一种全动态的Delta-Sigma调制器电路制造技术

本实用新型专利技术涉及集成电路设计技术领域，具体公开了一种全动态的Delta

【技术实现步骤摘要】
一种全动态的Delta
‑
Sigma调制器电路


[0001]本技术涉及集成电路设计
，更具体地，涉及一种全动态的Delta
‑
Sigma调制器电路。

技术介绍

[0002]随着信息时代飞速发展，各种电子设备都在朝着数字化的方向发展，直接的模拟信号处理方式逐渐被淘汰，取而代之的是大规模的数字信号处理，但是真实世界中充满了各种声音、光线、温度和压力等都是模拟信号，所以高性能的模数转换器成为了连接数字世界和模拟世界的桥梁。例如在音频领域，高精度的Delta
‑
Sigma模数转换器广泛应用于耳机、扬声器、麦克风等各种高保真音频消费类电子设备。穿戴类便携音频电子设备对功耗的要求也很高，所以音频领域通常采用低功耗、高精度的Delta
‑
Sigma模数转换器。
[0003]在Delta
‑
Sigma模数转换器中，模拟部分是Delta
‑
Sigma调制器，数字部分是降采样数字滤波器，其中Delta
‑
Sigma调制器决定了整个转换器的性能。随着工艺技术向着先进制程不断演进，晶体管的本征增益不断降低，电源电压不断降低，给高精度Delta
‑
Sigma调制器的设计带来了严峻的挑战。
[0004]目前主流的降低功耗的方法是采用带前馈的连续时间架构来实现，避免了需要压制热噪声所需要的片内大电容，但是其电阻和电容无法提供一个精确的时间常数导致调制器不稳定，并且其更易受到时钟抖动和过量环路延迟等问题的影响。而离散型的Delta
‑
Sigma调制器功耗很大的原因是需要驱动片内大电容，所以要求运算放大器的静态电流很大。
[0005]另外一种常见的低功耗的方法是采用基于反相器的积分器，其电源电压可以低至1V以下，实现了极低的功耗。但是该架构实现的有效位数通常都限制在14位以下，并且该电路对工艺、温度和电压变化非常敏感。
[0006]此外，如果采用多位量化器，通常由闪速型的模数转换器实现，闪速型模数转换器所需的比较器数量随位数呈指数增加，例如5位闪速型模数转换器需要31个比较器，比较器增加也消耗了大量的功耗。并且量化器精度过高时，动态元件匹配电路的规模也会呈指数增加，所以量化器位数通常小于6位。

