于第一状态，在所述第一状态下，每个跟踪与保持电路的各自的输入端被电耦合到各自的放大器的输出端，并且当所述多路径采样电路处于所述保持阶段时：所述短路开关处于闭合状态，并且所述跟踪与保持电路处于第二状态，在所述第二状态下，每个跟踪与保持电路的各自的输入端从各自的放大器的输出端被电解耦。2.根据权利要求1所述的电路，所述电路进一步包括：多个采样开关；以及多个采样电容器，其中：每个跟踪与保持电路包含各自的采样开关和各自的采样电容器，当所述跟踪与保持电路处于所述第一状态时，所述采样开关处于闭合状态以使得每个采样电容器被电耦合到各自的放大器的输出端，并且当所述跟踪与保持电路处于所述第二状态时，所述采样开关处于断开状态以使得每个采样电容器从各自的放大器的输出端被电解耦。3.根据权利要求1所述的电路，其中：所述电压放大器包含第一电压放大器和第二电压放大器，所述跟踪与保持电路包含第一跟踪与保持电路和第二跟踪与保持电路，所述第一电压放大器的增益大于所述第二电压放大器的增益，并且所述第一电压放大器的饱和电压低于所述第二电压放大器的饱和电压。4.根据权利要求3所述的电路，其中：所述第一电压放大器的增益为所述第二电压放大器的增益的至少两倍，并且所述第一电压放大器的饱和电压低于或等于所述第二电压放大器的饱和电压的一半。5.根据权利要求3所述的电路，其中：所述第一跟踪与保持电路包含第一采样开关和第一采样电容器，所述第二跟踪与保持电路包含第二采样开关和第二采样电容器，当所述跟踪与保持电路处于所述第一状态时，所述第一采样开关和所述第二采样开关
处于闭合状态以使得所述第一采样电容器和所述第二采样电容器分别被电耦合到所述第一电压放大器和所述第二电压放大器的输出端，并且当所述跟踪与保持电路处于所述第二状态时，所述第一采样开关和所述第二采样开关处于断开状态以使得所述第一采样电容器和所述第二采样电容器分别从所述第一电压放大器和所述第二电压放大器的所述输出端被电解耦。6.根据权利要求5所述的电路，其中：当所述输入电压(v
in
)低于所述第一电压放大器的饱和电压(v1)时，所述缓冲放大器的输出端处的电压(v
o
)等于当v
in
大于或等于v1且小于或等于所述第二电压放大器的饱和电压(v2)时，v
o
等于并且当v
in
大于v2时，v
o
等于其中：a1是所述第一电压放大器的增益，a2是所述第二电压放大器的增益，c1是所述第一采样电容器的电容，c2是所述第二采样电容器的电容，并且v
o
在所述多路径采样电路的所述保持阶段期间被测量。7.一种多路径采样电路，所述多路径采样电路包括：输入线，所述输入线具有输入电压；多个电压放大器，所述多个电压放大器彼此电并联，每个电压放大器具有与所述输入线电耦合的各自的输入端，每个电压放大器具有不同的增益和不同的饱和电压；多个跟踪与保持电路；采样电路，所述采样电路被电耦合到每个采样与保持电路的各自的输出端，所述采样电路包含采样开关，所述采样开关具有断开状态和闭合状态；运算放大器，所述运算放大器具有差分输入端和输出端，所述运算放大器的所述差分输入端被电耦合到所述短路线，其中：所述多路径采样电路具有跟踪阶段和保持阶段，当所述多路径采样电路处于所述跟踪阶段时：所述跟踪与保持电路处于第一状态，在所述第一状态下，每个电压放大器的各自的输出端被电耦合到所述短路线，并且所述采样开关处于所述闭合状态，当所述多路径采样电路处于所述保持阶段时：所述跟踪与保持电路具有第二状态，在所述第二状态下，每个电压放大器的各自的输出端从所述短路线被电解耦，并且所述采样开关处于所述断开状态。8.根据权利要求7所述的电路，其中：
