專利名稱：Σ-δ調(diào)制器的制作方法
S-A調(diào)制器方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種A調(diào)制器(sigma-delta modulator),且特別是有關(guān)于一種在電阻式前饋回路濾波器中將導向至回路濾波器輸出端的一前饋路徑予以替換，以降低硬件復雜度、減少布局面積并降低功耗的S-A調(diào)制器。
背景技術(shù)：
S-A調(diào)制器可用于模數(shù)轉(zhuǎn)換中，已成為信號/音訊/影像處理電路與通訊電路中的關(guān)鍵組成部分之一。S-A調(diào)制器包括有一回路濾波器、一量化器與一數(shù)模轉(zhuǎn)換器。一模擬輸入的信號會和數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的一模擬反饋信號作線性組合，并反饋至回路濾波器。據(jù)此，回路濾波器產(chǎn)生一濾波信號，其會被一量化器(quantizer)量化為一數(shù)字的量化信號。如此，模擬輸入信號就可被轉(zhuǎn)換為對應的數(shù)字信號。量化信號還會被數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換回一對應的模擬信號，以作為前述的模擬反饋信號，并反饋至回路濾波器。經(jīng)由反饋架構(gòu)，量化噪聲(誤差)就·會被處理為高頻的頻帶，以被回路濾波器濾除。電阻式前饋拓樸可用以實現(xiàn)一高性能連續(xù)時間(continuous-time)的回路濾波器。電阻式前饋拓樸的回路濾波器包括一積分鏈路與多個以電阻實現(xiàn)的前饋路徑。積分鏈路包括多個串接的積分器，用于積分信號；每一積分器由一端口導向至一次高次序的端口，亦即，各積分器由一端口接收信號，將接收到的信號積分，并輸出至次高次序的端口。各前饋路徑則旁路于積分鏈路，將一低次序端口的信號加權(quán)，并將其前向饋送，以和一較高次序端口的信號相加。如回路濾波器需要一前饋路徑以使一低次序端口的一第一信號得以和最高次序端口的一第二信號(即積分鏈路中最后一個積分器的輸出信號)作線性組合，就會需要一額外的相加電路，如一運算放大器，以組合第一信號與第二信號。此額外的相加電路會使回路濾波器消耗更多功率，并占據(jù)較大的布局面積。舉例而言,在一個四次(4-th order)回路濾波器中,若有一個前饋路徑導向至最高次序的端口，此回路濾波器就需要以五個運算放大器才能實現(xiàn)；這五個運算放大器的其中四個用以實現(xiàn)四個積分器(即次序一至四的四次濾波)，另一個則用以實現(xiàn)額外的相加電路。亦即，以電阻式前饋拓樸實現(xiàn)的連續(xù)時間2-A調(diào)制器必須在回路濾波器最后加上額外的加法器(以運算放大器實現(xiàn))，因此會消耗較大電流以及較大芯片面積。

發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，本發(fā)明實施例提供一種2-A調(diào)制器，以解決上述問題。本發(fā)明的一實施例提供一 2-A調(diào)制器，包括一前段部份與一混合部份。前段部份包括至少一前段積分器與至少一前饋路徑。前段積分器依據(jù)一內(nèi)部信號的積分提供一第一積分信號。前饋路徑旁路于前段積分器，用以加權(quán)內(nèi)部信號以提供一前饋信號。前段部份依據(jù)第一積分信號提供一總和信號，并依據(jù)總和信號與前饋信號的線性組合提供一前段信號?；旌喜糠蓠罱忧岸尾糠?，加權(quán)前段信號以提供一加權(quán)信號，積分前段信號以提供一第二積分信號，并將加權(quán)信號與第二積分信號組合以提供一濾波信號。一實施例中，混合部份包括一后段積分器與一電阻式的加權(quán)路徑，分別用以積分前段信號與加權(quán)前段信號。由于混合部份整合了積分與線性組合(加權(quán)與相加)的功能，回路濾波器的硬件復雜度、功耗與布局面積都能得以縮減。如此，一個四次濾波器便可用四個放大器實現(xiàn)，不需增設放大器來實現(xiàn)額外的相加電路?！獙嵤├?，前段部份設有一前段輸入端口以接收一輸入信號，一前段輸出端口以輸出前段信號，并依據(jù)輸入信號提供內(nèi)部信號。前饋路徑具有一前饋輸入端口以接收內(nèi)部信號，并具有一前饋輸出端口以輸出前饋信號。前段積分器具有一積分輸入端口以接收內(nèi)部信號，并具有一積分輸出端口以輸出第一積分信號。前饋輸入端口I禹接至積分輸入端口，前饋輸出端口則耦接于積分輸出端口與前段輸出端口之間；亦即，前饋路徑跨越前段積分器，以旁路于前段積分器。一實施例中，前段部份還包括一第二前段積分器，耦接于積分輸出端口與前段輸出端口之間。據(jù)此，前段部份可依據(jù)第一積分信號的積分提供總和信號。 一實施例中，第二前段積分器耦接于積分輸出端口與前饋輸出端口之間，用以依據(jù)第一積分信號的積分提供一第三積分信號。亦即，前饋路徑跨越兩個或更多個前段積分器。前段部份還依據(jù)第三積分信號提供總和信號。一實施例中，前段部份還包含一第二前饋路徑，耦接于前饋輸入端口與積分輸出端口之間。亦即，第二前饋路徑跨接的前段積分器的數(shù)目少于前述的前饋路徑，用以加權(quán)內(nèi)部信號以提供一第二前饋信號。