模数转换器的方法和设备技术

技术编号:17617737 阅读:33 留言:0更新日期:2018-04-04 08:25
本技术的各种实施例可以包括用于模数转换器的方法和设备。根据本发明专利技术的各个方面的用于ADC的方法和设备可以结合根据定时信号的频率而变化的参考电压来操作。通过根据定时信号的频率改变参考电压,ADC生成具有基本上固定的电压变化的数字输出,而与定时信号的频率无关。

The method and equipment of analog to digital converter

Various embodiments of the technology may include methods and devices for analog to digital converters. The methods and devices for ADC according to the various aspects of the invention can be operated in combination with a reference voltage varying according to the frequency of a timing signal. By changing the reference voltage according to the frequency of the timing signal, ADC generates a digital output with a basically fixed voltage change, which is independent of the frequency of the timing signal.

【技术实现步骤摘要】
模数转换器的方法和设备
本专利技术涉及模数转换器的方法和设备。
技术介绍
模数转换器(ADC)在各种电子装置和系统中用于将模拟信号转变为数字信号。通常使用的一种ADC架构是Δ-ΣADC。Δ-ΣADC的差异化方面包括使用过采样与抽取滤波和量化噪声整形的结合。Δ-ΣADC的有利特性包括高分辨率和高稳定性。由于这些特性,经常选择Δ-ΣADC用于音频系统,例如听力装置、麦克风等。由于使用Δ-ΣADC的许多装置的低工作电压,可以大大减少信噪比(SNR)性能和动态范围。系统的动态范围可以被描述为系统的噪声分量和削波(clipping)开始(电源不再足以提供更大波形的电平)之间的幅度范围,而SNR可以被描述为信号分量(在某个任意电平)与噪声分量的比。许多音频应用需要增强的SNR性能和动态范围,同时保持特定的设计规范(例如工作电压、过采样比和芯片尺寸的总面积)。Δ-ΣADC通常采用数字信号处理器来校正过放大的信号,去除噪声分量等。通常需要来处理宽电压范围的数字信号处理器包括包含许多组件的多个电路,并且通常在芯片上占据大面积。
技术实现思路
本技术的各种实施例可以包括用于模数转换器(ADC)的方法和设备。根据本专利技术的各个方面的用于ADC的方法和设备可以结合根据定时信号的频率而变化的参考电压来操作。通过根据定时信号的频率变化参考电压,ADC生成具有基本上固定的电压变化的数字输出,而与定时信号的频率无关。附图说明当结合以下说明性附图考虑时,通过参考详细描述可以得出对本技术的更完整的理解。在下面的附图中,相同的附图标记在所有附图中指代相似的元件和步骤。图1是根据本技术的示例性实施例的系统的框图;图2是根据本技术的示例性实施例的模数转换器的框图;图3是根据本技术的示例性实施例的模数转换器的电路示意图;图4是根据本技术的示例性实施例的模拟到数字的积分器电路;图5是根据本技术的示例性实施例的模数转换器的框图;图6是根据本技术的示例性实施例的参考电压发生器的电路示意图;图7是根据本技术的示例性实施例的参考电压发生器的电路示意图;图8A是示出根据本技术的示例性实施例的参考电压与频率的关系的曲线图;图8B是示出根据本技术的示例性实施例的电流与频率的关系的曲线图;图9是示出根据本技术的示例性实施例的ADC输入值与频率的关系的曲线图;图10是示出根据本技术的示例性实施例的Δ-Σ调制器满量程值与频率的关系的曲线图;和图11是示出根据本技术的示例性实施例的Δ-Σ调制器数字输出值与频率的关系的曲线图。具体实施方式可以按照功能块组件和各种处理步骤来描述本技术。这样的功能块可以由被配置为执行指定功能并实现各种结果的任何数量的组件来实现。例如,本技术可以采用可以执行各种功能的各种半导体装置,例如晶体管、电容器等。此外,本技术可以结合任何数量的电子系统(诸如汽车、航空和消费电子)来实施,并且所描述的系统仅仅是用于该技术的示例性应用。此外,本技术可以采用任何数量的常规技术用于信号采样、信号滤波、信号量化等。根据本技术的各个方面的用于Δ-ΣADC的方法和设备可以结合任何合适的电子系统(诸如音频系统、麦克风系统、视频电话、声学系统、听力装置等等)来操作。参考图1,根据本技术的各个方面的电子装置可以包括音频系统,在这种情况下是数字微机电系统(MEMS)麦克风集成的芯片105。该系统可以包括MEMS装置110、前置放大器115、第一滤波器120和ADC125。在各种实施例中,MEMS装置110可以例如使用压敏膜将声音转换成电信号。MEMS装置110可以使用常规MEMS处理技术来制造。然而,模拟信号源可以包括任何合适的模拟信号源,诸如麦克风、传感器或信号发生器。MEMS装置110的输出130可以直接或间接地耦接到ADC125的输入端子140。由MEMS装置110生成的输出130信号可以被初始处理,诸如放大和/或滤波输出130信号。例如,前置放大器115、第一滤波器120和ADC125可以串联耦接。前置放大器115和第一滤波器120可以根据任何适当的常规半导体材料和技术来制造。在各种实施例中,IC105可以耦接到或包括时钟发生器或用于产生时钟信号CLK的其它定时电路(未示出)。时钟信号CLK可以被发送到IC105的输入。时钟发生器可以产生对称的方波和/或其它合适的波形。在各种实施例中,时钟发生器可以由谐振电路和放大器形成。时钟发生器可以形成在与IC105相同的芯片上或者配套芯片上。相位发生器150可以例如使用时钟信号CLK来生成定时信号。在本实施例中,相位发生器150生成多个定时信号以操作IC中的各种开关。在各种实施例中,相位发生器150可以生成具有第一相位和第二相位的非重叠的两相定时信号。在替代实施例中,相位发生器150可以产生具有第一、第二、第三和第四相位的非重叠的四相定时信号,这可以提供增加的性能。相位发生器150可以使用常规方法和组件来形成。在各种实施例中,IC105可以在模数转换之前处理输出130信号,例如以抑制混叠和/或产生具有期望精度的信号。例如,IC105可以包括第一滤波器120(诸如低通滤波器)以通过频率低于预定频率的输入模拟信号AIN,并且使频率高于预定频率的信号衰减。在各种实施例中,第一滤波器120可以被配置为模拟滤波器。在各种实施例中,可以使用诸如电阻元件R和/或电容器CLP的无源元件来制造第一滤波器120,例如因为这样的无源元件可以尺寸小并且消耗比有源元件(例如晶体管)更少的电流。在示例性实施例中,电阻元件R和电容器CLP串联耦接。参考图2,在示例性实施例中,ADC125可以被配置为与第一滤波器120和/或前置放大器115串联耦接的Δ-ΣADC。ADC可以以任何合适的方式配置用于特定应用和/或环境。在各种实施例中,ADC125可以包括用于将输入信号ADCIN转换为数字信号DOUT的Δ-Σ调制器200和数字电路205。在一个实施例中,数字电路205包括抽取滤波器210和第二滤波器215。在各种实施例中,第二滤波器215可以包括用于滤除低于预定频率的信号的高通滤波器。数字电路205可以形成在与IC105相同的芯片上或者在配套芯片上,并且可以包括用于处理Δ-Σ调制器200的输出340以用作数字输出信号的任何合适的系统。参考图3,示例性Δ-Σ调制器200可以包括积分器305、反馈数模转换器(DAC)300和量化器310。在各种实施例中,积分器305可以包括开关电容器型的积分器,其包括第一、第二、第三和第四开关装置SW1、SW2、SW3、SW4,采样电容器C1和具有反馈电容器C2的运算放大器315,以对输入电压的样本进行积分。积分器305可以利用任何合适的技术和/或制造方法(诸如CMOS技术)来形成。采样电容器C1可以存储基于采样电压的电荷。采样电容器C1的第一板320可以经由第一开关装置SW1选择性地耦接到输入端子355,并且采样电容器C1的第二板325可以经由第四开关装置SW4选择性地耦接到运算放大器400。积分器305可以利用第二开关装置SW2在与第一开关装置SW1相反的相位期间选择性地将采样电容器C1的第一板320耦接到共模电压Vc,并且利用第三开关装置SW3在与第四开关装置SW4相反的相位期间选择性地将采样电容器C1的第二板325耦接到本文档来自技高网...
模数转换器的方法和设备

