一种用于delta-sigma调制器的离散型低功耗积分器制造技术

本发明专利技术公开了一种用于delta‑sigma调制器的离散型低功耗积分器，包括时钟产生子模块、第一反馈积分子模块、第二反馈积分子模块以及积分放大器，所述的时钟产生子模块包括第一输出端、第二输出端、第三输出端和第四输出端，所述时钟产生子模块电路通过其输出端与第一反馈积分子模块、第二反馈积分子模块以及积分放大器相连，并产生不同相位频率的时钟脉冲对所述的第一反馈积分子模块、第二反馈积分子模块以及积分放大器进行控制。本发明专利技术还提供了一种用时钟控制积分放大器使能端的方法，用于减小积分器的功耗。本发明专利技术的积分器可有效减少非线性失真，还能大大降低开关引起的电压过冲问题，利用本发明专利技术的积分器可使整个调制器的功耗极大降低。

A discrete low power integrator for delta sigma modulator

【技术实现步骤摘要】
一种用于delta-sigma调制器的离散型低功耗积分器
本专利技术属于集成电路领域，更具体的涉及一种用于delta-sigma调制器的离散型低功耗积分器。
技术介绍
模数转换器（ADC）在信号处理起到了连接数字和模拟世界桥梁的重要作用。在数字音频、图像编码、频率合成以及各类传感器领域有着广泛的应用。目前基于过采样和噪声整形技术的delta-sigmaADC主要用于高精度、低压低功耗的系统中。Delta-sigma调制器结构主要由三大模块构成：1）环形滤波器，决定了噪声传递函数；2）量化器，通常使用1位量化器，多位量化器虽然可以提高系统的噪声整形能力，但是会产生非线性影响，需要增加额外的动态器件匹配逻辑电路，用于校正改善线性度；3）反馈数模转换器（DAC），通常量化器的位数和DAC的位数相同，大于1位时会产生非线性问题。基于环形滤波器中滤波器的工作模式，delta-sigma调制器的结构主要分为两类：1）连续时间（CT）delta-sigma调制，其带宽大、功耗低且自带抗混叠滤波器电路，减小了电路的复杂度，但是精度较低，对时钟抖动以及反馈延迟十分敏感，由工艺引起的电阻电容失配对性能也有严重的影响。2）开关电容（SC）delta-sigma调制，其相比于连续时间delta-sigma调制器，带宽较小（<1MHz），但是精度高，设计方法和工艺技术都比较成熟。对于广泛使用的开关电容delta-sigma调制器，核心部分在于积分器的设计，由于传统结构的开关电容积分器使用了过多的开关，从而产生大量非线性的谐波失真。同时，由于开关本身具有非线性的导通电阻以及电荷泄露和时钟馈通等非理想因素，都将对调制器的整体性能产生严重的影响。因此，对delta-sigma调制器而言，提高积分器的前端输入的线性度、减小由开关引起的非线性失真等是提高调制器整体性能的关键所在，并且积分器同时决定了调制器的整体功耗，所以降低单个积分器的功耗和面积意味着整个调制器功耗和面积成本的极大降低。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种用于delta-sigma调制器的离散型低功耗积分器，同时提出一种通过时钟控制来减小积分器功耗的方法以及减少开关个数在面积上对积分器进行改进。本专利技术采用以下技术方案实现：一种用于delta-sigma调制器的离散型低功耗积分器，包括时钟产生子模块、第一反馈积分子模块、第二反馈积分子模块以及积分放大器，所述的时钟产生子模块包括第一输出端、第二输出端、第三输出端和第四输出端，所述时钟产生子模块通过其输出端与第一反馈积分子模块、第二反馈积分子模块以及积分放大器相连，并产生不同相位频率的时钟脉冲对所述的第一反馈积分子模块、第二反馈积分子模块以及积分放大器进行控制；所述的第一输出端与第二输出端为具有相位差的时钟，第一输出端与第三输出端为非交叠时钟，第三输出端与第四输出端为具有相位差的时钟；所述的第一反馈积分子模块和第二反馈积分子模块均与delta-sigma调制器电路的反馈端和积分放大器相连，所述的积分放大器对所述的第一反馈积分子模块、第二反馈积分子模块电路输出的电压信号按设定的比例系数积分；所述的积分放大器包括全差分运算放大器、第一积分电阻、第一积分电容、第一开关、第一耦合电容、第三开关、第二积分电阻、第二积分电容、第二开关、