專(zhuān)利名稱(chēng)：Dac分辨率小于adc分辨率的sigma-delta調(diào)制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及sigma-delta調(diào)制器，尤其是，涉及在調(diào)制器回路中反饋數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC)的分辨率小于模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的sigma-delta調(diào)制器。
背景技術(shù)：
sigma-delta模數(shù)調(diào)制器常常被用于sigma-delta ADC或sigma-delta DAC中以 提供對(duì)量化噪聲的整形(濾波)。當(dāng)該sigma-delta調(diào)制器的階數(shù)增加時(shí)，量化噪聲在頻帶 中被下壓而遠(yuǎn)離被轉(zhuǎn)換的信號(hào)。相應(yīng)地，sigma-delta ADC和DAC，及其相關(guān)的調(diào)制器，在高 精度應(yīng)用中使用越來(lái)越廣泛。 —個(gè)關(guān)鍵的設(shè)計(jì)問(wèn)題是在單比特(bit)和多比特量化器之間的選擇，以及在多比 特量化器的情況下，所使用的比特?cái)?shù)。在單比特情況下，該量化器是二進(jìn)制的(binary)并 且它的兩個(gè)輸出電平之間的插值(interpolation)提供線性響應(yīng)。相應(yīng)地，單比特結(jié)構(gòu)經(jīng) 常被使用，因?yàn)樗鼈儾恍枰_的模擬電路元件就可以提供很高的分辨率。
然而，因?yàn)閟igma-delta調(diào)制器的分辨率取決于該調(diào)制器的過(guò)采樣率和階數(shù) (order)，所以獲得對(duì)相對(duì)較大的信號(hào)帶寬的高信噪比(SNR)是有問(wèn)題的，因?yàn)楦唠A調(diào)制器 的穩(wěn)定性會(huì)損失噪聲傳遞函數(shù)(NTF)的增益系數(shù)，而且對(duì)于高SNR(例如，90dB以上)的級(jí) 聯(lián)結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)基礎(chǔ)電路模塊時(shí)匹配(matching)是很關(guān)鍵的。 單比特調(diào)制器也有許多設(shè)計(jì)要求。因?yàn)樾盘?hào)和量化噪聲兩者都會(huì)對(duì)積分器的輸出 擺幅產(chǎn)生影響，所以很大的量化步驟(st印)會(huì)導(dǎo)致運(yùn)算放大器的輸出電壓的很大的擺幅。 這需要使用相對(duì)于供電電壓來(lái)說(shuō)較小的參考電壓。 多比特量化器增加了 SNR(即，對(duì)于每個(gè)附加比特，大約6dB的SNR的增長(zhǎng))。而且， 使用多比特調(diào)制器減少了單比特實(shí)現(xiàn)的限制，比如對(duì)參考電壓的或者需要的壓擺率(slew rate)規(guī)格的約束，但是不提供固有線性度(intrinsic linearity)的重要特性。因?yàn)樵肼?整形元件的線性度依賴(lài)于DAC的線性度，所以有必要使用良好匹配的元件來(lái)提供具有所需 的線性度的DAC。通常，集成元件的這種匹配不適用于高分辨率(例如，超過(guò)10-12比特)。 而且，使用多比特結(jié)構(gòu)時(shí)，下游數(shù)字濾波器的輸入是高速的多比特信號(hào)，該信號(hào)在第一次抽 取(decimation)之前需要進(jìn)行復(fù)雜的處理。甚且，在超大規(guī)模集成電路(VLSI)環(huán)境中，制 造具有高分辨率量化信號(hào)yi和低分辨率(截?cái)嗟?信號(hào)y2所需的足夠的線性度的多比特 DAC是更加困難的。 參考圖l，減少sigma-delta調(diào)制器的內(nèi)部DAC中的級(jí)數(shù)(levels)或比特的數(shù)量 已經(jīng)通過(guò)對(duì)量化yi和截?cái)鄖j言號(hào)的后續(xù)處理的形式實(shí)現(xiàn)。在這種實(shí)現(xiàn)中(由其線性模型 表示)，典型的二級(jí)sigma-delta調(diào)制器10包括加法器電路12a、 12b，積分器14a、 14b，高分 辨率(即多比特)量化器16(其量化誤差為、)，截?cái)嚯娐?8(其截?cái)嗾`差為h)，和反饋 DAC 20。后續(xù)處理器22處理量化y工和截?cái)鄖J言號(hào)。 量化信號(hào)yi的截?cái)嘣黾恿私財(cái)嗾`差e T，并提供了更低分辨率的輸出信號(hào)y2。這
