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      具有抗飽和電路的德爾塔-西格瑪調(diào)制器的制作方法

      文檔序號(hào):39617294發(fā)布日期:2024-10-11 13:30閱讀:50來源:國知局
      具有抗飽和電路的德爾塔-西格瑪調(diào)制器的制作方法

      實(shí)施例一般涉及德爾塔-西格瑪(delta-sigma)調(diào)制器,尤其涉及用于模數(shù)轉(zhuǎn)換或數(shù)模轉(zhuǎn)換的德爾塔-西格瑪調(diào)制器。


      背景技術(shù):

      1、圖1示出了常規(guī)德爾塔-西格瑪調(diào)制器(dsm)電路10的時(shí)域框圖。dsm電路10具有配置為接收模擬輸入信號(hào)a的輸入和配置為生成數(shù)字輸出信號(hào)b的輸出。差分放大器20(或求和電路)具有接收輸入信號(hào)a的第一(非反相)輸入和接收模擬反饋信號(hào)c的第二(反相)輸入。差分放大器20響應(yīng)于輸入信號(hào)a與反饋信號(hào)c之間的差輸出差分信號(hào)d。差分信號(hào)d由積分器電路22積分以生成積分輸出信號(hào)e,該積分輸出信號(hào)e作為差分信號(hào)d的符號(hào)和幅度的函數(shù)隨時(shí)間變化。應(yīng)當(dāng)注意,環(huán)路濾波器電路(放大器20和積分器22)可以是多級(jí)電路。單位(single-bit)量化器電路24包括單位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(adc)電路25,其將從環(huán)路濾波器輸出的信號(hào)e(即,濾波后的信號(hào))與參考進(jìn)行比較,以生成數(shù)字輸出信號(hào)b的相應(yīng)單位脈沖(其中,如果e≥參考則單位具有第一邏輯狀態(tài),如果e<參考,則單位具有第二邏輯狀態(tài))。單位量化器電路24還包括將數(shù)字輸出信號(hào)b的邏輯狀態(tài)轉(zhuǎn)換為模擬反饋信號(hào)c的相應(yīng)模擬電壓電平的單位數(shù)模轉(zhuǎn)換器(dac)電路26。

      2、可以用如圖2所示的多位量化(例如,n位)來替代地實(shí)現(xiàn)德爾塔-西格瑪調(diào)制器電路10。該電路實(shí)現(xiàn)方式需要具有n位量化adc電路25'和n位dac電路26'的量化器電路24'。量化器電路24'的adc電路25'生成對(duì)應(yīng)于濾波信號(hào)e的電平的數(shù)字輸出信號(hào)b的相應(yīng)n位碼字。dac電路26'將數(shù)字輸出信號(hào)b的n位碼字轉(zhuǎn)換為用于反饋信號(hào)c的相應(yīng)模擬電壓電平。

      3、為了提供使用dsm電路10的模數(shù)轉(zhuǎn)換器,數(shù)字輸出信號(hào)b的位流可以由抽取器電路(未示出)抽取,以生成表示模擬輸入信號(hào)a的電壓電平的多位數(shù)據(jù)字。

      4、dsm電路由于其將分辨率推到超過量化器極限的特性而被采用在大量的應(yīng)用中。這是在閉環(huán)系統(tǒng)中插入非線性元件作為直接路徑的最后一級(jí)的結(jié)果:量化噪聲譜在存在期望信號(hào)的地方保持較低,并且在感興趣的頻帶之外增加。這種技術(shù)廣泛地用于模數(shù)轉(zhuǎn)換器(adc)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器(dac),但是如果輸入和輸出信號(hào)是相同類型的,例如在模擬-模擬轉(zhuǎn)換器的情況下,也可以使用這種調(diào)制。

