本发明专利技术公开了一种基于逐次比较量化的三阶前馈Sigma-Delta调制器。本发明专利技术所述的Sigma-Delta调制器包括三个积分器(1)、一个多比特逐次比较量化器(2)、一个二进制码转换成温度码的数字电路(3)、一个反馈数模转换器(4)、一个计算出输入信号和反馈数模转换器输出信号之间差值的第一加法器单元(5)。一个在前馈通路上的直接由逐次比较器的多输入采样开关电容阵列构成的第二加法器单元(6)，该加法器单元取代了目前通过额外的模拟加法器功能电路或数字加法器功能电路。本发明专利技术得到的Sigma-Delta调制器，具有超低功耗，高分辨率的特点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种Sigma-Delta模数转换器,属于集成电路领域。
技术介绍
伴随着消费类电子迅猛发展和数字化技 术的广泛应用，对高精度、低功耗、低成本模数转换器需求日渐扩大，然而集成电路工艺的不断更新导致电源电压的降低与晶体管的本征增益的下降，使模拟电路设计难度加大。因此我们要在低电压下进一步采用创新性的低功耗设计来满足系统上的要求。对于低功耗、高精度、低成本模数转换器的设计采用前馈Sigma-Delta结构的模数转换器已成为一个趋势。其中关键部分就在于Sigma-Delta调制器。前馈结构Sigma-Delta调制器的输入信号不直接经过运算法放大器，从而避免运算放大器的非线性失真导致的调制器性能下降，可以在低电源电压下得到高性能的模数转换器。传统的三阶前馈Sigma-Delta调制器结构如图I所示，主要由三个积分器，一个量化器前的加法器，一个量化器，一个反馈数模转换器，一个把第一阶积分器输出信号放大3倍的放大器，一个把第二阶积分器输出信号放大3倍的放大器，一个计算出输入信号和反馈数模转换器输出信号之间差值的加法器构成。输入信号X与第一阶积分器输出信号放大三倍后的信号、第一阶积分器输出信号放大三倍后的信号和第三阶积分器输出信号相加后输入到量化器，经过量化后，量化器输出信号Y经过DAC转换后与输入信号相减得到U，U输入到第一阶积分器。为保证高精度性能，量化器通常采用多比特位宽的量化器。采用多比特位宽量化器的优点在于可以在不增加Sigma-Delta调制器过采样率的条件下，提高调制器的噪声谐波抑制比，同时可以提高系统的稳定性。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例的目的在于提供一种新的电路结构，满足对高精度、低功耗、低成本模数转换器设计需求。本专利技术是采用以下技术方案实现的它包括本专利技术的运用逐次比较量化的多输入采样电容阵列作为第二加法器单元6以及三个积分器I、一个多比特逐次比较量化器2、一个二进制码转换成温度码功能的数字电路3、一个反馈数模转换器4、用于计算输入信号与数模转换器输出信号差值的第一加法器单元5构成的三阶前馈Sigma-Delta调制器,结构如图2所示。第二加法器单元的结构第二加法器单元包括2N个单位电容，N的取值范围为3到8。所有电容的上极板与一个开关K的一端相连,该开关另一端与一电压驱动器B3输出端相连。2N_3X3个电容的下极板分别通过三个开关KN,1; KN,2，Kn,3与第一阶积分器输出端，电压驱动器BI输出端，电压驱动器B2输出端相连；2n_3个电容的下极板分别通过三个开关Kn-H Kn_U2，V1,3与第三阶积分器输出端，电压驱动器BI输出端，电压驱动器B2输出端相连；2N_2个电容的下极板分别通过三个开关KN_2,1; KN_2,2，KN_2,3与第二阶积分器输出端，电压驱动器BI输出端，电压驱动器B2输出端相连；2N_3个电容的下极板分别通过三个开关KN_3,1； KN_3,2，&_3,3与第二阶积分器输出端，电压驱动器BI输出端，电压驱动器B2输出端相连；2n_4个，2n_5个，· · · 个，2"-"个电容的下极板通过与之对应的IWp IW2、IW3，IWI、Kn-5，2、Kn-5，3 · · · J KN-(N-1)，1、KN-(n-i)，2、ΚΝ-(ν-1)，3 KN—N，1、KN—N，2、KN—N，3 与信号输入端，电压驱动器BI输出端，电压驱动器B2输出相连；最后一个电容的下极板分别通过两个开关Ku、Ku与信号输入端，电压驱动器B2输出端相连。