所述采样电路被电耦合到所述差分输入端的反相侧，并且所述差分输入端的非反相侧被电耦合到地面。9.根据权利要求7所述的电路，其中：所述电压放大器包含第一电压放大器和第二电压放大器，所述跟踪与保持电路包含第一跟踪与保持电路和第二跟踪与保持电路，所述第一电压放大器的增益大于所述第二电压放大器的增益，并且所述第一电压放大器的饱和电压低于所述第二电压放大器的饱和电压。10.根据权利要求9所述的电路，其中：所述第一跟踪与保持电路包含第一跟踪开关和第一采样电容器，所述第二跟踪与保持电路包含第二跟踪开关和第二采样电容器，当所述第一跟踪与保持电路和所述第二跟踪与保持电路处于所述第一状态时，所述第一跟踪开关和所述第二跟踪开关处于第一状态以使得所述第一采样电容器和所述第二采样电容器分别被电耦合到所述第一电压放大器和所述第二电压放大器的输出端，并且当所述第一跟踪与保持电路和所述第二跟踪与保持电路处于所述第二状态时，所述第一跟踪开关和所述第二跟踪开关处于第二状态以使得所述第一采样电容器和所述第二采样电容器分别从所述第一电压放大器和所述第二电压放大器的所述输出端被电解耦。11.根据权利要求10所述的电路，其中在所述第二状态下，所述第一跟踪开关和所述第二跟踪开关将所述第一采样电容器和所述第二采样电容器电耦合到各自的反馈线，所述反馈线被电耦合到所述运算放大器的所述输出端。12.根据权利要求11所述的电路，其中：当所述输入电压(v
in
)低于所述第一电压放大器的饱和电压(v1)时，所述运算放大器的所述输出端处的电压(v
o
)等于当v
in
大于或等于v1且小于或等于所述第二电压放大器的饱和电压(v2)时，v
o
等于并且当v
in
大于v2时，v
o
等于其中：a1是所述第一电压放大器的增益，a2是所述第二电压放大器的增益，c1是所述第一采样电容器的电容，c2是所述第二采样电容器的电容，并且v
o
在所述多路径采样电路的所述保持阶段期间被测量。13.根据权利要求10所述的电路，所述电路进一步包括：反馈电容器，所述反馈电容器具有被电耦合到所述采样电路的第一端子；以及地面开关，其中：当所述多路径采样电路处于所述跟踪阶段时，所述地面开关处于第一状态，在所述第一状态下，所述反馈电容器的第二端子被电耦合到地面，
当所述多路径采样电路处于所述保持阶段时：所述第一跟踪开关和所述第二跟踪开关将所述第一采样电容器和所述第二采样电容器分别电耦合到地面，并且所述地面开关处于第二状态，在所述第二状态下，所述反馈电容器的所述第二端子被电耦合到反馈线，所述反馈线被电耦合到所述运算放大器的所述输出端和所述采样电路。14.根据权利要求13所述的电路，其中：当所述输入电压(v
in
)低于所述第一电压放大器的饱和电压(v1)时，所述运算放大器的所述输出端处的电压(v
o
)等于当v
in
大于或等于v1且小于或等于所述第二电压放大器的饱和电压(v2)时，v
o
等于并且当v
in
大于v2时，v
o
等于其中：a1是所述第一电压放大器的增益，a2是所述第二电压放大器的增益，c1是所述第一采样电容器的电容，c2是所述第二采样电容器的电容，c3是所述反馈电容器的电容，并且v
x
在所述多路径采样电路的所述保持阶段期间被测量。15.根据权利要求10所述的电路，其中所述采样电路包括：第一短路线，所述第一短路线被电耦合到每个采样与保持电路的各自的输出端，所述第一短路线被电耦合到所述运算放大器的所述差分输入端的反相侧；第二短路线，所述第二短路线将第一反馈线电连接到所述短路线；并且所述采样开关具有第一端子和第二端子，所述第一端子被电连接到所述第二短路线的第一侧，所述第二端子被电连接到所述第二短路线的第二侧，其中：当所述采样开关处于所述闭合状态时，所述采样开关电耦合所述第二短路线的所述第一侧和所述第二侧，从而将所述运算放大器的所述差分输入端的所述反相侧电耦合到所述运算放大器的所述输出端，当所述采样开关处于所述断开状态时，所述采样开关电解耦所述第二短路线的所述第一侧和所述第二侧，从而使所述运算放大器的所述差分输入端的所述反相侧与所述运算放大器的所述输出端电解耦。16.根据权利要求7所述的电路，其中所述采样电路包括短路线，所述短路线被电耦合到每个采样与保持电路的各自的输出端，所述采样开关被电耦合到所述短路线，其中：当所述采样电路处于第一状态时，所述采样开关处于闭合状态，在所述闭合状态下，所述采样电路被电耦合到地面，并且当所述采样电路处于第二状态时，所述采样开关处于断开状态，在所述断开状态下，所