些信號(hào)y2可以表示如下w = p+ e Q (i)y2 = p+ e Q+ e t =P+ e qt (2) 截?cái)嘈盘?hào)^被反饋到加法器12a、12b。相應(yīng)地，這個(gè)信號(hào)可以表示如下(其中， STF是信號(hào)傳遞函數(shù)而NTF是噪聲傳遞函數(shù))y2 = x*STF+ e QT*NTF (3)
量化器16的模擬輸入信號(hào)p可以表示如下p = yi-eQ = y2-eQT (4)
將方程(4)代入方程(3)，截?cái)嘈盘?hào)y2可以表示如下y2 = x*STF+ (y廠y, e Q) *NTF (5)對(duì)其重新排列，產(chǎn)生下面的表達(dá)式y(tǒng)2*(1-NTF) +yi*NTF = x*STF+ e Q*NTF (6)
相應(yīng)地，可以看出，需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理以獲得量化誤差e 。而不是更大的截?cái)嗾` 差^的整形。然而，與這種技術(shù)相關(guān)的一個(gè)問(wèn)題是，由于處理量化y工和截?cái)鄖j言號(hào)的需 要，所需的后續(xù)處理22必須是使用明顯更大數(shù)量的比特完成的。 已經(jīng)提出了其它的實(shí)現(xiàn)，其中通過(guò)數(shù)字sigma-delta調(diào)制器(其對(duì)截?cái)嗾`差進(jìn)行 整形)截?cái)鄶?shù)字反饋信號(hào)。然而，因?yàn)閹?lái)的誤差是在調(diào)制器的輸入端被注入，所以它的整 形一定是比模擬調(diào)制器的階數(shù)更高階的。而且，調(diào)制器的輸出端的比特?cái)?shù)(參見(jiàn)，例如，專(zhuān) 利號(hào)為6，980， 144的美國(guó)專(zhuān)利，其披露通過(guò)參考并入此處)對(duì)應(yīng)于量化器的分辨率，而該抽 取中使用的數(shù)字濾波器的第一級(jí)是很復(fù)雜的，因?yàn)樗靡粋€(gè)很長(zhǎng)的輸入字(input word)運(yùn) 作。用于截?cái)嗟膕igma-delta調(diào)制器的階數(shù)必須高于該調(diào)制器的階數(shù)，因?yàn)橄鄳?yīng)的誤差在 該量化器的輸入端被注入。因此，對(duì)于二階調(diào)制器來(lái)說(shuō)，該截?cái)啾仨毷怯芍辽偃A方案(其 有零延遲的附加要求)完成的。這個(gè)問(wèn)題被模擬域中的截?cái)嗾`差的效果的解除而限制(參 見(jiàn)，例如，專(zhuān)利號(hào)為6，967，608的美國(guó)專(zhuān)利，其披露通過(guò)參考并入此處)。結(jié)合這些技術(shù)(例 如，如在專(zhuān)利號(hào)為6， 980， 144和6， 967， 608的美國(guó)專(zhuān)利中所披露的)能夠使用截?cái)喟l(fā)生器 中的較低階數(shù)，盡管它仍然至少是兩階的以確保對(duì)該解除機(jī)構(gòu)中使用的模擬和數(shù)字傳遞函 數(shù)之間的誤匹配(mismatch)進(jìn)行整形和計(jì)算(accounting)。
發(fā)明內(nèi)容
按照現(xiàn)在要求保護(hù)的發(fā)明，提供了一種sigma-delta調(diào)制器，其具有有比量化器 更小的分辨率的反饋數(shù)模轉(zhuǎn)換器，同時(shí)又提供更少的輸出字長(zhǎng)，需要最少的附加的內(nèi)部處 理，并通過(guò)比主sigma-delta調(diào)制器的階數(shù)更大的有效噪聲傳遞函數(shù)來(lái)對(duì)截?cái)嗾`差進(jìn)行整 形。 按照現(xiàn)在要求保護(hù)的發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式， 一種sigma-delta調(diào)制器包括傳送 模擬輸入信號(hào)的輸入電極；傳送一個(gè)或多個(gè)數(shù)字輸出信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)輸出電極；一個(gè)或 多個(gè)加法器電路，其中第一加法器電路耦合于該輸入電極以接收一個(gè)或多個(gè)模擬反饋信號(hào) 和該模擬輸入信號(hào)并提供一個(gè)或多個(gè)求和信號(hào)的第一求和信號(hào)，而且該一個(gè)或多個(gè)加法器 電路中其它的每個(gè)加法器電路接收一個(gè)或多個(gè)積分信號(hào)中各自的上游的一個(gè)積分信號(hào)和 