改进的模数转换器制造技术

本申请涉及模数转换器(ADC)。ADC 200具有第一转换器(201)，以接收模拟输入信号(AIN)且基于输入信号和第一转换增益设置(GIN)输出时间编码信号(DT)诸如脉冲宽度调制(PWM)信号。在一些实施方案中，第一转换器具有PWM调制器(401)，以生成PWM信号，使得通过能在时间上连续变化的脉冲宽度编码输入信号。第二转换器(202)接收时间编码信号且基于时间编码信号(DT)和第二转换增益设置(GO)输出数字输出信号(DOUT)。第二转换器可具有第一PWM‑数字调制器(403)。增益分配块(204)基于时间编码信号(DT)生成第一转换增益设置和第二转换增益设置。增益分配块(204)可具有比第一PWM‑数字转换器(403)更低的延时和/或更低的分辨率的第二PWM‑数字调制器(203)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】改进的模数转换器本申请涉及模数转换器，尤其涉及具有动态范围扩展的模数转换电路，特别是在音频应用中使用的模数转换电路。模数转换器(ADC)是已知的并且被用在多种应用中。一个具体的应用是在音频信号路径内。音频数据被越来越多地以数字格式存储和传输。因此，ADC可以被布置在音频信号路径中以将模拟信号转换成等同的数字信号即数字数据，所述数字信号可以被存储或被传递用于进一步处理。使用ADC将由麦克风检测的模拟音频信号转换成对应的数字信号的一个具体的应用是例如在便携式通信设备(诸如，移动电话)中。越来越多地需要这样的麦克风具有相当大的动态范围以应对诸多问题，诸如大振幅干扰信号，例如风噪声。因此，也需要ADC具有大动态范围。在这样的应用中，为了使ADC的有效分辨率最大化，已知的是，在数字转换之前将信号相关的模拟增益(GIN)施加到输入模拟信号，以及将对应的逆数字增益(GO＝1/GIN)调整施加到转换的数字信号，以便补偿施加的模拟增益改变GIN。这被称为动态范围扩展(DRE)。典型地，小振幅模拟输入信号可以通过大GIN值被放大，以便更多地利用ADC输入范围，因此有效地改善ADC对小振幅信号的分辨率。对应地，大的数字衰减被施加到数字信号以补偿大模拟放大。这意味着，对于小信号，ADC的量化噪声和热噪声可以通过低数字增益(GO＝1/GIN)而被衰减。图1例示了实施动态范围扩展(DRE)的模数转换器(ADC)的一般原理。控制块100通过模拟增益元件(诸如，模拟放大器101)来调整施加到模拟输入信号AIN的增益GIN，以使得不管输入信号AIN的幅度的峰值如何，ADC102接收具有接近ADC满量程输入范围的峰值的放大模拟信号AM(其中AM＝AIN.GIN)。控制块100还通过将输出信号DO布置成经由数字乘法器103按照数字增益GO缩放来补偿此模拟增益调整GIN，数字增益GO是模拟增益GIN的逆。控制块100基于输入信号AIN的振幅或包络来调整模拟增益元件101和数字增益元件103之间的增益分配。在一些布置中，输入模拟信号AIN的包络可以由合适的模拟包络检测器来确定，但优选地使用由ADC产生的数字信号来确定。在图1示出的实施例中，使用ADC102的输出DO，即，在施加增益GO之前的信号：但同样可以使用增益调整的输出信号DOUT。根据本专利技术，提供了一种用于将模拟输入信号转换成对应的数字输出信号的模数转换器，包括：第一转换器，用于接收所述模拟输入信号，并且基于所述模拟输入信号和第一转换增益设置来输出一个脉冲宽度调制(PWM)信号；所述第一转换器包括一个PWM调制器，用于生成所述PWM信号，使得通过能够在时间上连续变化的脉冲宽度来对所述输入信号进行编码；第二转换器，用于接收所述PWM信号，并且基于所述PWM信号和第二转换增益设置来输出所述数字输出信号，所述第二转换器包括第一PWM-数字调制器(PWM-to-digitalmodulator)；以及一个增益分配块，用于基于所述PWM信号来生成所述第一转换增益设置和所述第二转换增益设置。所述增益分配块可以包括：第二PWM-数字调制器，被配置为接收所述PWM信号的一个型式，并且基于所述PWM信号输出一个控制数字信号；以及，一个控制器，用于接收所述控制数字信号，以控制所述第一转换增益设置和所述第二转换增益设置。