数模转换器制造技术

一种数模转换器，包括：噪声整形调制器，用于调制输入数字数据流；多个输出元件，用于从来自所述调制器的调制输出流生成多个中间数据流；输出加法器，用于对所述中间数据流求和以产生输出模拟流；以及其中，所述噪声整形调制 器使所述输出元件的边沿跳变率平衡，使得两个被选元件的边沿跳变率近似相等。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总的来说涉及Δ-δ数据转换器，具体来说，本专利技术涉及具有数字滤波脉宽调制输出级的数据转换器及其方法和系统。
技术介绍
Δ-δ调制器在数模转换器和模数转换器(DAC和ADC)中特别有用。利用过采样技术，Δ-δ调制器可将量化噪声功率分散到过采样频带上，该频带通常比输入信号带宽大很多。此外，Δ-δ调制器通过表现为输入信号的低通滤波器和噪声的高通滤波器来进行噪声整形；从而将大部分量化噪声功率移出信号带。典型的Δ-δ调制器包括对输入信号与负反馈求和的加法器、环路滤波器、量化器、及连接量化器的输出和加法器的反相输入的反馈环。在一阶调制器中，环路滤波器包括一个积分器或其他滤波器级，而高阶调制器中的环路滤波器具有相应数量的滤波器级的级联。高阶调制器相对低阶调制器改善了量化噪声传输特性，但随着级的增加，稳定性成为更关键的设计要素。量化器可以是一位或多位量化器。在DAC应用(例如低频带外噪声DAC)中，连续时间输出级(例如电流加法器)将量化的调制器输出转换为相对平滑的模拟信号，它相对离散时间输出级(例如，开关电容输出级)具有许多优点。例如，在调制器输出被量化为多个等级(例如，由8位或更多位表示的64级或更多级)的DAC系统中，连续时间输出级相对容易设计和构造。此外，以多个量化等级操作的连续时间输出级相对不受波动及远频带外能量的采样问题的影响。这些优点使得连续时间输出级成为集成到大型数字芯片中的最好选择。对于更小的数据转换器和编码解码器(Codec)来说，避免高频能量的采样可简化时钟管理方案。尽管有这些优点，连续时间输出级也有显著的缺点，例如对符号间干扰的易感性。(在这种情况下的符号间干扰或ISI通常由来自连续时间元件或来自模拟存储器的输出信号的前沿或后沿中的不对称引起，其中每个符号取决于前一个符号。)即使大量的连续时间转换元件均可利用大量量化等级对数据采样进行操作，但ISI仍然可能支配连续时间数据转换器的输出模拟流中的噪声和失真成分。虽然可用归零(RTZ)技术使ISI最小化，但RZT技术通常导致电路对于控制时钟的特性的灵敏度增加。因此，需要一种经过改良的电路和方法，使得连续时间输出级能够应用在例如DAC的应用中，同时使ISI最小化，并减小时钟特性对电路性能的影响。
技术实现思路
根据一个具体实施方式，公开了一种数模转换器，包括噪声整形调制器，用于调制输入数字数据流；多个输出元件，用于由来自调制器的调制输出流生成多个中间数据流；以及输出加法器，用于对中间数据流求和以生成输出模拟流。噪声整形调制器使输出元件的边沿跳变率平衡，以使两个选定元件的边沿跳变率近似相等。通过使元件的边沿跳变率平衡，ISI的影响被大大消除。本专利技术原理的应用提供了数字数据转换器的设计和构造，尤其是DAC，其采用了对ISI和时钟变化具有最小易感性的连续时间输出元件。通常，占空比调制器接收数字输入流，并产生经过占空比调制、脉宽调制(PWM)的编码数据流。有限脉冲响应(FIR)滤波器从占空比调制流中除去PWM率的基频和谐波。通过将FIR滤波器的级与多个数模转换元件分接，可通过连续时间方式或离散时间方式生成模拟输出信号，并减少由于ISI抖动引起的失真。在一个具体的实施方式中，多个脉宽调制器级按时间交织，从而产生多个时间重叠的PWM编码数据流。这些重叠的PWM编码数据流驱动具有匹配的使用率和跳变率的多个转换元件。在交织的PWM级前面具有多个衰减频带的Δ-δ调制器可使噪声衰减，否则噪声将由于模拟级间的不匹配而被解调。在各个交织PWM级后面连接的FIR滤波器可去除由PWM过程引起的频带外能量。附图说明为了更完整地理解本专利技术及其优点，下面将参考以下结合附图进行的描述，在附图中图1A是包括采用了根据本专利技术原理的、具有多个衰减频带和交织脉宽调制器的Δ-δ调制器的数模转换器的典型数字音频系统的高级框图；图1B是适合在如图1A所示的典型模拟入数字出FIR块中使用的典型数字入模拟出有限脉冲响应(FIR)滤波器的更详细的框图；图2A是具有4个噪声衰减频带的典型Δ-δ调制器的噪声传递函数(NTF)的增益-频率曲线图，其适合在采用4个交织脉宽调制器的图1所示的数据转换器的精选实施方式中使用； 图2B是具有对应于图2A所示的噪声衰减频带的多个NTF噪声衰减频带的Δ-δ调制器的极点和零点的z平面图；图2C～图2E是适合于产生图2B所示的极点-零点布局的典型前反馈Δ-δ调制器的框图；图3是示出用于典型4个交织脉宽调制器的如图1所示的Δ-δ调制器和脉宽调制器的典型操作的信号时序的时序图；图4是用于典型4次交织PWM和相关有限脉冲响应输出滤波器的响应的如图1所示的脉宽调制器中选出的一个的输出的增益-频率的曲线图；以及图5是采用根据本专利技术原理的交织噪声整形器和相应数字输出滤波器的典型数模转换器的高级操作框图。具体实施例方式本专利技术的原理及其优点可通过参考附图1～5中描述的实施方式更好地理解，附图中同样的标记指示同样的部件。图1A是适合于说明本专利技术的原理的典型数模转换器系统100的高级功能框图。为了进行论述，所描述的音频应用是对来自数字音频源101(例如光盘(CD)播放器或数字通用光盘(DVD)播放器)的数字音频进行操作；然而下面描述的概念也可以用在需要进行数模转换的电路和系统的广泛领域中。在系统100中，从数字源101输出的数据是具有基本采样频率(采样率)fs的多位音频数据，并以过采样因数K进行过采样。例如，在图示实施方式中，音频流从数字音频源101输出，它具有48kHz的基本采样频率(fs)，以64倍(64x)过采样(即K＝64)。系统100以具有多个噪声传递函数(NTF)中的衰减频带的多位噪声整形器102(例如Δ-δ调制器)为基础。噪声整形器102将在下文进一步详细描述；然而，通常NTF包括一个用于衰减信号通带中的噪声的衰减频带和用于衰减噪声的附加衰减频带，否则该噪声将在下文论述的多个脉宽调制(PWM)级实施方式中被之后的PWM级104之间的任何非零不匹配解调。在图示实施方式中的噪声整形器102以过采样频率L·fs输出多位量化采样，其中L是噪声整形器102的过采样比。噪声整形器102的调制指数(MI)优选设置为确保满额输出量化电平不输出到后面的PWM级104。然而，在可以容许输出流中有一定程度的ISI的替换实施方式中，满额量化电平也可采用。噪声整形器102的每个一位采样输出被1～N个交织电路103交织到一组N个并联PWM级中相对应的一个中，其中N是大于等于1的整数。在图1A中，为了论述目的示出了代表性的脉宽调制(PWM)级104a～104N。因此各个PWM级104a～104N可有效地对采样率L/N fs的输入采样进行操作。适合用作系统100的PWM级104a～104N的典型PWM级在转让给Melanson的美国专利第6,150,969号的标题为Correction of Nonlinear Output Distortion In aDelta Sigma DAC和转让给Melanson的第5,815,102号标题为DeltaSigma PWM DAC to Reduce Switching中进行了描述，两者都结合在本文中作为参考。交织电路103是示例性的电路。对于PWM级1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰·劳伦斯·梅兰松，
申请(专利权)人：塞瑞斯逻辑公司，
类型：发明
国别省市：