一种可变类型的Sigma-Delta调制器制造技术

一种可变类型的Sigma-Delta调制器，包括双向开关、开关电容积分器、有源RC积分器、量化器和反馈数模转换器，具有连续时间型和离散时间型两种类型的Sigma-Delta调制器工作模式。其中双向开关由用户根据实际需要进行选择，在高频领域可令双向开关选择连续时间型Sigma-Delta调制器完成调制器功能，避免由于离散时间型Sigma-Delta调制器中运算放大器带宽无法满足要求而导致调制器系统性能的下降；在低频领域可令双向开关选择离散时间型Sigma-Delta调制器完成调制器功能，避免由于连续时间型Sigma-Delta调制器中RC时间常数偏差噪声导致调制器系统性能的下降。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于CMOS模数转换器
，特别涉及一种可变类型的Sigma-Delta调制器。
技术介绍
模数转换器(Analog-to-Digital convertor,ADC)是连接现实模拟世界和虚拟数字世界的桥梁，在现代信号处理中具有非常重要的作用，广泛用于数字音频、数字电子、图像编码及频率合成等领域。近年来，随着对高精度ADC需求的不断増加，加上传统奈奎斯特ADC难以实现高分辨率的模数转换，使得Sigma-Delta ADC成为模数转换器领域的研究热点。自二十世纪六十年代诞生以来，Sigma-Delta调制技术经过长期发展，已成为超大规模 集成电路系统中实现高性能模数转换接ロ电路的ー个主流技术。基于Sigma-Delta调制技术的Sigma-Delta调制器应用过采样技术和噪声整形技术,把量化噪声推向高频,从而显著提高ADC的信噪比。Sigma-Delta调制器主要由一个A/D转换器、一个D/A转换器和一系列积分器组成，如附图I所示。其中，积分器的个数决定了 Sigma-Delta调制器的阶数。例如，单环调制器中有两个积分器串联，则此单环Sigma-Delta调制器就是ー个单环ニ阶Sigma-Delta调制器。Sigma-Delta调制器的主要性能指标有动态范围(Dynamic Range, DR)、信噪比(Signal-to-Noise Ratio, SNR)和有效位数(Effective Number of Bits, ΕΝ0Β)等。其中DR是指转换器最大输入信号和能检测到的最小输入信号能量的比值；SNR是指在一定的输入幅度时，转换器输出信号能量与噪声能量的比值；ΕΝ0Β根据转换器的实际SNR值来计算，与SNR密切相关。Sigma-Delta调制器可分为连续时间型和离散时间型两种类型。附图2展示了简单的ー阶离散时间型Sigma-Delta调制器，其采用的积分器结构是开关电容电路。离散时间型Sigma-Delta调制器具有良好的线性度，能容忍较大的时钟抖动，且积分器的増益系数比较稳定；但为了满足精度和速度的要求，调制器中第一级积分器需要高单位增益带宽的运算放大器，一般需要5-10倍的时钟频率，以完成电荷在ー个周期内从采样电容到积分电容的转移。因此，离散时间型Sigma-Delta调制器多应用于音频等低频领域，不适合应用于高频领域。附图3展示了简单的一阶连续时间型Sigma-Delta调制器，其采用的积分器结构是有源RC电路。连续时间型Sigma-Delta调制器采用固定电阻代替开关电容，利用RC电路方式完成积分功能，故对运算放大器的单位增益带宽要求不高，一般为系统的时钟频率即可。因此,连续时间型Sigma-Delta调制器特别适合应用于高频领域。连续时间型Sigma-Delta调制器的缺点是由于有源RC积分器中电阻和电容的值容易受CMOS加工エ艺影响，RC时间常数偏差往往可达到40%，因此会导致噪声传递函数发生偏差，对调制器性能的影响较大。为了解决现有技术中的优化折衷，本专利技术根据连续时间型和离散时间型Sigma-Delta调制器各自适用的领域,提供一种可变类型的Sigma-Delta调制器在低频领域，选择离散时间型Sigma-Delta调制器完成调制器功能；在高频领域，选择连续时间型Sigma-Delta调制器完成调制器功能。
技术实现思路
