一种调制器中的积分器增益倍增电路的制作方法

文档序号:14685906发布日期:2018-06-14 22:01

本发明涉及电子电路,特别涉及开关电容电路实现的积分器电路。



背景技术:

开关电容电路广泛应用于西格玛德尔塔模数转换器(sigma-deltaADC),作为它的积分器。西格玛德尔塔模数转换器是比例测量,即将模拟的输入信号乘以增益A,与模拟的参考电压的比例转换为n比特的数字信号的模数转换过程。在过去,使用在开关电容电路实现增益采用了模拟的输入信号和参考电压分别通过一组采用电容,这增加了开关电容电路的面积。

如专利申请201410847785.6所描述的基于悬浮电流源增益自举反相器的开关电容积分器,该发明积分器分为采样阶段和积分阶段,采样阶段电路由M1-M10十个MOS管和采样电容Cs,积分电容CI,上下两个保持电容Cc,和一个开关S1组成,其中M1至M1、M3、M5、M7、M9为PMOS管,M2、M4、M6、M8、M10为PMOS管,采样电容CS,积分电容CI以及上下两个保持电容Cc都分为两极A、B。但是,该专利申请中,是以MOS管和电容组合构成反相器,从而取代运算放大器,仍然不能解决增加了开关电容电路的面积的问题。



技术实现要素:

为解决上述问题,本发明的目的在于提供一种调制器中的积分器增益倍增电路,本发明可以模拟的输入信号和参考电压共用一组采样电容实现增益。

本发明的另一个目的在于提供一种调制器中的积分器增益倍增电路,该电路能够减小开关电容电路的面积,降低开关电容电路的制作成本。

为实现上述目的,本发明的技术方案如下。

一种调制器中的积分器增益倍增电路,该电路包括2个采样电容,2个积分电容,1个运放电路,若干(复数个)采样和积分开关;采样电容有正端信号采样电容和负端信号采样电容各一个,其中正端信号采样电容的上极板连接21、23开关,正端信号采样电容的下极板连接11、13、15、17开关;负端信号采样电容的上极板连接22、24开关,负端信号采样电容的下极板连接12、14、16、18开关;11开关的另一端连接输入信号的正端Vip,13、14开关的另一端连接积分器共模电压VCM,12开关的另一端连接输入信号的负端Vin,15、18开关的另一端连接参考电压的正端REFP,16、17开关的另一端连接参考电压的负端REFN,21、22开关的另一端连接积分器共模电压VCM;

积分电容有正端积分电容和负端积分电容各一个,其中正端积分电容的上极板连接23开关的另一端、运放的正输入端,正端积分电容的下极板连接积分器正输出端Vop、运放的负输出端;负端积分电容的上极板连接24开关的另一端、运放的负输入端,负端积分电容的下极板连接积分器负输出端Von、30运放的正输出端。

另外,开关通过5个非交叠时钟,包括Ф1、Ф2、Ф2p、Ф2n、Ф2c来控制,在一个积分器周期内,通过Ф1、Ф2、Ф2c三个时钟完成m次模拟输入信号的采样积分,通过Ф1、Ф2、Ф2p或Ф2n三个时钟同时完成n次模拟输入信号和参考电压的采样积分,其中Ф2p代表在西格玛德尔塔调制器中的反馈信号是正时,Ф2n代表在西格玛德尔塔调制器中的反馈信号是负时。

所述非交叠时钟,其中,Ф1控制开关11、12、21、22,Ф2控制开关23、24,Ф2p控制开关17、18,Ф2n控制开关15、16,Ф2c控制开关13、14。

所述的开关可通过单个PMOS管或NMOS管、CMOS管等开关来实现。

本发明所实现的调制器中的积分器增益倍增电路,将输入信号和参考电压共用一组采样电容实现增益,能够减小开关电容电路的面积,降低开关电容电路的制作成本。

附图说明

图1是本发明所述的实现增益倍增技术的积分器电路。

图2是本发明所述的实现增益倍增技术的积分器电路中控制开关所用时钟的各个相位说明。

图3是本发明图3是使用CMOS开关的应用实例的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。

请参照图1所示,是本发明所述的实现增益倍增技术的全差分信号输入输出的电路。图1中,该电路包括:采样电容31、32,运算放大器30,积分电容33、34,开关11、12、13、14、15、16、17、18、21、22、23、24。

