专利名称：一种∑-δ调制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及集成电路设计领域，特别涉及一种Σ -Δ调制器(SDM，Sigma-Delta Modulator)。
背景技术：
Σ -Δ调制器技术具有噪声整形的特性，可将量化过程中产生的噪声和谐波推往高频带，进而达到高解析度的数字模拟转换，因此自从1962年传统的单环Σ -Δ调制器结构被发明以后，Σ -Δ调制器技术就被广泛应用于各种领域。目前Σ -Δ调制器已被广泛应用于高性能高精度Σ -Δ数字模拟转换器(DAC，Digital Analog Converter)中。如图1所示，Σ-Δ数字模拟转换器的基本结构由数字插值滤波器组(FIR，Finite Impulse Response)、级联积分梳状插值滤波器(CIC，Cascade Integrator Comb)、Σ-Δ 调制器和开关电容滤波器(SCF，Switched-Capacitor Filter)串联组成。其中开关电容滤波器为模拟低通滤波器，作用为将Σ -Δ调制器推到有效信号带宽以外高频带的量化噪声和谐波滤除。由于面积、功耗、性能等因素的限制，实际应用中的开关电容滤波器具有较宽的过渡带带宽，并且众所周知，图2所示的传统的单环Σ-Δ调制器不具备调节噪声转移函数零点的能力，其有效信号带宽窄，噪声转移函数(NTF，Noise Transfer Function)的截止频率低，因此开关电容滤波器过渡带内的量化噪声和谐波不能被很好的滤除。这部分能量通过喇叭、耳机等外放设备释放出。当外放设备为耳机时，随着时间的推移，这部分能量不断积累，会引起耳朵的疼痛。
发明内容
本发明提供一种Σ -Δ调制器，用以解决现有技术中的单环Σ -Δ调制器不具备调节噪声转移函数零点的能力，其有效信号带宽窄，噪声转移函数的截止频率低的问题。本发明技术方案包括一种Σ - Δ调制器，包括级联的第一级积分器、第二级积分器、第三级积分器、第四级积分器和第五级积分器，其中，每两个相邻的积分器中的前一级积分器的输出信号端与后一级积分器的输入信号端连接，后一级积分器的当前输出反馈信号端与前一级积分器的输入信号端连接，系统输出反馈信号端与每一级积分器的输入信号端连接。较佳地，所述第一级积分器的输入信号为X-biy2z-ClY，其中，X为系统输入信号，y2z为第二级积分器的当前输出信号，Id1为第二级积分器至第一级积分器之间的局部反馈系数，Y为系统输出信号，C1为系统输出端至第一级积分器之间的全局反馈系数。较佳地，所述第二级积分器的输入信号为i^yi-b&z-cj，其中，Υι为第一级积分器的输出信号，B1为第一级积分器与第二级积分器之间的增益系数，Y3Z为第三级积分器的当前输出信号，b2为第三级积分器至第二级积分器的局部反馈系数，Y为系统输出信号，C2为系统输出端至第二级积分器的全局反馈系数。较佳地，所述第三级积分器的输入信号为 y2-b3y4Z-c3Y，其中，y2为第二级积分器的输出信号，a2为第二级积分器与第三级积分器之间的增益系数，Y4Z为第四级积分器的当前输出信号，b3为第四级积分器至第三级积分器的局部反馈系数，Y为系统输出信号，C3为系统输出端至第三级积分器的全局反馈系数。较佳地，所述第四级积分器的输入信号为 y3-b4y5z-C4Y，其中，y3为第三级积分器的输出信号，a3为第三级积分器与第四级积分器之间的增益系数，y5z为第五级积分器的当前输出信号，b4为第五级积分器至第四级积分器的局部反馈系数，Y为系统输出信号，C4为系统输出端至第四级积分器的全局反馈系数。较佳地，所述第五级积分器的输入信号为 y4-c5Y，其中，y4为第四级积分器的输出信号，a4为第四级积分器与第五级积分器之间的增益系数，Y为系统输出信号，C5为系统输出端至第五级积分器的全局反馈系数。较佳地，系统输出信号为第五级积分器的输出信号与量化噪声输入信号之和。本发明有益效果如下本发明所述Σ "Δ调制器具有四个相交叠的局部反馈环，以在保证Σ "Δ调制器整体性能的基础上将量化过程中产生的噪声和谐波推往更高的频带，使开关电容滤波器过渡带内的量化噪声和谐波能够被完全滤除，具有本发明结构的Σ -Δ调制器与传统单环的 Σ -Δ调制器相比，具有更宽的有效信号带宽和更高的动态范围。
图1为Σ -Δ数字模拟转换器的基本结构示意图；图2为传统单环Σ -Δ调制器的实现原理图；图3为本发明所述Σ -Δ调制器的结构框图；图4为本发明所述Σ -Δ调制器的实现原理图；图5为采用传统单环Σ -Δ调制器实现Σ -Δ数字模拟转换器时的幅频特性图；图6为采用具有本发明结构的Σ -Δ调制器实现Σ -Δ数字模拟转换器时的幅频特性图；图7为采用传统单环Σ -Δ调制器实现的Σ -Δ数字模拟转换器的噪声功率谱密度图；图8为采用具有本发明结构的Σ -Δ调制器实现的Σ -Δ数字模拟转换器的噪声功率谱密度图。
具体实施例方式本发明提出了一种具有四个相交叠的局部反馈环的Σ "Δ调制器，本发明所述 Σ-Δ调制器可以在保证Σ-Δ调制器整体性能的基础上将量化过程中产生的噪声和谐波推往更高的频带，使开关电容滤波器过渡带内的量化噪声和谐波能够被完全滤除，具有本发明结构的Σ -Δ调制器与传统单环的Σ -Δ调制器相比，具有更宽的有效信号带宽和更高的动态范围。下面将结合各个附图对本发明的具体实现过程予以进一步详细的说明。
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请参阅图3，该图为本发明所述Σ -Δ调制器的结构框图，由图中可见，本发明所述Σ -△调制器包括级联的五个积分器，分别为第一级积分器、第二级积分器、第三级积分器、第四级积分器和第五级积分器，其中，每两个相邻的积分器中的前一级积分器的输出信号端与后一级积分器的输入信号端连接，后一级积分器的当前输出反馈信号端与前一级积分器的输入信号端连接，系统输出反馈信号端与每一级积分器的输入信号端连接。请参阅图4，该图为本发明所述Σ -Δ调制器的实现原理图，每级积分器的输入信号确定方式具体如下第一级积分器的输入信号为X-biy2z-ClY，其中，X为系统输入信号，y2z为第二级积分器的当前输出信号为第二级积分器与第一级积分器之间的局部反馈系数，Y为系统输出信号，C1为系统输出端至第一级积分器之间的全局反馈系数。第二级积分器的输入信号为iiA-b&z-cJ，其中，yi为第一级积分器的输出信号， B1为第一级积分器与第二级积分器之间的增益系数，Y3Z为第三级积分器的当前输出信号， b2为第三级积分器至第二级积分器的局部反馈系数，Y为系统输出信号，C2为系统输出端至第二级积分器的全局反馈系数。第三级积分器的输入信号为 y2-b3y4Z-c3Y，其中，y2为第二级积分器的输出信号， a2为第二级积分器与第三级积分器之间的增益系数，y4z为第四级积分器的当前输出信号， b3为第四级积分器至第三级积分器的局部反馈系数，Y为系统输出信号，C3为系统输出端至第三级积分器的全局反馈系数。第四级积分器的输入信号为 y3-b4y5z-C4Y，其中，y3为第三级积分器的输出信号， a3为第三级积分器与第四级积分器之间的增益系数，y5z为第五级积分器的当前输出信号， b4为第五级积分器至第四级积分器的局部反馈系数，Y为系统输出信号，C4为系统输出端至第四级积分器的全局反馈系数。第五级积分器的输入信号为 y4-c5Y，其中，y4为第四级积分器的输出信号， 为第四级积分器与第五级积分器之间的增益系数，Y为系统输出信号，C5为系统输出端至第五级积分器的全局反馈系数。系统输出信号Y为第五级积分器的输出信号y5与量化噪声输入信号E之和。根据具有本发明结构的Σ -Δ调制器可得出如下方程