一個(gè)或多個(gè)模擬反饋信號(hào)中各自的附加的一個(gè)模擬反饋信號(hào)并提供該一個(gè)或多個(gè)求和信 號(hào)中各自的附加的一個(gè)求和信號(hào)；一個(gè)或多個(gè)積分器電路，其中第一積分器電路耦合于該 第一加法器電路以接收該一個(gè)或多個(gè)求和信號(hào)中的該第一求和信號(hào)并提供該一個(gè)或多個(gè) 積分信號(hào)中的第一積分信號(hào)，而末尾積分器電路耦合于該一個(gè)或多個(gè)加法器電路的末尾加 法器電路以接收該一個(gè)或多個(gè)求和信號(hào)的末尾求和信號(hào)并提供該一個(gè)或多個(gè)積分信號(hào)的 末尾積分信號(hào)；模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)電路系統(tǒng)，其耦合于該末尾積分器電路并通過(guò)提供N-比特?cái)?shù)字信號(hào)而響應(yīng)該一個(gè)或多個(gè)積分信號(hào)的該末尾積分信號(hào)；截?cái)嚯娐废到y(tǒng)，其耦合于該 ADC電路系統(tǒng)和該一個(gè)或多個(gè)輸出電極之間并通過(guò)提供包括M-比特?cái)?shù)字信號(hào)的該一個(gè)或 多個(gè)數(shù)字輸出信號(hào)而響應(yīng)該N-比特?cái)?shù)字信號(hào)，其中N〉M;以及數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)電路系 統(tǒng)，其耦合于該一個(gè)或多個(gè)輸出電極和每個(gè)該一個(gè)或多個(gè)加法器電路之間以接收該一個(gè)或 多個(gè)數(shù)字輸出信號(hào)中的至少一個(gè)并提供該一個(gè)或多個(gè)模擬反饋信號(hào)。按照現(xiàn)在要求保護(hù)的 發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，一種sigma-delta調(diào)制器包括一個(gè)或多個(gè)加法器工具，其中第一 加法器工具用于將該模擬輸入信號(hào)和一個(gè)或多個(gè)模擬反饋信號(hào)中的一個(gè)模擬反饋信號(hào)相
加以提供一個(gè)或多個(gè)求和信號(hào)中的第一求和信號(hào)，末尾加法器工具用于提供該一個(gè)或多個(gè) 求和信號(hào)的末尾求和信號(hào)，而該一個(gè)或多個(gè)加法器工具的其它每個(gè)加法器工具用于將一個(gè) 或多個(gè)積分信號(hào)中各自的上游的一個(gè)積分信號(hào)與該一個(gè)或多個(gè)模擬反饋信號(hào)中的另一信 號(hào)相加以提供該一個(gè)或多個(gè)求和信號(hào)中各自的附加的一個(gè)求和信號(hào)；一個(gè)或多個(gè)積分器工 具，其中第一積分器工具用于將該一個(gè)或多個(gè)求和信號(hào)的該第一求和信號(hào)積分以提供該一 個(gè)或多個(gè)積分信號(hào)的第一積分信號(hào)，而末尾積分器工具用于將該一個(gè)或多個(gè)求和信號(hào)的末 尾求和信號(hào)積分以提供該一個(gè)或多個(gè)積分信號(hào)的末尾積分信號(hào)；模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)工具， 用于將該一個(gè)或多個(gè)積分信號(hào)的該末尾積分信號(hào)轉(zhuǎn)換為N-比特?cái)?shù)字信號(hào)；截?cái)喙ぞ?，用?將該N-比特?cái)?shù)字信號(hào)截?cái)嘁蕴峁┌∕-比特?cái)?shù)字信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)數(shù)字輸出信號(hào)，其中 N〉M;以及數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)工具，用于將該一個(gè)或多個(gè)數(shù)字輸出信號(hào)的至少一個(gè)數(shù)字輸 出信號(hào)轉(zhuǎn)換為該一個(gè)或多個(gè)模擬反饋信號(hào)。
圖1是使用傳統(tǒng)DAC分辨率降低技術(shù)的二階sigma-delta調(diào)制器的功能框圖。
