西格玛-德尔塔调制器和模拟信号处理电路制造技术

本发明专利技术公开了一种用于传感器检测的西格玛

【技术实现步骤摘要】
西格玛
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德尔塔调制器和模拟信号处理电路


[0001]本专利技术涉及高精度传感器检测
，更具体地，涉及一种用于传感器检测的西格玛
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德尔塔调制器和模拟信号处理电路。

技术介绍

[0002]模拟信号处理电路在电子设备中有着广泛的应用。模拟信号是在幅值域内和时间域内都是连续的信号，模拟信号处理包括对模拟信号的放大、滤波、调制、解调以及频率变换等。
[0003]在传感器应用中，模拟信号处理电路在很大程度上决定了传感器的性能。如图1所示，传感器的信号链(signal chain)100包含：模拟前端电路(Analog Front End，缩写为AFE)、模数转换电路(Analog to Digital Convertor，缩写为ADC)和数字信号处理电路(Digital Processing，缩写为DP)。模拟前端电路AFE又包含偏置电路(bias circuit)101、感测电路或读取电路(sensing or readout circuit)102、可调增益放大器(programmable gain amplifier)103和抗混叠低通滤波器(anti
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aliasing low pass filter)104等模拟电路。模拟前端电路AFE是传感器的信号链中的模拟信号处理电路。
[0004]为了适应不同幅度范围的输入信号，一般需要AFE模拟前端能够实现可编程增益，常规的做法是将AFE模拟前端设计成可编程增益放大器(programmable gain amplifier，PGA)，PGA由斩波放大器和增益电阻实现，通过开关选择不同的增益电阻值，从而实现可编程增益的功能。然而这种方法存在以下问题，在实际应用中只能对PGA的增益电阻修调一次，当选择不同的增益时，其等效到输入端的失调电压(offset)将发生变化，从而导致在不同增益下电路的共模抑制比(CMRR)发生了很大的变化，稳定性很差。

