多級(jí)噪聲整形模數(shù)轉(zhuǎn)換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開一般涉及模數(shù)轉(zhuǎn)換器，尤其涉及改進(jìn)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的性能。
【背景技術(shù)】
[0002] 在許多電子設(shè)備應(yīng)用中，模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出信號(hào)（例如，用于進(jìn)一步 的數(shù)字信號(hào)處理）。例如，在精確測(cè)量系統(tǒng)中，電子設(shè)備設(shè)有一個(gè)或多個(gè)傳感器以進(jìn)行測(cè)量， 并且這些傳感器可產(chǎn)生模擬信號(hào)。模擬信號(hào)隨后作為輸入提供給模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC)以產(chǎn)生 數(shù)字輸出信號(hào)以進(jìn)行進(jìn)一步處理。在另一實(shí)例中，在移動(dòng)設(shè)備接收器中，天線基于在空氣中 載有信息/信號(hào)的電磁波來(lái)產(chǎn)生模擬信號(hào)。然后，天線所產(chǎn)生的模擬信號(hào)作為輸入提供給 ADC以產(chǎn)生數(shù)字輸出信號(hào)，用于進(jìn)一步處理。
[0003] 基于德爾塔-西格瑪（AI：)調(diào)制的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC)(本文中可互換地稱為 "AI：調(diào)制器"或"A2ADC"）已廣泛用于數(shù)字音頻和高精度儀器系統(tǒng)中。AI：調(diào)制器通常 提供了能夠以高分辨率、低成本將模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的優(yōu)勢(shì)。典型地，△ 2ADC 使用AI：調(diào)制器（例如，使用低分辨率ADC，諸如1位ADC、閃存ADC、閃存量化器等）對(duì)模 擬信號(hào)編碼，然后，如果可行，將數(shù)字濾波器應(yīng)用到△ 2調(diào)制器的輸出以形成較高分辨率 數(shù)字輸出。環(huán)路濾波器可被設(shè)置以提供AI：調(diào)制器的誤差反饋。AI：調(diào)制器的一個(gè)關(guān)鍵 特征在于，其能夠?qū)⒘炕肼曂浦凛^高頻率，也稱為噪聲整形。結(jié)果，□ 2ADC通常能夠?qū)?現(xiàn)高分辨率的模數(shù)轉(zhuǎn)換。由于其普及性，已經(jīng)提出了許多對(duì)A2ADC和采用A2ADC的結(jié) 構(gòu)的變化形式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本公開描述了一種改進(jìn)的多級(jí)噪聲整形（MASH)模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC)，用于將模擬輸 入信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出信號(hào)。特別地，全德爾塔-西格瑪（A2)調(diào)制器設(shè)置在MASHADC 的前端處，并且另一全AI：調(diào)制器設(shè)置在MASHADC的后端處。前端AI：調(diào)制器將模擬輸 入信號(hào)數(shù)字化，后端△ 2調(diào)制器將前端△I：調(diào)制器的輸出與（原始）模擬輸入信號(hào)之間 的誤差數(shù)字化。在后端調(diào)制器將（全）前端調(diào)制器的誤差數(shù)字化的這種構(gòu)造中，松弛了前 端的一些設(shè)計(jì)約束。這些設(shè)計(jì)約束包括熱噪聲、數(shù)字噪聲抵消濾波器復(fù)雜度（前端的量化 噪聲已經(jīng)由前端的噪聲傳遞函數(shù)整形）、和/或非線性。
【附圖說(shuō)明】
[0005] 圖1示出了圖示說(shuō)明兩級(jí)MASH ADC的簡(jiǎn)化示意圖。
[0006] 圖2不出了圖不說(shuō)明兩級(jí)SturdyMASHADC;
[0007] 圖3示出了圖示說(shuō)明兩級(jí)MASHADC的特殊情況的簡(jiǎn)化示意性；
[0008] 圖4示出了示出兩級(jí)MASHADC的簡(jiǎn)化示意圖，其是圖3的兩級(jí)ADC的特殊情況；
[0009] 圖5示出了簡(jiǎn)化示意圖，圖示說(shuō)明根據(jù)本公開的一些實(shí)施方案的改進(jìn)的MASH ADC；
[0010] 圖6示出了簡(jiǎn)化示意圖，圖示說(shuō)明根據(jù)本公開的一些實(shí)施方案的改進(jìn)的MASHADC 的示例性實(shí)現(xiàn)；
[0011] 圖7示出了流程圖，圖示說(shuō)明根據(jù)本公開的一些實(shí)施方案的利用改進(jìn)的MASHADC 將模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出信號(hào)的示例性方法；
[0012] 圖8是簡(jiǎn)化示意性，圖示說(shuō)明根據(jù)本公開的一些實(shí)施方案的改進(jìn)的MASHADC的示 例性應(yīng)用；以及
[0013] 圖9是簡(jiǎn)化示意圖，示出了根據(jù)本公開的一些實(shí)施方案的前端調(diào)制器和后端調(diào)制 器的輸出與兩個(gè)數(shù)字濾波器組合；以及
[0014] 圖10示出了前端調(diào)制器（A)的輸出VI的波形、后端調(diào)制器⑶的凈輸入的波形、 后端調(diào)制器（C)的輸出V2的波形、VI(D)的頻譜、V2(E)的頻譜和最終組合輸出（F)的頻 譜。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 已經(jīng)提出了A2ADC的不同變型例來(lái)實(shí)現(xiàn)適合于各種系統(tǒng)的各種優(yōu)勢(shì)。一些 A2ADC關(guān)心的是功率，而一些其他的A2ADC關(guān)心的是復(fù)雜度。一些A2ADC關(guān)心的精 度，即對(duì)誤差和/或噪聲的控制。例如，對(duì)于重點(diǎn)在于噪聲整形的應(yīng)用，可以使用更高階的 AI：調(diào)制器，g卩，在環(huán)路濾波器中使用更多的積分器和反饋路徑來(lái)對(duì)量化噪聲進(jìn)一步整形 至甚至更高的頻率。
[0016] 已經(jīng)提出了用于A2ADC的一組結(jié)構(gòu)，多級(jí)噪聲整形（MASH)ADC，具有前端和后 端，在前端和后端處每個(gè)調(diào)制器的輸入不同，和/或級(jí)的實(shí)現(xiàn)可以不同。雖然提供多級(jí)增加 了A2ADC的復(fù)雜度和成本，但是一些具有顯著的性能。然而，這些MASHADC結(jié)構(gòu)中的許 多仍存在各種缺點(diǎn)。例如，一些MASHADC遭遇了對(duì)系數(shù)誤差的高靈敏度的問(wèn)題（例如，在 一個(gè)或多個(gè)反饋路徑中使用的系數(shù)，其可對(duì)于一定的帶寬或輸入信號(hào)來(lái)優(yōu)化）。為了降低對(duì) 系數(shù)誤差的靈敏度，可以使用更高階的前端調(diào)制器。為穩(wěn)定性原因，反饋型的前端拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 可能是優(yōu)選的。然后，在階數(shù)與前端的低積分器增益之間存在韌性折衷。結(jié)果，為了使用更 高階的前端，不得不在前端消耗過(guò)量的功率來(lái)實(shí)現(xiàn)與使用較低階前端的情況相比而言相同 的熱噪聲目標(biāo)。
[0017] 其他的已嘗試使用0-XMASH型的ADC來(lái)處理該問(wèn)題。0-XMASH使用0階閃存 ADC(即，無(wú)環(huán)路濾波器）作為前端來(lái)提供對(duì)模擬輸入的初始量化。后端的德爾塔-西格瑪 調(diào)制器用來(lái)將整個(gè)前端的誤差數(shù)字化。使用〇-XMASHADC的問(wèn)題在于，其極其偏向于采用 前饋后端調(diào)制器來(lái)降低其對(duì)系數(shù)誤差的靈敏度。這導(dǎo)致了系統(tǒng)的穩(wěn)定性問(wèn)題，尤其是對(duì)于 較大的帶外信號(hào)。對(duì)于〇-XMASHADC的另一擔(dān)心在于，其具有附接到其輸入的閃存量化器 /ADC，閃存量化器/ADC對(duì)輸入增加了額外的電容負(fù)載并且會(huì)導(dǎo)致信號(hào)相關(guān)的回彈誤差。
[0018] 改進(jìn)的MASH拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（本文稱為"縮放MASH"或"ZMASH"）避免了該折衷，因?yàn)?在第一階抵消了前的熱噪聲和線性化。結(jié)果，有機(jī)會(huì)使用更高階的反饋型前端和后端調(diào)制 器。在連續(xù)時(shí)間實(shí)現(xiàn)中，通過(guò)類似于任何其他連續(xù)時(shí)間AI：調(diào)制器來(lái)改變其輸入電阻器， 所提出的ZMASH甚至可以具有自動(dòng)增益控制（AGC)功能。
[0019] 對(duì)于低過(guò)采樣率（OSR)AI：系統(tǒng)，MASH拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有利于單級(jí)高階系統(tǒng)，因?yàn)橛胁?可避免的低積分器增益。然而，為了降低系數(shù)誤差的零度，甚至是MASH優(yōu)選帶來(lái)相同問(wèn)題 的較高階前端。公開的ZMASH通過(guò)使用受熱噪聲影響最小的前端級(jí)處理較大的輸入信號(hào)電 壓來(lái)避免該問(wèn)題，而后端級(jí)能夠設(shè)計(jì)成具有松弛的積分器增益，因?yàn)橛捎谳^大的滿標(biāo)度定 標(biāo)因子（級(jí)間增益）而減小其滿標(biāo)度。
[0020] 下面的部分描述了一些MASH拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的各種缺點(diǎn)。
[0021] 具有將前端的閃存量化器的誤差數(shù)字化的后端的兩級(jí)MASHADC
[0022] 圖1是簡(jiǎn)化的示意圖，圖示說(shuō)明了兩級(jí)MASHADC100。前端級(jí)包含了環(huán)路濾波器 1〇2(描繪為具有輸入L10和L11以及輸出Y)以及具有Ml步的閃存量化器F1104(例如，低 分辨率或1位閃存ADC)。環(huán)路濾波器取模擬輸入信號(hào)U(在輸入L10處）和數(shù)字反饋信號(hào) VI(在輸入L11)處并且產(chǎn)生輸出信號(hào)Y1 (在輸出Y處）。閃存量化器F1104具有Ml步并 且將Y1數(shù)字化成數(shù)字輸出VI并且增加了量化噪聲E1。后端級(jí)也包含環(huán)路濾波器106和具 有M2步的閃存量化器F2108。后端取Y1與VI之間的差值且將其數(shù)字化成V2。最終輸出 V能夠通過(guò)使用噪聲抵消濾波器（NCF)從VI和V2得出。