具有減少的量化級的多級σ-δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及多級Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器200，包括：-具有接收輸入模擬信號（X）的輸入端子（Id1）以及提供對應(yīng)于所述輸入模擬信號（Ｘ）的輸出數(shù)字信號（Ｙ）的輸出端子（Od1）的直接路徑（d1），直接路徑（d1）包括：-計(jì)算塊（S2），被布置成接收代表輸入模擬信號（X）的第一模擬信號（X1）以及提供模擬計(jì)算信號（X2）；-模擬積分器（2），具有可操作地連接至計(jì)算塊（S2）以接收模擬計(jì)算信號（X2）的輸入端子（I2）以及提供第三模擬信號（X3）的輸出端子（O2），-量化器（3），具有可操作地連接至模擬積分器（2）的輸出端子（O2）的相應(yīng)的輸入端子（I3）以及可操作地連接至直接路徑（d1）的輸出端子（Od1）的相應(yīng)的輸出端子（O3）。轉(zhuǎn)換器（200）的特征在于，包括第一反饋路徑（f1），所述第一反饋路徑被布置成將代表存在于量化器（3）的輸出端子（O3）處的數(shù)字信號（DS）的反饋模擬信號（AN1）提供給計(jì)算塊（S2），計(jì)算塊（S2）被布置成從第一模擬信號（II）減去反饋模擬信號（AN1），第一反饋路徑（f1）包括具有相應(yīng)的增益因數(shù)（1/K2）的放大塊（A0）。而且，轉(zhuǎn)換器（200）的特征在于，直接路徑（d1）包括插入于計(jì)算塊（S2）和量化器（3；3′）的輸入端子（I3）之間的第一放大塊（A2），直接路徑（d1）的第一放大塊（A2）的相應(yīng)的增益因數(shù)（K2）為第一反饋路徑（f1）的放大塊（A0）的增益因數(shù)（1/K2）的倒數(shù)。
【專利說明】具有減少的量化級的多級Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及模數(shù)轉(zhuǎn)換器電路(Analog-to-DigitalConverter circuits, ADCs),尤其涉及具有減少的量化級的多級Σ-Λ模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)需要高精度時(shí)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器電路ADCs經(jīng)常使用Σ-Λ拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。
[0003]應(yīng)用的示例是在音頻領(lǐng)域，在音頻領(lǐng)域，Σ-AADCs是最常用的。
[0004]眾所周知，轉(zhuǎn)換器的該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將模擬輸入信號轉(zhuǎn)換為具有低比特?cái)?shù)量和頻譜整形(spectrally-shaped)的量化噪聲的字的數(shù)字流。
[0005]最初的Σ-Λ轉(zhuǎn)換器具有一位輸出(2級)，然后由于新的設(shè)計(jì)技術(shù)的使用，它們演變?yōu)槎嗉壿敵觥?br>
[0006]多級解決方案以增加ADCs復(fù)雜度為代價(jià)而具有減少量化噪聲的優(yōu)勢。
[0007]為此這些轉(zhuǎn)換器的輸出位數(shù)主要在I (2級)到5 (32級)的范圍而中，并且它們很少超出這些數(shù)量。
[0008]圖1顯示了現(xiàn)有技術(shù)中的多級二階Σ-Λ轉(zhuǎn)換器100，其中顯示的量化器101是L級。
[0009]圖1的轉(zhuǎn)換器100被布置成將輸入模擬信號X轉(zhuǎn)換為數(shù)字字流Y。
[0010]轉(zhuǎn)換器100包括直接路徑dl，該直接路徑具有在量化器101上游彼此串聯(lián)連接的第一模擬積分器102和第二模擬積分器103。轉(zhuǎn)換器100還包括反饋路徑Π，反饋路徑布置成從第一模擬轉(zhuǎn)換器102和第二模擬轉(zhuǎn)換器103的輸入中分別減去數(shù)字輸出信號Y所對應(yīng)的模擬信號。
[0011]眾所周知，量化器一定不能在直接路徑中引入大的延遲，因?yàn)檠舆t可能引起不穩(wěn)定，因此實(shí)現(xiàn)量化器的優(yōu)選解決方案是利用數(shù)目等于輸出級減一的比較器(在這個(gè)示例中是L-1個(gè)比較器)構(gòu)成閃存轉(zhuǎn)換器。
[0012]其他方法可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)模塊，但是在任何情況下，都需要低延遲和L級精確度。
[0013]在大部分情況下，量化器的復(fù)雜度是級數(shù)增加的限制因素。
