專利名稱：可調(diào)整功率和性能的可設(shè)置級聯(lián)西格瑪-德爾塔模數(shù)轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及西格瑪-德爾塔調(diào)制器電路(sigma-delta modulator,以下簡稱Σ Δ 調(diào)制器)，特別涉及可重構(gòu)的Σ Λ調(diào)制器。
背景技術(shù)：
超取樣型(Over-sampled) Σ Δ調(diào)制器廣泛用于消費(fèi)電子音頻設(shè)備和精密測量設(shè)備。信號處理是在數(shù)字域而非模擬域進(jìn)行的，隨著半導(dǎo)體進(jìn)程的提高，也就使得節(jié)電和性能提高得以實(shí)現(xiàn)。調(diào)制器在一個很高的頻率上對輸入信號進(jìn)行采樣，并在一個很寬的頻帶上擴(kuò)展噪聲(spread noise)。然后一個數(shù)字濾波器對超取樣數(shù)據(jù)進(jìn)行次取樣(decimate)和過濾，去除信號帶的噪聲。圖I是調(diào)制器噪聲抑制與調(diào)制器階數(shù)的函數(shù)圖。高階超取樣Σ Δ調(diào)制器的性能是超取樣率(OSR)和調(diào)制器階數(shù)(L)的函數(shù)。調(diào)制器階數(shù)是一個回路里級聯(lián)的積分器的數(shù)目。圖I顯示，對于一個給定的超取樣率，高階調(diào)制器有更好的信噪比，能夠用于較高精度 (更多比特的精度)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。但是，更高階的調(diào)制器傾向于不穩(wěn)定，因?yàn)閷τ谳^大輸入，會出現(xiàn)振蕩。在一個多階段噪聲整形(MASH) Σ Δ調(diào)制器里，幾個低階調(diào)制器回路的輸出被一個濾波器組合，如一個數(shù)字轉(zhuǎn)換功能濾波器。低階回路是穩(wěn)定的，且級聯(lián)在一起。第一階段可能由較大晶體管和電容器構(gòu)成，以降低熱量和運(yùn)算放大器噪聲。但是，這個較大的第一階段也比后面的由更小的晶體管和電容器構(gòu)成的階段消耗更多的能量。因此，第一階段會提供較高的精度但是消耗更多的能量，而后面的階段有較低的性能和較低的功耗。便攜式系統(tǒng)如智能手機(jī)可能需要使用兩個或多個Σ Δ調(diào)制器用于不同的應(yīng)用。 例如，需要一個高精度Σ Δ調(diào)制器用于播放高質(zhì)量音樂錄音如MP3播放機(jī)，需要一個低精度Σ Δ調(diào)制器用于重建電話語音信息。在有電話的期間，便攜式設(shè)備的電池是被音頻(RF) 收發(fā)器消耗的，所以在此時，希望Σ Δ調(diào)制器消耗較低的功率。期望的Σ Δ調(diào)制器是能夠適應(yīng)不同的應(yīng)用的。期望有可重構(gòu)的Σ Δ調(diào)制器，其能設(shè)置用于低功耗、低精度應(yīng)用，也能重設(shè)置用于高功耗、高精度應(yīng)用。期望有一種級聯(lián)結(jié)構(gòu)的Σ Δ調(diào)制器，其能斷電積分器回路，并重構(gòu)剩下的積分器回路的連接，輸入到數(shù)字濾波器。

圖I是調(diào)制器噪聲抑制和調(diào)制器階數(shù)的函數(shù)圖。圖2是可設(shè)置級聯(lián)Σ Δ調(diào)制器和改進(jìn)CIC濾波器的方框圖。圖3是具有多個可設(shè)置輸入的改進(jìn)CIC濾波器的示意圖。圖4顯示可設(shè)置級聯(lián)Σ Δ調(diào)制器和高性能模式的濾波設(shè)置。圖5顯示可設(shè)置級聯(lián)Σ Δ調(diào)制器和節(jié)電模式的濾波設(shè)置
圖6顯示可設(shè)置級聯(lián)Σ Δ調(diào)制器和第二回路節(jié)電模式的濾波設(shè)置。圖7顯示可設(shè)置級聯(lián)Σ Δ調(diào)制器和具有兩個積分器的第二回路節(jié)電模式的濾波設(shè)置。圖8突出顯示濾波設(shè)置數(shù)據(jù)選擇器和輸入數(shù)據(jù)選擇器的規(guī)劃設(shè)計以重新設(shè)置 Σ Δ調(diào)制器和改進(jìn)CIC濾波器。圖9是開關(guān)電容積分器用于實(shí)現(xiàn)二階Σ Δ調(diào)制器回路的示意圖。圖10是高性能模式的信號性能11是中等性能模式的信號性能圖。圖12是節(jié)電模式的信號性能圖。