技术实现思路

[0007]为了解决现有技术中存在的不足，本技术提供了一种全动态的Delta
‑
Sigma调制器电路，利用有源噪声整形量化器将一阶调制器的噪声整形能力提高到了二阶，并且消除了调制器的静态电流，实现了很高的能效比。
[0008]作为本技术的第一个方面，提供一种全动态的Delta
‑
Sigma调制器电路，所述全动态的Delta
‑
Sigma调制器电路包括动态积分器、噪声整形模数转换器以及动态元件匹配校准电路，所述动态积分器的输入端分别连接模拟输入信号和所述动态元件匹配校准电路的输出端，所述噪声整形模数转换器的输入端分别连接所述模拟输入信号和所述动态积
分器的输出端，所述噪声整形模数转换器的输出端连接所述动态元件匹配校准电路的输入端；
[0009]所述动态积分器用于对所述模拟输入信号与反馈信号相减后的信号进行积分，输出积分后的信号至所述噪声整形模数转换器；
[0010]所述噪声整形模数转换器用于对所述积分后的信号与所述模拟输入信号相加后的信号进行量化，输出量化后的数字信号至所述动态元件匹配校准电路；
[0011]所述动态元件匹配校准电路用于对所述量化后的数字信号进行校准，输出所述反馈信号。
[0012]进一步地，所述动态积分器包括浮动反相动态放大器、采样电容C
S
、积分电容C
I
、第一斩波开关和第二斩波开关，所述浮动反相动态放大器包括两个对称的反相器和一个储能电容C
r
；
[0013]在采样相位φ1，采样电容Cs的一端连接模拟输入电压信号Vin/Vip，模拟输入电压信号Vin/Vip采样到所述采样电容Cs上，采样电容Cs的另一端连接到共模电平Vcm，储能电容Cr的一端连接到电源电压VDD，储能电容Cr的另一端连接到地，电源对储能电容C
r
进行充电，两个反相器的输出端均连接到共模电平Vcm进行复位；
[0014]在积分相位φ2，采样电容Cs的一端连接参考电平Vref，采样电容Cs的另一端分别连接所述第一斩波开关的输入端和积分电容C
I
的一端，所述采样电容Cs上的电荷被迫转移到所述积分电容C
I
上，两个反相器的电源端和地端均分别连接到所述储能电容Cr的两端，两个反相器的输出端接到第二斩波开关上，两个反相器的输出端不再钳位到共模电平Vcm上，在此期间所述浮动反相动态放大器存在放大能力，才使得积分行为得以实现；
[0015]在采样相位φ1或积分相位φ2，所述积分电容C
I
都跨接在所述第一斩波开关的输入端和所述第二斩波开关的输出端之间。
[0016]进一步地，所述噪声整形模数转换器包括开关电容阵列、动态放大器、动态比较器和异步逐次逼近逻辑电路，所述开关电容阵列的一端连接到所述动态比较器的正输入端，所述开关电容阵列的另一端连接到模拟输入电压信号Vin、正参考电平Vrefp、负参考电平Vrefn和共模电平Vcm上，所述动态比较器的负输入端连接到所述动态放大器的输出端，所述动态比较器的输出端连接所述异步逐次逼近逻辑电路的第一端，所述异步逐次逼近逻辑电路的第二端连接所述正参考电平Vrefp、负参考电平Vrefn和共模电平Vcm的开关，所述异步逐次逼近逻辑电路的第三端连接所述动态比较器的时钟输入端；
[0017]在相位Φs，电容C1连接到两个地之间；在相位Φn1，电容C1连接到所述开关电容阵列的一端与地之间；在相位Φn2，电容C1连接到动态放大器的负输入端与地之间；电容C2始终跨接在动态放大器的负输入端和输出端之间，构成闭环负反馈。
[0018]进一步地，所述异步逐次逼近逻辑电路包括D触发器和逻辑门电路。
[0019]进一步地，所述动态元件匹配校准电路包括两个全加器、一组寄存器、一个温度计码译码器和一个对数移位器，第一全加器的第一输入端接5位数字输入信号，第一全加器的第二输入端接所述寄存器的输出端，第一全加器的输出端通过第二全加器连接到所述寄存器的输入端，所述寄存器的输出端连接所述对数移位器的第一输入端，所述对数移位器的第二输入端连接所述温度计码译码器的输出端，所述温度计码译码器的输入端连接所述5位数字输入信号。
[0020]进一步地，所述对数移位器的移位数量输入端连接所述寄存器的输出端，所述对数移位器的数据输入端连接到所述温度计码译码器的输出端，所述对数移位器最后输出移位后的31位数据。
[0021]本技术提供的全动态的Delta
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Sigma调制器电路具有以下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全动态的Delta
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Sigma调制器电路，其特征在于，所述全动态的Delta
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Sigma调制器电路包括动态积分器、噪声整形模数转换器以及动态元件匹配校准电路，所述动态积分器的输入端分别连接模拟输入信号和所述动态元件匹配校准电路的输出端，所述噪声整形模数转换器的输入端分别连接所述模拟输入信号和所述动态积分器的输出端，所述噪声整形模数转换器的输出端连接所述动态元件匹配校准电路的输入端；所述动态积分器用于对所述模拟输入信号与反馈信号相减后的信号进行积分，输出积分后的信号至所述噪声整形模数转换器；所述噪声整形模数转换器用于对所述积分后的信号与所述模拟输入信号相加后的信号进行量化，输出量化后的数字信号至所述动态元件匹配校准电路；所述动态元件匹配校准电路用于对所述量化后的数字信号进行校准，输出所述反馈信号。2.根据权利要求1所述的一种全动态的Delta
‑
Sigma调制器电路，其特征在于，所述动态积分器包括浮动反相动态放大器、采样电容C
S
、积分电容C
I
、第一斩波开关和第二斩波开关，所述浮动反相动态放大器包括两个对称的反相器和一个储能电容C
r
；在采样相位φ1，采样电容Cs的一端连接模拟输入电压信号Vin/Vip，模拟输入电压信号Vin/Vip采样到所述采样电容Cs上，采样电容Cs的另一端连接到共模电平Vcm，储能电容Cr的一端连接到电源电压VDD，储能电容Cr的另一端连接到地，电源对储能电容C
r
进行充电，两个反相器的输出端均连接到共模电平Vcm进行复位；在积分相位φ2，采样电容Cs的一端连接参考电平Vref，采样电容Cs的另一端分别连接所述第一斩波开关的输入端和积分电容C
I
的一端，所述采样电容Cs上的电荷被迫转移到所述积分电容C
I
上，两个反相器的电源端和地端均分别连接到所述储能电容Cr的两端，两个反相器的输出端接到第二斩波开关上，两个反相器的输出端不再钳位到共模电平Vcm上，在此期间所述浮动反相动态放大器存在放大能力，才使得积分行为得以实现；在采样相位φ1或积分相位φ...

【专利技术属性】
技术研发人员：霍飞鹏，潘文光，
申请(专利权)人：南京中科微电子有限公司，
类型：新型
国别省市：