本發(fā)明涉及電子電路技術(shù)，尤其涉及一種連續(xù)時(shí)間Δ-∑調(diào)制器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器及相關(guān)補(bǔ)償方法。

背景技術(shù)：

高分辨率連續(xù)時(shí)間Δ-∑(Delta-Sigma)調(diào)制器作為高電源效率(power efficient)的候選者，具有從音頻段至數(shù)兆赫茲范圍的信號(hào)帶寬。但是，該連續(xù)時(shí)間Δ-∑調(diào)制器的更高頻率輸入信號(hào)可能導(dǎo)致難以進(jìn)行額外回路延時(shí)(Excess Loop Delay，ELD)補(bǔ)償。為了解決由高頻輸入信號(hào)導(dǎo)致的額外回路延時(shí)補(bǔ)償問題，諸如DAC(Digital to Analog Converter，數(shù)模轉(zhuǎn)換器)等額外的電路用來處理從量化器的輸出端至前級(jí)回路濾波器(pre-stage loop filter)的輸出端的反饋信號(hào)，因此，存在多于一個(gè)的DAC配置在連續(xù)時(shí)間Δ-∑調(diào)制器中的額外回路中。該額外的電路(諸如DAC)增加了電源消耗并且向回路濾波器提供了大的寄生電容。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種連續(xù)時(shí)間Δ-∑調(diào)制器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器及相關(guān)補(bǔ)償方法，該調(diào)制器將從前面放大級(jí)提取的電流前饋(feed-forward)至該回路濾波器中后面的放大級(jí)，從而可以改善電源消耗和節(jié)約芯片面積。

本發(fā)明提供了一種連續(xù)時(shí)間Δ-∑調(diào)制器，包括：第一加法電路，用于將輸入信號(hào)減去反饋信號(hào)，以產(chǎn)生殘留信號(hào)；回路濾波器，包含多個(gè)串聯(lián)的放大級(jí)，并且用于接收所述殘留信號(hào)以產(chǎn)生濾波后的殘留信號(hào)；提取電路，耦接至所述回路濾波器，用于從所述多個(gè)串聯(lián)的放大級(jí)中的第一放大級(jí)提取電流，并轉(zhuǎn)發(fā)所述提取的電流至所述多個(gè)串聯(lián)的放大級(jí)中位于所述第一放大級(jí)之后的的第二放大級(jí)；量化器，耦接至所述回路濾波器，用于根據(jù)所述濾波后的殘留信號(hào)，產(chǎn)生數(shù)字輸出信號(hào)；以及數(shù)模轉(zhuǎn)換器，耦接至所述量化器和所述第一加法電路，用于對(duì)來源于所述數(shù)字輸出信號(hào)的信號(hào)執(zhí)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，以產(chǎn)生所述反饋信號(hào)。

其中，所述提取電路從所述第一放大級(jí)的輸出電流中提取電流。

其中，所述提取電路具體用于對(duì)所述第一放大級(jí)的輸出電流進(jìn)行鏡像，并轉(zhuǎn)發(fā)所述鏡像的電流至所述第二放大級(jí)。

其中，所述提取電路將所述提取的電流轉(zhuǎn)發(fā)至所述第二放大級(jí)的輸出節(jié)點(diǎn)。

其中，所述第一放大級(jí)為所述多個(gè)串聯(lián)的放大級(jí)中的首級(jí)放大級(jí)，所述第二放大級(jí)為所述多個(gè)串聯(lián)的放大級(jí)中的未級(jí)放大級(jí)。

其中，所述提取的電流和所述多個(gè)串聯(lián)的放大級(jí)中的未級(jí)放大級(jí)的輸出電流被組合，以產(chǎn)生所述濾波后的殘留信號(hào)。

其中，所述回路濾波器進(jìn)一步包括：補(bǔ)償電阻，耦接至所述第二放大級(jí)的輸出節(jié)點(diǎn)，所述提取電路經(jīng)由所述補(bǔ)償電阻直接轉(zhuǎn)發(fā)所述提取的電流至所述第二放大級(jí)。

其中，所述提取電路，具體用于從所述多個(gè)串聯(lián)的放大級(jí)中的多個(gè)所述第一放大級(jí)提取電流，并轉(zhuǎn)發(fā)所述提取的電流至所述多個(gè)串聯(lián)的放大級(jí)中的所述第二放大級(jí)。

本發(fā)明還提供了一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括：第一加法電路，用于將輸入信號(hào)減去反饋信號(hào)，以產(chǎn)生殘留信號(hào)；回路濾波器，包含多個(gè)串聯(lián)的放大級(jí)，并且用于接收所述殘留信號(hào)以產(chǎn)生濾波后的殘留信號(hào)；提取電路，耦接至所述回路濾波器，用于從所述多個(gè)串聯(lián)的放大級(jí)中的第一放大級(jí)提取電流，并轉(zhuǎn)發(fā)所述提取的電流至所述多個(gè)串聯(lián)的放大級(jí)中的位于所述第一放大級(jí)之后的第二放大級(jí)；量化器，耦接至所述回路濾波器，用于根據(jù)所述濾波后的殘留信號(hào)，產(chǎn)生數(shù)字輸出信號(hào)；以及數(shù)模轉(zhuǎn)換器，耦接至所述量化器和所述第一加法電路，用于對(duì)來源于所述數(shù)字輸出信號(hào)的信號(hào)執(zhí)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，以產(chǎn)生至所述第一加法電路的反饋信號(hào)。

本發(fā)明還提供了一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器的補(bǔ)償方法，包括：將輸入信號(hào)減去反饋信號(hào)，以產(chǎn)生殘留信號(hào)；提供含有多個(gè)串聯(lián)的放大級(jí)的回路濾波器，并且用于接收所述殘留信號(hào)，以產(chǎn)生濾波后的殘留信號(hào)；從所述多個(gè)串聯(lián)的放大級(jí)中的第一放大級(jí)提取電流，并轉(zhuǎn)發(fā)所述提取的電流至所述多個(gè)串聯(lián)的放大級(jí)中位于所述第一放大級(jí)之后的第二放大級(jí)，以補(bǔ)償所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的回路延時(shí)；根據(jù)所述濾波后的殘留信號(hào)產(chǎn)生數(shù)字輸出；以及對(duì)來源于所述數(shù)字輸出的信號(hào)執(zhí)行數(shù)模轉(zhuǎn)換操作，以產(chǎn)生所述反饋信號(hào)。

其中，從所述第一放大級(jí)提取電流的步驟包括：從所述第一放大級(jí)的輸出電流中提取電流；和/或，轉(zhuǎn)發(fā)所述提取的電流至所述第二放大級(jí)的步驟包括： 將所述提取的電流轉(zhuǎn)發(fā)至所述第二放大級(jí)的輸出節(jié)點(diǎn)。

其中，從所述第一放大級(jí)提取電流，并轉(zhuǎn)發(fā)所述提取的電流至所述第二放大級(jí)的步驟包括：對(duì)所述第一放大級(jí)的輸出電流進(jìn)行鏡像，并轉(zhuǎn)發(fā)所述鏡像的電流至所述另第二放大級(jí)。

其中，所述第一放大級(jí)為所述多個(gè)串聯(lián)的放大級(jí)中的首級(jí)放大級(jí)，所述第二放大級(jí)為所述多個(gè)串聯(lián)的放大級(jí)中的未級(jí)放大級(jí)。

其中，進(jìn)一步包括：組合所述提取的電流和所述多個(gè)串聯(lián)的放大級(jí)中未級(jí)放大級(jí)的輸出電流，以產(chǎn)生所述濾波后的殘留信號(hào)。

其中，由數(shù)模轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生所述反饋信號(hào)。

其中，所述回路濾波器進(jìn)一步包括：補(bǔ)償電阻，耦接至所述第二放大級(jí)的輸出節(jié)點(diǎn)；所述轉(zhuǎn)發(fā)所述提取的電流至所述第二放大級(jí)的步驟包括：經(jīng)由所述補(bǔ)償電阻直接轉(zhuǎn)發(fā)所述提取的電流至所述第二放大級(jí)。

其中，從所述第一放大級(jí)提取電流，并轉(zhuǎn)發(fā)所述提取的電流至所述第二放大級(jí)的步驟包括：從所述多個(gè)串聯(lián)的放大級(jí)中的多個(gè)所述第一放大級(jí)提取電流，并轉(zhuǎn)發(fā)所述提取的電流至所述第二放大級(jí)。

本發(fā)明實(shí)施例的有益效果是：

本發(fā)明中的回路濾波器，其輸入為輸入信號(hào)與反饋信號(hào)相減得到的殘留信號(hào)，因此可從該回路濾波器中前面的放大級(jí)中提取電流并轉(zhuǎn)發(fā)至后面的放大級(jí)，從而利用該殘留信號(hào)來補(bǔ)償回路濾波器的額外回路延時(shí)。此種補(bǔ)償方式中，對(duì)于數(shù)模轉(zhuǎn)換器，可以少至僅使用一個(gè)(用來提供反饋信號(hào))，從而可以減少數(shù)模轉(zhuǎn)換器的使用數(shù)量，從而可以改善電源消耗和芯片面積。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的ADC(Analog to Digital Converter，模數(shù)轉(zhuǎn)換器)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2示出了由輸入信號(hào)、DAC和提取電路提供的電流。

圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的回路濾波器的放大級(jí)和提取的電流的流動(dòng)的示意圖。

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的圖1所示的ADC的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖。

圖5示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的提取電路和回路濾波器的首級(jí)放大級(jí)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。

圖6是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的ADC的補(bǔ)償方法的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

在本申請(qǐng)說明書及權(quán)利要求當(dāng)中使用了某些詞匯來指稱特定的組件。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)可理解，硬件制造商可能會(huì)用不同的名詞來稱呼同一個(gè)組件。本說明書及權(quán)利要求并不以名稱的差異作為區(qū)分組件的方式，而是以組件在功能上的差異作為區(qū)分的準(zhǔn)則。在通篇說明書及權(quán)利要求當(dāng)中所提及的“包括”、“包含”為一開放式的用語，故應(yīng)解釋成“包括(含)但不限定于”。另外，“耦接”一詞在此為包括任何直接及間接的電氣連接手段。因此，若文中描述第一裝置耦接于第二裝置，則代表該第一裝置可直接電氣連接至該第二裝置，或透過其它裝置或連接手段間接地電氣連接至該第二裝置。另外，在權(quán)利要求書中，“第一放大級(jí)”和“第二放大級(jí)”中的“第一”和“第二”僅用于區(qū)分放大級(jí)，而并非是用于限制放大級(jí)的順序、位置等。

參考圖1。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，圖1為ADC(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)100的結(jié)構(gòu)示意圖。在該實(shí)施例中，ADC100為連續(xù)時(shí)間Δ-∑調(diào)制類ADC。如圖1所示，ADC100包括：第一加法電路110、回路濾波器120、提取電路(extraction circuit)130、第二加法電路140、量化器150和DAC(數(shù)模轉(zhuǎn)換器)160。在本實(shí)施例中，回路濾波器120包括：多個(gè)串聯(lián)的放大級(jí)，并且每個(gè)放大級(jí)可以由積分器實(shí)現(xiàn)。

在ADC100的運(yùn)行中，第一加法電路110接收輸入信號(hào)V_i(t)和反饋信號(hào)V_FB，并通過計(jì)算輸入信號(hào)V_i(t)減去反饋信號(hào)V_FB的差，從而產(chǎn)生殘留信號(hào)(residual signal)V_R。然后，回路濾波器120對(duì)殘留信號(hào)V_R進(jìn)行濾波。同時(shí)，提取電路130從該多個(gè)放大級(jí)中的其中一個(gè)提取電流，并轉(zhuǎn)發(fā)該提取的電流至后面的(following)一個(gè)放大級(jí)，其中，后面的放大級(jí)是其在多個(gè)放大級(jí)中的位置在被提取電路130提取了電流的放大級(jí)之后的放大級(jí)。在本實(shí)施例中，將提取的電流轉(zhuǎn)發(fā)至未級(jí)放大級(jí)(the last amplifying stage)的輸出節(jié)點(diǎn)。第二加法電路140組合提取的電流和回路濾波器的輸出電流，從而產(chǎn)生濾波后的殘留信號(hào)。量化器150根據(jù)濾波后的殘留信號(hào)，產(chǎn)生數(shù)字輸出D_out。然后，DAC160對(duì)來源于濾波后的殘留信號(hào)的信號(hào)執(zhí)行數(shù)模轉(zhuǎn)換操作，從而產(chǎn)生至第一加法電路110的反饋信號(hào)V_FB。

在本實(shí)施例中，使用電流模式(current-mode)實(shí)現(xiàn)ADC100的額外回路延時(shí)補(bǔ)償。參考圖2，DAC160提供的電流I_DAC相似于輸入信號(hào)V_i(t)提供的電流I_vi， 但是，電流I_DAC具有量化誤差(噪聲)。因此，第一加法電路110輸出的殘留信號(hào)V_R(具有電流I_vi－I_DAC)可以視為ADC100的量化誤差。然后，轉(zhuǎn)發(fā)從回路波濾器120的其中一個(gè)放大級(jí)提取的電流I_ELD(即，從殘留信號(hào)V_R提取的)至未級(jí)放大級(jí)，以補(bǔ)償回路濾波器120的常數(shù)項(xiàng)系數(shù)(constant coefficient)，從而補(bǔ)償ADC100的額外回路延時(shí)；需要說明的是，回路濾波器可以等效為一個(gè)多項(xiàng)式，當(dāng)將提取的電流I_ELD前饋至未級(jí)放大級(jí)時(shí)，即是對(duì)該多項(xiàng)式中常數(shù)項(xiàng)系數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償，當(dāng)將提取的電流I_ELD前饋至非未級(jí)放大級(jí)時(shí)，即是對(duì)該多項(xiàng)式中的非常數(shù)項(xiàng)系數(shù)(如一階系數(shù)、二階系數(shù)等)進(jìn)行補(bǔ)償。通過使用殘留信號(hào)V_R來補(bǔ)償額外回路延時(shí)，可以補(bǔ)償回路濾波器120的常數(shù)項(xiàng)系數(shù)，并且該補(bǔ)償方式僅涉及到DAC160提供的反饋信號(hào)V_FB，而不涉及任何其他的DAC。因此，可以改善電源消耗和芯片面積。

參考圖3。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，圖3的示意圖說明了回路濾波器120的放大級(jí)和提取的電流的流動(dòng)。如圖3所示，ADC100為差分結(jié)構(gòu)，并且回路濾波器120包括：多個(gè)放大級(jí)，其中每個(gè)放大級(jí)包括：運(yùn)算放大器，諸如運(yùn)算放大器310_1～310_N。在圖3中，首級(jí)放大級(jí)為含有運(yùn)算放大器310_1和兩個(gè)電容C1、C2的積分器，流過電容C1的電流I_C1等于(I_vi1-I_DAC1)，流過電容C2的電流I_C2等于(I_vi2-I_DAC2)，并且運(yùn)算放大器310_1的差分輸出信號(hào)包括：I_OP＝I_C1-I_x和I_ON＝I_C2-I_x，其中，I_vi1和I_vi2為差分輸入電流，以及I_DAC1和I_DAC2為差分反饋電流。提取電路130(在圖3中未示出)從運(yùn)算放大器310_1的輸出電流I_OP和I_ON中分別提取電流I_EN和I_EP，并且提取電路130經(jīng)由補(bǔ)償電阻R_ELD向運(yùn)算放大器310_N的輸出節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)提取的電流I_EN和I_EP。另外，在一個(gè)實(shí)施例中，提取電路130按比例鏡像(mirror)輸出電流I_OP和I_ON，以產(chǎn)生提取的電流I_EN和I_EP。

根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，圖4示出了ADC100的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。如圖4所示，回路濾波器120包括：三個(gè)放大級(jí)，并且每個(gè)放大級(jí)由積分器實(shí)現(xiàn)。ADC100進(jìn)一步包括：相位調(diào)整電路510、DEM(Dynamic Element Matching，動(dòng)態(tài)元件匹配)電路520和DAC鎖存器530，其中如圖4所示，相位調(diào)整電路510可以用于接收的信號(hào)延遲2/3個(gè)時(shí)鐘周期。相似于圖3，圖4示出了：從首級(jí)放大級(jí)的輸出電流I_OP和I_ON提取電流I_EN和I_EP，并轉(zhuǎn)發(fā)提取的電流I_EN和I_EP至未級(jí)放大級(jí)的輸出節(jié)點(diǎn)(即，轉(zhuǎn)發(fā)提取的電流I_EN和I_EP至第二加法電路140)。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，圖5示出了提取電路130和回路濾波器120中的首級(jí)放大級(jí)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。如圖5所示，晶體管M1～M6形成回路濾波器120 的首級(jí)放大級(jí)中的運(yùn)算放大器502，晶體管M7～M10形成首級(jí)放大級(jí)的輸出級(jí)504，以及晶體管M11～M14和補(bǔ)償晶體管R_ELD形成提取電路130。圖5所示的電路在運(yùn)行中，運(yùn)算放大器502接收殘留信號(hào)V_in和V_ip(即，圖1中所示的“V_R”)，并在輸出級(jí)504產(chǎn)生輸出電壓V_ON、V_OP和輸出電流I_OP、I_ON。然后，提取電路130按比例(1/m)鏡像輸出級(jí)處的鏡像電流，以產(chǎn)生提取電流I_EN和I_EP。注意：圖4和圖5示出了一些沒有參考符號(hào)的元件(如：電容、電阻等)，這些元件涉及回路濾波器120的通用功能或者穩(wěn)定性目的，此處省略這些元件的進(jìn)一步細(xì)節(jié)描述。

以上提及的實(shí)施例示出了：提取電路130自回路濾波器120的首級(jí)放大級(jí)提取電流，并轉(zhuǎn)發(fā)至回路濾波器120的未級(jí)放大級(jí)的輸出節(jié)點(diǎn)。該實(shí)施例示出了本發(fā)明的典型實(shí)現(xiàn)，而非限制本發(fā)明。在其他實(shí)施例中，提取電路130可以從回路濾波器120中的任何放大級(jí)提取電流，并轉(zhuǎn)發(fā)至后面的放大級(jí)，從而補(bǔ)償ADC100的額外回路延時(shí)。在另一實(shí)施例中，提取電路130可以從兩個(gè)或更多的放大級(jí)(如從第一放大級(jí)(如首級(jí)放大級(jí))、第二放大級(jí)和第三放大級(jí))提取多個(gè)電流，并轉(zhuǎn)發(fā)提取的電流(如三個(gè)提取的電流)至后面的放大級(jí)(如未級(jí)放大級(jí))。這些可選設(shè)計(jì)均應(yīng)落入本發(fā)明的范圍。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，圖6為ADC的補(bǔ)償方法的流程示意圖。一并參考圖1～6，該流程如下：

步驟600：流程開始。

步驟602：將輸入信號(hào)減去反饋信號(hào)，以產(chǎn)生殘留信號(hào)。

步驟604：提供含有多個(gè)串聯(lián)的放大級(jí)的回路濾波器，并用于接收殘留信號(hào)，以產(chǎn)生濾波后的殘留信號(hào)。

步驟606：從該多個(gè)放大級(jí)之一提取信號(hào)，并轉(zhuǎn)發(fā)提取的信號(hào)至后面的一個(gè)放大級(jí)，以補(bǔ)償ADC的回路延時(shí)。

步驟608：根據(jù)濾波后的殘留信號(hào)，產(chǎn)生數(shù)字輸出。

步驟610：對(duì)信號(hào)(來源于濾波后的殘留信號(hào))執(zhí)行數(shù)模轉(zhuǎn)換操作，以產(chǎn)生反饋信號(hào)。

綜上，在本發(fā)明的連續(xù)時(shí)間Δ-∑調(diào)制器中，回路濾波器接收殘留信號(hào)(即：輸入信號(hào)和反饋信號(hào)之間的差)，并且從回路濾波器的一個(gè)放大級(jí)提取電流，并轉(zhuǎn)發(fā)至后面的放大級(jí)，以補(bǔ)償額外回路延時(shí)。在本發(fā)明的實(shí)施例中，僅需要一個(gè)DAC，并且額外回路延時(shí)補(bǔ)償不涉及任何其他的DAC。因此，可以改善電源 消耗和芯片面積。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。