[實(shí)用新型]包含級間路徑的級聯(lián)結(jié)構(gòu)Sigma-Delta調(diào)制器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201520378903.3
• 申請日: 2015-06-04
• 公開（公告）號: CN204559548U
• 公開（公告）日: 2015-08-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 魏榕山;于靜;王玨;何明華
• 申請（專利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類號: H03M3/00
• 分類號: H03M3/00
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學(xué)俊

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種級聯(lián)結(jié)構(gòu)調(diào)制器電路，具體涉及一種包含級間路徑的級聯(lián)結(jié)構(gòu)Sigma-Delta調(diào)制器。

背景技術(shù)

目前，在對轉(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主要功能的核心模塊是調(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(級聯(lián))調(diào)制器結(jié)構(gòu)兩種設(shè)計方案。高階單環(huán)調(diào)制器結(jié)構(gòu)電路簡單，僅有一個反饋環(huán)路且輸出信號噪聲小，然而隨著積分器個數(shù)的增加極易引起系統(tǒng)不穩(wěn)定。MASH結(jié)構(gòu)在具備高階噪聲整形能力的同時每一級都采用固有穩(wěn)定的低階結(jié)構(gòu)，保證了整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性，這一特點(diǎn)也使得其在低過采樣率的寬帶應(yīng)用中成為一個很好的選擇方案。

對于MASH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)計的難度和芯片的面積。然而MASH調(diào)制器結(jié)構(gòu)總的噪聲整形階數(shù)等于每級階數(shù)相加，前一級的量化噪聲作為后一級的輸入信號，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，其它各級的量化誤差都將被后續(xù)的數(shù)字信號處理邏輯消除。因此，理想的調(diào)制器輸出將只包含最后一級的量化誤差，前面各級僅僅是起到了信號傳遞的作用，但卻極大的增加了設(shè)計的復(fù)雜度、提高了芯片的成本。出于這方面的考慮，若是能通過改進(jìn)電路結(jié)構(gòu)使得前面的各級也能具有噪聲整形功能，便可以進(jìn)一步增加電路的利用率。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是提出一種新的級聯(lián)結(jié)構(gòu)調(diào)制器電路，可以顯著減少帶內(nèi)量化噪聲。

本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：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。

在本實(shí)用新型一實(shí)施例中，所述環(huán)路濾波器為兩個串聯(lián)的積分器。

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。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)：本實(shí)用新型提出了一個基于傳統(tǒng)MASH?2-1結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，通過在MASH?2-1結(jié)構(gòu)的兩級間增加一條模擬級間路徑，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，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，雖然增加的級間路徑中包含的系數(shù)模塊h在實(shí)際實(shí)現(xiàn)中會存在誤差因素，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)芯薮蟮陌l(fā)展空間。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型系統(tǒng)框圖。

圖2為本實(shí)用新型一實(shí)施例單位延時模塊電路結(jié)構(gòu)圖。

圖3為本實(shí)用新型應(yīng)用于MASH?2-1結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)框圖。

圖4為本實(shí)用新型的輸出信號頻譜波形。

圖5為本實(shí)用新型的SNDR隨輸入信號幅度變化曲線。

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

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。

本實(shí)用新型提出了一種新的級聯(lián)結(jié)構(gòu)調(diào)制器電路，可以顯著減少帶內(nèi)量化噪聲。在原有的基本MASH結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過在調(diào)制器的兩級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也提高了電路的利用率，簡化了電路的復(fù)雜度。

Sigma-Delta調(diào)制器的輸出—輸入頻域表達(dá)式如(1)

Y(z)＝STF(z)X(z)+NTF(z)E(z)

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