专利名称：双通路复用∑△调制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种。特别是涉及一种。本实用新型属于信号处理领域，更具体的说是一种基于EA调制器技术的双通路模拟数字转换器。
背景技术：
模拟数字转换器(ADC)在信号处理当中起着桥梁的作用，用以把我们现实世界的模 拟信号转化为数字信号，在数字的世界进行信号处理，而数字信号由于其自身的抗干扰能 力强，易于实现复杂算法等优点得到了越来越多地应用。技术的发展已经证明，在处理低 频信号方面例如音频信号，声频信号等，Sigma Delta (EA)模拟数字转换器有明显的 优势。Sigma Delta (EA) ADC依靠过采样(Over sampling)和噪声整形(Noise shaping) 可以获得高信噪比和宽动态范围，同时它的结构优势还弱化了对模拟器件的精度的高要 求，这样我们就能利用最新的工艺技术来实现，节省面积，降低成本。在高质量的音频应 用中，我们往往会提出对立体声的要求，由于需要处理左右两个通路的信号，所以传统上 我们依靠两个Sigma Delta ADC来分别处理，然后送给后面的预加重，立体声编码等电 路来优化信号。两个模拟数字转换器会占用更大的芯片面积，消耗更多的功耗，在电池供 电的系统中严重縮短了设备使用时间。所以提出了部分电路采用时分复用(Time Division Multiplexing TDM)的方法来克服上面的缺点。已经存在的技术方案，例如欧洲专利(专 利号WO 03/017496 A2)中，虽然也采用了 TDM的方法，但是由于其降低了过采样率(Over Sampling Rate 0SR)，所以也就降低了信号处理的动态范围，造成了性能的损失。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种性能良好，功耗更节约，面积更节省的双通路复用i:厶调制器。
本实用新型所采用的技术方案是 一种双通路复用i:A调制器，包括有依次相连的第一级信号采集电路、第一积分电路、第二级信号采集电路、第二积分电路、以及比较电路，其中，第一级信号采集电路的输入端分别连接两路输入信号Vinl和Vin2，以及从比 较电路过来的两路反馈控制信号FBI和FB2。
所述的第一级信号采集电路包括有第一路采样电容CI、第一路参考电平采样电容C9; 第二路采样电容C2、第二路参考电平采样电容C10;其中，第一路输入信号Vinl通过时 钟控制信号P1D与第一路采样电容CI连接，第一路采样电容CI的另一端又通过时钟控制 信号P2进入第一积分电路，第一路采样电容C1的两端还分别通过时钟控制信号P2D、 PI 接地；从比较电路过来的第一路反馈控制信号FB1控制正负参考电平RP1、 RNl分别通过 时钟控制信号P1D、 P2D连接第一路参考电平采样电容C9后，又通过时钟控制信号P2进入第一积分电路，第一路参考电平采样电容C9还通过时钟控制信号P1接地；第二路输入信号Vin2通过时钟控制信号P2D与第二路采样电容C2连接，第二路采样电容C2的另一 端又通过时钟控制信号P1进入第一积分电路，第二路采样电容C1的两端还分别通过时钟 控制信号P1D、 P2接地；从比较电路过来的第二路反馈控制信号FB2控制正负参考电平 RP2、 RN2分别通过时钟控制信号P2D、 P1D连接第二路参考电平采样电容C10后，又通过 时钟控制信号Pl进入第一积分电路，第二路参考电平采样电容C10还通过时钟控制信号 P2接地。
所述的第一积分电路包括有第一运算放大器AMP1、第一路积分电容C3和第二路积分 电容C4，其中，从第一级信号采集电路采集的信号进入第一运算放大器AMP1的正相输入 端；从第一级信号采集电路采集的信号还依次通过时钟控制信号P2、第一路积分电容C3、 时钟控制信号P2D后与第一运算放大器AMP1的反相输出端一起构成第一路输出信号Vin3 与第二级信号采集电路的输入端相连接；从第一级信号采集电路采集的信号还依次通过时 钟控制信号P1、第二路积分电容C4、时钟控制信号P1D后与第一运算放大器AMP1的反相 输出端一起构成第二路输出信号Vin4与第二级信号采集电路的输入端相连接；第一运算 放大器AMP1的正相输入端与反相输入端之间还连接有时钟控制信号RESET。
