示第一级调制器的环路滤波 器，对于低通输入信号，滤波器模块通常用一个或几个积分器来实现，积分器传递函数表示 为口。(2) =z^/(l-z4)。积分器的个数即为调制器阶数1^。滤波器将噪声推出信号带外， 从而实现噪声整形。量化器对信号进行量化，通常由比较器来实现。量化过程中产生的量 化噪声在频域模型中等效为加性白噪声。积分器模块、加法器、量化器Q2和反馈环路组成 第二级，相应的传递函数表示为STF2(z)、NTF2(z)。第一级的量化噪声Ei(z)作为第二级的 输入信号。STF2d(z)和NTFid(z)组成数字消除逻辑模块，为了消除Ei(z)保留E2(z)，要求数 字模块和模拟部分有较好的匹配效果，使得STF2d(z) =STF2(z)、NTFid(z) =NTFi(z)。除此 之外还具有一条级间模拟路径，如图1虚线内所示。该路径由第二级积分器前端连接到第 一级的量化器前端。该路径上包含一个系数模块K一个单位延时模块Z4。将第一级中环 路滤波器和数字逻辑模块用具体的结构实现，得到电路结构如图3。
[0027] 图3中除了级间路径之外的基本结构为一个M甜2-1结构。该结构第一级为信 号传递函数STFi(z)等于1，噪声整形阶数Li等于2(2个积分器），NTFi(z) = (1-Z4)2的 单环结构。第二级为信号传递函数STF2(z)等于1，噪声整形阶数L2等于1(1个积分器）， NTF2(z) =l-z-i的单环结构。该个基本M甜2-1结构的噪声整形阶数为1 = 3阶。增加 的级间路径使该级联结构噪声传递函数增加了一阶，即具有4阶噪声整形功能。由图3推 导该系统的输出信号表达式如下，改公式部分非本实用新型要保护内容。
[002引 Y(z) =Yi(z)+Y2(z)
[0029] =[STFi(z)X(z)+NTFi(z化1(z) -hz-iNTFi(z)NTF2(z)E2(z) ]STFsd(z)
[0030] + [-STF2(z)El(z) +NTF2(z化2(z) ]NTFid(z)
[003U =STFi(z)STF2d(z)X(z)
[003引 +[NTFi(z)STFsd(z) -STF] (z)NTFid(z) ]El(z)
[003引 +[NTFid(z)NTF2(z)-hz-iNTFi(z)NTF2(z)]E2(z) 做
[0034] 其中Yi(z)、Y2(z)分别表示第一级和第二级的输出信号，且有：
[0035] STF2d(z) =STF2(z)NTF"(z)=NTF!(z)
[0036] STFi(z) =STF2(z) = 1
[0037] NTFi(z) = (l-z_i)2NTF] (z) =l-z-i
[0038] 当h取1的时候有；
[0039] Y(z} =STF,(z)STF2(z)X(z) +NTF<(z)NTF2{z)(\-hz' )￡：(z) =X(z)+h'TF\{z)!^TFi{z)( \-z')Ei{z) =X(z)"K'l'-z节^^如）
[0040] 通过MATLAB仿真得到实用新型的输出频谱图，如图4所示。频谱图的横坐标按照 10的幕次方显示，纵坐标从0到-250地分布。输入信号频率在10 3量级。在输入带宽范围 内量化噪声的值很小，量化噪声经过整形后在高频部分W-定的斜率分布。图中显示了该 系统的SNDR值为111. 3地，系统有很高的精确度。图5为系统信噪失真比随着输入信号变 化的曲线。此图是由记录的实验数据导入绘图工具化igin得到的。此曲线的横坐标是输 入信号幅值所对应的地值。纵坐标是对应输出的SNDR值。
[0041] 如图6所示，通常情况下当系数h= 1时，整个系统有最好的性能。然而在实际情 况下，由于电路受到各种干扰，系数h往往很难精确的等于1。在电路级设计时增加一个常 数倍的功能是通过电容之比实现的。因为工艺的原因电容的比值有时不能精确的等于所需 求的常数值。该些时候系数h都不可能完全的等于1，通过仿真SNDR值随系数h变化的曲 线，可W看出在实际情况下该系统仍有较好的噪声整形功能。
[0042] 本实用新型虽然已W较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任 何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可W利用上述揭示的方法和技 术内容对本实用新型技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本实用新型技术 方案的内容，依据本实用新型的技术实质对W上实施例所作的任何简单修改、等同变化及 修饰，均属于本实用新型技术方案的保护范围。W上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡 依本实用新型申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本实用新型的涵盖范围。
【主权项】
1. 一种包含级间路径的级联结构Sigma-Delta调制器，其特征在于：包括第一级调制 器、第二级调制器及一条级间模拟路径；所述第一级调制器与第二级调制器级联； 所述第一级调制器包括环路滤波器、第一量化器及第一反馈环路；所述环路滤波器的 输入接输入信号X (z)，所述环路滤波器的输出接第一量化器的输入，所述反馈环路为第一 量化器的输出反馈至环路滤波器的输入； 所述第二级调制器包括加法器、积分器模块、第二量化器和第二反馈环路；所述加法器 的输入接第一量化器的输出，所述加法器、积分器模块、第二量化器依次连接；所述第二反 馈环路为第二量化器的输出反馈至加法器的输入； 所述级间模拟路径由积分器模块前端连接到第一量化器前端；该路径包括串联的系数 模块及单位延时模块。
2. 根据权利要求1所述包含级间路径的级联结构Sigma-Delta调制器，其特征在于： 所述环路滤波器包括两个串联的积分器。
3. 根据权利要求1所述包含级间路径的级联结构Sigma-Delta调制器，其特征在于： 所述第一量化器为一比较器。
【专利摘要】本实用新型提出一种包含级间路径的级联结构Sigma-Delta调制器，其特征在于：包括第一级调制器、第二级调制器及一级间模拟路径；所述第一级调制器与第二级调制器级联；该路径包含一个系数模块、一个单位延时模块。本实用新型实现了4阶噪声整形功能。使得改进结构增加了一阶噪声整形功能，噪声抑制能力大大提高；其次，减少了积分器的使用，从而降低了电路功耗和系统时序的复杂度，节约了版图面积；在增加系统信噪比的同时，保证了系统的输入过载值和系统的稳定性没有较大的改变。与现有调制器相比更能满足高精度、低功耗的应用需求，在音频、传感等领域将会有巨大的发展空间。
【IPC分类】H03M3-00
【公开号】CN204559548
【申请号】CN201520378903
【发明人】魏榕山, 于静, 王珏, 何明华
【申请人】福州大学
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年6月4日