【技术保护点】
一种集成电路,能够接收具有第一电压范围的输入信号,所述集成电路包括:相位发生器,被配置为生成定时信号;参考电压发生器,响应于所述相位发生器并且被配置为生成参考电压,所述参考电压包括与所述定时信号的频率成反比的幅度;和具有可调节的满量程电压的模数转换器,耦接到所述参考电压发生器并响应于所述参考电压;其中:所述可调节的满量程电压被调节为基本上匹配所述第一电压范围;以及所述模数转换器发送具有基本恒定电压的数字值。

【技术特征摘要】
2016.09.27 US 15/276,9431.一种集成电路,能够接收具有第一电压范围的输入信号,所述集成电路包括:相位发生器,被配置为生成定时信号;参考电压发生器,响应于所述相位发生器并且被配置为生成参考电压,所述参考电压包括与所述定时信号的频率成反比的幅度;和具有可调节的满量程电压的模数转换器,耦接到所述参考电压发生器并响应于所述参考电压;其中:所述可调节的满量程电压被调节为基本上匹配所述第一电压范围;以及所述模数转换器发送具有基本恒定电压的数字值。2.根据权利要求1所述的集成电路,其中所述模数转换器包括数模转换器,所述数模转换器耦接到:所述模数转换器的输出端子;和所述参考电压发生器的输出端子,其中所述数模转换器接收所述参考电压。3.根据权利要求1所述的集成电路,其中所述参考电压发生器包括初级电路和次级电路,其中:所述初级电路生成第一电流和所述参考电压;所述次级电路基于所述定时信号的所述频率生成第二电流;以及所述第一电流响应于所述第二电流。4.一种用于信号转换的方法,该方法利用模数转换器,所述方法包括:生成具有频率的定时信号;根据所述定时信号的所述频率生成参考电压,其中,所述参考电压与所述定时信号的所述频率成反比;根据所述参考电压操作所述模数转换器;在...

【专利技术属性】
技术研发人员:大西章申
申请(专利权)人:半导体元件工业有限责任公司
类型:发明
国别省市:美国,US

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