具體實(shí)施方式本發(fā)明涉及一個改進(jìn)的可設(shè)置Σ Δ調(diào)制器。以下描述使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠依照特定應(yīng)用及其要求制作和使用在此提供的本發(fā)明。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將明了對優(yōu)選實(shí)施例的各種修改，且本文所界定的一般原理可應(yīng)用于其它實(shí)施例。因此，本發(fā)明不希望限于所展示和描述的特定實(shí)施例，而是應(yīng)被賦予與本文所揭示的原理和新穎特征一致的最廣范圍。圖2是一個可設(shè)置Σ Δ調(diào)制器和一個改進(jìn)的CIC濾波器的方框圖。一模擬輸入 Y應(yīng)用到三個Σ Λ調(diào)制器回路252、254、256上?；芈?52、256是二階的，每個都有兩個積分器206、216和236、246，而中間回路254是一階的，只有一個積分器226。在第一個回路252里，加法器202減去反饋U1，反饋Ul是回路252的輸出，回路 252的輸入是Y。該總和被定標(biāo)器204 (scaler)乘以參數(shù)kl然后被積分器206積分。參數(shù)可以是常數(shù)或被預(yù)定的數(shù)值，但是可以根據(jù)不同應(yīng)用和設(shè)置而改變。因?yàn)榛芈?52是二階的，該過程被加法器212、定標(biāo)器214(有參數(shù)k2)和積分器216重復(fù)一遍。量化器218是一個I比特量化器、微分器、delta函數(shù)或單比特數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)，其產(chǎn)生輸出U1。一旦積分器216的輸出達(dá)到量化器218的一個閾值,那么量化器218就設(shè)置其輸出Ul為高。Ul 代表該被取樣的輸入Y，然后被反饋回到加法器202、212，形成一個反饋回路。在第二個回路254里，輸入數(shù)據(jù)選擇器220 (mux)要么選擇輸入Y，要么選擇反饋 VI，以響應(yīng)設(shè)置信號Y2EN。反饋Vl是第一回路252里的量化器218的輸入。加法器222減去反饋U2，反饋U2是第二回路的輸出，第二回路的輸入是由數(shù)據(jù)選擇器220選擇的。該總和被定標(biāo)器224乘以參數(shù)k3然后被積分器226積分。因?yàn)榛芈?54是一階的，只有一個積分器。量化器228是一個單比特量化器、微分器、delta函數(shù)或單比特數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)，其產(chǎn)生輸出U2。在回路245和256之間還可以有其他的回路。除了第一回路252，每個回路都有一輸入數(shù)據(jù)選擇器220、240，其要么選擇模擬輸入Y，要么選擇前一回路的反饋。當(dāng)選擇前一回路的反饋時，這些回路是串聯(lián)級聯(lián)的。當(dāng)選擇模擬輸入Y時，這些回路是并行的，或者是不能用的。在第N個回路256里，輸入數(shù)據(jù)選擇器240要么選擇輸入Y，要么選擇反饋V (N-I)， 以響應(yīng)設(shè)置信號YNEN。反饋V (N-I)是前一回路的反饋，如回路254的V2，當(dāng)N= 3時。加法器232減去反饋UN,反饋UN是回路256的輸出，回路256的輸入是由數(shù)據(jù)選擇器240選擇的。該總和被定標(biāo)器234乘以參數(shù)kX然后被積分器236積分。因?yàn)榛芈?56 是二階的，該過程被加法器242、定標(biāo)器244(有參數(shù)kY)和積分器246重復(fù)一遍。量化器 248是一個單比特量化器、微分器、delta函數(shù)或單比特數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)，其產(chǎn)生輸出UN。改進(jìn)的級聯(lián)積分梳狀(CIC)濾波器200是一個與數(shù)字轉(zhuǎn)換功能濾波器組合的CIC 濾波器。一些元件相互抵消(cancel out)，如微分器和積分器，使得該濾波器是一更具流線型的單濾波器200。改進(jìn)的CIC濾波器200的每個輸入是由一數(shù)據(jù)選擇器選擇的。第一輸入CINl是由濾波配置(filter-configuring)數(shù)據(jù)選擇器210選擇的,其選擇任一回路252、254、...、 256的回路輸出Ul、U2、. . .、UN。設(shè)置信號CIN1SEL是一多比特信號，其選擇Ul、U2、...、 UN中的一個，將輸入CINl應(yīng)用到改進(jìn)的CIC濾波器200上。第二輸入CIN2是由濾波配置數(shù)據(jù)選擇器230選擇的，其選擇任一回路252、
254、...，256的回路輸出U2.....UN。但是，前一回路如回路252的輸出(Ul)不是數(shù)據(jù)選
擇器230可選擇的。而且，數(shù)據(jù)選擇器230可以選擇一 O輸入。當(dāng)有一些回路是不可用時， 該O輸入由后面的數(shù)據(jù)選擇器選擇，而且并不是所有的到改進(jìn)CIC濾波器200的輸入都被
使用。設(shè)置信號CIN2SEL選擇U2.....UN中的一個，將輸入CIN2應(yīng)用到改進(jìn)的CIC濾波器
200 上。最后輸入CINN是由濾波配置數(shù)據(jù)選擇器250選擇的。設(shè)置信號CINNSEL使數(shù)據(jù)選擇器250要么選擇回路256的最后回路輸出UN，要么選擇O。回路輸出U1、U2.....UN和濾波器輸出OUT是數(shù)字信號，而反饋信號VI、V2.....