第二耦合电容、第十二开关、第十三开关；所述的第一积分电容的一端以及第一开关的一端与全差分运算放大器的反相端相连；所述的第一反馈积分子模块、第一积分电阻的一端与所述的第一开关的另一端相连；所述的第一积分电容另一端与全差分运算放大器的正输出端相连；所述的第一积分电阻另一端与调制器的负端输入信号相连；所述的第二积分电容的一端以及第二开关的一端与全差分运算放大器的正相端相连；所述的第二反馈积分子模块、第二积分电阻的一端与所述的第二开关的另一端相连；所述的第二积分电容另一端与全差分运算放大器的负输出端相连；所述的第二积分电阻另一端与调制器的正端输入信号相连，第三开关的一端与delta-sigma调制器的负端输入信号相连，第三开关的另一端与第一耦合电容的一端相连；所述的第一耦合电容的另一端与第二积分电阻、第二开关的一端相连；所述的第十三开关一端与delta-sigma调制器的正端输入信号相连，另一端与第二耦合电容的一端相连；所述的第二耦合电容的另一端与第一积分电阻、第一开关的一端相连；所述的第十二开关一端与全差分运算放大器的使能端相连，另一端与外部的高电平相连；所述的全差分运算放大器在其使能端电平为高时处于工作状态，使能端电平为低时不工作。上述技术方案中，进一步地，所述的第一开关、第二开关与时钟产生子模块的第三输出相连，所述的第三开关、第十二开关、第十三开关与时钟产生子模块的第四输出相连；时钟产生子模块输出的时钟脉冲控制第一、第二、第三、第十二及第十三开关的闭合或断开，这五个开关在时钟脉冲为高电平时均闭合。更进一步地，所述的第一反馈积分子模块包括第四开关、第五开关、第六开关、第七开关以及第一反馈电容，所述的第四开关与delta-sigma调制器电路的正反馈端相连，第五开关与delta-sigma调制器电路的负反馈端相连，所述的第五开关的另一端、第一反馈电容及第六开关的一端与第四开关的另一端相连，所述的第七开关的一端及第一开关的一端与第一反馈电容另一端相连，第六开关的另一端、第七开关的另一端与外部的共模电平相连；所述的第二反馈积分子模块包括第八开关、第九开关、第十开关、第十一开关以及第二反馈电容，所述的第八开关与delta-sigma调制器电路的正反馈端相连，第九开关与delta-sigma调制器电路的负反馈端相连，所述的第九开关的另一端、第二反馈电容及第十开关的一端与第八开关的另一端相连，所述的第十一开关的一端及第二开关的一端与所述的第二反馈电容另一端相连，第十、第十一开关的另一端与外部的共模电平相连。更进一步地，所述的第四开关与delta-sigma调制器电路一位量化器的负端相连，第五开关与delta-sigma调制器电路一位量化器的正端相连，所述的第六开关与时钟产生子模块的第二输出端相连，所述的第七开关与时钟产生子模块的第一输出端相连；第八开关与delta-sigma调制器电路一位量化器的正端相连，第九开关与delta-sigma调制器电路一位量化器的负端相连，所述的第十开关与时钟产生子模块的第二输出端相连，所述的第十一开关与时钟产生子模块的第一输出端相连。本专利技术的有益效果在于：与传统技术相比，本专利技术改变了前端的输入结构，将第一级开关电容采样的方式变为电阻输入和电容耦合的方式。当只有电阻输入时，开关节点同样会产生较大的过冲现象，所以本专利技术在delta-sigma调制器的两个输入之间通过电容耦合的方式，减小了输入节点上的过冲，从而减小了非线性失真，同时也使得因开关非线性导通电阻引起的谐波失真大大减小。本专利技术的结构相比于传统开关电容型积分器结构，减少了开关的使用，这样不仅降低了因开关的电荷泄露和时钟馈通导致的失真，还减少了积本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于delta-sigma调制器的离散型低功耗积分器，其特征在于，包括时钟产生子模块、第一反馈积分子模块、第二反馈积分子模块以及积分放大器，所述的时钟产生子模块包括第一输出端、第二输出端、第三输出端和第四输出端，所述时钟产生子模块通过其输出端与第一反馈积分子模块、第二反馈积分子模块以及积分放大器相连，并产生不同相位频率的时钟脉冲对所述的第一反馈积分子模块、第二反馈积分子模块以及积分放大器进行控制；所述的第一输出端与第二输出端为具有相位差的时钟，第一输出端与第三输出端为非交叠时钟，第三输出端与第四输出端为具有相位差的时钟；所述的第一反馈积分子模块和第二反馈积分子模块均与delta-sigma调制器电路的反馈端和积分放大器相连，所述的积分放大器对所述的第一反馈积分子模块、第二反馈积分子模块电路输出的电压信号按设定的比例系数积分；/n所述的积分放大器包括全差分运算放大器、第一积分电阻、第一积分电容、第一开关、第一耦合电容、第三开关、第二积分电阻、第二积分电容、第二开关、第二耦合电容、第十二开关、第十三开关；所述的第一积分电容的一端以及第一开关的一端与全差分运算放大器的反相端相连；所述的第一反馈积分子模块、第一积分电阻的一端与所述的第一开关的另一端相连；所述的第一积分电容另一端与全差分运算放大器的正输出端相连；所述的第一积分电阻另一端与调制器的负端输入信号相连；所述的第二积分电容的一端以及第二开关的一端与全差分运算放大器的正相端相连；所述的第二反馈积分子模块、第二积分电阻的一端与所述的第二开关的另一端相连；所述的第二积分电容另一端与全差分运算放大器的负输出端相连；所述的第二积分电阻另一端与调制器的正端输入信号相连，第三开关的一端与delta-sigma调制器的负端输入信号相连，第三开关的另一端与第一耦合电容的一端相连；所述的第一耦合电容的另一端与第二积分电阻、第二开关的一端相连；所述的第十三开关一端与delta-sigma调制器的正端输入信号相连，另一端与第二耦合电容的一端相连；所述的第二耦合电容的另一端与第一积分电阻、第一开关的一端相连；所述的第十二开关一端与全差分运算放大器的使能端相连，另一端与外部的高电平相连；所述的全差分运算放大器在其使能端电平为高时处于工作状态，使能端电平为低时不工作。/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于delta-sigma调制器的离散型低功耗积分器，其特征在于，包括时钟产生子模块、第一反馈积分子模块、第二反馈积分子模块以及积分放大器，所述的时钟产生子模块包括第一输出端、第二输出端、第三输出端和第四输出端，所述时钟产生子模块通过其输出端与第一反馈积分子模块、第二反馈积分子模块以及积分放大器相连，并产生不同相位频率的时钟脉冲对所述的第一反馈积分子模块、第二反馈积分子模块以及积分放大器进行控制；所述的第一输出端与第二输出端为具有相位差的时钟，第一输出端与第三输出端为非交叠时钟，第三输出端与第四输出端为具有相位差的时钟；所述的第一反馈积分子模块和第二反馈积分子模块均与delta-sigma调制器电路的反馈端和积分放大器相连，所述的积分放大器对所述的第一反馈积分子模块、第二反馈积分子模块电路输出的电压信号按设定的比例系数积分；
所述的积分放大器包括全差分运算放大器、第一积分电阻、第一积分电容、第一开关、第一耦合电容、第三开关、第二积分电阻、第二积分电容、第二开关、第二耦合电容、第十二开关、第十三开关；所述的第一积分电容的一端以及第一开关的一端与全差分运算放大器的反相端相连；所述的第一反馈积分子模块、第一积分电阻的一端与所述的第一开关的另一端相连；所述的第一积分电容另一端与全差分运算放大器的正输出端相连；所述的第一积分电阻另一端与调制器的负端输入信号相连；所述的第二积分电容的一端以及第二开关的一端与全差分运算放大器的正相端相连；所述的第二反馈积分子模块、第二积分电阻的一端与所述的第二开关的另一端相连；所述的第二积分电容另一端与全差分运算放大器的负输出端相连；所述的第二积分电阻另一端与调制器的正端输入信号相连，第三开关的一端与delta-sigma调制器的负端输入信号相连，第三开关的另一端与第一耦合电容的一端相连；所述的第一耦合电容的另一端与第二积分电阻、第二开关的一端相连；所述的第十三开关一端与delta-sigma调制器的正端输入信号相连，另一端与第二耦合电容的一端相连；所述的第二耦合电容的另一端与第一积分电阻、第一开关的一端相连；所述的第十二开关一端与全差分运算放大器的使能端相连，另一端与外部的高电平相连；所述的全差分运算放大器在其使能端电平为高时处于...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞艳东，张培勇，李豪，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33