專利名稱：一種西格瑪-德爾塔模數(shù)轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于音頻功放領(lǐng)域以及信號(hào)通訊等領(lǐng)域的西格瑪-德爾塔(E -A)
型模擬-數(shù)字(AD)轉(zhuǎn)換器，尤其涉及到一種含兩階或其以上的E - A調(diào)制電路進(jìn)行級(jí)聯(lián)的 E - A模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
隨著超大規(guī)模集成電路的速度越來越快，集成度越來越高，E -A調(diào)制作為一種 實(shí)現(xiàn)高分辨率模擬數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換的有效途徑，越來越受到關(guān)注。E -A型AD轉(zhuǎn)換器在一 個(gè)或多個(gè)反饋環(huán)中進(jìn)行粗略量化，通過在一個(gè)比信號(hào)帶寬大得多的頻率上進(jìn)行采樣，反饋 環(huán)路就可以對(duì)量化噪聲進(jìn)行調(diào)制，從而把大部分噪聲移到信號(hào)帶寬外。E -A型AD轉(zhuǎn)換器 在以極高的重復(fù)采樣速率將模擬信號(hào)數(shù)字化的同時(shí)，完成將噪聲推向高頻區(qū)的噪聲整形， 并在噪聲整形后進(jìn)行數(shù)字濾波。但是現(xiàn)有的E - A型AD轉(zhuǎn)換器無法消除第一級(jí)E - A調(diào) 制電路的量化噪聲，從而引起諧波失真比較大，精度比較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種總諧波失真小的，精度高西格瑪-德爾塔模數(shù)轉(zhuǎn)換 器。 本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種西格瑪-德爾塔模數(shù)轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器包括包含第1 和第2加法器、第1和第2積分器、第1量化器、第IDA轉(zhuǎn)換器的第一級(jí)西格瑪_德爾塔調(diào) 制電路； 包含第3和第4加法器、第3和第4積分器、第2量化器、第2DA轉(zhuǎn)換器的第二級(jí) 西格瑪-德爾塔調(diào)制電路； 對(duì)所述第一級(jí)西格瑪-德爾塔調(diào)制電路和第二級(jí)西格瑪-德爾塔調(diào)制電路進(jìn)行噪 聲整形的噪聲整形電路； 所述第1加法器從由外部輸入的模擬信號(hào)中減去所述第1DA轉(zhuǎn)化器輸出的模擬信 號(hào)； 所述第1積分器對(duì)所述第1加法器輸出的模擬信號(hào)進(jìn)行積分； 所述第2加法器從所述第1積分器輸出的模擬信號(hào)中減去所述第IDA轉(zhuǎn)化器輸出
的模擬信號(hào)； 所述第2積分器對(duì)所述第2加法器輸出的模擬信號(hào)進(jìn)行積分； 所述第1量化器輸出與所述第2積分器輸出的模擬信號(hào)相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)； 所述第IDA轉(zhuǎn)化器輸出與所述第1量化器輸出的數(shù)字信號(hào)相應(yīng)的模擬信號(hào)，將其
輸入到所述第1和第2加法器； 所述第3加法器從所述第2積分器輸出的模擬信號(hào)中減去所述第2DA轉(zhuǎn)換器輸出 的模擬信號(hào)； 所述第3積分器對(duì)所述第3加法器輸出的模擬信號(hào)進(jìn)行積分；
所述第2量化器輸出與所述第4積分器輸出的模擬信號(hào)相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)； 所述第2DA轉(zhuǎn)化器輸出與所述第2量化器輸出的數(shù)字信號(hào)相應(yīng)的模擬信號(hào)，將其
輸入到所述第3和第4加法器； 所述噪聲整形電路將第所述第1量化器輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行積分和比例變換，并 將第2量化器輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行比例變換，并將變換后的信號(hào)相加輸出。
