一种经改良的完全精确的三角积分调制器的制造方法
【专利摘要】一种经改良的完全精确的三角积分调制器，本发明提供的方法和装置用来改善一个过采样数模转换器的完全精确度。特别地，一个改进的开关电容减法器／积分器电路描述了通过使用N+M个截然不同单位的电容来有效提供一个所需的电容，每个在第一预定次数抽样一个输入信号以及在第二预定次数抽样一个或更多个参考信号，其中第一预定次数与第二预定次数之比为理想的电容比N／M。
【专利说明】—种经改良的完全精确的三角积分调制器
【技术领域】:
[0001]本发明涉及一个采样数模转换器。更特别地，本发明涉及的方法和装置用来改善一个采样数模转换器三角积分调制器的完全精确度。
【背景技术】:
[0002]使一个连续模拟信号转换为一个离散数字信号，通常需要消除锯齿滤波、采样和量化。一个反锯齿滤波器确保模拟输入信号有限宽带正确被米样。一个取样器在离散时间间隔捕获过滤的输入信号的样本，通常T=I / Fs，其中Fs是采样频率。采样频率Fs通常选为二阶过滤的模拟输入信号的带宽。最后，一个数字转换器将样本转换为值的离散集合。传统的数模(A / D)转换器通常进行取样和量化，而单独的离散元件或集成电路执行消除锯齿。
[0003]过采样A / D转换器，相比之下，在比率0匕采样一个模拟输入信号，该比率是模拟输入信号带宽的两倍。一个过采样转换器通常包括一个消除锯齿滤波器，一个采样器和一个工作在提高的比率DFs上的调制器(量化器)，以及一个数字滤波器。数字滤波器，通常称为一个抽取器，提供低通滤波来抑制超过Fs / 2的信号，采样频率下降到所需频率Fs。
[0004]由于更高的输入采样率，过采样转换器比传统的转换器具有更低的严格消除锯齿滤波器需求。此外，过采样转换器允许更低的量化噪声功率，因此比传统的转换器具有更好的信噪比。
[0005]A / D转换器通常在一个指定的最大和最小输入信号范围运行。最大输入信号通常被称为转换器全面输入值。在理想的条件下，如果一个全面的输入被应用到转换器上，转换器提供一个全面的输出。但实际上，转换器的实际输出与理想结果不同，实际输出与理想输出的区别是全面的误差。一个全面精确的转换器没有错误。
[0006]一个全面精确的过采样转换器在如数据采集、测试和测量仪器仪表、工业控制这样的领域中具有显著的实际意义，因为转换器提供一个直流准确的转换结果，拒绝意外的不希望的信号和简单的消除锯齿要求。
[0007]参考图1，一个三角积分过采样转换器的一个普通的实现已描述。转换器10包括减法器电路12，积分器14和18，输出加法器20，比较器22，时钟发生器24和数字滤波器26。
[0008]基于时钟信号CLKA和数字信号Y状态，减法器电路12从模拟输入信号Vinput减去模拟参考信号VMf。积分器14在时钟信号CLKB的每个周期对合成的差分信号积分以及产生输出信号IEl。积分器16在时钟信号CLKC的每个周期对IEl积分并且产生输出信号IE2。积分器18在时钟信号CLKD的每个周期对IE2积分并且产生输出信号IE3。输出加法器20产生输出信号IE1、IE2和IE3的代数和，以创建三阶综合和前馈补偿误差信号IE。
[0009]比较器22与差分信号IE相比，拥有一个内部参考(没有显示)，并且在时钟信号CLKE的每个周期都产生数字输出信号Y。数字输出Y仅有两种可能的状态，因此可以通过位用二进制形式表示。[0010]时钟发生器24产生来自内部时钟信号CLK的时钟信号CLKA，CLKB, CLKC, CLKD和CLKE，在调制器特定的实现中使用适当的相位关系。
[0011]数字流Y包含一个在输入信号Vinput和参考信号VMf之间的比率R的数字表示。输出Y在滤波器26中可以被提取并且通过数字处理进一步转化。数字滤波器26的输出D是转换结果。
[0012]当完整规模信号Vfsi被应用到转换器输入Vinput时，转换器10的完整规模输出等于转换器的输出Dfsi。在理想的条件下，完整规模的输入信号Vfsi和Vref的比率为:
【权利要求】
1.一种经改良的完全精确的三角积分调制器，其特征是:一个减法器/积分器电路在输出节点产生一个输出信号，其与一个乘以预先确定的比例因子N/M的输入信号和一个参考信号之和成比例，减法器/积分器电路包括一个输入信号被应用的输入信号节点，一个参考信号被应用的参考信号节点，一个偏差信号被应用的偏差信号节点，一个耦合在偏差信号节点的输出电路，该输出电路具有一个与输出节点耦合的输出，N+M开关电容电路与输入信号节点、参考信号节点、偏差信号节点以及输出电路耦合，控制电路与N+M开关电容电路耦合，控制电路引起每个N+M开关电容电路在第一预定次数抽样输入信号以及在第二预定次数抽样参考信号，其中第一预定次数与第二预定次数等于比例因子N/M。
2.根据权利要求1所述的一种经改良的完全精确的三角积分调制器，其特征是:其中N+M开关电容电路每个都具有一个电容,其中每个电容包括一个顶板和一个底板，输出电路包括一个放大器，放大器的反相输入节点与N+M开关电容电路稱合，一个非反相输入节点与偏差信号节点耦合，一个输出信号节点与输出节点耦合，减法器/积分器电路还包括一个耦合在反相输入节点和输出节点之间的反馈电容。
3.根据权利要求2所述的一种经改良的完全精确的三角积分调制器，其特征是:其中N+M开关电容电路每个还包括第一和第二输入,第一和第二输出，第一输入与参考信号节点耦合，第二输入与输入信号节点耦合，第一输出与反相输入节点耦合，第二输出与非反相输入节点耦合，耦合在参考信号节点和电容顶板之间的第一开关，耦合在电容底板和反相输入节点之间的第二开关，耦合在输入信号节点和电容顶板之间的第三开关，耦合在电容顶板和非反相输入节点之间的第四开关，耦合在电容底板和非反相输入节点之间的第五开关。
4.根据权利要求3所述的一种经改良的完全精确的三角积分调制器，其特征是:控制电路在多个输出产生多个 控制信号，N+M开关电容电路每个还包括与多个控制信号耦合的第一、第二、第三和第四控制输入，多个控制信号引起每个N+M开关电容电路在第一预定次数抽样输入信号以及在第二预定次数抽样参考信号，其中N+M开关电容电路每个还包括耦合在参考信号节点和电容顶板之间的第一开关，第一开关包括一个与第一控制输入耦合的开关控制输入，耦合在电容底板和反相输入节点之间的第二开关，第二开关包括一个与第二控制输入耦合的开关控制输入，耦合在电容顶板和输入信号节点之间的第三开关，第三开关包括一个与第三控制输入耦合的开关控制输入，耦合在电容顶板和非反相输入节点之间的第四开关，第四开关包括一个与第二控制输入耦合的开关控制输入，耦合在电容底板和非反相输入节点之间的第五开关，第五开关包括一个与第四控制输入耦合的开关控制输入。
5.根据权利要求4所述的一种经改良的完全精确的三角积分调制器，其特征是:N=1和M=2，N+M=3开关电容电路包括第一、第二和第三开关电容电路，第一、第二和第三开关电容电路的每个第二控制输入都耦合在一起，它们的第四控制输入也耦合在一起，一个减法器/积分器电路在输出节点产生一个输出信号，其与一个乘以预先确定的比例因子N / M的输入信号和第一或第二参考信号之和成比例，减法器/积分器电路包括:一个输入信号被应用的输入信号节点，第一参考信号被应用的第一参考信号节点，第二参考信号被应用的第二参考信号节点，一个偏差信号被应用的偏差信号节点，一个耦合在偏差信号节点的输出电路，该输出电路具有一个与输出节点耦合的输出，N+M开关电容电路与输入信号节点、第一参考信号节点、第二参考信号节点、偏差信号节点以及输出电路耦合，控制电路与N+M开关电容电路耦合，控制电路引起每个N+M开关电容电路在第一预定次数抽样输入信号以及在第二预定次数抽样第一或第二参考信号，其中第一预定次数与第二预定次数等于比例因子N / M。
