[發明專利]一種優化功耗和輸出信噪比的數模轉換器

無效

• 申請號: 201010610376.6
• 申請日: 2010-12-29
• 公開（公告）號: CN102055479A
• 公開（公告）日: 2011-05-11
• 發明（設計）人: 劉力源;姚曉亮;李冬梅
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H03M1/66
• 分類號: H03M1/66
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

技術領域

本發明屬于混合信號集成電路設計領域，特別涉及一種優化功耗和輸出信噪比的Δ∑數模轉換器。

背景技術

Δ∑(Delta-Sigma)數模轉換器把大部分轉換過程轉移到了數字域，以數字電路的復雜性換取對模擬轉換電路的高要求，可以實現高精度轉換而不需精確的元件匹配，成本低且易于集成，因而廣泛用于高品質數字音頻信號處理、多媒體信號處理等領域。D類功率放大器具有效率高、體積小、重量輕、輸出功率大等優點，可以有效的降低對電源及散熱的要求，成為便攜式設備較好的選擇。因此集成D類功率放大器的Δ∑數模轉換器可以把模擬低通濾波器之前的全部操作在數字域內完成，且同時兼具兩者優點。

傳統的Δ∑數模轉換器通常是由依次連接的內插濾波器、Δ∑調制器、內部數模轉換電路及模擬低通濾波器構成，如圖1所示。傳統結構中內部數模轉換電路設計時要考慮比較多，1比特的內部數模轉換電路設計起來比較簡單，但是轉換后輸出的信號的壓擺率較高，并且含有較高的帶外信號能量；多比特的內部數模轉換電路由于需要消除數模轉換的非線性誤差而需要額外的復雜電路設計。同時，傳統Δ∑數模轉換器如果需要較強的帶載能力還需要額外的功率放大電路。

與本發明最相近的一種設計結構如圖2所示，是由依次連接的內插濾波器、1比特Δ∑調制器、D類功率放大器、模擬低通濾波器構成，此結構可以將模擬低通濾波器之前的所有操作在數字域內完成，避免了傳統結構中內部數模轉換電路的設計，并且由于D類功率放大器可以進行高效功率放大，所以不再需要功率放大電路即可高效的驅動負載。但是由于前級的內插濾波器將信號進行升采樣而使得電路的工作時鐘頻率較高，經1比特Δ∑調制器調制后的高速的1比特碼流及其反相碼流控制D類功率放大器開關的快速通斷，造成電路功耗相對較大；為了獲得較高信噪比的輸出信號，高速的1比特碼流驅動D類功率放大器使得后級的模擬低通濾波電路設計上相對要求較高，所以有待改進。

發明內容

本發明的目的是為克服已有技術的不足之處，提出一種優化功耗和輸出信噪比的數模轉換器。一方面，通過對1比特Δ∑調制器輸出的1比特碼進行邏輯編碼，編碼后的信號再控制D類功率放大器的開關動作，可以降低D類功率放大器的開關動作頻率，進而降低Δ∑數模轉換器的功耗；另一方面，在D類功率放大器前添加的編碼器具有數字低通濾波器的功能，可以提高輸出信號的信噪比。

本發明的一種優化功耗和輸出信噪比的數模轉換器，采用Δ∑數模轉換器，包括依次連接的內插濾波器、1比特Δ∑調制器、D類功率放大器及模擬低通濾波器，其特征在于，還包括連接在1比特Δ∑調制器與D類功率放大器之間的DLPF編碼器；其中，輸入的多比特數字信號先通過內插濾波器完成升采樣，然后通過1比特Δ∑調制器完成噪聲整形，調制器輸出的1比特碼再經過DLPF編碼器進行編碼，DLPF編碼器輸出的2比特碼控制D類功率放大器的開關操作，最終經過模擬低通濾波器濾除不必要的帶外噪聲，實現數模轉換及功率放大。

本發明提出的優化功耗和輸出信號信噪比的Δ∑數模轉換器在進行數模轉換時的工作過程為：

(1)多比特數字輸入信號經過內插濾波器進行內插濾波，內插濾波的過程完成升采樣，即內插濾波器的輸出信號的采樣率變為輸入信號采樣率的OSR倍，OSR為過采樣率。

(2)內插濾波器的輸出信號進入1比特Δ∑調制器進行噪聲整形，輸出信號為1比特的數字碼流。

(3)1比特的數字碼流輸入到DLPF編碼器進行編碼，編碼后的輸出信號為2比特碼OUT12和OUT34，OUT12和OUT34控制著D類功率放大器的開關通斷。

(4)OUT12和OUT34控制著D類功率放大器的開關操作進行信號的功率放大，功率放大后的數字信號為EPOUT12-EPOUT34，此為三態(-1，0，1)信號。

(5)EPOUT12-EPOUT34輸入到模擬低通濾波器，濾除帶外高頻分量，得到需要的模擬輸出信號。

本發明的創新之處是在Δ∑調制器和D類功率放大器之間加入DLPF編碼器，加入DLPF編碼器后將有效的降低D類功率放大器的開關動作頻率，進而降低數模轉換器的功耗；加入的DLPF編碼器具有數字低通濾波器的功能，故可以提高輸出信號的信噪比。

附圖說明

圖1為傳統Δ∑數模轉換器的結構圖。

圖2為與本發明設計最相近的數模轉換器的結構圖。

圖3為本發明設計的Δ∑數模轉換器的結構圖。

圖4為本發明的內插濾波器的實施例結構圖。

圖5為內插濾波器半帶IIR濾波器實現時采用的時分復用單元。