CN102273079A - 积分器电路及具备该积分器电路的δς调制器 - Google Patents

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Abstract

提供一种能缓和电流型DA转换器的电流波形的紊乱的积分器电路，目的在于改善例如Δ∑调制器的SNR。一种积分器电路，具有运算放大器(102)，在运算放大器(102)的输出端子和反相输入端子之间并联地设置有反馈路径(F1、F2)。在反馈路径(F1)中，串联地设置积分电容元件(105)和至少一个电阻元件(107)，在反馈路径(F2)中，设置有电容值比积分电容元件(105)小的第二积分电容元件(106)。

Description

积分器电路及具备该积分器电路的ΔΣ调制器
技术领域
本发明涉及一种在Δ∑调制器的环路滤波器(loop filter)等中使用的积分器电路。
背景技术
连续时间型的Δ∑调制器具有环路滤波器。此环路滤波器大多由利用运算放大器等的有源型的滤波器构成。图6(A)是环路滤波器内的积分器电路的一个实例。
在此，实际电路的运算放大器的增益频带宽是有限的，积分器电路的特性也受它的影响。为此，在图7中如实线所示，在增益特性和相位特性方面，在频率的高频侧会产生第二极。
作为修正其的方法，如非专利文献1所公开的，已知一种图6(B)所示的在积分电容上串联地插入电阻的方法。由此，如图7中虚线所示，能产生零点，能抵消第二极。即，实现频带补偿。
非专利文献1：F.Chen其他、“Compensation of Finite GBW InducedPerformance Loss on a Fifth-order Continuous-time Sigma-DeltaModulator”、IEEE Canadian Conference on Electrical and ComputerEngineering(CCECE 2006)
发明内容
但是，在连续时间型Δ∑调制器中作为反馈数字/模拟转换器(DAC)来使用电流型DA转换器的时候，由于电流型DAC转换器不是理想的电流源而具有有限的输出电阻，所以如果利用在积分电容上串联地插入的电阻使电流型DA转换器的电流值变化，则过渡响应会紊乱。为此，如图8中实线所示，在电流变化中产生减幅振荡(ringing)。对于连续时间型Δ∑调制器而言，电流波形的紊乱导致运算误差，成为信噪比(SNR)的劣化的原因。即，在图6(B)所示的现有的频带补偿积分器电路中，产生问题。
本发明目的在于，为了能改善例如Δ∑调制器的SNR，而提供一种能缓和电流型DA转换器的电流波形紊乱的积分器电路。
本发明作为一种积分器电路，包括：运算放大器；电压输入端子，其经由输入电阻与上述运算放大器的反相输入端子连接；以及第一反馈路径及第二反馈路径，该第一反馈路径及第二反馈路径并联地设置在上述运算放大器的输出端子和反相输入端子之间；在上述第一反馈路径中，串联地设置有第一积分电容元件和至少一个第一电阻元件；在上述第二反馈路径中，设置有电容值比上述第一积分电容元件小的第二积分电容元件。
根据本发明，由于在第一反馈路径中与第一积分电容元件串联地设置第一电阻元件，所以在积分器电路的特性方面，能抵消由运算放大器的增益频带宽产生的第二极，形成零点。此外，由于在与第一反馈路径并联设置的第二反馈路径中，设置电容值比第一积分电容元件小的第二积分电容元件，所以在积分器电路的特性方面，在形成的零点的更高频侧形成第三极。其结果，在图7中如一点划线所示，改善了积分器电路的增益特性及相位特性。而且，在运算放大器的反相输入端子上连接电流型DA转换器的输出的情况下，在图8中如虚线所示，在电流型DA转换器的电流波形方面抑制了减幅振荡。
而且，优选在上述本发明的积分器电路中，上述第二积分电容元件的电容值处于上述第一积分电容元件的电容值的5～30％的范围内。
此外，优选在上述本发明的积分器电路中，在上述第二反馈路径中，与上述第二积分电容元件串联地设置有至少一个第二电阻元件；上述第一积分电容元件的电容值和上述第一电阻元件的电阻值之积大于上述第二积分电容元件的电容值和上述第二电阻元件的电阻值之积。
此外，优选在上述本发明的积分器电路中，在上述运算放大器的反相输入端子上连接电流型DA转换器的输出。
此外，本发明作为一种具有环路滤波器的Δ∑调制器，在上述环路滤波器内具备在上述运算放大器的反相输入端子上连接电流型DA转换器的输出的本发明的积分器电路，将该Δ∑调制器的输出作为上述电流型DA转换器的输入来提供。
由此，能进行高精度的运算，可改善SNR。
发明效果
如上所述，根据本发明，由于可改善积分器电路的特性，所以可抑制电流型DA转换器的过渡响应波形的减幅振荡，改善Δ∑调制器的SNR。
附图说明
图1是表示实施方式的积分器电路的结构的图。
图2是表示实施方式的差动结构的积分器电路的结构的图。
图3是表示变化例的积分器电路的结构的图。
图4是连接在积分器电路上的差动结构的电流型DA转换器的结构的一例。
图5是使用实施方式的积分器电路的Δ∑调制器的结构的一例。
图6(A)是常规的积分器电路，(B)是现有的频带补偿积分器电路。