圖2是傳統(tǒng)的二階sigma-delta調(diào)制器的功能框圖。 圖3A是使用按照現(xiàn)在要求保護(hù)的發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的DAC分辨率降低技術(shù)的 功能框圖。 圖3B是使用按照現(xiàn)在要求保護(hù)的發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式的DAC分辨率降低技術(shù) 的功能框圖。 圖4是圖3A的截?cái)嚯娐返慕財(cái)酁V波器的一個(gè)實(shí)例實(shí)施方式的功能框圖。
圖5A是圖3A的截?cái)嚯娐返囊粋€(gè)實(shí)例實(shí)施方式的功能框圖。 圖5B是圖5A的比特分割器(bit splitter)電路的一個(gè)實(shí)例實(shí)施方式的功能框 圖。
具體實(shí)施例方式
下面是參考附圖對(duì)現(xiàn)在要求保護(hù)的發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式的詳細(xì)說(shuō)明。這種 描述意在是說(shuō)明性的而非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限制。對(duì)這種實(shí)施方式進(jìn)行了足夠詳細(xì)的描 述以使得本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，并且可以理解，可以通過(guò)一些變形而實(shí) 現(xiàn)其他的實(shí)施方式而不背離本發(fā)明的精神或范圍。 在本披露全文中，在上下文中沒(méi)有明顯的相反表示的情況下，應(yīng)當(dāng)理解，所述的 個(gè)別的電路元件在數(shù)量上可以是一個(gè)或多個(gè)。例如，術(shù)語(yǔ)"電路(circuit)"和"電路系統(tǒng) (circuitry)"可以包括單一元件或多個(gè)元件，它們可以是有源和/或無(wú)源的，并且被連接或耦合在一起(例如，作為一個(gè)或多個(gè)集成電路芯片)以提供所述的功能。而且，術(shù)語(yǔ)"信 號(hào)"可以指一個(gè)或多個(gè)電流、一個(gè)或多個(gè)電壓或數(shù)據(jù)信號(hào)。在附圖中，類(lèi)似或相關(guān)的元件有 類(lèi)似或相關(guān)的字母、數(shù)字或字母數(shù)字指示符。而且，盡管本發(fā)明是在使用分離電子電路系統(tǒng) (優(yōu)選地，以一個(gè)或多個(gè)集成電路芯片的形式)的實(shí)現(xiàn)的情形下進(jìn)行討論的，然而這種電路 系統(tǒng)的任何部分的功能可以替代地使用一個(gè)或多個(gè)適當(dāng)?shù)囊丫幊烫幚砥鲗?shí)現(xiàn)，取決于待處 理的信號(hào)的頻率或數(shù)據(jù)率。 參考圖2，在傳統(tǒng)二階sigma-delta調(diào)制器20中，描述其操作的常用方程式為 {(x-y) H「y} H2+ e Q = y (7) y = x*z—丄+ e Q (l_z—02 (8) 對(duì)于N-比特量化器16，它的輸出信號(hào)y的字長(zhǎng)是N_比特，并且它增加由N_比特 量化所帶來(lái)的量化誤差 。當(dāng)輸出y從N-比特減少到M-比特時(shí)，這對(duì)應(yīng)于由于截?cái)嗖僮?而以截?cái)嘣肼昬 T的形式注入附加噪聲，該截?cái)嗖僮鲗⒎直媛蕪腘-比特減小到M-比特，仿 佛該調(diào)制器20使用M-比特量化器一樣。 參考圖3A，按照現(xiàn)在要求保護(hù)的發(fā)明，其意在通過(guò)按照濾波函數(shù)HT處理截?cái)嗾`差 e T來(lái)保持更高的N-比特量化的好處，由此引入處理過(guò)的截?cái)嗾`差e T*HT而不是傳統(tǒng)的截 斷誤差eT。截?cái)噍敵鲂盘?hào)y'具有M-比特的較短字長(zhǎng)，而這個(gè)調(diào)制器30a的操作可以表 示如下{(x-y' ) H「y' } H2+ e Q+ e THT = y' (9) y = x*z—( e Q+ e THT) (l_z—02 (10)
濾波器傳遞函數(shù)HpHj乍為z的各自函數(shù)沒(méi)有在此處進(jìn)行特別說(shuō)明，因?yàn)榘凑宅F(xiàn)在 要求保護(hù)的發(fā)明，可以使用許多類(lèi)型的積分器(例如，根據(jù)需要，可以有延遲或沒(méi)有延遲)。 盡管如此，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員很容易看出，方程式(10)是從方程式(9)推導(dǎo)出的。
