一種經(jīng)改良的完全精確的三角積分調(diào)制器的制造方法
【專利摘要】一種經(jīng)改良的完全精確的三角積分調(diào)制器，本發(fā)明提供的方法和裝置用來改善一個過采樣數(shù)模轉(zhuǎn)換器的完全精確度。特別地，一個改進(jìn)的開關(guān)電容減法器／積分器電路描述了通過使用N+M個截然不同單位的電容來有效提供一個所需的電容，每個在第一預(yù)定次數(shù)抽樣一個輸入信號以及在第二預(yù)定次數(shù)抽樣一個或更多個參考信號，其中第一預(yù)定次數(shù)與第二預(yù)定次數(shù)之比為理想的電容比N／M。
【專利說明】—種經(jīng)改良的完全精確的三角積分調(diào)制器
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明涉及一個采樣數(shù)模轉(zhuǎn)換器。更特別地，本發(fā)明涉及的方法和裝置用來改善一個采樣數(shù)模轉(zhuǎn)換器三角積分調(diào)制器的完全精確度。
【背景技術(shù)】:
[0002]使一個連續(xù)模擬信號轉(zhuǎn)換為一個離散數(shù)字信號，通常需要消除鋸齒濾波、采樣和量化。一個反鋸齒濾波器確保模擬輸入信號有限寬帶正確被米樣。一個取樣器在離散時間間隔捕獲過濾的輸入信號的樣本，通常T=I / Fs，其中Fs是采樣頻率。采樣頻率Fs通常選為二階過濾的模擬輸入信號的帶寬。最后，一個數(shù)字轉(zhuǎn)換器將樣本轉(zhuǎn)換為值的離散集合。傳統(tǒng)的數(shù)模(A / D)轉(zhuǎn)換器通常進(jìn)行取樣和量化，而單獨的離散元件或集成電路執(zhí)行消除鋸齒。
[0003]過采樣A / D轉(zhuǎn)換器，相比之下，在比率0匕采樣一個模擬輸入信號，該比率是模擬輸入信號帶寬的兩倍。一個過采樣轉(zhuǎn)換器通常包括一個消除鋸齒濾波器，一個采樣器和一個工作在提高的比率DFs上的調(diào)制器(量化器)，以及一個數(shù)字濾波器。數(shù)字濾波器，通常稱為一個抽取器，提供低通濾波來抑制超過Fs / 2的信號，采樣頻率下降到所需頻率Fs。
[0004]由于更高的輸入采樣率，過采樣轉(zhuǎn)換器比傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)換器具有更低的嚴(yán)格消除鋸齒濾波器需求。此外，過采樣轉(zhuǎn)換器允許更低的量化噪聲功率，因此比傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)換器具有更好的信噪比。
[0005]A / D轉(zhuǎn)換器通常在一個指定的最大和最小輸入信號范圍運行。最大輸入信號通常被稱為轉(zhuǎn)換器全面輸入值。在理想的條件下，如果一個全面的輸入被應(yīng)用到轉(zhuǎn)換器上，轉(zhuǎn)換器提供一個全面的輸出。但實際上，轉(zhuǎn)換器的實際輸出與理想結(jié)果不同，實際輸出與理想輸出的區(qū)別是全面的誤差。一個全面精確的轉(zhuǎn)換器沒有錯誤。
[0006]一個全面精確的過采樣轉(zhuǎn)換器在如數(shù)據(jù)采集、測試和測量儀器儀表、工業(yè)控制這樣的領(lǐng)域中具有顯著的實際意義，因為轉(zhuǎn)換器提供一個直流準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)換結(jié)果，拒絕意外的不希望的信號和簡單的消除鋸齒要求。
[0007]參考圖1，一個三角積分過采樣轉(zhuǎn)換器的一個普通的實現(xiàn)已描述。轉(zhuǎn)換器10包括減法器電路12，積分器14和18，輸出加法器20，比較器22，時鐘發(fā)生器24和數(shù)字濾波器26。
[0008]基于時鐘信號CLKA和數(shù)字信號Y狀態(tài)，減法器電路12從模擬輸入信號Vinput減去模擬參考信號VMf。積分器14在時鐘信號CLKB的每個周期對合成的差分信號積分以及產(chǎn)生輸出信號IEl。積分器16在時鐘信號CLKC的每個周期對IEl積分并且產(chǎn)生輸出信號IE2。積分器18在時鐘信號CLKD的每個周期對IE2積分并且產(chǎn)生輸出信號IE3。輸出加法器20產(chǎn)生輸出信號IE1、IE2和IE3的代數(shù)和，以創(chuàng)建三階綜合和前饋補(bǔ)償誤差信號IE。
[0009]比較器22與差分信號IE相比，擁有一個內(nèi)部參考(沒有顯示)，并且在時鐘信號CLKE的每個周期都產(chǎn)生數(shù)字輸出信號Y。數(shù)字輸出Y僅有兩種可能的狀態(tài)，因此可以通過位用二進(jìn)制形式表示。[0010]時鐘發(fā)生器24產(chǎn)生來自內(nèi)部時鐘信號CLK的時鐘信號CLKA，CLKB, CLKC, CLKD和CLKE，在調(diào)制器特定的實現(xiàn)中使用適當(dāng)?shù)南辔魂P(guān)系。
[0011]數(shù)字流Y包含一個在輸入信號Vinput和參考信號VMf之間的比率R的數(shù)字表示。輸出Y在濾波器26中可以被提取并且通過數(shù)字處理進(jìn)一步轉(zhuǎn)化。數(shù)字濾波器26的輸出D是轉(zhuǎn)換結(jié)果。
[0012]當(dāng)完整規(guī)模信號Vfsi被應(yīng)用到轉(zhuǎn)換器輸入Vinput時，轉(zhuǎn)換器10的完整規(guī)模輸出等于轉(zhuǎn)換器的輸出Dfsi。在理想的條件下，完整規(guī)模的輸入信號Vfsi和Vref的比率為:
【權(quán)利要求】
1.一種經(jīng)改良的完全精確的三角積分調(diào)制器，其特征是:一個減法器/積分器電路在輸出節(jié)點產(chǎn)生一個輸出信號，其與一個乘以預(yù)先確定的比例因子N/M的輸入信號和一個參考信號之和成比例，減法器/積分器電路包括一個輸入信號被應(yīng)用的輸入信號節(jié)點，一個參考信號被應(yīng)用的參考信號節(jié)點，一個偏差信號被應(yīng)用的偏差信號節(jié)點，一個耦合在偏差信號節(jié)點的輸出電路，該輸出電路具有一個與輸出節(jié)點耦合的輸出，N+M開關(guān)電容電路與輸入信號節(jié)點、參考信號節(jié)點、偏差信號節(jié)點以及輸出電路耦合，控制電路與N+M開關(guān)電容電路耦合，控制電路引起每個N+M開關(guān)電容電路在第一預(yù)定次數(shù)抽樣輸入信號以及在第二預(yù)定次數(shù)抽樣參考信號，其中第一預(yù)定次數(shù)與第二預(yù)定次數(shù)等于比例因子N/M。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種經(jīng)改良的完全精確的三角積分調(diào)制器，其特征是:其中N+M開關(guān)電容電路每個都具有一個電容,其中每個電容包括一個頂板和一個底板，輸出電路包括一個放大器，放大器的反相輸入節(jié)點與N+M開關(guān)電容電路稱合，一個非反相輸入節(jié)點與偏差信號節(jié)點耦合，一個輸出信號節(jié)點與輸出節(jié)點耦合，減法器/積分器電路還包括一個耦合在反相輸入節(jié)點和輸出節(jié)點之間的反饋電容。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種經(jīng)改良的完全精確的三角積分調(diào)制器，其特征是:其中N+M開關(guān)電容電路每個還包括第一和第二輸入,第一和第二輸出，第一輸入與參考信號節(jié)點耦合，第二輸入與輸入信號節(jié)點耦合，第一輸出與反相輸入節(jié)點耦合，第二輸出與非反相輸入節(jié)點耦合，耦合在參考信號節(jié)點和電容頂板之間的第一開關(guān)，耦合在電容底板和反相輸入節(jié)點之間的第二開關(guān)，耦合在輸入信號節(jié)點和電容頂板之間的第三開關(guān)，耦合在電容頂板和非反相輸入節(jié)點之間的第四開關(guān)，耦合在電容底板和非反相輸入節(jié)點之間的第五開關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種經(jīng)改良的完全精確的三角積分調(diào)制器，其特征是:控制電路在多個輸出產(chǎn)生多個 控制信號，N+M開關(guān)電容電路每個還包括與多個控制信號耦合的第一、第二、第三和第四控制輸入，多個控制信號引起每個N+M開關(guān)電容電路在第一預(yù)定次數(shù)抽樣輸入信號以及在第二預(yù)定次數(shù)抽樣參考信號，其中N+M開關(guān)電容電路每個還包括耦合在參考信號節(jié)點和電容頂板之間的第一開關(guān)，第一開關(guān)包括一個與第一控制輸入耦合的開關(guān)控制輸入，耦合在電容底板和反相輸入節(jié)點之間的第二開關(guān)，第二開關(guān)包括一個與第二控制輸入耦合的開關(guān)控制輸入，耦合在電容頂板和輸入信號節(jié)點之間的第三開關(guān)，第三開關(guān)包括一個與第三控制輸入耦合的開關(guān)控制輸入，耦合在電容頂板和非反相輸入節(jié)點之間的第四開關(guān)，第四開關(guān)包括一個與第二控制輸入耦合的開關(guān)控制輸入，耦合在電容底板和非反相輸入節(jié)點之間的第五開關(guān)，第五開關(guān)包括一個與第四控制輸入耦合的開關(guān)控制輸入。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種經(jīng)改良的完全精確的三角積分調(diào)制器，其特征是:N=1和M=2，N+M=3開關(guān)電容電路包括第一、第二和第三開關(guān)電容電路，第一、第二和第三開關(guān)電容電路的每個第二控制輸入都耦合在一起，它們的第四控制輸入也耦合在一起，一個減法器/積分器電路在輸出節(jié)點產(chǎn)生一個輸出信號，其與一個乘以預(yù)先確定的比例因子N / M的輸入信號和第一或第二參考信號之和成比例，減法器/積分器電路包括:一個輸入信號被應(yīng)用的輸入信號節(jié)點，第一參考信號被應(yīng)用的第一參考信號節(jié)點，第二參考信號被應(yīng)用的第二參考信號節(jié)點，一個偏差信號被應(yīng)用的偏差信號節(jié)點，一個耦合在偏差信號節(jié)點的輸出電路，該輸出電路具有一個與輸出節(jié)點耦合的輸出，N+M開關(guān)電容電路與輸入信號節(jié)點、第一參考信號節(jié)點、第二參考信號節(jié)點、偏差信號節(jié)點以及輸出電路耦合，控制電路與N+M開關(guān)電容電路耦合，控制電路引起每個N+M開關(guān)電容電路在第一預(yù)定次數(shù)抽樣輸入信號以及在第二預(yù)定次數(shù)抽樣第一或第二參考信號，其中第一預(yù)定次數(shù)與第二預(yù)定次數(shù)等于比例因子N / M。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種經(jīng)改良的完全精確的三角積分調(diào)制器，其特征是:N+M開關(guān)電容電路每個包括一個電容，每個電容包括一個頂板和一個底板，輸出電路包括一個放大器，放大器的反相輸入節(jié)點與N+M開關(guān)電容電路耦合，一個非反相輸入節(jié)點與偏差信號節(jié)點耦合，一個輸出信號節(jié)點與輸出節(jié)點耦合，減法器/積分器電路還包括一個耦合在反相輸入節(jié)點和輸出節(jié)點之間的反饋電容，N+M開關(guān)電容電路每個還包括第一、第二和第三輸入，第一和第二輸出，第一輸入與第一參考信號節(jié)點耦合，第二輸入與第二參考信號節(jié)點耦合，第三輸入與輸入信號節(jié)點耦合，第一輸出與反相輸入節(jié)點耦合，第二輸出與非反相輸入節(jié)點耦合，其中N+M開關(guān)電容電路每個還包括耦合在第一參考信號節(jié)點和電容頂板之間的第一開關(guān)，耦合在電容底板和反相輸入節(jié)點之間的第二開關(guān)，耦合在第二參考信號節(jié)點和電容頂板之間的第三開關(guān)，耦合在電容頂板和非反相輸入節(jié)點之間的第四開關(guān)，耦合在電容底板和非反相輸入節(jié)點之間的第五開關(guān)，耦合在輸入信號節(jié)點和電容頂板之間的第六開關(guān)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種經(jīng)改良的完全精確的三角積分調(diào)制器，其特征是:控制電路在多個輸出產(chǎn)生多個控制信號，N+M開關(guān)電容電路每個還包括與多個控制信號耦合的第一、第二、第三、第四和第五控制輸入，多個控制信號引起每個N+M開關(guān)電容電路在第一預(yù)定次數(shù)抽樣輸入信號以及在第二預(yù)定次數(shù)抽樣第一或第二參考信號，其中N+M開關(guān)電容電路每個還包括:耦合在第一參考信號節(jié)點和電容頂板之間的第一開關(guān)，第一開關(guān)包括一個與第一控制輸入耦合的開關(guān)控制輸入，耦合在電容底板和反相輸入節(jié)點之間的第二開關(guān)，第二開關(guān)包括一個與第二控制輸入耦合的開關(guān)控制輸入，耦合在第二參考信號節(jié)點和電容頂板之間的第三開關(guān)，第三開關(guān)包括一個與第三控制輸入耦合的開關(guān)控制輸入，耦合在電容頂板和非反相輸入節(jié)點之間的第四開關(guān)，第四開關(guān)包括一個與第二控制輸入耦合的開關(guān)控制輸入，耦合在電容底板和非反相輸入節(jié)點之間的第五開關(guān)，第五開關(guān)包括一個與第四控制輸入耦合的開關(guān)控制 輸入，耦合在輸入信號節(jié)點和電容頂板之間的第六開關(guān)，第六開關(guān)包括一個與第五控制輸入耦合的開關(guān)控制輸入。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種經(jīng)改良的完全精確的三角積分調(diào)制器，其特征是:N=1和M=2，N+M=3開關(guān)電容電路包括第一、第二和第三開關(guān)電容電路，第一、第二和第三開關(guān)電容電路的每個第二控制輸入都稱合在一起，它們的第四控制輸入也稱合在一起。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種經(jīng)改良的完全精確的三角積分調(diào)制器，其特征是:用來產(chǎn)生與一個乘以預(yù)先確定的比例因子N /M的輸入信號和一個參考信號之和成比例的輸出信號的方法包括:存儲一個在第一預(yù)定次數(shù)與N+M電容輸入信號成比例的第一電荷，存儲一個在第二預(yù)定次數(shù)與每個N+M電容參考信號成比例的第二電荷，其中第一預(yù)定次數(shù)與第二預(yù)定次數(shù)等于比例因子N / M，將第一和第二電荷轉(zhuǎn)移到一個集成電容中，其中通過集成電容的電壓包括輸出信號，用來產(chǎn)生與一個乘以預(yù)先確定的比例因子N / M的輸入信號和第一或第二參考信號之和成比例的輸出信號的方法包括:存儲一個在第一預(yù)定次數(shù)與N+M電容輸入信號成比例的第一電荷，存儲一個在第二預(yù)定次數(shù)與每個N+M電容第一或第二參考信號成比例的第二電荷，其中第一預(yù)定次數(shù)與第二預(yù)定次數(shù)等于比例因子N / M，將第一和第二電荷 轉(zhuǎn)移到一個集成電容中,其中通過集成電容的電壓包括輸出信號。
【文檔編號】H03M3/02GK103618553SQ201310608871
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月26日
【發(fā)明者】李志鵬 申請人:蘇州貝克微電子有限公司