一种电容共享结构的Sigma-Delta调制器的制作方法

文档序号:23063021发布日期:2020-11-25 17:46阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种电容共享结构的sigma-delta调制器,其特征在于,其包括顺序连接的信号输入端、开关电容电路、减法器、积分器和一位量化器以及数模转换器;一位量化器的输出端与数模转换器的输入端连接,数模转换器的输出端与减法器的反向输入端连接;

所述信号输入端用于模拟信号输入至开关电容电路;

所述开关电容电路,用于判断采样电容与反馈电容之间的大小关系,根据判断结果,确定最终的采样电容和反馈电容;并在时域上被离散化,获得离散化后的输入信号和反馈信号;

所述积分器,用于将离散化后的输入信号进行积分处理,获得处理后的输入信号;还用于将离散化后的反馈信号进行积分处理,获得处理后的反馈信号;

所述一位量化器,用于将处理后的输入信号进行量化处理,将经过量化的带有缩放系数的数字信号进行输出;还用于将处理后的反馈信号进行量化处理,将经过量化的反馈的数字信号输出至数模转换器;

所述数模转换器,用于将反馈的数字信号转换为带有反馈系数的模拟信号,转换后的带有反馈系数的模拟信号反馈回减法器的反向输入端;

所述减法器,用于对带有反馈系数的模拟信号与从信号输入端输入的模拟信号进行相减处理,将处理后的模拟信号作为模拟信号输入至开关电容电路。

2.根据权利要求1所述的电容共享结构的sigma-delta调制器,其特征在于,所述开关电容电路包括:第一开关(q1)、第二开关(q2)、第三开关(q3)、第四开关(q4)、第五开关(q5)、第六开关(q6)、第七开关(q7)、第九开关(q9)、第十开关(q10)、第十一开关(q11)、第十二开关(q12)、第十三开关(q13)、第十四开关(q14)、第十五开关(q15)、第一个反馈电容(cs1)和第一个采样电容(cs2);其中,第一个采样电容(cs2)<第一个反馈电容(cs1);

输入信号正端(vip)连接到第一开关(q1),第一开关(q1)的另两个选择端分别对应地连接第二开关(q2)和第一个采样电容(cs2);第二开关(q2)的另三个选择端分别对应地连接第四开关(q4)、第五开关(q5)和第三开关(q3);第三开关(q3)的另两个选择端分别对应地连接第六开关(q6)和第一个反馈电容(cs1);第一个反馈电容(cs1)的另一端和第一个采样电容(cs2)的另一端连接,且二者的另一端均与第七开关(q7)的一个选择端连接;

输入信号负端(vin)连接到第九开关(q9),第九开关(q9)的另两个选择端分别对应地连接第十开关(q10)和第一个采样电容(cs2);第十开关(q10)的另三个选择端分别对应地连接第十二(q12)、第十三开关(q13)和第十一开关(q11);第十一开关(q11)的另两个选择端分别对应地连接第十四开关(q14)和第一个反馈电容(cs1);第一个反馈电容(cs1)的另一端和第一个采样电容(cs2)的另一端连接,且二者的另一端均与第十五开关(q15)的一个选择端连接。

3.根据权利要求2所述的电容共享结构的sigma-delta调制器,其特征在于,所述开关电容电路包括:第十七开关(q17)、第十八开关(q18)、第十九开关(q19)、第二十开关(q20)、第二十一开关(q21)、第二十三开关(q23)、第二十四开关(q24)、第二十五开关(q25)、第二十六开关(q26)、第二十七开关(q27)和第二个采样电容(cs3);

输入信号正端(vip)连接到第十七开关(q17),第十七开关(q17)的另两个选择端分别对应地连接第十八开关(q18)和第二个采样电容(cs3);第十八开关(q18)的另两个选择端分别对应地连接第十九开关(q19)和第二十开关(q20);第二个采样电容(cs3)的另一端与第二十一开关(q21)的一个选择端连接;

输入信号负端(vin)连接到第二十三开关(q23),第二十三开关(q23)的另两个选择端分别对应地连接第二十四开关(q24)和第二个采样电容(cs3);第二十四开关(q24)的另两个选择端分别对应地连接第二十五开关(q25)和第二十六开关(q26);第二个采样电容(cs3)的另一端与第二十七开关(q27)的一个选择端连接。

4.根据权利要求2所述的电容共享结构的sigma-delta调制器,其特征在于,所述开关电容电路包括:第二十九开关(q29)、第三十开关(q30)、第三十一开关(q31)、第三十二开关(q32)、第三十三开关(q33)、第三十四开关(q34)、第三十六开关(q36)、第三十七开关(q37)、第三十八开关(q38)、第三十九开关(q39)、第四十开关(q40)、第四十一开关(q41)、第三个采样电容(cs4)和第三个反馈电容(cs5);其中,第三个采样电容(cs4)>第三个反馈电容(cs5);