從這些等式中可以看出，該截?cái)嗾`差e T被與該量化誤差e 。相同的傳遞函數(shù)進(jìn)行 整形，并且還由該濾波函數(shù)&進(jìn)行濾波。使用適中的高通濾波器來(lái)對(duì)截?cái)嗾`差e T進(jìn)行濾波 就足夠了，因?yàn)槿绶匠淌?10)所示，調(diào)制器已經(jīng)提供了與該調(diào)制器的階數(shù)相等的整形。額 外整形的階數(shù)取決于所使用的特定的截?cái)嗨健?盡管在圖3A中，調(diào)制器30a被描繪為二階的，具有第一加法器12a和末尾加法器 12b和第一積分器14a和末尾積分器14b，然而本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員很容易看出，也可以 按照現(xiàn)在要求保護(hù)的發(fā)明來(lái)實(shí)現(xiàn)一階調(diào)制器。這樣的一個(gè)sigma-delta調(diào)制器會(huì)包括一 個(gè)加法器(因此該第一和末尾加法器兩者)和一個(gè)積分器(因此，該第一和末尾積分器兩 者)。 在圖3A的調(diào)制器30a中顯示，截?cái)噍敵鲂盘?hào)y'的所有M個(gè)比特都被轉(zhuǎn)換并作為 同一個(gè)反饋信號(hào)被提供到加法器12a、12b的每個(gè)。然而，參考圖3B，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 可以很容易看出，可以使用附加的輸出截?cái)嚯娐?18b，以提供具有不同數(shù)量的量化比特的 多個(gè)截?cái)噍敵鲂盘?hào)，其由相應(yīng)的反饋DAC轉(zhuǎn)換，以加入到相應(yīng)的一個(gè)加法器中。例如，在圖 3B的二階調(diào)制器30b中，第一輸出截?cái)嚯娐?18a提供具有Ml個(gè)量化比特的截?cái)噍敵鲂盘?hào) y' 1，而第二輸出截?cái)嚯娐?18b提供具有M2個(gè)量化比特的第二截?cái)噍敵鲂盘?hào)y' 2，其中 每一個(gè)都是由它自己相應(yīng)的反饋DAC 20a、20b轉(zhuǎn)換的，以分別加入到加法器12a和12b中。 因此，使用與調(diào)制器的相等的階數(shù)對(duì)在第一輸出截?cái)嚯娐?18a注入的截?cái)嗾`差￡ *^進(jìn) 行整形，而由較低的階數(shù)對(duì)在第二輸出截?cái)嚯娐?18b的截?cái)嗾`差e T2*HT2進(jìn)行整形。
參考圖4，因?yàn)榻財(cái)嗾`差^是數(shù)字域中的信號(hào)，所以它可以通過(guò)由濾波函數(shù)HA 44 濾波而進(jìn)行處理，濾波后的結(jié)果45與量化信號(hào)y相加，得到的結(jié)果43a進(jìn)一步與截?cái)嗾`差^相加，產(chǎn)生截?cái)噍敵鲂盘?hào)y'。 通過(guò)檢查可以看出，輸出信號(hào)y'可以表示為y+HAeT+eT = y' (11)
對(duì)截?cái)嗾`差濾波函數(shù)HA進(jìn)行求解得到HA = HT_1 (12)
舉例來(lái)說(shuō)，如果希望提供額外的二階整形，截?cái)嗾`差濾波函數(shù)HT可以表示如下HT ="2 (13) 因此，內(nèi)部濾波函數(shù)HA為HA = _2z—^z—2 (14) 從此實(shí)例中應(yīng)當(dāng)看出，可以使用濾波的其它實(shí)現(xiàn)來(lái)處理該截?cái)嗾`差h，包括在z =l的z平面引入附加的零。而且，可以在z平面的其它點(diǎn)上引入零，以?xún)?yōu)化該sigma-delta 調(diào)制器中使用的運(yùn)算放大器的動(dòng)態(tài)范圍。例如，可能需要在z = l處有一個(gè)零，而在小于奈 奎斯特頻率(比如奈奎斯特頻率的2/3)處有兩個(gè)復(fù)共軛(complexconjugate)的零。因此， 該截?cái)嗾`差濾波函數(shù)HT可以表示如下HT(z) = (1-z—"承(l+z—'+z—2) = 1-z—3 (15)
相應(yīng)地，該反饋濾波函數(shù)HA變成簡(jiǎn)單的延遲-z一3。 參考圖5A，截?cái)嗉?jí)的一個(gè)實(shí)例實(shí)施方式118a包括比特分割器電路52(其可以按照 熟知技術(shù)實(shí)現(xiàn))，內(nèi)部濾波函數(shù)44和求和電路系統(tǒng)42，它們基本上如圖所示互相連接。來(lái) 自該量化器16的該量化信號(hào)y被接收，與濾波過(guò)的截?cái)嗾`差e T相加，并由該比特分割器 電路52分割。(N-M)-比特的截?cái)嗾`差^由該濾波器電路44(例如，如上討論的簡(jiǎn)單的延 遲-z—3)濾波，以與N-比特量化器信號(hào)相加。 參考圖5B，圖5A的比特分割器電路52的一個(gè)實(shí)例實(shí)施方式包括截?cái)嚯娐?2a和 加法器52b，大體上如圖所示互相連接。