[0014]多級Σ-Δ的示例在以下出版物中予以描述:“Third_0rder Sigma-DeltaModulator with61-dB SNR and6-MHz Bandwidth Consuming6mW，，，Bonizzoni 等，帕維亞大學(xué)，2008，IEEE。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0015]本發(fā)明的目的是提供具有減少的量化級的多級Σ-Λ模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其替代所提到的現(xiàn)有技術(shù)中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器并克服所提到的現(xiàn)有技術(shù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的至少一些缺陷和限制，并降低需要的量化器精度。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的多級Σ-Λ模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括具有直接路徑，所述直接路徑具有用于接收輸入模擬信號的輸入端子和用于提供對應(yīng)于所述輸入模擬信號的輸出數(shù)字信號的輸出端子。所述直接路徑包括:計(jì)算塊，所述計(jì)算塊被布置成接收代表所述輸入模擬信號的第一模擬信號以及提供模擬計(jì)算信號；模擬積分器，所述模擬積分器具有可操作地連接至所述計(jì)算塊以接收所述模擬計(jì)算信號的輸入端子以及用于提供第三模擬信號的輸出端子；量化器，所述量化器具有可操作地連接至所述模擬積分器的輸出端子的相應(yīng)的輸入端子以及可操作地連接至所述直接路徑的所述輸出端子的相應(yīng)的輸出端子。所述轉(zhuǎn)換器包括第一反饋路徑，所述第一反饋路徑被布置成將代表存在于所述量化器的所述輸出端子處的數(shù)字信號的反饋模擬信號提供給所述計(jì)算塊。所述計(jì)算塊被布置成從所述第一模擬信號減去所述反饋模擬信號。所述第一反饋路徑包括具有相應(yīng)的增益因數(shù)的放大塊。所述直接路徑包括插入于所述計(jì)算塊和所述量化器的所述輸入端子之間的第一放大塊。所述直接路徑的所述第一放大塊的相應(yīng)的增益因數(shù)為所述第一反饋路徑的放大塊的增益因數(shù)的倒數(shù)。
[0017]本發(fā)明的實(shí)施方式是包括多級Σ-AAD轉(zhuǎn)換器的數(shù)字音頻設(shè)備。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]參照附圖，依據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的下文詳細(xì)描述，將更好地理解本發(fā)明的多級Σ-AAD轉(zhuǎn)換器的特征和優(yōu)勢，該詳細(xì)描述是通過說明性且非限制性的示例給出的，其中:
[0019]-圖1示出現(xiàn)有技術(shù)的多級Σ-AAD轉(zhuǎn)換器的框圖；
[0020]-圖2示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的多級Σ-AAD轉(zhuǎn)換器的框圖；
[0021]-圖3示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的多級Σ-AAD轉(zhuǎn)換器的框圖；以及
[0022]-圖4示出使用根據(jù)本發(fā)明的多級Σ-AAD轉(zhuǎn)換器的數(shù)字音頻設(shè)備的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]本發(fā)明的多級Σ-Λ模數(shù)(AD)轉(zhuǎn)換器的優(yōu)選實(shí)施方式的框圖可以參照圖2進(jìn)行描述。
[0024]數(shù)字音頻設(shè)備(下文參照圖4描述)包括根據(jù)本發(fā)明的多級Σ-AAD轉(zhuǎn)換器。
[0025]數(shù)字音頻設(shè)備可以用在任何具有音頻信號的便攜式設(shè)備中，例如移動(dòng)電話或者蜂窩電話、MP3播放器、PDA (個(gè)人數(shù)字助理)、便攜式計(jì)算機(jī)、平板電腦等等。
[0026]參照圖2，多級Σ-Λ AD轉(zhuǎn)換器200，在下面也簡稱轉(zhuǎn)換器200，包括直接路徑dl，該直接路徑具有用于接收輸入模擬信號X的輸入端子Idi和用于提供對應(yīng)于輸入模擬信號X的輸出數(shù)字信號Y的輸出端子Odl。
[0027]輸出數(shù)字信號Y是字的數(shù)字流，該數(shù)字流所具有的比特?cái)?shù)取決于轉(zhuǎn)換器200的級的數(shù)量。例如，在32級Σ-AAD轉(zhuǎn)換器的情況下，輸出數(shù)字信號Y是具有5比特的字的數(shù)字流。
[0028]轉(zhuǎn)換器200的直接路徑dl包括計(jì)算塊S2，例如加法器，該計(jì)算塊布置成接收代表輸入模擬信號X的第一模擬信號Xl并提供模擬計(jì)算信號X2。
[0029]此外，轉(zhuǎn)換器200的直接路徑dl包括模擬積分器2，例如一階模擬積分器，該模擬積分器2具有可操作地連接至計(jì)算塊S2以用于接收模擬計(jì)算信號X2的輸入端子12和用于提供第三模擬信號X3的輸出端子02。
