增量型Sigma-Delta转换器结构、系统结构及扩展计数方法技术方案

本发明专利技术实施例提供一种增量型Sigma

【技术实现步骤摘要】
增量型Sigma
‑
Delta转换器结构、系统结构及扩展计数方法


[0001]本专利技术涉及集成电路
，具体地涉及一种增量型Sigma
‑
Delta转换器结构、系统结构及扩展计数方法。

技术介绍

[0002]Sigma
‑
Delta模数转换器(Sigma
‑
Delta Analog to Digital Converter，Sigma
‑
DeltaADC)是目前使用最为普遍的高精度ADC结构，通过采用过采样、噪声整形以及数字滤波技术，降低对模拟电路的设计要求，实现了其他类型的ADC无法达到的精度。
[0003]但是，目前的Sigma
‑
Delta ADC架构还存在一些问题。例如，对于信号建立精度、带宽、噪声等问题，导致功耗较高；滤波器比较复杂，需要占用较大的面积。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例的目的是提供一种增量型Sigma
‑
Delta转换器结构，该增量型Sigma
‑
Delta转换器结构能够解决功耗较高等问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术实施例提供一种增量型Sigma
‑
Delta转换器结构，所述增量型Sigma
‑
Delta转换器结构包括二阶积分器级联反馈结构，所述二阶积分器级联反馈结构包括与输入端依次连接的第一级积分器、第二级积分器和量化器，所述第一级积分器包括与所述输入端依次连接的第一采样电容、第一相关双采样电容、第一运算放大器以及与所述第一运算放大器并联的第一积分电容，所述第二级积分器包括与所述第一级积分器依次连接的第二采样电容、第二相关双采样电容、第二运算放大器以及与所述第一运算放大器并联的第二积分电容，所述量化器的输出端通过数模转换器连接所述第一运算放大器和所述第二运算放大器。
[0006]可选的，所述第一级积分器和所述第二级积分器各自还包括复位开关，以通过两次复位动作之间的时钟周期数来确定过采样率。
[0007]可选的，以所述输入端的电压为V
in
，通过所述第一级积分器的输出端的电压为V
O1
、通过所述第二级积分器的输出端的电压为V
O2
、通过所述量化器的输出值为d，则，通过下式表示所述二阶积分器级联反馈结构的时域关系：
[0008][0009]其中，l、m表示时钟周期，λ1表示一阶项系数，λ2表示二阶项系数，λ
e
表示误差余量系数。
[0010]可选的，所述第一级积分器还包括第一开关S1、所述第二级积分器还包括第二开关S2，通过所述第一开关S1和所述第二开关S2产生一对非交叠时钟信号，以所述第一级积分器在所述第一开关S1对应的相位进行采样，在所述第二开关S2对应的相位进行积分，所述第二级积分器在所述第二开关S2对应的相位进行采样，在所述第一开关S1对应的相位进行积分。
[0011]可选的，所述第一开关S1和所述第二开关S2还配置有延迟开关，用于控制所述第二级积分器的输出延迟于所述第一级积分器的输出。
[0012]本专利技术实施例还提供一种基于上述的增量型Sigma
‑
Delta转换器结构实现的扩展计数方法，所述扩展计数方法包括：所述增量型Sigma
‑
Delta转换器结构在预设周期的调制和滤波之后，断开所述第一级积分器和所述第二级积分器之间的通路；将所述第一级积分器设置为空闲状态；以及通过时序控制，复用所述第二级积分器，以实现所述增量型Sigma
‑
Delta转换器结构的扩展计数功能。
[0013]可选的，所述通过时序控制，复用所述第二级积分器，包括：通过所述量化器判断所述第二级积分器保存数值与零点的误差余量；以及当所述误差余量不符合预设要求时，通过预设的二阶项参数对所述量化器的输出值进行调整之后，反馈到所述第二级积分器，直到所述误差余量符合预设要求。
[0014]本专利技术实施例还提供一种多通道Sigma
‑
Delta转换器的系统结构，所述多通道Sigma
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Delta转换器的系统结构包括多个上述的增量型Sigma
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Delta转换器结构，每个增量型Sigma
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Delta转换器结构通过其配置的模拟前端单元与输入端连接。
[0015]可选的，所述多通道Sigma
‑
Delta转换器的系统结构还包括抽取滤波器，与所述每个增量型Sigma
‑
Delta转换器结构的输出端连接。
