[發明專利]調節時間連續∑－△轉換器的濾波器

有效

• 申請號: 200680053108.0
• 申請日: 2006-12-02
• 公開（公告）號: CN101379708A
• 公開（公告）日: 2009-03-04
• 發明（設計）人: L·森德斯特倫
• 申請（專利權）人: 艾利森電話股份有限公司
• 主分類號: H03M3/00
• 分類號: H03M3/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 王岳;王忠忠

技術領域

本發明涉及調節時間連續∑-Δ(Sigma-Delta)轉換器的濾波器的方 法，所述時間連續∑-Δ轉換器被設置成將模擬輸入信號轉換成數字輸 出信號，該方法包括步驟：產生表示所述濾波器的增益的控制信號；以 及根據所述控制信號調節所述濾波器的增益。本發明還涉及用于將模擬 輸入信號轉換成數字輸出信號的機構(arrangement)、用于產生表示 時間連續∑-Δ轉換器中濾波器的增益的控制信號的設備以及相應的計 算機程序和計算機可讀介質。

背景技術

近年來，∑-Δ轉換器已經成功地使用于模擬-數字(AD)轉換器中。

常規的奈奎斯特率(Nyquist-rate)轉換器是圍繞量化器而構造的， 所述量化器具有相對高的分辨率，其一般由用來表示信號的比特數(例 如8比特、12比特或16比特)指定。例如，將模擬輸入編碼成256個 離散值之一的AD轉換器具有8比特分辨率，因為28＝256。

然而，由于高分辨率量化器的原因，常規轉換器相比于∑-Δ轉換器 在結構上相對復雜。對常規轉換器的進一步的改進是麻煩的，因為一方 面對于常規轉換器的高分辨率的進一步提高將引起該轉換器的復雜度 的顯著增加。此外，要求對元件進行昂貴的匹配或修整。另一方面，增 大的采樣頻率通常將給轉換器的制造帶來額外的成本。常規奈奎斯特率 轉換器以奈奎斯特頻率采樣輸入信號，但是通常會應用2-16倍的過采 樣。

∑-Δ轉換器在其基本結構上不及常規轉換器復雜。它們圍繞具有相 對較低的分辨率的量化器來構造，所述分辨率一般為1-5比特。這種低 分辨率量化器可以工作于比高分辨率量化器大的采樣頻率，但是其代價 是更大的量化誤差，所述量化誤差即輸入信號與輸出信號之間的差值。

為了補償這種更大的量化誤差，∑-Δ轉換器配置有反饋環，該反饋 環有效地引起量化噪聲在頻域中被整形到期望信號所在的感興趣頻帶 之外的區域。這是∑-Δ轉換器的關鍵特征之一，并且為∑-Δ轉換器設 計領域的技術人員所廣泛認同和深刻理解。通常，∑-Δ轉換器與常規 轉換器比較時提供了更小的失真和更低的成本。

可用于∑-Δ轉換器中的CMOS工藝技術的持續發展使得以最大電源電 壓的降低為代價換取速度的增加成為可能。就AD轉換器而言，這意味 著∑-Δ轉換器已經變成比傳統奈奎斯特率(NR)轉換器更可行的選擇。

∑-Δ轉換器可以是時間離散∑-Δ轉換器(TD-SDC)或者時間連續∑ -Δ轉換器(TC-SDC)。后者提供了內在的抗混疊，時間離散∑-Δ轉換 器(TD-SDC)則不然。此外，時間連續∑-Δ轉換器的時鐘頻率的理論 極限比時間離散∑-Δ轉換器的時鐘頻率的理論極限高得多。下面給出 的本發明涉及時間連續∑-Δ轉換器。

所描述的∑-Δ轉換器一般在用于諸如OFDM(正交頻分復用)信號之 類的無線電信號的接收器中使用，應用可以包括移動電話系統、電視廣 播系統等等。特別可以一提的是DVB-T(地面數字視頻廣播)、DAB(數 字音頻廣播)和WLAN(無線局域網)。

時間離散∑-Δ轉換器中的模擬積分器/濾波器是精確的，因為它們的 行為受控于電容比和時鐘頻率。后者總是非常精確的，前者精確到1％ 以內或者甚至更小(假設在單芯片上制造∑-Δ轉換器)。這遠遠高于 不危害動態范圍和穩定性方面的性能的要求。然而，對于時間連續∑- Δ轉換器而言，所述積分器/濾波器的行為，例如積分器的增益-帶寬積 (GBP)，取決于積分器/濾波器中電阻器和電容器的絕對精度，所述電 阻器和電容器兩者都是非常不精確的。一般而言，這樣的元件的值可以 變化±50％。如果積分器的增益-帶寬積也變化±50％或者更多(因為其 依賴于兩種獨立類型的元件)，那么所述∑-Δ轉換器可能無法完全發 揮作用，或者至少在動態范圍和最大穩定幅度方面的性能遠低于最佳性 能。

總而言之，時間連續∑-Δ轉換器如上所述相比于時間離散∑-Δ轉換 器提供了若干優點。然而，主要的缺點是關于所述積分器/濾波器參數 的可變性的敏感性，其可能顯著降低該∑-Δ轉換器的性能，或者甚至 使得該轉換器不起作用。

該問題的一種可能的解決方案可以基于用于調諧模擬濾波器的技術， 其中使用鎖相環將基于與該濾波器中相同的關鍵元件的振蕩器調諧到 預定義頻率。然后，可以將對振蕩器中元件的調諧拷貝到濾波器的元件。 然而，這種解決方案要求使用許多模擬元件的設計，因而占用了大的芯 片區域。