一種包含自適應(yīng)增量調(diào)制的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及模數(shù)轉(zhuǎn)換器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種成本低、性能好的包含自適應(yīng)增量調(diào)制的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著數(shù)字電子技術(shù)的迅速發(fā)展，各種數(shù)字設(shè)備，特別是各種處理器的應(yīng)用日益廣泛，幾乎滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的所有領(lǐng)域之中。處理器只能夠?qū)?shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，處理的結(jié)果還是數(shù)字量。而自然界中的變量往往是連續(xù)變化的模擬量，例如力，位移，速度等。這些模擬量先要經(jīng)過(guò)傳感器變成電壓或者電流信號(hào)，然后再轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，才能夠送往處理器進(jìn)行處理，這就需要模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，即模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。模數(shù)轉(zhuǎn)換器具有非常重要的地位，幾十年來(lái)對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的改進(jìn)一直是信號(hào)處理領(lǐng)域的重點(diǎn)。
[0003]根據(jù)采樣頻率的不同，模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以分為兩類:奈奎斯特采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器和過(guò)采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器。奈奎斯特采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣頻率等于兩倍信號(hào)帶寬，采樣頻率低，但其精度非常依賴于抗混疊濾波器阻容元件的精度，制造成本高。過(guò)采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣頻率遠(yuǎn)高于信號(hào)帶寬，只需要簡(jiǎn)單的抗混疊濾波器，制造成本低，性能好，被廣泛采用。增量調(diào)制器和sigma delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器是過(guò)采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器的典型代表。
[0004]增量調(diào)制器最早發(fā)明于20世紀(jì)40年代，用于對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，編碼和解碼。后來(lái)受限于二階模擬跟隨環(huán)路的穩(wěn)定性問(wèn)題，后面的發(fā)展主要局限于數(shù)字調(diào)制器領(lǐng)域。1970年Greefkes和Riemens發(fā)明了連續(xù)可變斜率增量調(diào)制CVSD，用于對(duì)數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行調(diào)制壓縮。而在模擬調(diào)制領(lǐng)域，sigma delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器克服了增量調(diào)制器高階不穩(wěn)定的問(wèn)題，成為低成本、高性能ADC的主力。
[0005]然而消費(fèi)電子繼續(xù)推動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器向低成本，低功耗，高性能發(fā)展。sigma delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器主要由模擬積分器構(gòu)成。由于模擬電路相對(duì)于數(shù)字電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功耗高，逐漸限制了 sigma delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用。
[0006]用數(shù)字模塊盡可能的替代模擬模塊，是一個(gè)發(fā)展方向。因此，如何充分發(fā)揮增量調(diào)制器的潛質(zhì)，開(kāi)發(fā)出一種包含增量調(diào)制的模數(shù)轉(zhuǎn)換器成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于充分發(fā)揮增量調(diào)制器的優(yōu)勢(shì)，提供一種成本低廉、性能良好的包含增量調(diào)制的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
[0008]為達(dá)上述目的，本發(fā)明提出一種包含自適應(yīng)增量調(diào)制的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括:
[0009]模擬加法器，用于對(duì)模擬輸入信號(hào)和反饋信號(hào)執(zhí)行減法操作，以得到誤差信號(hào)；
[0010]比較器，將所述誤差信號(hào)與零電平進(jìn)行比較，輸出一比較信號(hào)；當(dāng)所述誤差信號(hào)大于零，則所述比較信號(hào)為高電平；當(dāng)所述誤差信號(hào)小于零，則所述比較信號(hào)為低電平；