[0030]作為內(nèi)部結(jié)構(gòu)的示例，模擬積分器2包括相應(yīng)的直接路徑，該直接路徑包括彼此串聯(lián)連接的加法器塊和延遲塊。加法器塊具有對應(yīng)于模擬積分器2的輸入端子12的輸入端子和連接至延遲塊的輸入端子的輸出端子。延遲塊具有對應(yīng)于模擬積分器2的輸出端子02的輸出端子。模擬積分器還包括相應(yīng)的反饋路徑，用來向加法器塊的另一輸入端子提供存在于模擬積分器2的輸出端子02處的第三模擬信號X3。
[0031]轉(zhuǎn)換器200的直接路徑dl還包括量化器3，該量化器具有可操作地連接至模擬積分器2的輸出端子02的相應(yīng)的輸入端子13和可操作地連接至直接路徑dl的輸出端子Odl的相應(yīng)的輸出端子03。
[0032]應(yīng)該注意的是，顯然地，轉(zhuǎn)換器200的直接路徑dl的在量化器3前的部分是在模擬域，轉(zhuǎn)換器200的直接路徑dl的在量化器3后的部分是在數(shù)字域。
[0033]具體地，取決于根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器100的架構(gòu)，量化器3具有減少的量化級數(shù)量,例如8個(gè)量化級,這在下文會(huì)解釋。
[0034]特別地，根據(jù)本發(fā)明，轉(zhuǎn)換器200是L級Σ-AAD型(例如，L=32)，其中量化器具有r級(KL，例如，r=8)。量化器3的示例是比較器數(shù)目等于r_l的快閃轉(zhuǎn)換器。
[0035]再次參考轉(zhuǎn)換器200，其有利地包括第一反饋路徑Π，該第一反饋路徑Π布置成向計(jì)算塊S2提供代表存在于量化器3的輸出端子03處的數(shù)字信號DS的反饋模擬信號ANl。
[0036]此外，計(jì)算塊S2被布置成從第一模擬信號Xl中減去所述反饋模擬信號AN1。
[0037]更詳細(xì)地，為了這樣做，計(jì)算塊S2優(yōu)選地配置為將從轉(zhuǎn)換器200的第一反饋路徑Π接收的反饋模擬信號ANl的符號從正改變?yōu)樨?fù)。
[0038]轉(zhuǎn)換器200的第一反饋路徑Π包括具有相應(yīng)的增益因數(shù)1/K2的放大塊A0。
[0039]此外，為了將存在于量化器3的輸出端子03處的數(shù)字信號DS轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的模擬信號來被提供給放大塊A0，第一反饋路徑Π還包括數(shù)模(DA)轉(zhuǎn)換器DAl，例如快閃DA轉(zhuǎn)換器，其插入于量化器3的輸出端子03和放大塊AO之間。
[0040]再次參考轉(zhuǎn)換器200，直接路徑dl包括插入于計(jì)算塊S2和量化器3的輸入端子13之間的第一放大塊A2。
[0041]有利地，直接路徑dl的第一放大塊A2具有相應(yīng)的增益因數(shù)K2，該增益因數(shù)是第一反饋路徑Π的放大塊AO的增益因數(shù)1/K2的倒數(shù)。
[0042]在圖2的實(shí)施方式中，直接路徑dl的第一放大塊A2插入于計(jì)算塊S2和模擬積分器2之間。
[0043]根據(jù)其他實(shí)施方式(圖中沒有示出)，直接路徑dl的第一放大塊A2插入于模擬積分器2和量化器3之間。
[0044]圖2的轉(zhuǎn)換器200還包括第二反饋路徑f2，該第二反饋路徑f2被布置成向計(jì)算塊S2提供代表存在于直接路徑dl的輸出端子Odl處的輸出數(shù)字信號Y的另一反饋模擬信號AN2。
[0045]計(jì)算塊S2有利地被布置成從第一模擬信號Xl中減去所述另一反饋模擬信號AN2。
[0046]更詳細(xì)地，為了這樣做，計(jì)算塊S2優(yōu)選地被配置為將從轉(zhuǎn)換器200的第二反饋路徑f2接收的該另一反饋模擬信號AN2的符號從正改變?yōu)樨?fù)。
[0047]為了將存在于轉(zhuǎn)換器200的直接路徑dl的輸出端子Odl處的輸出數(shù)字信號Y轉(zhuǎn)換為該另一反饋模擬信號AN2以提供給計(jì)算塊S2，應(yīng)該觀察到，第二反饋路徑f2也還包括另一數(shù)模(DA)轉(zhuǎn)換器DA2，例如快閃DA轉(zhuǎn)換器，該DA轉(zhuǎn)換器DA2插入于轉(zhuǎn)換器200的直接路徑dl的輸出端子Odl和計(jì)算塊S2之間。[0048]轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)換器200，直接路徑dl包括另一模擬積分器1，例如一階模擬積分器，該模擬積分器I具有可操作地連接至直接路徑dl的輸入端子Idl的輸入端子Il和可操作地連接至計(jì)算塊S2的輸出端子01，輸出端子01用于為計(jì)算塊S2提供代表直接路徑dl的輸入模擬信號X的第一模擬信號XI。
[0049]作為示例，該另一模擬積分器I的內(nèi)部結(jié)構(gòu)類似于前面描述的模擬積分器2的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
[0050]轉(zhuǎn)換器200的直接路徑dl還包括另一計(jì)算塊SI，例如加法器，該計(jì)算塊SI被布置成接收輸入模擬信號X且向該另一模擬積分器I提供另一模擬計(jì)算信號X4。
[0051]轉(zhuǎn)換器200的第二反饋路徑f2還被布置成提供反饋模擬信號AN2給該另一計(jì)算塊SI。
[0052]此外，該另一計(jì)算塊SI被布置成從第一模擬信號Xl中減去該另一反饋模擬信號AN2。
[0053]更詳細(xì)地，為了這樣做，該另一計(jì)算塊SI優(yōu)選地配置為將從轉(zhuǎn)換器200的第二反饋路徑f2接收的另一反饋模擬信號AN2的符號從正改變?yōu)樨?fù)。
[0054]再次參考轉(zhuǎn)換器200，直接路徑dl還包括插入于另一計(jì)算塊SI和計(jì)算塊S2之間的第二放大塊Al。第二放大塊Al具有相應(yīng)的增益因數(shù)Kl。
[0055]在圖2的實(shí)施方式中，直接路徑dl的第二放大塊Al插入在該另一計(jì)算塊SI和另一模擬積分器I之間。
[0056]依照其他實(shí)施方式(圖中沒有示出)，直接路徑dl的第二放大塊Al插入于另一模擬積分器I和計(jì)算塊S2之間。
[0057]轉(zhuǎn)回到轉(zhuǎn)換器200，直接路徑dl還包括數(shù)字積分塊4，例如一階數(shù)字積分器，該數(shù)字積分塊插入于量化器3的輸出端子03和轉(zhuǎn)換器200的輸出端子Odl之間。
[0058]特別地，數(shù)字積分塊4被布置成接收存在于量化器3的輸出端子03處的數(shù)字信號DS,以及在直接支路dl的輸出端子Odl上和轉(zhuǎn)換器200的第二反饋路徑f2上提供對應(yīng)的輸出數(shù)字信號Y。
[0059]作為其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的示例，數(shù)字積分塊4包括相應(yīng)的直接路徑，該相應(yīng)的直接路徑包括加法器塊。加法器塊具有對應(yīng)于數(shù)字積分塊4的輸入端子的輸入端子以及對應(yīng)于數(shù)字積分塊4的輸出端子的輸出端子。數(shù)字積分塊4的加法器的輸出端子也連接到第二反饋路徑f2，特別地連接到另一數(shù)模轉(zhuǎn)換器DA2的輸入端子。數(shù)字積分塊4還包括相應(yīng)的反饋路徑，該相應(yīng)的反饋路徑包括延遲塊，該延遲塊被布置成向加法器塊的另一輸入端子提供存在于數(shù)字積分器4的輸出端子Odl處的輸出數(shù)字信號Y。
[0060]本發(fā)明的多級Σ-Λ模數(shù)(AD)轉(zhuǎn)換器的另一實(shí)施方式的框圖現(xiàn)在可以參考圖3進(jìn)行描述。
[0061]圖3中的多級Σ-Λ模數(shù)(AD)轉(zhuǎn)換器，在下文中也簡稱為轉(zhuǎn)換器，通過附圖標(biāo)記300示出。
[0062]應(yīng)該注意的是，在圖2中的轉(zhuǎn)換器200和圖3中的轉(zhuǎn)換器300之間共同的元件或部件使用相同的附圖標(biāo)記表示。
[0063]轉(zhuǎn)換器300包括直接路徑dl，該直接路徑dl具有用于接收輸入模擬信號X的輸入端子Idl和用于提供對應(yīng)于輸入模擬信號X的輸出數(shù)字信號Y的輸出端子Odl。[0064]輸出數(shù)字信號Y是字的數(shù)字流，該字的數(shù)字流所具有的比特?cái)?shù)取決于轉(zhuǎn)換器300的級的數(shù)量(在32級Σ-Λ AD轉(zhuǎn)換器的情況下，輸出數(shù)字信號Y是具有5比特的字的數(shù)字流)。
[0065]轉(zhuǎn)換器300的直接路徑dl包括與參考圖2的轉(zhuǎn)換器200描述的計(jì)算塊S2和模擬積分器2相似的計(jì)算塊S2和模擬積分器2。
[0066]轉(zhuǎn)換器300的直接路徑dl還包括量化器3'，該量化器3'具有可操作地連接至模擬積分器2的輸出端子02的相應(yīng)的輸入端子13'和可操作地連接至直接路徑dl的輸出端子Odl的相應(yīng)的輸出端子03'。
[0067]轉(zhuǎn)換器300的直接路徑dl的在量化器3,前的部分是在模擬域，轉(zhuǎn)換器300的直接路徑dl的在量化器3'后的部分是在數(shù)字域。
[0068]具體的，取決于根據(jù)發(fā)明的轉(zhuǎn)換器100的架構(gòu)，量化器3'具有減少的量化級數(shù)量，例如8個(gè)量化級。
[0069]特別的，根據(jù)本發(fā)明，轉(zhuǎn)換器300也是具有r級量化器(KL，例如，r=8)的L級Σ-AAD型(例如，L=32)。量化器3'的示例是具有數(shù)量等于r_l的比較器的快閃轉(zhuǎn)換器。
[0070]相對于圖2中的轉(zhuǎn)換器200的量化器3，量化器3'具有比量化器3的精度更不嚴(yán)格的精度。
[0071]更詳細(xì)的，量化器的精度取決于比較器的閾值，比較器的閾值可以通過很多與轉(zhuǎn)換器的實(shí)施相關(guān)的方式生成。
