示第一級調(diào)制器的環(huán)路濾波 器，對于低通輸入信號，濾波器模塊通常用一個或幾個積分器來實現(xiàn)，積分器傳遞函數(shù)表示 為口。(2) =z^/(l-z4)。積分器的個數(shù)即為調(diào)制器階數(shù)1^。濾波器將噪聲推出信號帶外， 從而實現(xiàn)噪聲整形。量化器對信號進行量化，通常由比較器來實現(xiàn)。量化過程中產(chǎn)生的量 化噪聲在頻域模型中等效為加性白噪聲。積分器模塊、加法器、量化器Q2和反饋環(huán)路組成 第二級，相應的傳遞函數(shù)表示為STF2(z)、NTF2(z)。第一級的量化噪聲Ei(z)作為第二級的 輸入信號。STF2d(z)和NTFid(z)組成數(shù)字消除邏輯模塊，為了消除Ei(z)保留E2(z)，要求數(shù) 字模塊和模擬部分有較好的匹配效果，使得STF2d(z) =STF2(z)、NTFid(z) =NTFi(z)。除此 之外還具有一條級間模擬路徑，如圖1虛線內(nèi)所示。該路徑由第二級積分器前端連接到第 一級的量化器前端。該路徑上包含一個系數(shù)模塊K一個單位延時模塊Z4。將第一級中環(huán) 路濾波器和數(shù)字邏輯模塊用具體的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，得到電路結(jié)構(gòu)如圖3。
[0027] 圖3中除了級間路徑之外的基本結(jié)構(gòu)為一個M甜2-1結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)第一級為信 號傳遞函數(shù)STFi(z)等于1，噪聲整形階數(shù)Li等于2(2個積分器），NTFi(z) = (1-Z4)2的 單環(huán)結(jié)構(gòu)。第二級為信號傳遞函數(shù)STF2(z)等于1，噪聲整形階數(shù)L2等于1(1個積分器）， NTF2(z) =l-z-i的單環(huán)結(jié)構(gòu)。該個基本M甜2-1結(jié)構(gòu)的噪聲整形階數(shù)為1 = 3階。增加 的級間路徑使該級聯(lián)結(jié)構(gòu)噪聲傳遞函數(shù)增加了一階，即具有4階噪聲整形功能。由圖3推 導該系統(tǒng)的輸出信號表達式如下，改公式部分非本實用新型要保護內(nèi)容。
[002引 Y(z) =Yi(z)+Y2(z)
[0029] =[STFi(z)X(z)+NTFi(z化1(z) -hz-iNTFi(z)NTF2(z)E2(z) ]STFsd(z)
[0030] + [-STF2(z)El(z) +NTF2(z化2(z) ]NTFid(z)
[003U =STFi(z)STF2d(z)X(z)
[003引 +[NTFi(z)STFsd(z) -STF] (z)NTFid(z) ]El(z)
[003引 +[NTFid(z)NTF2(z)-hz-iNTFi(z)NTF2(z)]E2(z) 做
[0034] 其中Yi(z)、Y2(z)分別表示第一級和第二級的輸出信號，且有：
[0035] STF2d(z) =STF2(z)NTF"(z)=NTF!(z)
[0036] STFi(z) =STF2(z) = 1
[0037] NTFi(z) = (l-z_i)2NTF] (z) =l-z-i
[0038] 當h取1的時候有；
[0039] Y(z} =STF,(z)STF2(z)X(z) +NTF<(z)NTF2{z)(\-hz' )￡：(z) =X(z)+h'TF\{z)!^TFi{z)( \-z')Ei{z) =X(z)"K'l'-z節(jié)^^如）
[0040] 通過MATLAB仿真得到實用新型的輸出頻譜圖，如圖4所示。頻譜圖的橫坐標按照 10的幕次方顯示，縱坐標從0到-250地分布。輸入信號頻率在10 3量級。在輸入帶寬范圍 內(nèi)量化噪聲的值很小，量化噪聲經(jīng)過整形后在高頻部分W-定的斜率分布。圖中顯示了該 系統(tǒng)的SNDR值為111. 3地，系統(tǒng)有很高的精確度。圖5為系統(tǒng)信噪失真比隨著輸入信號變 化的曲線。此圖是由記錄的實驗數(shù)據(jù)導入繪圖工具化igin得到的。此曲線的橫坐標是輸 入信號幅值所對應的地值?？v坐標是對應輸出的SNDR值。
[0041] 如圖6所示，通常情況下當系數(shù)h= 1時，整個系統(tǒng)有最好的性能。然而在實際情 況下，由于電路受到各種干擾，系數(shù)h往往很難精確的等于1。在電路級設計時增加一個常 數(shù)倍的功能是通過電容之比實現(xiàn)的。因為工藝的原因電容的比值有時不能精確的等于所需 求的常數(shù)值。該些時候系數(shù)h都不可能完全的等于1，通過仿真SNDR值隨系數(shù)h變化的曲 線，可W看出在實際情況下該系統(tǒng)仍有較好的噪聲整形功能。
[0042] 本實用新型雖然已W較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本實用新型，任 何本領域技術人員在不脫離本實用新型的精神和范圍內(nèi)，都可W利用上述揭示的方法和技 術內(nèi)容對本實用新型技術方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本實用新型技術 方案的內(nèi)容，依據(jù)本實用新型的技術實質(zhì)對W上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及 修飾，均屬于本實用新型技術方案的保護范圍。W上所述僅為本實用新型的較佳實施例，凡 依本實用新型申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本實用新型的涵蓋范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種包含級間路徑的級聯(lián)結(jié)構(gòu)Sigma-Delta調(diào)制器，其特征在于：包括第一級調(diào)制 器、第二級調(diào)制器及一條級間模擬路徑；所述第一級調(diào)制器與第二級調(diào)制器級聯(lián)； 所述第一級調(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) 模塊及單位延時模塊。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述包含級間路徑的級聯(lián)結(jié)構(gòu)Sigma-Delta調(diào)制器，其特征在于： 所述環(huán)路濾波器包括兩個串聯(lián)的積分器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述包含級間路徑的級聯(lián)結(jié)構(gòu)Sigma-Delta調(diào)制器，其特征在于： 所述第一量化器為一比較器。
【專利摘要】本實用新型提出一種包含級間路徑的級聯(lián)結(jié)構(gòu)Sigma-Delta調(diào)制器，其特征在于：包括第一級調(diào)制器、第二級調(diào)制器及一級間模擬路徑；所述第一級調(diào)制器與第二級調(diào)制器級聯(lián)；該路徑包含一個系數(shù)模塊、一個單位延時模塊。本實用新型實現(xiàn)了4階噪聲整形功能。使得改進結(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)時序的復雜度，節(jié)約了版圖面積；在增加系統(tǒng)信噪比的同時，保證了系統(tǒng)的輸入過載值和系統(tǒng)的穩(wěn)定性沒有較大的改變。與現(xiàn)有調(diào)制器相比更能滿足高精度、低功耗的應用需求，在音頻、傳感等領域?qū)芯薮蟮陌l(fā)展空間。
【IPC分類】H03M3-00
【公開號】CN204559548
【申請?zhí)枴緾N201520378903
【發(fā)明人】魏榕山, 于靜, 王玨, 何明華
【申請人】福州大學
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年6月4日