用于过采样数据转换器的系统和方法技术方案

技术编号:19750839 阅读:36 留言:0更新日期:2018-12-12 05:41
本公开提供了用于过采样数据转换器的系统和方法。根据一个实施例,一种电路包括具有取决于第一输入处的输入信号的振荡频率的第一振荡器,其中第一振荡器被配置为当启用输入处于第一状态时振荡并且当启用输入处于第二状态时冻结其相位或降低其频率。所述电路还包括具有耦合到第一振荡器的输出的输入的第一时间数字转换器、以及具有耦合到所述电路的第一时钟输入的输入和耦合到第一振荡器的启用输入的输出的脉冲发生器,其中脉冲发生器被配置为产生具有的脉冲宽度小于第一时钟输入处的时钟信号的周期的脉冲。

【技术实现步骤摘要】
用于过采样数据转换器的系统和方法
本专利技术一般地涉及一种电子设备,并且在特定实施例中涉及用于过采样数据转换器的系统和方法。
技术介绍
音频传声器通常被用于各种消费类应用,诸如蜂窝电话、数字录音机、个人电脑和电话会议系统。特别地,低成本的驻极体电容式传声器(ECM)被用于大规模生产的成本敏感型应用中。ECM传声器通常包括驻极体材料膜,所述驻极体材料膜被安装在具有声音端口和电输出端子的小封装件中。驻极体材料粘附在隔膜上或组成隔膜本身。大多数ECM传声器还包括前置放大器,所述前置放大器可以被连接到目标应用(诸如手机)中的音频前端放大器。另一种类型的传声器是微电子机械系统(MEMS)传声器,其可以被实现为压敏隔膜被直接蚀刻到集成电路上。在MEMS传声器以小尺寸封装实现的应用(诸如智能手机或平板电脑)中,MEMS传声器通常被耦合到集成电路,所述集成电路偏置MEMS传声器,放大MEMS传声器的输出,并且对MEMS传声器的电输出执行模数转换。这些功能中的每一个都消耗功率,并可能消耗宝贵的芯片和/或电路板面积。然而,小尺寸应用通常也是低功率、用电池供电的设备,其对功耗敏感。为了保持较长的电池寿命,MEMS传声器的功耗、其板级音频接口以及其电子部件的尺寸被最小化,以便节省电池寿命并保持小尺寸。
技术实现思路
根据一个实施例,电路包括第一振荡器,第一振荡器具有取决于第一输入处的输入信号的振荡频率,其中第一振荡器被配置为当启用输入处于第一状态时振荡并且在启用输入处于第二状态时冻结其相位或降低其频率。该电路还包括具有与第一振荡器的输出耦合的输入的第一时间数字转换器以及具有与该电路的第一时钟输入耦合的输入和与第一振荡器的启用输入耦合的输出的脉冲发生器,其中脉冲发生器被配置为产生具有比第一时钟输入处的时钟信号的周期更小的脉冲宽度的脉冲。附图说明为了更完整地理解本专利技术及其优点,现在结合附图参考以下描述,附图中:图1A示出了示例性过采样数据转换器的示意图,图1B示出了基于一阶振荡器的西格玛德尔塔调制器的一部分的框图,以及图1C示出了说明图1B的系统的操作的波形图;图2A示出了实施例过采样数据转换器的示意图,图2B示出了实施例基于一阶振荡器的西格玛德尔塔调制器的一部分的框图,以及图2C示出了说明图2B的系统的操作的波形图;图3A至图3F示出了描述实施例振荡器电路的示意图和波形图;图4A至图4D示出了描述实施例脉冲发生器电路的示意图和框图;图5A示出了实施例相位参考积分器的框图,图5B示出了描述图5A中所示的相位参考积分器的操作的波形图,以及图5C示出了实施例时间数字转换器,以及图5D示出了使用图5C的时间数字转换器的实施例基于一阶振荡器的西格玛德尔塔调制器的一部分的框图;图6A示出了实施例传声器系统,以及图6B示出了实施例传感器系统;图7示出了针对各种示例过采样数据转换器的相对于抖动的SNR的图;以及图8示出了实施例方法的流程图。除非另有说明,否则不同附图中的相应数字和符号通常指相应部分。附图被绘制以清楚地示出优选实施例的相关方面,并且不一定按比例绘制。为了更清楚地说明某些实施例,指示相同结构、材料或处理步骤的变化的字母可以遵循图形编号。具体实施方式目前优选实施例的制作和使用在下面被详细讨论。然而,应该理解的是,本专利技术提供了许多可应用的专利技术构思,其可以体现在各种各样的具体上下文中。所讨论的具体实施例仅仅是说明制造和使用本专利技术的具体方式,并不限制本专利技术的范围。