[发明专利]一种能提高信噪比的Δ-Σ调制器

说明书

技术领域

本发明涉及数据转换和信号处理领域，具体涉及一种能提高信噪比的Δ-∑调制器。

背景技术

Δ-∑调制器是一种利用过采样和噪声成型技术的调制器，其广泛应用于音频信号处理领域。在AD转换器中利用Δ-∑调制器，是采用对所输入的模拟信号进行积分并输出的积分器，以及将积分模拟信号变换成数字信号并输出的量化器而实现的。

如图1所示，一种传统的一阶开关电容Δ-∑调制器，主要由一开关电容积分器和量化器组成，积分器对输入模拟信号Vi进行积分，其输出通过量化器得到一串数字脉冲信号，以实现模拟信号到数字信号的转换。积分器主要由运放和采样电容Cs，积分电容Ci，以及开关组成。开关由两相时钟Φ1，Φ2控制。在Φ1时刻，积分器工作于采样阶段，该时刻将输入信号Vi存储于Cs中；在Φ2时刻为积分阶段，该时刻Cs中的电荷被转移至Ci中。该积分器的增益表示为Cs/Ci。量化器主要是由比较器和触发器组成，其输出out控制合适的量化电平(Vrefp，Vrefn)作为积分的输入。

对于图1所示的Δ-∑调制器，由于量化器输出的反馈作用，使得该调制器的量化噪声传递函数呈现为一高通滤波器，而具有一阶噪声整形；信号传递函数则为一低通滤波器。这样信号能够顺利通过，而量化噪声在信号频带内得到衰减，这样使得信噪比得到大大提高。

如图2所示，通过对图1所示积分器的级联可实现对量化噪声的n阶整形，以使信噪比得到更大的提高。然而，对于输入级积分器，由于运放的输入热噪声，1/f噪声和在采样和积分阶段所产生的热噪声得不到整形，因而输入级积分器所产生的噪声将成为提高信噪比的瓶颈，其中热噪声占主要因素。

如式(1)所示，提高过采样率可以提高信噪比。若输入积分器所产生噪声热噪声成为限制信噪比的主要因素时，过采样率提高一倍，可增加信噪比3dB，然而这样的代价是功耗也会成倍增加。

DR=PinmaxPkT/c=Vinmax2·OSR·Cs4kT---(1)]]>

上式中Vin(max)为输入信号的最大幅度，OSR为过采样率k为玻尔兹曼常数，T为温度，DR为动态范围，在Δ-∑调制器中动态范围可等价于信噪比。

同样地，如式(1)示，增大Cs一倍可以增加信噪比3dB，然而增加Cs意味着积分电容Ci增加一倍，而Ci往往大于Cs许多倍，这样会极大地增大芯片面积，不利于成本的降低。

综上，当输入积分器所产生噪声热噪声成为限制信噪比的主要因素时，增加过采样率和采样电容Cs，都能够增加信噪比，然而却不是很好的方法。

发明内容

本发明为解决上述技术问题提供了一种能提高信噪比的Δ-∑调制器，在对输入信号幅度不变的情况下，增加极小成本甚至降低成本都可获得等效信号的倍增，从而实现信噪比的提高。

一种能提高信噪比的Δ-∑调制器，包括依次连接的量化器和积分器，其特征在于：所述积分器的采样电路设置有用于控制开关的两相时钟Φ1、Φ2；

当Φ1时刻为电路的采样时间时，由Φ1控制的开关闭合，由Φ2控制的开关断开，此时采样电路包括由电容C1、C2、…、C(n-1)、Cn并联形成的并联电容电路，输入信号Vi输入至并联电容电路的一端，并联电容电路的另一端联接到共模地，此时并联电容电路的电容上共存储(C1+C2+…+C(n-1)+Cn)×Vi的电荷；