[发明专利]一种实现宽输入的Σ-Δ调制器的设计方法

说明书

本发明提出了一种实现宽输入的Σ‑Δ调制器的设计方法，旨在拓宽Σ‑Δ调制器接收端所接收模拟信号的幅度范围，实现步骤为：构建Σ‑Δ调制器模型；设置积分器类型；设置Σ‑Δ调制器的参数；对每个增益单元的增益系数进行估计。本发明在现有Σ‑Δ调制器的基础上，在最后一级加法器与采样单元之间加载了幅度削减增益单元，将最后一级加法器所输出的加和信号的幅度缩小β倍后输出削减信号至采样单元，保证了采样单元输出端级联的量化器所接收信号的幅度在量化器的可量化范围内，且通过确保削减信号的峰值幅度在量化器最大量化电平与次级量化电平之间以避免量化器所输出数字信号的位数减少，与现有技术相比，有效拓宽了Σ‑Δ调制器接收端所接收模拟信号的幅度范围。

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，涉及一种实现宽幅度范围的Σ-Δ调制器的设计方法，可用于设计Σ-Δ调制器。

背景技术

Σ-Δ调制器在集成电路中具有广泛的应用，尤其是微机电数字麦克风。微机电数字麦克风中的采集单元将声信号转化为电信号输出至Σ-Δ调制器，Σ-Δ调制器接收端接收电信号进行调制输出高频低精度的数字信号。目前，大多数的Σ-Δ调制器接收端所接收的信号幅度范围较小，当微机电数字麦克风中的采集单元输出的电信号幅度值较大时，Σ-Δ调制器易进入不稳定状态，而且Σ-Δ调制器一旦进入不稳定状态，即使接收端信号降低到很小也无法重新工作。

传统的Σ-Δ调制器按照结构分类包括前馈型结构和反馈型结构，其中，前馈型结构包括有级联积分前馈结构CIFF和级联谐振前馈结构CRFF，反馈型结构包括有级联积分反馈结构CIFB和级联谐振反馈结构CRFB；Σ-Δ调制器包括有接收端、积分器、加法器、增益单元、采样单元、量化器和数模转换器DAC，由于量化器在量化的过程中会引入量化噪声，采样单元以远大于奈奎斯特采样频率的采样速率进行采样可使得量化噪声分布在更宽的频带内，且加法器、积分器、模数转换器构成反馈环路或前馈环路实现噪声整形，积分器个数越多，将量化噪声推移至信号频带以外的分量越多，所实现的噪声整形效果越好，信噪失真比SNDR越大；

目前Σ-Δ调制器的设计方法大多先构建前馈型或反馈型Σ-Δ调制器模型，再设置积分器类型、Σ-Δ调制器各项参数，并通过Sigma-Delta工具包根据所搭建模型各项增益单元的增益系数，从而得到CIFF、CRFF、CIFB或CRFB型Σ-Δ调制器，可通过在量化器输出端连接功率谱分析仪PSD测量所设计的Σ-Δ调制器的信噪失真比SNDR和有效位数ENOB，此类方法所实现的一阶、二阶Σ-Δ调制器是无条件稳定的，接收端的信号幅度范围很宽；