V(N-I)和輸入Y是模擬信號。圖3是一具有多個可設(shè)置輸入的改進(jìn)CIC濾波器的不意圖。改進(jìn)CIC濾波器200 是一數(shù)字轉(zhuǎn)換功能和一級聯(lián)積分梳狀(CIC)濾波器的邏輯組合。數(shù)字轉(zhuǎn)換功能對第一回路
的輸出Ul有延遲，對其他回路的輸出U2、U3.....UN有級聯(lián)的微分器。延遲或級聯(lián)微分器
的數(shù)目取決于每個回路的階數(shù)。CIC濾波器有級聯(lián)的梳狀階段和積分器階段。當(dāng)數(shù)字轉(zhuǎn)換功能和CIC濾波器組合時，數(shù)字轉(zhuǎn)換功能中的微分器抵消了 CIC濾波器中的積分器，提供更簡單的組合結(jié)構(gòu)。改進(jìn)的CIC濾波器200在第一輸入CINl上有額外的延遲階段，第一延遲階段308。 第一延遲階段308饋入第一積分器階段，其包括加法器302和反饋延遲304，反饋延遲304 的時鐘是取樣頻率Fs的取樣時鐘。加法器302和反饋延遲304 —起擔(dān)當(dāng)積分器306的作用。在第二積分器階段，第二可設(shè)置輸入CIN2應(yīng)用到加法器312上，其將可設(shè)置輸入 CIN2加到第一積分器輸出上，并加上第二積分器316的反饋延遲314的反饋。其他積分器階段326依此類推，每個都有一加法器322，其將可設(shè)置輸入CINx加到前一積分器階段的輸出上，并加上反饋延遲324的反饋。最后積分器階段336有加法器 332，其將最后的可設(shè)置濾波輸入CINN加到前一積分器階段的輸出上，并減去反饋延遲334 的反饋。開關(guān)348的時鐘是一具有下取樣頻率Fd的次取樣時鐘(decimating clock)。下取樣率可以由設(shè)計者選擇，如64，因此當(dāng)Fs是不16MHz時Fd是250KHz，這只是多種可能性中的一個例子。然后該被積分的和被取樣的信號傳輸通過級聯(lián)的梳狀階段346、356、366、376。每個梳狀階段346有一加法器342,其減去饋通延遲344的延遲了的饋通(feed-through)。 最后的加法器372輸出重建的數(shù)字信號OUT。還可以對信號OUT執(zhí)行進(jìn)一步的濾波或轉(zhuǎn)換， 如額外的次取樣(decimation)。在改進(jìn)CIC濾波器200里，梳狀階段的數(shù)目等于積分器階段的數(shù)目。圖4顯示可設(shè)置級聯(lián)Σ Δ調(diào)制器和高性能模式的濾波設(shè)置。虛線信號線表示未被選擇的信號。對于改進(jìn)CIC濾波器200的輸入,第一濾波設(shè)置數(shù)據(jù)選擇器210選擇由第一回路252產(chǎn)生的信號Ul作為第一可設(shè)置輸入CINl ;第二濾波設(shè)置數(shù)據(jù)選擇器230選擇由第二回路254產(chǎn)生的信號U2作為第二可設(shè)置輸入CIN2 ;最后濾波設(shè)置數(shù)據(jù)選擇器250選擇由最后回路256產(chǎn)生的信號UN作為最后可設(shè)置輸入CINN。其他中間濾波設(shè)置數(shù)據(jù)選擇器 (圖中未顯示)選擇它們的回路的輸出作為中間抽頭(tap)輸入到改進(jìn)CIC濾波器200。模擬輸入Y應(yīng)用到第一回路252，但是不被選擇作為其他回路的輸入。但是，輸入數(shù)據(jù)選擇器220選擇第一回路252的反饋Vl作為第二回路254的輸入。輸入數(shù)據(jù)選擇器 240選擇前一回路N-I的反饋V (N-I)作為最后回路256的輸入。因此回路252、254、256是串聯(lián)級聯(lián)在一起的。這時的功耗是最大的，因?yàn)樗谢芈?52、254、256都在加電，并基于前一回路的輸出而運(yùn)行。信噪比是高的，因?yàn)槭褂枚鄠€級聯(lián)回路，性能得到提高。圖5顯示可設(shè)置級聯(lián)Σ Δ調(diào)制器和節(jié)電模式的濾波設(shè)置。虛線信號線表示未被選擇的信號。只有最后回路256是上電的，第一回路252和第二回路254以及其他中間回路都是斷電的。這些回路的輸出U1、U2、...是不相關(guān)的，也沒有被使用，不被濾波設(shè)置數(shù)據(jù)選擇器210、230、...選擇。但是，濾波設(shè)置數(shù)據(jù)選擇器210選擇最后回路的輸出UN，作為第一
濾波器輸入CINl。到改進(jìn)CIC濾波器200的其他輸入CIN2.....CINN是0，因?yàn)閿?shù)據(jù)選擇
器230、···、250選擇O輸入。輸入數(shù)據(jù)選擇器240選擇模擬輸入Y，不選擇前一回路N-I的反饋V(N-I)作為最后回路256的輸入。只有最后回路256是上電的，節(jié)省了通常由回路252、254消耗的能量。 雖然能耗是低的，但是性能如信噪比也降低了，這對于一些應(yīng)用如電話語音是可接受的。圖6顯示可設(shè)置級聯(lián)Σ Δ調(diào)制器和第二回路節(jié)電模式的濾波設(shè)置。虛線信號線表不未被選擇的信號。只有第二回路254是上電的，第一回路252和最后回路256以及其他中間回路都是斷電的。這些回路的輸出Ul、UN是不相關(guān)的，也沒有被使用，不被濾波設(shè)置數(shù)據(jù)選擇器
