[發(fā)明專利]混合低通增量求和調(diào)制器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 00805848.2
• 申請日: 2000-03-29
• 公開（公告）號: CN1345483A
• 公開（公告）日: 2002-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃乍源
• 申請（專利權(quán)）人: 聲波創(chuàng)新有限公司
• 主分類號: H03M3/02
• 分類號: H03M3/02
• 代理公司: 永新專利商標(biāo)代理有限公司
• 代理人: 蹇煒

本發(fā)明的背景

1.本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換技術(shù)，特別是涉及利用增量求和(sigma-delta)調(diào)制器的A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)。

2.現(xiàn)有技術(shù)

現(xiàn)已有多種A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)。這些A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)中的每一項(xiàng)技術(shù)，對應(yīng)于A/D轉(zhuǎn)換的應(yīng)用，都具有其各自的優(yōu)點(diǎn)。在具體應(yīng)用中，A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)的選擇，可根據(jù)需要考慮的事項(xiàng)來進(jìn)行，至少需要考慮到具體應(yīng)用的速度、精度、成本、動態(tài)范圍及耗電量的要求。現(xiàn)有的A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)通常屬于下述兩種類型：

就第一種類型的A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)而言，模擬輸入信號直接與數(shù)字基準(zhǔn)值相比較。A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字輸出，等于與模擬輸入信號最近相比較的數(shù)字基準(zhǔn)值。這種類型的A/D轉(zhuǎn)換器被認(rèn)為是速度快，但是，要利用這種類型A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)來獲得高的分辨力，通常是價(jià)格昂貴的或是相當(dāng)困難的。就第二種類型A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)而言，模擬輸入信號被轉(zhuǎn)換為一個(gè)數(shù)值，用這個(gè)數(shù)值來代表對應(yīng)于模擬輸入信號的數(shù)字值。第二種類型的A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)中包括增量求和調(diào)制。

圖1為方框圖，表示一種采用增量求和調(diào)制技術(shù)的A/D調(diào)制器10。在這個(gè)A/D調(diào)制器10中，模擬輸入信號被采樣并輸入求和節(jié)點(diǎn)12，求和節(jié)點(diǎn)12借助于作為A/D調(diào)制器10的輸出的反饋信號來對模擬輸入求和。求和節(jié)點(diǎn)通常采用電容開關(guān)。通過將A/D調(diào)制器10的輸出反饋回求和節(jié)點(diǎn)12，使求和節(jié)點(diǎn)12的輸出保持為零平均信號值。求和節(jié)點(diǎn)12的輸出代表著模擬輸入信號值從一個(gè)采樣到下一個(gè)采樣的變化，而且代表著零平均信號值，該求和節(jié)點(diǎn)12的輸出被輸入給有源環(huán)路濾波器14。

環(huán)路濾波器的輸出被輸入比較器16，用來與基準(zhǔn)值進(jìn)行比較。當(dāng)輸出值高于基準(zhǔn)值時(shí)，A/D調(diào)制器的輸出為一個(gè)高的邏輯值，而且一個(gè)高的邏輯值被反饋到求和節(jié)點(diǎn)12。當(dāng)積分值低于基準(zhǔn)值時(shí)，A/D調(diào)制器的輸出為一個(gè)低的邏輯值，而且一個(gè)低的邏輯值被反饋到求和節(jié)點(diǎn)12。高的邏輯值和低的邏輯值，構(gòu)成了A/D調(diào)制器10的位流輸出，通常在輸出端利用一個(gè)數(shù)字濾波器來進(jìn)行濾波。有關(guān)這方面的討論內(nèi)容超出了本說明書的范圍。

增量求和調(diào)制技術(shù)的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是，能夠使用低分辨力元件來處理模擬輸入信號，而且能夠獲得高分辨力的數(shù)字輸出信號，這是因?yàn)檫@種A/D轉(zhuǎn)換并不依靠精密匹配的模擬元件。

通常，有源環(huán)路濾波器14采用的是有源離散時(shí)間環(huán)路濾波器或有源連續(xù)時(shí)間環(huán)路濾波器。有源離散時(shí)間環(huán)路濾波器的一個(gè)實(shí)例是圖2A所示的一種簡化的開關(guān)電容積分器20。有源連續(xù)時(shí)間環(huán)路濾波器的一個(gè)實(shí)例是圖2B所示的一種跨導(dǎo)積分器40。

現(xiàn)參看圖2A，開關(guān)電容積分器20包括：第一個(gè)和第二個(gè)開關(guān)22和24，通常借助MOS晶體管來實(shí)現(xiàn)；一個(gè)輸入電容器26；一個(gè)運(yùn)算放大器28及一個(gè)反饋電容器30。開關(guān)電容積分器20的一個(gè)輸入端可以經(jīng)過第一個(gè)開關(guān)22連接到輸入電容器26。這樣，存儲在電容器26上的數(shù)值，能夠通過第二個(gè)開關(guān)24，轉(zhuǎn)移到運(yùn)算放大器28的輸入端。反饋電容器30被連接在運(yùn)算放大器28的輸出端與運(yùn)算放大器28的輸入端之間的一個(gè)反饋環(huán)路之中。

開關(guān)電容積分器20，在高的線性度和短的建立時(shí)間方面的性能，取決于運(yùn)算放大器28的性能。高線性度和短建立時(shí)間的要求，通常滿足于高帶寬的運(yùn)算放大器28，運(yùn)算放大器的帶寬通常高于A/D調(diào)制器10的輸入信號(V_in)的帶寬幾個(gè)數(shù)量級。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員知道，運(yùn)算放大器28的高帶寬要求，確定了A/D調(diào)制器10的耗電量的下限。

為了降低在有源離散時(shí)間環(huán)路濾波器中所使用的開關(guān)電容積分器20的耗電量，在連續(xù)時(shí)間環(huán)路濾波器中，圖2A所示的開關(guān)電容積分器20被圖2B所示的跨導(dǎo)-C積分器40所取代。

現(xiàn)參看圖2B，跨導(dǎo)積分器40包括：一個(gè)源極接地的N溝道MOS晶體管42；一個(gè)源極與V_dd相連的P溝道MOS晶體管44；一個(gè)運(yùn)算放大器46及一個(gè)反饋電容器48。在跨導(dǎo)積分器40中，一個(gè)輸入信號(求和節(jié)點(diǎn)12的輸出)被連接到N溝道MOS晶體管42的柵極；而一個(gè)偏壓(Vb)被耦合到P溝道MOS晶體管44的柵極。N溝道MOS晶體管42及P溝道MOS晶體管44的漏極，構(gòu)成一個(gè)公共節(jié)點(diǎn)，連接到運(yùn)算放大器46的輸入端。反饋電容器48被連接在運(yùn)算放大器46的輸出端與運(yùn)算放大器46的輸入端之間的一個(gè)反饋環(huán)路之中。