本专利技术将关于具体上下文中的实施例来被描述,即针对诸如MEMS传感器或传声器的电容性信号源以及诸如压力传感器和加速度计的电容传感器的过采样数据转换系统和方法。然而,本专利技术也可应用于其中电或物理量值可被编码为信号频率的其他类型的电路和系统,例如音频系统、通信系统和传感器系统。在本专利技术的实施例中,振荡器被用作过采样数据转换器中的集成元件。这些振荡器可以例如使用电压控制振荡器(VCO)、电流控制振荡器(CCO)、电抗控制振荡器和/或数字控制振荡器(DCO)或本领域已知的具有可控制的频率的任何其他类型的振荡器来实现。系统采样时钟的相位噪声或抖动的影响通过将VCO和/或DCO的操作限制为仅采样周期的第一部分并且在采样周期的第二部分期间冻结VCO和/或DCO而减小。在一些实施例中,这通过使用本地脉冲发生器来激活和去激活VCO和/或DCO来完成。当振荡器被去激活时,存储在诸如电容器或电感器等电抗元件中的大部分或全部能量保持不变。因此,振荡器的相位状态在激活期间被保持。因为本地脉冲发生器的定时抖动具有比系统采样时钟的定时抖动更低的幅度,所以在一些情况下,由于系统采样时钟上的时钟抖动,实施例过采样数据转换器的信噪比经历较少的退化。图1A示出了使用电压控制振荡器(VCO)104和112作为集成元件的示例性二阶过采样数据转换器100。如图所示,VCO104接收输入信号x(t)并产生具有与输入信号x(t)成比例的输出频率的信号。VCO104的输出由相位参考积分器106累积。因此,VCO104和相位参考积分器106的组合起到过采样数据转换器的第一积分器的作用。相位参考积分器106的数字输出被用来设置DCO108的频率,DCO108的输出由相位参考积分器114累积。如图所示,DCO108可以使用电流数字模拟转换器(IDAC)110和VCO112来实现。比较器116将相位参考积分器114的输出与预定值进行比较以产生数字输出y[n]。相位参考积分器106和114内的反馈计数器基于数字输出y[n]来增加和减少。在一些实施例中,比较器116可以是用于多位转换器实现的多位比较器和/或模数转换器。在许多实际的数据转换系统中,由过采样数据转换器100使用的系统采样时钟(clk)例如由数字CODEC电路(未示出)提供,该电路对接收到的输出y[n]执行音频处理。由于噪声时钟产生电路和对电源干扰敏感的长时钟路径,由数字CODEC产生的系统采样时钟常常会严重抖动。由这种抖动引起的定时不确定性可能通过在每个时钟周期结束时在相位参考积分器106和114的最终值中引入不确定性而降低过采样数据转换器100的性能。抖动对系统采样时钟的影响在图1B和图1C中所示。图1B示出了包括VCO122、计数器124、寄存器126和差分块128的基于一阶振荡器的西格玛德尔塔调制器的一部分的功能框图。如图所示,VCO122的输出w(t)使计数器124增加,寄存器126在系统采样时钟的边沿对计数器124的输出c(t)进行采样,以及差分块128从寄存器126的当前值中减去寄存器126的先前值以产生数字输出y[n]。在操作期间,VCO122、计数器124和寄存器126将信号x(t)编码成在由系统采样时钟定义的采样周期期间发生的多个周期。图1C示出了显示计数器124关于时间的输出c(t)的注释波形图。如图所示,在系统采样时钟的时钟周期开始时,从时间t=T0开始,计数器124的输出c(t)从零增加到6。时间Ts代表系统采样时钟的下一个时钟周期开始的理想时间以及计数器124的值由寄存器126针对非抖动时钟采样的理想时间二者。因此,如果系统采样时钟具有可忽略的抖动,则计数器124的采样值为5,如图1C所示。然而,在系统采样时钟具有明显抖动的系统中,如波形图上由虚线本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电路,包括:第一振荡器,具有取决于第一输入处的输入信号的振荡频率,其中所述第一振荡器被配置为当启用输入处于第一状态时振荡并且当所述启用输入处于第二状态时冻结其相位;第一时间数字转换器,具有与所述第一振荡器的输出耦合的输入;以及脉冲发生器,具有与所述电路的第一时钟输入耦合的输入和与所述第一振荡器的所述启用输入耦合的输出,其中所述脉冲发生器被配置为产生具有比所述第一时钟输入处的时钟信号的周期更小的脉冲宽度的脉冲。

