本發(fā)明涉及模擬集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種德爾塔-西格瑪模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

背景技術(shù)：

DeltaSigma 即大寫的希臘字母Σ-Δ。在數(shù)學(xué)和物理學(xué)中，大寫的希臘字母德爾塔 delta (Δ)代表差或變化，大寫的希臘字母西格瑪 sigma (Σ)代表求和。有時(shí)稱其為 SigmaDelta，或 Σ-Δ。德爾塔-西格瑪是一種ADC架構(gòu)，由一位ADC和濾波電路組成，通過(guò)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣，并提供噪聲成形濾波獲得高分辨率數(shù)字輸出，是一種低成本架構(gòu)。德爾塔-西格瑪或Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器具有高分辨率、高集成度、成本低和使用方便的特點(diǎn)，近年來(lái)得到廣泛的應(yīng)用。其應(yīng)用于高精度模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換，尤其對(duì)如傳感器，生物信號(hào)獲取等低頻應(yīng)用。在這些應(yīng)用中，德爾塔-西格瑪模數(shù)轉(zhuǎn)換器需要處理諸如心電波，腦電波等低頻信號(hào)。所以需要德爾塔-西格瑪模數(shù)轉(zhuǎn)換器具有低直流失調(diào)、低閃爍噪聲的特性。

斬波穩(wěn)定技術(shù)是一種常用的減少直流直流失調(diào)和閃爍噪聲的方法，傳統(tǒng)的斬波德爾塔-西格瑪模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以消除放大器本身產(chǎn)生的直流失調(diào)和閃爍噪聲，卻無(wú)法消除通路其他部分，比如開關(guān)電容等產(chǎn)生的直流失調(diào)和閃爍噪聲。

現(xiàn)有技術(shù)中典型的斬波德爾塔-西格瑪模數(shù)轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)如圖1所示。Vin信號(hào)先通過(guò)開關(guān)電容采樣保持電路進(jìn)行采樣，再由放大器反饋電路產(chǎn)生模擬輸出，最后經(jīng)過(guò)量化器產(chǎn)生數(shù)字輸出。其中，放大器反饋電路由兩個(gè)斬波電路、放大器及兩個(gè)反饋電容組成。斬波電路位于放大器兩端，假設(shè)放大器反饋電路的輸入信號(hào)頻率f_in為低頻，德爾塔-西格瑪模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣頻率f_s為高頻。則斬波頻率f_s/2也為高頻。經(jīng)過(guò)第一斬波電路后，有用信號(hào)被調(diào)制到(f_s/2-f_in)為高頻，而放大器產(chǎn)生的直流失調(diào)和閃爍噪聲處于低頻，后者對(duì)前者沒(méi)有影響。再經(jīng)過(guò)第二斬波電路有用信號(hào)被調(diào)制還原到f_in，放大器產(chǎn)生的直流失調(diào)和閃爍噪聲被調(diào)制到為高頻。此電路僅對(duì)于放大器本身產(chǎn)生的直流失調(diào)和閃爍噪聲有抑制作用，卻無(wú)法消除通路其他部分，比如開關(guān)電容等產(chǎn)生的直流失調(diào)和閃爍噪聲。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的直流失調(diào)和閃爍噪聲等問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種德爾塔-西格瑪模數(shù)轉(zhuǎn)換器及實(shí)現(xiàn)方案，此種德爾塔-西格瑪模數(shù)轉(zhuǎn)換器相比傳統(tǒng)德爾塔-西格瑪模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可以有效降低電路直流失調(diào)和閃爍噪聲，使其應(yīng)用于高精度低頻應(yīng)用成為可能。本發(fā)明的高通斬波德爾塔-西格瑪模數(shù)轉(zhuǎn)換器是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：

