音频模数转换器系统和方法技术方案

一种模数转换（ADC）系统包括跨导放大器、环路滤波器、量化器、逻辑电路以及数模转换器（DAC）。跨导放大器被配置成响应于音频信号而生成电流信号。环路滤波器连接到跨导放大器并被配置成基于电流信号生成经滤波的信号。量化器被配置成生成经滤波的信号的数字表示。逻辑电路被配置成基于数字表示生成控制信号。DAC耦合到环路滤波器的输出和跨导放大器的输出。DAC包括三电平单位元件，其中每一个单位元件被配置成响应于来自逻辑电路的控制信号而向环路滤波器提供两个信号电平中的一个或者不向环路滤波器提供信号。这样的ADC系统可以允许高动态范围同时维持低功耗和低噪声。

System and Method of Audio-to-Digital Converter

【技术实现步骤摘要】
音频模数转换器系统和方法
根据一个或多个实施例，本申请总体上涉及音频处理并且更具体地涉及例如音频模数转换器系统和方法。
技术介绍
信号处理系统，以及特别是结合低功率音频设备（诸如智能电话、平板电脑以及便携式重放设备）的系统已经推动了本领域中对于以低功耗实现高动态范围的高性能音频模数转换器（ADC）结构的需求。
技术实现思路
根据本文中进一步讨论的各种实施例，提供了音频ADC系统和方法。这样的系统和方法可以提供允许高动态范围同时维持低功耗和低噪声的架构。在某些方面中，可以利用连续时间∑-Δ（CTSD或CT∑Δ）ADC架构。在一个或多个实施例中，模数转换系统包括跨导放大器、环路滤波器、量化器、逻辑电路以及数模转换器。跨导放大器被配置成响应于音频信号而生成电流信号。环路滤波器连接到跨导放大器。环路滤波器被配置成接收电流信号并基于电流信号生成经滤波的信号。量化器被配置成生成经滤波的信号的数字表示。逻辑电路被配置成基于数字表示来生成控制信号。数模转换器耦合到环路滤波器的电容器和跨导放大器的输出。数模转换器包括多个三电平单位元件，其中多个单位元件中的每一个被配置成响应于来自逻辑电路的控制信号中的至少一个而向环路滤波器提供两个信号电平中的一个或者不向环路滤波器提供信号。在一个或多个实施例中，一种方法包括由跨导放大器响应于从音频输入设备接收的音频信号而生成第一电流信号。该方法还包括由环路滤波器基于第一电流信号来生成经滤波的信号。该方法还包括由量化器生成经滤波的信号的数字表示。该方法还包括由逻辑电路基于数字表示来生成控制信号。该方法还包括由数模转换器基于控制信号来生成第二电流信号。多个三电平单位元件中的每一个响应于控制信号中的至少一个而向环路滤波器提供两个电流电平中的一个或者不向环路滤波器提供电流。数模转换器耦合到环路滤波器的电容器和跨导放大器的输出。该方法还包括向环路滤波器提供第二电流信号。本公开的范围由权利要求所限定，所述权利要求通过引用并入此部分中。本公开的更完整的理解以及其附加的优点的实现将通过考虑到以下的一个或多个实施例的具体实施方式来给予本领域技术人员。将对首先将被简述的所附的图做出参考。附图说明本公开的方面及其优点可以参考以下的图和之后的具体实施方式而更好地理解。应该领会的是，在一个或多个图中相似的参考标号用于标识图示的相似的元件，其中本文中的展示是出于图示本公开的实施例的目的，而不是出于限制本公开的实施例的目的。图中的部件不一定是按比例的，而是将重点放在清楚地图示本公开的原理上。图1图示了根据一个或多个实施例的用于促进模数转换的音频处理系统的框图。图2图示了根据一个或多个实施例的单位元件的示例。图3图示了根据本公开的一个或多个实施例的量化器的示例。图4图示了根据本公开的一个或多个实施例的环路滤波器的示例。图5图示了根据本公开的一个或多个实施例的音频处理系统的反馈通路的示例。图6图示了根据本公开的一个或多个实施例的用于促进模数转换的示例过程的流程图。具体实施方式下面阐述的具体实施方式意在作为主题技术的各种配置的描述，而不是意在代表其中可以实践主题技术的唯一配置。附图被并入本文中并且构成具体实施方式的一部分。具体实施方式包括出于提供对主题技术的彻底理解的目的的特定细节。然而，对于本领域技术人员而言将清楚和显而易见的是，主题技术不限于本文中所阐述的特定细节并且可以使用一个或多个实施例来实践。在一个或多个实例中，以框图形式示出结构和部件以免使主题技术的概念模糊。主题公开的一个或多个实施例由一幅或多幅图来图示和/或结合一幅或多幅图来描述并且在权利要求中阐述。