專利名稱：用于多比特∑－△調(diào)制器的具有高頻脈動(dòng)和多閾值產(chǎn)生的多級(jí)量化器的低電容、低回掃 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及∑-Δ(SD)調(diào)制器，尤其涉及使用于多比特SD調(diào)制器中的N級(jí)量化器。
背景技術(shù)：
使用于模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)以及其它應(yīng)用中的SD調(diào)制器在本領(lǐng)域中是熟知的。例如，可以參考S.R.Norsworthy等人的″Delta-Sigma Data Converters(Delta-Sigma數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器)″(IEEE出版社，紐約，1997)以及參考J.G.Proakis等人的″Digital Signal Processing(數(shù)字信號(hào)處理)″(第三版，Prentice Hall，1996)。SD調(diào)制器的一個(gè)典型實(shí)施例包括一個(gè)環(huán)路濾波器、接著是量化器、以及反饋路徑中的一個(gè)數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)。
在輸出多個(gè)比特(多比特)的SD調(diào)制器中，用一個(gè)多比特量化器來量化環(huán)路濾波器的輸出信號(hào)。例如，在四比特SD調(diào)制器中，環(huán)路濾波器的輸出被量化為16級(jí)?？墒牵炕蔀镹級(jí)(例如，16)需要有N-1個(gè)或者說15個(gè)比較器?？梢岳斫?，使用這么多比較器可能會(huì)引起許多問題。例如，比較器的切換操作和/或定時(shí)的或動(dòng)態(tài)的輸出閂鎖操作會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生回掃噪聲，從而減少精確度而且還會(huì)干擾其它電路比如，其它比較器以及產(chǎn)生使用于多比特量化器中的多個(gè)閾值電壓的電路。而且，比較器的輸入電容把最后一個(gè)放大器的輸出載入環(huán)路濾波器中，因此增加了它的電流消耗。注意相對(duì)大型的輸入晶體管通常使用于多級(jí)量化器中以便獲得一個(gè)低偏移，這與使用于單比特∑-Δ調(diào)制器中的相對(duì)簡單的比較器成對(duì)比。此外，比較器本身可能會(huì)消耗相當(dāng)數(shù)量的電流以及集成電路區(qū)域。還要注意在多比特量化器中，一個(gè)連續(xù)時(shí)間前置放大器常常被使用來獲得一個(gè)低偏移值，這與動(dòng)態(tài)閂鎖通常會(huì)在單比特量化器中得到的一個(gè)簡單的低耗用電流成對(duì)比。
因此需要提供一個(gè)改良的多比特∑-Δ調(diào)制器，比如開關(guān)電容器(SC)多比特SD調(diào)制器以及一個(gè)連續(xù)時(shí)間多比特SD調(diào)制器，其具有一個(gè)改良的量化器，這個(gè)改良的量化器表現(xiàn)出減少產(chǎn)生回掃噪聲、輸入電容以及功耗。

發(fā)明內(nèi)容
前述的以及其它的問題被按照這些教義的實(shí)施例的方法和設(shè)備所克服。
這些教義提供使用在n階∑-Δ調(diào)制器(SDM)中的N級(jí)量化器的實(shí)施例，其中到其它電路中的回掃噪聲的耦合與輸入電容兩者都被減少。通過減少干擾和量化誤差，則回掃噪聲中的減少具有增強(qiáng)SDM的動(dòng)態(tài)范圍的有益效果。量化器減少的輸入電容減少了功耗，因?yàn)榄h(huán)路濾波器的最后一個(gè)放大器的負(fù)載減少，并且因此，放大器可以被設(shè)計(jì)來以減少了的偏置電流進(jìn)行操作。這些教義的另一個(gè)益處是在產(chǎn)生使用于多級(jí)量化中所需的多個(gè)比較器閾值電壓或電流的電路中回掃噪聲也被減少，從而與對(duì)閾值取樣的諸如開關(guān)電容器電路這類的傳統(tǒng)方法相比，允許使用更簡單且更低功率的電路。另外，所公開的電路允許以一種簡單的方式附加高頻脈動(dòng)信號(hào)，從而為低輸入信號(hào)電平減少不必要音調(diào)的產(chǎn)生并且改善了SDM的動(dòng)態(tài)范圍。
按照這些教義來提供的N級(jí)量化器具有一個(gè)模擬輸入端子和N-1個(gè)數(shù)字輸出端子，并且包括耦合到輸入端子的一個(gè)抽樣電路，用于提供一個(gè)已抽樣輸入信號(hào)；至少一個(gè)前置放大級(jí)，用于把已抽樣電壓輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為一個(gè)電流信號(hào)并提供一個(gè)已放大已抽樣輸入信號(hào)；和N-1個(gè)比較器級(jí)，其每一個(gè)都具有一個(gè)輸入，耦合到公共前置放大級(jí)的輸出。N-1個(gè)比較器級(jí)的各比較器級(jí)操作來把放大的抽樣輸入信號(hào)與N-1個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)中相關(guān)的一個(gè)信號(hào)進(jìn)行比較。量化器還包括N-1個(gè)閂鎖，其各閂鎖鎖住N-1個(gè)比較器之一的輸出狀態(tài)并且使一個(gè)輸出耦合到量化器電路的N-1個(gè)數(shù)字輸出端子之一。使用多個(gè)共柵極配置的晶體管來構(gòu)成N-1個(gè)比較器中的各比較器，用于抑制從N-1個(gè)閂鎖到所述比較器中的其它比較器以及到量化器電路輸入端子的噪聲反饋。公共前置放大級(jí)的使用也用來減少量化器的輸入電容，從而減少環(huán)路濾波器的輸出放大器看到的電容負(fù)載，輸出放大器可以是一個(gè)積分器。
作為這些教義的目的，因?yàn)殚V鎖在正反饋的幫助下執(zhí)行從模擬信號(hào)表示到數(shù)字信號(hào)表示的實(shí)際轉(zhuǎn)換，所以輸出閂鎖可以被認(rèn)為是比較器的積分部分。如此，可以認(rèn)為在上下文中的比較器由兩個(gè)公共柵流緩存器和輸出中的閂鎖形成，其中兩個(gè)緩存器一個(gè)用于輸入信號(hào)而另外一個(gè)用于基準(zhǔn)信號(hào)。
量化器還包括一個(gè)高頻脈動(dòng)信號(hào)發(fā)生器，它的一個(gè)輸出耦合到公共前置放大級(jí)的輸出；和一個(gè)輸出N-1個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)的閾值信號(hào)發(fā)生器?？梢允褂眠B接在正負(fù)基準(zhǔn)電壓之間的一串串聯(lián)耦合的電阻來簡單地構(gòu)成閾值信號(hào)發(fā)生器。
所公開的量化器電路可以被擴(kuò)展來支持一個(gè)具有一連串積分器的∑-Δ調(diào)制器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這一連串的積分器具有加權(quán)前向求和。在此結(jié)構(gòu)中，所有積分器的輸出首先在加法器中被求和，其輸出然后被饋送給量化器。在所公開的量化器結(jié)構(gòu)中，通過給每一積分器提供一個(gè)線性化前置放大器以及通過把這些前置放大器的輸出接線到一起則可以容易地以電流模式實(shí)現(xiàn)求和。電流模式高頻脈動(dòng)信號(hào)可以被連接到同樣的這個(gè)求和節(jié)點(diǎn)。求和的電流然后被饋送給N-1個(gè)比較器級(jí)。