210,230.....250選擇。但是，濾波設(shè)置數(shù)據(jù)選擇器210選擇第二回路的輸出U2，作為第一
濾波器輸入CINl。到改進(jìn)CIC濾波器200的其他輸入CIN2.....CINN是0，因?yàn)閿?shù)據(jù)選擇
器230、···、250選擇O輸入。輸入數(shù)據(jù)選擇器220選擇模擬輸入Y，不選擇第一回路252的反饋Vl作為第二回路254的輸入。只有第二回路254是上電的，節(jié)省了通常由回路252、256消耗的能量。雖然能耗是低的，但是性能如信噪比也降低了，這對于一些應(yīng)用如電話語音是可接受的。注意到第二回路254在此實(shí)施例中只有一個積分器226，因此圖6所示的該模式所消耗的能量應(yīng)該低于圖5所示模式消耗的能量，因?yàn)樽詈蠡芈?56有兩個積分器236、246。圖7顯示可設(shè)置級聯(lián)Σ Δ調(diào)制器和具有兩個積分器的第二回路模式的濾波設(shè)置。虛線信號線表示未被選擇的信號。只有第二回路254’是上電的，第一回路252和最后回路256以及其他中間回路都是斷電的。這些回路的輸出Ul、UN是不相關(guān)的，也沒有被使用，不被濾波設(shè)置數(shù)據(jù)選擇器
210,230.....250選擇。但是，濾波設(shè)置數(shù)據(jù)選擇器210選擇第二回路的輸出U2，作為第一
濾波器輸入CINl。到改進(jìn)CIC濾波器200的其他輸入CIN2.....CINN是0，因?yàn)閿?shù)據(jù)選擇
器230、···、250選擇O輸入。輸入數(shù)據(jù)選擇器220選擇模擬輸入Y，不選擇第一回路252的反饋Vl作為第二回路254的輸入。只有第二回路254是上電的，節(jié)省了通常由回路252、256消耗的能量。雖然能耗是低的，但是性能如信噪比也降低了，這對于一些應(yīng)用如電話語音是可接受的。第二回路254在此實(shí)施例中是二階回路，有兩個積分器226、227，因此圖7所示模式所消耗的能量應(yīng)該高于圖6所示模式消耗的能量。加法器223和定標(biāo)器225也是增加的元件，這會消耗額外的能量。圖8突出濾波設(shè)置數(shù)據(jù)選擇器和輸入數(shù)據(jù)選擇器的規(guī)劃設(shè)計以重新設(shè)置Σ Δ調(diào)制器和改進(jìn)CIC濾波器。內(nèi)部功率信號POWl被應(yīng)用以控制第一回路252的功率。POWl可以是開關(guān)電源信號，或者可以控制一個開關(guān)，該開關(guān)連接一內(nèi)部電源線到第一回路252內(nèi)的內(nèi)部電源線。其他功率信號P0W2、POffN應(yīng)用到第二回路254和回路256。輸入數(shù)據(jù)選擇器220由信號Y2EN控制，信號Y2EN是可編程寄存器280的輸出。 類似地，輸入數(shù)據(jù)選擇器240由可編程寄存器280的信號YNEN控制。第一濾波設(shè)置數(shù)據(jù)選
擇器210由信號CIN1SEL控制去選擇Ul、U2.....UN中的一個，并應(yīng)用到改進(jìn)CIC濾波器
200的第一抽頭輸入CINl上。其他控制信號，如第二濾波設(shè)置數(shù)據(jù)選擇器230的控制信號 CIN2SEL和最后濾波設(shè)置數(shù)據(jù)選擇器250的控制信號CINNSEL也是可編程寄存器280的輸出。可編程寄存器280可以是用戶可編程寄存器，如由并行或串行總線(例如串行外圍設(shè)備接口(SPI)或雙向兩線連續(xù)(I2C)總線)上發(fā)送的命令去讀取和寫入的寄存器，也可以是掩膜或熔絲可編程信號。也可以使用其他邏輯(圖中未顯示)來將表示回路是開 (ON)和關(guān)(OFF)的模式信號，解碼為數(shù)據(jù)選擇控制信號和功率信號。也可以使用順序信號或計數(shù)器來有延遲地上電或斷電，以防錯誤。圖9是開關(guān)電容積分器用于實(shí)現(xiàn)二階Σ Δ調(diào)制器回路的示意圖。差分輸入信號 VINP, VINN被應(yīng)用到開關(guān)42、44上，它們在Pl階段時是閉合的，對電容器58、60充電。開關(guān)50、52在Pl階段也是閉合的，將電容器58、60的背板接地。在P2階段，開關(guān)42、44、50、52斷開，開關(guān)54、56閉合，存儲在電容器58、60里的電荷移動傳輸?shù)竭\(yùn)算放大器110的輸入上。非重疊斬波時鐘C1、C2應(yīng)用到開關(guān)22、24、26、28 上，要么傳輸通過，要么反轉(zhuǎn)施加在運(yùn)算放大器110的反相和非反相輸入上的信號。