如圖2所示，本發(fā)明的德爾塔-西格瑪模數(shù)轉(zhuǎn)換器是在如圖1所示的現(xiàn)有的德爾塔-西格瑪模數(shù)轉(zhuǎn)換器基礎(chǔ)上，通過(guò)改變電路連接方式，增加一對(duì)反饋電容和及斬波電路，并由此改變電路通路中的通帶特性，有效消除電路中開關(guān)電容的直流失調(diào)和閃爍噪聲。此高通斬波德爾塔-西格瑪模數(shù)轉(zhuǎn)換器，輸入信號(hào)Vin經(jīng)過(guò)開關(guān)電容采樣保持電路（C₁,Φ₁,Φ₂）進(jìn)行采樣，采樣信號(hào)由輸入點(diǎn)X1/X2輸入第一斬波電路，同時(shí)將X1/X2的信號(hào)經(jīng)由一對(duì)反饋電容C2連接至放大器的輸出點(diǎn)X5/X6，第一斬波電路的輸出點(diǎn)X3/X4連接至放大器的一對(duì)輸入點(diǎn)，同時(shí)將X3/X4的信號(hào)經(jīng)由一對(duì)反饋電容C3連接至第二斬波電路的輸出點(diǎn)X7/X8，第二斬波電路的輸出點(diǎn)X5/X6連接至放大器的一對(duì)輸出點(diǎn)，X7/X8的信號(hào)經(jīng)過(guò)量化器和第三斬波電路，產(chǎn)生最終的數(shù)字輸出信號(hào)Vout。

本發(fā)明技術(shù)方案是，一種德爾塔-西格瑪模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括一個(gè)開關(guān)電容采樣保持電路、三個(gè)斬波電路、一個(gè)放大器、量化器和兩對(duì)反饋電容C2和C3；本模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換信號(hào)為差分信號(hào)，其中輸入信號(hào)為Vin+/Vin-，輸出信號(hào)為Vout+/Vout-；開關(guān)電容采樣保持電路的輸入端連接輸入信號(hào)為Vin+/Vin-；三個(gè)斬波電路分別設(shè)為第一斬波電路、第二斬波電路和第三斬波電路；第一斬波電路的第一端與開關(guān)電容采樣保持電路的輸出端連接，連接節(jié)點(diǎn)設(shè)為X1和X2；第一斬波電路的第二端與放大器的輸入端連接，連接節(jié)點(diǎn)設(shè)為X3和X4；放大器的輸出端連接第二斬波電路的第一端，連接節(jié)點(diǎn)設(shè)為X5和X6；第二斬波電路的第二端與量化器的輸入端連接，連接節(jié)點(diǎn)設(shè)為X7和X8；第一對(duì)反饋電容C2分別連接X(jué)1/X5和X2/X6，第二對(duì)反饋電容C3分別連接X(jué)3/X7和X4/X8；第三斬波電路的輸入端與量化器的輸出端連接，第三斬波電路的輸出端即為輸出的數(shù)字信號(hào)Vout。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

在現(xiàn)有技術(shù)的斬波德爾塔-西格瑪模數(shù)轉(zhuǎn)換器的基礎(chǔ)上，通過(guò)改變電路連接方式，增加一對(duì)反饋電容和及斬波電路，尤其是兩對(duì)交叉連接的反饋電容和增加的一個(gè)斬波電路改變了德爾塔-西格瑪模數(shù)轉(zhuǎn)換電路通路中的通帶特性，有效消除電路中開關(guān)電容的直流失調(diào)和閃爍噪聲。該模數(shù)轉(zhuǎn)換器特別適用于高精度低頻的應(yīng)用場(chǎng)合。

附圖說(shuō)明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的德爾塔-西格瑪模數(shù)轉(zhuǎn)換器電路示意圖；

圖2是本發(fā)明的德爾塔-西格瑪模數(shù)轉(zhuǎn)換器電路示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：

首先對(duì)本發(fā)明電路結(jié)構(gòu)相關(guān)的斬波電路做簡(jiǎn)單介紹。斬波技術(shù)是一種普遍應(yīng)用于降低電路中直流失調(diào)和閃爍噪聲的技術(shù)，通常所見的斬波電路由四個(gè)交叉的開關(guān)對(duì)組成，分別由兩對(duì)互補(bǔ)的時(shí)鐘信號(hào)控制。斬波電路的作用為：將信號(hào)與直流失調(diào)及閃爍噪聲分離到不同的頻域，使得前者與后者不會(huì)互相影響。如果輸入信號(hào)頻率f_in為低頻，德爾塔-西格瑪模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣頻率f_s為高頻，則斬波頻率f_s/2也為高頻，從而達(dá)到分離噪聲的目的。

本發(fā)明的斬波德爾塔-西格瑪模數(shù)轉(zhuǎn)換器如圖2所示，在現(xiàn)有技術(shù)的斬波德爾塔-西格瑪模數(shù)轉(zhuǎn)換器的基礎(chǔ)上，通過(guò)改變電路連接方式，增加一對(duì)反饋電容和及斬波電路，尤其是兩對(duì)交叉連接的反饋電容和增加的一個(gè)斬波電路改變了德爾塔-西格瑪模數(shù)轉(zhuǎn)換電路通路中的通帶特性，有效消除電路中開關(guān)電容的直流失調(diào)和閃爍噪聲。該模數(shù)轉(zhuǎn)換器特別適用于高精度低頻的應(yīng)用場(chǎng)合。

本高通斬波德爾塔-西格瑪模數(shù)轉(zhuǎn)換器，輸入信號(hào)Vin經(jīng)過(guò)開關(guān)電容采樣保持電路（C₁,Φ₁,Φ₂）進(jìn)行采樣，采樣信號(hào)由輸入點(diǎn)X1/X2輸入第一斬波電路，同時(shí)將X1/X2的信號(hào)經(jīng)由一對(duì)反饋電容C2連接至放大器的輸出點(diǎn)X5/X6，第一斬波電路的輸出點(diǎn)X3/X4連接至放大器的一對(duì)輸入點(diǎn)，同時(shí)將X3/X4的信號(hào)經(jīng)由一對(duì)反饋電容C3連接至第二斬波電路的輸出點(diǎn)X7/X8，第二斬波電路的輸出點(diǎn)X5/X6連接至放大器的一對(duì)輸出點(diǎn)，X7/X8的信號(hào)經(jīng)過(guò)量化器和第三斬波電路，產(chǎn)生最終的數(shù)字輸出信號(hào)Vout。

如圖2所示，設(shè)定頻率為f_in的輸入信號(hào)為低頻信號(hào)，采樣頻率為f_s的采樣信號(hào)為高頻信號(hào)；信號(hào)經(jīng)過(guò)開關(guān)電容采樣保持電路后產(chǎn)生了直流失調(diào)和閃爍噪聲，該信號(hào)同樣為高頻信號(hào)，但其頻率小于采樣信號(hào)，此時(shí)信號(hào)位于X1/X2處。采樣信號(hào)、輸入信號(hào)、直流失調(diào)和閃爍噪聲信號(hào)經(jīng)過(guò)第一斬波電路后，輸入信號(hào)被調(diào)制為高頻，而采樣信號(hào)、直流失調(diào)和閃爍噪聲信號(hào)被調(diào)制為低頻，信號(hào)位于X3/X4處。信號(hào)經(jīng)過(guò)放大器放大，至X5/X6處，此時(shí)放大器產(chǎn)生了相應(yīng)的直流失調(diào)和閃爍噪聲信號(hào)。由于放大器為反相放大作用，使X3/X4與X5/X6兩處的信號(hào)相位相反，此時(shí)，放大器產(chǎn)生的直流失調(diào)和閃爍噪聲信號(hào)與開關(guān)電容采樣保持電路產(chǎn)生了的直流失調(diào)和閃爍噪聲信號(hào)部分反相抵消，有效降低了對(duì)電路性能的影響。由于X1/X2處的輸入信號(hào)為低頻，其經(jīng)過(guò)第一對(duì)反饋電容C2后到達(dá)X5/X6處，經(jīng)過(guò)第二斬波電路后被調(diào)制為高頻信號(hào)；X3/X4處的輸入信號(hào)為高頻，其經(jīng)過(guò)第二對(duì)反饋電容C3后到達(dá)X7/X8處，此時(shí)仍為高頻信號(hào)；上述位于X7/X8處的兩個(gè)高頻信號(hào)疊加，此時(shí)，實(shí)現(xiàn)了有用信號(hào)的放大，直流失調(diào)和閃爍噪聲信號(hào)的抵消。有用信號(hào)經(jīng)過(guò)量化器產(chǎn)生數(shù)字輸出信號(hào)，最后經(jīng)過(guò)第三斬波電路產(chǎn)生最終的數(shù)字輸出信號(hào)。因此，本發(fā)明的德爾塔-西格瑪模數(shù)轉(zhuǎn)換器有效的將有用信號(hào)分離出來(lái)，并講電路中的開關(guān)電路與放大器產(chǎn)生的直流失調(diào)和閃爍噪聲相互抵消，提高了德爾塔-西格瑪模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度，有利于在低頻領(lǐng)域廣泛使用。