前置放大級(jí)(組)包括第一差動(dòng)晶體管對(duì)，它把已抽樣輸入電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為第一電流信號(hào)。N-1個(gè)比較器的各比較器包括一個(gè)輸入級(jí)，該輸入級(jí)被構(gòu)造來包括第一共柵極配置的晶體管，這些晶體管操作來抑制從N-1個(gè)閂鎖到量化器電路的輸入端子的噪聲反饋。因?yàn)樗泄矕艠O晶體管可以具有完全相同的尺度并且因?yàn)樗鼈內(nèi)慷季哂型辉礃O與柵極電壓，因此通過這些晶體管的電流相等。因此電流在N-1個(gè)比較器級(jí)之間被等劃分。各比較器還包括一個(gè)閾值輸入級(jí)，使用第二差動(dòng)輸入晶體管對(duì)來構(gòu)成該輸入級(jí)，用于把一個(gè)相關(guān)的基準(zhǔn)信號(hào)電壓轉(zhuǎn)換為第二電流；并且還包括第二共柵極配置的晶體管，它操作來抑制從N-1個(gè)閂鎖到基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器的噪聲反饋。第二電流被耦合通過第二共柵極配置的晶體管并且在比較器的一個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)處與第一電流信號(hào)進(jìn)行求和。
N級(jí)量化器可以形成一個(gè)多比特、第n階∑-Δ調(diào)制器的一部分。
一種按照這些教義用于操作N級(jí)量化器的方法包括如下步驟(a)對(duì)一個(gè)輸入信號(hào)進(jìn)行抽樣以便提供一個(gè)已抽樣輸入電壓信號(hào)；(b)把已抽樣輸入電壓信號(hào)前置放大并且輸出表示前置放大已抽樣輸入信號(hào)的第一電流信號(hào)；(c)把一個(gè)高頻脈動(dòng)電流信號(hào)加到第一電流信號(hào)上以便產(chǎn)生一個(gè)高頻脈動(dòng)的第一電流信號(hào)；(d)把高頻脈動(dòng)的第一電流信號(hào)耦合到N-1個(gè)比較器級(jí)的各比較器級(jí)的輸入端子，其中電流在N-1個(gè)比較器級(jí)之間被等劃分；(e)操作N-1個(gè)比較器級(jí)的各比較器級(jí)來把高頻脈動(dòng)的第一電流信號(hào)與N-1個(gè)基準(zhǔn)電流信號(hào)中相關(guān)的一個(gè)信號(hào)進(jìn)行比較；和(f)用一個(gè)動(dòng)態(tài)閂鎖鎖住N-1個(gè)比較器級(jí)的每一個(gè)的輸出；其中使用多個(gè)共柵極配置的晶體管來構(gòu)造N-1個(gè)比較器的各比較器，所述晶體管用于抑制由閂鎖步驟向所述比較器中的其它比較器以及向N級(jí)量化器的輸入端子所產(chǎn)生的噪聲反饋。
當(dāng)這些教義被擴(kuò)展為具有一連串積分器的∑-Δ調(diào)制器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的情況時(shí)(其中一連串的積分器具有加權(quán)前向求和)，該方法通過如下步驟來操作一個(gè)合并的加法器/N級(jí)量化器(a)對(duì)多個(gè)輸入信號(hào)抽樣以便提供已抽樣輸入信號(hào)；(b)操作多個(gè)前置放大器用于前置放大已抽樣輸入電壓信號(hào)并輸出表示前置放大已抽樣輸入信號(hào)的第一電流信號(hào)；(c)通過把前置放大器的輸出連接到一起來對(duì)第一電流信號(hào)求和；(d)把一個(gè)高頻脈動(dòng)電流信號(hào)加到第一電流信號(hào)之和上以便產(chǎn)生第一電流信號(hào)一個(gè)高頻脈動(dòng)的和；(e)把第一電流信號(hào)高頻脈動(dòng)的和耦合到N-1個(gè)比較器級(jí)的各比較器級(jí)的輸入端子，在此，電流在N-1個(gè)比較器級(jí)之間被等劃分；(f)操作N-1個(gè)比較器級(jí)的各比較器級(jí)來把高頻脈動(dòng)的第一電流信號(hào)之和與N-1個(gè)基準(zhǔn)電流信號(hào)中相關(guān)的一個(gè)信號(hào)進(jìn)行比較；和(g)用一個(gè)動(dòng)態(tài)閂鎖鎖住N-1個(gè)比較器級(jí)的每一個(gè)的輸出。在優(yōu)選實(shí)施例中，N-1個(gè)比較器的各比較器是使用多個(gè)共柵極配置的晶體管來構(gòu)造的，所述晶體管用于抑制由閂鎖步驟向所述比較器中的其它比較器以及向N級(jí)量化器輸入端子所產(chǎn)生的噪聲反饋。
把高頻脈動(dòng)電流信號(hào)加到第一電流信號(hào)的步驟包括產(chǎn)生具有偽隨機(jī)幅度波動(dòng)的高頻脈動(dòng)信號(hào)的步驟，并且幅度與輸入信號(hào)的幅度相反地變化。


在結(jié)合附圖閱讀的優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述中，上面闡明的以及其他關(guān)于這些教義的特征將變得更明顯，附圖中圖1A是傳統(tǒng)多比特SDM的簡化框圖，其具有環(huán)路濾波器、N級(jí)量化器、DAC和高頻脈動(dòng)信號(hào)發(fā)生器；圖1B說明了一個(gè)第n階SD調(diào)制器的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在此，環(huán)路濾波器包含一連串具有分布反饋(系數(shù)為b1到bn)的n個(gè)積分器；圖1C示出了一個(gè)第n階SD調(diào)制器，其中，環(huán)路濾波器包含一連串具有加權(quán)前向求和(系數(shù)為b1到bn)的N個(gè)積分器；圖2的簡化概念上的電路圖示出了圖1A的N級(jí)量化器；圖3的簡化概念上的電路圖示出了圖2的N級(jí)量化器，增加了輸入信號(hào)抽樣以及(可選擇的)分布反饋；圖4的簡化電路圖示出了圖2的N級(jí)量化器，增加了和圖3中的輸入信號(hào)抽樣，以及一個(gè)前置放大器，其對(duì)于每個(gè)比較器都具有串聯(lián)晶體管；圖5的簡化電路圖示出了圖2的N級(jí)量化器，增加了和圖3中一樣的輸入信號(hào)抽樣，以及用于多個(gè)電流輸入比較器的一個(gè)公共前置放大器；圖6的局部電路圖示出了圖2的N級(jí)量化器，具有和圖3中一樣的輸入信號(hào)抽樣、用于多個(gè)電流輸入比較器的公共前置放大器、高頻脈動(dòng)以及產(chǎn)生比較器閾值的一個(gè)電阻串；圖7A的完整電路圖是根據(jù)圖6實(shí)施例的N級(jí)量化器，示出了一個(gè)比較器結(jié)構(gòu)、公共電路塊以及動(dòng)態(tài)閂鎖、輸出閂鎖和輸出緩沖器的結(jié)構(gòu)；圖7B示出為圖7B-1、7B-2和7B-3，說明如圖1C所示的SDM電路結(jié)構(gòu)合并的求和與量化的改進(jìn)。
