[发明专利]可调整功率和性能的可设置级联西格玛-德尔塔模数转换器

说明书

【技术领域】

本发明涉及西格玛-德尔塔调制器电路(sigma-delta modulator，以下简称∑Δ调制器)，特别涉及可重构的∑Δ调制器。

【背景技术】

超取样型(Over-sampled)∑Δ调制器广泛用于消费电子音频设备和精密测量设备。信号处理是在数字域而非模拟域进行的，随着半导体进程的提高，也就使得节电和性能提高得以实现。调制器在一个很高的频率上对输入信号进行采样，并在一个很宽的频带上扩展噪声(spread noise)。然后一个数字滤波器对超取样数据进行次取样(decimate)和过滤，去除信号带的噪声。

图1是调制器噪声抑制与调制器阶数的函数图。高阶超取样∑Δ调制器的性能是超取样率(OSR)和调制器阶数(L)的函数。调制器阶数是一个回路里级联的积分器的数目。图1显示，对于一个给定的超取样率，高阶调制器有更好的信噪比，能够用于较高精度(更多比特的精度)的模数转换器。但是，更高阶的调制器倾向于不稳定，因为对于较大输入，会出现振荡。

在一个多阶段噪声整形(MASH)∑Δ调制器里，几个低阶调制器回路的输出被一个滤波器组合，如一个数字转换功能滤波器。低阶回路是稳定的，且级联在一起。第一阶段可能由较大晶体管和电容器构成，以降低热量和运算放大器噪声。但是，这个较大的第一阶段也比后面的由更小的晶体管和电容器构成的阶段消耗更多的能量。因此，第一阶段会提供较高的精度但是消耗更多的能量，而后面的阶段有较低的性能和较低的功耗。

便携式系统如智能手机可能需要使用两个或多个∑Δ调制器用于不同的应用。例如，需要一个高精度∑Δ调制器用于播放高质量音乐录音如MP3播放机，需要一个低精度∑Δ调制器用于重建电话语音信息。在有电话的期间，便携式设备的电池是被音频(RF)收发器消耗的，所以在此时，希望∑Δ调制器消耗较低的功率。

期望的∑Δ调制器是能够适应不同的应用的。期望有可重构的∑Δ调制器，其能设置用于低功耗、低精度应用，也能重设置用于高功耗、高精度应用。期望有一种级联结构的∑Δ调制器，其能断电积分器回路，并重构剩下的积分器回路的连接，输入到数字滤波器。

【附图说明】

图1是调制器噪声抑制和调制器阶数的函数图。

图2是可设置级联∑Δ调制器和改进CIC滤波器的方框图。

图3是具有多个可设置输入的改进CIC滤波器的示意图。

图4显示可设置级联∑Δ调制器和高性能模式的滤波设置。

图5显示可设置级联∑Δ调制器和节电模式的滤波设置

图6显示可设置级联∑Δ调制器和第二回路节电模式的滤波设置。

图7显示可设置级联∑Δ调制器和具有两个积分器的第二回路节电模式的滤波设置。

图8突出显示滤波设置数据选择器和输入数据选择器的规划设计以重新设置∑Δ调制器和改进CIC滤波器。

图9是开关电容积分器用于实现二阶∑Δ调制器回路的示意图。

图10是高性能模式的信号性能图

图11是中等性能模式的信号性能图。

图12是节电模式的信号性能图。

【具体实施方式】

本发明涉及一个改进的可设置∑Δ调制器。以下描述使本领域技术人员能够依照特定应用及其要求制作和使用在此提供的本发明。所属领域的技术人员将明了对优选实施例的各种修改，且本文所界定的一般原理可应用于其它实施例。因此，本发明不希望限于所展示和描述的特定实施例，而是应被赋予与本文所揭示的原理和新颖特征一致的最广范围。

图2是一个可设置∑Δ调制器和一个改进的CIC滤波器的方框图。一模拟输入Y应用到三个∑Δ调制器回路252、254、256上。回路252、256是二阶的，每个都有两个积分器206、216和236、246，而中间回路254是一阶的，只有一个积分器226。

在第一个回路252里，加法器202减去反馈U1，反馈U1是回路252的输出，回路252的输入是Y。该总和被定标器204(scaler)乘以参数k1然后被积分器206积分。参数可以是常数或被预定的数值，但是可以根据不同应用和设置而改变。因为回路252是二阶的，该过程被加法器212、定标器214(有参数k2)和积分器216重复一遍。量化器218是一个1比特量化器、微分器、delta函数或单比特数模转换器(DAC)，其产生输出U1。一旦积分器216的输出达到量化器218的一个阈值，那么量化器218就设置其输出U1为高。U1代表该被取样的输入Y，然后被反馈回到加法器202、212，形成一个反馈回路。