      5、dsm電路示出了輸入信號(hào)相關(guān)的穩(wěn)定性。避免不穩(wěn)定調(diào)制器行為的最大輸入信號(hào)幅度被稱為最大穩(wěn)定幅度(msa)。輸入信號(hào)相關(guān)穩(wěn)定性的這個(gè)問題出現(xiàn)在模擬和數(shù)字dsm電路二者中。這種現(xiàn)象的原因可以追溯到量化器飽和現(xiàn)象,并且是有限數(shù)量的可用量化電平的直接結(jié)果。輸入到量化器的濾波信號(hào)e由輸入信號(hào)a和噪聲整形誤差二者的貢獻(xiàn)來加載。然而,量化器的信號(hào)范圍通常僅考慮濾波信號(hào)e的信號(hào)范圍來設(shè)計(jì),忽略噪聲整形貢獻(xiàn)。如果量化器的輸入(即,圖1和圖2中的信號(hào)e)高于某一電平,則可能出現(xiàn)環(huán)路不穩(wěn)定性。

      6、還存在許多應(yīng)用,其中在量化器的輸入處將抖動(dòng)貢獻(xiàn)添加到信號(hào)。例如,抖動(dòng)可用于防止可聽的偽像、空閑音和極限周期。然而,這種抖動(dòng)影響導(dǎo)致對(duì)量化器的額外信號(hào)范圍要求。

      7、再次參考圖1和圖2,從環(huán)路濾波器輸出的濾波信號(hào)e是兩個(gè)分量的疊加:第一個(gè)與輸入信號(hào)a相關(guān),第二個(gè)是由于量化操作(即,量化誤差)導(dǎo)致的信號(hào)轉(zhuǎn)換(信號(hào)e到輸出信號(hào)b)中的信息損失所引起的過去誤差的校正。在設(shè)計(jì)dsm電路時(shí),通??紤]輸入信號(hào)a的最大絕對(duì)值、量化器注入噪聲的最大絕對(duì)值、以及環(huán)路濾波器傳遞函數(shù)來計(jì)算信號(hào)e的最大絕對(duì)值,以便適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)量化器24,24'的輸入信號(hào)范圍。然而,該過程在單位(兩級(jí))量化dsm電路(例如,參見圖1)中是不方便的,因?yàn)榱炕肼暤呢暙I(xiàn)隨著環(huán)路濾波器的階數(shù)而增加,所以通常根據(jù)輸入信號(hào)a的最大可能信號(hào)范圍來設(shè)置全刻度。類似地,在多位(多級(jí))量化dsm電路(例如,見圖2)中,通常不提供包含信號(hào)e的整個(gè)擺動(dòng)的額外級(jí)。這導(dǎo)致環(huán)路濾波器積分器的不穩(wěn)定性:當(dāng)輸入信號(hào)a足夠高以使量化器24,24'進(jìn)入飽和狀態(tài)時(shí),環(huán)路被斷開,并且積分器被引入發(fā)散。

      8、因此,本領(lǐng)域需要解決上述問題。


      技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

      1、在實(shí)施例中,德爾塔-西格瑪調(diào)制器包括:環(huán)路濾波器電路,其具有被配置為接收輸入信號(hào)的第一輸入,被配置為接收反饋信號(hào)的第二輸入及被配置為生成濾波信號(hào)的輸出;鉗位電路,具有被配置為接收濾波信號(hào)的輸入和被配置為生成鉗位濾波信號(hào)的輸出;量化器電路,被配置為接收鉗位濾波信號(hào)并且生成量化器輸出信號(hào);第一求和電路,被配置為從濾波信號(hào)與鉗位濾波信號(hào)之間的差生成死區(qū)信號(hào);以及第二求和電路,被配置為從量化器輸出信號(hào)與死區(qū)信號(hào)的和生成反饋信號(hào)。

      2、在實(shí)施例中,德爾塔-西格瑪調(diào)制器包括:環(huán)路濾波器電路,其具有被配置為接收輸入信號(hào)的第一輸入,被配置為接收反饋信號(hào)的第二輸入及被配置為生成濾波信號(hào)的輸出;鉗位電路,具有被配置為接收濾波信號(hào)的輸入和被配置為生成鉗位濾波信號(hào)的輸出;量化器電路,被配置為接收濾波信號(hào)并且生成量化器輸出信號(hào);第一求和電路,被配置為從濾波信號(hào)與鉗位濾波信號(hào)之間的差生成死區(qū)信號(hào);以及第二求和電路,被配置為從量化器輸出信號(hào)與死區(qū)信號(hào)的和生成反饋信號(hào)。