6.根据权利要求5所述的一种经改良的完全精确的三角积分调制器，其特征是:N+M开关电容电路每个包括一个电容，每个电容包括一个顶板和一个底板，输出电路包括一个放大器，放大器的反相输入节点与N+M开关电容电路耦合，一个非反相输入节点与偏差信号节点耦合，一个输出信号节点与输出节点耦合，减法器/积分器电路还包括一个耦合在反相输入节点和输出节点之间的反馈电容，N+M开关电容电路每个还包括第一、第二和第三输入，第一和第二输出，第一输入与第一参考信号节点耦合，第二输入与第二参考信号节点耦合，第三输入与输入信号节点耦合，第一输出与反相输入节点耦合，第二输出与非反相输入节点耦合，其中N+M开关电容电路每个还包括耦合在第一参考信号节点和电容顶板之间的第一开关，耦合在电容底板和反相输入节点之间的第二开关，耦合在第二参考信号节点和电容顶板之间的第三开关，耦合在电容顶板和非反相输入节点之间的第四开关，耦合在电容底板和非反相输入节点之间的第五开关，耦合在输入信号节点和电容顶板之间的第六开关。
7.根据权利要求6所述的一种经改良的完全精确的三角积分调制器，其特征是:控制电路在多个输出产生多个控制信号，N+M开关电容电路每个还包括与多个控制信号耦合的第一、第二、第三、第四和第五控制输入，多个控制信号引起每个N+M开关电容电路在第一预定次数抽样输入信号以及在第二预定次数抽样第一或第二参考信号，其中N+M开关电容电路每个还包括:耦合在第一参考信号节点和电容顶板之间的第一开关，第一开关包括一个与第一控制输入耦合的开关控制输入，耦合在电容底板和反相输入节点之间的第二开关，第二开关包括一个与第二控制输入耦合的开关控制输入，耦合在第二参考信号节点和电容顶板之间的第三开关，第三开关包括一个与第三控制输入耦合的开关控制输入，耦合在电容顶板和非反相输入节点之间的第四开关，第四开关包括一个与第二控制输入耦合的开关控制输入，耦合在电容底板和非反相输入节点之间的第五开关，第五开关包括一个与第四控制输入耦合的开关控制 输入，耦合在输入信号节点和电容顶板之间的第六开关，第六开关包括一个与第五控制输入耦合的开关控制输入。
8.根据权利要求7所述的一种经改良的完全精确的三角积分调制器，其特征是:N=1和M=2，N+M=3开关电容电路包括第一、第二和第三开关电容电路，第一、第二和第三开关电容电路的每个第二控制输入都稱合在一起，它们的第四控制输入也稱合在一起。
9.根据权利要求8所述的一种经改良的完全精确的三角积分调制器，其特征是:用来产生与一个乘以预先确定的比例因子N /M的输入信号和一个参考信号之和成比例的输出信号的方法包括:存储一个在第一预定次数与N+M电容输入信号成比例的第一电荷，存储一个在第二预定次数与每个N+M电容参考信号成比例的第二电荷，其中第一预定次数与第二预定次数等于比例因子N / M，将第一和第二电荷转移到一个集成电容中，其中通过集成电容的电压包括输出信号，用来产生与一个乘以预先确定的比例因子N / M的输入信号和第一或第二参考信号之和成比例的输出信号的方法包括:存储一个在第一预定次数与N+M电容输入信号成比例的第一电荷，存储一个在第二预定次数与每个N+M电容第一或第二参考信号成比例的第二电荷，其中第一预定次数与第二预定次数等于比例因子N / M，将第一和第二电荷 转移到一个集成电容中,其中通过集成电容的电压包括输出信号。
【文档编号】H03M3/02GK103618553SQ201310608871
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年11月26日 优先权日:2013年11月26日
【发明者】李志鹏 申请人:苏州贝克微电子有限公司