類似的斬波開關(guān)32、34、36、38是運(yùn)算放大器110的輸出上。反饋電容器102、104連接運(yùn)算放大器 110的輸入和輸出，具有增益kl配置，其中kl是電容器58和電容器102的比值。第二加法器和積分器通過開關(guān)62、64和電容器78、80連接到運(yùn)算放大器110的輸出，開關(guān)62、64在Pl階段也是閉合的。接地開關(guān)70、72在Pl階段是閉合的。在P2階段， 開關(guān)62、64、70斷開，開關(guān)74、76閉合，將存儲在電容器78、80上電荷傳輸?shù)降诙\(yùn)算放大器112的輸入上。反饋電容器106、108連接第二運(yùn)算放大器112的輸入和輸出，具有增益k2配置，其中k2是電容器78和電容器106的比值。量化器14接收第二運(yùn)算放大器112的輸出V0P2、V0N2并產(chǎn)生差分輸出C0UTP、 C0UTN。一旦V0P2和V0N2的差值達(dá)到一個閾值，量化器14就翻轉(zhuǎn)C0UTP、C0UTN，驅(qū)動一個
高值，另一個低值。COUTP, COUTN就是Ul輸出到第一回路252的濾波設(shè)置數(shù)據(jù)選擇器210。COUTP, COUTN被反饋回開關(guān)46、48給第一加法器，也反饋回開關(guān)66、68給第二加法器。信號V0P2、 V0N2就是到圖4-7中第二回路的Vl反饋信號。運(yùn)算放大器110和周圍元件擔(dān)當(dāng)?shù)谝环e分器的作用，而運(yùn)算放大器112及其周圍元件擔(dān)當(dāng)?shù)诙e分器的作用。反饋信號的加總是由開關(guān)46、48提供給電容器58、60，起到第一加法器的作用；由開關(guān)66、68提供給電容器78、80，起到第二加法器的作用?？s放比例 (scaling)則由電容比值提供。對每個開關(guān)電容積分器，
權(quán)利要求
1.一個可設(shè)置的調(diào)制器濾波器，包括模擬輸入，其載有模擬輸入信號；第一Σ Δ調(diào)制器回路，其接收所述模擬輸入信號，用于產(chǎn)生第一回路輸出，所述第一 Σ Δ調(diào)制器回路將所述模擬輸入信號和所述第一回路輸出加總，并量化第一積分結(jié)果，以產(chǎn)生所述第一回路輸出；第一濾波設(shè)置數(shù)據(jù)選擇器，其對第一選擇信號響應(yīng)，通過從第一組輸入中選擇一個輸入，用于產(chǎn)生第一濾波輸入，第一組輸入包括所述第一回路輸出、第二回路輸出、第三回路輸出；第二回路輸入數(shù)據(jù)選擇器，其接收所述模擬輸入信號和來自所述第一Σ Δ調(diào)制器回路的所述第一積分結(jié)果，通過選擇所述模擬輸入信號或所述第一積分結(jié)果以響應(yīng)第二輸入選擇信號，用于產(chǎn)生第二輸入信號；第二Σ Δ調(diào)制器回路，其接收所述第二輸入信號，用于產(chǎn)生所述第二回路輸出，所述第二Σ Δ調(diào)制器回路將所述第二輸入信號和所述第二回路輸出加總，并量化第二積分結(jié)果，以產(chǎn)生所述第二回路輸出；第二濾波設(shè)置數(shù)據(jù)選擇器，其對第二選擇信號響應(yīng)，通過從第二組輸入中選擇一個輸入，用于產(chǎn)生第二濾波輸入，第二組輸入包括一固定信號、所述第二回路輸出、第三回路輸出；第三回路輸入數(shù)據(jù)選擇器，其接收所述模擬輸入信號和來自所述第二Σ Δ調(diào)制器回路的所述第二積分結(jié)果，通過選擇所述模擬輸入信號或所述第二積分結(jié)果以響應(yīng)第三輸入選擇信號，用于產(chǎn)生第三輸入信號；第三Σ Δ調(diào)制器回路，其接收所述第三輸入信號，用于產(chǎn)生所述第三回路輸出，所述第三Σ Δ調(diào)制器回路將所述第三輸入信號和所述第三回路輸出加總，并量化第三積分結(jié)果，以產(chǎn)生所述第三回路輸出；第三濾波設(shè)置數(shù)據(jù)選擇器，其對第三選擇信號響應(yīng)，通過從第三組輸入中選擇一個輸入，用于產(chǎn)生第三濾波輸入，第三組輸入包括所述固定信號、所述第三回路輸出；改進(jìn)的CIC濾波器，其接收所述第一濾波輸入、所述第二濾波輸入、所述第三濾波輸入，并產(chǎn)生一濾波輸出；由此，通過選擇信號，所述第一、第二、第三Σ Δ調(diào)制器回路是可設(shè)置成串聯(lián)級聯(lián)，或可設(shè)置成并行地處理所述模擬輸入信號。