述采样开关从地面被电解耦。17.根据权利要求7所述的电路，其中所述多个电压放大器具有不同的频率响应。18.一种多路径采样电路，所述多路径采样电路包括：输入线，所述输入线具有输入电压；多个电压放大器，所述多个电压放大器彼此电并联，每个电压放大器具有与所述输入线电耦合的各自的输入端，每个电压放大器具有不同的增益和不同的饱和电压；多个跟踪与保持电路，所述多个跟踪与保持电路包含第一跟踪与保持电路组和第二跟踪与保持电路组，每个跟踪与保持电路具有各自的输入端和各自的输出端；采样电路，所述采样电路具有第一侧和第二侧，所述第一侧被电耦合到所述第一跟踪与保持电路组中的每个跟踪与保持电路，所述第二侧被电耦合到所述第二跟踪与保持电路组中的每个采样与保持电路，所述采样电路具有第一状态和第二状态，在所述第一状态下，所述采样电路的所述第一侧和所述第二侧被电耦合，在所述第二状态下，所述采样电路的所述第一侧和所述第二侧被电解耦；以及运算放大器，所述运算放大器具有差分输入端，其中(a)所述运算放大器的所述差分输入端的第一侧被电耦合到所述采样电路的所述第一侧，并且(b)所述运算放大器的所述差分输入端的第二侧被电耦合到所述采样电路的所述第二侧，其中：所述多路径采样电路具有跟踪阶段和保持阶段，当所述多路径采样电路处于所述跟踪阶段时：所述第一跟踪与保持电路组中的所述跟踪与保持电路处于第一状态，在所述第一状态下，每个电压放大器的差分输出端的第一侧被电耦合到所述采样电路的所述第一侧，所述第一跟踪与保持电路组中的所述跟踪与保持电路处于第一状态，在所述第一状态下，每个电压放大器的所述差分输出端的第二侧被电耦合到所述采样电路的所述第二侧，并且所述采样电路处于所述第一状态，当所述多路径采样电路处于所述保持阶段时：所述第一跟踪与保持电路组中的每个跟踪与保持电路的各自的输入端被电耦合到第一反馈线，所述第一反馈线被电耦合到所述运算放大器的差分输出端的第一侧，所述第二跟踪与保持电路组中的每个跟踪与保持电路的各自的输入端被电耦合到第二反馈线，所述第二反馈线被电耦合到所述运算放大器的所述差分输出端的第二侧，并且所述采样电路处于所述第二状态。19.根据权利要求18所述的电路，其中：所述电压放大器包含第一电压放大器和第二电压放大器，所述第一跟踪与保持电路组包含第一跟踪与保持电路和第二跟踪与保持电路，所述第二跟踪与保持电路组包含第三跟踪与保持电路和第四跟踪与保持电路，所述第一电压放大器的增益大于所述第二电压放大器的增益，并且所述第一电压放大器的饱和电压小于所述第二电压放大器的饱和电压。20.根据权利要求19所述的电路，其中：所述第一跟踪与保持电路包含第一采样开关和第一采样电容器，
所述第二跟踪与保持电路包含第二采样开关和第二采样电容器，所述第三跟踪与保持电路包含第三采样开关和第三采样电容器，所述第四跟踪与保持电路包含第四采样开关和第四采样电容器，当所述第一跟踪与保持电路、所述第二跟踪与保持电路、所述第三跟踪与保持电路和所述第四跟踪与保持电路处于第一状态时，所述第一采样开关、所述第二采样开关、所述第三采样开关和所述第四采样开关处于第一状态以使得(a)所述第一采样电容器和所述第二采样电容器的各自的第一端子分别被电耦合到所述第一电压放大器和所述第二电压放大器的所述差分输出端的所述第一侧，并且(b)所述第三采样电容器和所述第四采样电容器的各自的第一端子分别被电耦合到所述第一电压放大器和所述第二电压放大器的所述差分输出端的所述第二侧，并且当所述第一跟踪与保持电路、所述第二跟踪与保持电路、所述第三跟踪与保持电路和所述第四跟踪与保持电路处于第二状态时，所述第一采样开关和所述第二采样开关处于第二状态以使得(a)所述第一采样电容器和所述第二采样电容器的各自的第一端子被电耦合到所述第一反馈线，并且(b)所述第三采样电容器和所述第四采样电容器的各自的第一端子被电耦合到所述第二反馈线。21.根据权利要求20所述的电路，其中：所述第一电压放大器和所述第二电压放大器的所述差分输出端的所述第一侧为非反相侧，所述第一电压放大器和所述第二电压放大器的所述差分输出端的所述第二侧为反相侧，当所述输入电压(v