权利要求
1.一种Σ -Δ调制器，其特征在于，包括级联的第一级积分器、第二级积分器、第三级积分器、第四级积分器和第五级积分器，其中，每两个相邻的积分器中的前一级积分器的输出信号端与后一级积分器的输入信号端连接，后一级积分器的当前输出反馈信号端与前一级积分器的输入信号端连接，系统输出反馈信号端与每一级积分器的输入信号端连接。
2.如权利要求1所述的Σ-Δ调制器，其特征在于，所述第一级积分器的输入信号为 X-I^y2Z-C1Y,其中，X为系统输入信号，Y2Z为第二级积分器的当前输出信号，ID1为第二级积分器至第一级积分器之间的局部反馈系数，Y为系统输出信号，C1为系统输出端至第一级积分器之间的全局反馈系数。
3.如权利要求1所述的Σ-Δ调制器，其特征在于，所述第二级积分器的输入信号为 aiyi_b2y3z-c2Y,其中，Y1为第一级积分器的输出信号，B1为第一级积分器与第二级积分器之间的增益系数， Y3Z为第三级积分器的当前输出信号，b2为第三级积分器至第二级积分器的局部反馈系数， Y为系统输出信号，C2为系统输出端至第二级积分器的全局反馈系数。
4.如权利要求1所述的Σ-Δ调制器，其特征在于，所述第三级积分器的输入信号为 y2_b3y4z-c3Y,其中，Y2为第二级积分器的输出信号，B2为第二级积分器与第三级积分器之间的增益系数， Y4Z为第四级积分器的当前输出信号，b3为第四级积分器至第三级积分器的局部反馈系数， Y为系统输出信号，C3为系统输出端至第三级积分器的全局反馈系数。
5.如权利要求1所述的Σ-Δ调制器，其特征在于，所述第四级积分器的输入信号为 y3_b4y5z-c4Y,其中，Y3为第三级积分器的输出信号，a3为第三级积分器与第四级积分器之间的增益系数， Y5Z为第五级积分器的当前输出信号，b4为第五级积分器至第四级积分器的局部反馈系数， Y为系统输出信号，C4为系统输出端至第四级积分器的全局反馈系数。
6.如权利要求1所述的Σ-Δ调制器，其特征在于，所述第五级积分器的输入传号为 ￡i4y4-c5Y,其中，Y4为第四级积分器的输出信号，a4为第四级积分器与第五级积分器之间的增益系数，Y 为系统输出信号，C5为系统输出端至第五级积分器的全局反馈系数。
7.如权利要求2至6中任意一项所述的Σ-Δ调制器，其特征在于，系统输出信号为第五级积分器的输出信号与量化噪声输入信号之和。
全文摘要
本发明公开了一种∑-Δ调制器，用以解决现有技术中的单环∑-Δ调制器不具备调节噪声转移函数零点的能力，其有效信号带宽窄，噪声转移函数的截止频率低的问题。本发明所述∑-Δ调制器包括级联的第一级积分器、第二级积分器、第三级积分器、第四级积分器和第五级积分器，其中，每两个相邻的积分器中的前一级积分器的输出信号端与后一级积分器的输入信号端连接，后一级积分器的当前输出反馈信号端与前一级积分器的输入信号端连接，系统输出反馈信号端与每一级积分器的输入信号端连接。具有本发明结构的∑-Δ调制器与传统单环的∑-Δ调制器相比，具有更宽的有效信号带宽和更高的动态范围。
文档编号H03M3/00GK102340314SQ20101023854
公开日2012年2月1日 申请日期2010年7月28日 优先权日2010年7月28日
发明者赵世赟 申请人:中兴通讯股份有限公司