【技术特征摘要】
2017.05.30 US 15/608,8071.一种电路,包括:第一振荡器,具有取决于第一输入处的输入信号的振荡频率,其中所述第一振荡器被配置为当启用输入处于第一状态时振荡并且当所述启用输入处于第二状态时冻结其相位;第一时间数字转换器,具有与所述第一振荡器的输出耦合的输入;以及脉冲发生器,具有与所述电路的第一时钟输入耦合的输入和与所述第一振荡器的所述启用输入耦合的输出,其中所述脉冲发生器被配置为产生具有比所述第一时钟输入处的时钟信号的周期更小的脉冲宽度的脉冲。2.根据权利要求1所述的电路,其中所述第一时间数字转换器包括具有与所述第一振荡器的所述输出耦合的时钟输入的计数器。3.根据权利要求1所述的电路,进一步包括基于振荡器的积分器级,所述基于振荡器的积分器级包括:数字控制振荡器(DCO),具有与所述第一时间数字转换器的所述输出耦合的频率控制输入;以及第二时间数字转换器,具有与所述DCO的输出耦合的输入。4.根据权利要求3所述的电路,其中所述DCO进一步包括与所述脉冲发生器的所述输出耦合的启用输入,并且所述DCO被配置为当所述启用输入处于所述第一状态时振荡并且当所述启用输入处于所述第二状态时冻结其相位。5.根据权利要求1所述的电路,进一步包括:反馈计数器;减法电路,具有与所述第一时间数字转换器的输出耦合的第一输入和与所述反馈计数器的输出耦合的第二输入;以及比较器,具有与所述反馈计数器的输出耦合的输入和与所述反馈计数器的上/下选择输入耦合的输出。6.根据权利要求1所述的电路,其中所述脉冲发生器包括:第二振荡器;计数器,具有与所述第二振荡器的输出耦合的输入和与所述电路的所述第一时钟输入耦合的复位输入;以及比较器,耦合到所述计数器的输出。7.根据权利要求1所述的电路,其中所述脉冲发生器包括:触发器,具有与所述电路的所述第一时钟输入耦合的设置输入;以及延迟电路,耦合在所述触发器的输出与所述触发器的复位输入之间。8.根据权利要求1所述的电路,其中所述第一振荡器包括环形振荡器,所述环形振荡器包括多个级,其中所述多个级的每个级包括反相器和耦合在所述反相器的供电端子与电源节点之间的开关,并且所述开关包括与所述第一振荡器的所述启用输入耦合的控制节点。9.根据权利要求1所述的电路,其中所述第一振荡器包括张弛振荡器。10.一种操作电路的方法,所述方法包括:接收输入信号;当接收到时钟信号的边沿转变时,针对第一时间段启用第一振荡器,其中所述第一时间段小于所述时钟信号的周期,并且所述第一振荡器产生具有基于所述输入信号的频率的振荡信号;在接收到所述时钟信号的所述边沿转变之后,对所述振荡信号的振荡次数进行计数;以及在所述第一时间段结束时冻结所述第一振荡器。11.根据权利要求10所述的方法,其中接收所述输入信号包括从传声器接收所述输入信号。12....

【专利技术属性】
技术研发人员:C·巴法F·卡德斯加西亚L·赫尔南德兹科尔波拉莱斯A·昆特罗阿隆索A·韦斯鲍尔
申请(专利权)人:英飞凌科技奥地利有限公司
类型:发明
国别省市:奥地利,AT

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