所述第二PWM-数字调制器可以具有比所述第一PWM-数字调制器更低的输出分辨率和/或比所述第一PWM-数字调制器更低的延时(latency)。所述第二PWM-数字调制器可以包括第一计数器，所述第一计数器被配置为接收第一时钟信号，并且在由所述PWM信号的一个或多个脉冲定义的一个间隔期间确定对所述第一时钟信号的周期数目的计数。在一些实施方案中，所述第一计数器可以进一步被配置为接收第二时钟信号，并且被配置为在所述第二时钟信号的每个周期输出一个计数值。在一些实施方案中，所述第一计数器被配置为在所述第二时钟信号的每个周期对所述计数值进行复位。在一些情况下，所述PWM信号可以具有固定的PWM循环频率，并且所述第二时钟信号的频率可以与所述PWM循环频率相同。在一些实施方案中，所述第二PWM-数字调制器还可以包括第二计数器，所述第一计数器被配置为在所述PWM信号的第一状态的一个间隔期间确定对所述第一时钟信号的周期数目的第一计数，且所述第二计数器被配置为在所述PWM信号的第二状态的一个间隔期间确定对所述第一时钟信号的周期数目的第二计数。然后，所述第二PWM-数字调制器可以被配置为由所述第一计数和所述第二计数确定一个占空比值。所述PWM调制器可以包括一个比较器，用于将一个基于所述输入信号的信号与一个固定频率的周期性时变参考波形进行比较。在一些实施方案中，所述周期性时变参考波形的偏移可以基于所述第一转换增益设置而变化。所述PWM调制器可以被配置为从一个工作循环的开始输出第一信号电平，直至所述比较器的输出指示所述周期性时变参考波形已经达到与基于所述输入信号的信号相同的值，然后输出第二信号电平，直至所述工作循环的结束。在一些实施方案中，所述PWM调制器可以包括一个尖峰发生器，所述尖峰发生器被配置为从一个工作循环的开始输出第一信号电平，直至所述比较器的输出指示所述周期性时变参考波形已经达到与基于所述输入信号的信号相同的值，然后输出一个固定持续时间的脉冲。在其他实施方案中，所述PWM调制器可以包括一个尖峰编码器，所述尖峰编码器被配置为将一个基于所述输入信号的误差信号与一个参考值进行比较，且被配置为当所述误差信号达到所述参考值时输出一个固定持续时间的脉冲。在另一些实施方案中，所述PWM调制器可以包括一个迟滞比较器(hystericcomparator)，所述迟滞比较器被配置为将一个基于所述输入信号的信号与第一限值和第二限值比较，且当达到所述第一限值时，在第一输出状态和第二输出状态之间切换，且当达到所述第二限值时，在第二输出状态和第一输出状态之间切换。当所述增益分配块包括第二PWM-数字调制器时，则可以基于通过所述第二PWM-数字调制器产生的控制数字信号来使所述第一限值和所述第二限值中的至少一个可控制地变化。在一些实施方案中，所述第一PWM-数字调制器可以包括一个受控振荡器，所述受控振荡器被配置为在所述PWM信号的一个脉冲期间以第一频率输出一个振荡信号。所述受控振荡器可以被配置为在所述PWM信号的脉冲之间以第二不同的频率输出所述振荡信号。所述第一PWM-数字调制器可以包括一个计数器，所述计数器被配置为在一个计数周期内对所述振荡信号的振荡次数计数。所述第一PWM-数字调制器有时也可以包括一个信号处理模块，用于将所述计数器的输出转换成所述数字输出信号。所述第一转换器可以包括一个模拟可变增益元件，用于接收所述输入模拟信号，并且在生成所述PWM信号之前将依赖于所述第一转换增益设置的增益施加到所述输入模拟信号，和/或所述PWM调制器可以具有一个可变增益。所述第二转换器可以包括一个数字可变增益元件，用于接收来自所述第一PWM-数字调制器的第一数字信号，并且将依赖于所述第二转换增益设置的增益施加到所述第一数字信号，以生成所述数字输出信号。在一些实施方案中，所述增益分配块的控制器可以包括一个包络检测器，所述包络检测器用于接收本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将模拟输入信号转换成对应的数字输出信号的模数转换器，包括：第一转换器，用于接收所述模拟输入信号，并且基于所述模拟输入信号和第一转换增益设置来输出一个脉冲宽度调制(PWM)信号；所述第一转换器包括一个PWM调制器，用于生成所述PWM信号，使得通过能够在时间上连续变化的脉冲宽度来对所述输入信号进行编码；第二转换器，用于接收所述PWM信号，并且基于所述PWM信号和第二转换增益设置来输出所述数字输出信号，所述第二转换器包括第一PWM‑数字调制器；以及一个增益分配块，用于基于所述PWM信号来生成所述第一转换增益设置和所述第二转换增益设置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.11.04 GB 1419651.31.一种用于将模拟输入信号转换成对应的数字输出信号的模数转换器，包括：第一转换器，用于接收所述模拟输入信号，并且基于所述模拟输入信号和第一转换增益设置来输出一个脉冲宽度调制(PWM)信号；所述第一转换器包括一个PWM调制器，用于生成所述PWM信号，使得通过能够在时间上连续变化的脉冲宽度来对所述输入信号进行编码；第二转换器，用于接收所述PWM信号，并且基于所述PWM信号和第二转换增益设置来输出所述数字输出信号，所述第二转换器包括第一PWM-数字调制器；以及一个增益分配块，用于基于所述PWM信号来生成所述第一转换增益设置和所述第二转换增益设置。2.根据权利要求1所述的模数转换器，其中所述增益分配块包括：第二PWM-数字调制器，被配置为接收所述PWM信号的一个型式，并且基于所述PWM信号来输出一个控制数字信号；以及，一个控制器，用于接收所述控制数字信号，以控制所述第一转换增益设置和所述第二转换增益设置。3.根据权利要求2所述的模数转换器，其中所述第二PWM-数字调制器具有比所述第一PWM-数字调制器更低的输出分辨率和更低的延时中的至少一个。4.根据权利要求2-3中的任一项所述的模数转换器，其中所述第二PWM-数字调制器包括第一计数器，所述第一计数器被配置为接收第一时钟信号并且被配置为在由所述PWM信号的一个或多个脉冲定义的一个间隔期间确定对所述第一时钟信号的周期数目的计数。5.根据权利要求4所述的模数转换器，其中所述第二PWM-数字调制器还包括第二计数器，其中所述第一计数器被配置为在所述PWM信号的第一状态的一个间隔期间确定对所述第一时钟信号的周期数目的第一计数，且所述第二计数器被配置为在所述PWM信号的第二状态的一个间隔期间确定对所述第一时钟信号的周期数目的第二计数，且所述第二PWM-数字调制器被配置为由所述第一计数和所述第二计数确定一个占空比值。6.根据任一项前述权利要求所述的模数转换器，其中所述PWM调制器包括一个比较器，用于将一个基于所述输入信号的信号与一个固定频率的周期性时变参考波形进行比较。7.根据权利要求6所述的模数转换器，其中所述周期性时变参考波形的偏移能够基于所述第一转换增益设置而变化。8.根据权利要求6或权利要求7所述的模数转换器，其中所述PWM调制器被配置为从一个工作循环的开始输出第一信号电平，直至所述比较器的输出指示所述周期性时变参考波形已经达到与基于所述输入信号的信号相同的值，然后输出第二信号电平，直至所述工作循环的结束。9.根据权利要求6或权利要求7所述的模数转换器，其中所述PWM调制器包括一个尖峰发生器，所述尖峰发生器被配置为从一个工作循环的开始输出第一信号电平，直至所述比较器的输出指示所述周期性时变参考波形已经达到与基于所述输入信号的信号相同的值，然后输出一个固定持续时间的脉冲。10.根据权利要求1至5中的任一项所述的模数转换器，其中所述PWM调制器包括一个尖峰编码器，所述尖峰编码器被配置为将一个基于所述输入信号的误差信号与一个参考值比较，且当所述误差信号达到所述参考值时输出一个固定持续时间的脉冲。11.根据权利要求1至5中的任一项所述的模数转换器，其中所述PWM调制器包括一个迟滞比较器，所述迟滞比较器被配置为将一个基于所述输入信号的信号与第一限值和第二限值比较，且当达到所述第一限值时，在第一输出状态和第二输出状态之间切换，且当达到所述第二限值时，在第二输出状态和第一输出状态之间切换。12.根据任一项前述权利要求所述的模数转换器，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·P·莱索，E·哈迪，
申请(专利权)人：思睿逻辑国际半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB