利用差分延迟反馈来抑制噪声整形控制环路中的亚稳定性制造技术

本文中描述的是具有改进的亚稳定性的ΣΔ调制器，其中控制环路保持稳定。在一个实施方式中，ΣΔ调制器利用对控制环路的连续积分器的不同延迟的反馈来抑制亚稳定性误差，而不损害控制环路的稳定性。这是通过在控制环路中包括一个或更多个量化器来实现的。该技术可以应用于至少二阶，即具有两个或更多个积分器级的控制环路，其中在第一个积分器之后的至少一个反馈项是非零的。

Using differential delay feedback to suppress the sub stability in noise shaping control loop

【技术实现步骤摘要】
利用差分延迟反馈来抑制噪声整形控制环路中的亚稳定性本申请要求2018年6月28日提交的美国临时申请No.62/691,533的优先权，该临时申请通过引用整体并入本文。
本专利技术总体上涉及西格玛德尔塔调制器，并且更具体地涉及具有改进的亚稳定性的西格玛德尔塔调制器。
技术介绍
可以在控制环路中使用量化反馈来执行模拟-数字转换。具有这样的特征的模数转换器(ADC)通常被称为西格玛德尔塔(ΣΔ)转换器或ΣΔ调制器，术语“调制器”指的是具有某种符号模式的输出数字数据流或者由控制环路对其施加的调制。术语“ΣΔ调制器”和“噪声整形控制环路”在本领域中通常可互换地使用，尽管后者更具描述性。电路设计者经常喜欢使用这样的ΣΔ调制器，因为在许多情况下，这样的ΣΔ调制器可能比其他类型的ADC更容易设计并且制造成本更低。在这样的噪声整形控制环路中，在输入施加连续的模拟信号，并且从输出显现表示该信号的数字模式。通过控制环路中的一个或更多个量化元件，例如通过环路中的针对任何给定连续输入量具有离散的非连续输出值集合的非线性元件例如触发器或比较器来产生数字信号。ΣΔ调制通过将反馈参数约束到至少两个特定值的集合中的一个来进行工作，并且任意阶的控制环路确保平均反馈值等于输入。相对于量化元件必然引入的理想连续反馈的瞬时偏差表示噪声，并且复杂的、可能高阶的控制环路可以对该噪声进行抑制或“整形”。对噪声进行“整形”意味着对其进行滤波，通常是为了使其不出现在某些频带中。因此，环路进行操作以在某些感兴趣的频带中抑制该噪声，通常代价是与应用无关的频带中的噪声增加。因此，ΣΔ调制器有时也被称为“噪声整形环路”。量化控制环路具有的已知问题是反馈的定时会根据量化元件的亚稳定性而变化。亚稳定性是指获得D型触发器(DFF)或类似量化器的输出所需的时间的变化。理论上，DFF接收时钟信号(通常称为“Clk”)并即刻提供两个电平之一的输出(称为“Q”)，如果输入(称为“D”)高于某个阈值则为高电平，或者如果D输入低于该阈值则为低电平。实际上，因为DFF包括物理部件，所以需要有限的时间量来确定D输入是否超过阈值，并且因此Q输出稍微在Clk信号之后。这种有限的时间延迟通常称为“Clk至Q”延迟。因此，亚稳定性是DFF或其他量化器的Clk至Q延迟的变化。这种变化的一个因素是如果D输入几乎精确地处于阈值电平，则DFF或其他量化器不能快速确定适当的输出电平。原则上，在这种情况下，Clk至Q延迟可能变得无限；然而，实际上，电路的热搅动将导致在有限的时间量内做出决定，不过该有限的时间量可能比量化器的标称Clk至Q延迟长得多。对亚稳定性问题的一种解决方案是使用多个串联的DFF(或其他量化器)。然而，这在第一个DFF的输入和最后一个DFF的输出之间引入了额外的时间延迟；例如，使用两个DFF将为延迟添加一个时钟周期。通过级联量化器在控制环路中增加延迟减小了确保环路稳定性所需的相位裕度，并且需要减小环路带宽并因此降低性能。由于这些原因，在不降低稳定性或性能的情况下降低ΣΔ调制器中的亚稳定性的简单且便宜的方法会是有用的。
技术实现思路
