积分器输出摆幅降低制造技术

本发明专利技术涉及积分器输出摆幅降低。在一个示例实施方式中，本发明专利技术提供了一种用于时间连续ΣΔ模数转换器的回路滤波器。具体地，容性反馈数模转换器路径被布置在一连串运算放大器积分器中的第一运算放大器的输入处。第一运算放大器的输入处的容性反馈数模转换器减少了第一运算放大器的输出处的信号内容，从而降低了第一运算放大器的输出摆幅。输出摆幅的降低提供了更有效的回路滤波器。

【技术实现步骤摘要】
积分器输出摆幅降低
本专利技术总体上涉及降低输出摆幅，更具体地涉及降低ΣΔ(sigma-delta)模数转换器中的积分器输出摆幅。
技术介绍
基于ΣΔ调制的模数转换器(ADC)已经被广泛用于数字音频和高精度乐器系统。近来，随着时间连续ΣΔ调制器被越来越多地用于纳米互补金属氧化物半导体(CMOS)设计，ΣΔADC被常用于基础宽带无线电接收器。一般，ΣΔADC具有回路滤波器，其包括(一连串)一个或多个运算放大器(opamp)积分器，其中每个运算放大器积分器可具有输入处的电阻器、运算放大器和反馈路径中的电容器。N阶ΣΔADC可具有回路滤波器中的N个级的运算放大器积分器，回路滤波器布置用于产生用于粗量化模数转换器的输出从而产生脉冲串。脉冲串随后作为输入被提供给返回至回路滤波器的反馈路径中的数模转换器。如果粗量化ADC产生1位数字输出脉冲串，数字输出通常被提供给数字滤波器和抽取器以产生多位数字输出。时间连续ΣΔ调制器的效率是回路滤波器中的级的信号增益的函数。在设计时间连续ΣΔ(CTSD)ADC时，一个设计目标是针对给定积分器增益降低积分器输出摆幅，由此放大器失真更小而且电流消耗更低。具有诸如信号传递函数(STF)之类的有利特征的拓扑结构通常受困于前端级中的低信号增益，从而限制了其效率。低信号增益是积分器输出处的必须被缩小至符合所用电路的摆幅限制内的大摆幅导致的结果。如果信号摆幅可以减小而不影响信号传递函数(STF)，则回路滤波器保持期望的特性同时增大了效率。积分器输出摆幅由系数大小和电源电压净空确定。当积分器被缩放用于更小的摆幅时，积分器的AC增益也下降。这种实施方式会导致源于运算放大器积分器的后续级的大的噪声成分。如果积分器级的未缩小的输出摆幅可减小，则其缩放后的信号增益将增大。因此，期望降低运算放大器输出摆幅而不显著地影响STF和/或损害性能。
技术实现思路
本专利技术总体上涉及用于降低适合于时间连续ΣΔ模数转换器的回路滤波器的积分器的输出摆幅的设备和方法。回路滤波器被配置成过滤模拟输入Vin，而且回路滤波器包括一连串运算放大器积分器。进入该一连串运算放大器积分器的输入是Vin，而且运算放大器积分器的一个或多个输出被提供给模数转换器以产生数字输出dOUT。具体地，回路滤波器包括一个或多个反馈路径用于降低积分器输出摆幅。在一个(容性耦接的)反馈路径中，第一反馈电压输出数模转换器VDAC2将dOUT作为输入并且其电压输出通过第一电容器CDAC2连接至该一连串运算放大器积分器中的第一运算放大器的输入节点。第一反馈电压输出数模转换器VDAC2有利地经由反馈路径提供了信号内容以便基本上消除第一运算放大器的输出节点处的所有信号内容。通过降低输出节点处的信号内容，未缩放的输出摆幅可针对第一运算放大器有效减小，允许其增益增大，从而改进系统效率。通过使用反馈路径代替直接使用VIN的前馈路径，信号传递函数与使用前馈路径来消除信号内容的情况相比未那么严重地受到影响。更好的灵活性可用于应用反馈路径，并允许系统符合更严格的信号传递函数要求。容性DAC、VDAC2可与第二反馈电流输出数模转换器IDAC2结合使用，第二反馈电流输出数模转换器IDAC2将dOUT作为输入并且其电流输出连接至该一连串运算放大器积分器中的第二运算放大器的输入节点。IDAC2可被配置成汲取电流以协助第一运算放大器，而且电流IDAC2汲取的量基于VIN和dOUT。VDAC2和IDAC2可共同地作用来降低流入第二运算放大器的输入节点和/或处于第一运算放大器的输出节点处的净电流。