M-比特截?cái)噍敵鲂盘?hào)y'與N-比特輸入信號(hào)43差 分(differentially)相加以產(chǎn)生截?cái)嗾`差e T。 根據(jù)前面的討論，應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，按照現(xiàn)在要求保護(hù)的發(fā)明的DAC分辨率降低技 術(shù)提供了許多顯著的優(yōu)點(diǎn)。 一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是輸出信號(hào)y'的字長(zhǎng)的減少，這簡(jiǎn)化了內(nèi)部反饋 DAC(由于反饋?zhàn)珠L(zhǎng)減少了 )以及進(jìn)一步的下游處理(例如，簡(jiǎn)化了抽取濾波器的第一級(jí))。 第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是形式為截?cái)嗾`差濾波函數(shù)^的最小化的附加處理。第三個(gè)優(yōu)點(diǎn)是噪聲傳遞函 數(shù)對(duì)截?cái)嗾`差e T的整形具有一個(gè)階數(shù)，該階數(shù)在主sigma-delta調(diào)制器的階數(shù)上增加了 截?cái)酁V波函數(shù)HA的階數(shù)，由此最小化了 (如果不是完全消除的話)消除誤差的需要。(例 如，使用二階sigma-delta調(diào)制器和k_階截?cái)嗾`差濾波函數(shù)HA，截?cái)嗾`差e T由具有2+k 的階數(shù)的噪聲傳遞函數(shù)進(jìn)行整形)。如圖3A中的電路系統(tǒng)所示，當(dāng)將同一個(gè)截?cái)噍敵鲂盘?hào) y'反饋回去時(shí)，完全實(shí)現(xiàn)了最后一個(gè)優(yōu)點(diǎn)；然而，當(dāng)如圖3所示中的電路系統(tǒng)所示，將不同 的截?cái)噍敵鲂盘?hào)y' 1、y' 2反饋回去時(shí)，該第二截?cái)噍敵鲂盘?hào)y' 2將會(huì)經(jīng)過(guò)較低階數(shù)的 整形。 尤其是，使用現(xiàn)在要求保護(hù)的發(fā)明，最小調(diào)制器只需要是一階的，這與現(xiàn)有技術(shù)不 同(例如參見(jiàn)專(zhuān)利號(hào)為6，980， 144的美國(guó)專(zhuān)利)，現(xiàn)有技術(shù)還要求數(shù)字截?cái)嗍潜仍撜{(diào)制器的 階數(shù)更高階的(例如，二階調(diào)制器會(huì)要求至少第三階的數(shù)字截?cái)?。的確，按照現(xiàn)在要求保 護(hù)的發(fā)明，在除了零(即，z = 0)之外的頻率上的附加的零可以根據(jù)要求引入，例如，以進(jìn) 一步減少信號(hào)帶外的噪聲。 而且，第三階或更高階的調(diào)制器設(shè)計(jì)通常會(huì)遇到電路穩(wěn)定性的問(wèn)題，并且通常與 較低階數(shù)字截?cái)?參見(jiàn)，例如，專(zhuān)利號(hào)為6，967，608的美國(guó)專(zhuān)利)相匹配。例如，使用二階調(diào) 制器和二階截?cái)?，量化誤差和截?cái)嗾`差用同一函數(shù)進(jìn)行整形并以類(lèi)似權(quán)重表現(xiàn)在輸出中。
8在截?cái)嗾`差比量化更高時(shí)，SNR是由截?cái)嗾`差決定的，其結(jié)果是輸出表現(xiàn)為具有較低的比特 數(shù)。 現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)尋求通過(guò)估算第一模擬積分器后的截?cái)嗾`差的效果而避免使用具 有高于兩階和零延遲的數(shù)字調(diào)制器，并將由DAC轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)注入第二積分器的輸入端 以消除通過(guò)第一模擬積分器的截?cái)嗾`差。如果對(duì)該第一模擬積分器的傳遞函數(shù)的估算是精 確的話，這種技術(shù)可以成功。這種設(shè)計(jì)在大量的截?cái)啾忍氐那闆r下在理論上是穩(wěn)定的，但是 在較少的截?cái)啾忍氐那闆r下會(huì)趨向于變得不穩(wěn)定。而且存在一定的限制，因?yàn)楦鞣N電容器 之間的誤匹配和運(yùn)算放大器的有限增益或壓擺率，這會(huì)使得該第一積分器的傳遞函數(shù)不同 于理想的z—7(l-z—0或l/(l-z—"，而這種差異趨向于減少消除的效果。