[0072]圖2中的實(shí)施方式的量化器3與圖3中的實(shí)施方式中的量化器3'之間的區(qū)別是比較器的閾值的定位。應(yīng)該注意的是，這不涉及把閾值設(shè)置為不同值的復(fù)雜性的改變。
[0073]轉(zhuǎn)換器300包括第一反饋路徑Π，該第一反饋路徑Π被布置成將代表存在于量化器3'的輸出端子03'處的數(shù)字信號DS的反饋模擬信號ANl提供給計(jì)算塊S2。計(jì)算塊S2被布置成從第一模擬信號Xl中減去所述反饋模擬信號ANl。
[0074]更詳細(xì)地，為了這樣做，計(jì)算塊S2優(yōu)選地配置為將從轉(zhuǎn)換器300的第一反饋路徑Π接收的反饋模擬信號ANl的符號從正改變?yōu)樨?fù)。
[0075]轉(zhuǎn)換器300的第一反饋路徑f I包括具有相應(yīng)的增益因數(shù)1/4K2的放大塊AO'。
[0076]此外，為了將存在于量化器3'的輸出端子03'處的數(shù)字信號DS轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的模擬信號來被提供給放大塊AO'，第一反饋路徑fl還包括與參照圖2中的轉(zhuǎn)換器200描述的DA轉(zhuǎn)換器類似的數(shù)模(DA)轉(zhuǎn)換器DA1，該數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAl插入于量化器3'的輸出端子03'和放大塊AO'之間。
[0077]再次參考轉(zhuǎn)換器300，直接路徑dl包括插入于計(jì)算塊S2和量化器3'的輸入端子13'之間的第一放大塊A2'。
[0078]有利地，直接路徑dl的第一放大塊A2'具有相應(yīng)的增益因數(shù)4K2，該增益因數(shù)是第一反饋路徑Π的放大塊AO'的增益因數(shù)1/4K2的倒數(shù)。
[0079]也是在該其他實(shí)施方式中，直接路徑dl的第一放大塊A2'可以插入于計(jì)算塊S2和模擬積分器2之間，或者插入于模擬積分器2和量化器3'之間。
[0080]應(yīng)該注意的是，在圖2的實(shí)施方式中，模擬積分器2的輸出端子02連接至量化器3的輸入端子13，并且其振幅相對于現(xiàn)有技術(shù)的解決方案減小。使用這個(gè)優(yōu)勢，可以將第一放大塊的增益因數(shù)從K2增加到4K2，并且有利地降低量化器3需要的精度，并且之后獲取本發(fā)明的其他實(shí)施方式，即圖3的轉(zhuǎn)換器300。通過相應(yīng)的方式，第一反饋路徑f I的放大塊k2'的增益因數(shù)從1/K2減少到1/4K2。
[0081]量化器3'的不嚴(yán)格的精度與在量化器中使用的比較器的不嚴(yán)格的精度相關(guān)，因?yàn)樵诳扉W轉(zhuǎn)換器中，容許的比較器誤差通常表示為最低有效位(LSB，其為兩個(gè)連續(xù)的閾值之間的差值)的一部分。在LSB增大的情況下，容許誤差增大。
[0082]在圖3的實(shí)施方式中，在第一放大塊的增益因數(shù)等于4K2的情況下，量化器:V的LSB乘以4，因此量化器3'的容許的比較器誤差乘以4(或者，反之亦然，量化器3'的精度減少到1/4)，然而同時(shí)轉(zhuǎn)換器300的精度保持不變。
[0083]鑒于以上情況，圖3的解決方案，在維持相同的轉(zhuǎn)換器性能的情況下，有利地可以比圖2中的解決方案節(jié)省成本。
[0084]圖3中的轉(zhuǎn)換器300還包括第二反饋路徑f2，該第二反饋路徑f2被布置成將代表存在于直接路徑dl的輸出端子Odl處的輸出數(shù)字信號Y的另一反饋模擬信號AN2提供給計(jì)算塊S2。計(jì)算塊S2有利地被布置成從第一模擬信號Xl中減去所述另一反饋模擬信號AN2，如前文描述過的。
[0085]為了將存在于轉(zhuǎn)換器300的直接路徑dl的輸出端子Odl處的輸出數(shù)字信號Y轉(zhuǎn)換為另一反饋模擬信號AN2以提供給計(jì)算塊S2，轉(zhuǎn)換器300的第二反饋路徑f2也還包括另一數(shù)模(DA)轉(zhuǎn)換器DA2，其與根據(jù)圖2中的轉(zhuǎn)換器200描述的DA轉(zhuǎn)換器DA2類似。
[0086]轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)換器300，直接路徑dl包括與前文根據(jù)圖2中的實(shí)施方式描述的另一模擬積分器類似的另一模擬積分器I。
[0087]轉(zhuǎn)換器300的直接路徑dl還包括另一計(jì)算塊SI，例如加法器，該另一計(jì)算塊SI與根據(jù)圖2中的實(shí)施方式描述的計(jì)算塊SI類似。
[0088]轉(zhuǎn)換器300的第二反饋路徑f2還被布置成提供反饋模擬信號AN2給該另一計(jì)算塊SI。該另一計(jì)算塊SI被布置成從第一模擬信號Xl中減去另一反饋模擬信號AN2，如前文所述。
[0089]再次參考轉(zhuǎn)換器300，直接路徑dl還包括插入于該另一計(jì)算塊SI和計(jì)算塊S2之間的第二放大塊Al。第二放大塊Al具有相應(yīng)的增益因數(shù)Kl。