圖7C示出了圖1C的多比特量化器在設(shè)備級(jí)的一個(gè)實(shí)現(xiàn)；圖7D示出了基準(zhǔn)電流發(fā)生器的替換實(shí)施例，在此，使用單個(gè)線性化互導(dǎo)體和多個(gè)(例如六個(gè))定標(biāo)(scaled)的電流反射鏡來構(gòu)造基準(zhǔn)電流發(fā)生器；和圖8和9分別描述了一個(gè)可仿效的偽隨機(jī)高頻脈動(dòng)信號(hào)和用于產(chǎn)生偽隨機(jī)高頻脈動(dòng)信號(hào)的電路。
具體實(shí)施例方式
參見圖1A，示出了按照這些教義操作的一種多比特∑-Δ調(diào)制器(SDM)10的簡化電路框圖。SDM 10包括用于接收模擬輸入信號(hào)的一個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)和用于輸出多比特(k比特)數(shù)字輸出信號(hào)的一個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)。輸入信號(hào)被應(yīng)用到環(huán)路濾波器12，并且從環(huán)路濾波器12的輸出到量化器14。輸入信號(hào)還被應(yīng)用到高頻脈動(dòng)信號(hào)發(fā)生器塊15，高頻脈動(dòng)信號(hào)發(fā)生器塊15包括一個(gè)幅度測(cè)量塊，幅度測(cè)量塊輸出一個(gè)幅度控制信號(hào)給偽隨機(jī)高頻脈動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生塊(未示出)。偽隨機(jī)高頻脈動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生塊的輸出是一個(gè)高頻脈動(dòng)信號(hào)，比如一個(gè)高頻脈動(dòng)電流(Idither)，該高頻脈動(dòng)信號(hào)作為第二輸入被應(yīng)用到量化器14。該結(jié)果在量化器14的輸入處加上偽隨機(jī)噪聲，即一個(gè)高頻脈動(dòng)信號(hào)。以這樣一種方式控制偽隨機(jī)噪聲的幅度(Idither)以便與輸入信號(hào)的幅度成反比。也就是說，當(dāng)輸入信號(hào)的幅度最大時(shí)，高頻脈動(dòng)信號(hào)的幅度最小，反之亦然。高頻脈動(dòng)信號(hào)的使用是首選的，因?yàn)樗谳斎胄盘?hào)幅度小的時(shí)候減少了SDM 10的輸出信號(hào)中音調(diào)的產(chǎn)生，并從而還增加了SDM 10的動(dòng)態(tài)范圍。作為一個(gè)非限制示例，偽隨機(jī)高頻脈動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生塊可以包含按照幅度測(cè)量塊的輸出來操作的至少一個(gè)線性反饋移位寄存器(LFSR)，用于控制形成電流導(dǎo)引DAC的多個(gè)晶體管的開關(guān)狀態(tài)以及因此的高頻脈動(dòng)電流信號(hào)的幅度(和極性)?？梢詫?duì)下面將進(jìn)一步詳細(xì)描述的圖8和9進(jìn)行參考，圖8和9分別用于描述一個(gè)可仿效的偽隨機(jī)高頻脈動(dòng)信號(hào)和用于產(chǎn)生偽隨機(jī)高頻脈動(dòng)信號(hào)的電路。
量化器14的輸出被應(yīng)用到適當(dāng)?shù)木幋a器16并且還被應(yīng)用到DAC 18，其中編碼器16輸出多比特?cái)?shù)字信號(hào)，DAC 18形成一個(gè)反饋路徑回到環(huán)路濾波器12的第二輸入。
圖2示出了圖1A的N級(jí)量化器14的實(shí)施例的簡化概念上的電路圖。量化器14接收環(huán)路濾波器12的最后一個(gè)放大器(通常是n個(gè)積分器的最后一個(gè)積分器12A)的輸出。量化器14包含并聯(lián)連接的N-1個(gè)比較器(comp1到compN-1)，用于接收最后一個(gè)積分器12A的輸出。每個(gè)比較器1到N-1利用不同的閾值電壓來操作，并且當(dāng)來自放大器12A的輸入信號(hào)的幅度變化時(shí)，改變它的輸出狀態(tài)。
圖2的實(shí)施例存在許多問題，這些教義一個(gè)目的是要克服這些問題。首先，比較器1一直到N-1向放大器12A的輸出呈現(xiàn)出一個(gè)大電容負(fù)載，即該電容負(fù)載等于(N-1)倍的每個(gè)比較器的Cin。其次，由于比較器1到N-1每一個(gè)的狀態(tài)改變所導(dǎo)致的回掃噪聲干擾了其它比較器的操作，并且還直接反饋到放大器12A的輸出級(jí)。
圖3是圖2的N級(jí)量化器的簡化概念上的電路圖，但增加了輸入信號(hào)抽樣以及(任選的)使用多個(gè)DAC 12B的分布反饋，其中輸入信號(hào)抽樣被具體化為抽樣開關(guān)SWsamp和抽樣電容Cs。在這個(gè)實(shí)施例中，抽樣開關(guān)SWsamp定期閉合以便把在最后一個(gè)積分器12A的輸出處出現(xiàn)的信號(hào)存儲(chǔ)在抽樣電容Cs之上，并因此用來減少對(duì)環(huán)路濾波器12的最后一個(gè)積分器12A的回掃噪聲?？墒?，對(duì)于Cs，需要相對(duì)大的電容值來抑制回掃噪聲，并且此外積分器12A的輸出看到的總電容目前在關(guān)閉抽樣開關(guān)的時(shí)間期間變成等于(N-1)倍的比較器的Cin，加上Cs。
正如可以理解的那樣，圖2或3中沒有一個(gè)實(shí)施例目前對(duì)于使用在多級(jí)SDM量化器14中是優(yōu)選的。
圖4示出了圖2的N級(jí)量化器的電路圖，增加了由抽樣開關(guān)SWsamp和抽樣電容C提供的輸入信號(hào)抽樣，就像圖3中的那樣，并且對(duì)于每個(gè)比較器14B還增加了一個(gè)前置放大器14A。用差分對(duì)晶體管M1和M2、串聯(lián)晶體管M3和M4以及電流源CS1一直到CSN-1來構(gòu)造前置放大器/比較器。量化器14還包括由閂鎖信號(hào)控制的動(dòng)態(tài)閂鎖14C。動(dòng)態(tài)閂鎖14C的實(shí)施例如圖7C所示。
這個(gè)實(shí)施例對(duì)圖2和3的實(shí)施例加以改良，因?yàn)樗鼘?duì)積分器12A引入較少的回掃噪聲，并且從一個(gè)比較器到另一比較器也引入較少的回掃噪聲。此外，前置放大器14A的使用允許對(duì)于抽樣電容Cs使用一個(gè)較小值的電容，從而減少從最后一個(gè)環(huán)路濾波器積分器放大器12A的輸出所看到的總電容負(fù)載。
圖5示出了圖2的N級(jí)量化器的電路圖，增加了由抽樣開關(guān)SWsamp和抽樣電容Cs提供的輸入信號(hào)抽樣，就像圖3中的那樣，并且圖5是圖4實(shí)施例的一個(gè)變體。也就是說，對(duì)于每個(gè)電流輸入比較器14B只提供有一個(gè)公共前置放大器14A。
正如圖4的實(shí)施例，這個(gè)實(shí)施例也對(duì)放大器12A引入較少的回掃噪聲，并且從一個(gè)比較器到另一比較器也引入較少的回掃噪聲。另外，單個(gè)公共的前置放大器14A比N-1個(gè)分開的前置放大器提供更小的電容負(fù)載給濾波器積分器放大器12A。
