[发明专利]执行模数转换的方法

说明书

本发明描述了一种使用包括反馈数模转换布置(12、120)的西格玛‑德尔塔调制器(1)对范围(R1)内的输入信号(P_in)执行模数转换的方法，所述方法包括以下步骤：获得所述输入信号(P_in)的幅度估计(E1、E2、E3、E4)；基于所述幅度估计(E1、E2、E3)来定义随后的子范围(R2、R3、R4)；并且基于所述随后的子范围(R2、R3、R4)来调节反馈数模转换布置(12、120)的操作参数；其中，方法步骤被重复预定义迭代次数(N)。本发明还描述了用于监测模拟输入信号(P_in)的西格玛‑德尔塔调制器(1)、模数转换器(50)和监测设备(5)。

技术领域

本发明描述了一种执行模数转换的方法。本发明还描述了用于执行模数转换的西格玛-德尔塔调制器、模数转换器和设备。

背景技术

模数转换器(ADC)的动态范围是在输入处应用的最大信号与最小可检测值的比率。ADC的分辨率指代其最小可分辨的输入步或最小可检测值，所述最小可检测值由量化噪声确定。大动态范围上的高分辨率是昂贵的，因为其需要具有大有效位数(ENOB)的ADC。例如，当在输入电压信号上执行模数转换时，9位ADC可以足以分辨10毫伏范围内的15.0μV的电压。然而，在1伏特范围内获得相同分辨率将需要16位ADC。ADC的每个额外的位增加总体成本和功耗，并且降低转换速度。

一些种类的ADC使用德尔塔-西格玛(ΔΣ)或者西格玛-德尔塔(ΣΔ)调制器(SDM)来对模拟输入进行采样并且将样本转换为数字位流输出，所述数字位流输出然后可以例如由抽取滤波器处理以获得数字输出值。在以下文章中提出了各种ADC架构：“A SAR-based[Sigma][Delta]modulator using shared DAC”(Reyhani,Hashemipour；AnalogIntegrated Circuits and Signal Processing；Springer New York LLC；第79卷、第2号，2014年2月1日)；“A90-MS/s 11-MHz-Bandwidth 62-dB SNDR Noise-Shaping SAR ADC”(Fredenburg，Flynn；IEEE Journal of Solid State Circuits；第47卷、第12号，2012年12月1日)；以及“Amultibit continuous time sigma delta modulator with successive-approximation quantizer”(Samid,Manoli；2006 IEEE International Symposium onCircuits and Systems；2006年5月21日)。西格玛-德尔塔ADC并入具有数模转换器(DAC)的反馈回路，其在输出位流上执行数模转换并且从模拟输入信号减去模拟反馈信号。SDM有效地操作以使输入与输出之间的差异最小化。在其前向路径中，SDM使用有源回路滤波器，所述有源回路滤波器提供所需要的输入灵敏度和信噪比，并且对来自所需要的信号带的简单比较器(常常仅1位比较器)的量化噪声进行整形。由于其有利地高分辨率和准确度和相对低的成本，因而SDM非常适于仪表化和低频率感测或者DC(直流)感测。使用SDM的应用可以是医学感测和成像中所需要的类型的模拟和混合信号前端，例如，在电流分析和芯片实验室实施方式中，针对其感兴趣的模拟信号主要地是DC或者非常缓慢地变化。芯片实验室(LOC)或者微全分析系统(μTAS)是包括在其中一个或多个实验室功能被实现的集成电路的设备。通常，传感器将模拟信号输入提供到设备，所述设备必须首先执行模数转换以便能够处理信息。需要准确的转换以便执行准确的分析。