具有容性DAC和电流输出DAC的这种配置可被平衡以实现针对给定输入轮廓的降低的输出摆幅(例如，基于输入的带宽和频率)。在一些实施例中，电流输出DAC可被基本去除，或者电流输出DAC的作用可显著地由容性耦接的电压输出DAC代替。具体地，容性耦接的电压输出DAC、VDAC2可通过电容器CDAC2和第一运算放大器的输出处的第一运算放大器积分器的反馈电容器C1产生电压VDAC2@out1以提供等效电压来降低流入第二运算放大器的输入节点的电流。在一些实施例中，VDAC2被配置成通过提供由原本由IDAC2汲取的电流以及第一运算放大器的输出节点和第二运算放大器的输入节点之间的电阻器R2的电阻确定的等效电压，基本上去除了IDAC2的作用。例如，假设第一运算放大器积分器具有反馈电容器C1，则可通过根据－IDAC2×C1×R2/VDAC2选择CDAC2来提供等效电压。在一些实施例中，第二电容器-CDAC2连接至VDAC2的输出和第一运算放大器的输出节点。附加的电容器有利地通过提供第一运算放大器的输出节点处由于VDAC2的动作而需要的足够的电荷，从而针对容性DAC所需的瞬态响应(即，VDAC2)协助第一运算放大器。附图说明图1是图示出示例性二阶ΣΔ调制器的简化示意图；图2是根据本专利技术实施例的用于ΣΔ调制器的示例性回路滤波器的简化示意图；图3是根据本专利技术实施例的用于ΣΔ调制器的示例性回路滤波器的简化示意图；图4是根据本专利技术实施例的用于ΣΔ调制器的示例性回路滤波器的简化示意图；以及图5是根据本专利技术实施例的用于ΣΔ调制器的示例性回路滤波器的简化示意图。具体实施方式ΣΔ调制器被广泛用于音频及高精度乐器系统中的模数转换器(ADC)、或其中期望高数据分辨率的任意应用。ΣΔ调制器是具有高功效和低噪声的用于对模拟输入VIN采样的ADC的关键部分。ΣΔ调制器具有双输入回路滤波器和粗量化ADC(例如，1位ADC，可统称为量化器)。回路滤波器将模拟输入VIN作为输入之一，并产生数字输出dOUT(例如，脉冲串)。随后dOUT在反馈路径中被提供至回路滤波器作为回路滤波器的另一个输入。在一些情况下，dOUT被提供至数字滤波器和/或抽取器以产生多位输出。回路滤波器可具有一个或多个积分器(也称为积分器级)。N阶回路滤波器可具有N个积分器级，其中每个积分器级包括运算放大器的输入节点处的电阻器、运算放大器和反馈电容器，反馈电容器将运算放大器的输出节点连接至运算放大器的输入节点(用于时间连续ΣΔ回路滤波器)。与具有更低阶的回路滤波器相比，更高阶的回路滤波器通常提供更好的噪声整形效果，如果低通滤波器被提供用于滤除数字域中的噪声，则其实现了更低的总体噪声。反馈DAC被连接至一些或全部积分器级。其中反馈DAC连接至每个积分器的调制器被称为'反馈调制器'，而其中具有单个DAC处于第一个积分器处的调制器被称为前馈调制器(因为它们使用前馈路径来代替另一DAC)。还存在混合调制器，其仅仅利用前馈路径替代远离该第一个积分器的一些DAC。该技术可适用于反馈和混合调制器，因为远离该第一个积分器的DAC路径的改型。图1是图示出示例性二阶ΣΔ调制器的简化示图，其包括两个积分器级。模拟输入(图示为正弦波，标记为xi)被提供作为回路滤波器的输入，回路滤波器具有一连串积分器(在该情况下，两个积分器)。积分器的一个或多个输出被提供至图示的1位ADC(粗量化ADC)以产生数字输出dOUT本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种时间连续ΣΔ回路滤波器，用于过滤模拟输入V1N，回路滤波器包括：一连串运算放大器积分器，其中该一连串运算放大器积分器的输入是VIN，而且运算放大器积分器的一个或多个输出被提供给模数转换器以产生数字输出dOUT；以及第一反馈电压输出数模转换器VDAC2，其将dOUT作为输入，并且其电压输出通过第一电容器CDAC2连接至该一连串运算放大器积分器中的第一运算放大器的输入节点。