所述的第二级信号采集电路包括有第一路采样电容C5、第一路参考电平采样电容 Cll;第二路采样电容C6、第二路参考电平采样电容C12;其中，由第一积分电路过来的 第一路输入信号Vin3通过时钟控制信号P2D与第一路采样电容C5连接，第一路采样电容 C5的另一端又通过时钟控制信号P2进入第二积分电路，第一路采样电容C5的两端还分 别通过时钟控制信号P1D、 Pl接地；从比较电路过来的第一路反馈控制信号FB1控制正负 参考电平rpi、 RN1分别通过时钟控制信号P1D、 P2D连接第一路参考电平采样电容Cll后 又通过时钟控制信号P2进入第二积分电路，第一路参考电平采样电容Cll还通过时钟控 制信号Pl接地；由第一积分电路过来的第二路输入信号Vin4通过时钟控制信号P1D与第 二路采样电容C6连接，第二路采样电容C6的另一端又通过时钟控制信号Pl进入第二积 分电路，第二路采样电容C6的两端还分别通过时钟控制信号P2D、 P2接地；从比较电路 过来的第二路反馈控制信号FB2控制正负参考电平RP2、 RN2分别通过时钟控制信号P2D、 P1D连接第二路参考电平采样电容C12后又通过时钟控制信号Pl进入第二积分电路，第 二路参考电平采样电容C12还通过时钟控制信号P2接地。
所述的第二积分电路包括有第二运算放大器AMP2、第一路积分电容C7和第二路积分 电容C8，其中，从第二级信号采集电路采集的信号进入第二运算放大器AMP2的正相输入 端；从第二级信号采集电路采集的信号还依次通过时钟控制信号P2、第一路积分电容C7、 时钟控制信号P2D后与第二运算放大器AMP2的反相输出端一起构成第一路输出信号Vin5 与比较电路的输入端相连接；从第二级信号采集电路采集的信号还依次通过时钟控制信号 Pl、第二路积分电容C8、时钟控制信号P1D后与第二运算放大器AMP2的反相输出端一起 构成第二路输出信号Vin6与比较电路的输入端相连接；第二运算放大器AMP2的正相输入 端与反相输入端之间还连接有时钟控制信号RESET。
所述的比较电路包括有第一比较器Jl和第二比较器J2，其中，第一比较器J1的输 入端连接从第二积分电路过来的第一路输出信号Vin5;第二比较器J2的输入端连接从第 二积分电路过来的第二路输出信号Vin6;第一比较器Jl和第二比较器J2还分别连接时 钟控制信号CMP;第一比较器Jl和第二比较器J2的输出端分别构成双通路复用E厶调制 器的两路信号输出，还分别构成两路反馈控制信号FBI和FB2。
本实用新型的双通路复用E厶调制器，在保证不损失电路性能，较少增加电路复杂度 的条件下，通过复用的方法实现了高性能的语音信号模数转换。同时相比于传统的方法复 用的方案节省了可观的芯片面积和功耗，降低了成本，增长了系统的工作时间。
图1是双通路复用i:A调制器的原理框图2是时钟控制信号示意图3是Reset信号作用对比图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本实用新型的双通路复用￡A调制器做出详细说明。
本实用新型的双通路复用i:A调制器，包含了一个两通路信号的采样电路，分别用两
个电容在不同的相位采样两路信号，然后与依据数字输出的反馈控制信号做差，等待调制 器的处理。输出也为完全分隔的两路，提供给后面的数字滤波器，分别滤除经过整形的量 化噪声。通过时钟产生电路，用以产生控制信号，达到时分复用的目的。复用的积分器能 够完全的隔离两路信号，避免相互干扰，在不同的相位分别处理异路信号或者保存上一个 相位的状态，以供下一个相位到来时积分。
如图l所示，本实用新型的双通路复用EA调制器，包括有依次相连的第一级信号 采集电路A、第一积分电路B、第二级信号采集电路C、第二积分电路D、以及比较电路E， 其中，第一级信号采集电路A的输入端分别连接两路输入信号Vinl和Vin2，以及从比较 电路E过来的两路反馈控制信号FBI和FB2。
