CN102437851B - 基于压控振荡器量化器的时分∑△调制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了属于模拟集成电路设计领域的一种基于压控振荡器量化器的时分∑Δ调制器。该调制器包括输入信号采样器，实现对输入信号的降频采样、积分器通道以及非完整积分器输出模块，实现时分多路系统所需的各个输出值、由压控振荡器和计数器组成的基于压控振荡器的量化器，实现对积分器输出的量化、完整输出产生模块、反馈模块、数模转换模块以及输出多路开关，实现了对多路输出信号的合并；本发明具有在不增加功耗的情况下倍增两倍以上信号带宽的能力；同时提高了系统的信噪比；增加了系统的稳定性等诸多优点。

Description

基于压控振荡器量化器的时分∑△调制器

技术领域

本发明属于模拟集成电路设计领域，特别涉及一种基于压控振荡器量化器的时分∑Δ调制器。

背景技术

20世纪年代以来，随着亚微米、超深亚微米技术的发展和系统芯片技术的日益成熟，采用电池供电的便携式电子产品获得了迅猛发展和快速普及。由于电池技术的发展远远跟不上电子系统的发展，从心脏起搏器到助听器、移动电话和各种各样产品都对电子产品的供电电压提出了严格的限制。另一方面，随着器件尺寸不断的缩小，工艺的击穿电压也在降低，亦对电源电压提出了严格的限制。电子器件性能要求越来越高，开发周期越来越短，对开发与生产成本的制约也日趋严格，使低压低功耗模拟集成电路受到了极大的关注。

模数转换器是模拟电路中最重要的电路单元，广泛应用于模拟电路和混合信号处理电路中，但是由于便携式设备低功耗的要求，所以在电源能量受限的环境下，模数转换器的功耗格外引人关注。为了降低整体系统的功耗，就必须降低数模转换器的功耗，这就促成了∑ΔADC的产生与发展。由于其固有的低功耗优势，在现在以及未来，会越来越受到重视。

近几年来，∑Δ调制器已大量涌现，各大公司也纷纷推出自己相应的产品。其应用十分广泛，可用在手机、便携式系统、传感器等各种电路当中。与传统的数模转换器相比，∑Δ调制主要具有以下几个特点：(1)低功耗。(2)高信噪比和高精度。(3)良好的系统稳定性与抗干扰性。

但是，传统的∑Δ调制器存在以下不足：

1.相比于其他类型的模数转换器器，其带宽比较窄。

2.传统的∑Δ中的量化器一般采用Flash结构，这种结构引入的误差比较大，降低了系统的精度。

3.在功耗要求严格的情况下，难以进一步降低带宽。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种基于压控振荡器量化器的时分∑Δ调制器，其特征在于，所述压控振荡器量化器的时分∑Δ调制器采用CMOS工艺实现；该调制器包括：

输入信号采样器：其置于调制器输入级之前，对输入信号起降频作用，降频之后的输入信号作用于调制器输入端，实现了分时的作用；积分器通道以及非完整积分器输出模块：置于输入信号采样器之后，实现时分多路系统所需的各个输出值；基于压控振荡器的量化器：其置于积分器输出模块之后，由压控振荡器和计数器组成，实现对积分器输出的量化；完整输出产生模块：置于压控振荡器量化器之后，其作用是将量化器输出的值通过计算叠加，得到了真正需要的各个通道的输出；反馈模块、数模转换模块：其置于完整积分输出模块与积分通道模块之间，完成反馈，使得系统工作在稳定状态下；输出多路开关：其置于完整输出产生模块之后，实现了对多路输出信号的合并，提高了输出的速率；

所述基于压控振荡器量化器的时分∑Δ调制器的输入信号先通过一个输入信号采样器进行降频，并把信号分成多条通路，然后通过积分器通道以及非完整积分器输出模块，输出各个支路所需的输出值或者是非完整的输出值，之后再进入压控振荡器量化器，将各个通路的输出值进行量化，接着再进入完整输出产生模块，通过计算叠加，得到了真正需要的各个通道的输出，最后，进入输出多路开关，对多路输出信号的合并，多路合为一路，从而提高了输出的速率和信号带宽。

本发明的有益效果是这种新型的基于压控振荡器量化器的时分∑Δ调制器 与传统设计方案相比具有几个明显的优点：不增加功耗的情况下倍增两倍以上信号带宽的能力；提高了系统的信噪比；增加了系统的稳定性等诸多优点。

附图说明

图1为新型的基于压控振荡器量化器的时分∑Δ调制器的结构图。

图2为本发明的新型的基于压控振荡器量化器的时分∑Δ调制器的两通道电路实例结构图。

图3为本发明的新型的基于压控振荡器量化器的两通道时分∑Δ调制器的输出频谱图。

具体实施方式

本发明提出的一种基于压控振荡器量化器的两通道时分∑Δ调制器。在图2中，所述基于压控振荡器量化器的两通道时分∑Δ调制器采用CMOS工艺实现；包括：

两个输入信号采样器，其置于调制器输入级之前，对输入信号起降频作用，降频之后的输入信号作用于调制器输入端，实现了分时的作用；一个积分器通道以及一个非完整积分器输出模块，置于输入信号采样器之后，实现时分多路系统所需的两路输出值；另外，还有两个基于压控振荡器的量化器，其置于积分器输出模块之后，由压控振荡器和计数器组成，实现对两条支路积分器输出的量化；一个完整输出产生模块，置于压控振荡器量化器之后，其作用是将量化器输出的值通过计算叠加，得到了真正需要的第二条通道的输出；一个反馈模块和两个数模转换模块，其置于完整积分输出模块与积分通道模块之间，完成反馈，使得系统工作在稳定状态下；最后还有一个输出多路开关，其置于完整输出产生模块之后，实现了对多路输出信号的合并，提高了输出的速率；

所述基于压控振荡器量化器的时分∑Δ调制器的输入信号先通过一个输入信号采样器进行降频，并把信号分成两条通路，然后通过积分器通道以及非完整 积分器输出模块，输出两条支路所需的输出值和非完整的输出值，之后在进入压控振荡器量化器，将两条通路的输出值进行量化，接着在进入完整输出产生模块，通过计算叠加，得到了真正需要的两条通道的输出，最后，进入输出两路开关，对两路输出信号的合并，多路合为一路，从而提高了输出的速率和信号带宽。

图3为本发明的新型的基于压控振荡器量化器的两通道时分∑Δ调制器的输出频谱图。从图中可以看出，本发明的新型基于压控振荡器量化器的两通道时分∑Δ调制器的信号带宽相比于传统二阶调制器提高了一倍以上。同时，系统的信噪比提高了21dB，实现了带宽和信噪比的同时提高，将大大降低系统的功耗，更有利于实现在低功耗系统中。

Claims (3)

1.一种基于压控振荡器的量化器的时分∑△调制器，其特征在于，在时分∑△调制器中采用基于压控振荡器的量化器作为积分器输出的量化模块，其中，所述压控振荡器量化器的时分∑△调制器包括：

输入信号采样器，所述输入信号采样器置于所述时分∑△调制器的输入级之前，对输入信号起降频作用，降频之后的输入信号作用于所述时分∑△调制器的输入端；

积分器通道以及非完整积分器输出模块，所述积分器通道以及非完整积分器输出模块置于所述输入信号采样器之后，以时分多路系统所需的各个输出值，其中，所述积分器通道的一端与所述输入信号采样器相连，所述积分器通道的另一端与所述非完整积分器输出模块相连；

基于压控振荡器的量化器，所述量化器置于所述积分器输出模块之后，所述量化器包括压控振荡器和计数器，以分别量化所述积分器通道和所述非完整积分器输出模块的输出；

完整输出产生模块，所述完整输出产生模块置于所述量化器之后，以将所述量化器输出的值进行计算叠加；

反馈模块和数模转换模块，所述反馈模块和数模转换模块置于所述完整输出产生模块与所述积分器通道之间，以完成反馈，其中，所述数模转换模块的一端与所述积分器通道相连，所述数模转换模块的另一端与所述反馈模块相连，所述反馈模块的另一端与所述完整输出产生模块相连；

输出多路开关，所述输出多路开关置于所述完整输出产生模块之后，以合并多路输出信号。

2.根据权利要求1，所述时分∑△调制器，其特征在于，其将单路输入信号先经输入采样器分时采样，分解成多条通路信号，然后分别进行积分和量化，最后再将多路的分时信号合为一路完整的输出信号。

3.根据权利要求1，所述时分∑△调制器，其特征在于，基于压控振荡器的量化器是由压控振荡器和计数器组成。