[0016]本专利技术实施例还提供一种电子元器件，所述电子元器件包括上述的多通道Sigma
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Delta转换器的系统结构。
[0017]通过上述技术方案，本专利技术实施例提供的Incremental Sigma
‑
DeltaADC结构包括二阶积分器级联反馈结，通过并行采样的架构，无需传统高精度SAR
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ADC中对电容阵列校准，相比于单斜率ADC也具有更好的线性度和精度。而且，该Incremental Sigma
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DeltaADC结构只需要配置简单的数字滤波器实现数模转换，能够节省大量的版图面积，非常适合多通道场景的应用。本专利技术实施例的电路结构采用开关电容结构实现，运用CDS技术来消除运放的低频噪声和失调。因此，该Incremental Sigma
‑
DeltaADC结构具有分辨率可配置、通道数可扩展、高精度、低功耗、适用范围广等优点。
[0018]本专利技术实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0019]附图是用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术实施例，但并不构成对本专利技术实施例的限制。在附图中：
[0020]图1是本专利技术实施例提供的增量型Sigma
‑
Delta转换器结构的结构示意图；
[0021]图2是图1示例的离散域模型的结构示意图；
[0022]图3是本专利技术实施例提供扩展计数方法的流程示意图；
[0023]图4是示例单斜率积分扩展计数的示意图；
[0024]图5a和图5b是示例余量量化过程示意图；以及
[0025]图6是本专利技术实施例提供的多通道Sigma
‑
Delta转换器的系统结构示意图。
具体实施方式
[0026]以下结合附图对本专利技术实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术实施例，并不用于限制本专利技术实施例。
[0027]图1是本专利技术实施例提供的增量型Sigma
‑
Delta转换器结构的结构示意图，请参考图1，所述增量型Sigma...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增量型Sigma
‑
Delta转换器结构，其特征在于，所述增量型Sigma
‑
Delta转换器结构包括二阶积分器级联反馈结构，所述二阶积分器级联反馈结构包括与输入端依次连接的第一级积分器、第二级积分器和量化器，所述第一级积分器包括与所述输入端依次连接的第一采样电容、第一相关双采样电容、第一运算放大器以及与所述第一运算放大器并联的第一积分电容，所述第二级积分器包括与所述第一级积分器依次连接的第二采样电容、第二相关双采样电容、第二运算放大器以及与所述第一运算放大器并联的第二积分电容，所述量化器的输出端通过数模转换器连接所述第一运算放大器和所述第二运算放大器。2.根据权利要求1所述的增量型Sigma
‑
Delta转换器结构，其特征在于，所述第一级积分器和所述第二级积分器各自还包括复位开关，以通过两次复位动作之间的时钟周期数来确定过采样率。3.根据权利要求1所述的增量型Sigma
‑
Delta转换器结构，其特征在于，以所述输入端的电压为V
in
，通过所述第一级积分器的输出端的电压为V
O1
、通过所述第二级积分器的输出端的电压为V
O2
、通过所述量化器的输出值为d，则，通过下式表示所述二阶积分器级联反馈结构的时域关系：其中，l、m表示时钟周期，λ1表示一阶项系数，λ2表示二阶项系数，λ
e
表示误差余量系数。4.根据权利要求1所述的增量型Sigma
‑
Delta转换器结构，其特征在于，所述第一级积分器还包括第一开关S1、所述第二级积分器还包括第二开关S2，通过所述第一开关S1和所述第二开关S2产生一对非交叠时钟信号，以所述第一级积分器在所述第一开关S1对应的相位进行采样，在所述第二开关S2对应的相位进行积分，所述第二级积分器在所述第二开关S2对应的相位进行采样，在所述第一开关S1对应的相位进行积分。5.根据权利要求4所述的增量型Sigma
‑
D...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐金阁，陈光毅，刘大河，施薛优，李克之，
申请(专利权)人：北京安酷智芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：