圖6示出了圖1A的N級(jí)量化器的電路圖，具有如圖3中的輸入信號(hào)抽樣、如圖5中的用于多個(gè)電流輸入比較器14B的公共前置放大器14A，增加了來自高頻脈動(dòng)發(fā)生器15中的高頻脈動(dòng)信號(hào)以及一個(gè)基準(zhǔn)電流發(fā)生器14D，基準(zhǔn)電流發(fā)生器14D包含連接在電位Vref+和Vref-之間的一個(gè)電阻串14D′，用于產(chǎn)生雙極比較器閾值基準(zhǔn)電壓thresh1、thresh2，...，threshN-1。圖6還示出一個(gè)閾值輸入(TI)級(jí)14E(每個(gè)比較器一個(gè))，它把電阻串14D′產(chǎn)生的應(yīng)用的雙極閾值電壓轉(zhuǎn)換為一個(gè)電流，該電流與從信號(hào)輸入塊14B′輸出的電流進(jìn)行求和。
圖7D示出了產(chǎn)生N-1個(gè)基準(zhǔn)電流的基準(zhǔn)電流發(fā)生器14D的一個(gè)替換實(shí)施例，其中單個(gè)線性化互導(dǎo)體25被用來創(chuàng)建單個(gè)基準(zhǔn)電流，基準(zhǔn)電流被應(yīng)用到刻度電流反射鏡26并因此以不同的定標(biāo)因子(例如X1、X3、X5)被鏡像到N-1個(gè)比較器14B。在這個(gè)實(shí)施例中，不需要電阻14D′。
應(yīng)該注意在N-1個(gè)比較器14B的輸入處的所有共柵極晶體管最好具有完全相同的尺度，并且因?yàn)樗鼈內(nèi)慷季哂邢嗤脑措妷号c柵電壓，所以共柵極配置的晶體管的電流也同樣相等。因此，高頻脈動(dòng)輸入電流在N-1個(gè)比較器級(jí)之間被等劃分。
還應(yīng)該注意，TI級(jí)14E的電流源CS’具有Ib/(N-1)的幅度，在此，Ib是來源于前置放大器14A電流源CS的電流的幅度。還要注意，一個(gè)比較器14B實(shí)際上是從共柵極配置的信號(hào)輸入級(jí)14B′和相關(guān)的共柵極配置的TI級(jí)14E中構(gòu)成的。
這個(gè)實(shí)施例在信號(hào)輸入級(jí)14B′和閾值輸入級(jí)14E中使用共柵極晶體管，類似地抑制對(duì)放大器12A的回掃噪聲引入并且也抑制了回掃噪聲從一個(gè)比較器14B耦合到另一比較器，因?yàn)樗种茖?duì)公共閾值發(fā)生器電路14D的回掃噪聲引入。而且，前置放大器14A的使用允許對(duì)于抽樣電容Cs使用一個(gè)較小值，從而減少從最后一個(gè)環(huán)路濾波器放大器12A的輸出看到的總電容負(fù)載。并且，高頻脈動(dòng)信號(hào)只不過是被共同地直接加到所有比較器14B的輸入上。由于串聯(lián)晶體管結(jié)構(gòu)的使用，很少有回掃噪聲被引入到使用來產(chǎn)生閾值電壓的電阻串中，使得電阻串14D′的電阻更大，從而減低功耗。
高頻脈動(dòng)信號(hào)的幅度最好與電流源CS的Ib幅度成比例，而與量化級(jí)別數(shù)以及輸入信號(hào)幅度的平方成反比。以這種方式來抑制不希望的音調(diào)產(chǎn)生。
圖8是可仿效的偽隨機(jī)高頻脈動(dòng)信號(hào)以及它的幅度與例如正弦波輸入信號(hào)幅度的關(guān)系。
圖9是高頻脈動(dòng)發(fā)生器15的一個(gè)適當(dāng)實(shí)施例的電路圖，正如在此專利申請(qǐng)主題的發(fā)明者于_提交的標(biāo)題為″Method and Apparatus for ProvidingSignal Dependent Dither Generator for ∑-Δ Modulator(用于為∑-Δ調(diào)制器提供信號(hào)相關(guān)的高頻脈動(dòng)發(fā)生器的方法和設(shè)備)″的共同未決的美國專利申請(qǐng)SN.09/_中所公開的一樣。
如圖9所示的高頻脈動(dòng)發(fā)生器15實(shí)施例使用一個(gè)輸入信號(hào)平方和差分電路30，以及一連串的電流反射鏡(CM)32，在電流導(dǎo)引DAC 24上提供電流控制從而調(diào)制高頻脈動(dòng)電流的幅度。高頻脈動(dòng)電路15的輸入信號(hào)在Csmp上被抽樣。為了避免回掃噪聲，當(dāng)SDM 10未抽樣輸入信號(hào)的時(shí)刻出現(xiàn)由開關(guān)S1控制的輸入信號(hào)抽樣，也就是，高頻脈動(dòng)電路的輸入信號(hào)的抽樣與SDM抽樣異相。高頻脈動(dòng)電路的抽樣不需要很精確，因此Csmp的值可以很小。用矩形脈沖產(chǎn)生電路30來產(chǎn)生輸入信號(hào)的抽樣幅度的平方。平方功能不需要很精確，因此可以使用由小設(shè)備組成的一個(gè)簡單結(jié)構(gòu)。矩形脈沖電路的輸出是與輸入信號(hào)抽樣幅度的平方成正比的一個(gè)電流，加上某個(gè)偏移。偏移量不是關(guān)鍵的，并且如果期望的話，則可以使用熟知的技術(shù)將其最小化。從恒定的預(yù)確定電流(IditherMAX)中被Q1減去表示輸入幅度平方的此電流，這樣得到的差動(dòng)電流被饋送給電流反射鏡32的鏈。電流反射鏡32經(jīng)由信號(hào)Vgs(PMOS)和Vgs(NMOS)被用來控制電流導(dǎo)引DACs 24的電流源電流。如此，電流反射鏡32的一個(gè)輸出是電流導(dǎo)向DACs 24的PMOS電流源的信號(hào)Vgs(柵源電壓)，而電流反射鏡32的第二輸出是電流導(dǎo)引DACs 24的NMOS電流源的信號(hào)Vgs。PMOS和 NMOS FET的柵源電壓形成電流導(dǎo)向DACs 24的電流源，控制該柵源電壓用來控制流過這些FET的電流量，并且使Vgs成為輸入信號(hào)幅度的一個(gè)函數(shù)會(huì)控制所得到的高頻脈動(dòng)電流信號(hào)的幅度以便成為輸入信號(hào)幅度的一個(gè)函數(shù)，這是一個(gè)期望的結(jié)果。
在此實(shí)施例中，高頻脈動(dòng)電流信號(hào)的值是偽隨機(jī)的，因?yàn)樗啥鄠€(gè)LFSR22A、22B、22C和相關(guān)的反饋邏輯23A、23B、23C來控制。高頻脈動(dòng)電流信號(hào)的最大幅度可以假定預(yù)確定連續(xù)范圍值內(nèi)的任意值，因?yàn)橛善椒揭粶p法電路來控制。
LFSR 22A、22B、22C產(chǎn)生一個(gè)偽隨機(jī)碼。最長的LFSR 20A提供一個(gè)輸出，該輸出(偽隨機(jī)地)通過直接或是通過反相器驅(qū)動(dòng)器27控制開關(guān)S3、S4、S5、S6的狀態(tài)來控制高頻脈動(dòng)電流的符號(hào)(正或負(fù))。第二長的LFSR 22B被分配加權(quán)＝2，并且控制兩個(gè)PMOS電流源和兩個(gè)NMOS電流源的狀態(tài)(開或關(guān))。第三長的LFSR 22B被分配加權(quán)＝1，并且控制每一PMOS和NMOS電流源的狀態(tài)。