      3、在實(shí)施例中,德爾塔-西格瑪調(diào)制器包括:環(huán)路濾波器電路,具有被配置為接收輸入信號(hào)的第一輸入,被配置為接收反饋信號(hào)的第二輸入以及被配置為生成濾波信號(hào)的輸出;死區(qū)電路,具有被配置為接收濾波信號(hào)的輸入和被配置為生成死區(qū)信號(hào)的輸出,其中死區(qū)信號(hào)取決于濾波信號(hào)與最大正/負(fù)信號(hào)極限之間的差;量化器電路,被配置為接收濾波信號(hào)并且生成量化器輸出信號(hào);以及求和電路,被配置為從量化器輸出信號(hào)與死區(qū)信號(hào)的和生成反饋信號(hào)。

      4、在實(shí)施例中,德爾塔-西格瑪調(diào)制器包括:環(huán)路濾波器電路,具有被配置為接收輸入信號(hào)的第一輸入,被配置為接收反饋信號(hào)的第二輸入以及被配置為生成濾波信號(hào)的輸出;量化器電路,耦合到環(huán)路濾波器電路的輸出并且被配置為生成量化器輸出信號(hào);抗飽和(anti-windup)電路,被配置為檢測濾波信號(hào)在量化器電路的輸入信號(hào)范圍之外,并且生成具有對(duì)應(yīng)于在濾波信號(hào)與輸入信號(hào)范圍之間的差的幅度和符號(hào)的死區(qū)信號(hào);以及求和電路,具有被配置為接收量化器輸出信號(hào)的第一輸入,被配置為接收死區(qū)信號(hào)的第二輸入,以及被配置為生成反饋信號(hào)的輸出。



      技術(shù)特征:

      1.一種德爾塔-西格瑪調(diào)制器,包括:

      2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的德爾塔-西格瑪調(diào)制器,其中所述環(huán)路濾波器電路包括積分器的級(jí)聯(lián)和用于每個(gè)積分器的求和電路,所述求和電路包括被配置為接收所述輸入信號(hào)的第一輸入,被配置為接收所述反饋信號(hào)的第二輸入,以及耦合到所述積分器的輸入的輸出。

      3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的德爾塔-西格瑪調(diào)制器,其中,所述積分器的級(jí)聯(lián)包括前饋電路裝置和反饋電路裝置中的一者或多者。

      4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的德爾塔-西格瑪調(diào)制器,其中所述量化器電路包括:

      5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的德爾塔-西格瑪調(diào)制器,其中,所述量化器電路包括數(shù)字脈寬調(diào)制(pwm)量化器。

      6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的德爾塔-西格瑪調(diào)制器,其中所述鉗位電路具有小于或等于所述量化器電路的輸入信號(hào)范圍的正/負(fù)極限的最大正/負(fù)鉗位極限。

      7.一種德爾塔-西格瑪調(diào)制器,包括:

      8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的德爾塔-西格瑪調(diào)制器,其中所述環(huán)路濾波器電路包括積分器的級(jí)聯(lián)和用于每個(gè)積分器的求和電路,所述求和電路包括被配置為接收所述輸入信號(hào)的第一輸入,被配置為接收所述反饋信號(hào)的第二輸入,以及耦合到所述積分器的輸入的輸出。

      9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的德爾塔-西格瑪調(diào)制器,其中所述積分器的級(jí)聯(lián)包括前饋電路裝置和反饋電路裝置中的一者或多者。

      10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的德爾塔-西格瑪調(diào)制器,其中所述量化器電路包括:

      11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的德爾塔-西格瑪調(diào)制器,其中所述量化器電路包括數(shù)字脈寬調(diào)制(pwm)量化器。

      12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的德爾塔-西格瑪調(diào)制器,其中所述鉗位電路具有小于或等于所述量化器電路的輸入信號(hào)范圍的正/負(fù)極限的最大正/負(fù)鉗位極限。

      13.一種德爾塔-西格瑪調(diào)制器,包括:

      14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的德爾塔-西格瑪調(diào)制器,其中所述環(huán)路濾波器電路包括積分器的級(jí)聯(lián)和用于每個(gè)積分器的求和電路,所述求和電路包括被配置為接收所述輸入信號(hào)的第一輸入,被配置為接收所述反饋信號(hào)的第二輸入,以及耦合到所述積分器的輸入的輸出。

      15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的德爾塔-西格瑪調(diào)制器,其中所述積分器的級(jí)聯(lián)包括前饋電路裝置和反饋電路裝置中的一者或多者。

      16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的德爾塔-西格瑪調(diào)制器,其中所述量化器電路包括:

      17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的德爾塔-西格瑪調(diào)制器,其中所述量化器電路包括數(shù)字脈寬調(diào)制(pwm)量化器。

      18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的德爾塔-西格瑪調(diào)制器,其中所述最大正/負(fù)信號(hào)極限小于或等于所述量化器電路的輸入信號(hào)范圍的正/負(fù)極限。

      19.一種德爾塔-西格瑪調(diào)制器,包括:

      20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的德爾塔-西格瑪調(diào)制器,其中所述抗飽和電路包括:

      21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的德爾塔-西格瑪調(diào)制器,其中所述濾波信號(hào)在所述量化器電路的所述輸入處被接收,并且其中所述抗飽和電路包括:

      22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的德爾塔-西格瑪調(diào)制器,其中所述濾波信號(hào)在所述量化器電路的所述輸入處被接收,并且其中所述抗飽和電路包括:

      23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的德爾塔-西格瑪調(diào)制器,其中所述量化器電路包括:

      24.根據(jù)權(quán)利要求19所述的德爾塔-西格瑪調(diào)制器,其中所述環(huán)路濾波器電路包括積分器的級(jí)聯(lián)和用于每個(gè)積分器的求和電路,所述求和電路包括被配置為接收所述輸入信號(hào)的輸入,被配置為接收所述反饋信號(hào)的另一輸入,以及耦合到所述積分器的輸入的輸出,所述積分器的級(jí)聯(lián)包括前饋電路裝置和反饋電路裝置中的一者或多者。

      25.根據(jù)權(quán)利要求19所述的德爾塔-西格瑪調(diào)制器,其中所述量化器電路包括數(shù)字脈寬調(diào)制(pwm)量化器。


      技術(shù)總結(jié)
      本公開涉及具有抗飽和(anti?windup)電路的德爾塔?西格瑪調(diào)制器。德爾塔?西格瑪調(diào)制器包括環(huán)路濾波器電路,該環(huán)路濾波器電路具有接收輸入信號(hào)的第一輸入和接收反饋信號(hào)的第二輸入。環(huán)路濾波器電路生成濾波信號(hào)。量化器電路量化積分信號(hào)以生成輸出信號(hào)??狗e分電路檢測積分信號(hào)在量化器電路的輸入信號(hào)輸入之外的情況,并且響應(yīng)于此生成具有與濾波信號(hào)和輸入信號(hào)范圍之間的差相對(duì)應(yīng)的幅度和符號(hào)的死區(qū)信號(hào)。反饋信號(hào)是輸出信號(hào)和死區(qū)信號(hào)的和。

      技術(shù)研發(fā)人員:F·斯蒂爾根鮑爾,E·博蒂,P·馬爾科瓦蒂,P·S·克羅維蒂,E·伯尼佐尼,M·德費(fèi)拉里
      受保護(hù)的技術(shù)使用者:意法半導(dǎo)體國際公司
      技術(shù)研發(fā)日:
      技術(shù)公布日:2024/10/10
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