2.如權(quán)利要求I所述的可設(shè)置的調(diào)制器濾波器，還包括第一功率輸入，其輸入到所述第一Σ Λ調(diào)制器回路，當(dāng)所述第一Σ Λ調(diào)制器回路是處于非活動狀態(tài)時，所述第一功率輸入使得所述第一Σ △調(diào)制器回路斷電，當(dāng)所述第一Σ Δ 調(diào)制器回路是處于非活動狀態(tài)時，其中所述第一回路輸出不被應(yīng)用到所述改進(jìn)CIC濾波器上；第二功率輸入，其輸入到所述第二 Σ △調(diào)制器回路，當(dāng)所述第二Σ △調(diào)制器回路是處于非活動狀態(tài)時，所述第二功率輸入使得所述第二Σ △調(diào)制器回路斷電，當(dāng)所述第二Σ Δ 調(diào)制器回路是處于非活動狀態(tài)時，其中所述第二回路輸出不被應(yīng)用到所述改進(jìn)CIC濾波器上；第三功率輸入，其輸入到所述第三Σ Λ調(diào)制器回路，當(dāng)所述第三Σ Λ調(diào)制器回路是處于非活動狀態(tài)時，所述第三功率輸入使得所述第三Σ △調(diào)制器回路斷電，當(dāng)所述第三Σ Δ 調(diào)制器回路是處于非活動狀態(tài)時，其中所述第三回路輸出不被應(yīng)用到所述改進(jìn)CIC濾波器上。
3.如權(quán)利要求2所述的可設(shè)置的調(diào)制器濾波器，還包括高性能模式，其提供最高信噪比和最高功耗，所述高性能模式使得所述第二回路輸入數(shù)據(jù)選擇器選擇來自所述第一Σ Δ調(diào)制器回路的所述第一積分結(jié)果，并使得所述第三回路輸入數(shù)據(jù)選擇器選擇來自所述第二Σ Δ調(diào)制器回路的所述第二積分結(jié)果；其中所述第一、第二、第三Σ Δ調(diào)制器回路是級聯(lián)在一起的。
4.如權(quán)利要求3所述的可設(shè)置的調(diào)制器濾波器，還包括中間模式，其提供比所述高性能模式較低的信噪比和較低的功耗，所述中間模式使得所述第二回路輸入數(shù)據(jù)選擇器選擇所述模擬輸入信號，并使得所述第三回路輸入數(shù)據(jù)選擇器選擇來自所述第二Σ Δ調(diào)制器回路的所述第二積分結(jié)果；其中所述中間模式使得所述第一Σ Δ調(diào)制器回路處于非活動狀態(tài)并斷電；其中在所述中間模式，所述第一濾波設(shè)置數(shù)據(jù)選擇器選擇所述第二回路輸出，所述第二濾波設(shè)置數(shù)據(jù)選擇器選擇所述第三回路輸出，所述第三濾波設(shè)置數(shù)據(jù)選擇器選擇所述固定信號；其中在所述中間模式，所述第二、第三Σ Δ調(diào)制器回路是級聯(lián)在一起。
5.如權(quán)利要求4所述的可設(shè)置的調(diào)制器濾波器，還包括節(jié)電模式，其提供比所述高性能模式和所述中間模式都更低的信噪比和更低的功耗， 所述節(jié)電模式使得所述第三回路輸入數(shù)據(jù)選擇器選擇所述模擬輸入信號；其中所述節(jié)電模式使得所述第一Σ△調(diào)制器回路和所述第二Σ△調(diào)制器回路處于非活動狀態(tài)并斷電；其中在所述節(jié)電模式，所述第一濾波設(shè)置數(shù)據(jù)選擇器選擇所述第三回路輸出，所述第二濾波設(shè)置數(shù)據(jù)選擇器選擇所述固定信號，所述第三濾波設(shè)置數(shù)據(jù)選擇器選擇所述固定信號；其中在所述節(jié)電模式，只有所述第三Σ Δ調(diào)制器回路被使用。
6.如權(quán)利要求2所述的可設(shè)置的調(diào)制器濾波器，其中第一ΣΔ調(diào)制器回路包括 主要加法器，其將所述模擬輸入信號和所述第一回路輸出加總；主要積分器，其將來自所述主要加法器的總和進(jìn)行積分，產(chǎn)生一積分總和；第二加法器，其將所述積分總和和所述第一回路輸出加總；第二積分器，其將來自所述第二加法器的總和進(jìn)行積分，產(chǎn)生所述第一積分結(jié)果； 量化器，其將所述第一積分結(jié)果轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制比特，產(chǎn)生所述第一回路輸出。
7.如權(quán)利要求6所述的可設(shè)置的調(diào)制器濾波器，其中第一ΣΛ調(diào)制器回路還包括 主要定標(biāo)器，其連接在所述主要加法器和所述主要積分器之間，用于乘以第一參數(shù)； 第二定標(biāo)器，其連接在所述第二加法器和所述第二積分器之間，用于乘以第二參數(shù)。
8.如權(quán)利要求2所述的可設(shè)置的調(diào)制器濾波器，其中所述第一Σ△調(diào)制器回路、第二 Σ Δ調(diào)制器回路、第三Σ Δ調(diào)制器回路，每個都包括一開關(guān)電容積分器。
9.如權(quán)利要求2所述的可設(shè)置的調(diào)制器濾波器，其中所述開關(guān)電容積分器包括運(yùn)算放大器；積分電容器，其連接在所述運(yùn)算放大器的輸入和輸出之間；取樣電容器，其通過時鐘控制開關(guān)連接在所述運(yùn)算放大器的輸入和回路輸入之間； 加法開關(guān)，其連接在所述取樣電容器和回路輸出之間；其中所述回路輸出是所述第一Σ Δ調(diào)制器回路的第一回路輸出、所述第二Σ Δ調(diào)制器回路的第二回路輸出、所述第三Σ Δ調(diào)制器回路的第三回路輸出。