鉴于现有技术存在的不足，本专利技术目的g在提供一种可变类型的Sigma-Delta调制器，该调制器 应用在高频领域时，可选择连续时间型Sigma-Delta调制器完成调制器功能，避免由于离散时间型Sigma-Delta调制器中运放带宽无法满足要求而导致调制器系统性能的下降；应用在低频领域时，可选择离散时间型Sigma-Delta调制器完成调制器功能，避免由于连续时间型Sigma-Delta调制器中RC时间常数偏差噪声导致调制器系统性能的下降。本专利技术通过如下技术方案实现一种可变类型的Sigma-Delta调制器，其具有连续时间型和离散时间型两种类型的Sigma-Delta调制器工作模式，其特征在于包括第一积分器、第二积分器、量化器、反馈数模转换器和开关SI ;所述第一积分器与所述第二积分器连接；所述第二积分器与所述量化器连接；所述量化器用于对所述第二积分器的输出进行量化；所述反馈数模转换器连接于所述量化器与所述第一积分器、所述第二积分器之间，用于对第一积分器、第二积分器进行反馈；所述第一积分器包括第一开关电容积分器和第一有源RC积分器，所述第二积分器包括第二开关电容积分器和第二有源RC积分器；所述第一积分器和第二积分器均分别具有开关电容积分器和有源RC积分器两种类型的工作模式；所述第一开关电容积分器包括采样电容Ca、积分电容Cl、开关ckl、ck2、ckl_d和运算放大器ampl ;所述第一有源RC积分器包括电阻Ral、电容Cl和运算放大器ampl ;所述第二开关电容积分器包括采样电容Cb、积分电容C2、开关ckl、ck2、ckl_d和运算放大器amp2 ;所述第二有源RC积分器包括电阻Ra2、电容C2和运算放大器amp2 ；所述开关ckl、ck2、ckl_d均为CMOS互补开关，均由两相非交叠时钟控制；所述开关SI为双向开关，用于选择所述第一积分器和第二积分器工作模式的类型，所述选择是在所述开关电容积分器和有源RC积分器两种类型的工作模式中选择ー种；所述开关SI由芯片外部输入信号控制，由用户根据实际应用场合选择控制。本专利技术还提供了 由所述双向开关SI选择离散时间型Sigma-Delta调制器或连续时间型Sigma-Delta调制器完成调制器功能。所述第一开关电容积分器和第一有源RC积分器共用所述运算放大器ampl和积分电容Cl ;所述第二开关电容积分器和第二有源RC积分器共用所述运算放大器amp2和积分电容C2。所述量化器的时钟频率由所述开关SI进行选择。在高频领域选择连续时间型Sigma-Delta调制器工作模式完成调制器功能，在低频领域选择离散时间型Sigma-Delta调制器工作模式完成调制器功能。附图说明图I是Sigma-Delta调制器的结构框图。图2是ー阶离散时间型Sigma-Delta调制器结构框图。图3是ー阶连续时间型Sigma-Delta调制器结构框图。图4是本专利技术设计的可变类型的Sigma-Delta调制器的电路原理图。图5是开关SI选择连续时间型Sigma-Delta调制器结构框图。图6是ニ阶离散时间型Sigma-Delta调制器输出的功率谱密度。图7是RC时间常数偏差对ニ阶离散时间型Sigma-Delta调制器SNR的影响。图8是开关SI选择离散时间型Sigma-Delta调制器结构框图。 图9是ニ阶连续时间型Sigma-Delta调制器输出的功率谱密度。具体实施例方式下面结合附图和实施案例对本专利技术作进ー步的说明。本专利技术设计的ー种可变类型的Sigma-Delta调制器，是用户可根据调制器的具体应用场合，选择连续时间型或者离散时间型Sigma-Delta调制器完成调制器功能。当输入信号频率较高时，为保证一定的过采样率，系统的时钟频率也较高，因此离散时间型Sigma-Delta调制器中的运放带宽不能满足5_10倍的时钟频率，此时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可变类型的Sigma-Delta调制器，其具有连续时间型和离散时间型两种类型的Sigma-Delta调制器工作模式，其特征在于包括第一积分器、第二积分器、量化器、反馈数模转换器和开关SI ;所述第一积分器与所述第二积分器连接；所述第二积分器与所述量化器连接；所述量化器用于对所述第二积分器的输出进行量化；所述反馈数模转换器连接于所述量化器与所述第一积分器、所述第二积分器之间，用于对第一积分器、第二积分器进行反馈； 所述第一积分器包括第一开关电容积分器和第一有源RC积分器，所述第二积分器包括第二开关电容积分器和第二有源RC积分器；所述第一积分器和第二积分器均分别具有开关电容积分器和有源RC积分器两种类型的工作模式； 所述第一开关电容积分器包括采样电容Ca、积分电容Cl、开关ckl、ck2、ckl_d和运算放大器ampl ;所述第一有源RC积分器包括电阻Ral、电容Cl和运算放大器ampl ;所述第二开关电容积分器包括米样电容Cb、积分电容C2、开关ckl、ck2、ckl_d和运算放大器amp2 ；所述第二有源RC积分器包括电阻Ra2、电容C2和运算放大器amp2 ；所述开关ckl、ck2、ckl_d均为CMOS互补开...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾晓峰，沈琪，王伟印，赵琳娜，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：