专利名称：一种过采样模数转换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种过采样模数转换器。
背景技术：
现在很多系统芯片或者接口芯片系统中，需要很多接口电路，特别在外界模拟信 号进来后，要转换成数字信号，因此，现在几乎所有系统芯片或者接口芯片中都存在模数转 换器，以实现模拟信号转换成数字信号的目的。 如今，随着对系统节能和低功耗的要求，对模数转换器也要求低功耗、高精度，这 是才能够实现整个系统功耗低、工作时间长、比较环保高效的目的。目前实现模拟数字信号 转换的转换器很多，比较常见有流水线型模数转换器、逐次逼近的模数转换器、过采样模数 转换器，由于流水线型模数转换器适用在速度高精度相对高的场合，逐次逼近模数转换器 适用在速度比较慢精度不是很高的场合，而过采样模数转换器适合速度比较快，精度很高 的场合，因此在系统芯片或者接口芯片系统中被广泛的应用。 然而，目前对模数转换器实现低功耗比较难，因为功耗低的话，很难达到精度高、 线性好的要求。特别是过采样模数转换器，目前现有技术中，高精度过采样模数转换器一 般都是通过高阶多循环来实现的，而这种采用方式的转换器结构复杂，实现困难；另外，在 上述这种过采样模数转换器中的基本单元就是积分器，且这类积分器由运算放大器和电 容、开关构成，其中运算放大器的结构示意图如图1所示，它包括相互连接的晶体管M1'至 M12'，此类运算放大器的功耗一般都比较大，因为若功耗比较小，则运算放大器存在增益比 较小、失调大、线性度差等问题；而实际上，积分器中的开关和电容基本上都不消耗功耗，而 只有运算放大器需要消耗功耗；另外，由于是过采样，一般，模数转换器的工作频率都比较 高，鉴于上述问题，使得过采样模数转换器要在保证高精度的基础上，实现低功耗就更为困 难了。
发明内容
为了解决上述问题，本发明旨在提供一种新型的过采样模数转换器，以达到在高 阶过采样模数转换器实现高精度的同时，降低其内部积分器的功耗，从而实现整个过采样 模数转换器低功耗的目的。 本发明所述的一种过采样模数转换器，它包括依次连接的第二增益单元、第一加 法器、第一积分器、第三增益单元、第二加法器、第二积分器、第四增益单元、第三加法器、第 三积分器、第五增益单元、第四加法器、第四积分器和第五加法器，且所述第二增益单元的 输入端通过一第一增益单元连接到所述第二加法器，所述第五加法器的输出端分别通过一 反馈增益单元连接到所述第一加法器、第二加法器、第三加法器和第四加法器，所述第五加 法器还接收一外部输入的量化噪声。 在上述的过采样模数转换器中，所述的第一积分器至第四积分器均分别包括一运 算放大器，且该运算放大器包括一电容以及连接在地与一外部电源之间的、依次串联连接
3的第一至第四晶体管， 所述电容的一端与所述第四晶体管连接，接收外部输入信号，其另一端与所述第 一晶体管连接，接收外部的第一偏置电压信号； 所述第二晶体管和第三晶体管分别接受外部的第二偏置电压信号和第三偏置电 压信号，且该第二晶体管和第三晶体管之间输出一放大信号。 在上述的过采样模数转换器中，所述第一晶体管的栅极接收所述第一偏置电压信 号，其源极接地，其漏极与所述第二晶体管的源极连接；所述第二晶体管的栅极接收所述第 二偏置电压信号，其漏极与所述第三晶体管的漏极连接；所述第三晶体管的栅极接收所述 第三偏置电压信号，其源极与所述第四晶体管的漏极连接；所述第四晶体管的栅极接收所 述外部输入信号，其源极与所述外部电源连接。 在上述的过采样模数转换器中，所述四个反馈增益单元的反馈增益系数均不相 同。 由于采用了上述的技术解决方案，本发明采用了单循环高阶噪声整形的方式达到 了模数转换器噪声低、精度高的要求，由于采用单循环实现，因此模数转换器的结构比较简 单，同时采用l位的量化，使得转化器的线性程度好。另外，通过对模数转换器中若干积分 器内部的运算放大器采用相当于单管放大的方式，同时这个单管放大器相当于工作在开关 工作状态，使得运算放大器的在工作的时候只需要比较小的功耗，而在不工作的时候几乎 不需要功耗，从而进一步地使整个过采样模数转换器的功耗也大幅下降。
图1是现有技术中运算放大器的结构示意图；
图2是本发明一种过采样模数转换器的结构示意图； 图3是本发明的过采样模数转换器中积分器内部的运算放大器的结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图，对本发明的具体实施例作进一步的详细说明。 如图2所示，本发明，即一种过采样模数转换器，它包括依次连接的第二增益单元 G2、第一加法器1、第一积分器H1、第三增益单元G3、第二加法器2、第二积分器H2、第四增益 单元G4、第三加法器3、第三积分器H3、第五增益单元G5、第四加法器4、第四积分器H4和第 五加法器5，且第二增益单元G2的输入端通过一第一增益单元Gl连接到第二加法器2，第 五加法器5的输出端分别通过一反馈增益单元Gf连接到第一加法器1、第二加法器2、第三 加法器3和第四加法器4，第五加法器5还接收一外部输入的量化噪声。
本发明的具体工作过程为 第一加法器1接收经第二增益单元G2放大的外部模拟信号以及经反馈增益单元 Gf反馈的数字信号，并对其进行加法运算后，向第一积分器Hl输出第一加法信号；
第一积分器Hl对接收到的第一加法信号进行整形，并输出第一整形信号；
