[發明專利]一種用于低頻計量的斬波調制方法、斬波Sigma-Delta調制器

在審

• 申請號: 202211424374.7
• 申請日: 2022-11-15
• 公開（公告）號: CN116192150A
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 廖永波;徐璐;路遠;劉仰猛;魏超;黃樂天
• 申請（專利權）人: 電子科技大學長三角研究院（湖州）
• 主分類號: H03M3/00
• 分類號: H03M3/00
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 郭美

本發明提供了一種用于低頻計量的斬波調制方法、斬波Sigma?Delta調制器。通過獲取低頻信號并執行第一斬波調制，獲取第一調制信號，并輸入至放大器；放大器中的1/f噪聲、失調電壓疊加至第一調制信號，輸出第一混合信號；對第一混合信號執行第二斬波調制，獲取第二調制信號；第二調制信號包括低頻部分以及高頻部分，低頻部分包括第一調制信號對應的低頻信號，高頻部分包括1/f噪聲與失調電壓經過第二斬波調制后的高頻信號；對第二調制信號執行低通濾波，獲取低頻信號。相比于現有技術，一方面，通過兩級斬波調制，消除調制器電路中的低頻誤差；另一方面，將Sigma?Delta調制器共模抑制能力顯著提高，從而提高調制器整體的轉換精度。

技術領域

本發明涉及噪聲抑制技術領域，具體而言，涉及一種用于低頻計量的斬波調制方法、斬波Sigma-Delta調制器。

背景技術

隨著傳感器技術、生物技術等其他學科的發展，用于低頻計量的Sigma-Delta?ADC得到了廣泛的研究。其中，奈奎斯特速率逐次逼近寄存器(Successive-ApproximationRegister，SAR)模數轉換器是最受歡迎的一種，因為它具有高功率效率和小面積。但是它通常需要額外的數字校準技術來實現高分辨率，且目前最高的信號分辨率也很難做到18位。

過采樣Sigma-Delta模數轉換器是另一種廣泛采用的架構，可分為連續時間(Continuous-Time，CT)和離散時間(Discrete-Time，DT)兩類。盡管CT?Sigma-Delta模數轉換器的固有抗混疊特性降低了功耗，但對工藝、電壓和溫度變化的敏感性使其在應用于穩定且長期的低頻計量應用中不占有優勢。近年來出現了基于壓控振蕩器(Voltage-Controlled?Oscillator，VCO)的模數轉換器，由于其固有的噪聲整形，它有利于信噪比的提升。然而，噪聲是限制其動態范圍(Dynamic?Range，DR)的根本問題。考慮到上述所有方面，DT?Sigma-Delta模數轉換器是在穩健的低頻計量應用中實現低噪聲、高分辨率和DR的最佳選擇。

Sigma-Delta?ADC一般由模擬前端電路、Sigma-Delta調制器和數字信號處理三部分組成。Sigma-Delta調制器作為DT?Sigma-Delta模數轉換器中最關鍵的模塊，它的性能通常決定著整個模數轉換器的最終性能。

對于用于低頻計量的Sigma-Delta調制器這樣一個低頻模擬系統，由制造工藝產生的MOS管1/f噪聲以及運放自身的直流失調會嚴重降低的信號質量。自調零技術(Auto-Zeroing)是消除低頻噪聲一種有效手段，基本原理是在一個時鐘周期對放大器輸入失調進行采樣，在另一個周期再將輸入失調減去。自調零的基本結構包括輸出失調存儲(OutputOffset?Storage，OOS)和輸入失調存儲(Input?Offset?Storage，IOS)。自調零技術在工作過程中引入了采樣操作，為了在半個時鐘周期內完成信號建立，放大器的帶寬需要大于自調零的開關頻率，這造成了欠采樣，使得高頻的噪聲折疊回帶內，從而增加了噪底，惡化電路的噪聲性能。為此，亟需一種能夠降低1/f噪聲與輸出直流失調，使低頻計量應用獲得更好的噪聲性能的調制方案。

發明內容

有鑒于此，本發明實施例的目的在于提供一種用于低頻計量的斬波Sigma-Delta調制器。本發明可以降低1/f噪聲與輸出直流失調，使低頻計量應用獲得更好的噪聲性能。

本發明的第一方面提供了一種用于低頻計量的斬波調制方法，所述方法包括：

獲取低頻信號并執行第一斬波調制，獲取第一調制信號，并輸入至放大器；

放大器中的1/f噪聲、失調電壓疊加至所述第一調制信號，輸出第一混合信號；

對第一混合信號執行第二斬波調制，獲取第二調制信號；所述第二調制信號包括低頻部分以及高頻部分；其中，所述低頻部分包括第一調制信號對應的低頻信號；所述高頻部分包括1/f噪聲與失調電壓經過第二斬波調制后的高頻信號；