一种基于双压控振荡器（VCO）环路的Sigma-Delta模数转换器，属于模拟集成电路技术领域。具体涉及一种采用双VCO环路和三阶滤波器组成的Sigma-Delta模数转换器，该模数转换器包括具有两条前馈支路和一条反馈支路的三阶低通滤波器,两个VCO量化器，两个NRZ?DAC和RZ?DAC和加减法器。该模数转换器通过双VCO环路，消除了VCO的偶次谐波，减小了非线性失真，同时采用的三阶低通滤波器包括两条前馈支路和一条反馈支路，在保证系统稳定性的前提下，可以进一步减小VCO量化器的非线性失真和量化噪声。本发明专利技术提出的模数转换器可以工作在低电源电压下，同时适合高速，较高精度，低功耗运用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于模拟集成电路
具体涉及一种基于双压控振荡器(VCO)环路的三阶过采样(Sigma-Delta)模数转换器,适用于高速模数转换。
技术介绍
目前，随着电子产业和通信电子产业的迅速发展，数字信号处理技术突飞猛进。模数转换器作为现实模拟信号到数字信号的桥梁，需要朝更高速，更高精度，更低功耗的方向发展。模数转换器包括奈奎斯特模数转换器和过采样(Sigma-Delta)模数转换器两类。奈奎斯特模数转换器的时钟频率为信号频率的两倍，具体又可包括SAR，FLASH, Pipeline等，过采样模数转换器的时钟频率远高于信号的输入频率，时钟频率和2倍输入信号的频率比值称为过采样率(0SR)，过采样(Sigma-Delta)模数转换器又分为离散时间(DT)模数转换器和连续时间(CT)模数转换器。不同类型的模数转换器适用于不用的运用环境，连续时间 的Sigma-Delta模数转换器适用于较高频率,中等精度的运用场合。随着半导体制造技术进入深亚微米时代(130nm,90nm,65nm等)，传统的模数转换器，如SAR，Pipeline, FLASH等，将电压幅度转化为数字信号，很难在低电源电压(低于I.8V)条件下满足高速度，高精度的要求，成为模数转换器发展的瓶颈。在现有的技术中，已具有一种普通单压控振荡器(VCO)环路的Sigma-Delta模数转换器，如附图I所示，它包括的电路模块有滤波器，非归零电流舵数模转换电路(NRZDAC)，归零电流舵数模转换电路(RZ DAC)和V⑶量化器。模拟输入信号和NRZ DAC反馈的信号相减后，进入滤波器，放大后的输出信号和RZ DAC反馈的信号相减后进入VCO量化器完成模数转换。同时，VCO量化器的输出数字信号进入NRZ DAC和RZ DAC，产生两个反馈信号分别流入到模拟输入端和滤波器的输出端，构成单VCO环路。普通单VCO环路的Sigma-Delta模数转换器的优点在于可在低电源电压条件下工作，功耗低，速度快。缺点是模拟电压转换为VCO频率信号的过程中存在非线性失真，从而使VCO量化器的输出数字信号频谱中包含模拟输入信号的高次谐波(见附图3)，很大程度上降低了系统的信号失真噪声比(SNDR)。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服普通单VCO环路的Sigma-Delta模数转换器VCO非线性失真高和信号失真噪声比(SNDR)低的缺点，特提供一种基于双压控振荡器(VCO)环路的Sigma-Delta模数转换器本专利技术提出的双压控振荡器(VCO)环路的Sigma-Delta模数转换器，该模数转换器框图，如附图2所示，该模数转换器结构包括一个三阶低通滤波器、两个非归零电流舵模数转化电路(NRZ DAC)、两个归零电流舵模数转化电路(RZDAC)、两个VCO量化器和加减法器。其具体结构如下由A路VCO量化器、RZ DAC、NRZ DAC和加法器构成VCO环路1，由B路VCO量化器、RZ DAC、NRZ DAC构成VCO环路2 (见图2中粗细虚线分别形成的两个环路)、一个三阶滤波器和加减法器组成。三阶滤波器的输入端通过加减法器连接模拟输入信号和环路I、环路2NRZ DAC的输出端，三阶滤波器的输出端通过加减法器连接环路1，环路2VC0量化器的输入端和环路1，环路2RZ DAC的输出端，环路I的VCO量化器的输出连接该环的RZ DAC和NRZ DAC的输入端，环路2的VCO量化器的输出连接该环的RZ DAC和NRZ DAC的输入端；模拟输入信号和环路1，环路2NRZ DAC反馈的信号相减后得到的误差信号进入三阶滤波器，经三阶滤波器放大后的输出信号和环路1，环路2的RZ DAC反馈的信号相减后分成正负两路，A路和B路(A，B两端电压相反)分别进入环路I、环路2的VCO量化器，两个VCO量化器完成模数转换，数字信号分别从环路IVCO量化器输出数字输出1，环路2的VCO量化器输出数字输出2，两个输出，数字输出I和数字输出2输出的差值作为最终模数转换器输出的数字信号。