[发明专利]开关电容型带通前馈sigma-delta调制器

摘要

本发明公开了一种带通前馈sigma-delta调制器，包括三个级联的开关电容谐振器模块、加法器模块、量化器模块、反馈DAC模块。本sigma-delta调制器采用了前馈型结构取代常见的反馈型结构，使谐振器的输入端只包含量化噪声分量，不包含输入信号分量，从而降低了谐振器的输入电平，提高了整体sigma-delta调制器的环路稳定性。因此本发明提出的带通前馈sigma-delta调制器适合于高阶单环结构的模数转换器，并且降低了调制器电路对运放等模拟子电路的要求。由仿真结果得，本发明提出的带通前馈sigma-delta调制器在3.3V电源电压，时钟频率800KHz，中心频率200KHz，信号带宽5KHz的条件下达到96.8dB信号失真比和106dB的动态范围，满足高精度的陀螺仪、加速度传感器等微机械传感器系统的应用要求。

主权项

一种开关电容型带通前馈sigma‑delta调制器，其特征在于，包括：能用于接收输入信号和反馈信号的第一谐振器；能用于接收所述第一谐振器的输出的第二谐振器；能用于接收所述第二谐振器的输出的第三谐振器；能用于接收来自所述输入信号的第一前馈路径、来自所述第一谐振器的第一谐振路径、来自所述第二谐振器的第二谐振路径、以及来自所述第三谐振器的第三谐振路径的加法器；能用接收所述的加法器的输出的量化器；所述的带通前馈sigma‑delta调制器的来自所述输入信号的第一前馈路径连接第一前向缩放、来自所述第一谐振器的第一谐振路径连接第二前向缩放和第一加权缩放、来自所述第二谐振器的第二谐振路径连接第三前向缩放和第二加权缩放、来自所述第三谐振器的第三谐振路径均连接第三加权缩放，来自所述DAC的输出的反馈路径连接反馈缩放，上述各信号缩放单元，用以保证环路滤波器稳定性；进一步包括位于反馈路径的能用于接收来自所述量化器的数模转换器(DAC)，来自所述输出信号的输出路径连接所述反馈DAC的输入端口，来自所述DAC的输出的反馈路径经过反馈缩放，连接所述第一谐振器的输入端口，形成反馈环路；所述的带通前馈sigma‑delta调制器采用低通原型设计法，即先设计相应的低通调制器的噪声传输函数NTF和信号传输函数STF，再选择相应的结构，然后根据NTF和STF求出结构系数，最后根据Z^‑1→‑Z^‑2的方法将低通调制器转换到带通调制器，f₀为信号中心频率，f_S为采样频率，此时f₀与f_S满足关系：f₀＝f_S/4；所述的带通前馈sigma‑delta调制器的信号传输函数H_S(z)为：H_S(z)＝1；所述的带通前馈sigma‑delta调制器的噪声传输函数H_E(z)为：其中H_f(z)为所述sigma‑delta调制器的前向传输函数；所述的带通前馈sigma‑delta调制器的输入信号为X(z)，输出信号为Y(z)，所述量化器引入的量化噪声为E(z)，所以所述的第一谐振器的输入信号RI₁(z)为：RI₁(z)＝X(z)‑Y(z)，因为Y(z)＝H_S(z)·X(z)+H_E(z)·E(z)，所以RI₁(z)＝‑H_E(z)·E(z)。