[0090]也是對于圖3中的實(shí)施方式，直接路徑dl的第二放大塊Al可以插入在該另一計(jì)算塊SI和另一模擬積分器I之間，或者插入于該另一模擬積分器I和計(jì)算塊S2之間。
[0091]轉(zhuǎn)回到轉(zhuǎn)換器300，直接路徑dl還包括數(shù)字積分塊4，例如一階數(shù)字積分器，其插入于量化器3'的輸出端子03'和轉(zhuǎn)換器300的輸出端子Odl之間。
[0092]轉(zhuǎn)換器300的數(shù)字積分塊4，類似于根據(jù)圖2的轉(zhuǎn)換器200描述的數(shù)字積分塊4，用于接收存在于量化器3'的輸出端子03'處的數(shù)字信號DS，以及在直接支路dl的輸出端子Odl和轉(zhuǎn)換器300的第二反饋路徑f2上提供對應(yīng)的輸出數(shù)字信號Y。
[0093]考慮到上述考慮。具體參考圖2中的實(shí)施方式的框圖，本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器200的行為描述如下。
[0094]當(dāng)用在音頻信號中時(shí)，多級Σ-Λ AD轉(zhuǎn)換器200的輸入模擬信號X是頻帶限制的。
[0095]因此，輸出數(shù)字信號的樣本Y (N)和之前的輸出數(shù)字信號的樣本Y (N-1)之間存在相關(guān)性。換句話說，相鄰的數(shù)字樣本之間的差異小。
[0096]發(fā)明人使用該相關(guān)性來通過在量化器3之前減去存在于量化器3的輸出端處的預(yù)測的數(shù)字樣本來預(yù)測下一數(shù)字樣本，從而量化器本身可以配置有減少的量化級數(shù)量來正常工作。
[0097]量化器3引進(jìn)誤差Err，從而在量化器3的輸入端子13的第三模擬信號X3具有幅度 Y-Err。
[0098]在第一反饋路徑fl中，前一個(gè)輸出數(shù)字樣本Y (N-1)(存在于量化器的輸出端子03處的數(shù)字輸出信號DS)通過DA轉(zhuǎn)換器DAl轉(zhuǎn)換在模擬域中，并且然后通過計(jì)算塊S2從第一模擬信號Xl中減去。
[0099]此外，存在于轉(zhuǎn)換器200的直接路徑dl的輸出端子Odl處的前一個(gè)輸出數(shù)字樣本
Y(N)通過數(shù)字積分塊4加回到量化器3的輸出端子03。
[0100]因此，在量化器3的輸入端子處的第三模擬信號X3可以被寫為如下:
[0101]Y (N) -Y (N-1) -Err= Δ Y (N) -Err (第三模擬信號 X3)
[0102]眾所周知，多級Σ-ADA轉(zhuǎn)換器的輸出數(shù)字信號Y可以被寫為輸入模擬信號X的函數(shù)，如下:
[0103]Y(N) = f (X (N)) +Q (N)
[0104]其中f是信號傳遞函數(shù)，并且Q代表噪聲整形的量化噪聲。
[0105]應(yīng)該注意的是，在前一個(gè)方程式中，認(rèn)為輸入模擬信號X是離散時(shí)間函數(shù)X(N)，但是在輸入模擬信號X是連續(xù)時(shí)間函數(shù)x(t)的情況下，相同的函數(shù)也可以被看作是有效的。
[0106]作為前一方程式的結(jié)果，在估算AY(N)的幅值時(shí)，存在兩個(gè)主要項(xiàng)，如下:Δ Y (N) = Δ f (X (N)) + Δ Q (N)
[0107]第一項(xiàng)取決于輸入模擬信號X和其傳遞函數(shù)。第二項(xiàng)取決于輸出量化噪聲。
[0108]如果傳遞函數(shù)f是低通濾波器或者如果輸入模擬信號X是頻帶限制的，如在音頻信號的情況下，第一項(xiàng)可以小。
[0109]為了避免混疊，輸入模擬信號在外部濾波，或者通過其傳遞函數(shù)f濾波，因此第一項(xiàng)可以小。
[0110]第二項(xiàng)是兩個(gè)連續(xù)的量化噪聲之間的差值，因此可以假設(shè)AQ的幅值大約是2Q。
[0111]接著，應(yīng)該注意到的是，Q的幅值與L級Σ-AAD轉(zhuǎn)換器200的輸出級數(shù)L(在圖2的示例中為32)成反比例，因此，對于高的級數(shù)L，AQ的幅值小。這些考慮可以寫為如下:
[0112]Δ Q=4Q0/L
[0113]其中QO是具有兩個(gè)輸出級的轉(zhuǎn)換器的量化噪聲。
[0114]應(yīng)該注意的是，對于量化器引進(jìn)的誤差Err，相同的考慮是有效的，并且因此:
[0115]Err=2ErrO/L
[0116]其中ErrO是2級量化器的量化誤差。
[0117]總之，第三模擬信號X3存在于量化器3的輸入端子13,可以被表不為如下:
[0118]Y (N) -Y (N-1) -Err= Δ f (X (N)) + (4Q0+2Err0) /L
[0119]如果輸出量化級的數(shù)目L足夠大，則幅值信號主要取決于輸入模擬信號X。
[0120]在圖2的示例中(對圖3的示例也相同)，具有存在32個(gè)輸出級的轉(zhuǎn)換器200，安排具有8個(gè)量化級的量化器3就足夠。
[0121]此外，具有8個(gè)量化級的同一量化器3也可以用在具有64個(gè)輸出級的多級Σ-AAD轉(zhuǎn)換器的情況下。[0122]現(xiàn)在參考圖4，使用根據(jù)本發(fā)明的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字音頻設(shè)備400的示例被簡略描述。