[0011]量化器，與所述比較器的輸出端相連，將所述比較信號(hào)轉(zhuǎn)化為量化信號(hào)，所述量化信號(hào)為一位二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)；
[0012]自適應(yīng)增量轉(zhuǎn)換器，與所述量化器的輸出端相連，通過(guò)跟蹤連續(xù)的多個(gè)量化信號(hào)以生成數(shù)字跟蹤信號(hào)，所述被跟蹤的連續(xù)的量化信號(hào)的個(gè)數(shù)大于或等于2，所述數(shù)字跟蹤信號(hào)的位數(shù)大于或等于2;
[0013]數(shù)模轉(zhuǎn)換器，一端與所述自適應(yīng)增量轉(zhuǎn)換器的輸出相連，另一端連接所述模擬加法器，用于將所述數(shù)字跟蹤信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬的反饋信號(hào)后輸送至所述模擬加法器。
[0014]根據(jù)本發(fā)明提出的包含自適應(yīng)增量調(diào)制的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述反饋信號(hào)和所述模擬輸入信號(hào)的相位相反，所述模擬加法器通過(guò)對(duì)所述模擬輸入信號(hào)和所述反饋信號(hào)直接相加以得到減法的效果。
[0015]根據(jù)本發(fā)明提出的包含自適應(yīng)增量調(diào)制的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器為R2R梯形電阻網(wǎng)絡(luò)組成的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其輸出阻抗與所述模擬輸入信號(hào)的輸入阻抗相等。
[0016]根據(jù)本發(fā)明提出的包含自適應(yīng)增量調(diào)制的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器為帶緩沖驅(qū)動(dòng)的電阻串?dāng)?shù)模轉(zhuǎn)換器或者電流數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
[0017]根據(jù)本發(fā)明提出的包含自適應(yīng)增量調(diào)制的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述自適應(yīng)增量轉(zhuǎn)換器包括相同檢測(cè)模塊、增量生成模塊與跟蹤信號(hào)生成模塊；所述相同檢測(cè)模塊用以檢測(cè)多個(gè)連續(xù)的量化信號(hào)是否為相同的信號(hào)，如果相同，輸出為高電平，如果不同則輸出為低電平；所述增量生成模塊與所述相同檢測(cè)模塊的輸出端相連，根據(jù)所述相同檢測(cè)模塊的不同輸出信號(hào)累加不同的增量值；所述跟蹤信號(hào)生成模塊與所述增量生成模塊的輸出端相連，對(duì)所述增量生成模塊的輸出信號(hào)進(jìn)行極性判斷和積分，最終得到所述數(shù)字跟蹤信號(hào)。
[0018]根據(jù)本發(fā)明提出的包含自適應(yīng)增量調(diào)制的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述自適應(yīng)增量轉(zhuǎn)換器包括多個(gè)延時(shí)單元、多個(gè)非門、多個(gè)與門以及一個(gè)或門，所述延時(shí)單元用于實(shí)現(xiàn)量化信號(hào)的延時(shí)以輸出等待信號(hào)；所述非門用于對(duì)量化信號(hào)或等待信號(hào)進(jìn)行取反以輸出量化取反信號(hào)或等待取反信號(hào)；所述與門用以實(shí)現(xiàn)量化信號(hào)和等待信號(hào)之間的與運(yùn)算，或者實(shí)現(xiàn)量化取反信號(hào)與等待取反信號(hào)之間的與運(yùn)算；所述或門用于實(shí)現(xiàn)所述多個(gè)與門的輸出之間的或運(yùn)笪
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[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0020]本發(fā)明所提出的包含自適應(yīng)增量調(diào)制(ADM)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，可以將模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為一位數(shù)字輸出信號(hào)或者多位數(shù)字輸出信號(hào)。該模數(shù)轉(zhuǎn)換器中主要有比較器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器兩個(gè)模擬電路模塊，其他電路功能都由數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)復(fù)雜度低，功耗也比可比擬性能的其他模數(shù)轉(zhuǎn)換器小，在低成本、低功耗、高性能設(shè)計(jì)中有明顯優(yōu)勢(shì)。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為公知的增量調(diào)制器的系統(tǒng)原理圖；
