一种德尔塔调制器及其模数转换器制造技术

本发明专利技术公开了一种德尔塔调制器，包括：输入模块，用于输入第一模拟信号；转换模块，连接于输入模块，用于将上次的数据结果转换为第二模拟信号，也用于计算所述第一模拟信号和所述第二模拟信号的差值，还用于将所述差值转化为数字信号；控制模块，连接于转换模块，用于控制转换模块的转换或计算；累加模块，连接于转换模块，用于将数字信号进行累加，得到最终数据结果；输出模块，连接于所述转换模块和所述累加模块，用于将数字信号和最终数据结果进行输出；通过控制模块，复用转换模块实现量化、减法和数模转换的功能。本发明专利技术通过控制模块，来控制转换模块进行何种转换或计算；通过功能复用，降低了功耗，并减少了面积。

【技术实现步骤摘要】
一种德尔塔调制器及其模数转换器
本专利技术涉及德尔塔(Δ)调制器，特别涉及一种基于逐次逼近模数转换器(SARADC)的德尔塔(Δ)调制器。
技术介绍
现有的Δ调制器包括模拟输入端、减法模块、量化模块、累加模块、数字模拟转换模块和数字输出端，其结构图如图1所示，Δ调制器可以得到如图所示的两个数字输出，分别对应相邻时刻模拟输入的差值和模拟输入本身。其中减法模块一般用带有反馈的运算放大器实现；量化模块用模数转换器(ADC)来实现；而数字模拟转换模块可以采用如电流舵和电荷再分配等结构数字模拟转换器(DAC)。放大器需要消耗较高的能量，而DAC需要额外的参考电路，总功耗很高。另外较多的模块也必然增加了芯片面积，这些都限制了Δ调制器在低功耗应用中的使用。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提出一种Δ调制器，其采用复用量化器的方法来减少减法模块和DAC模块，以降低功耗和面积。本专利技术提供一种Δ调制器，包括：输入模块，用于输入模拟信号；输入模块，用于输入第一模拟信号；转换模块，连接于所述输入模块，用于将上次的数据结果转换为第二模拟信号，也用于计算所述第一模拟信号和所述第二模拟信号的差值，还用于将所述差值转化为数字信号；控制模块，连接于所述转换模块，用于控制转换模块的转换或计算；累加模块，连接于所述转换模块，用于将数字信号进行累加，得到最终数据结果；输出模块，连接于所述转换模块和所述累加模块，用于将数字信号和最终数据结果进行输出；通过控制模块，复用转换模块实现量化、减法和数模转换的功能，从而减少模块、减少面积。优选地，所述转换模块包括电荷分享逐次逼近模数转换器，所述电荷分享逐次逼近模数转换器包括：单调式的电容切换逐次逼近模数转换器、基于共模电压的逐次逼近模数转换器、分裂电容逐次逼近模数转换器。进一步地优选，所述单调式的电容切换逐次逼近模数转换器包括两组电容阵列、两组反向开关、比较器和逐次逼近逻辑控制单元。优选地，所述控制模块包括两组数据选择器和两组控制逻辑单元。优选地，所述Δ调制器还包括译码电路，所述译码电路连接于所述转换模块和控制模块，用于将二进制码转为补码，并输出到控制模块，使转换模块中电容数目减少一个。本专利技术还提供一种模数转换器，包括如上所述的Δ调制器，还包括抽取滤波器，所述抽取滤波器连接于所述输出模块之后，用于在过采样时，实现高信噪比的模数转换器。优选地，本专利技术中的抽取滤波器，根据抽取率，整个抽取窗口按照抽取率进行选择累加数据相加再做平均。本专利技术还包括一种模数转换方法，包括如下步骤：S1：通过输入模块，将第一模拟信号进行输入；S2：转换模块采样所述第一模拟信号，同时控制模块控制转换模块将上次的数据结果转换成第二模拟信号；转换模块计算所述第一模拟信号和所述第二模拟信号的差值；S3：转换模块将所述差值转换成数字信号，得到数字值并通过第一输出模块输出；S4：累加模块将所述数字信号的数字值进行累加，得到最终数据结果并通过第二输出模块输出；同时最终数据结果输送到转换模块。优选地，所述转换模块包括电荷分享逐次逼近模数转换器，所述电荷分享逐次逼近模数转换器包括：单调式的电容切换逐次逼近模数转换器、基于共模电压的逐次逼近模数转换器、分裂电容逐次逼近模数转换器。优选地，所述步骤S2包括：S21.转换模块中电容阵列上极板采样输入第一模拟信号；S22.控制模块控制P侧数据选择器将上次的数据结果送到P侧反向开关，控制N侧数据选择器将上次的数据结果送到N侧反相开关；电容阵列的下级板在反相开关的控制下选择连到参考电压或者是地，以完成将德尔塔调制器上次的数据结果转换成第二模拟信号；S23.转换模块中电容阵列上极板悬空，下级板全部切换到参考电压，以完成第一模拟信号和第二模拟信号的减法运算；优选地，所述步骤S3包括：转换模块以逐次逼近的方式将S2中在电容阵列上极板产生的电压差值转换成数字信号，得到数字值并通过第一输出模块输出；优选地，所述步骤S4包括：S41.累加模块将所述数字信号的数字值进行累加，得到最终数据结果并通过第二输出模块输出；S42.最终数据结果输送到P侧的数据选择器，经过反相器送到N侧的数据反相器。优选地，所述方法在过采样时，转换模块根据过采样率的大小，在控制模块的控制下，跳过高位电容，从次高位电容开始转换。优选地，所述步骤S42包括：最终数据结果经译码电路转为补码输送到P侧的数据选择器，经过反相器送到N侧的数据反相器。优选地，所述方法还包括：S5.当调制器工作在N倍过采样率时，通过抽取滤波器，对最终数据结果进行累加。本专利技术的有益效果：本专利技术通过控制模块来控制转换模块，既能将模拟信号转换为数字信号，又能将数字信号转换为模拟信号，还能计算相邻时刻模拟输入的差值。通过控制电路，复用转换模块，实现量化、减法和数模转换等多种功能，从而减小面积，降低功耗。在进一步的优选方案中还能获得更多的优点：例如：在过采样时，在控制模块的控制下，输入信号变化幅度较小，高权重值可以根据过采样率直接确定，从而转换时跳过高位电容，减少转换次数。又如：通过增加译码电路，将电容阵列中的电容减小一位，使得电容阵列面积减小一半，功耗进一步大大降低。附图说明图1为本专利技术
技术介绍
的Δ调制器结构示意图。图2为本专利技术具体实施方式的Δ调制器结构框架示意图。图3a为本专利技术实施例1以单调式电容切换SARADC为转换模块的Δ调制器结构示意图。图3b为本专利技术实施例1以基于共模电压的SARADC为转换器的Δ调制器结构示意图。图3c为本专利技术实施例1以基于分裂电容SARADC为转换器的Δ调制器结构示意图。图4a为本专利技术实施例2以单调式电容切换SARADC为转换模块的Δ调制器结构示意图。图4b为本专利技术实施例2以基于共模电压的SARADC为转换器的Δ调制器结构示意图。图4c为本专利技术实施例2以基于分裂电容SARADC为转换器的Δ调制器结构示意图。图5为本专利技术实施例1和实施例2的Δ调制器的工作过程示意图。图6为本专利技术实施例4的模数转换器。具体实施方式下面结合具体实施方式并对照附图对本专利技术作进一步详细说明，应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本专利技术的范围及其应用。本专利技术提供的Δ调制器，结构框架示意图如图2所示，只包括输入模块、转换模块、控制模块、累加模块和输出模块；图1所示的传统Δ调制器中的减法模块、量化模块和数字模拟转换模块都通过控制模块的调控作用在转换模块中实现。实例1本实施例提供一种Δ调制器，包括输入端、转换模块、控制模块、累加模块和输出端，其中转换模块为单调式电容切换的逐次逼近模数转换器(SARADC)，其结构示意图如图3a所示，包括：两组n+1个电容的电容阵列、两组n个反向开关、比较器和逐次逼近逻辑控制单元。控制模块包括：两组数据选择器和两组控制逻辑单元；控制模块设置在逐次逼近模数转换器到输出端的路径上，数据选择器在一定的控制逻辑单元的控制下，选择逐次逼近逻辑控制单元输出和数字积分器输出中的一组数据，送到反相开关中。累加模块为数字域积分器。如图5所示，Δ调制器工作过程需要n+3个时钟周期完成一次转换。这个时钟为Δ调制器外部给的控制时钟。其在周期1进行采样和数字模拟转换，即将Δ调制器的差分模拟输入信号采样到电容阵列的上极板，并在电容阵列下级板进行数字模拟转换；在周期2进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种德尔塔调制器，其特征在于，包括：输入模块，用于输入第一模拟信号；转换模块，连接于所述输入模块，用于将上次的数据结果转换为第二模拟信号，也用于计算所述第一模拟信号和所述第二模拟信号的差值，还用于将所述差值转化为数字信号；控制模块，连接于所述转换模块，用于控制转换模块的转换或计算；累加模块，连接于所述转换模块，用于将数字信号进行累加，得到最终数据结果；输出模块，连接于所述转换模块和所述累加模块，用于将数字信号和最终数据结果进行输出；通过控制模块，复用转换模块实现量化、减法和数模转换的功能。

【技术特征摘要】
1.一种德尔塔调制器，其特征在于，包括：输入模块，用于输入第一模拟信号；转换模块，连接于所述输入模块，用于将上次的数据结果转换为第二模拟信号，也用于计算所述第一模拟信号和所述第二模拟信号的差值，还用于将所述差值转化为数字信号；控制模块，连接于所述转换模块，用于控制转换模块的转换或计算；累加模块，连接于所述转换模块，用于将数字信号进行累加，得到最终数据结果；输出模块，连接于所述转换模块和所述累加模块，用于将数字信号和最终数据结果进行输出；通过控制模块，复用转换模块实现量化、减法和数模转换的功能。2.如权利要求1所述的德尔塔调制器，其特征在于，所述转换模块包括电荷分享逐次逼近模数转换器，所述电荷分享逐次逼近模数转换器包括：单调式的电容切换逐次逼近模数转换器、基于共模电压的逐次逼近模数转换器、分裂电容逐次逼近模数转换器；所述控制模块包括两组数据选择器和两组控制逻辑单元。3.如权利要求1所述的德尔塔调制器，其特征在于，还包括译码电路，所述译码电路连接于所述转换模块和控制模块，用于将二进制码转为补码，并输出到控制模块，使转换模块中电容数目减少一个。4.一种模数转换器，其特征在于，包括如权利要求1-3所述的德尔塔调制器，还包括抽取滤波器，所述抽取滤波器连接于所述输出模块之后，用于在过采样时，实现高信噪比的模数转换器。5.如权利要求4所述的模数转换器，其特征在于，所述抽取滤波器，根据抽取率，整个抽取窗口按照抽取率进行选择累加数据相加再做平均。6.一种模数转换方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：通过输入模块，将第一模拟信号进行输入；S2：转换模块采样所述第一模拟信号，同时控制模块控制转换模块将上次的数据结果转换成...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯海刚，于宝亮，
申请(专利权)人：清华大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东,44