in
)的绝对值低于所述第一电压放大器的所述饱和电压(v1)时，跨所述运算放大器的所述差分输出端的所述第一侧和所述第二侧的电压(v
o
)等于当v
in
的绝对值大于或等于v1且小于或等于所述第二电压放大器的饱和电压(v2)时，v
o
等于并且当v
in
大于v2时，v
o
等于其中：a1是所述第一电压放大器的增益，a2是所述第二电压放大器的增益，c1是所述第一采样电容器和所述第三采样电容器的电容，c2是所述第二采样电容器和所述第四采样电容器的电容，并且v
o
在所述跟踪与保持电路的保持阶段期间被测量。22.一种多路径采样电路，所述多路径采样电路包括：输入线，所述输入线具有输入电压；多个电压放大器，所述多个电压放大器彼此电并联，每个电压放大器具有与所述输入线电耦合的各自的输入端，每个电压放大器具有不同的增益和不同的饱和电压；模数转换器(adc)，所述adc包括：
多个跟踪与保持电路；短路线，所述短路线被电耦合到每个采样与保持电路；多个adc控制线；采样开关，所述采样开关具有闭合状态和断开状态，在所述闭合状态下，所述短路线被电耦合到地面，在所述断开状态下，所述短路线从地面被电解耦；以及adc控制电路系统，所述adc控制电路系统被电耦合到所述短路线和所述adc控制线，其中：所述adc具有跟踪阶段和转换阶段，当所述adc处于所述跟踪阶段时：所述跟踪与保持电路处于第一状态，在所述第一状态下，每个电压放大器的各自的输出端被电耦合到所述短路线，并且所述采样开关处于所述闭合状态，当所述adc处于所述转换阶段时：所述跟踪与保持电路处于第二状态，在所述第二状态下，所述短路线被电耦合到各自的adc控制线，并且所述采样开关处于所述断开状态。23.根据权利要求22所述的电路，其中：所述电压放大器包含第一电压放大器和第二电压放大器，所述跟踪与保持电路包含第一跟踪与保持电路和第二跟踪与保持电路，所述adc控制线包含第一adc控制线和第二adc控制线，所述第一电压放大器的增益大于所述第二电压放大器的增益，并且所述第一电压放大器的饱和电压小于所述第二电压放大器的饱和电压。24.根据权利要求23所述的电路，其中：所述第一电压放大器的增益为所述第二电压放大器的增益的至少两倍，并且所述第一电压放大器的饱和电压小于或等于所述第二电压放大器的饱和电压的一半。25.根据权利要求23所述的电路，其中：所述第一跟踪与保持电路包含第一采样开关和第一采样电容器，所述第二跟踪与保持电路包含第二采样开关和第二采样电容器，当所述跟踪与保持电路处于所述第一状态时，所述第一采样开关和所述第二采样开关处于第一状态，在所述第一状态下，所述第一采样电容器和所述第二采样电容器的各自的第一端子分别被电耦合到所述第一电压放大器和所述第二电压放大器的各自的输出端，并且当所述跟踪与保持电路处于所述第二状态时，所述第一采样开关和所述第二采样开关处于第二状态，在所述第二状态下，所述第一采样电容器和所述第二采样电容器的各自的第一端子分别被电耦合到所述第一adc控制线和所述第二adc控制线。26.根据权利要求25所述的电路，其中：当所述输入电压(v
in
)低于所述第一电压放大器的饱和电压(v1)时，所述adc控制电路系统的数字输出(d
o
)等于或接近
当v
in
大于或等于v1且小于或等于所述第二电压放大器的饱和电压(v2)时，d
o
等于或接近并且当v
in
大于v2时，d
o