输入信号正端(vip)分别连接到第二十九开关(q29)和第三十二开关(q32),第二十九开关(q29)的另三个选择端分别连接第三十开关(q30)、第三十一开关(q31)和第三个反馈电容(cs5);第三十二开关(q32)的另两个选择端分别连接第三十三开关(q33)和第三个采样电容(cs4);第三反馈电容(cs5)的另一端和第三采样电容(cs4)的另一端连接,且二者的另一端均与第三十四开关(q34)的一个选择端连接;

输入信号负端(vin)分别连接到第三十六开关(q36)和第三十九开关(q39),第三十六开关(q36)的另三个选择端分别连接第三十七开关(q37)、第三十八开关(q38)和第三个反馈电容(cs5);第三十九开关(q39)的另两个选择端分别连接第四十开关(q40)和第三个采样电容(cs4);第三反馈电容(cs5)的另一端和第三采样电容(cs4)的另一端连接,且二者的另一端均与第四十一开关(q41)的一个选择端连接。

5.根据权利要求1所述的电容共享结构的sigma-delta调制器,其特征在于,所述判断采样电容与反馈电容之间的大小关系,根据判断结果,确定最终的采样电容和反馈电容;具体包括:

采样电容小于反馈电容时,最终的采样电容为第一个采样电容(cs2);最终的反馈电容为第一个采样电容(cs2)与第一个反馈电容(cs1)之和;

采样电容等于反馈电容时,最终的采样电容为第二个采样电容(cs3);最终的反馈电容为第二个采样电容(cs3);

采样电容大于反馈电容时,最终的采样电容为第三个采样电容(cs4)与第三个反馈电容(cs5)之和;最终的采样电容为第三个反馈电容(cs5)。

6.根据权利要求1所述的电容共享结构的sigma-delta调制器,其特征在于,所述积分器包括:第八开关(q8)、第十六开关(q16)、运算放大器和第一个积分电容(ci1);

具体的电路连接方式为:第八开关(q8)的一个选择端与第七开关(q7)的另一个选择端连接,第八开关(q8)的另两个选择端分别对应地连接第一个积分电容(ci1)和运算放大器;第一个积分电容(ci1)的另一个选择端与远算放大器的另一个选择端连接,并连接一位量化器的正向输入端;

第十六开关(q16)的一个选择端与第十五开关(q15)的另一个选择端连接,第十六开关(q16)的另两个选择端分别对应地连接第一个积分电容(ci1)和运算放大器;第一个积分电容(ci1)的另一个选择端与远算放大器的另一个选择端连接,并连接一位量化器的反向输入端。

7.根据权利要求1或6所述的电容共享结构的sigma-delta调制器,其特征在于,所述第一开关(q1)、第二开关(q2)、第三开关(q3)、第四开关(q4)、第五开关(q5)、第六开关(q6)、第七开关(q7)、第九开关(q9)、第十开关(q10)、第十一开关(q11)、第十二开关(q12)、第十三开关(q13)、第十四开关(q14)、第十五开关(q15)、第八开关(q8)和第十六开关(q16)均为cmos互补开关,且均由两相非交叠时钟控制sigma-delta调制器的采样相和积分相。

8.根据权利要求1或6所述的电容共享结构的sigma-delta调制器,其特征在于,所述第一个采样电容(cs2)、第一个反馈电容(cs1)、第一个积分电容(ci1)均是由若干多晶硅-绝缘层-多晶硅三层式结构的单位电容组成。

9.根据权利要求1所述的电容共享结构的sigma-delta调制器,其特征在于,所述一位量化器包括三级级联的输入预放大级、正反馈跟踪级和锁存输出级。

10.根据权利要求1所述的电容共享结构的sigma-delta调制器,其特征在于,所述数模转换器为电压类型数模转换器。


技术总结
本发明涉及模数转换器中的调制器技术领域,具体涉及一种电容共享结构的Sigma‑Delta调制器,其包括其包括顺序连接的信号输入端、开关电容电路、减法器、积分器和一位量化器以及数模转换器;一位量化器的输出端与数模转换器的输入端连接,数模转换器的输出端与减法器的反向输入端连接;本发明的调制器能够减少调制器中的积分器的输入端并联电容的数量和总大小,从而降低调制器来自开关电容热噪声的贡献,提高调制器的动态范围,而且减小了芯片的占用面积,此外,开关电容电路对节点的寄生电容不敏感,能减小寄生参数的影响。

技术研发人员:郭安强;乔东海;齐敏
受保护的技术使用者:中国科学院声学研究所
技术研发日:2019.05.23
技术公布日:2020.11.24
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