与二阶或更高阶噪声整形的数字滤波器结合的作为模数转换器中的第一级的电压控制振荡器制造技术

一种delta‑sigma调制模拟‑数字转换器(ADC)可以通过将用于一阶滤波器的VCO与用于ADC的二阶或更高阶的数字环路滤波器组合来构造。一个这种ADC将包括模拟输入节点、电压控制振荡器(VCO)、数字环路滤波器以及数字输出节点；模拟输入节点被配置为接收模拟信号；电压控制振荡器(VCO)包括被配置为接收所述模拟信号的第一输入，其中所述电压控制振荡器被配置为实现一阶噪声‑整形函数；数字环路滤波器包括被配置为接收所述电压控制振荡器(VCO)的输出的第二输入；并且数字输出节点被配置为基于所述数字环路滤波器的输出来输出数字信号。所述数字环路滤波器可以被配置为实现至少一阶噪声‑整形函数，但是还可以实现更高阶噪声‑整形函数。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】与二阶或更高阶噪声整形的数字滤波器结合的作为模数转换器中的第一级的电压控制振荡器
本公开内容涉及模拟-数字转换器(ADC)。更具体而言，本公开内容的部分涉及具有二阶或更高阶噪声整形(noiseshaping)的基于电压控制振荡器(VCO)的ADC。
技术介绍
Delta-sigma调制器是用于执行模拟-数字转换、数字-模拟转换、或数字-数字转换的电子电路。例如，模拟-数字转换器(ADC)可以将诸如音频信号之类的模拟信号转换成包括1和0的数字信号以便由数字逻辑电路进行处理。由于许多面向消费者的和其它电子设备包括仅对数字信号执行处理的数字电路(诸如微处理器)，所以模拟-数字转换器(ADC)是电子设备的重要组成部件。ADC通常不能将模拟信号完美地转换成数字信号。转换中的缺陷导致了后续使用数字信号的过程中的误差。例如，来自麦克风的音频信号可以传递到模拟-数字转换器(ADC)，该模拟-数字转换器将音频信号转换成数字信号，可以将该数字信号提供给微处理器用于处理，并且返回到数字-模拟转换器(DAC)以便输出到扬声器。与在麦克风处所接收的信号质量相比，在扬声器处再现的声音质量与ADC和DAC的精度成比例。一些常规的ADC基于RC积分器电路或开关电容器电路。然而，这些类型的ADC通常需要更高的功率、更大的芯片面积、和更大的电压余量来进行设计和制造。集成电路(IC)设计和制造中的可用余量通常随着时间的推移而减小，因为IC制造允许组成这些IC的晶体管的尺寸缩小到越来越小的尺寸。这是因为IC的电源电压通常与晶体管的尺寸成比例地下降。随着电源电压的降低，任何误差范围或可用的余量也会降低。在一个示例中，基于VCO的ADC在具有低操作电压的电子设备中是有益的。VCO接收输入模拟信号并输出另一个模拟信号，但是输出模拟信号具有随着与输入模拟信号成比例的VCO而变化的参数。例如，VCO可以接收具有随时间变化的电压的输入信号Vin。VCO的输出可以是具有与输入信号Vin的电压成比例变化的频率分量fVCO的信号。因此，VCO将Vin的变化的输入电压转化成变化的频率fVCO。图1A中示出了一个这种基于VCO的ADC。图1A是示出了常规的基于VCO的delta-sigma调制模拟-数字转换器(ADC)的示例的框图。ADC100可以包括接收输入信号Vin的VCO102。将VCO102的输出提供给相位量化器104，该相位量化器104基于VCO102的输出的相位输出数字信号。VCO102输出的相位变化率相对于VCO102输出的频率进行变化。然后将来自量化器104的数字信号提供给微分器106。微分器106对由ADC100所添加的量化噪声提供一阶噪声整形。然而，不存在对输入信号VIN的噪声整形。相反，到ADC100的输出传递函数的输入近似为一。当输入信号Vin超出一定范围时，出现了关于ADC100的一些问题。如图表108所示，VCO102的输出fVCO相对于输入信号Vin进行制图。VCO102的理想性能是线性性能，其出现在图表108中的曲线的中间部分。在图表108中的线的边缘处，出现了在VCO102中的非线性性能。如果输入信号Vin进入这些范围，则模拟信号的数字信号表示变得失真。