據(jù)此，前段部份可依據(jù)第一積分信號與第二前饋信號的線性組合提供總和信號。一實施例中，第二前段積分器耦接于前饋輸出端口與前段輸出端口之間，用以積分前饋信號與總和信號的組合以提供一第三積分信號。亦即，前饋路徑旁路于第一前段積分器但未跨接第二前段積分器。據(jù)此，前段部份響應第三積分信號(例如總和信號與前饋信號的組合)以提供前段信號。—實施例中，A調(diào)制器還包括一量化器與一數(shù)模轉(zhuǎn)換器。量化器稱接于混合部份，用以量化濾波信號以提供一量化信號。數(shù)模轉(zhuǎn)換器耦接量化器，用以轉(zhuǎn)換量化信號以提供一反饋信號。據(jù)此，前段部份響應反饋信號以提供內(nèi)部信號。一實施例中，前段部份還依據(jù)一輔助信號提供一第三內(nèi)部信號，并積分一第二內(nèi)部信號與第三內(nèi)部信號的組合以提供一第三積分信號。前段部份還包括一輔助路徑，加權(quán)第三積分信號以提供輔助信號。一實施例中，前段積分器積分內(nèi)部信號與輔助信號的組合以提供第一積分信號，前段部份加權(quán)第一積分信號以提供第三內(nèi)部信號。第二內(nèi)部信號由內(nèi)部信號加權(quán)而得；舉例而言，前饋信號可作為第二內(nèi)部信號。輔助路徑可在量化噪聲的轉(zhuǎn)移函數(shù)(transfer function)中引入非零的零點，以強化頻帶內(nèi)(in-band)噪聲的濾除。本發(fā)明的一實施例提供一 2-A調(diào)制器，具有一回路濾波器，其包含一積分路徑、至少一前饋路徑與一混合部份。積分路徑包括多個有次序的內(nèi)部端口與預設數(shù)目個(一或多個)前段積分器，各前段積分器由一內(nèi)部端口導向一次高次序的內(nèi)部端口。前饋路徑由一內(nèi)部端口導向至另一較高次序的內(nèi)部端口，旁路于該預設數(shù)目個前段積分器?；旌喜糠莅ㄒ惠斎攵丝?、一輸出端口、一后段積分器與一加權(quán)路徑；輸入端口 I禹接內(nèi)部端口的其中之一，后段積分器由輸入端口導向至輸出端口，加權(quán)路徑由輸入端口導向輸出端口，并旁路于后段積分器。
一實施例中，S-A調(diào)制器還包括一第二前饋路徑，由一內(nèi)部端口導向至另一次序較高的內(nèi)部端口。舉例而言，假設前饋路徑由一第一內(nèi)部端口導向一第二內(nèi)部端口，第二前饋路徑可由第一內(nèi)部端口導向一第三內(nèi)部端口，其次序大于第一內(nèi)部端口。一實施例中，S-A調(diào)制器還包括一輔助路徑，由一內(nèi)部端口導向至一次序較低的內(nèi)部端口。一實施例中，假設輔助路徑導向至一第一內(nèi)部端口，則經(jīng)由輔助路徑導向至第一內(nèi)部端口的信號與經(jīng)由積分路徑導向至第一內(nèi)部端口的信號更可由積分路徑加以組合?！獙嵤├校珹調(diào)制器還包括一量化器與一數(shù)模轉(zhuǎn)換器。量化器I禹接于輸出端口以量化輸出端口的信號。數(shù)模轉(zhuǎn)換器于量化器至內(nèi)部端口之間進行數(shù)模轉(zhuǎn)換。一實施例中，假設前饋路徑導向至一第一內(nèi)部端口，則經(jīng)由前饋路徑導向至第一內(nèi)部端口的信號與經(jīng)由積分路徑導向至第一內(nèi)部端口的信號還可由積分路徑加以線性組
口 o 本發(fā)明的2-A調(diào)制器可以使硬件復雜度、功率消耗、布局面積得到有效降低。為了對本發(fā)明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特舉較佳實施例，并配合附圖，作詳細說明如下。

圖I為一種2-A調(diào)制器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖I的回路濾波器的一種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明一實施例的2-A調(diào)制器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明圖3中的回路濾波器的一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明另一實施例的2-A調(diào)制器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明圖5中的回路濾波器的一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式請參考圖1，其所示意的是一種2-A調(diào)制器10的實施例。2-A調(diào)制器(sigma-delta modulator, SDM) 10包括一回路濾波器12、一量化器14、一動態(tài)元件匹配(dynamic element matching, DEM)電路 16 與一數(shù)模轉(zhuǎn)換器(digital-to-analogconverter,DAC) 18。2-A調(diào)制器10還包括多個加權(quán)電路22a至22j，各加權(quán)電路依據(jù)一對應系數(shù)而加權(quán)信號。