本文描述了一种用于通过改进亚稳定性而不损害控制环路的稳定性来提高ΣΔ调制器的性能的装置和方法。一种实施方式描述了一种装置，包括：第一比较器，被配置成接收输入信号和第一反馈信号并生成第一误差信号，第一误差信号是输入信号与第一反馈信号之间的差；第一积分器，被配置成接收第一误差信号并对第一误差信号进行积分；第二比较器，被配置成从第一积分器接收经积分的误差信号和第二反馈信号并生成第二误差信号，第二误差信号是经积分的第一误差信号与第二反馈信号之间的差；第二积分器，被配置成接收第二误差信号并对第二误差信号进行积分；第一量化器，被配置成从第二积分器接收经积分的第二误差信号并生成输出信号；反馈环路，用于生成第一反馈信号和第二反馈信号，包括：数模转换器，被配置成接收输出信号并生成修改的输出信号；第二量化器，被配置成接收修改的输出信号并生成经量化的修改的输出信号；第一加权元件，被配置成接收经量化的修改的输出信号并对其加权以生成第一反馈信号；第二加权元件，被配置成接收修改的输出信号并对其加权以生成第二反馈信号。另一实施方式描述了一种装置，包括：第一比较器，被配置成接收输入信号和第一反馈信号并生成第一误差信号，第一误差信号是输入信号与第一反馈信号之间的差；第一积分器，被配置成接收第一误差信号并对第一误差信号进行积分；第二比较器，被配置成从第一积分器接收经积分的误差信号和第二反馈信号并生成第二误差信号，第二误差信号是经积分的第一误差信号和第二反馈信号之间的差；第二积分器，被配置成接收第二误差信号并对第二误差信号进行积分；第三比较器，被配置成从第二积分器接收经积分的误差信号和第三反馈信号并且生成第三误差信号，第三误差信号是经积分的第二误差信号与第三反馈信号之间的差；第三积分器，被配置成接收第三误差信号并对第三误差信号进行积分；第一量化器，被配置成从第三积分器接收经积分的第三误差信号并生成输出信号；反馈环路，用于生成第一反馈信号和第二反馈信号，包括：数模转换器，被配置成接收输出信号并生成修改的输出信号；第二量化器，被配置成接收修改的输出信号并生成经量化的修改的输出信号；第一加权元件，被配置成接收经量化的修改的输出信号并对其加权以生成第一反馈信号；第二加权元件，被配置成接收经量化的修改的输出信号并对其加权以生成第二反馈信号；第三加权元件，被配置成接收修改的输出信号并对其加权以生成第三反馈信号。又一实施方式描述了一种装置，包括：第一比较器，被配置成接收输入信号和第一反馈信号并生成第一误差信号，第一误差信号是输入信号与第一反馈信号之间的差；第一积分器，被配置成接收第一误差信号并对第一误差信号进行积分；第二比较器，被配置成从第一积分器接收经积分的误差信号和第二反馈信号并生成第二误差信号，第二误差信号是经积分的第一误差信号和第二反馈信号之间的差；第二积分器，被配置成接收第二误差信号并对第二误差信号进行积分；第三比较器，被配置成从第二积分器接收经积分的误差信号和第三反馈信号并且生成第三误差信号，第三误差信号是经积分的第二误差信号与第三反馈信号之间的差；第三积分器，被配置成接收第三误差信号并对第三误差信号进行积分；第一量化器，被配置成从第三积分器接收经积分的第三误差信号并生成输出信号；反馈环路，用于生成第一反馈信号和第二反馈信号，包括：数模转换器，被配置成接收输出信号并生成修改的输出信号；第二量化器，被配置成接收修改的输出信号并生成经量化的修改的输出信号；第三量化器，被配置成接收经量化的修改的输出信号并生成经进一步量化的修改的输出信号；第一加权元件，被配置成接收经进一步量化的修改的输出信号并对其加权以生成第一反馈信号；第二加权元件，被配置成接收经量化的修改的输出信号并对其加权以生成第二反馈信号；第三加权元件，被配置成接收修改的输出信号并对其加权以生成第三反馈信号。附图说明图1是现有技术中已知的一对串接的D型触发器(DFF本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种装置，包括：/n第一比较器，被配置成接收输入信号和第一反馈信号并且生成第一误差信号，所述第一误差信号是所述输入信号和所述第一反馈信号之间的差；/n第一积分器，被配置成接收所述第一误差信号并对所述第一误差信号进行积分；/n第二比较器，被配置成从所述第一积分器接收经积分的误差信号和第二反馈信号并且生成第二误差信号，所述第二误差信号是所述经积分的第一误差信号与所述第二反馈信号之间的差；/n第二积分器，被配置成接收所述第二误差信号并对所述第二误差信号进行积分；/n第一量化器，被配置成从所述第二积分器接收经积分的第二误差信号并生成输出信号；/n反馈环路，用于生成所述第一反馈信号和所述第二反馈信号，包括：/n数模转换器，被配置成接收所述输出信号并生成修改的输出信号；/n第二量化器，被配置成接收所述修改的输出信号并生成经量化的修改的输出信号；/n第一加权元件，被配置成接收所述经量化的修改的输出信号并对其加权以生成所述第一反馈信号；/n第二加权元件，被配置成接收所述修改的输出信号并对其加权以生成所述第二反馈信号。/n