所述的第一级信号采集电路A包括有第一路采样电容Cl、第一路参考电平采样电容 C9;第二路采样电容C2、第二路参考电平采样电容C10;其中，第一路输入信号Vinl通 过时钟控制信号P1D与第一路采样电容Cl连接，第一路采样电容Cl的另一端又通过时钟 控制信号P2进入第一积分电路B，第一路采样电容Cl的两端还分别通过时钟控制信号 P2D、 Pl接地；从比较电路E过来的第一路反馈控制信号FB1控制正负参考电平RP1、 RN1 分别通过时钟控制信号P1D、 P2D连接第一路参考电平采样电容C9后，又通过时钟控制信 号P2进入第一积分电路B，第一路参考电平采样电容C9还通过时钟控制信号Pl接地； 第二路输入信号Vin2通过时钟控制信号P2D与第二路采样电容C2连接，第二路采样电容 C2的另一端又通过时钟控制信号Pl进入第一积分电路B，第二路采样电容Cl的两端还分 别通过时钟控制信号P1D、 P2接地；从比较电路E过来的第二路反馈控制信号FB2控制正负参考电平RP2、 RN2分别通过时钟控制信号P2D、 P1D连接第二路参考电平采样电容C10 后，又通过时钟控制信号Pl进入第一积分电路B，第二路参考电平采样电容C10还通过 时钟控制信号P2'接地。
所述的第一积分电路B包括有第一运算放大器AMP1 、第一路积分电容C3和第二路积 分电容C4，其中，从第一级信号采集电路A采集的信号进入第一运算放大器AMP1的正相 输入端；从第一级信号采集电路A采集的信号还依次通过时钟控制信号P2、第一路积分 电容C3、时钟控制信号P2D后与第一运算放大器AMP1的反相输出端一起构成第一路输出 信号Vin3与第二级信号采集电路C的输入端相连接；从第一级信号采集电路A采集的信 号还依次通过时钟控制信号P1、第二路积分电容C4、时钟控制信号P1D后与第一运算放 大器AMP1的反相输出端一起构成第二路输出信号Vin4与第二级信号采集电路C的输入端 相连接；第一运算放大器AMP1的正相输入端与反相输入端之间还连接有时钟控制信号 RESET。
所述的第二级信号采集电路C包括有第一路采样电容C5、第一路参考电平采样电容 Cll;第二路采样电容C6、第二路参考电平采样电容C12;其中，由第一积分电路B过来 的第一路输入信号Vin3通过时钟控制信号P2D与第一路采样电容C5连接，第一路采样电 容C5的另一端又通过时钟控制信号P2进入第二积分电路D，第一路采样电容C5的两端 还分别通过时钟控制信号P1D、 Pl接地；从比较电路E过来的第一路反馈控制信号FB1控 制正负参考电平RP1、 RN1分别通过时钟控制信号P1D、 P2D连接第一路参考电平采样电容 Cll后又通过时钟控制信号P2进入第二积分电路D，第一路参考电平采样电容Cll还通过 时钟控制信号Pl接地；由第一积分电路B过来的第二路输入信号Vin4通过时钟控制信号 P1D与第二路采样电容C6连接，第二路采样电容C6的另一端又通过时钟控制信号Pl进 入第二积分电路D，第二路采样电容C6的两端还分别通过时钟控制信号P2D、 P2接地； 从比较电路E过来的第二路反馈控制信号FB2控制正负参考电平RP2、 RN2分别通过时钟 控制信号P2D、 P1D连接第二路参考电平采样电容C12后又通过时钟控制信号Pl进入第二 积分电路D，第二路参考电平采样电容C12还通过时钟控制信号P2接地。
所述的第二积分电路D包括有第二运算放大器AMP2、第一路积分电容C7和第二路积 分电容C8，其中，从第二级信号采集电路C采集的信号进入第二运算放大器AMP2的正相 输入端；从第二级信号采集电路C采集的信号还依次通过时钟控制信号P2、第一路积分 电容C7、时钟控制信号P2D后与第二运算放大器AMP2的反相输出端一起构成第一路输出 信号Vin5与比较电路E的输入端相连接；从第二级信号采集电路C采集的信号还依次通 过时钟控制信号P1、第二路积分电容C8、时钟控制信号P1D后与第二运算放大器AMP2的 反相输出端一起构成第二路输出信号Vin6与比较电路E的输入端相连接；第二运算放大 器AMP2的正相输入端与反相输入端之间还连接有时钟控制信号RESET。
所述的比较电路E包括有第一比较器Jl和第二比较器J2，其中，第一比较器Jl的 输入端连接从第二积分电路D过来的第一路输出信号Vin5;第二比较器J2的输入端连接 从第二积分电路D过来的第二路输出信号Vin6;第一比较器Jl和第二比较器J2还分别连接时钟控制信号CMP;第一比较器Jl和第二比较器J2的输出端分别构成双通路复用E △ 调制器的两路信号输出，还分别构成两路反馈控制信号FBI和FB2。
上述的时钟控制信号P1、 P1D、 P2、 P2D、 RESET、 CMP是由时钟电路产生，在图2中 表明了它们之间的具体逻辑关系。
上述的第一正负参考电平RP1、 RN1和第二正负参考电平RP2、 RN2的具体数值需要根 据应用来设定。