與之相反，正如上 面指出的，按照現(xiàn)在要求保護(hù)的發(fā)明的調(diào)制器不受穩(wěn)定性問(wèn)題的影響，因?yàn)榭梢允褂幂^低 階(例如，二階)調(diào)制器，同時(shí)仍然具有截?cái)嗾`差濾波器的優(yōu)點(diǎn)，即，對(duì)于具有k-階截?cái)嗾` 差的濾波器的二階調(diào)制器產(chǎn)生k+2階的數(shù)字整形。 對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和操作方法的各種其它修改和替換是顯 而易見(jiàn)的，而不背離本發(fā)明的范圍和精神。盡管本發(fā)明是聯(lián)系具體的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描 述的，然而應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明，如權(quán)利要求所述，不應(yīng)當(dāng)被過(guò)度限制于這些具體實(shí)施方式
。下 述權(quán)利要求意在限定本發(fā)明的范圍，而且涵蓋在這些權(quán)利要求及其等同范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)和方 法。
權(quán)利要求
一種包括sigma-delta調(diào)制器的裝置，該裝置包含傳送模擬輸入信號(hào)的輸入電極；傳送一個(gè)或多個(gè)數(shù)字輸出信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)輸出電極；一個(gè)或多個(gè)加法器電路，其中第一加法器電路耦合于所述輸入電極以接收一個(gè)或多個(gè)模擬反饋信號(hào)之一和所述模擬輸入信號(hào)并提供一個(gè)或多個(gè)求和信號(hào)的第一求和信號(hào)，而且所述一個(gè)或多個(gè)加法器電路中其它的每個(gè)加法器電路接收一個(gè)或多個(gè)積分信號(hào)中各自的上游的一個(gè)積分信號(hào)和所述一個(gè)或多個(gè)模擬反饋信號(hào)中各自的附加的一個(gè)模擬反饋信號(hào)并提供所述一個(gè)或多個(gè)求和信號(hào)中各自的附加的一個(gè)求和信號(hào)；一個(gè)或多個(gè)積分器電路，其中第一積分器電路耦合于所述第一加法器電路以接收所述一個(gè)或多個(gè)求和信號(hào)中的所述第一求和信號(hào)并提供所述一個(gè)或多個(gè)積分信號(hào)中的第一積分信號(hào)，而末尾積分器電路耦合于所述一個(gè)或多個(gè)加法器電路的末尾加法器電路以接收所述一個(gè)或多個(gè)求和信號(hào)的末尾求和信號(hào)并提供所述一個(gè)或多個(gè)積分信號(hào)的末尾積分信號(hào)；模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)電路系統(tǒng)，其耦合于所述末尾積分器電路并通過(guò)提供N-比特?cái)?shù)字信號(hào)而響應(yīng)所述一個(gè)或多個(gè)積分信號(hào)的所述末尾積分信號(hào)；截?cái)嚯娐废到y(tǒng)，其耦合于所述ADC電路系統(tǒng)和所述一個(gè)或多個(gè)輸出電極之間并通過(guò)提供包括M-比特?cái)?shù)字信號(hào)的所述一個(gè)或多個(gè)數(shù)字輸出信號(hào)而響應(yīng)所述N-比特?cái)?shù)字信號(hào)，其中N＞M；以及數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)電路系統(tǒng)，其耦合于所述一個(gè)或多個(gè)輸出電極和每個(gè)所述一個(gè)或多個(gè)加法器電路之間以接收所述一個(gè)或多個(gè)數(shù)字輸出信號(hào)中的至少一個(gè)并提供所述一個(gè)或多個(gè)模擬反饋信號(hào)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述sigma-delta調(diào)制器包含F(xiàn)_階sigma-delta調(diào)制器；以及所述截?cái)嚯娐废到y(tǒng)包括E-階濾波器電路系統(tǒng)，其中F > E。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述一個(gè)或多個(gè)加法器電路包含多個(gè)F加法器電路；所述一個(gè)或多個(gè)積分器電路包含多個(gè)F積分器電路；以及所述截?cái)嚯娐废到y(tǒng)包括E-階濾波器電路系統(tǒng)，其中F > E。