包含级间路径的级联结构Sigma-Delta调制器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及一种级联结构调制器电路，具体设及一种包含级间路径的级联结 构Sigma-Delta调制器。
【背景技术】
[0002] 目前，在对转换精度要求较高的音频系统、传感器系统等一些领域，传统奈奎斯 特ADC已经很难满足要求，Sigma-Delta ADC逐渐成为应用最为广泛的ADC器件。实现 Sigma-Delta ADC主要功能的核屯、模块是调制器模块。为了满足高精度的需要通常可采用 高阶单环调制器结构或者MASH(级联）调制器结构两种设计方案。高阶单环调制器结构电 路简单，仅有一个反馈环路且输出信号噪声小，然而随着积分器个数的增加极易引起系统 不稳定。MSH结构在具备高阶噪声整形能力的同时每一级都采用固有稳定的低阶结构，保 证了整体系统的稳定性，该一特点也使得其在低过采样率的宽带应用中成为一个很好的选 择方案。
[0003] 对于M甜结构，电路形式较为复杂，电路中器件也更多，增加了版图设计的难度 和巧片的面积。然而M甜调制器结构总的噪声整形阶数等于每级阶数相加，前一级的量化 噪声作为后一级的输入信号，在理想的情况下，假设模拟电路具有很高的精确度，则除了最 后一级，其它各级的量化误差都将被后续的数字信号处理逻辑消除。因此，理想的调制器输 出将只包含最后一级的量化误差，前面各级仅仅是起到了信号传递的作用，但却极大的增 加了设计的复杂度、提高了巧片的成本。出于该方面的考虑，若是能通过改进电路结构使得 前面的各级也能具有噪声整形功能，便可W进一步增加电路的利用率。 【实用新型内容】
[0004] 本实用新型的目的是提出一种新的级联结构调制器电路，可W显著减少带内量化 噪声。
[0005] 本实用新型采用W下技术方案实现：一种包含级间路径的级联结构Sigma-Delta 调制器，其特征在于：包括第一级调制器、第二级调制器及一条级间模拟路径；所述第一级 调制器与第二级调制器级联；所述第一级调制器包括环路滤波器、第一量化器及第一反馈 环路；所述环路滤波器的输入接输入信号X(z)，所述环路滤波器的输出接第一量化器的输 入，所述反馈环路为第一量化器的输出反馈至环路滤波器的输入；所述第二级调制器包括 加法器、积分器模块、第二量化器和第二反馈环路；所述加法器的输入接第一量化器的输 出，所述加法器、积分器模块、第二量化器依次连接；所述第二反馈环路为第二量化器的输 出反馈至加法器的输入；所述级间模拟路径由积分器模块前端连接到第一量化器前端；该 路径包括串联的系数模块及单位延时模块。
[0006] 在本实用新型一实施例中，所述环路滤波器为两个串联的积分器。
[0007] 在本实用新型一实施例中，所述第一、第二量化器都为比较器。
[000引与现有技术相比，本实用新型具有W下优点：本实用新型提出了 一个基于传统 M甜2-1结构的创新结构，通过在M甜2-1结构的两级间增加一条模拟级间路径，使得改 进结构增加了一阶噪声整形功能，噪声抑制能力大大提高；其次，减少了积分器的使用，从 而降低了电路功耗和系统时序的复杂度，节约了版图面积；在增加系统信噪比的同时，保证 了系统的输入过载值和系统的稳定性没有较大的改变，虽然增加的级间路径中包含的系数 模块h在实际实现中会存在误差因素，但也没有降低系统的噪声整形功能；更能满足高精 度、低功耗的应用需求，在音频、传感等领域将会有巨大的发展空间。
【附图说明】
[0009] 图1为本实用新型系统框图。
[0010] 图2为本实用新型一实施例单位延时模块电路结构图。
[ocm] 图3为本实用新型应用于M甜2-1结构的系统框图。
[0012] 图4为本实用新型的输出信号频谱波形。
[0013] 图5为本实用新型的SNDR随输入信号幅度变化曲线。
[0014] 图6为本实用新型的SNDR随系数h变化曲线。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型做进一步说明。
[0016] 本实用新型提出了一种新的级联结构调制器电路，可W显著减少带内量化噪声。 在原有的基本M甜结构的基础上，通过在调制器的两级间增加一条额外的模拟路径，可实 现调制器的噪声整形阶数增加一阶。在具备高噪声抑制能力的同时也提高了电路的利用 率，简化了电路的复杂度。
[0017] Sigma-Delta调制器的输出一输入频域表达式如（1)
[0018] Y(z) =STF(z)X(z)+NTF(z)E(z)
[0019] (1)
[0020] 其中Y(z)为系统的输出信号，X(z)为输入信号，E(z)为系统量化噪声信号。 STF(z)为系统的信号传递函数，NTF(z)为系统的噪声传递函数。一个理想的低通（LP)、L 阶调制器的输出频域的表达式如（2)
[002UY(z) =z-lx(z) + (1-z-i)le(z) 似
[002引 由表达式似可W知道调制器的噪声传递函数NTF(z) = (1-z^t，具有L阶噪声 整形功能。本实用新型提出的新的级联结构调制器系统如图1所示。
[0023] 该Sigma-Delta调制器包括第一级调制器、第二级调制器及一级间模拟路径；所 述第一级调制器与第二级调制器级联；所述第一级调制器包括环路滤波器、第一量化器及 第一反馈环路；所述环路滤波器的输入接输入信号X(z)，所述环路滤波器的输出接第一量 化器的输入，所述反馈环路为第一量化器的输出反馈至环路滤波器的输入；所述第二级调 制器包括加法器、积分器模块、第二量化器和第二反馈环路；所述加法器的输入接第一量化 器的输出，所述加法器、积分器模块、第二量化器依次连接；所述第二反馈环路为第二量化 器的输出反馈至加法器的输入；所述级间模拟路径由积分器模块前端连接到第一量化器前 端；该路径包括串联的系数模块h及单位延时模块z^i。其中单位延时模块的电路参见图2， 图2中C1、C2电容值相等，给开关〇1、〇2、巫。1、巫。2、巫11、巫12提供合适的时序，使得C1、 C2能够交替采样输入信号电压值并将其保持一个时钟周期后输出，从而实现延时功能。系 数模块h将通过Z4模块中的电容C1 (或C2)与第二级积分器前部加法器中运算放大器反 馈回路上的积分电容的比值来实现。
[0024] 在本实用新型一实施例中，所述环路滤波器由两个积分器组成。
[0025] 在本实用新型一实施例中，所述第一量化器为一比较器。
[0026] 该系统中X(z)为输入信号，Ei(z)、E2(z)为量化噪声，Y(z)为输出信号。L"i(z)和 Lsi(z)模块、加法器、量化器化W及反馈环路组成级联结构的第一级，其信号和噪声传递函 数分别表示为STFi(Z)、NTFi(Z)。其中L"i(Z)和Ld(Z)模块表