等于或接近其中：a1是所述第一电压放大器的增益，a2是所述第二电压放大器的增益，c1是所述第一采样电容器的电容，c2是所述第二采样电容器的电容，v
ref
是所述adc的满量程电压，并且d
o
在所述adc的转换阶段期间被测量。27.一种多路径采样电路，所述多路径采样电路包括：输入线，所述输入线在电学上具有输入电压；多个电压放大器，所述多个电压放大器彼此电并联，每个电压放大器具有与所述输入线电耦合的各自的输入端，每个电压放大器具有不同的增益和不同的饱和电压；多个跟踪与保持电路；以及求和电路，所述求和电路被电耦合到所述跟踪与保持电路，其中：所述多路径采样电路具有跟踪阶段和保持阶段，当所述多路径采样电路处于所述跟踪阶段时，所述跟踪与保持电路处于第一状态，在所述第一状态下，每个跟踪与保持电路的各自的输入端被电耦合到各自的放大器的输出端，并且当所述多路径采样电路处于所述保持阶段时，所述跟踪与保持电路处于第一状态，在所述第一状态下，每个跟踪与保持电路的各自的输入端从各自的放大器的输出端被电解耦。28.根据权利要求27所述的电路，其中：所述电压放大器包含第一电压放大器和第二电压放大器，所述跟踪与保持电路包含第一跟踪与保持电路和第二跟踪与保持电路，所述第一跟踪与保持电路包含第一跟踪开关和第一采样电容器，所述第二跟踪与保持电路包含第二跟踪开关和第二采样电容器，当所述第一跟踪与保持电路和所述第二跟踪与保持电路处于所述第一状态时，所述第一跟踪开关和所述第二跟踪开关处于第一状态以使得所述第一采样电容器和所述第二采样电容器分别被电耦合到所述第一电压放大器和所述第二电压放大器的输出端，当所述第一跟踪与保持电路和所述第二跟踪与保持电路处于所述第二状态时，所述第一跟踪开关和所述第二跟踪开关处于第二状态以使得所述第一采样电容器和所述第二采样电容器分别从所述第一电压放大器和所述第二电压放大器的输出端被电解耦，所述第一电压放大器的增益大于所述第二电压放大器的增益，并且所述第一电压放大器的饱和电压低于所述第二电压放大器的饱和电压。
29.根据权利要求28所述的电路，其中：所述求和电路包含第一求和放大器和第二求和放大器以及输出求和节点，所述第一求和放大器的输入端被电耦合到所述第一跟踪与保持电路的输出端，所述第二求和放大器的输入端被电耦合到所述第二跟踪与保持电路的输出端，并且所述输出求和节点被电耦合到所述第一求和放大器的输出端和所述第二求和放大器的输出端。30.根据权利要求29所述的电路，其中：当所述输入电压(v
in
)低于所述第一电压放大器的饱和电压(v1)时，所述输出求和节点的输出端处的电压(v
o
)等于(a1b1+a2b2)v
in
，当v
in
大于或等于v1且小于或等于所述第二电压放大器的饱和电压(v2)时，v
o
等于a1b
1v1
+a2b2v
in
，并且当v
in
大于v2时，v
o
等于a1b
1v1
+a2b
2v2
，其中：a1是所述第一电压放大器的增益，a2是所述第二电压放大器的增益，b1是所述第一求和放大器的电压标度因子，b2是所述第二求和放大器的电压标度因子，并且v
o
在所述多路径采样电路的保持阶段期间被测量。

技术总结
一种多路径采样电路包含：输入线，输入线在电学上具有输入电压；多个电压放大器，多个电压放大器彼此电并联，每个电压放大器具有与输入线串联电耦合的各自的输入端，每个电压放大器具有不同的增益和不同的饱和电压；以及多个跟踪与保持电路。跟踪与保持电路具有第一状态，在第一状态下，每个跟踪与保持电路的各自的输入端被电耦合到各自的放大器的输出端。跟踪与保持电路具有第二状态，在第二状态下，每个跟踪与保持电路的各自的输入端从各自的放大器的输出端被电解耦。跟踪与保持电路可以被电耦合到求和电路、缓冲器电路或运算放大器。缓冲器电路或运算放大器。缓冲器电路或运算放大器。


技术研发人员：李海升
受保护的技术使用者：欧姆尼设计技术有限公司
技术研发日：2021.09.01
技术公布日：2023/8/1