[發(fā)明專(zhuān)利]采用自噪聲耦合的二階連續(xù)時(shí)間SD模數(shù)轉(zhuǎn)換器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710413691.1
• 申請(qǐng)日: 2017-06-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107222216B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-05-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄧建飛;嚴(yán)海月;曾銘;王宇濤;林福江
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H03M3/00
• 分類(lèi)號(hào): H03M3/00
• 代理公司: 北京凱特來(lái)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;鄭哲

本發(fā)明公開(kāi)了一種采用自噪聲耦合的二階連續(xù)時(shí)間SD模數(shù)轉(zhuǎn)換器，輸入的連續(xù)信號(hào)經(jīng)過(guò)二階濾波器環(huán)路輸出低比特部分和高比特部分，高比特部分輸入至二階濾波器環(huán)路；低比特部分輸入至自噪聲耦合環(huán)路后分為兩路，其中一路經(jīng)過(guò)延遲單元后輸入至數(shù)字減法電路，另一路直接輸入至數(shù)字減法電路，這兩路信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)字減法電路通過(guò)第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回至二階濾波器環(huán)路中的第二級(jí)積分器；經(jīng)過(guò)上述處理后的低比特部分經(jīng)過(guò)數(shù)字噪聲整形環(huán)路中的數(shù)字濾波器后，再通過(guò)數(shù)字噪聲整形環(huán)路中數(shù)字加法器與高比特部分進(jìn)行數(shù)字相加，得到離散的數(shù)字輸出信號(hào)。該SD ADC降低了模擬濾波器與數(shù)字濾波器的不匹配所帶來(lái)的噪聲泄露，增強(qiáng)了噪聲整形的效果，使得系統(tǒng)信噪比明顯提升。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及混合信號(hào)集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種采用自噪聲耦合的二階連續(xù)時(shí)間SD模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

背景技術(shù)

隨著語(yǔ)音控制、語(yǔ)音識(shí)別等技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對(duì)音頻信號(hào)處理工具的性能要求越來(lái)越高。在過(guò)去的幾十年中，集成電路(IC)產(chǎn)業(yè)精確地按照著名的摩爾定律不斷發(fā)展，每隔18個(gè)月，元件的集成度將會(huì)增加一倍，性能同時(shí)也增加一倍。

在集成電路中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)是必不可少的一個(gè)模塊，例如在音頻信號(hào)處理系統(tǒng)中，SD模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Sigma-Delta ADC，ΣΔADC)將采集的音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，從而進(jìn)一步進(jìn)行信號(hào)的傳輸與處理。為了獲得比較好的音質(zhì)，SD ADC轉(zhuǎn)換時(shí)的量化噪聲(Quantization Noise)是一個(gè)不可忽略的因素。量化噪聲會(huì)降低音頻信號(hào)的信噪失真比(signal-to-noise and distortion ratio，SNDR)，所以，一個(gè)性能較好的SD ADC需要盡可能地降低量化噪聲的影響。

在傳統(tǒng)的Leslie-Singh結(jié)構(gòu)(如圖1)SD ADC中，為了降低音頻信號(hào)的帶內(nèi)噪聲，通常采用過(guò)采樣技術(shù)(OSR)和噪聲整形技術(shù)(Noise Shaping)，但這兩種技術(shù)都有著一定的瓶頸。首先，受時(shí)鐘抖動(dòng)影響，穩(wěn)定的采樣時(shí)鐘頻率不可能無(wú)限制地提高，再加上系統(tǒng)環(huán)路延時(shí)(Excess loop delay，ELD)的影響，導(dǎo)致OSR不可能無(wú)限制地提高。其次，噪聲整形的效果與系統(tǒng)環(huán)路濾波器(Loop filter)的階數(shù)成正相關(guān)，然而，當(dāng)環(huán)路濾波器的階數(shù)太高時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定性會(huì)急劇下降。而且，Leslie-Singh結(jié)構(gòu)要求環(huán)路濾波器和數(shù)字濾波器有非常好的匹配性，否則會(huì)出現(xiàn)噪聲泄露，也會(huì)影響系統(tǒng)的性能。所以，如何保證系統(tǒng)穩(wěn)定性地前提下抑制噪聲泄露，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換精度，一直是SD ADC設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種采用自噪聲耦合的二階連續(xù)時(shí)間SD模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以提高SDADC的轉(zhuǎn)換精度，解決了量化器量化誤差所帶來(lái)的量化噪聲對(duì)信號(hào)SNDR的影響和降低環(huán)路濾波器和數(shù)字濾波器的不匹配所帶來(lái)的噪聲泄露，從而使得音頻系統(tǒng)的噪聲性能以及其他性能得以提升。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種采用自噪聲耦合的二階連續(xù)時(shí)間SD模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括：二階濾波器環(huán)路、數(shù)字噪聲整形環(huán)路與自噪聲耦合環(huán)路；

其中，所述自噪聲耦合環(huán)路包括：第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器、延遲單元與數(shù)字減法電路；

輸入的連續(xù)信號(hào)經(jīng)過(guò)二階濾波器環(huán)路輸出低比特部分和高比特部分，其中的高比特部分輸入至二階濾波器環(huán)路；低比特部分輸入至自噪聲耦合環(huán)路后分為兩路，其中一路經(jīng)過(guò)延遲單元后輸入至數(shù)字減法電路，另一路直接輸入至數(shù)字減法電路，這兩路信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)字減法電路通過(guò)第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回至二階濾波器環(huán)路中的第二級(jí)積分器；

最終，經(jīng)過(guò)上述處理后的低比特部分經(jīng)過(guò)數(shù)字噪聲整形環(huán)路中的數(shù)字濾波器后，再通過(guò)數(shù)字噪聲整形環(huán)路中數(shù)字加法器與高比特部分進(jìn)行數(shù)字相加，得到離散的數(shù)字輸出信號(hào)。

所述二階濾波器環(huán)路包括：

第一級(jí)積分器、第二級(jí)積分器、動(dòng)態(tài)邏輯匹配電路、第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器以及多比特量化器；其中，