专利名称：二阶分时复用Delta-Sigma调制器的制作方法
技术领域：
本发明应用于集成电路设计领域，用于Delta-Sigma调制器的实现。具体涉及一种将分时复用积分器的技术应用于Delta-Sigma调制器的设计实现。
背景技术：
典型的二阶调制器可以表示为图1的结构形式。基于不同的SpSJH位，图1的调制器电路的工作状态分别如图2中(a)、(b)所示，其中用粗线条表示的器件代表处于“忙碌”状态，箭头指示方向代表信号“流动”方向。在S1相位时，如图2(a)所示，输入信号被第一级采样电容Csl采样，与此同时，第二级采样电容Cs2中的信号被第二级积分器积分，信号转移到第二级积分电容Cf2中，在此相位，信号分别“流动”到Csl和Cf2中，并被锁存到锁存比较器中；当工作在S2相位时，如图2(b)所示，第一级积分器进行积分运算，将上一相位时保存到Csl中的信号转移到Cfl中去，并被Cs2采样，与此同时，量化器对上一相位时保存到 Cf2中的信号进行量化，并且输出到D触发器中，D触发器在Si、S2相位始终保持“忙碌”状态。在时钟相位S1和S2的交替工作下，信号持续的从输入“流向”输出。通过上面的描述，可以观察到信号在图2中是按行波方式从输入向输出“流动”。 并且，通过图2可以清楚的看到，无论哪个相位，两个积分器中只有一个处于“忙碌”状态， 造成了功耗和芯片面积上的浪费。
发明内容
从前文的分析可知，典型Delta-Sigma调制器中各级积分器的利用率只有50%， 造成了功耗和芯片面积上的浪费。而且，无论处于哪个相位，在二阶Delta-Sigma调制器的两个积分器中只有一个处于“忙碌”状态。也就是说，在图1的结构中，每个积分器都有一半的时间处于“闲置”状态。基于这个出发点，构建一种结构，仅使用一个积分器，随着时钟相位的切换，该积分器在原两级积分器中的两个角色之间切换，在某一个相位充当积分器1 的角色，而在另一个相位充当积分器2的角色，则该积分器的利用率可以被提高到100%， 时刻都处于“忙碌”状态，这就是分时复用Delta-Sigma调制器的基本设计思想。基于这一思想，本发明基于分时复用的技术提出一种新的Delta-Sigma调制器实现方法，主要的技术特点在于1.基于分时复用原理充分利用每一个积分器，使一个积分器在不同的时刻扮演不同积分器的角色，提高其利用率；2.仅使用一个积分器就可以构成二阶Delta-Sigma调制器，节省了功耗；3.仅使用一个积分器就可以构成二阶Delta-Sigma调制器，节省了芯片面积；基于同样的原理，本发明的技术优势在于1.相对于经典的二阶Delta-Sigma调制器，二阶分时复用调制器有效降低了功耗；2.相对于经典的二阶Delta-Sigma调制器，二阶分时复用调制器降低了芯片面积。
图1典型单环二阶Delta-Sigma调制器电路原理图；图2典型调制器工作状态及信号流图(a) φ 相位(b) φ2相位；图3分时复用调制器电路原理图；图4 二阶分时复用Delta-Sigma调制器模型；图5两相非重叠时钟相位关系图；图6 二阶分时复用Delta-Sigma调制器不同相位信号流图(a) φ 相位(b) φ2相位。图7 二阶分时复用Delta-Sigma调制器行为级模型功率谱密度。
具体实施例方式以下结合附图，详细说明本发明公开的二阶分时复用Delta-Sigma调制器的结构和工作过程。如图3所示，本发明公开的二阶分时复用Delta-Sigma调制器主要由以下几部分电路组成二阶分时复用积分器、一位量化器、D触发器以及若干开关组成；具体特征为，二阶分时复用积分器中，开关Sh将输入信号Vin+连接到采样电容Csw的正极板上，开关S" 将输入信号Vin-连接到采样电容Csl_2的正极板上，Csl^1的正极板还通过开关、· Vout连接到参考电平Vref+，同时通过开关民连接到参考电平VMf_，Csl_2的正极板还通过开关 S2-2 · Vout连接到参考电平Vref_，同时通过开关连接到参考电平Vref+，采样电容Csw 的负极板通过开关Sf1连接到运放的反相输入端，同时通过开关Sp1连接到共模电平V。mi， 采样电容Csl_2的负极板通过开关s4_2连接到运放的同相输入端，同时通过开关s3_2连接到共模电平v。mi，积分电容Cfl_i的正极板通过开关S5+i连接到运放AMP的反相输入端，同时 Cfl^1的负极板通过开关S5+2连接到运放AMP的同相输出端，积分电容Cfl_2的正极板通过开关S5I1连接到运放AMP的同相输入端，同时Cfl_2的负极板通过开关S5_2_2连接到运放AMP 的反相输出端，采样电容CsH的正极板通过开关SH连接到Cfl_i的负极板，Cs2^1的正极还通过开关Sp1 · Vout和开关Sm ^；分别连接到参考电平Vref+和VMf_，采样电容Cs2_2的正极板通过开关S6_2连接到Cf2_2的负极板，Cs2_2的正极板还通过开关S7_2 -Vout和开关&分别连接到参考电平和VMf+，Cs2^1的负极板通过开关、连接到运放的反相输入端，并且通过开关Sp1连接到共模电平V。