一种轨到轨输入的连续时间差异积分调制器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及数模转换器技术领域，特别是涉及一种轨到轨输入的连续时间差异积 分调制器。
【背景技术】
[0002] 在集成电路中，往往需要对各种直流和低频电压和电流参数进行检测，以便了解 芯片的工作状态，从而进行适当的调节，使芯片工作在最佳状态。比如温度变化一般来说是 缓慢的，但对电路的工作性能影响很大。此时，片上温度传感器可输出电压量，用于表示温 度变化；借助于ADC(模数转换器）把温度传感器的输出电压变换到数字域，即可动态地调 整各个电路的工作参数。而近年来，基于差异积分调制（Sigma-DeltaModulator)的模数 转换器由于高精度、高集成度、低功耗等优点受到越来越多的关注，其非常适合于温度监控 等芯片内直流量监控的应用。
[0003] 现有的差异积分调制模数转换器的电路结构往往过于复杂，在用于温度监控等应 用时输入范围窄、面积大、功耗高，故而增加了生产成本，缩短了待机时间。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种结构简单的轨到轨输入的连续时间差异积分调制器以 解决上述技术问题。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
[0006] 提供一种轨到轨输入的连续时间差异积分调制器，包括积分电路、量化电路及采 样电路，积分电路用于实现对输入电压和反馈电压差值的积分，量化电路用于实现对积分 电路输出的量化，采样电路用于实现对量化电路输出的采样。其中，积分电路基于反相器和 RC积分器结构实现，量化电路基于反相器结构实现，采样电路基于真单相时钟结构的延迟 触发器实现。
[0007] 与现有技术相比，由于本发明的轨到轨输入的连续时间差异积分调制器中，积分 电路基于反相器和RC积分器结构实现，量化电路基于反相器结构实现，采样电路基于真 单相时钟结构的延迟触发器实现；即本发明基于反相器和真单相时钟（TSPC，TrueSingle PhaseClock)结构的DFF，结合电阻和电容，实现了一个结构简单、易于迀移的轨到轨输入 的连续时间差异积分调制器，适用于对全电源电压范围的低频模拟量进行监控，减小了面 积，降低了功耗，提高了集成度，从而降低了生产成本，延长了待机时间。
[0008] 具体地，积分电路包括电阻Rl、R2、电容C1、反相器INV1及NM0S管N1，输入电压从 电阻R1的一端输入，电阻R1反相器INV1的输入端，反馈电压从电阻R2 -端输入，电阻R2 的另一端连接反相器INV1的输入端，电容C1的两端分别连接反相器INV1的输入端和输出 端，NM0S管N1的源极和漏极分别连接反相器INV1的输入端和输出端，NM0S管N1的漏极连 接量化电路。
[0009] 具体地，反相器INV1用作单输入放大器，其参考电压等于自身的阈值电压。
[0010] 具体地，NM0S管N1用于实现积分电路的复位，且当M0S管对积分电路进行复位时， 反相器INV1的输入端和输出端短接。
[0011] 具体地，量化电路包括两个级联的反相器INV2和INV3。
[0012] 具体地，采样电路包括两个级联的延迟触发器DFF1、DFF2, 一时钟信号和反相器 INV3的输出分别输入延迟触发器DFF1，延迟触发器DFF1的输出和另一时钟信号分别输入 延迟触发器DFF2，延迟触发器DFF2的输出反馈电压至积分电路。
[0013]具体地，延迟触发器包括PM0S管Pl、P2、P3、P4、P5 及N0MS管Nl、N2、N3、N4、N5、 N6。PM0S管P1、P3、P4、P5的源极均接电源，输入时钟连接PM0S管P1、P3及NM0S管N2、N4 的栅极，D输入信号连接PM0S管P2及N0MS管N1的栅极，PM0S管P1的漏极连接PM0S管 P2的源极，PM0S管P2的漏极连接NM0S管N1的漏极、NM0S管N3的栅极，PM0S管P3的漏 极连接PM0S管P4的栅极、NM0S管N3的漏极及NM0S管N5的栅极，PM0S管P4的漏极连接 PM0S管P5的栅极、NM0S管N5的漏极及NM0S管N6的栅极，PM0S管P5的漏极连接NM0S管 N6的漏极，NM0S管Nl、N2、N4及N5的源极均接地，NM0S管N2的漏极连接NM0S管的N3的 源极，NM0S管N4的漏极连接NM0S管的N5的源极，NM0S管N6的漏极连接Q输出。