本發(fā)明提供的西格瑪-德爾塔模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用兩個(gè)E -A調(diào)制電路級(jí)聯(lián)連接，通 過將前面的2次E _A調(diào)制電路的量化器的輸入端直接與下一級(jí)的2次E _A調(diào)制電路連 接，通過本發(fā)明提供的結(jié)構(gòu)，消除了第一級(jí)E -A調(diào)制電路的量化噪聲，可以提供高SNR(信 噪比)，總諧波失真小的西格瑪_德爾塔模數(shù)轉(zhuǎn)換器。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的西格瑪_德爾塔模數(shù)轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明實(shí)施例的積分器的結(jié)構(gòu)圖； 圖3是本發(fā)明實(shí)施例仿真輸出的頻譜圖； 圖4是本發(fā)明實(shí)施例輸出信號(hào)總諧波失真示意圖。
具體實(shí)施例方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。 圖l示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的西格瑪-德爾塔模數(shù)轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)示意圖，該 E -A型AD轉(zhuǎn)換器具有將兩級(jí)2次E -A調(diào)制電路級(jí)聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)，以下依據(jù)圖進(jìn)行說明， 為了便于說明，僅示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分。 在圖1中，標(biāo)號(hào)1表示輸入端子，標(biāo)號(hào)2、5、16、19、26、27分別表示加法器，標(biāo)號(hào)3、 6、11、12、13、14、17、20、23、24、25分別表示運(yùn)算器，標(biāo)號(hào)4、7、9、 15、 18、21分別表示積分器， 標(biāo)號(hào)8、22分別表示量化器，標(biāo)號(hào)10表示積分器，標(biāo)號(hào)28、29表示數(shù)字-模擬(DA)轉(zhuǎn)換器， 標(biāo)號(hào)30表示輸出端子。 加法器2將由輸入端子1輸入的模擬信號(hào)減去由DA轉(zhuǎn)換器28輸出的模擬信號(hào)，積 分器4對(duì)從加法器2輸出的模擬信號(hào)進(jìn)行積分。加法器5從由積分器4輸出的模擬信號(hào)中 減去由DA轉(zhuǎn)換器28輸出的模擬信號(hào)。積分器7對(duì)從加法器5輸出的模擬信號(hào)進(jìn)行積分。 量化器8輸出與從積分器7輸出的模擬信號(hào)對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。DA轉(zhuǎn)換器28輸出與量化器 8的數(shù)字信號(hào)相應(yīng)的模擬信號(hào)，并將其輸入到加法器2、5。運(yùn)算器3是對(duì)從加法器2輸出的 模擬信號(hào)進(jìn)行比例變換的裝置，它使從加法器2輸出的模擬信號(hào)變成al倍，輸入到積分器 4。運(yùn)算器6是對(duì)從加法器5輸出的模擬信號(hào)進(jìn)行比例變換的裝置，它使從加法器5輸出的 模擬信號(hào)變成a3倍，輸入到積分器7。運(yùn)算器12是決定從量化器8向加法器2的模擬反饋 量的裝置，它使DA轉(zhuǎn)換器28輸出的模擬信號(hào)變成bl倍，輸入到加法器2。運(yùn)算器13是決 定從量化器8向加法器5的模擬反饋量的裝置，它使DA轉(zhuǎn)換器28輸出的模擬信號(hào)變成b2 倍，輸入到加法器5。第一級(jí)E -A調(diào)制電路A1由以上結(jié)構(gòu)構(gòu)成。 運(yùn)算器14是對(duì)從積分器7輸出的模擬信號(hào)進(jìn)行比例變換的裝置，它使從積分器7