10.如權(quán)利要求2所述的可設(shè)置的調(diào)制器濾波器，其中所述改進(jìn)CIC濾波器包括 初始延遲階段，其接收來自所述第一濾波設(shè)置數(shù)據(jù)選擇器的所述第一濾波輸入；多個積分器階段，其連接以接收所述延遲階段的輸出；其中所述第二濾波輸入應(yīng)用在所述多個積分器階段的第二節(jié)點(diǎn)上；其中所述第三濾波輸入應(yīng)用在所述多個積分器階段的第三節(jié)點(diǎn)上；多個梳狀階段，其連接到所述多個積分器階段的輸出上，所述多個梳狀階段產(chǎn)生所述濾波輸出。
11.如權(quán)利要求10所述的可設(shè)置的調(diào)制器濾波器，還包括取樣開關(guān)，其連接在所述多個積分器階段和所述多個梳狀階段之間，所述取樣開關(guān)運(yùn)行在下取樣頻率上。
12.如權(quán)利要求11所述的可設(shè)置的調(diào)制器濾波器，其中所述多個積分器階段，每個包括輸入節(jié)點(diǎn)；輸出節(jié)點(diǎn)；加法器，其接收所述輸入節(jié)點(diǎn)并驅(qū)動所述輸出節(jié)點(diǎn)；反饋延遲，其接收所述輸出節(jié)點(diǎn)作為輸入，并驅(qū)動一反饋信號到所述加法器的輸入。
13.如權(quán)利要求12所述的可設(shè)置的調(diào)制器濾波器，其中在所述多個積分器階段的第二輸入階段，包括一加法器，其也接收所述第二濾波輸入；其中在所述多個積分器階段的第三輸入階段，包括一加法器，其也接收所述第三濾波輸入。
14.如權(quán)利要求13所述的可設(shè)置的調(diào)制器濾波器，其中所述多個梳狀階段，每個包括: 輸入節(jié)點(diǎn)；輸出節(jié)點(diǎn)；加法器，其接收所述輸入節(jié)點(diǎn)并驅(qū)動所述輸出節(jié)點(diǎn)；饋通延遲，其接收所述輸出節(jié)點(diǎn)作為輸入，并驅(qū)動一饋通信號到所述加法器的輸入。
15.如權(quán)利要求2的可設(shè)置的調(diào)制器濾波器，其中所述固定信號是O值。
16.一個級聯(lián)設(shè)置調(diào)制器濾波器，包括多個調(diào)制器回路，每個調(diào)制器回路包括回路輸入；回路輸出；回路級聯(lián)輸出；第一加法器，其將所述回路輸入和所述回路輸出結(jié)合，產(chǎn)生第一總和；第一積分器，其將所述第一總和積分，當(dāng)所述調(diào)制器回路是一階回路時，產(chǎn)生所述回路級聯(lián)輸出，當(dāng)所述調(diào)制器回路是二階回路時，產(chǎn)生中間信號；量化器，其連接在所述回路級聯(lián)輸出和所述回路輸出之間；濾波設(shè)置數(shù)據(jù)選擇器，其通過從當(dāng)前調(diào)制器回路的回路輸出、多個調(diào)制器回路中的當(dāng)前調(diào)制器回路之后的所有調(diào)制器回路的回路輸出、以及當(dāng)所述當(dāng)前調(diào)制器回路不是第一回路時的O信號之中選擇一個輸入，而產(chǎn)生一濾波輸入；輸入開關(guān)，當(dāng)當(dāng)前調(diào)制器回路不是第一回路時，所述輸入開關(guān)接收模擬輸入信號和來自多個調(diào)制器回路中前一調(diào)制器回路的回路級聯(lián)輸出，當(dāng)所述當(dāng)前調(diào)制器回路被設(shè)置為第一活動狀態(tài)回路時，所述輸入開關(guān)將所述模擬輸入信號傳輸?shù)剿龌芈份斎?，?dāng)所述當(dāng)前調(diào)制器回路是級聯(lián)的調(diào)制器回路時，所述輸入開關(guān)將來自前一調(diào)制器回路的所述回路級聯(lián)輸出傳輸?shù)剿龌芈份斎?；其中所述第一回路的回路輸入接收所述模擬輸入信號；改進(jìn)濾波器，其從每個調(diào)制器回路的濾波設(shè)置數(shù)據(jù)選擇器接收所述濾波輸入，并產(chǎn)生一濾波輸出；其中所述改進(jìn)濾波器是一具有多個積分器階段和多個梳狀階段和一初始階段的改進(jìn) CIC濾波器，初始階段從所述第一回路的第一濾波設(shè)置數(shù)據(jù)選擇器中接收所述濾波輸入； 可編程寄存器，用于產(chǎn)生控制信號到所述濾波設(shè)置數(shù)據(jù)選擇器，并到所述調(diào)制器回路的輸入開關(guān)，用于產(chǎn)生斷電信號到斷電調(diào)制器回路，斷電調(diào)制器回路不用于當(dāng)前設(shè)置中。
17.如權(quán)利要求16所述的級聯(lián)設(shè)置調(diào)制器濾波器，其中當(dāng)所述多個調(diào)制器回路中的調(diào)制器回路是二階回路時，所述調(diào)制器回路還包括第二加法器，其將所述中間信號和所述回路輸出結(jié)合，并產(chǎn)生第二總和；第二積分器，其將所述第二總和積分，當(dāng)所述調(diào)制器回路是二階回路時，產(chǎn)生所述回路級聯(lián)輸出。