[0123]數(shù)字音頻設(shè)備400例如是移動(dòng)電話。這樣的數(shù)字音頻設(shè)備400包括數(shù)字音頻記錄器鏈401和數(shù)字音頻播放器鏈411。移動(dòng)電話400的其他電子元件可操作地連接至這兩個(gè)音頻鏈，且在圖4中沒有示出。
[0124]數(shù)字音頻記錄器鏈401包括擴(kuò)音器402。
[0125]這樣的數(shù)字音頻記錄器鏈401還包括擴(kuò)音器前置放大器403。
[0126]此外，數(shù)字音頻記錄器鏈401包括上文參照本發(fā)明(圖2-圖3)的任一實(shí)施方式描述的類型的模數(shù)轉(zhuǎn)換器200 (或者模數(shù)轉(zhuǎn)換器300)。
[0127]此外，數(shù)字音頻記錄器鏈401還包括數(shù)字濾波器404。
[0128]數(shù)字音頻播放器鏈411包括:
[0129]-另一數(shù)字濾波器412;
[0130]-數(shù)模轉(zhuǎn)換器413;
[0131]-傳感放大器414，以及
[0132]-揚(yáng)聲器415。
[0133]本發(fā)明的多級Σ-Λ AD轉(zhuǎn)換器具有如上所述的優(yōu)勢，即量化器的復(fù)雜度不隨著轉(zhuǎn)換器輸出級數(shù)的增大而變化。
[0134]進(jìn)一步，量化器3的準(zhǔn)確性和復(fù)雜度相對于已知的其他多級Σ-ADA轉(zhuǎn)換器是不嚴(yán)格的，因?yàn)槠漭敵鰯?shù)字信號(轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的模擬信號)被輸入到多級Σ-AAD轉(zhuǎn)換器的第二級(轉(zhuǎn)換器200和轉(zhuǎn)換器300中的直接路徑dl的計(jì)算塊S2，第一放大塊A2和模擬積分器2)中。
[0135]此外，相對于現(xiàn)有技術(shù)中的轉(zhuǎn)換器，本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器具有可替選的布局，該布局更簡單，這是因?yàn)槠浒ㄒ浑A的模擬積分器。
[0136]而且，在轉(zhuǎn)換器的直接路徑dl中具有其增益因數(shù)為存在于第一反饋路徑fl中的放大塊(A2)的增益因數(shù)的倒數(shù)的第一放大塊(Al)，允許基本上獲得消除了通過第一反饋路徑fl引入在直接路徑dl中(即引入在存在于量化器3的輸入端子13處的第三模擬信號X3中)的幅度。
[0137]最后，應(yīng)該注意的是，圖3中的實(shí)施方式通過(簡單地)將直接路徑dl的第一放大塊A2'的增益因數(shù)增長預(yù)設(shè)值(例如，4)以及將存在于第一反饋路徑fI中的放大塊AO'的增益因數(shù)降低相同的預(yù)設(shè)值，可以使用精度比圖2中的實(shí)施方式的量化器減小的量化器3'。
【權(quán)利要求】
1.一種多級Σ-Λ模數(shù)轉(zhuǎn)換器(200 ;300)，包括: -直接路徑(dl )，所述直接路徑(dl)具有用于接收輸入模擬信號(X)的輸入端子(Idl)和用于提供對應(yīng)于所述輸入模擬信號(X I)的輸出數(shù)字信號(Y)的輸出端子(Odl),所述直接路徑(dl)包括: -計(jì)算塊(S2)，所述計(jì)算塊(S2)被布置成接收代表所述輸入模擬信號(X)的第一模擬信號(Xl)以及提供模擬計(jì)算信號(X2)； -模擬積分器(2 )，所述模擬積分器(2 )具有可操作地連接至所述計(jì)算塊(S2 )以接收所述模擬計(jì)算信號(X2)的輸入端子(12)以及用于提供第三模擬信號(X3)的輸出端子(02)， -量化器(3;3')，所述量化器(3;3')具有可操作地連接至所述模擬積分器(2)的輸出端子(02)的相應(yīng)的輸入端子(13 ;13')以及可操作地連接至所述直接路徑(dl)的所述輸出端子(Odl)的相應(yīng)的輸出端子(03 ;03')， 所述轉(zhuǎn)換器(200 ;300)的特征在于，所述轉(zhuǎn)換器(200 ;300)包括第一反饋路徑(Π)，所述第一反饋路徑被布置成將代表存在于所述量化器(3 ;3')的所述輸出端子(03;03')處的數(shù)字信號(DS)的反饋模擬信號(ANl)提供給所述計(jì)算塊(S2)，所述計(jì)算塊(S2)被布置成從所述第一模擬信號(Il)減去所述反饋模擬信號(ANl)，所述第一反饋路徑(Π)包括具有相應(yīng)的增益因數(shù)(1/K2 ；1/4K2)的放大塊(AO ；A0')， 并且，其特征在于，所述直接路徑(dl)包括插入于所述計(jì)算塊(S2)和所述量化器(3 ；3')的所述輸入端子(13;13')之間的第一放大塊(A2;A2')，所述直接路徑(dl)的所述第一放大塊(A2 ；A2')的相應(yīng)的增益因數(shù)(K2 ；4K2)為所述第一反饋路徑(fl)的放大塊(AO ；A0')的增益因數(shù)(1/K2 ；1/4K2)的倒數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述`的轉(zhuǎn)換器(200;300)，還包括第二反饋路徑(f2)，所述第二反饋路徑(f2)被布置成將代表存在于所述直接路徑(dl)的所述輸出端子(dl)處的所述輸出數(shù)字信號(Y)的另一反饋模擬信號(AN2)提供給所述計(jì)算塊(S2)，所述計(jì)算塊(S2)被布置成從所述第一模擬信號(Xl)減去所述另一反饋模擬信號(AN2)。