技术实现思路

[0005]鉴于上述问题，本专利技术的目的在于提供一种用于传感器检测的西格玛
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德尔塔调制器和模拟信号处理电路，同时兼具增益可编程和高共模抑制比的特性。
[0006]根据本专利技术实施例的一方面，提供了一种用于传感器检测的西格玛
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德尔塔调制器，包括：输入节点，被配置为接收模拟输入信号；第一前馈路径，与所述输入节点耦接，用于对所述模拟输入信号进行前向放大；加法器电路，用于获得前向放大后的所述模拟输入信号与反馈信号之间的加和；环路滤波器，与所述加法器电路耦接，包括级联的多个积分器电路，所述级联的多个积分器电路用于根据所述加法器电路获得的加和信号传输积分信号；多个第二前馈路径，每个所述第二前馈路径用于对相应的积分器电路输出的积分信号进行前向放大；求和级电路，用于获得前向放大后的所述模拟输入信号以及前向放大后的所述积分信号之间的总和；以及量化器，与输出节点耦接，被设置为接收所述求和级电路的输出信号，并根据所述求和级电路的输出信号形成数字输出信号。
[0007]可选的，所述西格玛
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德尔塔调制器还包括：反馈路径，将所述输出节点耦接到所述加法器电路，用于根据所述数字输出信号将所述反馈信号提供到所述加法器电路。
[0008]可选的，所述反馈路径包括数模转换器。
[0009]可选的，所述第一前馈路径中设置有具有第一前馈因子的第一前向放大器。
[0010]可选的，所述第二前馈路径中设置有具有第二前馈因子的第二前向放大器。
[0011]可选的，所述环路滤波器还包括：分别设置于每个积分器电路之前的增益放大器，用于对提供至相应的积分器电路的信号进行增益放大。
[0012]可选的，所述西格玛
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德尔塔调制器为2阶的西格玛
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德尔塔调制器。
[0013]可选的，所述西格玛
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德尔塔调制器的信号传递函数为：
[0014]H
x
(z)＝m
[0015]其中，所述m为所述第一前向放大器的第一前馈因子。
[0016]可选的，通过调节所述第一前馈因子的值来实现对所述模拟输入信号的可编程增益调节。
[0017]可选的，所述西格玛
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德尔塔调制器的噪声传递函数为：
[0018][0019]其中，a1和a2分别为所述环路滤波器中的每个积分器电路之前的增益放大器的增益因子，c1和c2分别为每个第二前向放大器的第二前馈因子，z为离散时域。
[0020]根据本专利技术实施例的另一方面，提供了一种模拟信号处理电路，包括：前级放大模块，用于对差分输入信号进行固定增益放大，以得到处理信号；可编程增益调制器，用于将所述处理信号转换成调制信号；以及数字滤波器，用于对所述调制信号进行滤波以得到数字信号，其中，所述可编程增益调制器通过上述的西格玛
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德尔塔调制器实现。
[0021]可选的，所述前级放大模块包括：开关调制器、斩波放大器以及第一至第五电阻，其中，第一电阻和第二电阻的第一端分别耦接至所述差分输入信号的正输入电压信号和负输入电压信号，所述第一电阻和所述第二电阻的第二端经由所述开关调制器耦接至所述斩波放大器的正输入端和负输入端，所述斩波放大器的正输出端和负输出端分别用于提供处理信号的正输出电压信号和负输出电压信号，第三电阻和第五电阻依次耦接于所述开关调制器的输入端和所述斩波放大器的负输出端，第四电阻耦接于所述开关调制器的输入端和所述斩波放大器的正输出端之间。
[0022]可选的，所述第一电阻和所述第二电阻的阻值相等，所述第三电阻和所述第四电阻的阻值相等。
[0023]可选的，所述第一电阻、所述第二电阻、所述第三电阻和所述第四电阻的电阻值用于设置所述前级放大模块的增益。
[0024]可选的，所述第五电阻为可变电阻器。
[0025]综上所述，本专利技术实施例提出了一种用于传感器检测领域的Σ
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Δ调制器，其采用前馈路径对模拟输入信号进行前向放大，继而通过调节输入信号的放大倍数来实现对输入信号的可编程增益特性。当将该Σ
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Δ调制器应用在传感器信号链中的模拟信号处理电路时，就可以将前级放大模块设计成固定增益，输入信号的增益调节通过Σ
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Δ调制器来实现，这样在将前级放大模块的失调电压修调好了之后，即使改变电路的增益也不会影响信号输入端的失调电压，使得电路在不同增益下都有很好的CMRR特性。此外，本实施例的Σ
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Δ调制器还可通过过采样、噪声整形、数字滤波和抽样可以将大部分的量化噪声推进高频
区并滤除，具有很好的噪声抑制性能。因此，本专利技术实施例的Σ
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Δ调制器具有增益可编程和高共模抑制比的特性，可以适用于高精度的传感器检测领域，尤其是对CMRR要求比较高的场合。
附图说明
[0026]通过以下参照附图对本专利技术实施例的描述，本专利技术的上述以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于传感器检测的西格玛
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德尔塔调制器，包括：输入节点，被配置为接收模拟输入信号；第一前馈路径，与所述输入节点耦接，用于对所述模拟输入信号进行前向放大；加法器电路，用于获得前向放大后的所述模拟输入信号与反馈信号之间的加和；环路滤波器，与所述加法器电路耦接，包括级联的多个积分器电路，所述级联的多个积分器电路用于根据所述加法器电路获得的加和信号传输积分信号；多个第二前馈路径，每个所述第二前馈路径用于对相应的积分器电路输出的积分信号进行前向放大；求和级电路，用于获得前向放大后的所述模拟输入信号以及前向放大后的所述积分信号之间的总和；以及量化器，与输出节点耦接，被设置为接收所述求和级电路的输出信号，并根据所述求和级电路的输出信号形成数字输出信号。2.根据权利要求1所述的西格玛
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德尔塔调制器，其中，还包括：反馈路径，将所述输出节点耦接到所述加法器电路，用于根据所述数字输出信号将所述反馈信号提供到所述加法器电路。3.根据权利要求2所述的西格玛
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德尔塔调制器，其中，所述反馈路径包括数模转换器。4.根据权利要求1所述的西格玛
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德尔塔调制器，其中，所述第一前馈路径中设置有具有第一前馈因子的第一前向放大器。5.根据权利要求4所述的西格玛
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德尔塔调制器，其中，所述第二前馈路径中设置有具有第二前馈因子的第二前向放大器。6.根据权利要求5所述的西格玛
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德尔塔调制器，其中，所述环路滤波器还包括：分别设置于每个积分器电路之前的增益放大器，用于对提供至相应的积分器电路的信号进行增益放大。7.根据权利要求6所述的西格玛
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德尔塔调制器，其中，所述西格玛
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德尔塔调制器为2阶的西格玛
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德尔塔调制器。8.根据权利要求7所述的西格玛
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德尔塔调整器，其中，所述西格玛
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德尔塔调制器的信号传递函数为：H

【专利技术属性】
技术研发人员：白玮，于翔，谢程益，
申请(专利权)人：圣邦微电子北京股份有限公司，
类型：发明
国别省市：