4輸出的模擬信號(hào)變成k倍，輸入到加法器16。加法器16從由運(yùn)算器14輸出的模擬信號(hào)中 減去由DA轉(zhuǎn)換器29輸出的模擬信號(hào)，積分器18對(duì)從加法器16輸出的模擬信號(hào)進(jìn)行積分。 加法器19從由積分器18輸出的模擬信號(hào)中減去由DA轉(zhuǎn)換器29輸出的模擬信號(hào)。積分器 21對(duì)從加法器19輸出的模擬信號(hào)進(jìn)行積分。量化器22輸出與從積分器21輸出的模擬信 號(hào)對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。DA轉(zhuǎn)換器29輸出與量化器22的數(shù)字信號(hào)相應(yīng)的模擬信號(hào)，并將其輸 入到加法器16、 19。運(yùn)算器17是對(duì)從加法器16輸出的模擬信號(hào)進(jìn)行比例變換的裝置，它使 從加法器16輸出的模擬信號(hào)變成cl倍，輸入到積分器18。運(yùn)算器20是對(duì)從加法器19輸 出的模擬信號(hào)進(jìn)行比例變換的裝置，它使從加法器19輸出的模擬信號(hào)變成c3倍，輸入到積 分器21 。運(yùn)算器23是決定從量化器22向加法器16的模擬反饋量的裝置，它使DA轉(zhuǎn)換器 29輸出的模擬信號(hào)變成dl倍，輸入到加法器16。運(yùn)算器24是決定從量化器22向加法器 19的模擬反饋量的裝置，它使DA轉(zhuǎn)換器29輸出的模擬信號(hào)變成c2倍，輸入到加法器19。 第二級(jí)E -A調(diào)制電路A2由以上結(jié)構(gòu)構(gòu)成。 積分器9對(duì)量化器8輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行積分，將經(jīng)過積分的數(shù)字信號(hào)引入一個(gè) 傳遞函數(shù)1/A(Z)，其輸出的信號(hào)分成兩路，一路信號(hào)輸入到運(yùn)算器ll，運(yùn)算器11是對(duì)從積 分器10輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行比例變換的裝置，將其信號(hào)變成k3倍，輸入到積分器15。另 一路信號(hào)輸入到加法器26，運(yùn)算器25是對(duì)從量化器22輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行比例變換的裝 置，它使從量化器22輸出的數(shù)字信號(hào)變成k2倍，輸入到加法器26。加法器26將另一路信 號(hào)與從運(yùn)算器25輸出的信號(hào)相加。加法器27將加法器26輸出的信號(hào)與積分器15輸出的 信號(hào)相加，供給輸出端子30。噪聲整形電路A3由以上結(jié)構(gòu)構(gòu)成。 在如上結(jié)構(gòu)中，E - A型AD轉(zhuǎn)換器以如下方式工作，S卩，在第一級(jí)E -A調(diào)制電路 Al中，由加法器2從輸入端子1輸入的模擬信號(hào)減去用運(yùn)算器12使DA轉(zhuǎn)換器28輸出的模 擬信號(hào)變成bl倍的信號(hào)。加法器2輸出的模擬信號(hào)在用運(yùn)算器3成為al倍后，被積分器 4積分。 由加法器5從積分器4輸出的模擬信號(hào)中減去用運(yùn)算器13使DA轉(zhuǎn)換器28輸出 的模擬信號(hào)成為a2倍的信號(hào)。加法器5輸出的模擬信號(hào)在用運(yùn)算器6成為a3倍后，被積 分器7積分。 積分器7的輸出信號(hào)被量化器8進(jìn)行模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換，輸出到積分器9。
積分器7的輸出信號(hào)被施加至第二級(jí)E -A調(diào)制電路A2，這時(shí)，積分器7的輸出 信號(hào)被運(yùn)算器14進(jìn)行了比例運(yùn)算，即，積分器7的輸出信號(hào)的電壓電平被運(yùn)算器14變?yōu)閗 倍。然后由加法器16從用運(yùn)算器14進(jìn)行了比例運(yùn)算的模擬信號(hào)中減去用運(yùn)算器23使DA 轉(zhuǎn)換器29的模擬輸出信號(hào)變成dl倍的信號(hào)，加法器16輸出的模擬信號(hào)被運(yùn)算器17變成 cl倍后，被積分器18積分。 由加法器19從積分器18輸出的模擬信號(hào)中減去用運(yùn)算器24使DA轉(zhuǎn)換器29輸出 的模擬信號(hào)成為c2倍的信號(hào)。加法器19輸出的模擬信號(hào)被運(yùn)算器20變成c3倍后，被積 分器21積分。積分器21的輸出信號(hào)被量化器22進(jìn)行模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換，輸出到運(yùn)算器25。