當2-A調(diào)制器10要將一模擬輸入的信號u(t)轉(zhuǎn)換為一對應的數(shù)字信號v(n)時，模擬的信號u(t)自一端口 i0接收，以一系數(shù)BI進行加權(quán)，并與另一模擬信號Uf⑴相加；相加的結(jié)果會被反饋至回路濾波器12中，據(jù)此，回路濾波器12即可提供濾波信號x(t)。量化器14會量化回路濾波器12的濾波信號x(t)，以產(chǎn)生數(shù)字的量化信號v(n)。動態(tài)元件匹配電路16與數(shù)模轉(zhuǎn)換器18 —起將數(shù)字的量化信號v(n)轉(zhuǎn)換回一對應的模擬信號ufO (t)，然后以一系數(shù)Dl加權(quán)，并反饋至回路濾波器12，成為信號uf (t)。在2-A調(diào)制器10中，回路濾波器12為一個四次階的前饋拓樸，并包括三個前饋路徑與一積分鏈路。三個前饋電路分別由系數(shù)分別為AO至A2的加權(quán)電路22f至22h所形成。積分鏈路由系數(shù)分別為B2至B5的加權(quán)電路22b至22e與轉(zhuǎn)移函數(shù)分別為Cl/s、C2/s、C3/s與C4/s的積分器20a至20d所形成。積分器20a至20d串接，系數(shù)分別為B2至B5的加權(quán)電路22b至22e則設置于其間。積分器20a由端口 il導向至端口 ol，將接收自端口il的信號進行積分，據(jù)以提供(輸出)一信號(積分信號)xl(t)至端口 01。類似地，用以積分的積分器20b、20c與20d分別由端口 i2、i3與i4導向至端口 o2、o3與o4。端口 ol與i3至i5具有積分的次序(級數(shù))；端口 ol的次序最低，因為端口 il與ol間只有一個積分器20a。與端口 ol相比，端口 i3具有次高(高一級)的次序，因為端口 il與i3間耦接有兩個積分器20a與20b。相對于端口 i3，端口 i4具有次高的次序。端口 i5的次序最高，因為回路濾波器12的所有積分器均耦合于端口 il與i5間。系數(shù)分別為A0、A1與A2的加權(quán)電路22f至22h分別實現(xiàn)回路濾波器12的三個前饋路徑。各前饋路徑由一較低次序的端口導向至積分鏈路中較高次序的另一端口，因此，較低次序端口的信號可以被組合至經(jīng)由積分鏈路導向至較高次序端口的信號。舉例而言，由于系數(shù)為A2的前饋路徑由端口 ol導向至端口 i3，因此，經(jīng)由積分鏈路導向至端口 i3的信號就能和端口 ol的信號Xl⑴進行線性組合。類似地，系數(shù)為AO的前饋路徑由端口 ol導向至次序最高的端口 i5，使端口 ol的信號Xl (t)能和尾端積分器20d的輸出信號線性組合。沿著積分鏈路由端口 ol至i5，信號Xl (t)會由積分器20b至20d積分三次，并與信號Xl (t)本身組合，因為信號Xl (t)本身也會經(jīng)由系數(shù)AO的前饋路徑前向傳輸至端口 i5?！?br> 請參考圖2，其所示意的是實現(xiàn)圖I中的回路濾波器12的一種實施例。積分器20a至20d分別由差動放大器OPl至0P4與電容對Cl至C4實現(xiàn)。圖I中的端口 iO至i5、ol至o4分別對應節(jié)點對iOp/iOn至i5p/i5n、olp/oln至o4p/o4n。電阻對Rbl至Rb5、RaO至Ra2，以及Rr分別與圖I中的系數(shù)BI至B5、AO至A2與Gl相關(guān)。值得注意的是，圖2中還包括一額外增設的差動放大器0P5與一對電阻Rbs，如此，經(jīng)由差動放大器0P4導向至輸出節(jié)點對o4n/o4p的差動信號與導向節(jié)點對olp/oln的差動信號才能相互相加組合。亦即，除了實現(xiàn)積分鏈路中各積分器的各放大器之外，圖I中的回路濾波器結(jié)構(gòu)還需要增設一額外的放大器，用于對經(jīng)由積分鏈路導向至端口 i5的信號與經(jīng)由系數(shù)AO前饋路徑導向至端口 i5的信號進行相加組合。此增設的放大器會消耗額外的功率，并占據(jù)額外的布局面積。為了克服增設放大器的缺點，本發(fā)明提供一電阻式前饋拓樸的回路濾波器，其可在最高次序的端口與鄰近的次低次序的端口間采用一加權(quán)路徑，因此，由較低次序端口至最高次序端口的前饋路徑就可被取代。請參考圖3，其所示意的是依據(jù)本發(fā)明一實施例的2-A調(diào)制器30。2-A調(diào)制器30可作為一模數(shù)轉(zhuǎn)換器，并包括一回路濾波器32、一量化器34、一動態(tài)兀件匹配電路36與一數(shù)模擬轉(zhuǎn)換器38。2-A調(diào)制器30將一模擬信號u(t)轉(zhuǎn)換為一對應的數(shù)字信號v(n)時，傳輸至端口 iO的模擬輸入信號u (t)會被系數(shù)為bl的加權(quán)電路48a加權(quán)，并與一模擬反饋信號uf (t)組合，以形成信號xO (t)?；芈窞V波器32有兩端口 il與04，經(jīng)由端口 il，回路濾波器32接收信號xO (t)作為一輸入信號，并產(chǎn)生一濾波信號x(t)以響應信號xO(t)。濾波信號x(t)由端口 o4輸出，并傳輸至量化器34。量化器34耦接回路濾波器32，用以量化濾波信號X (t)以產(chǎn)生一數(shù)字的量化信號V (n)，如此，2 - A調(diào)制器30就可將模擬的輸入信號u (t)轉(zhuǎn)換為量化信號V (n)。數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器38經(jīng)由元件匹配電路36耦接量化器34，并與元件匹配電路36協(xié)同運作，將量化信號v(n)轉(zhuǎn)換為模擬的反饋信號ufO (t)。反饋信號ufO(t)則由系數(shù)為dl的加權(quán)電路48b加權(quán)為反饋信號uf(t)?；芈窞V波器32，例如一個四次階回路濾波器，包括有一前段部份50與一混合部份52。前段部份50包括積分器40a至40c與加權(quán)電路42a至42c、46a至46b和54。積分器40a、40b與40c的轉(zhuǎn)移函數(shù)分別為cl/s、c2/s與c3/s，其中cl至c3為系數(shù)。加權(quán)電路42a至42c、46a至46b與54的系數(shù)則分別為b2至b4、al至a2與gl。積分器40a至40c與加權(quán)電路42a至42c交錯地耦接于端口 il、ol、i2、o2、i3、o3與i4之間，形成一串接的積分路徑。由于積分器40b至40c分別耦接于端口 ol、i3與i4之間，端口 ol、i3與i4可視為積分路徑中有次序的內(nèi)部端口 ；端口 ol的次序最低，端口 i4的次序最高。各積分器40a至40c用以將一內(nèi)部端口導向至次高次序的另一端口。舉例而言，積分器40b由端口 i2導向至端口 i3，其中，端口 i2還可視為一內(nèi)部端口，其次序與端口 ol的次序可視為是相同的，因為端口 ol與i2間沒有積分器。類似地，端口 o2與i3的次序相同。積分器40a至40c通過分別對由端口 il、i2與i3接收的信號xO(t)、zl(t)與z2(t)加以積分，以分別產(chǎn)生積分后信號 xl (t)、x2 (t)與 x3 (t)至端口 ol、o2 與 o3。回路濾波器32中，系數(shù)分別為al與a2的加權(quán)電路46a與46b形成兩前饋路徑。各前饋路徑用以從一內(nèi)部端口導向至次序較高的另一內(nèi)部端口，并對積分器40a至40c進行旁路；因此，一較低次序端口的信號可和較高次序端口的信號組合。系數(shù)為al的前饋路徑由端口 ol導向至端口 i4，使端口 ol輸出的信號xl (t)可和信號x3(t)組合；其中，信號x3(t)則是經(jīng)由積分路徑導向至端口 i4的信號。類似地，系數(shù)為a2的前饋路徑由端口 ol 導向至另一端口 i3，使較低次序端口 ol的信號xl (t)可和較高次序端口 o2的信號x2(t)作線性組合。另一方面，系數(shù)為gl的加權(quán)電路54形成一輔助路徑，該輔助路徑由端口 o3導向至較低次序的端口 i2。如此，信號x3 (t)就會被系數(shù)gl加權(quán)，并于端口 i2與信號b2Xxl (t)組合。亦即，前段部份50的積分器40c通過對分別由加權(quán)電路46b與42b輸出的信號a2Xxl(t)與b3Xx2(t)的和進行積分，以產(chǎn)生積分信號x3 (t);系數(shù)為gl的輔助路徑通過對信號x3 (t)進行加權(quán)以產(chǎn)生一輔助信號aux (t)，而前段部份50的積分器40b則通過對信號zl(t)進行積分以產(chǎn)生一信號x2(t)，其中，信號zl(t)為輔助信號aux(t)與信號xl (t)的線性組合，即zl (t) = 032\乂1(1:)-81\31 (1:)),信號11(1:)則是積分器40a積分所得的信號。在回路濾波器32中，混合部份52耦接于端口 i4，并包括一積分器40d與兩個加權(quán)電路42d與56。積分器40d的轉(zhuǎn)移函數(shù)為c4/s，c4為系數(shù)，而加權(quán)電路42d與56則分別具有系數(shù)b5與a3。積分器40d由端口 i4導向至端口 o4，用以通過對前段部份50輸出的信號z3(t)進行積分，以產(chǎn)生積分后的信號x4(t)。系數(shù)為a3的加權(quán)電路56形成一加權(quán)路徑，由端口 i4導向至端口 04，用以對信號z3(t)進行加權(quán)以產(chǎn)生一加權(quán)后信號z3’ (t);信號x(t)即是信號x4(t)與z3’ (t)的線性組合。圖3的等式EQl代表回路濾波器32的拉普拉斯(Laplace)轉(zhuǎn)移函數(shù)，例如X (s)/XO (S);其中，X (S)與XO (S)分別為對時域信號x(t)與xO(t)的拉普拉斯轉(zhuǎn)換。在等式EQl中，前段部份50提供具有三個極點(pole)與兩個零點的三次轉(zhuǎn)移函數(shù)；混合部份52則提供具有一個單一極點與單一零點的轉(zhuǎn)移函數(shù)。因為信號zl (t) = (b2Xxl(t)_glXx3(t))包含信號xl(t)，在積分器40b對信號zl (t)進行積分以向端口 i3提供信號x2(t)時，積分的信號x2(t)就包含信號xl(t)的積分；亦即，經(jīng)由系數(shù)為a2的前饋路徑與積分器40b，信號xl (t)本身與其積分信號得以在端口 i3組合。再者，由于即將被積分器40c積分的信號z2(t)中包含信號xl (t)的加權(quán)后積分，信號xl (t)會沿著積分路徑被積分器40b與40c積分兩次，而這兩次積分的結(jié)果也會和系數(shù)為al前饋路徑所傳輸?shù)男盘杧l (t)本身進行組合。在混合部份52中，信號xl (t)會經(jīng)歷積分器40d的第三次積分。亦即，經(jīng)由積分器40b至40d，信號xl (t)被積分三次，形成信號x4(t)的一部分。在圖I所示的前饋拓樸結(jié)構(gòu)中，系數(shù)為AO的前饋路徑使信號xl (t)得以和信號xl (t)的三次積分結(jié)果進行組合，但也需要一額外增設的放大器0P5以實現(xiàn)此組合。相對地，在圖3所示的回路濾波器32則是以系數(shù)為a3的加權(quán)路徑取代系數(shù)為AO的前饋路徑。經(jīng)由加權(quán)電路46a與56所形成的路徑，信號xl⑴也可被前饋至端口 04，使信號xl⑴同樣可以和信號xl(t)的三次積分結(jié)果進行組合。因此，相較于回路濾波器12，回路濾波器32仍可提供足夠的功能。然而，由于混合部份52能以單一放大器實現(xiàn)，因此回路濾波器32的硬件復雜度、功耗與布局面積都會小于回路濾波器12。請參考圖4，其所示意的是本發(fā)明一實施例中用以實現(xiàn)回路濾波器32的電路層級架構(gòu)。在圖4中，圖3的回路濾波器32可用四個放大器(如差動運算放大器)opl至op4、電阻對Rl至R4、Rfl至Rf2、Rrl與Rs以及電容對Cl至C4 (如可變電容)予以實現(xiàn)。差動 節(jié)點對 iOp 與 iOn、ilp 與 iln、i2p 與 i2n、i3p 與 i3n、i4p 與 i4n、olp 與 oln、o2p 與 o2n、o3p與o3n以及o4p與o4n分別對應端口 i0、il、i2、i3、i4、ol、o2、o3以及o4。積分器40a至40d (圖3)分別以放大器opl至op4與電容對Cl至C4實現(xiàn)。舉例而言,節(jié)點ilp、iln、olp與oln分別f禹接至放大器opl的正輸入端、負輸入端、正輸出端與負輸出端；電容對Cl的其中之一稱接于放大器op I的正輸入端與負輸出端之間，電容對Cl中的另一個則稱接于放大器opl的負輸入端與正輸出端之間。電阻對Rl分別耦接于放大器opl的正輸入端與負輸入端。電阻對R2/R3/R4/Rrl的其中之一稱接于放大器opl/op2/op3/op3的正輸出端與放大器op2/op3/op4/op2的負輸入端之間，電阻對R2/R3/R4/Rrl的另一電阻則耦接于放大器op l/op2/op3/op3的負輸出端與放大器op2/op3/op4/op2的正輸入端之間。電阻對Rfl/Rf2的其中之一稱接于放大器opl的正輸出端與放大器op4/op3的正輸入端之間，電阻對Rfl/Rf2中的另一電阻則稱接于放大器opl的負輸出端與放大器op4/op3的負輸入端之間。電阻對Rs的其中之一與電容對C4的其中之一串接于放大器op4的正輸出端與負輸入端之間，電阻對Rs中的另一電阻與電容對C4中的另一電容則串接于放大器op4的負輸出端與正輸入端之間。系數(shù)Cl至c4的數(shù)值(圖3)可由電容Cl至C4的電容值決定。電阻對R1、R2、R3、R4、Rfl、Rf2、Rs與Rrl的電阻值則分別對應系數(shù)bl、b2、b3、b4、al、a2、a3與gl的數(shù)值；其中，系數(shù)b5可和系數(shù)c4結(jié)合，使系數(shù)乘積c4Xb5可受控于電容C4的電容值。如圖4所示，混合部份52提供了積分與線性組合(加權(quán)與相加)的多種功能，其可利用單一放大器op4、電阻對Rs與電容對C4予以實現(xiàn)。通過比較圖4與圖2可知，通過取代系數(shù)AO的前饋電路(圖1)，用以實現(xiàn)同次轉(zhuǎn)移函數(shù)的放大器個數(shù)就能由五個(圖2)減少為四個(圖4)。在圖2中原本要以兩個放大器0P5與0P4分別實現(xiàn)的相加與積分功能可以被整合，以便由混合部份52的單一放大器op4所實現(xiàn)，如圖4所示。請參考圖5，其所示意的是依據(jù)本發(fā)明一實施例的回路濾波器32A ; 2-A調(diào)制器30(圖3)的回路濾波器32可代換為回路濾波器32A?；芈窞V波器32A包括N個積分器G[l]至G[N]，N個加權(quán)電路42、一加權(quán)電路56以及一或多個加權(quán)電路46，以形成一前段部份50A與一混合部份52A。另外，回路濾波器32A可以在前段電路50A中包含一個或多個加權(quán)電路54，也可以不設置任何加權(quán)電路54。積分器G[l]至G[N]的轉(zhuǎn)移函數(shù)為分別為(3[1]/8至([扣/8。對于k= I至N，轉(zhuǎn)移函數(shù)為c[k]/s的積分器G[k]耦接于端口 i[k]與oa[k]之間，由端口 i[k]接收一信號，對該信號進行積分，并將積分結(jié)果向端口 oa[k]輸出。各加權(quán)電路42的系數(shù)分別為b[2]至b[N];對于k= I至(N-I)，系數(shù)為b[k+l]的加權(quán)電路42耦接于端口 oa[k]與端口 ob[k]之間，使端口 oa[k]的信號可被系數(shù)b[k+l]加權(quán),并向端口 ob[k]傳輸。對k = I至(N-I),端口 ob[k] f禹接于下一積分器的端口土|>+1],使積分器6[1]至G[N-1]與系數(shù)b[2]至b[N]的加權(quán)電路42交錯地串接，形成前段部份50A中的積分路徑。各加權(quán)電路46提供一系數(shù)a[j],并形成一由端口 oa[kjL]導向端口 ob[kjH]的前饋路徑，使端口 oa[kjL]的信號可被系數(shù)a[j]加權(quán)，并輸出至端口 013[1011]，其中，指數(shù)1011與kjL由I至(N-I)中選出，且指數(shù)kjH大于kjL。舉例而言，前段部份50A可包括一個系數(shù)為a[l]的加權(quán)電路46，由端口 oa[l]導向至端口 ob[N_l]。一實施例中，可以設置(N_2)個系數(shù)為a[l]至a[N_2]的前饋路徑；對于j = I至(N_2),系數(shù)a[j]由端口 oa[l]導向至 端口 ob [N-j]，并對各積分器G[I]至G[N-1]進行旁路。由于系數(shù)為a[j]的前饋電路跨接于端口 oa[kjL]與ob[kjH],端口 oa[kjL]至ob[kjH]間的積分器被旁路,經(jīng)由積分路徑自端口 oa[kjL]導向至端口 ob[kjH]的信號就能和端口 oa[kjL]的信號本身組合。亦即，前饋路徑上經(jīng)歷較少次積分的信號(如端口 oa[kjL]的信號)可以直接和積分路徑上經(jīng)歷較多次積分的信號(如端口 ob [kjH]的信號)相互組合。若設置有加權(quán)電路54,各加權(quán)電路54用以提供一系數(shù)g[i],并形成一由端口oa[kiH]導向至端口 ob[kiL]的輔助路徑,使端口 oa[kiH]的信號可被系數(shù)g[i]加權(quán)，并傳向端口 ob[kiL];其中,指數(shù)kiH與kiL由I至(N-I)中選出，且指數(shù)kiH大于kiL。舉例而言，前段部份50A可包括一系數(shù)為gl的加權(quán)電路54(未圖示)，由端口 oa[3]導向至端口ob[l]。在前段部份50A中，各端口 ob[k]使積分路徑的信號得以和前饋路徑或輔助路徑的信號相加，對于k= I至(N-I)。輔助路徑可輔助控制回路濾波器32A的轉(zhuǎn)移函數(shù)極點(SP量化噪聲的零點)，使某些極點能被擺放在大于零的頻率上。在混合部份52A中，轉(zhuǎn)移函數(shù)為c[N]/s的積分器G[N]與系數(shù)為b[N+l]的加權(quán)電路42由端口 i [N]導向端口 ob [N]。系數(shù)為asO的加權(quán)電路56形成一加權(quán)路徑，由端口i [N]導向端口 ob[N],以對于積分器G[N]進行旁路。對于k小于N,若希望端口 oa[k]的一第一信號和最后一積分器G[N]積分出的第二信號相互組合,來自端口 oa[k]的第一信號可通過一個僅延伸于前段部份50A的前饋路徑導向至端口 ob [N-1]，使此第一信號可經(jīng)經(jīng)由混合部份52A中的加權(quán)電路56而被導向至端口 ob[N],以便和積分器G[N]輸出的第二信號相互組合。利用積分器G[l]至G[N]與各前饋路徑，回路濾波器32A可提供具有N個極點的N次階轉(zhuǎn)移函數(shù)。前段部份50A會提供(N-I)次的轉(zhuǎn)移函數(shù)，并和混合部份52A的轉(zhuǎn)移函數(shù)相乘。類似于圖3中的混合部份52，因為混合部份52A能以單一放大器實現(xiàn)，故回路濾波器32A只需N個放大器便可實現(xiàn)，而非(N+1)個。請參考圖6，其所示意的是本發(fā)明實現(xiàn)回路濾波器32A的一實施例。在前段部份50A中，圖5中的積分路徑可用放大器op[l]至op[N-l]、電容對C[l] M C[N-1]與電阻對R[2]至R[N]實現(xiàn)；系數(shù)為a[j]的前饋路徑可由電阻對Rf[j]實現(xiàn)，以及系數(shù)為g[i]的輔助路徑可由電阻對Rr[i]實現(xiàn)。混合部份52A可用電容對C [N]、電阻對Rs與一放大器op [N]實現(xiàn)。對于k = I至N，圖5中的端口 i[k]、oa[k]以及ob[k]分別對應差動節(jié)點對i [k]p與i [k]n、oa[k]p與oa[k]n以及ob[k]p與ob[k]n。對于k = 2至N,節(jié)點i [k]p與i [k]n分別稱接節(jié)點ob[k_l]n與ob[k_l]p。對于k = I至(N-I),放大器G [k]的正輸入端、負輸入端、正輸出端與負輸出端分別率禹接節(jié)點i [k]p、i [k]n、oa[k]p與oa[k]n ;電容對C[k]的其中之一I禹接于節(jié)點i[k]p與oa[k]n之間，電容對C[k]中的另一個則稱接于節(jié)點i [k]n與oa[k]p之間;電阻對R[k+1]的其中之一稱接于節(jié)點oa[k]p與ob[k]p之間，電阻對R[k+1]中的另一個則稱接于節(jié)點oa[k]n與ob[k]n之間。在混合部份52A中，電容對C[N]的其中之一與電阻對Rs的其中之一耦接于節(jié)點i[N]p與ob[N]n之間，電容對C[N]中的另一個與電阻對Rs中的另一個則耦接于節(jié)點i [N]n與ob[N]p之間。在各前饋路徑中，電阻對Rf [j]的其中之一 I禹接于節(jié)點oa[kjL]p與ob[kjH]n之間，電阻對Rf [ j]中的另一個則耦接于節(jié)點oa [kjL] n與ob [kjH] p之間。舉例而言，為實現(xiàn)圖5的系數(shù)a[l]，一電阻Rf[l]耦接于節(jié)點oa[l]p與ob[N-l]n之間，另一電阻Rf[l]則耦·接于節(jié)點oa[l]n與ob[N-l]p之間。于各輔助路徑中，電阻對Rr[i]的其中之一耦接于節(jié)點oa[kiH]n與ob[kiL]n之間，另一則稱接于節(jié)點oa[kiL]p與ob[kiH]p之間。圖3中的2-A調(diào)制器30雖采用了一連續(xù)時間回路濾波器32，2-A調(diào)制器30也可以是一種混合連續(xù)時間與離散時間處理的混合式S-A調(diào)制器。數(shù)模轉(zhuǎn)換器38 (見圖3、圖4與圖6)會協(xié)同動態(tài)元件匹配電路36 (圖3)，以將數(shù)字信號v(n)轉(zhuǎn)換回模擬信號ufO (t)作為反饋。圖3中的I-A調(diào)制器30雖采用了單一數(shù)模轉(zhuǎn)換器38以將一模擬信號反饋至回路濾波器，2-A調(diào)制器30也可包括多個反饋用的數(shù)模轉(zhuǎn)換器。舉例而言，參考圖3，一增設的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，與一搭配的增設動態(tài)元件匹配電路(若有需要的話；兩者皆未圖出)，可以被設置于量化器34與端口 i2或i3之間，以將信號v(n)轉(zhuǎn)換為模擬信號，并反饋至積分器40b的端口 i2或是積分器40c的端口 i3?？偨Y(jié)來說，本發(fā)明提供一種改良的電阻式前饋拓樸的回路濾波器，可應用于連續(xù)時間的2-A調(diào)制器中。在電阻式前饋拓樸的回路濾波器中，N個積分器G[l]至G[N]依序串接，最后一個積分器G[N]配備有一加權(quán)路徑，以形成一多功能的混合部份，可進行積分與線性組合；若期望某一積分器G[k]輸出的一第一信號與積分器G[N]輸出的一第二信號相互組合相加(k小于N),則第一信號可被前饋至加權(quán)路徑,使第一信號得以和第二信號組合。由于積分器G[l]至G[N-1]與混合部份的積分器G[N]可分別以單一放大器實現(xiàn)，故總共只需N個放大器，而不是(N+1)個。如此，回路濾波器與2-A調(diào)制器的硬件復雜度、功率消耗、布局面積便可有效降低。一實施例中，本發(fā)明2-A調(diào)制器可應用于一基頻解調(diào)制器，與一射頻調(diào)諧器(RF tuner)協(xié)同運作。射頻調(diào)諧器接收一射頻信號并將其降轉(zhuǎn)為同相的I信號與正交相的Q信號。在基頻解調(diào)制器中，I信號與Q信號便可用兩個本發(fā)明的S-A調(diào)制器分別予以數(shù)字化。雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域任何技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可做些許更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當視本發(fā)明的權(quán)利要求書所界定的范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種Σ-Δ調(diào)制器,其特征在于,包含一前段部份和一混合部份； 其中該前段部份包含 一前段積分器，用以對一內(nèi)部信號進行積分而產(chǎn)生一第一積分信號；以及一前饋路徑，用以加權(quán)該內(nèi)部信號并據(jù)以產(chǎn)生一前饋信號，其中該前段部份用以依據(jù)該第一積分信號而產(chǎn)生一總和信號，以及對該總和信號與該前饋信號進行組合以產(chǎn)生一前段信號；以及 該混合部份耦接該前段部份，用以加權(quán)該前段信號以產(chǎn)生一加權(quán)信號，積分該前段信號以產(chǎn)生一第二積分信號，以及組合該加權(quán)信號與該第二積分信號以產(chǎn)生一濾波信號。
2.如權(quán)利要求I所述的Σ-Λ調(diào)制器，其特征在于 該前段部份還包含一前段輸入端口及一前段輸出端口，分別用以接收一輸入信號及輸出該前段信號，且該前段部份還用于依據(jù)該輸入信號而產(chǎn)生該內(nèi)部信號； 該前饋路徑包含一前饋輸入端口及一前饋輸出端口，分別用以接收該內(nèi)部信號及輸出該前饋信號； 該前段積分器包含一積分輸入端口及一積分輸出端口，分別用以接收該內(nèi)部信號及輸出該第一積分信號； 其中，該前饋輸入端口耦接該積分輸入端口，且該前饋輸出端口耦接于該積分輸出端口與該前段輸出端口之間。
3.如權(quán)利要求2所述的Σ-Λ調(diào)制器，其特征在于，該前段部份還包含一第二前段積分器，耦接于該積分輸出端口與該前段輸出端口之間； 其中該前段部份用于依據(jù)對該第一積分信號的積分而產(chǎn)生該總和信號。
4.如權(quán)利要求3所述的Σ-Λ調(diào)制器，其特征在于，該第二前段積分器耦接于該積分輸出端口與該前饋輸出端口之間，用以對該第一積分信號進行積分以產(chǎn)生一第三積分信號； 其中，該前段部份還依據(jù)該第三積分信號提供該總和信號。
5.如權(quán)利要求4所述的Σ-Λ調(diào)制器，其特征在于，該前段部份還包含一第二前饋路徑，耦接于該前饋輸入端口與該積分輸出端口之間，用以加權(quán)該內(nèi)部信號并據(jù)以產(chǎn)生一第二前饋信號； 其中，該前段部份還依據(jù)該第一積分信號與該第二前饋信號的組合提供該總和信號。
6.如權(quán)利要求3所述的Σ-Λ調(diào)制器，其特征在于，該第二前段積分器耦接于該前饋輸出端口與該前段輸出端口之間，用以積分該前饋信號與該總和信號的組合，并據(jù)以產(chǎn)生一第三積分信號； 其中該前段部份還依據(jù)該第三積分信號提供該前段信號；以及該前段部份還依據(jù)該總和信號與該前饋信號的組合的積分而產(chǎn)生該前段信號。
7.如權(quán)利要求I所述的Σ-Λ調(diào)制器，其特征在于，還包含 一量化器，耦接于該混合部份，用以量化該濾波信號并據(jù)以提供一量化信號；以及 一數(shù)模轉(zhuǎn)換器，耦合于該量化器，用以轉(zhuǎn)換該量化信號以提供一反饋信號； 其中該前段部份更依據(jù)該反饋信號提供該內(nèi)部信號。
8.如權(quán)利要求I所述的Σ-Λ調(diào)制器，其特征在于 該前段部份還用于積分一第二內(nèi)部信號與一第三內(nèi)部信號的組合以產(chǎn)生一第四積分信號; 其中該前段部份還包含一輔助路徑，用以加權(quán)該第四積分信號以提供一輔助信號，且該前段部份還依據(jù)該輔助信號產(chǎn)生該第三內(nèi)部信號； 其中該前段積分器積分該內(nèi)部信號與該輔助信號的組合以產(chǎn)生該第一積分信號，而該前段部份加權(quán)該第一積分信號以提供該第三內(nèi)部信號；以及該第二內(nèi)部信號即該前饋信號。
9.如權(quán)利要求I所述的Σ-Λ調(diào)制器，其特征在于，該混合部份包含 一后段積分器，用以積分該前段信號；以及 一加權(quán)路徑，用以加權(quán)該前段信號。
10.一種Σ-Λ調(diào)制器，其特征在于，包含一積分路徑，包含多個有次序的內(nèi)部端口與預設數(shù)目個前段積分器，各前段積分器用以經(jīng)由所述內(nèi)部端口中的一個導向至所述內(nèi)部端口中另一個次高次序的內(nèi)部端口 ； 一第一前饋路徑，用以經(jīng)由所述內(nèi)部端口中的一個導向至所述內(nèi)部端口中的另一個更高次序的內(nèi)部端口，并旁路于該預設數(shù)目個前段積分器；以及 一混合部份，包含一輸入端口、一輸出端口、一后段積分器與一加權(quán)路徑；該輸入端口耦接所述內(nèi)部端口中的一個，該前段積分器用以經(jīng)由該輸入端口導向至該輸出端口，該加權(quán)路徑用以由該輸入端口導向至該輸出端口，并旁路該后段積分器。
11.如權(quán)利要求10所述的Σ-Λ調(diào)制器，其特征在于，還包含 一第二前饋路徑，用以由所述內(nèi)部端口中的一個導向至所述內(nèi)部端口中另一更高次序的內(nèi)部端口。
12.如權(quán)利要求10的Σ-Λ調(diào)制器，其特征在于，還包含 一輔助路徑，用以由所述內(nèi)部端口中的一個導向至一次序較低的內(nèi)部端口。
13.如權(quán)利要求12所述的Σ-Λ調(diào)制器，其特征在于，該輔助路徑導向所述內(nèi)部端口中的一第一內(nèi)部端口，該積分路徑還用于將一經(jīng)由該輔助路徑導向至該第一內(nèi)部端口的信號與一經(jīng)由該積分路徑導向至該第一內(nèi)部端口的信號進行組合。
14.如權(quán)利要求10所述的Σ-Λ調(diào)制器，其特征在于，還包含 一量化器，耦接該輸出端口，用以量化該輸出端口的信號；以及 一數(shù)模轉(zhuǎn)換器，將從該量化器至所述內(nèi)部端口中的一個內(nèi)部端口的信號進行數(shù)模轉(zhuǎn)換。
15.如權(quán)利要求10所述的Σ-Λ調(diào)制器，其特征在于，該第一前饋路徑導向至所述內(nèi)部端口中的一第二內(nèi)部端口，且該積分路徑還用于將一經(jīng)由該前饋路徑導向至該第二內(nèi)部端口的信號與一經(jīng)由該積分路徑導向至該第二內(nèi)部端口的信號進行組合。
全文摘要
本發(fā)明提供一種Σ-Δ調(diào)制器，包括一前段部份與一混合部份，形成一反饋回路濾波器。前段部份包括積分器與前饋路徑，組合積分器與前饋路徑的信號以提供一前段信號?；旌喜糠蓠罱忧岸尾糠?，組合前段信號的積分與前段信號的加權(quán)，以提供一濾波信號。濾波信號可被量化、由數(shù)字轉(zhuǎn)換為模擬，并反饋于回路濾波器。本發(fā)明的Σ-Δ調(diào)制器可以使硬件復雜度、功率消耗、布局面積得到有效降低。
文檔編號H03M1/52GK102832945SQ201210195640
公開日2012年12月19日 申請日期2012年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月15日
發(fā)明者黃勝瑞, 何丞諺 申請人:聯(lián)發(fā)科技股份有限公司