18.如權(quán)利要求17所述的級聯(lián)設(shè)置調(diào)制器濾波器，其中所述第一加法器和第一積分器一起包括一開關(guān)電容積分器，其包括運(yùn)算放大器,其有輸入和輸出；積分電容器，其連接在所述運(yùn)算放大器的輸入和輸出之間；取樣電容器；輸入開關(guān)，其連接在加法器輸入和所述取樣電容器之間，對第一相位時鐘響應(yīng)；第二開關(guān)，其連接在所述取樣電容器和所述運(yùn)算放大器的輸入之間，對第二相位時鐘響應(yīng)；反饋開關(guān)，其連接所述回路輸出到所述取樣電容器，以響應(yīng)所述第二相位時鐘。
19.一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括模擬輸入；多個調(diào)制器回路，每個回路包括回路輸入；回路輸出；回路級聯(lián)輸出；第一加法器裝置，用于將所述回路輸入和所述回路輸出結(jié)合，產(chǎn)生第一總和；第一積分器裝置，用于將所述總和積分，當(dāng)所述調(diào)制器回路是一階回路時，產(chǎn)生所述回路級聯(lián)輸出，當(dāng)所述調(diào)制器回路是二階回路時，產(chǎn)生一中間信號；量化器裝置，用于將所述回路級聯(lián)輸出上的模擬信號產(chǎn)生一數(shù)字信號在所述回路輸出上；濾波設(shè)置選擇裝置，其通過從當(dāng)前調(diào)制器回路的回路輸出、多個調(diào)制器回路中的當(dāng)前調(diào)制器回路之后的所有調(diào)制器回路的回路輸出、以及當(dāng)所述當(dāng)前調(diào)制器回路不是第一回路時的O信號之中選擇一個輸入，而產(chǎn)生一濾波輸入；輸入選擇裝置，當(dāng)所述當(dāng)前調(diào)制器回路不是第一回路時，所述輸入選擇裝置接收一模擬輸入信號和來自多個調(diào)制器回路中的前一調(diào)制器回路的回路級聯(lián)輸出，當(dāng)所述當(dāng)前調(diào)制器回路被設(shè)置為第一活動狀態(tài)回路時，所述輸入選擇裝置將所述模擬輸入信號傳輸?shù)剿龌芈份斎?，?dāng)所述當(dāng)前調(diào)制器回路是級聯(lián)的調(diào)制器回路時，所述輸入選擇裝置將來自前一調(diào)制器回路的所述回路級聯(lián)輸出傳輸?shù)剿龌芈份斎?；其中所述第一回路的回路輸入接收所述模擬輸入信號；改進(jìn)CIC濾波器裝置，用于過濾來自濾波設(shè)置選擇裝置的所述濾波輸入，并產(chǎn)生一濾波輸出；可編程裝置，用于產(chǎn)生控制信號到所述濾波設(shè)置選擇裝置，并到所述輸入選擇裝置，用于產(chǎn)生斷電信號到斷電調(diào)制器回路，斷電調(diào)制器回路不用于當(dāng)前設(shè)置中。
20.如權(quán)利要求19所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中所述改進(jìn)CIC濾波裝置還包括初始延遲階段裝置，用于從所述第一回路的濾波設(shè)置選擇裝置接收所述第一輸入；多個積分器裝置，用于接收所述初始延遲階段裝置的輸出，并繼續(xù)將中間節(jié)點(diǎn)的總和積分，中間節(jié)點(diǎn)從其他調(diào)制器回路的其他濾波設(shè)置選擇裝置接收濾波輸入，多個積分器裝置運(yùn)行以響應(yīng)一取樣時鐘；取樣開關(guān)裝置，用于連接所述多個積分器裝置和所述多個梳狀裝置，所述取樣開關(guān)裝置運(yùn)行在下取樣時鐘的下取樣頻率上；多個梳狀裝置，用于在所述下取樣時鐘的下取樣頻率上梳狀濾波，以產(chǎn)生所述濾波輸出。
全文摘要
一個可調(diào)整功率和性能的可設(shè)置級聯(lián)西格瑪-德爾塔模數(shù)調(diào)制器，有幾個調(diào)制器回路，其有一組或兩組積分器、加法器、定標(biāo)器、量化器，產(chǎn)生一回路輸出。每個回路的輸入數(shù)據(jù)選擇器選擇一總輸入或前一回路的回路輸出，使得調(diào)制器回路可以串聯(lián)級聯(lián)或分開單獨(dú)運(yùn)行。每個調(diào)制器回路之后的濾波設(shè)置數(shù)據(jù)選擇器選擇回路輸出或任一前回路的回路輸出或零。每個濾波設(shè)置數(shù)據(jù)選擇器驅(qū)動一輸入到一改進(jìn)的CIC濾波器。改進(jìn)的CIC濾波器有一初始延遲階段和相繼的積分器階段，初始延遲階段接收第一濾波設(shè)置數(shù)據(jù)選擇器輸出，每個積分器階段接收相繼的濾波設(shè)置數(shù)據(jù)選擇器輸出。改進(jìn)的CIC濾波器是一數(shù)字轉(zhuǎn)換濾波器和一CIC濾波器的組合。
文檔編號H03M1/12GK102594350SQ201210019318
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月25日
發(fā)明者安德烈·貝許羅托, 溫皓明, 王一濤, 陳桂枝 申請人:香港應(yīng)用科技研究院有限公司