將量化器8輸出的數(shù)字信號(hào)輸入到積分器9中，將經(jīng)過積分后的數(shù)字信號(hào)輸入到 積分器10中，將經(jīng)過積分器10后輸出的信號(hào)分成兩路， 一路信號(hào)被運(yùn)算器21變成k3倍后， 輸入到積分器15，被積分器15積分。加法器26將量化器22輸出的數(shù)字信號(hào)被運(yùn)算器25 變成k2倍后的信號(hào)與將經(jīng)過積分器10后輸出的另一路信號(hào)相加，加法器27將由積分器15
5輸出的信號(hào)與加法器26輸出的信號(hào)相加，從輸出端子30輸出。 如上所述，從輸入端子1到量化器8的輸出端構(gòu)成了 2次第一級(jí)E -A調(diào)制電路 Al。另外，從運(yùn)算器14的輸入端到量化器22的輸出端構(gòu)成了2次第二級(jí)E-A調(diào)制電路 A2。從積分器9的輸入端和運(yùn)算器25的輸入端到加法器27的輸出端構(gòu)成了噪聲整形電路 A3。 設(shè)第一級(jí)E -A調(diào)制電路A1的輸入為X，輸出為Y1，第二級(jí)E -A調(diào)制電路A2的 輸出為Y2，在輸出端子30上呈現(xiàn)的輸出為Y，量化器8的量化噪聲為El，量化器22的量化 噪聲為E2，運(yùn)算器3、6、11、12、13、14、17、20、23、24、25的增益系數(shù)分別為al、a3、k3、bl、a2、 k、cl、c3、dl、c2、k2，則第一級(jí)E -A調(diào)制電路A1的輸出Yl可用下面的式(1)表示
Yi = a^/ {(z_b) 2+a2a3 (z_b) +￡^1^} X+ (z_b) 2/ {(z_b) 2+a2a3 (z_b) +￡^1^} E工
......
(1) 另外，第二級(jí)E - A調(diào)制電路A2的輸出Y2可用下面的式(2)表示
Y2 = (aia^K/Kz-by+a^z-tO+aAbjKaia^KlVKz-by+aWz-tO+aAbi} E「罕233 (z_b) K/{(z_b) +a2a3 (z_b)+3^3^} E,(z-b) / {(z_b) +a2a3 (z_b)+3^3!^} E2
......
(2) 經(jīng)噪聲整形電路A3后，輸出信號(hào)Y有表示如(3) Y = a/ {a2 (z_b) 2A (z)} X+ (z_b) 2K2/A (z) E2 ......(3) 其中噪聲整形電路中參數(shù)設(shè)置為 A(z) = (z-b)2+a2a3(z-b)+8^313" K2 = 1/(a^a/K) ， K3 = aA/^ ; 對(duì)于上述級(jí)聯(lián)E -A型AD轉(zhuǎn)換器，量化器8引入的量化噪聲E工并不影響最終輸
出Y，而量化器22引入的量化噪聲E2在最終輸出信號(hào)Y中起著至關(guān)重要的作用。因而，減
少量化噪聲&，調(diào)制器的THD(總諧波失真)將會(huì)隨之減小，信噪比SNR增大。 如圖2所示，其為本發(fā)明所用到的積分器，積分器4、7、18、21、9、15所含反饋因子
b，其中b為可調(diào)的，|b| <= 1，其目的在于調(diào)整積分器4、7、18、21、9、15的輸出信號(hào)幅度，
防止出現(xiàn)量化器過載現(xiàn)象。 實(shí)施例一 b = 0. 9 ;al = a2 = 1 ;a3 = 1. 5 ;bl = 1 ;cl = c2 = 1 ;c3 = 1. 5 ;dl
=1 ;k = 4/9。其中通過各參數(shù)的匹配，可以消除第一級(jí)E -A調(diào)制電路的量化噪聲，達(dá)到 較高的信噪比，如3所示，其輸出信號(hào)的信噪比達(dá)到了 150dB以上。總諧波失真很小，如圖 4所示，總諧波失真THD幾乎為零。 實(shí)施例二 b = -0. 5 ;al = 0. 1 ;a2 = 0. 2 ;a3 = 0. 2 ;bl = 0. 5 ;cl = 0. 1 ;c2 = 0. 2 ;c3 = 0. 2 ;dl = 0. 5 ;k = 1。 實(shí)施例三b = -0. 3 ;al = 0. 1 ;a2 = 0. 2 ;a3 = 0. 2 ;bl = 0. 1 ;cl = 0. 1 ;c2 =
0. 2 ;c3 = 0. 2 ;dl = 0. 1 ;k = 1在上述幾組數(shù)據(jù)中，量化器8、22分別為兩位量化器與多位
量化器情況下，均有較佳實(shí)施例。量化器8引入的量化噪聲E工并不影響最終輸出Y，而量化 器22引入的量化噪聲E2在最終輸出信號(hào)Y中起著至關(guān)重要的作用。因而，減少量化噪聲 E^調(diào)制器的THD(總諧波失真)將會(huì)隨之減小，信噪比SNR增大。積分器10引入了傳遞函數(shù)1/A(Z)，即有關(guān)z的函數(shù)A(z)其設(shè)置目的在于在積分器9、15，運(yùn)算器11、25，加法器26、27共同作用下消去第一級(jí)E -A調(diào)制電路A1輸出信