按照這種方式，在電流導(dǎo)引DAC 24正在被偽隨機(jī)地切換入和出以及所得到的高頻脈動(dòng)電流的符號(hào)也正被偽隨機(jī)地選擇時(shí)，矩形脈沖發(fā)生器和差分邏輯30以及電流反射鏡32操作來以這樣一種方式控制流過電流導(dǎo)引DAC的電流幅度以便在輸入信號(hào)的幅度減少時(shí)增加電流流量，并且在輸入信號(hào)的幅度增加時(shí)減少電流流量。結(jié)果是產(chǎn)生一個(gè)幅度調(diào)制的高頻脈動(dòng)電流信號(hào)，它類似白噪聲(參見圖8)，即，理想上是與SDM 10的輸入信號(hào)高度不相關(guān)的一個(gè)高頻脈動(dòng)信號(hào)。
應(yīng)當(dāng)指出，圖9中描述的高頻脈動(dòng)信號(hào)發(fā)生器15的特定實(shí)施例不被解釋為限制本發(fā)明的實(shí)踐，其它實(shí)施例也同樣可以被使用。此外，在某些應(yīng)用中，高頻脈動(dòng)信號(hào)實(shí)際上不需要是偽隨機(jī)的，并且在某些應(yīng)用中可能根本不需要使用高頻脈動(dòng)信號(hào)。
現(xiàn)在返回圖6中描述的實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)指出晶體管溝道寬度/長度比(被表示為圖6中的寬高比S1和S2)最好足夠小以便在整個(gè)量化范圍上提供線性運(yùn)算。然而，不需要精確的線性，因?yàn)閬碜詢蓚€(gè)類似的差動(dòng)對(duì)中的電流被比較，只有寬高比的匹配很重要。注意前置放大器14A差動(dòng)晶體管對(duì)的寬高比被表示為S1，TI 14E差動(dòng)晶體管對(duì)的寬高比被表示為S2，并且對(duì)于每個(gè)比較器，接收閾值電壓的差動(dòng)晶體管對(duì)的寬高比具有表示為S1/(N-1)的一個(gè)寬高比，即，此寬高比，并且由電流源CS′輸出的電流幅度與量化級(jí)的數(shù)量(即，與比較器級(jí)的數(shù)量)成比例。
圖7A是根據(jù)圖6實(shí)施例的N級(jí)量化器14的完整電路圖，它描述了一個(gè)比較器14B的結(jié)構(gòu)，以及公共電路塊以及動(dòng)態(tài)閂鎖14C、輸出(靜態(tài))閂鎖14F和輸出緩沖器14G的結(jié)構(gòu)。
如圖7A所示的電路操作如下。量化器14的輸入信號(hào)(環(huán)路濾波器12的最后一個(gè)積分器放大器12A的輸出信號(hào))被抽樣開關(guān)SWsamp在抽樣電容Cs上抽樣。差動(dòng)對(duì)前置放大器14A把輸入電壓轉(zhuǎn)換為電流。來自高頻脈動(dòng)發(fā)生器15中的輸出電流被加到前置放大器14A產(chǎn)生的電流上。所得到的求和電流被饋送給電流緩沖級(jí)14B′的N-1個(gè)(N級(jí)量化)共柵極輸入晶體管的源極端子。這些共柵極晶體管把量化器14的輸入級(jí)從第二級(jí)的動(dòng)態(tài)閂鎖14C中隔離開來，從而減少對(duì)環(huán)路濾波器12的回掃噪聲。閾值發(fā)生器14D的電阻串14D’(或者圖7D實(shí)施例的互導(dǎo)體25和電流反射鏡26)操作以便在正負(fù)基準(zhǔn)電壓之間產(chǎn)生(N-1)/2等分配的電壓。閾值輸入塊14E的差動(dòng)晶體管對(duì)抽出適當(dāng)?shù)拈撝惦妷簩?duì)并把這些電壓轉(zhuǎn)換為電流。這些電流被饋送給閾值輸入塊14E的共柵極輸入晶體管的源極端子。這些共柵極晶體管(寬高比S2)用來把基準(zhǔn)電流閾值發(fā)生器14D從動(dòng)態(tài)閂鎖14C中隔離開來，并且因此操作來減少耦合到基準(zhǔn)電流閾值發(fā)生器14D中的回掃噪聲。在信號(hào)輸入塊14B′的共柵極晶體管漏極端子處出現(xiàn)的電流和在閾值輸入塊14E的共柵極晶體管的漏極端子處出現(xiàn)的電流被求和并且被饋送給動(dòng)態(tài)閂鎖14C的輸入，它操作來把輸入狀態(tài)鎖住在閂鎖信號(hào)的上升沿上。取決于來自環(huán)路濾波器12中的輸入信號(hào)的幅度以及高頻脈動(dòng)電流信號(hào)的瞬時(shí)幅度，則在信號(hào)輸入塊14B′的共柵極晶體管的漏極端子處出現(xiàn)的電流將小于或大于在閾值輸入塊14E的共柵極晶體管的漏極端子處出現(xiàn)的電流，它由閾值發(fā)生器14D產(chǎn)生的閾值電壓的幅度來設(shè)置，從而提供比較器功能。閂鎖14F的″與非″門和輸出緩沖器14G的倒相器放大動(dòng)態(tài)閂鎖14C的輸出。如果期望的話，增加的與非電路可用來提供一個(gè)門控功能。
所公開的量化器可以被擴(kuò)展來支持一個(gè)具有一連串積分器12A的∑-Δ調(diào)制器結(jié)構(gòu)，該積分器12A具有加權(quán)前向求和，如圖1C所示。在此結(jié)構(gòu)中，所有積分器的輸出首先在求和塊13中被求和，其輸出然后被饋送給量化器14。在所公開的量化器結(jié)構(gòu)中，通過給每一積分器提供一個(gè)線性化前置放大器14A以及通過把這些前置放大器的輸出接線到一起則可以容易地以電流方式實(shí)現(xiàn)求和。電流方式高頻脈動(dòng)信號(hào)可以被連接到同樣的這個(gè)求和節(jié)點(diǎn)。此實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是加法器13和量化器14可以被合并，使得實(shí)現(xiàn)一個(gè)緊密且低功率的結(jié)構(gòu)，并且施加于求和與量化操作上的時(shí)間限制被放松。
圖7B示出為圖7B-1、7B-2和7B-3，說明如圖1C所示的SDM電路結(jié)構(gòu)合并的求和與量化的改進(jìn)。圖7B-1示出環(huán)路濾波器12的積分器12A、系數(shù)bn到b1、求和塊13和量化器14。圖7B-2說明了一種方式，按照這種方式，積分器12A的輸出首先被抽樣(以便避免回掃噪聲從量化器14傳播到環(huán)路濾波器12)、在互導(dǎo)體(跨導(dǎo)gmn到gm1對(duì)應(yīng)于系數(shù)bn到b1)中轉(zhuǎn)換成電流，以電流方式被求和13并且在電流方式量化器14中被量化。圖7B-3更詳細(xì)地示出多比特量化器14，并且在公共電流求和節(jié)點(diǎn)中增加了高頻脈動(dòng)信號(hào)。
在圖7C中更詳細(xì)地描述了這個(gè)實(shí)施例的塊級(jí)結(jié)構(gòu)和操作。所說明的示例是一個(gè)多比特量化器14，它是最一般的情況，但是求和與量化的合并同樣很好地應(yīng)用到單比特調(diào)制器?！?Δ環(huán)路濾波器12的每個(gè)開關(guān)電容器積分器12A的輸出被抽樣為一個(gè)簡單的抽樣電容器。例如，在第三階調(diào)制器中，有三個(gè)積分器12A，因此三個(gè)不同的電壓被抽樣。抽樣被用來避免回掃噪聲從量化器14傳播到環(huán)路濾波器12。使用一個(gè)線性化差動(dòng)對(duì)14A把每一抽樣電壓被轉(zhuǎn)換成一個(gè)電流抽樣。每個(gè)差動(dòng)對(duì)14A具有由它的偏置電流、設(shè)備尺度和衰減來設(shè)定的跨導(dǎo)，并且可以通過適當(dāng)使用已知類型的匹配技術(shù)來精確地控制轉(zhuǎn)換系數(shù)比(跨導(dǎo))。因此，可以精確地控制電流抽樣比(精確的絕對(duì)值并不是特別關(guān)心的)。