[發明專利]改進的模數轉換器

有效

• 申請號: 201580060115.2
• 申請日: 2015-10-29
• 公開（公告）號: CN107005247B
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: J·P·萊索;E·哈迪
• 申請（專利權）人: 思睿邏輯國際半導體有限公司
• 主分類號: H03M1/18
• 分類號: H03M1/18;H03M1/50
• 代理公司: 北京北翔知識產權代理有限公司 11285
• 代理人: 鄭建暉;關麗麗

本申請涉及模數轉換器(ADC)。ADC 200具有第一轉換器(201)，以接收模擬輸入信號(AIN)且基于輸入信號和第一轉換增益設置(GIN)輸出時間編碼信號(DT)諸如脈沖寬度調制(PWM)信號。在一些實施方案中，第一轉換器具有PWM調制器(401)，以生成PWM信號，使得通過能在時間上連續變化的脈沖寬度編碼輸入信號。第二轉換器(202)接收時間編碼信號且基于時間編碼信號(DT)和第二轉換增益設置(GO)輸出數字輸出信號(DOUT)。第二轉換器可具有第一PWM?數字調制器(403)。增益分配塊(204)基于時間編碼信號(DT)生成第一轉換增益設置和第二轉換增益設置。增益分配塊(204)可具有比第一PWM?數字轉換器(403)更低的延時和/或更低的分辨率的第二PWM?數字調制器(203)。

本申請涉及模數轉換器，尤其涉及具有動態范圍擴展的模數轉換電路，特別是在音頻應用中使用的模數轉換電路。

模數轉換器(ADC)是已知的并且被用在多種應用中。一個具體的應用是在音頻信號路徑內。音頻數據被越來越多地以數字格式存儲和傳輸。因此，ADC可以被布置在音頻信號路徑中以將模擬信號轉換成等同的數字信號即數字數據，所述數字信號可以被存儲或被傳遞用于進一步處理。

使用ADC將由麥克風檢測的模擬音頻信號轉換成對應的數字信號的一個具體的應用是例如在便攜式通信設備(諸如，移動電話)中。越來越多地需要這樣的麥克風具有相當大的動態范圍以應對諸多問題，諸如大振幅干擾信號，例如風噪聲。因此，也需要ADC具有大動態范圍。

在這樣的應用中，為了使ADC的有效分辨率最大化，已知的是，在數字轉換之前將信號相關的模擬增益(GIN)施加到輸入模擬信號，以及將對應的逆數字增益(GO＝1/GIN)調整施加到轉換的數字信號，以便補償施加的模擬增益改變GIN。這被稱為動態范圍擴展(DRE)。典型地，小振幅模擬輸入信號可以通過大GIN值被放大，以便更多地利用ADC輸入范圍，因此有效地改善ADC對小振幅信號的分辨率。對應地，大的數字衰減被施加到數字信號以補償大模擬放大。這意味著，對于小信號，ADC的量化噪聲和熱噪聲可以通過低數字增益(GO＝1/GIN)而被衰減。

圖1例示了實施動態范圍擴展(DRE)的模數轉換器(ADC)的一般原理?？刂茐K100通過模擬增益元件(諸如，模擬放大器101)來調整施加到模擬輸入信號AIN的增益GIN，以使得不管輸入信號AIN的幅度的峰值如何，ADC 102接收具有接近ADC滿量程輸入范圍的峰值的放大模擬信號AM(其中AM＝AIN.GIN)?？刂茐K100還通過將輸出信號DO布置成經由數字乘法器103按照數字增益GO縮放來補償此模擬增益調整GIN，數字增益GO是模擬增益GIN的逆?？刂茐K100基于輸入信號AIN的振幅或包絡來調整模擬增益元件101和數字增益元件103之間的增益分配。在一些布置中，輸入模擬信號AIN的包絡可以由合適的模擬包絡檢測器來確定，但優選地使用由ADC產生的數字信號來確定。在圖1示出的實施例中，使用ADC 102的輸出DO，即，在施加增益GO之前的信號：但同樣可以使用增益調整的輸出信號DOUT。

根據本發明，提供了一種用于將模擬輸入信號轉換成對應的數字輸出信號的模數轉換器，包括：

第一轉換器，用于接收所述模擬輸入信號，并且基于所述模擬輸入信號和第一轉換增益設置來輸出一個脈沖寬度調制(PWM)信號；所述第一轉換器包括一個PWM調制器，用于生成所述PWM信號，使得通過能夠在時間上連續變化的脈沖寬度來對所述輸入信號進行編碼；

第二轉換器，用于接收所述PWM信號，并且基于所述PWM信號和第二轉換增益設置來輸出所述數字輸出信號，所述第二轉換器包括第一PWM-數字調制器(PWM-to-digitalmodulator)；以及

一個增益分配塊，用于基于所述PWM信號來生成所述第一轉換增益設置和所述第二轉換增益設置。