號(hào)l與第二級(jí)E -A調(diào)制電路A2輸出信號(hào)L中量化器8引入的量化誤差Ep并對(duì)量化器
22引入的量化誤差E2進(jìn)一步整形；量化器8、22選取原則在于降低E _ A型AD轉(zhuǎn)換器輸出
信號(hào)Y的總諧波失真，使得量化噪聲盡可能不影響輸出信號(hào)Y;可證實(shí)選取不同的量化器8、
22可以使得未經(jīng)低通濾波的輸出信號(hào)總諧波失真降低至0. 05%以下。 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精
神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種西格瑪-德爾塔模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于具備包含第1和第2加法器、第1和第2積分器、第1量化器、第1DA轉(zhuǎn)換器的第一級(jí)西格瑪-德爾塔調(diào)制電路；包含第3和第4加法器、第3和第4積分器、第2量化器、第2DA轉(zhuǎn)換器的第二級(jí)西格瑪-德爾塔調(diào)制電路；對(duì)所述第一級(jí)西格瑪-德爾塔調(diào)制電路和第二級(jí)西格瑪-德爾塔調(diào)制電路進(jìn)行噪聲整形的噪聲整形電路；所述第1加法器從由外部輸入的模擬信號(hào)中減去所述第1DA轉(zhuǎn)化器輸出的模擬信號(hào)；所述第1積分器對(duì)所述第1加法器輸出的模擬信號(hào)進(jìn)行積分；所述第2加法器從所述第1積分器輸出的模擬信號(hào)中減去所述第1DA轉(zhuǎn)化器輸出的模擬信號(hào)；所述第2積分器對(duì)所述第2加法器輸出的模擬信號(hào)進(jìn)行積分；所述第1量化器輸出與所述第2積分器輸出的模擬信號(hào)相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)；所述第1DA轉(zhuǎn)化器輸出與所述第1量化器輸出的數(shù)字信號(hào)相應(yīng)的模擬信號(hào)，將其輸入到所述第1和第2加法器；所述第3加法器從所述第2積分器輸出的模擬信號(hào)中減去所述第2DA轉(zhuǎn)換器輸出的模擬信號(hào)；所述第3積分器對(duì)所述第3加法器輸出的模擬信號(hào)進(jìn)行積分；所述第2量化器輸出與所述第4積分器輸出的模擬信號(hào)相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)；所述第2DA轉(zhuǎn)化器輸出與所述第2量化器輸出的數(shù)字信號(hào)相應(yīng)的模擬信號(hào)，將其輸入到所述第3和第4加法器；所述噪聲整形電路將第所述第1量化器輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行積分和比例變.換，并將第2量化器輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行比例變換，并將變換后的信號(hào)相加輸出。
2. 如權(quán)利要求1所述的西格瑪-德爾塔模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述的第1、第2、第 3和第4積分器為同類的積分器，均帶有反饋因子b，其中b滿足以下關(guān)系式|b| < = 1。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種西格瑪-德爾塔模數(shù)轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器通過將兩個(gè)2階或以上階數(shù)的∑-Δ調(diào)制電路級(jí)聯(lián)，然后將兩級(jí)∑-Δ調(diào)制電路輸出的信號(hào)進(jìn)行噪聲整形，消除了第一級(jí)∑-Δ調(diào)制電路的量化噪聲，并且可以提高SNR(信噪比)，減小總諧波失真。
文檔編號(hào)H03M3/02GK101729074SQ20081021720
公開日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2008年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月31日
發(fā)明者馮衛(wèi), 張禮振, 李海, 楊云, 馬雙雙 申請(qǐng)人:比亞迪股份有限公司