通過在求和接合點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)13處把線性化差動(dòng)對(duì)14A的輸出連接在一起來以電流的方式對(duì)電流抽樣進(jìn)行求和。并且，高頻脈動(dòng)塊15的輸出電流在公共求和節(jié)點(diǎn)13處被相加。求和電流被饋送給N-1個(gè)比較器14B的共柵極輸入晶體管的源極。共柵極配置呈現(xiàn)出低輸入電阻，這使得電流求和更精確。另外，共柵極晶體管14E把輸入級(jí)從輸出級(jí)的動(dòng)態(tài)閂鎖14C中隔離開來，并且因此減少回掃噪聲傳播到環(huán)路濾波器12。可以用一個(gè)電阻串(用電阻或晶體管制成)實(shí)現(xiàn)閾值發(fā)生器14D，閾值發(fā)生器14D被用來在正負(fù)基準(zhǔn)電壓之間產(chǎn)生等分配電壓，該電壓是在多比特量化器中產(chǎn)生閾值電壓時(shí)所需要的。線性化差動(dòng)對(duì)14E被用來抽出適當(dāng)?shù)拈撝惦妷翰堰@些電壓轉(zhuǎn)換為電流。同樣，可以通過適當(dāng)使用匹配技術(shù)來精確地控制轉(zhuǎn)換系數(shù)比(跨導(dǎo))。因此，這些轉(zhuǎn)換系數(shù)與用于轉(zhuǎn)換積分器的抽樣輸出電壓的互導(dǎo)體轉(zhuǎn)換系數(shù)有精確的關(guān)系。這個(gè)精確的關(guān)系很重要，不是精確的絕對(duì)值。基準(zhǔn)電流被饋送給N-1個(gè)比較器的共柵極輸入晶體管14B的源極。共柵極晶體管14B把閾值發(fā)生器14D的電阻串從動(dòng)態(tài)閂鎖14C中隔離開來。并因此減少回掃噪聲到閾值發(fā)生器14D的傳播。來自感測(cè)環(huán)路濾波器12的積分器12A輸出的輸入級(jí)中的電流以及來自感測(cè)基準(zhǔn)電流閾值的輸入級(jí)中的電流在節(jié)點(diǎn)13A處被求和并被饋送給被閂鎖的再生負(fù)載14C之可以用與積分器12A相同的硬件實(shí)現(xiàn)反饋DAC 18以便節(jié)省電路區(qū)域和功率。另外，減少噪聲。與如圖3所示具有帶分布反饋的一連串積分器的結(jié)構(gòu)相反，每個(gè)積分器12A都需要支持?jǐn)?shù)字模擬轉(zhuǎn)換，它使得硬件更復(fù)雜。在具有帶加權(quán)前向求和的一連串積分器的結(jié)構(gòu)中，只有第一個(gè)積分器需要支持?jǐn)?shù)字模擬轉(zhuǎn)換，而其它積分器可以是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
基準(zhǔn)電流緩存器的加載也減少，因?yàn)橹辉诘谝粋€(gè)積分器中執(zhí)行數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換。通常，基準(zhǔn)緩存器的電流消耗與調(diào)制器本身的是同一數(shù)量級(jí)。這些教義減少了整個(gè)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的區(qū)域和電流消耗。
在積分器12A的電容定標(biāo)和電流消耗中也實(shí)現(xiàn)了改善，因?yàn)橹挥械谝粋€(gè)積分器需要支持?jǐn)?shù)字模擬轉(zhuǎn)換，那么可以更自由地定標(biāo)其它積分器的電容。
在下一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換之前，求和與量化最好發(fā)生在濾波器相位結(jié)束時(shí)的一個(gè)短時(shí)期內(nèi)。這對(duì)積分器12A的穩(wěn)定(settling)、求和塊13的穩(wěn)定以及量化器14的判定時(shí)刻提出更苛刻的定時(shí)限制。這導(dǎo)致更高的電流消耗?？墒?，在圖1C和7C實(shí)施例中的區(qū)域和功率需求、以及求和與量化的速度被改善。例如，當(dāng)與使用單獨(dú)的求和塊和量化器相比時(shí)，環(huán)路濾波器中的延遲(電流模式求和緊密且快速)被改善。
一般來說，這些教義所公開的實(shí)施例有利減少了回掃噪聲的產(chǎn)生，此外減少了量化器14的輸入電容，從而減少了環(huán)路濾波器12中最后一個(gè)放大器的負(fù)載。
使用標(biāo)準(zhǔn)集成電路技術(shù)可容易實(shí)現(xiàn)所公開的這些實(shí)施例，它們只需要一個(gè)適度量的集成電路區(qū)域，并且它們的功率消耗比較適度。這些實(shí)施例還可以被實(shí)現(xiàn)在數(shù)字開關(guān)電容器(SC)或模擬CMOS電路中，并且可以被使用來例如有利于多級(jí)量化音頻和接收機(jī)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器。
比如通過提供其它類型的高頻脈動(dòng)信號(hào)發(fā)生器和/或提供不同類型的基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器(例如，依賴二極管甚至使用數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的發(fā)生器)，可以對(duì)這些教義進(jìn)行各種修改。
在說明的實(shí)施例中，抽樣和閂鎖頻率是應(yīng)用特定的，范圍例如可以從幾kHz到大約100MHz。
關(guān)于在閉合輸入抽樣開關(guān)和閂鎖信號(hào)上升沿之間的延遲，應(yīng)當(dāng)指出，這些事件可以同時(shí)發(fā)生，因?yàn)楸容^器的輸入級(jí)和閂鎖連續(xù)地跟蹤輸入信號(hào)。如果這些事件同時(shí)發(fā)生，則由于抽樣和閂鎖電路的物理分離(和相關(guān)的延遲)，所以輸入抽樣開關(guān)產(chǎn)生的干擾不會(huì)影響閂鎖，反之亦然。如果這些事件未同時(shí)發(fā)生，那么一個(gè)適當(dāng)?shù)难舆t從抽樣時(shí)鐘到閂鎖時(shí)鐘可能至少大約為一納秒，因此抽樣時(shí)鐘產(chǎn)生的干擾在閂鎖動(dòng)作發(fā)生之前已經(jīng)被衰減。
因此，雖然關(guān)于本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)特別地示出并描述了這些教義，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，可以在形式和細(xì)節(jié)上進(jìn)行各種改變而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種N級(jí)量化器電路，該量化器電路具有一個(gè)模擬輸入端子和N-1個(gè)數(shù)字輸出端子，包括一個(gè)耦合到所述輸入端子的抽樣電路，用于提供一個(gè)已抽樣輸入電壓信號(hào)；至少一個(gè)前置放大級(jí)，用于放大所述已抽樣輸入電壓信號(hào)并且提供一個(gè)已抽樣輸入電流信號(hào)；N-1個(gè)比較器級(jí)，其每一個(gè)都具有一個(gè)輸入，該輸入被耦合到所述至少一個(gè)前置放大級(jí)的輸出，所述N-1個(gè)比較器級(jí)的各比較器級(jí)操作來共享所述電流信號(hào)并把所述電流信號(hào)與N-1個(gè)基準(zhǔn)電流信號(hào)中相關(guān)的一個(gè)進(jìn)行比較；和N-1個(gè)閂鎖，其各閂鎖鎖住所述N-1個(gè)比較器之一的輸出狀態(tài)并且具有耦合到所述量化器電路的所述N-1個(gè)數(shù)字輸出端子之一的一個(gè)輸出；其中，使用多個(gè)共柵極配置的晶體管來構(gòu)造所述N-1個(gè)比較器的各比較器，所述晶體管用于抑制從所述N-1個(gè)閂鎖到所述比較器中的其它比較器以及到所述量化器電路的所述輸入端子的噪聲反饋。
2.權(quán)利要求1的N級(jí)量化器電路，還包括一個(gè)高頻脈動(dòng)信號(hào)發(fā)生器，該高頻脈動(dòng)信號(hào)發(fā)生器具有耦合到所述至少一個(gè)前置放大級(jí)的所述輸出上的一個(gè)輸出。
3.權(quán)利要求1的N級(jí)量化器電路，還包括輸出所述N-1個(gè)基準(zhǔn)電流信號(hào)的一個(gè)閾值信號(hào)發(fā)生器。
4.權(quán)利要求3的N級(jí)量化器電路，其中所述閾值信號(hào)發(fā)生器由在正負(fù)基準(zhǔn)電壓之間連接的一串串聯(lián)耦合電阻組成。
5.權(quán)利要求3的N級(jí)量化器電路，其中所述至少一個(gè)前置放大級(jí)由第一差動(dòng)晶體管對(duì)組成，第一差動(dòng)晶體管對(duì)把所述已抽樣輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為第一電流信號(hào)，其中所述N-1個(gè)比較器的各比較器包括一個(gè)輸入級(jí)，該輸入級(jí)由第一共柵極配置的晶體管組成，所述晶體管操作來抑制從所述N-1個(gè)閂鎖到所述量化器電路的所述輸入端子的噪聲反饋，并且還包括一個(gè)閾值輸入級(jí)，該閾值輸入級(jí)由第二差動(dòng)輸入晶體管對(duì)組成，用于把一個(gè)相關(guān)的基準(zhǔn)信號(hào)電壓轉(zhuǎn)換為第二電流，并且還包括第二共柵極配置的晶體管，操作來抑制從所述N-1個(gè)閂鎖到所述基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器的噪聲反饋，其中所述第二電流被耦合通過所述第二共柵極配置的晶體管并且在所述比較器的一個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)處與所述第一電流信號(hào)求和。
6.權(quán)利要求1的N級(jí)量化器電路，其中在所述量化器的所述輸入端子所看到的電容負(fù)載由所述前置放大級(jí)的輸入電容加所述抽樣電路的電容組成。
7.權(quán)利要求1的N級(jí)量化器電路，其中所述量化器形成多比特∑-Δ調(diào)制器的一部分，并且其中所述量化器的所述輸入端子被耦合到至少一個(gè)形成環(huán)路濾波器的一部分的積分器的輸出。
8.權(quán)利要求1的N級(jí)量化器電路，其中所述至少一個(gè)前置放大級(jí)由多個(gè)前置放大級(jí)組成，這些前置放大級(jí)具有耦合在一起的輸出并且為已抽樣輸入電流信號(hào)提供加權(quán)前向求和用于在一個(gè)公共輸出節(jié)點(diǎn)處求和。
9.一個(gè)多比特∑-Δ調(diào)制器，包括一個(gè)環(huán)路濾波器，具有用于耦合到一個(gè)模擬輸入信號(hào)的一個(gè)輸入和由具有一個(gè)輸出的放大器組成的至少一個(gè)積分器；一個(gè)N級(jí)量化器電路，具有耦合到所述至少一個(gè)環(huán)路濾波器放大器的所述輸出上的一個(gè)模擬輸入端子和N-1個(gè)數(shù)字輸出端子，所述量化器還包括耦合到所述輸入端子的一個(gè)抽樣電路，用于對(duì)所述環(huán)路濾波器放大器的所述輸出進(jìn)行抽樣來提供一個(gè)已抽樣輸入信號(hào)；至少一個(gè)前置放大級(jí)，輸出一個(gè)表示所述已抽樣輸入信號(hào)的第一電流信號(hào)；N-1個(gè)比較器級(jí)，每一個(gè)都具有耦合到第一電流信號(hào)的一個(gè)輸入，所述N-1個(gè)比較器級(jí)的各比較器級(jí)操作來平等共享所述第一電流信號(hào)并且把所述第一電流信號(hào)的共享的部分與N-1個(gè)基準(zhǔn)電流信號(hào)中相關(guān)的一個(gè)進(jìn)行比較；和N-1個(gè)動(dòng)態(tài)閂鎖，其各閂鎖鎖住所述N-1個(gè)比較器之一的輸出狀態(tài)并且具有耦合到所述量化器電路的所述N-1個(gè)數(shù)字輸出端子之一的一個(gè)輸出；其中，使用多個(gè)共柵極配置的晶體管來構(gòu)造所述N-1個(gè)比較器的各比較器，所述多個(gè)晶體管用于抑制從所述N-1個(gè)動(dòng)態(tài)閂鎖到所述比較器中的其它比較器和所述量化器電路的所述輸入端子的噪聲反饋；和一個(gè)偽隨機(jī)高頻脈動(dòng)電流信號(hào)發(fā)生器，它具有一個(gè)耦合到所述至少一個(gè)前置放大級(jí)的所述輸出的高頻脈動(dòng)電流輸出信號(hào)，在此，所述高頻脈動(dòng)電流輸出信號(hào)在被共享以及與所述N-1個(gè)基準(zhǔn)電流信號(hào)中所述相關(guān)的一個(gè)進(jìn)行比較之前與所述第一電流信號(hào)求和。
10.權(quán)利要求9的∑-Δ調(diào)制器，還包括一個(gè)用于產(chǎn)生N-1個(gè)基準(zhǔn)電壓的閾值信號(hào)發(fā)生器，并且其中，所述N-1個(gè)比較器的各比較器由一個(gè)閾值輸入級(jí)組成，所述閾值輸入級(jí)包含一個(gè)差動(dòng)輸入晶體管對(duì)，用于把所述N-1個(gè)基準(zhǔn)電壓中相關(guān)的一個(gè)轉(zhuǎn)換為所述N-1個(gè)基準(zhǔn)電流信號(hào)之一。
11.權(quán)利要求10的∑-Δ調(diào)制器，其中所述前置放大級(jí)由第一差動(dòng)晶體管對(duì)組成，所述第一差動(dòng)晶體管對(duì)把所述已抽樣輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為所述第一電流信號(hào)，其中，所述N-1個(gè)比較器的各比較器包括一個(gè)輸入級(jí)，該輸入級(jí)由第一共柵極配置的晶體管組成，所述晶體管操作來抑制從所述N-1閂鎖到所述量化器電路的所述輸入端子的噪聲反饋，并且還包括一個(gè)閾值輸入級(jí)，該閾值輸入級(jí)包含第二差動(dòng)輸入對(duì)，用于把所述N-1個(gè)基準(zhǔn)電壓中相關(guān)的一個(gè)轉(zhuǎn)換為N-1個(gè)基準(zhǔn)電流信號(hào)中所述相關(guān)的一個(gè)，并且還包括第二共柵極配置的晶體管，它操作來抑制從所述N-1個(gè)閂鎖到所述基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器的噪聲反饋，其中N-1個(gè)基準(zhǔn)電流信號(hào)的所述相關(guān)的一個(gè)被耦合通過所述第二共柵極配置的晶體管并在所述比較器的輸出節(jié)點(diǎn)處與所述第一電流信號(hào)進(jìn)行求和。
12.權(quán)利要求10的∑-Δ調(diào)制器，其中所述閾值信號(hào)發(fā)生器由在正負(fù)基準(zhǔn)電壓之間連接的一串串聯(lián)耦合電阻組成。
13.權(quán)利要求10的∑-Δ調(diào)制器，其中所述閾值信號(hào)發(fā)生器包括由饋給多個(gè)定標(biāo)電流反射鏡的互導(dǎo)體，用于輸出多個(gè)定標(biāo)的基準(zhǔn)電流。
14.權(quán)利要求9的∑-Δ調(diào)制器，其中所述至少一個(gè)前置放大級(jí)由具有加權(quán)前向求和的多個(gè)前置放大級(jí)組成，用于放大所述已抽樣輸入電壓信號(hào)并且用于提供放大的已抽樣輸入電流信號(hào)以便在一個(gè)公共輸出節(jié)點(diǎn)處求和。
15.權(quán)利要求9的∑-Δ調(diào)制器，其中在所述量化器的所述輸入端子所看到的電容負(fù)載由所述前置放大級(jí)的輸入電容加上包含所述抽樣電路一部分的電容的電容量所組成。
16.一種用于操作N級(jí)量化器的方法，包括如下步驟對(duì)一個(gè)輸入信號(hào)進(jìn)行抽樣以便提供一個(gè)已抽樣輸入電壓信號(hào)；對(duì)所述已抽樣輸入電壓信號(hào)進(jìn)行前置放大并且輸出表示前置放大的已抽樣輸入信號(hào)的第一電流信號(hào)；把一個(gè)高頻脈動(dòng)電流信號(hào)加到所述第一電流信號(hào)上以便產(chǎn)生一個(gè)高頻脈動(dòng)的第一電流信號(hào)；把所述高頻脈動(dòng)的第一電流信號(hào)耦合到N-1個(gè)比較器級(jí)中各比較器的一個(gè)輸入端子；在所述N-1個(gè)比較器級(jí)之中等劃分所述高頻脈動(dòng)的第一電流信號(hào)；操作所述N-1個(gè)比較器級(jí)的各比較器級(jí)來把所述高頻脈動(dòng)的第一電流信號(hào)的被劃分的部分與N-1個(gè)基準(zhǔn)電流信號(hào)中相關(guān)的一個(gè)信號(hào)進(jìn)行比較；和用一個(gè)動(dòng)態(tài)閂鎖鎖住所述N-1個(gè)比較器級(jí)的每一個(gè)的輸出；其中使用多個(gè)共柵極配置的晶體管來構(gòu)造所述N-1個(gè)比較器中的各比較器，所述晶體管用于抑制由所述閂鎖步驟向所述比較器中的其它比較器以及所述N級(jí)量化器的輸入端子所產(chǎn)生的噪聲反饋。
17.權(quán)利要求16的方法，其中把高頻脈動(dòng)的電流信號(hào)加到所述第一電流信號(hào)上的步驟包括產(chǎn)生高頻脈動(dòng)信號(hào)的步驟，該高頻脈動(dòng)信號(hào)具有幅度的偽隨機(jī)波動(dòng)以及與輸入信號(hào)幅度相反變化的一個(gè)幅度。
18.一種用于操作N級(jí)量化器的方法，包括如下步驟對(duì)多個(gè)輸入信號(hào)進(jìn)行抽樣以便提供多個(gè)已抽樣輸入電壓信號(hào)；操作多個(gè)前置放大器來前置放大已抽樣輸入電壓信號(hào)并輸出表示前置放大的已抽樣輸入電壓信號(hào)的第一電流信號(hào)；通過把前置放大器的輸出連接到一起來對(duì)第一電流信號(hào)求和；把一個(gè)高頻脈動(dòng)電流信號(hào)加到第一電流信號(hào)之和上以便產(chǎn)生第一電流信號(hào)的高頻脈動(dòng)的和；把第一電流信號(hào)的高頻脈動(dòng)的和耦合至N-1個(gè)比較器級(jí)中各比較器級(jí)的輸入端子，在此，第一電流信號(hào)的高頻脈動(dòng)的和在N-1個(gè)比較器級(jí)之間被等劃分；操作N-1個(gè)比較器級(jí)的各比較器級(jí)來把第一電流信號(hào)的高頻脈動(dòng)的和的被劃分部分與N-1個(gè)基準(zhǔn)電流信號(hào)中相關(guān)的一個(gè)信號(hào)進(jìn)行比較；和用一個(gè)動(dòng)態(tài)閂鎖鎖住N-1個(gè)比較器級(jí)的每一個(gè)的輸出。
19.權(quán)利要求18的方法，其中使用多個(gè)共柵極配置的晶體管來構(gòu)造N-1個(gè)比較器中的所述各比較器，用于抑制由閂鎖步驟對(duì)所述比較器中的其它比較器以及對(duì)N級(jí)量化器的輸入端子產(chǎn)生的噪聲反饋。
20.權(quán)利要求18的方法，其中產(chǎn)生高頻脈動(dòng)電流信號(hào)的步驟包括產(chǎn)生高頻脈動(dòng)信號(hào)的步驟，該高頻脈動(dòng)信號(hào)具有幅度的偽隨機(jī)波動(dòng)以及與輸入信號(hào)幅度相反地變化的一個(gè)幅度。
全文摘要
一個(gè)N級(jí)量化器電路，具有一個(gè)模擬輸入端子和N－1個(gè)數(shù)字輸出端子，并且包括耦合到輸入端子的一個(gè)抽樣電路，用于提供一個(gè)抽樣輸入電壓信號(hào)；至少一個(gè)前置放大級(jí)，用于把抽樣的輸入電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為一個(gè)電流信號(hào)并提供一個(gè)已放大抽樣輸入信號(hào)；和N－1個(gè)比較器級(jí)，其每一個(gè)都具有一個(gè)輸入，它耦合到至少一個(gè)前置放大級(jí)輸出上并且平等地共享輸入電流。N－1個(gè)比較器級(jí)的各比較器級(jí)操作來把已放大已抽樣信號(hào)與N－1個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)中相關(guān)的一個(gè)信號(hào)進(jìn)行比較。量化器還包括N－1個(gè)閂鎖，其各閂鎖鎖住N－1個(gè)比較器之一的輸出狀態(tài)并且具有一個(gè)耦合到量化器電路的N－1個(gè)數(shù)字輸出端子之一的輸出。N－1個(gè)比較器的各比較器是使用多個(gè)共柵極配置的晶體管來構(gòu)造的，所述晶體管用于抑制從N－1個(gè)閂鎖到所述比較器中的其它比較器以及到量化器電路輸入端子的噪聲反饋。在一個(gè)實(shí)施例中，公共前置放大級(jí)的使用也用來減少量化器的輸入電容，從而減少環(huán)路濾波器的輸出放大器看到的電容負(fù)載，輸出放大器可以是一個(gè)積分器。量化器還包括一個(gè)高頻脈動(dòng)信號(hào)發(fā)生器，它的一個(gè)輸出耦合到至少一個(gè)前置放大級(jí)的輸出；和一個(gè)輸出N－1個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)的閾值信號(hào)發(fā)生器。閾值信號(hào)發(fā)生器可以簡單地使用連接在正負(fù)基準(zhǔn)電壓之間的一串串聯(lián)耦合的電阻來構(gòu)成，或者可以使用饋給定標(biāo)的電流反射鏡的互導(dǎo)體。
文檔編號(hào)H03M3/04GK1593009SQ02812278
公開日2005年3月9日 申請(qǐng)日期2002年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月21日
發(fā)明者A·魯哈, T·羅特薩萊寧, J·-P·特爾瓦羅托 申請(qǐng)人:諾基亞有限公司