本文中提供了各种技术以提供一种音频模数转换。在某些实施例中，提供了可以允许高动态范围同时维持低功耗和低噪声的ADC架构。这样的ADC架构可以特别好地适用于音频系统以及包含低功率音频设备（诸如存在于智能电话和平板电脑中的那些设备）的系统。在某些方面，可以利用连续时间∑-Δ（CTSD或CT∑Δ）ADC架构。如本文中使用的那样，ADC可以指代模数转换或模数转换器。ADC可以包括具有环路滤波器（或其部分）和正向通路ADC（例如，也被称为量化器、正向通路量化器或者ADC）的正向通路，以及具有逻辑电路和数模转换器（DAC）（例如，也被称为反馈DAC）的反馈通路。在某些方面，ADC可以经由连接到ADC的跨导放大器接收模拟信号（例如，音频模拟信号）。在这方面，ADC可以从跨导放大器接收ADC的模拟输入。在某些情况下，跨导放大器可以用作ADC的积分器（例如，第一积分器）的一部分，并且因此可被认为是ADC的环路滤波器的部分。例如，跨导放大器与ADC的电容器一起可以形成ADC的第一积分器。在实施例中，跨导放大器可以是、可以包括或者可以是部分的话筒可编程增益放大器（MICPGA）。ADC可以在其反馈DAC中包括三电平单位元件，使得DAC的每一个单位元件可被设定成提供正信号（例如，正电流）、负信号（例如，负电流）或者不提供信号（例如，零电流）。DAC的单位元件可以基于来自逻辑电路的控制信号来操作。更一般地，每一个单位元件从第一信号电平（例如，正信号电平）、第二信号电平（例如，负电平）或者第三信号电平（例如，无信号、零信号电平）中选择，并且（例如，向环路滤波器）提供具有所选择的信号电平的信号（例如，电流信号）。在这方面，在某些情况下，不提供信号可被认为是提供零信号电平的信号。可以提供ADC的各种部件，使得相比于跨导放大器的噪声贡献，它们的噪声贡献可被认为是非主导的。在实施例中，对跨导放大器作为ADC的环路滤波器的积分器的一部分以及反馈DAC中的三电平元件的利用可以允许在处理小信号（例如，小功率信号）时，减少与这样的ADC架构（例如，在某些情况下的CTSDADC架构）的低功率操作总体上相关联的噪声贡献，因此允许较高动态范围（DR）而不增加功耗。在一方面，无源部件（例如，电容器）可被用于减轻环路滤波器的有源元件的噪声贡献。例如，在某些情况下，ADC的环路滤波器的第一积分器的电容器可被用于减轻来自环路滤波器的其余部分的噪声贡献。环路滤波器的其余部分因此可以被设计用于稳定性而非噪声限制，因此节约功率。在某些情况下，可以选择正向通路量化器的位的数目，使得量化器的相关联抖动噪声不超过跨导放大器的噪声贡献。因此，在使用各种实施例的情况下，ADC的DR受跨导放大器的噪声贡献影响，而可以限制DR的诸如来自环路滤波器、量化器和/或反馈DAC的其它潜在噪声贡献被减轻。要注意的是，这样的噪声对于配置用于较高功率操作的常规设备而言一般不是什么问题。在某些情况下，对于给定的动态范围规范，各种实施例可以允许比在相同技术节点处的常规实施方式中低大约一个数量级的功率操作。图1图示了根据一个或多个实施例的用于促进模数转换的音频处理系统100的框图。然而，可能并非所有描绘的部件都是必需的，并且一个或多个实施例可以包括未在图中示出的附加的部件。可以在不脱离如本文中所阐述的权利要求的范围的情况下对部件的布置和类型做出变化，所述变化包括附加的部件、不同的部件和/或较少的部件。音频处理系统100包括ADC105。ADC105包括电容器110、环路滤波器的部分115、量化器120、逻辑电路125、具有三电平元件的DAC130本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模数转换（ADC）系统，其包括：跨导放大器，其配置成响应于从音频输入设备接收的音频信号而生成电流信号；环路滤波器，其连接到所述跨导放大器，其中所述环路滤波器配置成接收所述电流信号并基于所述电流信号来生成经滤波的信号；量化器，其配置成生成所述经滤波的信号的数字表示；逻辑电路，其配置成基于所述数字表示来生成控制信号；以及数模转换器（DAC），其耦合到所述环路滤波器的电容器和所述跨导放大器的输出，其中所述DAC包括多个三电平单位元件，其中所述多个单位元件中的每一个被配置成响应于来自所述逻辑电路的所述控制信号中的至少一个而向所述环路滤波器提供三个信号电平中的一个，并且其中所述多个单位元件中的至少一个被配置成提供零信号电平。