对图1所示电路在Pl相位，对第1路信号而言第一级Vinl信号被采样在采样电容即 第一电容C1上，第一级的积分电容即第三电容C3从电路中断开，用以保存上一个相位的 积分状态，第二级采样即第五电容C5短接清零，第二级的积分电容即第七电容C7也从电 路中断开保存上一相位的状态，此时第1路的反馈采样电容C9， C11在FB1信号的控制下 对RP1或者RN1进行采样，以供接下来的积分相位时采用。而此时第2路信号所有的采样 电容，积分电容和反馈电容通过运算放大器形成反馈的通路，根据此时的反馈信号FB2进 行正负积分，在Pl相位结束之前由CMP信号控制比较器进行判断，以决定转换后下一位 数字信号的高低电平情况。在P2相位到来后第l路和第2路的情况完全交换，即第l路 信号积分，第2路则进行采样。这样通过一个时钟两个相位下对两个通路分别积分实现了 对运算放大器的时分复用功能，对于不同的两路信号，分别用CMP信号的上升沿和下降沿 来进行输出结果的判断。
说明图3说明了 RESET信号的作用和必要性。由于运放的有限增益特性，在一路信号 (假设为第1路)积分相位最后，运算放大器的输入端差分电压并不为零，而是与第1路 信号有关，由于在运放的输入端存在寄生电容，所以这个差分电压信号以电荷的方式存储 到了寄生电容上。在下个相位另一路信号(假设为第2路)开始了积分，使用信号RESET, 在两个相位P1和P2之间，对运放的输入端进行一次清零复位，这样寄生电容上的电荷在 下次积分前就被完全放掉，避免了通过寄生电容的相互影响。图3说明了这个过程，其中 netl5和netl6是两个相位Pl、 P2信号，RESET是复位信号，最下面的一个信号是运放输 入端的差分信号，从图中可以看到在一个相位net15 (Pl)结束后，RESET到来前，运放 的输入端有一定的差分电压，也就是寄生电容存储了一定量的电荷，而这个电荷会引起两 路之间的干扰。随着RESET信号的到来运放输入端的差分电压变为了零，也就是说这部分 电荷在netl6 (P2)到来前被释放清零，避免了在下一次积分过程产生干扰。
本实用新型的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此不能依此来限制本实用新型 的保护范围，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同 样属于本实用新型保护的范围。
权利要求1.一种双通路复用∑Δ调制器，其特征在于，包括有依次相连的第一级信号采集电路(A)、第一积分电路(B)、第二级信号采集电路(C)、第二积分电路(D)、以及比较电路(E)，其中，第一级信号采集电路(A)的输入端分别连接两路输入信号Vin1和Vin2，以及从比较电路(E)过来的两路反馈控制信号FB1和FB2。
2. 根据权利要求1所述的双通路复用i:A调制器，其特征在于，所述的第一级信号 采集电路(A)包括有第一路采样电容C1、第一路参考电平采样电容C9;第二路采样电容 C2、第二路参考电平采样电容C10;其中，第一路输入信号Vinl通过时钟控制信号P1D 与第一路采样电容Cl连接，第一路采样电容Cl的另一端又通过时钟控制信号P2进入第 一积分电路(B)，第一路采样电容C1的两端还分别通过时钟控制信号P2D、 Pl接地；从 比较电路(E)过来的第一路反馈控制信号FBI控制正负参考电平RP1、 RN1分别通过时钟 控制信号P1D、 P2D连接第一路参考电平采样电容C9后，又通过时钟控制信号P2进入第 一积分电路(B),第一路参考电平采样电容C9还通过时钟控制信号P1接地；第二路输 入信号Vin2通过时钟控制信号P2D与第二路采样电容C2连接，第二路采样电容C2的另 一端又通过时钟控制信号Pl进入第一积分电路(B)，第二路采样电容C1的两端还分别 通过时钟控制信号P1D、 P2接地；从比较电路(E)过来的第二路反馈控制信号FB2控制 正负参考电平RP2、 RN2分别通过时钟控制信号P2D、 P1D连接第二路参考电平采样电容 C10后，又通过时钟控制信号Pl进入第一积分电路(B)，第二路参考电平采样电容CIO 还通过时钟控制信号P2接地。
