專利名稱：一種1位數(shù)模轉(zhuǎn)換及開(kāi)關(guān)電容濾波電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本 發(fā)明主要涉及到開(kāi)關(guān)電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器，并且特別但不排它地涉及應(yīng)用于數(shù)字音頻信號(hào)的I位數(shù)模轉(zhuǎn)換及開(kāi)關(guān)電容濾波電路。
背景技術(shù)：
過(guò)去，數(shù)模轉(zhuǎn)換器主要應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、工業(yè)過(guò)程控制、測(cè)量及分析等領(lǐng)域。但是進(jìn)入二i^一世紀(jì)以后，數(shù)字技術(shù)開(kāi)始進(jìn)入音頻及視頻領(lǐng)域，特別是⑶、V⑶、DVD及家庭影院進(jìn)入尋常百姓家，各種便攜式播放機(jī)(MP3、MD)更為年輕人所青睞；無(wú)線數(shù)字通信(如手機(jī))發(fā)展神速，數(shù)碼相機(jī)完全取代傳統(tǒng)的相機(jī)，車載數(shù)字音響也不斷增加?？傊?，數(shù)字技術(shù)的快速發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越寬，使得數(shù)模轉(zhuǎn)換器電路也相應(yīng)獲得較快的發(fā)展與進(jìn)步。
這些音頻電子產(chǎn)品之所以在短短十年間出現(xiàn)如此迅猛的普及速度，主要原因在于它們的輸出音質(zhì)越來(lái)越好、價(jià)格越來(lái)越低、體積越來(lái)越小、產(chǎn)品的續(xù)航能力越來(lái)越強(qiáng)。這些都?xì)w功于音頻處理技術(shù)和集成電路工藝水平的不斷提高。同時(shí)，市場(chǎng)的積極反應(yīng)又反過(guò)來(lái)推動(dòng)了音頻處理技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，使之成為了這幾年集成電路領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
音頻處理領(lǐng)域?qū)?shù)模轉(zhuǎn)換器的精度要求相對(duì)較高，為了保證音頻信號(hào)真正高品質(zhì)地輸出，通常要求達(dá)到16位以上的有效精度。對(duì)于輸出模擬信號(hào)滿量程是Iv的數(shù)模轉(zhuǎn)換器來(lái)說(shuō)，如果想實(shí)現(xiàn)16位精度，ILSB對(duì)應(yīng)的電壓為1/2~16 = 15 μ V，所以要求數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的模擬電壓與理想值的偏差不能超過(guò)7. 5 μ V，如果不采用昂貴的激光校正或者其它的修正方法，這個(gè)精度如果采用傳統(tǒng)類型的數(shù)模轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)根本就無(wú)法實(shí)現(xiàn)。
Σ Δ (Sigma-Delta)技術(shù)解決了這個(gè)問(wèn)題,不但可以實(shí)現(xiàn)高精度轉(zhuǎn)換,而且還不需要精確匹配的模擬器件，因而是最適合數(shù)字音頻應(yīng)用的數(shù)模轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)方案，它使得輸出的音頻信號(hào)品質(zhì)更加趨近完美，同時(shí)也降低了成本和功耗，是目前實(shí)現(xiàn)高精度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的首要技術(shù)。
圖I顯示了其中一種采用Σ Δ技術(shù)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器電路，輸入為16位頻率為fs的數(shù)字音頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)插值濾波器和Σ Δ調(diào)制器之后，變?yōu)镮位頻率為N*fs的高頻數(shù)字音頻信號(hào)，然后再經(jīng)過(guò)一個(gè)數(shù)字到模擬之間的轉(zhuǎn)換電路來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換的功能(DAC)，比較通用的方式是采用開(kāi)關(guān)電容轉(zhuǎn)換電路，開(kāi)關(guān)電容轉(zhuǎn)換電路處理后的信號(hào)在幅度是連續(xù)的，但是在時(shí)間上還是離散的，因此在開(kāi)關(guān)電容轉(zhuǎn)換電路后面還需要接一個(gè)模擬重構(gòu)濾波器，除去高頻噪聲，還原真正的模擬音頻信號(hào)。
開(kāi)關(guān)電容DAC采用“直接電荷轉(zhuǎn)移”數(shù)模轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，如圖2所示，在相位Φ1閉合期間，采樣電容C1根據(jù)輸入的數(shù)字信號(hào)S1的值進(jìn)行充電或者放電，在相位Φ2閉合期間，采樣電容C1和反饋電容Cfb并聯(lián)到運(yùn)算放大器的輸入輸出端，采樣電容C1和反饋電容Cfb之間發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換的功能，該結(jié)構(gòu)中運(yùn)放無(wú)需提供驅(qū)動(dòng)電流，所以功耗大大降低
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種應(yīng)用于數(shù)字音頻信號(hào)的I位數(shù)模轉(zhuǎn)換及開(kāi)關(guān)電容濾波電路，所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換除了具有數(shù)字到模擬之間的轉(zhuǎn)換功能之外，還具有低通濾波功倉(cāng)泛。
上述目的由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn) 一種I位數(shù)模轉(zhuǎn)換及開(kāi)關(guān)電容濾波電路，其特征在于包括一個(gè)運(yùn)算放大器13，耦合在運(yùn)算放大器負(fù)極輸入和輸出之間的反饋電容器12,第一米樣電容器11,第二米樣電容器10，以及用于對(duì)反饋電容和采樣電容進(jìn)行充放電的開(kāi)關(guān)切換裝置；所述的切換裝置在充電期間將第一米樣電容器11和第二米樣電容器10的第一側(cè)稱合到電源電壓VDD或地GND,將第一采樣電容器11和第二采樣電容器10的第二側(cè)耦合到參考電壓Vcm ;所述的切換裝置在保持期間將第一采樣電容器11和第二采樣電容器10耦合到所述的反饋電容器12。


圖I是本發(fā)明所應(yīng)用的一種采用Σ Δ技術(shù)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器電路示意 圖2是本發(fā)明所提出的一種I位數(shù)模轉(zhuǎn)換及開(kāi)關(guān)電容濾波電路示意 圖3是本發(fā)明所提出的電路的差分實(shí)現(xiàn)方式的示意具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
圖I是本發(fā)明所應(yīng)用的一種采用Σ Δ技術(shù)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器電路示意圖，輸入為16位頻率為fs的數(shù)字音頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)插值濾波器和Σ Δ調(diào)制器之后，變?yōu)镮位頻率為N*fs的高頻數(shù)字音頻信號(hào)，然后再經(jīng)過(guò)一個(gè)數(shù)字到模擬之間的轉(zhuǎn)換電路來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換的功能(DAC)，比較通用的方式是采用開(kāi)關(guān)電容轉(zhuǎn)換電路，開(kāi)關(guān)電容轉(zhuǎn)換電路處理后的信號(hào)在幅度是連續(xù)的，但是在時(shí)間上還是離散的，因此在開(kāi)關(guān)電容轉(zhuǎn)換電路后面還需要接一個(gè)模擬重構(gòu)濾波器，除去高頻噪聲，還原真正的模擬音頻信號(hào)。
圖2是本發(fā)明所提出的一種I位數(shù)模轉(zhuǎn)換及開(kāi)關(guān)電容濾波電路示意圖，包括一個(gè)運(yùn)算放大器13,稱合在運(yùn)算放大器負(fù)極輸入和輸出之間的反饋電容器12,第一米樣電容器11,第二采樣電容器10，以及用于對(duì)反饋電容和采樣電容進(jìn)行充放電的開(kāi)關(guān)切換裝置；所述的切換裝置在充電期間將第一米樣電容器11和第二米樣電容器10的第一側(cè)稱合到電源電壓VDD或地GND，將第一采樣電容器11和第二采樣電容器10的第二側(cè)耦合到第三參考電壓Vcm ;所述的切換裝置在保持期間將第一采樣電容器11和第二采樣電容器10耦合到所述的反饋電容器12。
參照?qǐng)D2所示，在相位Φ1閉合期間，第一采樣電容器11和第二采樣電容器10，根據(jù)輸入的數(shù)字信號(hào)S1的值進(jìn)行充電或者放電，在相位Φ2閉合期間，第一采樣電容器11和第二采樣電容器10與反饋電容器12 —起并聯(lián)到運(yùn)算放大器的輸入輸出端，采樣電容C1和反饋電容Cfb之間發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換的功能，該結(jié)構(gòu)中運(yùn)放無(wú)需提供驅(qū)動(dòng)電流，所以功耗大大降低。
參照?qǐng)D2所示電路，其傳輸函數(shù)可計(jì)算為
Φ I閉合時(shí)，總電荷為
Qo1=S (n)々S (Ii-I)^C1=(l+z—1) ^C1=I=S (z)
Φ2閉合時(shí)，由于Cfb沒(méi)有放電過(guò)程，Cfb上累積了上次的總電荷，而且C1和Cfb是并聯(lián)關(guān)系，所以總電荷變?yōu)?br> 權(quán)利要求
1.一種I位數(shù)模轉(zhuǎn)換及開(kāi)關(guān)電容濾波電路，其特征在于包括一個(gè)運(yùn)算放大器(13)，耦合在運(yùn)算放大器負(fù)輸入端和輸出之間的反饋電容器(12)，第一采樣電容器(11)，第二采樣電容器(10)，以及用于對(duì)反饋電容和采樣電容進(jìn)行充放電的開(kāi)關(guān)切換裝置；所述的切換裝置在充電期間將第一采樣電容器(11)和第二采樣電容器(10)的第一側(cè)耦合到電源電壓VDD或地GND，將第一采樣電容器(11)和第二采樣電容器(10)的第二側(cè)耦合到參考電壓Vcm ;所述的切換裝置在保持期間將第一采樣電容器(11)和第二采樣電容器(10)耦合到所述的反饋電容器(12)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種I位數(shù)模轉(zhuǎn)換及開(kāi)關(guān)電容濾波電路，其中所述的運(yùn)算放大器為差分輸入單端輸出，其正輸入端與參考電壓Vcm相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種I位數(shù)模轉(zhuǎn)換及開(kāi)關(guān)電容濾波電路，其中所述的開(kāi)關(guān)切換裝置由輸入的數(shù)字信號(hào)Si、S2和時(shí)鐘信號(hào)Φ I、Φ2來(lái)共同控制閉合或者打開(kāi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種I位數(shù)模轉(zhuǎn)換及開(kāi)關(guān)電容濾波電路，其中所述的開(kāi)關(guān)切換裝置可以設(shè)置為高電平時(shí)閉合，使得信號(hào)傳輸通路導(dǎo)通，低電平時(shí)打開(kāi)，使得信號(hào)傳輸通路被切斷。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種I位數(shù)模轉(zhuǎn)換及開(kāi)關(guān)電容濾波電路，其中所述的輸入數(shù)字信號(hào)S1是Sigma-Delta調(diào)制器輸出的二進(jìn)制比特流，所述的輸入數(shù)字信號(hào)S2是輸入數(shù)字信號(hào)S1經(jīng)過(guò)一個(gè)寄存器延遲一個(gè)時(shí)鐘周期后的輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種I位數(shù)模轉(zhuǎn)換及開(kāi)關(guān)電容濾波電路，其中所述的時(shí)鐘信號(hào)Φ1和Φ2為相同頻率下的兩相非交疊時(shí)鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種I位數(shù)模轉(zhuǎn)換及開(kāi)關(guān)電容濾波電路，其中所述的第一采樣電容器(11)的容值和第二采樣電容器(10)的容值相等。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種I位數(shù)模轉(zhuǎn)換及開(kāi)關(guān)電容濾波電路，其中所述的開(kāi)關(guān)電容濾波電路的傳輸函數(shù)為H(z) = τ:...;—γ--·····---一τγττγ^τ，其中C1為第一采樣電容器(11)和第二采樣電容器(10)的容值，Cfb為反饋電容器(12)的容值。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種1位數(shù)模轉(zhuǎn)換及開(kāi)關(guān)電容濾波電路，所述的1位數(shù)模轉(zhuǎn)換及開(kāi)關(guān)電容濾波電路包括一個(gè)運(yùn)算放大器(13)，耦合在運(yùn)算放大器負(fù)輸入端和輸出之間的反饋電容器(12)，第一采樣電容器(11)，第二采樣電容器(10)，以及用于對(duì)反饋電容和采樣電容進(jìn)行充放電的開(kāi)關(guān)切換裝置；所述的切換裝置在充電期間將第一采樣電容器(11)和第二采樣電容器(10)的第一側(cè)耦合到電源電壓VDD或地GND，將第一采樣電容器(11)和第二采樣電容器(10)的第二側(cè)耦合到參考電壓Vcm；所述的切換裝置在保持期間將第一采樣電容器(11)和第二采樣電容器(10)耦合到所述的反饋電容器(12)。本發(fā)明的電路不但具有數(shù)字到模擬之間的轉(zhuǎn)換功能，還同時(shí)具有低通濾波的功能。
文檔編號(hào)H03H17/02GK102916703SQ20121043753
公開(kāi)日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月6日
發(fā)明者石大勇 申請(qǐng)人:長(zhǎng)沙景嘉微電子股份有限公司