用于连续时间Σ-Δ（CTSD）模数转换器（ADC）的低噪声、高精度单端输入级制造技术

本公开涉及用于连续时间Σ

【技术实现步骤摘要】
用于连续时间
Σ
‑
Δ
(CTSD)模数转换器(ADC)的低噪声、高精度单端输入级


[0001]本专利技术一般涉及电子技术，更具体地说，涉及用于连续时间Σ
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Δ(CTSD)模数转换器(ADC)的低噪声、高精度单端输入级。

技术介绍

[0002]在许多电子应用中，模拟输入信号被转换为数字输出信号(例如，用于进一步的数字信号处理)。例如，在精密测量系统中，电子设备配备有一个或多个传感器进行测量，这些传感器可以生成模拟信号。然后将模拟信号提供给模数转换器(ADC)作为输入，以生成用于进一步处理的数字输出信号。在另一个例子中，天线基于空气中携带信息/信号的电磁波生成模拟信号。然后将天线生成的模拟信号作为输入提供给ADC，以生成用于进一步处理的数字输出信号。
[0003]ADC可以在许多地方找到，如宽带通信系统、音频系统、接收器系统等。ADC可以转换代表真实世界现象的模拟电信号，例如光、声音、温度或压力，用于数据处理目的。设计ADC是一项非常重要的任务，因为每个应用程序在性能、功率、成本和大小方面可能有不同的需求。ADC广泛应用于通信、能源、医疗保健、仪器和测量、电机和功率控制、工业自动化和航空航天/国防等领域。
[0004]有各种类型的ADC架构，如逐次逼近(SAR)ADC、Σ
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ΔADC、流水线ADC和闪存ADC。Σ
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ΔADC可以提供高分辨率和低失真，因此适用于音频、高端数据采集应用和精密工业测量应用。通过对输入信号进行过采样并将感兴趣频带中的量化噪声整形到更高频率区域(例如感兴趣频带外)来实现高分辨率。然后，可以通过后续的数字滤波级对较高频率的带外噪声进行数字滤波。然后在转换器的输出端将所得数据下采样到所需采样率。有两种不同的Σ
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Δ模数转换器架构，一种基于离散时间的架构和一种基于连续时间的架构。在某些情况下，由于其固有的抗混叠滤波特性，基于连续时间的体系结构可能是理想的，从而消除了对外部抗混叠滤波器电路的需要，否则，基于离散时间的体系架构将需要外部抗混迭滤波器电路。
[0005]CTSD ADC通常使用全差分电路设计，以实现良好的电源抑制比、对片上耦合的抗扰度、时钟馈通、电荷注入、偶数阶谐波失真和其他二阶非理想效果。全差分电路可包括两个信号路径，其中沿信号路径的信号振幅相等但相位相反(极性相反)。在某些应用中，用于数字转换的模拟信号可以是单端信号，而不是全差分信号。因此，随着单端CTSD ADC应用的增长，对低噪声和高精度单端CTSDADC的需求也在增长。
附图说明
[0006]为了更全面地理解本专利技术及其特征和优点，结合附图参考以下描述，其中相似的附图标记表示相似的部件，其中：
[0007]图1是示出示例性全差分连续时间Σ
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Δ(CTSD)调制器的示意图；
[0008]图2是示出示例性CTSD模数转换器(ADC)的框图；
[0009]图3是示出示例性单端CTSD调制器的示意图；
[0010]图4是示出根据本公开的一些实施例的示例性高线性单端CTSD调制器的示意图；
[0011]图5是示出根据本公开的一些实施例的示例性共模放大器布置的示意图；
[0012]图6是示出根据本公开的一些实施例的示例性低噪声、高线性单端CTSD调制器的示意图；
[0013]图7是示出根据本公开的一些实施例的另一示例性共模放大器布置的示意图；
[0014]图8是示出根据本公开的一些实施例的以负满刻度输入操作的低噪声、高线性单端CTSD调制器的示例性场景的示意图；
[0015]图9是示出根据本公开的一些实施例的以正满刻度输入操作的低噪声、高线性单端CTSD调制器的示例性场景的示意图；
[0016]图10是示出根据本公开的一些实施例的示例性负电阻电路的示意图；
[0017]图11是示出根据本公开的一些实施例的利用前馈配置来提供共模电流消除的示例性单端CTSD调制器的示意图；
[0018]图12是示出根据本公开的一些实施例的示例性高阶单端CTSD调制器的示意图；
[0019]图13是示出根据本公开的一些实施例的示例性多位单端CTSD调制器的示意图；和
[0020]图14是示出根据本公开的一些实施例的用于提供低噪声、高线性度单端CTSD模数转换的示例性方法的流程图。
具体实施方式
[0021]综述
[0022]本公开的系统、方法和设备均具有若干创新实施例，其中没有一个单独负责本文公开的所有期望属性。本说明书中描述的主题的一个或多个实现的细节在以下描述和附图中阐述。
[0023]为了说明提供低噪声、高精度单端输入CTSD ADC的技术，了解CTSD ADC的工作方式可能很有用。以下基本信息可以被视为可以适当解释本公开的基础。提供此类信息仅用于解释目的，因此，不应以任何方式解释为限制本公开及其潜在应用的广泛范围。
[0024]如上所述，Σ
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ΔADC可以通过过采样和噪声整形提供高分辨率和低失真。Σ
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Δ ADC的主要构建块可以包括将模拟输入信号量化为数字信号的Σ
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Δ调制器，随后是从数字输出信号中去除高频量化噪声的数字滤波器。此外，当在Σ
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Δ调制器处使用过采样时，数字滤波器可以将数字输出信号下采样到期望的数据速率。更具体地说，Σ
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Δ调制器是一个反馈回路，包括带环路滤波器的正向路径和带数模转换器(DAC)的量化器和反馈路径。环路滤波器对量化噪声进行整形。量化器将环路滤波器的输出量化为数字码字。反馈DAC将量化输出转换为模拟信号，该模拟信号反馈到环路滤波器的输入，在环路滤波器滤波之前从输入信号中减去反馈信号。
[0025]CTSD调制器可以使用用于环路滤波器的连续时间积分器和用于反馈DAC的电流转向DAC。电流转向DAC可以包括连接到参考电压和地电位的一个或多个电流转向元件。每个电流转向元件可以包括基于量化器输出操作(例如打开或关闭)的电阻器和开关。全差分CTSD调制器可包括接收全差分输入模拟信号的输入级。输入级可以包括将输入电压信号转
换为电流信号的电阻器。为了实现良好的直流(DC)精度，可以将输入级的电阻与电流转向DAC的电阻匹配，以便在理想操作条件下平衡来自输入级的电流和来自DAC的电流。在这方面，输入级中的输入电阻器可以与电流转向DAC中的电阻器匹配。由于DAC中的开关可能产生某些电阻，例如，当开关接通时，输入级可能包括复制开关，以匹配电流转向DAC中开关。由于复制开关的使用是为了匹配电流转向DAC中的电阻，因此复制开关是通过始终接通的开关。在一些实现中，集成的CTSD ADC可以利用互补金属氧化物半导体(CMOS)器件用于DAC电路和输入电路中的开关。CMOS器件会引起谐波失真，这可由CMOS器件的漏极电流和漏源极电压之间的非线性二次关系引起的。然而，由于全差分C本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单端连续时间Σ
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Δ(CTSD)模数转换器(ADC)，包括：一对输入节点，用于接收单端输入信号；输入电路，包括：一对开关，每个开关耦合到该对输入节点中的一个；和放大器，用于在该对开关中的每一个之前的一对第一节点处提供共模信号；数模转换器(DAC)电路；和积分器电路，经由一对第二节点耦合到所述输入电路和DAC电路。2.权利要求1所述的CTSD ADC，其中所述放大器包括：第一反相输入，耦合到该对开关中的一个的输出；第二反相输入，耦合到该对开关中的另一个的输出；和非反相输入，耦合到设置为目标共模电压的电压轨。3.权利要求2所述的CTSD ADC，其中所述放大器包括第一输出和第二输出，并且其中所述放大器进一步提供共模信号，包括：在所述放大器的第一输出处的第一共模信号，所述第一输出直接连接到该对第一节点中的一个；和在所述放大器的第二输出处的第二共模信号，所述第二输出直接连接到该对第一节点中的另一个。4.权利要求2所述的CTSD ADC，其中所述放大器包括单个输出，其中所述输入电路还包括：一对电阻器，每个电阻器连接在该对第一节点中的对应一个与所述放大器的单个输出之间。5.权利要求1所述的CTSD ADC，其中所述输入电路包括电阻网络，该电阻网络包括多个电阻元件，所述电阻元件包括该对开关，并且其中所述多个电阻元件中的一个或多个电阻元件的尺寸被设置为对于满刻度输入，提供从所述输入电路流入该对第二节点的电流，所述电流的量基本上与所述DAC电路为满刻度码字生成的反馈电流相同。6.权利要求5所述的CTSD ADC，其中该对开关的尺寸被设置为对于满刻度输入，提供从所述输入电路流入该对第二节点的电流，所述电流的量基本上与DAC电路为所述满刻度码字生成的反馈电流相同。7.权利要求1所述的CTSD ADC，还包括：耦合到第二对节点的电平移位器电路，其中所述输入电路包括电阻网络，该电阻网络包括多个电阻元件，所述电阻元件包括该对开关，和其中所述多个电阻元件中的一个或多个的尺寸被设置为对于满刻度输入，提供从所述输入电路流入该对第二节点的电流，所述电流的量基本上与所述DAC电路为满刻度码字生成的反馈电流和由所述电平移位器电路提供的电流的总和相同。8.权利要求7所述的CTSD ADC，其中该对开关的尺寸被设置为提供从所述输入电路流入该对第二节点的电流，所述电流的量基本上与所述DAC电路为满刻度码字生成的反馈电流和由所述电平移位器电路提供的电流的总和相同。9.权利要求1所述的CTSD ADC，其中所述输入电路包括电阻网络，该电阻网络包括多个
电阻元件，所述电阻元件包括该对开关，并且其中所述CTSD ADC还包括：负电阻电路，基于所述输入电路中电阻网络的电阻提供负电阻。10.权利要求1所述的CTSD ADC，还包括：耦合到第二对节点的电平移位器电路，所述电平移位器电路包括耦合到参考电压或地电位之一的第一开关和第一电阻器，其中所述输入电路包括电阻网络，该电阻网络包括多个电阻元件，所述电阻元件包括该对开关，其中所述放大器的输出经由第二电阻器耦合到第一开关；和其中所述第二电阻...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：亚德诺半导体国际无限责任公司，
类型：发明
国别省市：