[0022]圖2為現(xiàn)有技術(shù)I中的自適應(yīng)增量調(diào)制器的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0023]圖3為現(xiàn)有技術(shù)2中的增量調(diào)制器的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0024]圖4為本發(fā)明的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0025]圖5為本發(fā)明中數(shù)模轉(zhuǎn)換器和加法器的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0026]圖6為本發(fā)明中自適應(yīng)增量轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有付出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0028]請(qǐng)參閱圖1，為公知的增量調(diào)制器系統(tǒng)原理圖。該系統(tǒng)由模擬加法器102，采樣保持電路103，量化器104及反饋電路105組成。模擬加法器102用于對(duì)模擬輸入信號(hào)101及反饋信號(hào)106執(zhí)行減法操作，以產(chǎn)生誤差信號(hào)107。如果誤差信號(hào)107大于零，即輸入信號(hào)101大于反饋信號(hào)106，則量化器104的輸出109為“ 1”，否則輸出為“O”。反饋電路105的傳輸函數(shù)為H(s)，根據(jù)量化器104的輸出信號(hào)生成模擬的反饋信號(hào)106，跟蹤輸入信號(hào)101的變化。量化器104的輸出信號(hào)就是增量調(diào)制器的數(shù)字輸出信號(hào)，解碼時(shí)該輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)同樣的H (s)變換后就可以得到調(diào)制之前的信號(hào)。
[0029]反饋電路105的一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)是積分器，此時(shí)反饋信號(hào)106有固定的變化量，因此這種調(diào)制器叫線性增量調(diào)制器LDM。線性增量調(diào)制器是增量調(diào)制器的典型代表之一，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是在高速和高幅度信號(hào)轉(zhuǎn)換時(shí)精度不高，使用受限。相比較之下自適應(yīng)增量調(diào)制器則更具優(yōu)勢(shì)。自適應(yīng)增量調(diào)制器根據(jù)最近的一組量化器輸出信號(hào)來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)整數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)，使得反饋信號(hào)即數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出能夠跟隨輸入信號(hào)的變化。自適應(yīng)增量調(diào)制器在輸入信號(hào)變化較小的時(shí)候以很小的步長(zhǎng)變化，在輸入信號(hào)變化較大的時(shí)候以較大的步長(zhǎng)變化，既保證了小信號(hào)時(shí)的高精度又不影響大信號(hào)時(shí)的精度。
[0030]圖2為現(xiàn)有技術(shù)I (美國(guó)專利US6，452，522)中的自適應(yīng)增量調(diào)制器的電路結(jié)構(gòu)圖。如圖2所示，該自適應(yīng)增量調(diào)制器包含模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器2，電平控制電路4和漂移補(bǔ)償邏輯電路6。模擬輸入信號(hào)8與反饋信號(hào)即電容26上的電壓加到比較器28上進(jìn)行比較，產(chǎn)生量化信號(hào)18。電平控制電路4對(duì)量化信號(hào)18進(jìn)行邏輯操作，產(chǎn)生控制信號(hào)10，控制信號(hào)10包含一個(gè)標(biāo)記位和一個(gè)控制字段(包括C個(gè)控制位)組成，控制電流源陣列22和電流漏陣列24對(duì)電容26進(jìn)行充放電，將數(shù)字輸出信號(hào)18轉(zhuǎn)變?yōu)槟M反饋信號(hào)。在電平控制電路4中，通過(guò)比較最近的兩個(gè)輸出來(lái)調(diào)整步長(zhǎng)；若兩個(gè)輸出一致，則變化的步長(zhǎng)增大，否則步長(zhǎng)減小。這就是自適應(yīng)增量調(diào)制ADM。
[0031]然而，現(xiàn)有技術(shù)I中的電流源和電流漏對(duì)電路匹配要求較高，還需要漂移補(bǔ)償邏輯等，導(dǎo)致系統(tǒng)中模擬模塊多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。這與目前用數(shù)字模塊盡可能的替代模擬模塊的增量調(diào)制器以保證高性能的發(fā)展方向不符。
[0032]圖3為現(xiàn)有技術(shù)2 (美國(guó)專利US2011/0006937)中的增量調(diào)制器的電路結(jié)構(gòu)圖。如圖3所示，該增量調(diào)制器由比較器228、D觸發(fā)器230、量化器234、數(shù)字處理邏輯236、數(shù)模轉(zhuǎn)換器252及低通濾波器260組成。該增量調(diào)制器包含了一個(gè)反饋回路，該回路保證Sigmadelta數(shù)模轉(zhuǎn)換器252的輸出信號(hào)208跟蹤輸入信號(hào)204的變化。比較器228對(duì)輸入信號(hào)和反饋信號(hào)進(jìn)行比較，經(jīng)過(guò)D觸發(fā)器230，量化器234，對(duì)比較結(jié)果進(jìn)行量化輸出。若輸入信號(hào)大于反饋信號(hào)，則量化器的輸出232為D，否則輸出為-D。數(shù)字處理邏輯236以量化器的輸出作為輸入，在環(huán)路中添加極點(diǎn)和零點(diǎn)，保證環(huán)路的穩(wěn)定性，它的輸出直接給到數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
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