【技术特征摘要】
2013.11.06 US 14/073,3961.一种用于时间连续∑Δ模数转换器的回路滤波器，用于滤波模拟输入VIN，回路滤波器包括：
包括第一运算放大器的第一积分器级和一个或多个另外的积分器级，每个另外的积分器级包括另外的运算放大器，另外的积分器级连接到第一积分器级的输出，其中第一积分器级的输入是VIN，而且另外的积分器级的一个或多个输出被提供给模数转换器以产生数字输出dOUT；以及
第一反馈电压输出数模转换器，其具有dOUT作为输入，并且具有通过第一电容器CDAC2连接至所述第一积分器级中的第一运算放大器的输入节点的电压输出；
其中：
第一反馈电压输出数模转换器被配置为消除第二反馈电流输出数模转换器的功能的至少一部分，第二反馈电流输出数模转换器具有dOUT作为输入，并且具有连接到另外的积分器级中的第二运算放大器的输入节点的电流输出；以及
基于不再由第二反馈电流输出数模转换器汲取的电流、第一运算放大器的输出节点和第二运算放大器的输入节点之间的电阻器R2的电阻以及第一积分器级的反馈电容器C1的电容来确定CDAC2的电容以在第一运算放大器的输出处提供等效电压VDAC2@out1。


2.根据权利要求1所述的回路滤波器，其中：
第一反馈电压输出数模转换器被配置成基本上消除第一运算放大器的输出节点处的带内信号内容。


3.根据权利要求1或2所述的回路滤波器，其中：
第一反馈电压输出数模转换器产生所述等效电压VDAC2@out1，以提供等效电压来减小流入连接到第一积分器级的输出的另外的积分器级的另外的运算放大器的输入节点的电流。


4.根据权利要求1或2所述的回路滤波器，进一步包括：
第二电容器-CDAC2，其连接至第一反馈电压输出数模转换器的输出和第一运算放大器的输出节点；
其中第二电容器-CDAC2在第一运算放大器的输出节点处提供电荷。


5.根据权利要求1或2所述的回路滤波器，其中第二反馈电流输出数模转换器被配置成汲取电流，第二反馈电流输出数模转换器汲取的电流量基于VIN和dOUT，使得第二反馈电流输出数模转换器结合第一反馈电压输出数模转换器的操作降低流入所述另外的积分器级中的第二运算放大器的输入节点的净电流至基本上为零。


6.根据权利要求1或2所述的回路滤波器，其中：
通过在第一反馈电压输出数模转换器的输出和积分器级中的第一运算放大器和另外的运算放大器中的一个或多个运算放大器的输入节点之间连接电阻器，第一反馈电压输出数模转换器...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·N·奥尔里德，李纪鹏，R·E·施瑞尔，H·施巴塔，
申请(专利权)人：亚德诺半导体集团，
类型：发明
国别省市：百慕大群岛;BM