除了暴露于输入信号Vin的VCO102的非线性之外，ADC100仅具有单阶。一种常规的基于VCO的ADC在这种情况下通过在VCO之前将输入信号Vin转换成脉宽调制(PWM)信号来进行改进。图1B是示出了其中到VCO的输入是脉宽调制输入的常规的基于VCO的delta-sigma模拟-数字转换器(ADC)的示例的框图。ADC110包括在VCO102、相位量化器104、和微分器106之前耦合的异步delta-sigma调制器(ADSM)112。ADSM112的输出是具有固定的峰-峰电压的方波信号。将方波信号的峰值选择在图表108中的线的远边处。因此，VCO102仅接收两个电压中的一个作为输入信号。因为它仅接收了两个电压，所以按照定义的VCO102表现出线性性能，因为可以用两个点完整地表示的唯一图形是一条线。尽管对ADSM112的使用可以防止VCO102经历非线性，但是该问题仅被移动到ADSM112。此外，ADSM112是用于制造的附加部件，并且ADC110仍然仅具有单阶。针对图1A的基于VCO的ADC中的非线性问题的另一个常规的解决方案是实现负反馈环路。图1C是示出了具有负反馈环路的常规的基于VCO的delta-sigma模拟-数字转换器(ADC)的示例的框图。ADC120包括从相位量化器104的输出到减法器122的负反馈环路126。在相位量化器104的输出处从数字信号开始的反馈环路126可以由DAC124转换为用于到减法器122的输入的模拟信号。减法器122产生了用于到VCO120的输入的误差信号，并且该误差信号通常具有比当DAC124是多位DAC时输入信号Vin小的峰-峰电压，并且该误差信号的幅度还可以与DAC124的分辨率成比例。因此，返回参考图1A的图表108中的线，更可能的是提供给VCO102的输入保持在图表108的线性区域中。尽管对负反馈环路126的使用可以改进ADC120的输出，但是ADC120仍然仅具有一阶。较高阶噪声-整形通过更好地衰减输入信号中的噪声来改进ADC的质量。因此，可以期望ADC中的较高阶delta-sigma调制。然而，尚未设计出比一阶基于VCO的ADC更高阶的ADC。实际上，将VCO级联在一起以获得更高阶的调制是不可行的。因为VCO将模拟电压转换为相位信息，所以第二VCO不能耦合到第一VCO的输出，因为第一VCO的输出不是第二VCO处所需的模拟电压信息。尽管可以实现附加的电路以将第一VCO的相位输出转换成第二VCO的模拟电压，但是由于尺寸和功耗，这种附加电路将使所得到的转换器不合需要。在此所提到的缺点仅仅是代表性的，并且被简单地包括来强调存在对于改进的电气部件的需要，特别是对于在诸如移动电话之类的消费者级设备中采用的ADC。本文所描述的实施例解决了某些缺点，但不一定是在此所描述的或本领域中已知的每一个。
技术实现思路
基于较高阶电压控制振荡器(VCO)的模拟-数字转换器(ADC)可以通过在ADC的VCO的输出处使用数字环路滤波器部件进行设计。数字环路滤波器部件可以利用集成电路(IC)中的数字门来实现。与其它基于模拟的电路相比，这些数字门更容易在ADC中制造并实现，而且具有有限的失真。具体地，数字门在由改进的IC制造产生的较小的晶体管尺寸上更好地缩小到较低的电压操作。在一个实施例中，可以使用ADC的VCO来将电压域模拟输入信号转换为时域数字信号以便数字环路滤波器部件进行处理。尽管改进IC制造技术可能导致较低的电压，但是较低的电压通常仅将限制在电压域内操作的部件。通过将输入信号中的信息从电压域转换到时域并在数字域中执行处理，降低了改进的IC制造技术的较低电压的影响。另外在某些实施例中，VCO可以被实现为具有数字门的环形振荡器，使得ADC的大部分利用数字门来实现。通过使用用于第二和更高阶的数字环路滤波器来减少模拟部件可以允许对所公开的电路的更简单和更快速地合成。