3. 根据权利要求1所述的双通路复用EA调制器，其特征在于，所述的第一积分电 路(B)包括有第一运算放大器AMP1、第一路积分电容C3和第二路积分电容C4，其中， 从第一级信号采集电路(A)采集的信号进入第一运算放大器AMP1的正相输入端；从第一 级信号采集电路(A)采集的信号还依次通过时钟控制信号P2、第一路积分电容C3、时钟 控制信号P2D后与第一运算放大器AMP1的反相输出端一起构成第一路输出信号Vin3与第 二级信号采集电路(C)的输入端相连接；从第一级信号采集电路(A)采集的信号还依次 通过时钟控制信号P1、第二路积分电容C4、时钟控制信号P1D后与第一运算放大器AMP1 的反相输出端一起构成第二路输出信号Vin4与第二级信号采集电路(C)的输入端相连接； 第一运算放大器AMP1的正相输入端与反相输入端之间还连接有时钟控制信号RESET。
4. 根据权利要求1所述的双通路复用i:A调制器，其特征在于，所述的第二级信号采集电路(C)包括有第一路采样电容C5、第一路参考电平采样电容C11;第二路采样电 容C6、第二路参考电平采样电容C12;其中，由第一积分电路(B)过来的第一路输入信 号Vin3通过时钟控制信号P2D与第一路采样电容C5连接，第一路采样电容C5的另一端 又通过时钟控制信号P2进入第二积分电路(D)，第一路采样电容C5的两端还分别通过 时钟控制信号P1D、 Pl接地；从比较电路(E)过来的第一路反馈控制信号FBI控制正负 参考电平RPl、 RN1分别通过时钟控制信号P1D、 P2D连接第一路参考电平采样电容Cll后 又通过时钟控制信号P2进入第二积分电路(D)，第一路参考电平采样电容C11还通过时钟控制信号Pl接地；由第一积分电路(B)过来的第二路输入信号Vin4通过时钟控制信 号P1D与第二路采样电容C6连接，第二路采样电容C6的另一端又通过时钟控制信号Pl 进入第二积分电路(D)，第二路采样电容C6的两端还分别通过时钟控制信号P2D、 P2接 地；从比较电路(E)过来的第二路反馈控制信号FB2控制正负参考电平RP2、 RN2分别通 过时钟控制信号P2D、 P1D连接第二路参考电平采样电容C12后又通过时钟控制信号Pl进 入第二积分电路(D)，第二路参考电平采样电容C12还通过时钟控制信号P2接地。
5. 根据权利要求1所述的双通路复用EA调制器，其特征在于，所述的第二积分电 路(D)包括有第二运算放大器AMP2、第一路积分电容C7和第二路积分电容C8，其中， 从第二级信号采集电路(C)采集的信号进入第二运算放大器AMP2的正相输入端；从第二 级信号采集电路(C)采集的信号还依次通过时钟控制信号P2、第一路积分电容C7、时钟 控制信号P2D后与第二运算放大器AMP2的反相输出端一起构成第一路输出信号Vin5与比 较电路(E)的输入端相连接；从第二级信号采集电路(C)采集的信号还依次通过时钟控 制信号P1、第二路积分电容C8、时钟控制信号P1D后与第二运算放大器AMP2的反相输出 端一起构成第二路输出信号Vin6与比较电路(E)的输入端相连接；第二运算放大器AMP2 的正相输入端与反相输入端之间还连接有时钟控制信号RESET。
6. 根据权利要求1所述的双通路复用i:A调制器，其特征在于，所述的比较电路(E) 包括有第一比较器Jl和第二比较器J2,其中，第一比较器Jl的输入端连接从第二积分 电路(D)过来的第一路输出信号Vin5;第二比较器J2的输入端连接从第二积分电路(D) 过来的第二路输出信号Vin6;第一比较器Jl和第二比较器J2还分别连接时钟控制信号 CMP;第一比较器Jl和第二比较器J2的输出端分别构成双通路复用E厶调制器的两路信 号输出，还分别构成两路反馈控制信号FB1和FB2。
专利摘要一种双通路复用∑△调制器，包括有依次相连的由两路采样电容C1、C2及两路参考电平采样电容C9、C10构成的第一级信号采集电路、由第一运算放大器AMP1、两路积分电容C3、C4构成的第一积分电路、由两路采样电容C5、C6及两路参考电平采样电容C11、C12构成的第二级信号采集电路、由第二运算放大器AMP2、两路积分电容C7、C8构成的第二积分电路、以及比较电路，其中，第一级信号采集电路的输入端分别连接两路输入信号Vin1和Vin2，以及从比较电路过来的两路反馈控制信号FB1和FB2。本实用新型在保证不损失电路性能，较少增加电路复杂度的条件下，通过复用的方法实现了高性能的语音信号模数转换。相比于传统的方法复用的方案节省了可观的芯片面积和功耗，降低了成本，增长了系统的工作时间。
文档编号H03M3/02GK201181937SQ20082007431
公开日2009年1月14日 申请日期2008年4月7日 优先权日2008年4月7日
发明者岳 吴, 宋树贵, 田进峰, 秦世才 申请人:南开大学