调制器输入端分别与第一加法器单元和第二加法器单元相连；第一加法器单元输出端与第一阶积分器输入端相连；第一阶积分器输出端分别与第二加法器单元和第二阶积分器输入端相连；第二阶积分器输出端分别与第二加法器单元和第三阶积分器输入端相连；第三阶积分器输出端与第二加法器单元相连；第二加法器单元输出端与多比特逐次比较量化器相连，同时多比特逐次比较量化器通过反馈信号线与第二加法器单元相连；多比特逐次比较量化器输出端与二进制码转换成温度码功能的数字电路相连；二进制码转换成温度码功能的数字电路输出端与反馈数模转换器相连；反馈数模转换器输出端与第一加法器单元相连。该调制器输入信号直接输入到第一加法器单元和第二加法器单元；第一加法器单兀输出信号输入到第一阶积分器输入端；第一阶积分器输出信号输入到第二阶积分器同时将该信号输入到第二加法器单元;第二阶积分器输出信号输入到第三阶积分器同时将该信号输入到第二加法器单元;第三阶积分器输出信号输入到第二加法器单元；第二加法器单元对上述四个信号，即输入信号、第一阶积分器输出信号、第二阶积分器输出信号、第三阶积分器输出信号进行信号米样。在信号米样时刻，输入信号、第一阶积分器输出信号、第二阶积分器输出信号分别、第三阶积分器输出信号分别输入到第二加法器单兀内的不同电容上，输入信号、第一阶积分器输出信号、第二阶积分器输出信号、第三阶积分器输出信号对应的信号采样电容容值的比例为I : 3 : 3 : I。第二加法器单元在信号采样时刻，开关KN>1、 Kn—1，1、KN—2，1、KN—3，1、KN—m · · ·、Kn-(^1)，i、Kukk 闭合，其他开关断开。第一阶积分器的输出信号通过开关Ku输入到2Ν_3Χ3个电容的下极板；第二阶积分器输出信号分别通过开关KupKm输入到对应的2n_2个和2n_3个共计2N_3X 3个电容的下极板；第三阶积分器的输出信号通过开关KnH输入到2吣个电容的下极板；输入信号通过开关 KmAu、· · 、&音1)，1、1^,1、1^1输入到214个，215个，· ·个和最后一个电容上共计2N_3个电容。所有电容的上极板在信号采样时刻通过开关K与电压驱动器B3输出端相连。 采样后，多比特逐次比较量化器对采样信号进行N次的逐次比较、量化。在N次比较、量化期间，开关 KN,^IV1,pIVu、IV3VlV4,i、· · ·、KnK^Km,断开，Ku2 闭合，最后一个电容的下级板通过开关Ku与电压驱动器B2输出端相连，所有电容的上极板与比较量化器输入端相连。在进行第一次比较、量化时，开关KN,2、KN_1>2首先闭合3断开，开关κΝ_2,2、 Kn—3，2、· · ·、Kn-(N-I)，2、Kn—n，2 断开，开关KN_2,3、Kn-3，3、· · ·、KN—(N—0,3、KN—N，3 闭合。共计2N—1个电容的下极板通过开关Kn^Kn-U与电压驱动器BI输出端相连，2N—2个、2N—3个、· · ·、2Ν_(Ν_ 个、2N_N个电容的下极板通过开关ΚΝ_2,3、ΚΝ_3,3、· · ·与电压驱动器B2输出端相连。多比特逐次比较量化器进行一次比较、量化，得到一位二进制码，若该值为1，则K1^IVu2断开，K1^IVu3闭合，2N_i个电容的下极板通过开关Kn^Kn.与电压驱动器B2输出端相连；若该值为O，则Kn^KnI2保持闭合，Knj3^V1 ,3断开，个电容的 下极板通过开关Kn^KnI2与电压驱动器BI输出端相连，到此完成了第一次比较、量化。第一次比较、量化结束后，开始第二次比较、量化。第二次比较、量化期间开关KN,2、KN,3、KN_lj2>本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：郎伟，林平分，万培元，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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