[发明专利]基于VCO实现的Sigma-Delta调制器及音频设备

说明书

本发明公开了一种基于VCO实现的Sigma‑Delta调制器及音频设备，调制器，包括：VCO振荡器，用于接收输入信号，并根据输入信号来产生累计输出数字信号；数字相位量化器，连接至VCO振荡器的输出端，数字相位量化器用于在相位量化采样周期内累计输出数字信号，得到相位量化数值；第一数字积分器，连接至数字相位量化器的输出端，第一数字积分器用于将相位量化数值转化为数字比特，并输出数字比特，数字比特为输入信号各个频率的二进制数值；第二数字积分器，其输入端连接至第一数字积分器的输出端，输出端负反馈至第一数字积分器的输入端。使得Sigma‑Delta调制器在低电压及纳米或超纳米工艺下能够继续工作，稳定调制器的性能。

技术领域

本发明涉及模数转换集成电路技术领域，具体涉及一种基于VCO实现的Sigma-Delta调制器及音频设备。

背景技术

随着半导体工艺的迅速增长，Sigma-Delta调制器应用于音频信号，音频信号通过麦克风得到模拟信号，模拟信号通过量化、积分，进一步将处理后的模拟信号转化为数字信号输出。

Sigma-Delta调制器是用于进行模拟-数字转换，数字-模拟转换或数字-数字转换的电子电路，并且Sigma-Delta数据转换技术已经被广泛应用在低到中频带宽、高精度、低压低功耗的有线和无线通信系统中。在各种Sigma-Delta调制器(SDM)的结构中，多位拓扑因其更低的量化噪声水平和更高的稳定性，相比单位拓扑具有明显的优势。然而，多位结构中反馈数模转换器(DAC)内部组件的失配引起的非线性问题，严重制约了其性能。

Sigma-Delta调制器主要基于模拟信号的处理量化，而模拟信号的处理在低压(1V)时无法工作，在芯片测试设计和验证过程以及低功耗无法有效进行。

请参考图1，为一个单端输入二阶(Second order)Sigma-Delta ADC的传统行为级(Behavioral level)时间域架构图。其中，Vin(t)是模拟电压输入，可以是一个正弦波(Sine wave)或是音频讯号或是无线电讯号，t是时间参数，CLK是采样时钟，按设计不同可以是几兆赫兹，几十兆赫兹，甚至是几百兆赫兹等。积分器1A和1B构成两级积分器，其中，1A是第一级积分器，a1是第一级积分器1A参数配置；1B是第二级积分器，a2是第二级积分器1B的参数配置，传统架构中积分器都是以运放电路搭载C电容来实现积分功能,辅以电阻R为输入从电压转换成电流，把电荷积分存到电容C；

模数转换器1C和模数转换器1D中，1C是第一级反馈回路DAC跟Vin(t)输入讯号做相减，误差讯号送到积分器1A做第一级积分计算，b1是DAC的参数配置；1D是第二级反馈回路DAC跟第一级积分器输出讯号做相减，误差结果送到第二级积分器计算，b2是DAC的参数配置，结果送到模数量化器1E把讯号数字量化后输出，量化比特输出再回送到模数转换器1C、模数转换器1D进行数模转换。整个闭环过程通过a1、a2、b1、b2参数配置及采样时钟频率fs产生二阶Delta Sigma噪声整形调制(Noise Shaping Modulation)。

请参考图2，为单端输入二阶Sigma-Delta ADC的s域架构图，其由在图1的基础上，将时间域的积分器通过拉普拉斯变换转换成s域的积分器。

请参考图3，为单端输入二阶Sigma-Delta ADC的另一种结构示意图，相对于图2，图3中，进一步把参数a1、a2、b1、b2转换成输入电阻R1，DAC输出电流Idac1，第一级积分器以C1寄存电荷，第二级输入电阻R2，DAC输出电流Idac2及第二级积分器以C2寄存电荷。