一种高稳定性噪声抑制增强σδ调制器结构的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种高稳定性噪声抑制增强∑Δ调制器结构，在传统的∑Δ调制器结构上增加了z域传输函数为G(z)＝z-1的噪声抑制增强单元，∑Δ调制器结构中量化器输出和量化器输入的差值与前向通道的积分环路的输出作和，该和值作为噪声抑制增强单元的输入，噪声抑制增强单元的输出作为量化器的输入。该结构能在不增加积分器个数或者减少积分器个数的情况下，使得噪声得到更高阶抑制，同时，结合改变的积分器函数使得高阶调制器对增益误差更加不敏感，噪声得到高阶抑制的同时使得调制器结构更加稳定。
【专利说明】一种高稳定性噪声抑制增强Σ △调制器结构
【技术领域】
[0001]本发明属于集成电路【技术领域】，特别涉及一种高稳定性噪声抑制增强Σ Δ调制器结构。
【背景技术】
[0002]近十年以来，大量通信服务以及无线标准收发器，都把重点放在宽带处理以适应越来越高的数据吞吐率。与此同时，便携移动通信电子应用的高速发展更是推动发展了低功、低成本、长待机、高性能等的系统要求。这两种要求都使得数字信号处理(DSP)逐步替代模拟信号处理，并与模拟信号处理集成在同一个单独的芯片中。而作为数据转换的重要组成部分的模数转换器(ADC)，被推动着进一步更接近天线。高速、高精度、低功耗以及更健壮的实现模拟信号的数字形式表达对ADC提出了高要求。
[0003]模数转换器主要发展出奈奎斯特(Nyquist)型和过采样(Oversampling)型两种类型。从具体电路架构上，Nyquist型又主要分为快闪(Flash)、流水线(Pipeline)、逐次逼近(Successive Approximation Converter, SAR)三种类型，而 Oversampling 型则分为离散时间(Discrete Time Sigma Delta Modulator, DTSDM)和连续时间(Continuous TimeSigma Delta Modulator, CTSDM)两种类型。
[0004]Nyquist型ADC遵循采样定理，即采用两倍信号频率的采样时钟，这种转换器的线性度和精度通常是由模拟元器件(如电容、电阻、电流镜等)的绝对精度和匹配精度决定，受工艺等因素影响大。而随着半导体工艺不断发展，器件尺寸不断减小，时钟频率的逐步提高，金属氧化物半导体(MOS)管的小尺寸效应更为明显，这就增大了元器件的绝对误差和匹配误差，使Nyquist转换器很难达到很高的精度，同时还将增加设计难度和成本。
[0005]在这种趋势下，Oversampling型的ADC体现出了很大的优势。Oversampling型ADC主要由Σ Δ调制器(Sigma Delta Modulator, SDM)和数字滤波器构成。SDM通过应用过采样和噪声整形两种信号处理的方法，使用很高的采样频率，将模数转换的量化噪声的噪底降低，通过噪声整形将大部分的量化噪声搬移到高频处，再通过数字滤波器进行降采样和滤除噪声，这样实现高精度。其中，SDM—般使用模拟电路实现，由于应用了信号处理的思想，SDM的性能对工艺的绝对误差及匹配精度的敏感度比Nyquist型的ADC低很多，而且滤波部分使用数字滤波器，更加契合现代半导体工艺的发展方向。Sigma Delta ADC主要是通过过采样和噪声整形将大部分的量化噪声功率搬移到高频部分，再利用数字滤波器将量化噪声滤除，从而实现高精度。Sigma Delta ADC的精度主要由过采样倍数和噪声整形的阶数来决定。过采样倍数越高，量化噪声的噪声谱密度越低，噪声整形的阶数越高，信号带内的噪声被抑制的越多，从而提高输出的信噪比。
[0006]提高Sigma Delta ADC的性能可以通过提高过采样率和提高噪声整形的阶数来实现。过采样率越高，对积分器中运放的带宽要求越高，从而导致更大的功耗和面积。通过级联方式可以来实现提高噪声整形的阶数，但是传统方式每增加一级噪声整形阶数就会相应增加一个积分器，多个积分器的使用不仅会使得整个调制器环路不稳定而且增大了面积和功耗。所以，如果可以在不增加积分器的情况下实现整形阶数的增加并且保持环路的稳定性非常具有价值。
[0007]如图1所示为传统二阶CRFB结构Σ Δ调制器结构，其中H1(Z)、H2(z)为调制器前向通道中依次连接的不同的积分器函数。传统的二阶CRFB结构需要使用不同的积分函数，
其中H1(Z)是谐振器，H2(Z)是积分器；
【权利要求】
1.一种高稳定性噪声抑制增强的η阶Σ △调制器结构，包括积分环路和量化器；所述积分环路包括串联连接的a个积分器和b个谐振器，所述积分器和谐振器个数满足a+b =η ;第η个积分器或谐振器的输出作为所述积分环路的输出，模拟信号作为所述积分环路的输入；其特征在于:还包括ζ域传输函数为G(Z) = Z-1的噪声抑制增强单元；所述量化器输出和量化器输入的差值与所述积分环路的输出作和，所述和值作为噪声抑制增强单元的输入，所述噪声抑制增强单元的输出作为所述量化器的输入，所述量化器输出调制信号；其中η为正整数。
2.根据权利要求1所述的高稳定性噪声抑制增强的η阶Σ△调制器结构，其特征在于:所述谐振器的ζ域传递函数为
3.一种基于权利要求1所述Σ △调制器结构的高稳定性噪声抑制增强的级联调制器结构，其特征在于:包括级联的m级所述高稳定性噪声抑制增强的η阶Σ Δ调制器结构，模拟信号作为第一级调制器的输入，前一级调制器的量化噪声作为下一级的输入，最后一级调制器与前级调制器组合输出调制信号；其中，m > 2，m取正整数。
【文档编号】H03M1/08GK103762980SQ201410037061
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月26日 优先权日:2014年1月26日
【发明者】吴建辉, 冯学梅, 李红, 陈超, 黄成 , 王海冬, 汤旭婷 申请人:东南大学