mi，Cs2_2的负极板通过开关S9_2连接到运放的同相输入端， 并且通过开关s8_2连接到共模电平v。mi，积分电容Cf2_i的正/负极板分别通过开关SiciI1和开关s1(l+2连接到运放的反相输入端和同相输出端，并且cf2_i的负极板连接到一位量化器的正输入端，积分电容cf2_2的正/负极板分别通过开关S1^1和开关SltlI2连接到运放的同相输入端和反相输出端，并且Cf2_2的负极板连接到一位量化器的负输入端，一位量化器通过开关(S11)定时采样，将量化结果输入到D触发器的输入端，D触发器通过开关S12定时， D触发器的输出即为调制器的输出V。ut。如图4所示为二阶分时复用Delta-Sigma调制器的原理图。图4中有三个开关，SpS2* S3，根据时钟节拍的不同，三个开关分别在节点Φ1和Φ2之间进行切换，图中所表示的两个平行积分器实际上代表的是一个积分器，在不同相位下充当不同积分器的角色。
图4中Y1和Y2分别代表第一级积分器和第二级积分器的输出，两个积分器实质上是同一个积分器，仅仅是在不同的时钟相位中处于不同的逻辑位置。从图4中可以得到如下等式
权利要求
1. 一种电路结构，包括针对积分器“忙-闲”状态转换造成利用率较低的问题，本发明公开的二阶分时复用 Delta-Sigma调制器通过分时复用技术提高了积分器的利用率，减小了电路面积与功耗开销，本发明公开的二阶分时复用Delta-Sigma调制器主要由二阶分时复用积分器、一位量化器、D触发器组成；具体特征为，开关(Sw)将输入信号(Vin+)连接到采样电容(Csw) 的正极板上，开关(S1J将输入信号(Vin-)连接到采样电容(Csl_2)的正极板上，(Csw)的正极还通过开关(S2^vwt)连接到参考电平(vMf+)，同时通过开关(S2v^;琏接到参考电平(VrefJ，(Csl_2)的正极还通过开关(S2_2*V。ut)连接到参考电平(VrefJ，同时通过开关 (民-2·^)连接到参考电平(Vref+)，采样电容(C^1)的负极板通过开关(S4J连接到运放的反相输入端，同时通过开关(Sp1)连接到共模电平(V。mi)，采样电容(Csl_2)的负极板通过开关(S4_2)连接到运放的同相输入端，同时通过开关(S3_2)连接到共模电平(V。mi)，积分电容 (Cfl^1)的正极板通过开关(S5_h)连接到运放(AMP)的反相输入端，同时(CflJ的负极板通过开关(S5+2)连接到运放(AMP)的同相输出端，积分电容(Cfl_2)的正极板通过开关(S5I1) 连接到运放(AMP)的同相输入端，同时(Cfl_2)的负极板通过开关(S5_2_2)连接到运放(AMP) 的反相输出端，采样电容(Cs2J的正极板通过开关(S6J连接到(Cfw)的负极板，(Cs2J 的正极还通过开关(S7_i · Vout)和开关(尽分别连接到参考电平(VMf+)和(VrefJ，采样电容(Cs2_2)的正极板通过开关(S6_2)连接到(Cf2_2)的负极板，(Cs2_2)的正极板还通过开关(S7-2 · Vout)和开关(&_2·^；)分别连接到参考电平(VMf_)和(Vref+)，(Cs2^1)的负极板通过开关(S9J连接到运放的反相输入端，并且通过开关(V1)连接到共模电平(V。mi)，(Cs2_2) 的负极板通过开关(S9_2)连接到运放的同相输入端，并且通过开关(S8_2)连接到共模电平 (v。mi)，积分电容(Cf2_i)的正/负极板分别通过开关(SltlI1)和开关(s1(l+2)连接到运放的反相输入端和同相输出端，并且(cf2_i)的负极板连接到一位量化器的正输入端，积分电容 (cf2_2)的正/负极板分别通过开关(SltlI1)和开关(SltlI2)连接到运放的同相输入端和反相输出端，并且(Cf2_2)的负极板连接到一位量化器的负输入端，一位量化器通过开关(S11) 定时采样，将量化结果输入到⑶触发器的输入端，⑶触发器通过开关(S12)定时，⑶触发器的输出即为调制器的输出(V。ut)。
全文摘要
在Delta-Sigma调制器中，积分器的作用至关重要，但在典型的Delta-Sigma调制器中各级积分器都存在“忙”-“闲”状态转换，利用率只有50％。针对这个问题，本发明公开了一种基于分时复用技术的二阶Delta-Sigma调制器，将积分器分时的分配给不同的环路使用，使各级积分器在每个时钟相位下都处于“忙碌”状态，利用率提高到100％。对比典型的Delta-Sigma调制器，本发明公开的二阶分时复用Delta-Sigma调制器在面积和功耗方面都具有良好的性能提升。本发明公开的二阶分时复用Delta-Sigma调制器由二阶分时复用积分器、一位量化器和D触发器组成。
文档编号H03M3/00GK102270991SQ201010193020
公开日2011年12月7日 申请日期2010年6月7日 优先权日2010年6月7日
发明者乐大珩, 何小威, 孙岩, 张均安, 张明, 张民选, 李少青, 段志奎, 谭晓强, 赵振宇, 郭阳, 陈吉华, 马卓 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学