[发明专利]一种模数转换方法及其调制器

说明书

技术领域

本发明涉及一种CMOS集成电路设计，尤其涉及一种模数转换方法以及相应的调制器。

背景技术

现今的电路设计及应用中，模数转换一直是电路的主要模块之一。由于单片集成的趋势以及控制运算主要在数字域进行，因此数字电路和模拟电路大多数要求做到同一块芯片上，这就对模拟部分的设计提出了困难。

数字电路的大规模应用使得当今的CMOS工艺向深亚微米发展，这样有效的降低了数字电路的功耗。但伴随电源电压的降低和规格尺寸的缩小，模拟电路模块的设计也变得越来越困难。在医疗及消费电子这些领域，高精度低功耗模数转换器已经成为了芯片中的关键技术。在这个背景下，一种适应深亚微米数字工艺的Delta-Sigma模拟调制器的结构便应运而生。

Delta-Sigma技术是近年在深亚微米工艺下逐渐占据主导的一种模数转换方式。它通过把模拟域的量化工作转移到数字域来进行，从而减少了芯片的模拟部分，使数字工艺的优势得到体现。Delta-Sigma转换器由差分放大器、积分器、量化器及1位寄存器组成，输入信号减去来自一位寄存器的信号将结果作为积分器的输入，当器进入稳定工作状态时，积分器的输出信号是全部误差电压之和，同时积分器可看作是低通滤波器，对噪声有-6dB的抑制能力。积分器的输出用一位ADC来转换，而后量化器将输出数字1和0的位流，并且一位寄存器将量化器的输出转换为数字波形，回馈给差分放大器。然而，这样的模数转换器将无法适应日渐微型化及低电压、低功耗的消费趋势，尤其在模拟模块的设计方面，其正常驱动的能力将受到极大的限制。此外，信号流在该模数转换器的信道内常常易夹杂量化噪声，影响信号的转换传输性能。因此，寻求一种基于Delta-Sigma技术的模数转换方法及其调试器，来适应CMOS工艺深亚微米发展的要求，是为当前业界需要迫切解决的问题。

发明内容

针对上述现有技术的存在的异常缺陷，本发明的目的，在于提供一种模数转换方法及其调制器，解决深亚微米CMOS工艺中，在低电压环境下实现高精度、低功耗的模数转换问题。

为达成上述目的，本发明提出的技术方法为：

一种模数转换方法，基于Delta-Sigma转换技术，把模拟域的信号通过积分、量化转移到数字域来处理，其特征在于：将输入信号及每一阶进行积分的输出信号均前馈到量化单元，连同积分输出的信号一并进行量化处理。

进一步地，沿用上述转换方法的一种模数转换调制器，其特征在于：其包括积分单元、量化器和移位寄存器，所述积分单元至少为二阶的积分器串联相接而成，在积分单元的后端连接量化器，且每一阶积分器的输出端均通过连线接至量化器的输入端，量化器的输出再通过环路反馈到积分单元前的输入端。

本发明一种模数转换方法及其调制器，于实际应用中具有的有益效果为：通过输入信号的前馈，从而使调制器环路只需要处理量化噪声，降低了内部信号的摆动范围。这样模拟运放的输出，即使在低电源电压情况下也能够满足环路的要求。而且，这种结构增大了输入过载电压，从而增大了输入信号动态范围。

附图说明

图1是本发明优选实施例三阶前馈调制器的系统框图；

图2是本发明实施例的电路框图；

图3是本发明实施例中运算放大器的电路框图；

图4是本发明实施例中量化器的电路框图；

图5是本发明实施例的调制器仿真结果曲线图；

图6是本发明实施例的后仿真结果曲线图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易理解，下面特结合本发明一优选实施例，作详细说明如下：

Delta-Sigma转换技术是当前广泛应用于CMOS工艺中电路设计的一种将模拟域的量化工作转换到数字域来进行的一种有效手段，减少了芯片的模拟部分，使数字工艺的优势得到体现。整体来说，Delta-Sigma转换技术包含了基于超采样手段的模拟调制器和后端数字滤波器两部分，而本发明针对Delta-Sigma传统反馈式的模数转换方法及其调制器进行优化，其独创改进在于：采用了至少为二阶的积分器输出信号前馈至量化器的方式，来适应低电源及低功耗的要求。