本专利技术提出的双压控振荡器(VCO)环路的过采样(Sigma-Delta)模数转换器，模 拟信号的电压幅度不是直接转化为数字信号，而是先转化为VCO的振荡频率信号，然后量化器再把VCO的振荡频率信号转化为相应的数字信号，最后把基于VCO的量化器运用在连续时间三阶Sigma-Delta环路中，能更好的抑制量化噪声和VCO的非线性失真。同时采用两个VCO量化器构成双VCO环路结构，把两个VCO量化器的输出信号相减作为最终输出，从而消除了模拟电压幅度和VCO振荡频率关系中的偶次项(见等式(5))，实现偶次谐波相抵消，减小了 VCO的非线性失真，提高转换器的的信号失真噪声比(SNDR)。同时，采用的三阶滤波器在保证环路稳定性的前提下，让量化噪声尽可能降低，同时也进一步抑制了 VCO的非线性失真。以下对本专利技术提出的双VCO环路系统框图和各个模块的作用作一介绍本专利技术见附图2，采用了现有技术的非归零电流舵模数转化电路(NRZDAC)。NRZDAC用于产生一个与输入的数字信号大小相对应的电流值到整个系统的输入端形成负反馈，不同时钟周期电流大小与对应周期输入数字信号大小成线性关系。电流在一个时钟周期内维持相应的恒定值，因此称为非归零DAC。附图2中釆用了现有技术的归零电流舵模数转化电路(RZ DACXRZ DAC用于产生一个与输入数字信号的大小相对应的电流值到系统三阶滤波器模块的输出端形成负反馈，不同时钟周期电流大小与对应周期输入数字信号大小成线性关系。与NRZ DAC不同的是，RZ DAC在时钟的正半周期内输出相应的电流值，在时钟的负半周期内输出电流为零，因此称为归零DAC。本专利技术中采用的三阶滤波器，实现低频误差信号的放大，能抑制滤波器带宽内的量化噪声和VCO非线性失真，更高阶的滤波器通常能对量化噪声起到更好的抑制效果，但是更容易使系统不稳定。本专利技术中采用的VCO量化器实现控制电压到数字信号的转换，输入电压为压控振荡器(VCO)的控制电压，能改变VCO的频率。VCO量化器首先将控制端的电压转化为VCO的频率信号，然后再将VCO的频率信号转化为相应的数字信号输出。以下结合上文对系统结构和各个模块功能的描述，着重分析本专利技术双压控振荡器(VCO)环路实现偶次谐波抵消的原理，及本专利技术的理论依据。本专利技术中VCO量化器实现模拟电压到数字信号的转换，包括两个过程1，VC0量化器的控制电压转换为VCO量化器的频率信号；2，VCO量化器的频率信号转换为数字信号。VCO量化器控制电压到频率的转换。Vctrl为VCO量化器的输入信号，其大小可以控制VCO量化器的振荡频率fv。。，从而将输入模拟电压幅度转化为频率信号，二者满足如下关系:权利要求1.一种基于双压控振荡器环路的Sigma-Delta模数转换器，包含有用于抑制带宽范围内的VCO量化器的非线性失真和量化噪声的三阶低通滤波器、把输入电压转化为振荡器的频率信号再转化为数字信号的VCO量化器、非归零电流舵模数转化电路(NRZ DAC)、归零电流舵模数转化电路(RZ DAC)和加减法器，其特征在于该模数转化器由A路VCO量化器、NRZ DAC. RZ DAC和加减法器构成VCO环路(1)，由B路VCO本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于双压控振荡器环路的Sigma？Delta模数转换器，包含有用于抑制带宽范围内的VCO量化器的非线性失真和量化噪声的三阶低通滤波器、把输入电压转化为振荡器的频率信号再转化为数字信号的VCO量化器、非归零电流舵模数转化电路(NRZ？DAC)、归零电流舵模数转化电路(RZ？DAC)和加减法器,其特征在于：该模数转化器由A路VCO量化器、NRZ？DAC.RZ？DAC和加减法器构成VCO环路(1),由B路VCO量化器、NRZ？DAC、RZ？DAC构成VCO环路(2),一个三阶滤波器和加减法器组成,三阶滤波器的输入端通过加减法器连接模拟输入信号和环路(1)NRZ？DAC、环路(2)NRZ？DAC的输出端,三阶滤波器的输出端通过加减法器连接环路(1)、环路(2)的VCO量化器的输入端和环路(1)、环路(2)的RZ？DAC输出端,,环路(1)的VCO量化器的输出连接该环的RZ？DAC和NRZDAC的输入端,环路(2)的VCO量化器的输出连接该环的RZ？DAC和NRZ？DAC的输入端；，模拟输入信号和两个NRZ？DAC反馈的信号相减后得到的误差信号进入三阶滤波器，经三阶滤波器放大后的输出信号和两个RZ？DAC反馈的信号相减后分成正负两路A路、B路分别进入两个VCO量化器完成模数转换，数字信号分别从环路(1)、环路(2)的VCO量化器输出端输出数字输出(1)和数字输出(2)，两个数字输出的差值作为最终转换的数字信号。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘洋，张小龙，杨帆，吴洪天，于奇，陈剑钊，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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