【技术特征摘要】
2018.03.16 US 15/9240871.一种模数转换（ADC）系统，其包括：跨导放大器，其配置成响应于从音频输入设备接收的音频信号而生成电流信号；环路滤波器，其连接到所述跨导放大器，其中所述环路滤波器配置成接收所述电流信号并基于所述电流信号来生成经滤波的信号；量化器，其配置成生成所述经滤波的信号的数字表示；逻辑电路，其配置成基于所述数字表示来生成控制信号；以及数模转换器（DAC），其耦合到所述环路滤波器的电容器和所述跨导放大器的输出，其中所述DAC包括多个三电平单位元件，其中所述多个单位元件中的每一个被配置成响应于来自所述逻辑电路的所述控制信号中的至少一个而向所述环路滤波器提供三个信号电平中的一个，并且其中所述多个单位元件中的至少一个被配置成提供零信号电平。2.根据权利要求1所述的ADC系统，其中所述三个信号电平包括正信号电平、负信号电平以及所述零信号电平。3.根据权利要求1所述的ADC系统，其中所述多个三电平单位元件中的每一个包括相应的多个电流源。4.根据权利要求1所述的ADC系统，其中所述DAC包括电流导引DAC。5.根据权利要求1所述的ADC系统，其中所述量化器包括中点型量化器。6.根据权利要求1所述的ADC系统，其中：所述环路滤波器包括减法器，所述减法器配置成生成所述电流信号与所述DAC的输出信号之间的差，所述减法器连接到所述DAC、电容器以及所述跨导放大器的输出，以及所述环路滤波器配置成对所述差进行滤波以生成所述经滤波的信号。7.根据权利要求1所述的ADC系统，其中所述音频输入设备是话筒。8.根据权利要求1所述的ADC系统，其中所述逻辑电路包括：动态元件匹配电路，其配置成接收所述数字表示并且对所述数字表示执行数据重排以获得所述数字表示的经重排的版本；以及控制信号生成器，其配置成基于所述数字表示的所述经重排的版本来生成所述控制信号。9.根据权利要求1所述的ADC系统，其中所述逻辑电路包括：数据分段电路，其配置成将所述数字表示划分成多个数据分段；以及控制信号生成器，其配置成基于所述多个数据分段来生成所述控制信号，其中每一个控制信号与所述多个数据分段中的一个相关联。10.根据权利要求9所述的ADC系统，其中：所述DAC包括多个子DAC，所述多个子DAC中的每一个与所述多个数据分段中的一个相关联，以及所述多个子DAC中的每一个包括配置成由所述控制信号的对应子集控制的所述多个三电平元件的相应子集。11.根据权利要求9所述的ADC系统，其中所述逻辑电...

【专利技术属性】
技术研发人员：C德贝尔蒂，L克雷斯皮，
申请(专利权)人：辛纳普蒂克斯公司，
类型：发明
国别省市：美国,US