[发明专利]基于逐次比较量化器的二阶前馈Sigma-Delta调制器

说明书

技术领域

本发明涉及一种Sigma-Delta模数转换器，属于集成电路领域。

背景技术

随着消费类手持电子设备广泛需求和医用人体感应检测系统的专业应用，对高精度、低功耗、低成本模数转换器需求日渐广泛。然而随着集成电路工艺的不断更新并伴随着电源电压的降低与晶体管的本征增益的下降，导致模拟电路设计难度加大。所以需要我们在低电压下采用创新性的低功耗设计思路来满足系统上的要求。对于低功耗、高精度、低成本模数转换器的设计采用前馈Sigma-Delta结构的模数转换器已成为一个趋势。其中关键部分就在于Sigma-Delta调制器。

采用前馈结构可以使输入信号不通过运算法放大器，从而避免运算放大器的非线性失真导致的调制器性能下降，可以在低电源电压下得到高性能的模数转换器。传统的二阶前馈Sigma-Delta调制器结构如图1所示，主要由两个积分器，一个量化器前的加法器，一个量化器，一个反馈数模转换器，一个把第一阶积分器输出信号放大2倍的放大器，一个计算出输入信号和反馈数模转换器输出信号之间差值的加法器构成。输入信号X与第一阶积分器输出信号放大两倍后的信号和第二阶积分器输出信号相加后输入到量化器，经过量化后，量化器输出信号Y经过DAC转换后与输入信号相减得到U，U输入到第一阶积分器。为保证高精度性能，量化器通常采用多比特位宽的量化器。采用多比特位宽量化器的优点在于可以在不增加Sigma-Delta调制器过采样率的条件下，提高调制器的噪声谐波抑制比，同时可以提高系统的稳定性。

量化器前的加法器电路通常由额外的有源或无源模拟电路构成，在一些新的设计中甚至把加法器功能放到数字域实现。额外电路的增加不可避免地带来功耗的损失。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种新的电路结构，用于去除额外的加法器电路，从而进一步降低电路功耗。

本发明是采用以下技术方案实现的：

它包括本发明的用于逐次比较量化的多输入采样电容阵列构成的第二加法器单元6以及现有技术的两个开关电容积分器1、多比特逐次比较量化器2、基于数据权重平均算法的由二进制码转换成温度码功能的数字电路3、反馈电容式数模转换器4、用于计算输入信号与电容式数模转换器输出信号差值的第一加法器单元5构成的二阶前馈Sigma-Delta调制器，结构如图2所示。

第二加法器单元第一种结构：第二加法器单元由2^N个单位电容构成，N的取值范围为2到8。所有电容的上极板与一个开关K的一端相连，该开关另一端与一电压驱动器B3输出端相连。2^N-1个电容的下极板通过三个开关K_N-1，1，K_N-1，2，K_N-1，3与第一阶积分器输出端，电压驱动器B1输出端，电压驱动器B2输出端相连；2^N-2个电容的下极板通过三个开关K_N-2，1，K_N-2，2，K_N-2，3与第二阶积分器输出端，电压驱动器B1输出端，电压驱动器B2输出端相连；2^N-3个，2^N-4个，···2^N-(N-1)个，2^N-N个电容的下极板通过与之对应的K_N-3，1、K_N-3，2、K_N-3，3，K_N-4，1、K_N-4，2、K_N-4，3，···，K_N-(N-1)，1、K_N-(N-1)，2、K_N-(N-1)，3，K_N-N，1、K_N-N，2、K_N-N，3与信号输入端，电压驱动器B1输出端，电压驱动器B2输出相连；最后一个电容的下极板通过两个开关K_L，1、K_L，2与信号输入端，电压驱动器B2输出端相连。