3.如權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)換器(200;300)，其中，所述直接路徑(dl)包括另一模擬積分器(1)，所述另一模擬積分器具有可操作地連接至所述直接路徑(dl)的所述輸入端子(Idl)的輸入端子(Il)以及可操作地連接至所述計(jì)算塊(S2)的輸出端子(01)，以將代表所述直接路徑(dl)的所述輸入模擬信號(X)的第一模擬信號(Xl)提供給所述計(jì)算塊(S2)。
4.如權(quán)利要求3所述的轉(zhuǎn)換器(200;300)，其中，所述直接路徑(dl)包括被布置成接收所述輸入模擬信號(X)以及將另一模擬計(jì)算信號(X4)提供給所述另一模擬積分器(I)的另一計(jì)算塊(SI)。
5.如權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)換器(200;300)，其中，所述第二反饋路徑(f2)還被布置成將所述反饋模擬信號(AN2)提供給所述另一計(jì)算塊(SI )，所述另一計(jì)算塊(SI)被布置成從所述第一模擬信號(Xl)減去所述另一反饋模擬信號(AN2)。
6.如權(quán)利要求5所述的轉(zhuǎn)換器(200;300)，其中，所述直接路徑(dl)還包括插入于所述另一計(jì)算塊(SI)和所述計(jì)算塊(S2)之間的第二放大塊(Al)，所述第二放大塊(Al)具有相應(yīng)的增益因數(shù)(K1)。
7.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換器(200;300)，其中，所述直接路徑(dl)的所述第一放大塊(A2)插入于所述計(jì)算塊(A2)與所述模擬積分器(2)之間。
8.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換器(200;300)，其中，所述直接路徑(dl)的所述第一放大塊(A2)插入于所述模擬積分器(2)與所述量化器(3 ;3')之間。
9.如權(quán)利要求7所述的轉(zhuǎn)換器(200;300)，其中，所述直接路徑(dl)的所述第二放大塊(Al)插入于所述另一計(jì)算塊(SI)與所述另一模擬積分器(I)之間。
10.如權(quán)利要求7所述的轉(zhuǎn)換器(200;300)，其中，所述直接路徑(dl)的所述第二放大塊(Al)插入于所述另一模擬積分器(I)與所述計(jì)算塊(S2 )之間。
11.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換器(200;300)，其中，所述第一反饋路徑(fl)還包括插入于所述量化器(3 ;3')的輸出端子(03;03')與所述放大塊(A0;A0')之間的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DA1)。
12.如權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)換器(200;300)，其中，所述第二反饋路徑(f2)包括另一數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DA2)。
13.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)換器(200;300)，其中，所述計(jì)算塊(S2)以及所述另一計(jì)算塊(SI)被配置為將從所述反饋路徑(fl，f2)接收的所述反饋模擬信號(AN1，AN2)的符號從正改變?yōu)樨?fù)。
14.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)換器(200;300)，其中，所述直接路徑(dl)還包括插入于所述量化器(3 ;3')的輸出端子(03;03')與所述轉(zhuǎn)換器(200;300)的輸出端子(Odl)之間的數(shù)字積分塊(4)。
15.一種數(shù)字音 頻設(shè)備(400)，包括如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(200 ；300)。
【文檔編號】H03M3/00GK103875184SQ201280050525
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年10月8日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月13日
【發(fā)明者】卡洛·平納 申請人:意法愛立信有限公司