按照本发明,该开关电容电路包括2个采样电容,2个积分电容,1个运放电路,若干采样和积分开关。采样电容分为31正端信号采样电容和32负端信号采样电容各一个。其中31正端信号采样电容的上极板连接21、23开关,31正端信号采样电容的下极板连接11、13、15、17开关;32负端信号采样电容的上极板连接22、24开关,32负端信号采样电容的下极板连接12、14、16、18开关。11开关的另一端连接输入信号的正端Vip,13、14开关的另一端连接积分器共模电压VCM,12开关的另一端连接输入信号的负端Vin,15、18开关的另一端连接参考电压的正端REFP,16、17开关的另一端连接参考电压的负端REFN,21、22开关的另一端连接积分器共模电压VCM。

积分电容分为33正端积分电容和34负端积分电容各一个。其中33正端积分电容的上极板连接23开关的另一端、30运放的正输入端,33正端积分电容的下极板连接积分器正输出端Vop、30运放的负输出端;34负端积分电容的上极板连接24开关的另一端、30运放的负输入端,34负端积分电容的下极板连接积分器负输出端Von、30运放的正输出端。

另外,开关通过5个非交叠时钟来控制,包括Ф1、Ф2、Ф2p、Ф2n、Ф2c,如图2。在一个积分器周期内,通过Ф1、Ф2、Ф2c三个时钟完成m次模拟输入信号的采样积分,通过Ф1、Ф2、Ф2p或Ф2n三个时钟同时完成n次模拟输入信号和参考电压的采样积分。【1】Ф2p代表在西格玛德尔塔调制器中的反馈信号是正时,【2】Ф2n代表在西格玛德尔塔调制器中的反馈信号是负时。

积分器最终实现的增益是(m+n)/n。

积分器电路中开关的各个相位时钟说明,如下:

时钟ф1相位开关11、12、21、22打开。

时钟ф2相位开关23、24打开。

时钟ф2c相位开关13、14打开。

时钟ф2p相位开关15、16打开。

时钟ф2n相位开关17、18打开。

在一个积分器周期内,通过Ф1、Ф2、Ф2c三个时钟完成m次模拟输入信号的采样积分,通过Ф1、Ф2、Ф2p或Ф2n三个时钟同时完成n次模拟输入信号和参考电压的采样积分。【1】Ф2p代表在西格玛德尔塔调制器中的反馈信号是正时,【2】Ф2n代表在西格玛德尔塔调制器中的反馈信号是负时。

积分器的实现过程如下:

在一个积分器周期内:

模拟输入信号采样:ф1相位:采样开关11、12、21、22打开,采样电容对模拟输入信号进行采样。

模拟输入信号积分:ф2、ф2c相位:积分开关13、14、23、24打开,采样电容和积分电容对采样的模拟输入信号进行积分。

重复以上操作(模拟输入信号采样和模拟输入信号积分这个过程在一个积分器周期内一共重复m次)。

模拟输入信号采样:ф1相位:采样开关11、12、21、22打开,采样电容对模拟输入信号进行采样。

同时进行模拟输入信号和参考电压积分:ф2、ф2p或ф2n相位:积分开关15或17、16或18、23、24打开,采样电容和积分电容对采样的参考电压进行积分。

重复以上内容(同时进行模拟输入信号和参考电压采样和积分这个过程在一个积分器周期内一共重复n次)。

图3所示,是将图1中的开关应用为CMOS管时的电路图,其中,CMOS管也可以采样PMOS管或NMOS管替代。

总之,本发明利用上述组合完成的调制器中的积分器增益倍增电路,结合开关的运用,将输入信号和参考电压共用一组采样电容实现增益,能够充分利用采样电容,减小开关电容电路的面积,降低开关电容电路的制作成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

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