【技术特征摘要】
20180628 US 62/691,533;20190627 US 16/454,8121.一种装置，包括：
第一比较器，被配置成接收输入信号和第一反馈信号并且生成第一误差信号，所述第一误差信号是所述输入信号和所述第一反馈信号之间的差；
第一积分器，被配置成接收所述第一误差信号并对所述第一误差信号进行积分；
第二比较器，被配置成从所述第一积分器接收经积分的误差信号和第二反馈信号并且生成第二误差信号，所述第二误差信号是所述经积分的第一误差信号与所述第二反馈信号之间的差；
第二积分器，被配置成接收所述第二误差信号并对所述第二误差信号进行积分；
第一量化器，被配置成从所述第二积分器接收经积分的第二误差信号并生成输出信号；
反馈环路，用于生成所述第一反馈信号和所述第二反馈信号，包括：
数模转换器，被配置成接收所述输出信号并生成修改的输出信号；
第二量化器，被配置成接收所述修改的输出信号并生成经量化的修改的输出信号；
第一加权元件，被配置成接收所述经量化的修改的输出信号并对其加权以生成所述第一反馈信号；
第二加权元件，被配置成接收所述修改的输出信号并对其加权以生成所述第二反馈信号。


2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第二量化器包括触发器。


3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第二量化器包括比较器和触发器。


4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一积分器是开关电容积分器。


5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第二积分器是开关电容积分器。


6.根据权利要求1所述的装置，还包括：第三加权元件，被配置成接收所述输入信号并对其加权以生成经加权的输入信号，并且其中，所述第二比较器还被配置成接收所述经加权的输入信号并将所述经加权的输入信号加到所述经积分的第一误差信号与所述第二反馈信号之间的差，以生成所述第二误差信号。


7.根据权利要求1所述的装置，还包括：
第三加权元件，被配置成接收所述输入信号并对其加权以生成经加权的输入信号；以及加法器，被配置成在由所述第一量化器接收所述经积分的第二误差信号并对其进行量化之前将所述经加权的输入信号加到所述经积分的第二误差信号。


8.一种装置，包括：
第一比较器，被配置成接收输入信号和第一反馈信号并且生成第一误差信号，所述第一误差信号是所述输入信号与所述第一反馈信号之间的差；
第一积分器，被配置成接收所述第一误差信号并对所述第一误差信号进行积分；
第二比较器，被配置成从所述第一积分器接收经积分的误差信号和第二反馈信号并且生成第二误差信号，所述第二误差信号是所述经积分的第一误差信号与所述第二反馈信号之间的差；
第二积分器，被配置成接收所述第二误差信号并对所述第二误差信号进行积分；
第三比较器，被配置成从所述第二积分器接收经积分的误差信号和第三反馈信号并且生成第三误差信号，所述第三误差信号是所述经积分的第二误差信号与所述第三反馈信号之间的差；
第三积分器，被配置成接收所述第三误差信号并对所述第三误差信号进行积分；
第一量化器，被配置成从所述第三积分器接收经积分的第三误差信号并生成输出信号；
反馈环路，用于生成所述第一反馈信号和所述第二反馈信号，包括：
数模转换器，被配置成接收所述输出信号并生成修改的输出信号；
第二量化器，被配置成接收所述修改的输出信号并生成经量化的修改的输出信号；
第一加权元件，被配置成接收所述经量化的修改的输出信号并对其加权以生成所述第一反馈信号；
第二加权元件，被配置成接收所述经量化的修改的输出信号并对其加权以生成所述第二反馈信号；
第三加权元件，被配置成接收所述修改的输出信号并对其加权以生成所述第三反馈信号。


9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述第二量化器包括触发器。


10.根据权利要求8所述的装置，其中，所述第二量化器包括比较器和触发器。


11.根据权利要求8所述的装置，其中，所述第一积分器、所述第二积分器和所述第三积分器中的一个或更多个是开关电容积分器。


12.根据权利要求8所述的装置，还包括：第四加权元件，被配置成接收所述输入信号并对其加权以生成经加权的输入信号，并且其中，所述第二比较器还被配置成接收所述经加权的输入信号并将所述经加权的...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·马丁·马林森，
申请(专利权)人：硅谷介入有限公司，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA