[發(fā)明專利]Δ-Σ模數轉換器以及用于操作Δ-Σ模數轉換器的方法

在審

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• 申請日: 2020-01-15
• 公開（公告）號: CN111697971A
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發(fā)明（設計）人: 大西章申
• 申請（專利權）人: 半導體元件工業(yè)有限責任公司
• 主分類號: H03M3/00
• 分類號: H03M3/00
• 代理公司: 北京派特恩知識產權代理有限公司 11270
• 代理人: 王琳;馬芬

本發(fā)明涉及一種Δ?Σ模數轉換器以及用于操作Δ?Σ模數轉換器的方法。所述Δ?Σ模數轉換器包括使用兩個開關電容器(SC)電路形成的積分器電路，所述兩個開關電容器電路共用單個運算放大器。所述開關電容器電路接收各種控制信號，使得一個SC電路進行采樣，而另一個SC電路同時進行積分。

技術領域

本發(fā)明涉及Δ-Σ模數轉換器以及用于操作Δ-Σ模數轉換器的方法。

背景技術

在多種電子設備和系統(tǒng)中，利用模數轉換器(ADC)將模擬信號轉換成數字信號。一種常用的ADC架構為Δ-Σ型ADC。Δ-Σ型ADC的差異化方面包括使用過采樣結合抽取濾波和量化噪聲整形。Δ-Σ型ADC的有利特性包括高分辨率和高穩(wěn)定性。由于這些特性，經常選擇Δ-Σ型ADC用于音頻系統(tǒng)，諸如聽力設備、麥克風等。

許多音頻應用需要高分辨率音頻，這需要ADC的操作頻率至少是標準頻率的兩倍。為了在常規(guī)的ADC中實現高分辨率音頻，必須增加電流，這也增加了功率消耗。因此，常規(guī)的ADC不能在提供高分辨率性能的同時保持特定的設計規(guī)范，諸如低功耗、低電流、高信噪比(SNR)和低總諧波失真(THD)。這部分地是由于Δ-Σ型ADC中常用的運算放大器(“op-amp”)的操作特性。

發(fā)明內容

本發(fā)明涉及Δ-Σ模數轉換器以及用于操作Δ-Σ模數轉換器的方法。

Δ-Σ模數轉換器包括使用兩個開關電容器(SC)電路形成的積分器電路，這兩個開關電容器電路共用單個運算放大器。開關電容器電路接收各種控制信號，使得一個SC電路進行采樣，而其余SC電路同時進行積分。

本發(fā)明解決的技術問題是，常規(guī)的ADC不能在提供高分辨率性能的同時保持特定的設計規(guī)范，諸如低功耗、低電流、高信噪比(SNR)和低總諧波失真(THD)。

根據第一方面，Δ-Σ模數轉換器包括：第一積分器電路，其包括：被配置為接收第一輸入信號和第二輸入信號的第一開關電容器電路；被配置為接收第一輸入信號和第二輸入信號的第二開關電容器電路；以及包括第一非反相輸入端子和第一反相輸入端子的第一放大器，其中：第一開關電容器電路連接至第一非反相輸入端子和第一反相輸入端子；并且第二開關電容電路連接至第一非反相輸入端子和第一反相輸入端子。

在一個實施方案中，Δ-Σ模數轉換器還包括與第一積分器電路串聯連接的第二積分器電路，其中第二積分器電路包括：第三開關電容器電路、第四開關電容器電路、以及包括第二非反相輸入端子和第二反相輸入端子的第二放大器，其中：第三開關電容器電路連接至第二非反相輸入端子和第二反相輸入端子；并且第四開關電容電路連接至第二非反相輸入端子和第二反相輸入端子。

在一個實施方案中，Δ-Σ模數轉換器還包括量化器，該量化器直接連接至第二放大器的輸出端子并且被配置為生成數字輸出值。

在一個實施方案中，Δ-Σ模數轉換器根據具有第一頻率的參考時鐘信號進行操作；量化器根據具有第一頻率的量化器時鐘信號進行操作；并且第一開關電容器電路和第二開關電容器電路根據第一時鐘信號和第二時鐘信號進行操作，其中第一時鐘信號和第二時鐘信號是具有第二頻率的非重疊信號，第二頻率是第一頻率的一半。

在一個實施方案中，Δ-Σ模數轉換器還包括選擇性地連接至第一開關電容器電路和第二開關電容器電路中的至少一個的多個數模轉換器；并且其中：多個數模轉換器具有數量為N個的數模轉換器；并且第一積分器電路包括多個電容器，其中多個電容器具有數量為N個的電容器。

根據第二方面，用于操作模數轉換器的方法包括：根據第一時鐘信號進行積分；根據第二時鐘信號進行采樣；其中：第一時鐘信號和第二時鐘信號是具有第一頻率的非重疊信號；并且同時進行積分和采樣。

在一個實施方案中，模數轉換器根據具有第二頻率的參考時鐘進行操作。

在一個實施方案中，該方法還包括根據具有與第二頻率相同的第三頻率的量化器時鐘來進行量化。