图7是表示积分器电路的特性的图表。
图8是表示电流DA转换器的电流波形的图表。
符号说明：
图中：100-输入电阻，101-电压输入端子，102-运算放大器，103-电流型DA转换器，105-第一积分电容元件，106-第二积分电容元件，107-第一电阻元件，301、302、303-积分器电路，304、305、306-电流型DA转换器，F1-第一反馈路径，F2-第二反馈路径
具体实施方式
下面，参照附图详细地说明本发明的实施方式。
图1是表示实施方式的积分器电路的结构的电路图。在图1中，100是输入电阻(R1)、101是电压输入端子、102是运算放大器，电压输入端子101经由输入电阻100与运算放大器102的反相输入端子连接。在运算放大器102的反相输入端子上还连接着电流型DA转换器103的输出。此外，在运算放大器102的输出端子和反相输入端子之间设置第一及第二反馈路径F1、F2。在第一反馈路径F1中，串联地设置第一积分电容元件105(C2)和第一电阻元件107(R3)。在第二反馈路径F2中，设置第二积分电容元件106(C3)。第二积分电容元件106的电容值C3比第一积分电容元件105的电容值C2小。优选第二积分电容元件106的电容值C3处于第一积分电容元件105的电容值C2的5～30％的范围内。
在图1的结构中，如果电容值C2、C3及电阻值R3的值与图6(B)的结构比较，则只要按满足以下这样的条件进行决定即可。
C2＝(1-r)·C1
C3＝r·C1
R3＝R2/(1-r)
在此，优选r是0.05～0.25左右的值。
此外，也可以在第二反馈路径F2中，与第二积分电容元件106串联地设置第二电阻元件(R4)。此情况下，
C2·R3＞C3·R4
即，优选第一积分电容元件105的电容值C2和第一电阻元件107的电阻值R3之积比第二积分电容元件106的电容值C3和第二电阻元件的电阻值R4之积大。
通过在第一反馈路径F1上与第一积分电容元件105串联地设置第一电阻元件107，在积分器电路的特征方面，就能抵消由运算放大器102的频带宽产生的第二极，形成零点。并且，通过与第一反馈路径并联地构成第二反馈路径F2，并在此设置电容值比第一积分电容元件105小的第二积分电容元件106，就能在比零点更高频侧形成第三极。由此，如图7中一点划线所示，改善了增益特性及相位特性。而且，如图8中虚线所示，改善了电流型DA转换器103的输出电流波形的减幅振荡。
再有，在第一反馈路径F1中，也可以与积分电容元件105串联地设置多个电阻元件。
图2是表示本实施方式的差动结构的积分器电路的结构的电路图。图2的结构也能得到与图1的结构相同的效果。
此外，如图3(A)所示，即使在运算放大器102的输出端子和反相输入端子之间设置3个以上的反馈路径F1～Fn也无妨。此结构的情形下，如果第一反馈路径F1、和其它的反馈路径F2～Fn中的任何一个满足上述这样的条件，就能得到同样的效果。图3(B)是差分结构的积分器电路的结构的例子。
图4是连接在本实施方式的积分器电路上的差动结构的电流型DA转换器的结构的一例。图4(A)是构成电流型DA转换器的单元的内部结构，图4(B)表示整体结构。如图4(A)所示，单元210包括：由NMOS晶体管构成的电流源201；由PMOS晶体管构成的电流源204；和设置在电源201、204之间的开关205、206。通过数字输入DIN+使开关205接通/断开，通过反相数字输入DIN-使开关206接通/断开。从开关205、206的连接点输出模拟差动电流IOUT+、IOUT-。此外，如图4(B)所示，在电流型DA转换器整体中，并联连接多个图4(A)所示这样的单元210，通过数字差动输入DIN+、DIN-来控制模拟差动电流IOUT+、IOUT-，并进行输出。
图5是使用本实施方式的积分器电路的Δ∑调制器的结构的一例。图5所示的Δ∑调制器在环路滤波器内具备本实施方式的积分器电路301、302、303。此外，在积分器电路301、302、303内的运算放大器311、312、313的反相输入端子上分别连接电流型DA转换器304、305、306。并且，在积分器电路303和输出端子308之间具备量子化器307。
并且，连接量子化器307的输出和各电流型DA转换器304、305、306的输入，将Δ∑调制器的输出DOUT作为电流型DA转换器304、305、306的输入来提供。即，输出DOUT经由各电流型DA转换器304、305、306被反馈给各积分器电路301、302、303。此时，利用各积分器电路301、302、303中的积分电容元件321、322、323来减少减幅振荡。
如此，通过在Δ∑调制器中利用本实施方式的积分器电路，就能通过电流型DA转换器进行高精度的反馈。
再有，在本实施方式的积分器电路中，虽然通过在第一反馈路径中追加电阻元件，来产生零点以便抵消第二极，但在利用其作为Δ∑调制器的环路滤波器的情况下，也可以通过适当地选择此电阻元件的电阻值，在任意的位置产生零点，改变滤波器的传递函数(transfer function)。
工业实用性
根据本发明，由于能改善积分器电路的特性，所以有助于例如Δ∑调制器的高速工作等。