[0014] 较佳地，轨到轨输入的连续时间差异积分调制器还包括驱动电路，该驱动电路连 接采样电路的输出端，用于驱动后续数字处理电路。
[0015] 具体地，驱动电路为反相器INV4。
[0016] 通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明 的实施例。
【附图说明】
[0017] 图1为本发明的原理电路图。
[0018] 图2为本发明轨到轨输入的连续时间差异积分调制器的电路图。
[0019] 图3为TSPC结构的DFF电路图。
[0020] 图4为0· 2V直流输入的电压波形图。
[0021] 图5为IV直流输入的电压波形图。
[0022] 图6为瞬态输入的电压波形图。
【具体实施方式】
[0023] 现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。
[0024] 为了更好地理解本发明，先对其原理进行以下说明。请参考图1，其给出了一种一 阶积分一位量化差异积分调制器结构。如图所示，输入电压为Vin，反馈电压为Dout，两者 相减后的差值经过积分器，输出为Vint。Vint经过量化，与量化噪声（QuantizerNoise) Qnoise叠加后输出DouUDout作为差异积分调制器的输出，再经过噪声滤波器处理后即可 得到ADC转换后的数字信号。由于调制器通常表现为把低频噪声推移到较高的频率，噪声 滤波器一般采用低通滤波结构，在数字域实现。
[0025] 进一步地，调制器的信号传递函数Hslg(s)和量化噪声传递函数Hqn(s)推导如下：
[0027] 由式⑴可知，量化器对输入信号呈现低通响应。由式⑵可知，量化器对量化噪 声呈现高通响应。故在量化器输出端经过数字滤波处理（即噪声滤波器，一般使用低通滤 波器）对噪声进行滤除，即可恢复出正确的模数转换信号。
[0028] 基于上述原理，本发明提供了一种轨到轨输入的连续时间差异积分调制器。具体 地，如图2所示，该差异积分调制器包括积分电路、量化电路、采样电路及驱动电路，积分电 路用于实现输入电压和反馈电压的相减和积分，量化电路用于实现对积分电路输出的量 化，采样电路用于实现对量化电路输出的采样，该驱动电路连接采样电路的输出端，用于驱 动后续数字处理电路。其中，积分电路基于反相器和RC积分器结构实现，量化电路基于反 相器结构实现，采样电路基于真单相时钟结构的延迟触发器实现。
[0029] 具体地，积分电路包括电阻Rl、R2、电容C1、反相器INV1及NM0S管N1，输入电压 Vin从电阻R1的一端输入，电阻R1的另一端连接反相器INV1的输入端，反馈电压Dout从 电阻R2 -端输入，电阻R2的另一端连接反相器INV1的输入端，电容C1的两端分别连接反 相器INV1的输入端和输出端，NM0S管N1的源极和漏极分别连接反相器INV1的输入端和 输出端，NM0S管N1的漏极连接量化电路的输入端。
[0030] 需要说明的是，在该积分电路中，反相器INV1用作单输入放大器，与差分输入放 大器相比，其参考电压等于自身的阈值电压。NM0S管N1用于实现积分电路的复位，且当 NM0S管对积分电路进行复位时，反相器INV1的输入端和输出端短接。
[0031] 进一步地，量化电路包括两个级联的反相器INV2和INV3,该量化电路的比较电平 即反相器自身的阈值电压。
[0032] 进一步地，采样电路包括两个级联的延迟触发器DFFUDFF2, 一时钟信号elk和反 相器INV3的输出分别输入延迟触发器DFF1，延迟触发器DFF1的输出和另一时钟信号elkb