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述截?cái)嚯娐废到y(tǒng)包含加法器電路系統(tǒng)，其通過(guò)提供另一N-比特?cái)?shù)字信號(hào)而響應(yīng)所述N-比特?cái)?shù)字信號(hào)和濾波后的信號(hào)；比特分割電路系統(tǒng)，其通過(guò)提供至少所述M-比特?cái)?shù)字信號(hào)和截?cái)嗾`差信號(hào)而響應(yīng)所述另一N-比特?cái)?shù)字信號(hào)；以及濾波器電路系統(tǒng)，其耦合于所述比特分割電路系統(tǒng)，并通過(guò)提供所述濾波后的信號(hào)而響應(yīng)所述截?cái)嗾`差信號(hào)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述sigma-delta調(diào)制器包含F(xiàn)_階sigma-delta調(diào)制器；以及所述濾波器電路系統(tǒng)包含E-階濾波器電路，其中F > E。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述一個(gè)或多個(gè)加法器電路包含多個(gè)F加法器電路；所述一個(gè)或多個(gè)積分器電路包含多個(gè)F積分器電路；以及所述濾波器電路系統(tǒng)包含E-階濾波器電路，其中F > E。
7. —種包括sigma-delta調(diào)制器的裝置，該裝置包含一個(gè)或多個(gè)加法器工具，其中第一加法器工具用于將所述模擬輸入信號(hào)和一個(gè)或多個(gè)模擬反饋信號(hào)中的一個(gè)模擬反饋信號(hào)相加以提供一個(gè)或多個(gè)求和信號(hào)中的第一求和信號(hào)，末尾加法器工具用于提供所述一個(gè)或多個(gè)求和信號(hào)的末尾求和信號(hào)，而所述一個(gè)或多個(gè)加法器工具的其它每個(gè)工具用于將所述一個(gè)或多個(gè)積分信號(hào)中各自的上游的一個(gè)積分信號(hào)與所述一個(gè)或多個(gè)模擬反饋信號(hào)中的另一信號(hào)相加以提供所述一個(gè)或多個(gè)求和信號(hào)中各自的附加的一個(gè)求和信號(hào)；一個(gè)或多個(gè)積分器工具，其中第一積分器工具用于將所述一個(gè)或多個(gè)求和信號(hào)的所述第一求和信號(hào)積分以提供所述一個(gè)或多個(gè)積分信號(hào)的第一積分信號(hào)，而末尾積分器工具用于將所述一個(gè)或多個(gè)求和信號(hào)的末尾求和信號(hào)積分以提供所述一個(gè)或多個(gè)積分信號(hào)的末尾積分信號(hào)；模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)工具，用于將所述一個(gè)或多個(gè)積分信號(hào)的所述末尾積分信號(hào)轉(zhuǎn)換為N-比特?cái)?shù)字信號(hào)；截?cái)喙ぞ?，用于將所述N-比特?cái)?shù)字信號(hào)截?cái)嘁蕴峁┌∕-比特?cái)?shù)字信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)數(shù)字輸出信號(hào)，其中N > M ;以及數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)工具，用于將所述一個(gè)或多個(gè)數(shù)字輸出信號(hào)的至少一個(gè)數(shù)字輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為所述一個(gè)或多個(gè)模擬反饋信號(hào)。
全文摘要
提供一種sigma-delta調(diào)制器，其具有有比量化器更小的分辨率的反饋數(shù)模轉(zhuǎn)換器，同時(shí)又提供更少的輸出字長(zhǎng)，需要最少附加的內(nèi)部處理，并通過(guò)比主sigma-delta調(diào)制器的階數(shù)更大的有效噪聲傳遞函數(shù)來(lái)對(duì)截?cái)嗾`差進(jìn)行整形。
文檔編號(hào)H03M3/00GK101765975SQ200880100754
公開(kāi)日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2008年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月29日
發(fā)明者佛朗哥·馬洛貝蒂, 艾哈邁德·巴哈, 馬蘇德·優(yōu)素福 申請(qǐng)人:國(guó)家半導(dǎo)體公司