此外，具有这些转换器的制造的IC提供了比常规的模拟电路减小的面积、更低的功耗、更好的可移本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，包括：模拟输入节点，所述模拟输入节点被配置为接收模拟信号；电压控制振荡器(VCO)，所述电压控制振荡器包括被配置为接收所述模拟信号的第一输入，其中，所述电压控制振荡器被配置为实现一阶噪声‑整形函数；数字环路滤波器，所述数字环路滤波器包括被配置为接收所述电压控制振荡器(VCO)的输出的第二输入，其中，所述数字环路滤波器被配置为实现至少一阶噪声‑整形函数；以及数字输出节点，所述数字输出节点被配置为基于所述数字环路滤波器的输出来输出数字信号，其中，所述数字信号是所接收的模拟信号的数字表示。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.16 US 14/801,6201.一种装置，包括：模拟输入节点，所述模拟输入节点被配置为接收模拟信号；电压控制振荡器(VCO)，所述电压控制振荡器包括被配置为接收所述模拟信号的第一输入，其中，所述电压控制振荡器被配置为实现一阶噪声-整形函数；数字环路滤波器，所述数字环路滤波器包括被配置为接收所述电压控制振荡器(VCO)的输出的第二输入，其中，所述数字环路滤波器被配置为实现至少一阶噪声-整形函数；以及数字输出节点，所述数字输出节点被配置为基于所述数字环路滤波器的输出来输出数字信号，其中，所述数字信号是所接收的模拟信号的数字表示。2.根据权利要求1所述的装置，还包括：第一量化器，所述第一量化器被配置为从所述电压控制振荡器(VCO)接收信号；以及第二量化器，所述第二量化器被配置为接收所述数字环路滤波器的输出，其中，所述数字输出节点被配置为输出来自所述第二量化器的值。3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述第一量化器以第一分辨率进行操作，并且其中，所述第二量化器以较低的第二分辨率进行操作。4.根据权利要求2所述的装置，其中，所述第一量化器包括：第一计数器，所述第一计数器被配置为接收在所述模拟输入节点处接收的微分信号的第一分量；第二计数器，所述第二计数器被配置为接收在所述模拟输入节点处接收的所述微分信号的第二分量；以及加法器，所述加法器被配置为接收所述第一计数器的输出和所述第二计数器的输出并计算差值。5.根据权利要求1所述的装置，还包括：反馈环路，所述反馈环路耦合到所述数字输出节点并耦合到所述VCO；以及数字-模拟转换器(DAC)，所述数字-模拟转换器耦合到所述反馈环路和所述VCO，其中，所述VCO至少部分地基于所述DAC的输出和所接收的模拟信号来接收误差信号。6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电压控制振荡器包括输入级，所述输入级包括：电压-电流转换级，所述电压-电流转换级被配置为接收所述模拟信号并将所述模拟信号的电压转换成电流信号；以及电流控制振荡器(ICO)，所述电流控制振荡器耦合到所述电压-电流转换级以接收所述电流信号，其中，所述电流控制振荡器(ICO)的输出至少部分地基于所述电流信号。7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置包括delta-sigma调制器模拟-数字转换器(ADC)。8.一种方法，包括：在模拟输入节点处接收用于转换为数字信号的模拟信号；利用实现一阶噪声-整形函数的电压控制振荡器(VCO)将模拟误差信号在delta-sigma调制器的第一级中进行积分，其中，所述模拟误差信号是所述模拟信号与所述delta-sigma调制器的第二级的输出之间的差值；利用数字环路滤波器将所述第一级的输出在所述delta-sigma调制器的第二级中进行积分以获得所述数字信号，其中，所述数字环路滤波器被配置为实现至少一阶噪声-整形函数；以及量化所述数字环路滤波器的输出，以获得所述模拟信号的数字信号表示。9.根据权利要求8所述的方法，还包括通过量化...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·赞巴吉，A·布伦南，J·L·梅兰桑，
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