包含級(jí)間路徑的級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)Sigma-Delta調(diào)制器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及一種級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)調(diào)制器電路，具體設(shè)及一種包含級(jí)間路徑的級(jí)聯(lián)結(jié) 構(gòu)Sigma-Delta調(diào)制器。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，在對(duì)轉(zhuǎn)換精度要求較高的音頻系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)等一些領(lǐng)域，傳統(tǒng)奈奎斯 特ADC已經(jīng)很難滿足要求，Sigma-Delta ADC逐漸成為應(yīng)用最為廣泛的ADC器件。實(shí)現(xiàn) Sigma-Delta ADC主要功能的核屯、模塊是調(diào)制器模塊。為了滿足高精度的需要通常可采用 高階單環(huán)調(diào)制器結(jié)構(gòu)或者M(jìn)ASH(級(jí)聯(lián)）調(diào)制器結(jié)構(gòu)兩種設(shè)計(jì)方案。高階單環(huán)調(diào)制器結(jié)構(gòu)電 路簡(jiǎn)單，僅有一個(gè)反饋環(huán)路且輸出信號(hào)噪聲小，然而隨著積分器個(gè)數(shù)的增加極易引起系統(tǒng) 不穩(wěn)定。MSH結(jié)構(gòu)在具備高階噪聲整形能力的同時(shí)每一級(jí)都采用固有穩(wěn)定的低階結(jié)構(gòu)，保 證了整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性，該一特點(diǎn)也使得其在低過(guò)采樣率的寬帶應(yīng)用中成為一個(gè)很好的選 擇方案。
[0003] 對(duì)于M甜結(jié)構(gòu)，電路形式較為復(fù)雜，電路中器件也更多，增加了版圖設(shè)計(jì)的難度 和巧片的面積。然而M甜調(diào)制器結(jié)構(gòu)總的噪聲整形階數(shù)等于每級(jí)階數(shù)相加，前一級(jí)的量化 噪聲作為后一級(jí)的輸入信號(hào)，在理想的情況下，假設(shè)模擬電路具有很高的精確度，則除了最 后一級(jí)，其它各級(jí)的量化誤差都將被后續(xù)的數(shù)字信號(hào)處理邏輯消除。因此，理想的調(diào)制器輸 出將只包含最后一級(jí)的量化誤差，前面各級(jí)僅僅是起到了信號(hào)傳遞的作用，但卻極大的增 加了設(shè)計(jì)的復(fù)雜度、提高了巧片的成本。出于該方面的考慮，若是能通過(guò)改進(jìn)電路結(jié)構(gòu)使得 前面的各級(jí)也能具有噪聲整形功能，便可W進(jìn)一步增加電路的利用率。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 本實(shí)用新型的目的是提出一種新的級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)調(diào)制器電路，可W顯著減少帶內(nèi)量化 噪聲。
[0005] 本實(shí)用新型采用W下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種包含級(jí)間路徑的級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)Sigma-Delta 調(diào)制器，其特征在于：包括第一級(jí)調(diào)制器、第二級(jí)調(diào)制器及一條級(jí)間模擬路徑；所述第一級(jí) 調(diào)制器與第二級(jí)調(diào)制器級(jí)聯(lián)；所述第一級(jí)調(diào)制器包括環(huán)路濾波器、第一量化器及第一反饋 環(huán)路；所述環(huán)路濾波器的輸入接輸入信號(hào)X(z)，所述環(huán)路濾波器的輸出接第一量化器的輸 入，所述反饋環(huán)路為第一量化器的輸出反饋至環(huán)路濾波器的輸入；所述第二級(jí)調(diào)制器包括 加法器、積分器模塊、第二量化器和第二反饋環(huán)路；所述加法器的輸入接第一量化器的輸 出，所述加法器、積分器模塊、第二量化器依次連接；所述第二反饋環(huán)路為第二量化器的輸 出反饋至加法器的輸入；所述級(jí)間模擬路徑由積分器模塊前端連接到第一量化器前端；該 路徑包括串聯(lián)的系數(shù)模塊及單位延時(shí)模塊。
[0006] 在本實(shí)用新型一實(shí)施例中，所述環(huán)路濾波器為兩個(gè)串聯(lián)的積分器。
[0007] 在本實(shí)用新型一實(shí)施例中，所述第一、第二量化器都為比較器。
[000引與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有W下優(yōu)點(diǎn)：本實(shí)用新型提出了 一個(gè)基于傳統(tǒng) M甜2-1結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，通過(guò)在M甜2-1結(jié)構(gòu)的兩級(jí)間增加一條模擬級(jí)間路徑，使得改 進(jìn)結(jié)構(gòu)增加了一階噪聲整形功能，噪聲抑制能力大大提高；其次，減少了積分器的使用，從 而降低了電路功耗和系統(tǒng)時(shí)序的復(fù)雜度，節(jié)約了版圖面積；在增加系統(tǒng)信噪比的同時(shí)，保證 了系統(tǒng)的輸入過(guò)載值和系統(tǒng)的穩(wěn)定性沒有較大的改變，雖然增加的級(jí)間路徑中包含的系數(shù) 模塊h在實(shí)際實(shí)現(xiàn)中會(huì)存在誤差因素，但也沒有降低系統(tǒng)的噪聲整形功能；更能滿足高精 度、低功耗的應(yīng)用需求，在音頻、傳感等領(lǐng)域?qū)?huì)有巨大的發(fā)展空間。
【附圖說(shuō)明】
[0009] 圖1為本實(shí)用新型系統(tǒng)框圖。
[0010] 圖2為本實(shí)用新型一實(shí)施例單位延時(shí)模塊電路結(jié)構(gòu)圖。
[ocm] 圖3為本實(shí)用新型應(yīng)用于M甜2-1結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)框圖。
[0012] 圖4為本實(shí)用新型的輸出信號(hào)頻譜波形。
[0013] 圖5為本實(shí)用新型的SNDR隨輸入信號(hào)幅度變化曲線。
[0014] 圖6為本實(shí)用新型的SNDR隨系數(shù)h變化曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0016] 本實(shí)用新型提出了一種新的級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)調(diào)制器電路，可W顯著減少帶內(nèi)量化噪聲。 在原有的基本M甜結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過(guò)在調(diào)制器的兩級(jí)間增加一條額外的模擬路徑，可實(shí) 現(xiàn)調(diào)制器的噪聲整形階數(shù)增加一階。在具備高噪聲抑制能力的同時(shí)也提高了電路的利用 率，簡(jiǎn)化了電路的復(fù)雜度。
[0017] Sigma-Delta調(diào)制器的輸出一輸入頻域表達(dá)式如（1)
[0018] Y(z) =STF(z)X(z)+NTF(z)E(z)
[0019] (1)
[0020] 其中Y(z)為系統(tǒng)的輸出信號(hào)，X(z)為輸入信號(hào)，E(z)為系統(tǒng)量化噪聲信號(hào)。 STF(z)為系統(tǒng)的信號(hào)傳遞函數(shù)，NTF(z)為系統(tǒng)的噪聲傳遞函數(shù)。一個(gè)理想的低通（LP)、L 階調(diào)制器的輸出頻域的表達(dá)式如（2)
[002UY(z) =z-lx(z) + (1-z-i)le(z) 似
[002引 由表達(dá)式似可W知道調(diào)制器的噪聲傳遞函數(shù)NTF(z) = (1-z^t，具有L階噪聲 整形功能。本實(shí)用新型提出的新的級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)調(diào)制器系統(tǒng)如圖1所示。
[0023] 該Sigma-Delta調(diào)制器包括第一級(jí)調(diào)制器、第二級(jí)調(diào)制器及一級(jí)間模擬路徑；所 述第一級(jí)調(diào)制器與第二級(jí)調(diào)制器級(jí)聯(lián)；所述第一級(jí)調(diào)制器包括環(huán)路濾波器、第一量化器及 第一反饋環(huán)路；所述環(huán)路濾波器的輸入接輸入信號(hào)X(z)，所述環(huán)路濾波器的輸出接第一量 化器的輸入，所述反饋環(huán)路為第一量化器的輸出反饋至環(huán)路濾波器的輸入；所述第二級(jí)調(diào) 制器包括加法器、積分器模塊、第二量化器和第二反饋環(huán)路；所述加法器的輸入接第一量化 器的輸出，所述加法器、積分器模塊、第二量化器依次連接；所述第二反饋環(huán)路為第二量化 器的輸出反饋至加法器的輸入；所述級(jí)間模擬路徑由積分器模塊前端連接到第一量化器前 端；該路徑包括串聯(lián)的系數(shù)模塊h及單位延時(shí)模塊z^i。其中單位延時(shí)模塊的電路參見圖2， 圖2中C1、C2電容值相等，給開關(guān)〇1、〇2、巫。1、巫。2、巫11、巫12提供合適的時(shí)序，使得C1、 C2能夠交替采樣輸入信號(hào)電壓值并將其保持一個(gè)時(shí)鐘周期后輸出，從而實(shí)現(xiàn)延時(shí)功能。系 數(shù)模塊h將通過(guò)Z4模塊中的電容C1 (或C2)與第二級(jí)積分器前部加法器中運(yùn)算放大器反 饋回路上的積分電容的比值來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0024] 在本實(shí)用新型一實(shí)施例中，所述環(huán)路濾波器由兩個(gè)積分器組成。
[0025] 在本實(shí)用新型一實(shí)施例中，所述第一量化器為一比較器。
[0026] 該系統(tǒng)中X(z)為輸入信號(hào)，Ei(z)、E2(z)為量化噪聲，Y(z)為輸出信號(hào)。L"i(z)和 Lsi(z)模塊、加法器、量化器化W及反饋環(huán)路組成級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的第一級(jí)，其信號(hào)和噪聲傳遞函 數(shù)分別表示為STFi(Z)、NTFi(Z)。其中L"i(Z)和Ld(Z)模塊表