第二加法器2接收经第一增益单元Gl放大的外部模拟信号、经第三增益单元G3 放大的第一整形信号以及经反馈增益单元Gf反馈的数字信号，并对其进行加法运算后，向 第二积分器H2输出第二加法信号；
第二积分器H2对接收到的第二加法信号进行整形，并输出第二整形信号；
第三加法器3接收经第四增益单元G4放大的第二整形信号以及经反馈增益单元 Gf反馈的数字信号，并对其进行加法运算后，向第三积分器H3输出第三加法信号；
第三积分器H3对接收到的第三加法信号进行整形，并输出第三整形信号；
第四加法器4接收经第五增益单元G5放大的第三整形信号以及经反馈增益单元 Gf反馈的数字信号，并对其进行加法运算后，向第四积分器H4输出第四加法信号；
第四积分器H4对接收到的第四加法信号进行整形，并输出第四整形信号；
第五加法器5接收第四整形信号以及外部输入的量化噪声，并输出数字信号。
本发明中，四个反馈增益单元Gf的反馈增益系数均不相同，第一到第四分别为 Gfl到Gf4 ;至此，本发明通过采用单循环四阶过采样噪声整形系统实现了模数转换器的低 噪声、高精度的要求。 如图3所示，本发明中，第一积分器H1至第四积分器H4均分别包括一运算放大 器，且该运算放大器包括一电容C以及依次连接的第一至第四晶体管Ml至M4，其中，
第一晶体管M1的栅极接收第一偏置电压信号Biasl，其源极接地，其漏极与第二 晶体管M2的源极连接； 第二晶体管M2的栅极接收第二偏置电压信号Bias2，其漏极与第三晶体管M3的漏 极连接，且该第二晶体管M2和第三晶体管M3之间输出一放大信号； 第三晶体管M3的栅极接收第三偏置电压信号Bias3，其源极与第四晶体管M4的漏 极连接； 第四晶体管M4的栅极接收外部输入信号，其源极与外部电源VDD连接；
电容C的一端与第四晶体管M4的栅极连接，其另一端与第一晶体管M1连接。
在上述运算放大器中，第一晶体管M1和第四晶体管M4相当于单管放大器，第二晶 体管M2和第三晶体管M3为增益放大之用；本发明中积分器内部的运算放大器通过使单管 放大器工作在开关状态，降低了运算放大器的功耗，从而使得本发明的模数转换器的功耗 达到节能和低功耗的要求。 综上所述，本发明的过采样模数转换器作为现在系统芯片中比较常用的将模拟信 号转换成数字信号的接口芯片，采用了过采样噪声整形的原理，使得输入信号经过模数转 换器的噪声整形可以达到系统芯片对该模数转换器的性能指标要求，实现了模数转换器的 低噪声、高精度的要求；同时本发明采用了能降低模数转换器功耗的运算放大器，因此上述 两者的结合使得本发明同时达到了低功耗和高精度的要求。 以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上 述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本 发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。
权利要求
一种过采样模数转换器，其特征在于，所述的模数转换器包括依次连接的第二增益单元、第一加法器、第一积分器、第三增益单元、第二加法器、第二积分器、第四增益单元、第三加法器、第三积分器、第五增益单元、第四加法器、第四积分器和第五加法器，且所述第二增益单元的输入端通过一第一增益单元连接到所述第二加法器，所述第五加法器的输出端分别通过一反馈增益单元连接到所述第一加法器、第二加法器、第三加法器和第四加法器，所述第五加法器还接收一外部输入的量化噪声。
2. 根据权利要求1所述的过采样模数转换器，其特征在于，所述的第一积分器至第四 积分器均分别包括一运算放大器，且该运算放大器包括一电容以及连接在地与一外部电源 之间的、依次串联连接的第一至第四晶体管，所述电容的一端与所述第四晶体管连接，接收外部输入信号，其另一端与所述第一晶 体管连接，接收外部的第一偏置电压信号；所述第二晶体管和第三晶体管分别接受外部的第二偏置电压信号和第三偏置电压信 号，且该第二晶体管和第三晶体管之间输出一放大信号。
3. 根据权利要求2所述的过采样模数转换器，其特征在于，所述第一晶体管的栅极接 收所述第一偏置电压信号，其源极接地，其漏极与所述第二晶体管的源极连接；所述第二晶 体管的栅极接收所述第二偏置电压信号，其漏极与所述第三晶体管的漏极连接；所述第三 晶体管的栅极接收所述第三偏置电压信号，其源极与所述第四晶体管的漏极连接；所述第 四晶体管的栅极接收所述外部输入信号，其源极与所述外部电源连接。
4. 根据权利要求1所述的过采样模数转换器，其特征在于，所述四个反馈增益单元的 反馈增益系数均不相同。
全文摘要
本发明涉及一种过采样模数转换器，它包括依次连接的第二增益单元、第一加法器、第一积分器、第三增益单元、第二加法器、第二积分器、第四增益单元、第三加法器、第三积分器、第五增益单元、第四加法器、第四积分器和第五加法器，且所述第二增益单元的输入端通过一第一增益单元连接到所述第二加法器，所述第五加法器的输出端分别通过一反馈增益单元连接到所述第一加法器、第二加法器、第三加法器和第四加法器，所述第五加法器还接收一外部输入的量化噪声。本发明采用了过采样噪声整形的原理，实现了低噪声、高精度的要求；同时本发明采用了低功耗的运算放大器，使得本发明同时具有功耗低和精度高的特点。
文档编号H03M1/54GK101741388SQ20091026080
公开日2010年6月16日 申请日期2009年12月9日 优先权日2009年12月9日
发明者袁文师 申请人:上海贝岭股份有限公司