Claims (5)

1.一种积分器电路，其特征在于，包括：
运算放大器；
电压输入端子，其经由输入电阻与上述运算放大器的反相输入端子连接；以及
第一反馈路径及第二反馈路径，该第一反馈路径及第二反馈路径并联地设置在上述运算放大器的输出端子和反相输入端子之间，
在上述第一反馈路径中，串联地设置有第一积分电容元件和至少一个第一电阻元件，
在上述第二反馈路径中，设置有电容值比上述第一积分电容元件小的第二积分电容元件。
2.根据权利要求1所述的积分器电路，其特征在于，
上述第二积分电容元件的电容值处于上述第一积分电容元件的电容值的5～30％的范围内。
3.根据权利要求1或2所述的积分器电路，其特征在于，
在上述第二反馈路径中，与上述第二积分电容元件串联地设置有至少一个第二电阻元件，
上述第一积分电容元件的电容值和上述第一电阻元件的电阻值之积大于上述第二积分电容元件的电容值和上述第二电阻元件的电阻值之积。
4.根据权利要求1所述的积分器电路，其特征在于，
在上述运算放大器的反相输入端子上连接电流型DA转换器的输出。
5.一种Δ∑调制器，具有环路滤波器，
上述Δ∑调制器的特征在于，
在上述环路滤波器内具备权利要求4所述的积分器电路，
将该Δ∑调制器的输出作为上述电流型DA转换器的输入来提供。
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Application publication date: 20111207