CN104682957B - Sigma-Delta模数转换器 - Google Patents

Abstract

一种Sigma‑Delta模数转换器，包括采样保持单元、放大单元、电压比较单元、输入斩波单元以及输出斩波单元；所述输入斩波单元适于对第一输入信号和第二输入信号进行斩波处理以获得并发送第一处理信号和第二处理信号至所述采样保持单元，所述第一输入信号和所述第二输入信号为差分信号；所述输出斩波单元适于对所述电压比较单元输出的第一比较信号和第二比较信号进行斩波处理以获得所述Sigma‑Delta模数转换器的输出信号。本发明提供的Sigma‑Delta模数转换器利用斩波技术消除了因温漂和低频噪声引起的失调。

Description

Sigma-Delta模数转换器

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及一种Sigma-Delta模数转换器。

背景技术

随着数字电子技术的迅速发展，各种数字设备，特别是数字电子计算机的应用日益广泛，几乎渗透到国民经济的所有领域之中。数字计算机只能够对数字信号进行处理，处理的结果还是数字量，它在用于生产过程自动控模数转换器制的时候，所要处理的变量往往是连续变化的物理量，如温度、压力、速度等都是模拟量，这些非电子信号的模拟量先要经过传感器变成电压或者电流信号，然后通过模数转换器转换成数字量，才能够送往计算机进行处理。

Sigma-Delta模数转换器因具有高分辨率、高集成度、低成本等优势，在集成电路领域得到了广泛的应用。图1是现有的一种Sigma-Delta模数转换器。参考图1，所述Sigma-Delta模数转换器包括采样保持单元11、放大单元12以及电压比较单元13。

所述采样保持单元11包括第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4、第五开关K5、第六开关K6、第七开关K7、第八开关K8、第九开关K9、第十开关K10、第一电容C1以及第二电容C2，所述第一开关K1的控制端和所述第二开关K2的控制端适于输入第一采样信号S1，所述第三开关K3的控制端和所述第四开关K4的控制端适于输入第二采样信号S2，所述第五开关K5的控制端和所述第六开关K6的控制端适于输入第三采样信号S3，所述第八开关K8的控制端和所述第十开关K10的控制端适于接收所述电压比较单元13输出的第一比较信号B1，所述第七开关K7的控制端和所述第九开关K9的控制端适于接收所述电压比较单元13输出的第二比较信号B2。所述第八开关K8和所述第九开关K9适于控制所述采样保持单元11接收第一参考电压Vrefp，所述第七开关K7和所述第十开关K10适于控制所述采样保持单元11接收第二参考电压Vrefn，所述第一参考电压Vrefp与所述第二参考电压Vrefn电压差即为所述Sigma-Delta模数转换器能够转换的最大电压。

所述放大单元12包括运算放大器OPA、第三电容C3以及第四电容C4。

所述电压比较单元13包括电压比较器Comp，所述电压比较器Comp的同相输出端适于输出所述第一比较信号B1，即所述电压比较器Comp的同相输出端连接所述第八开关K8的控制端和所述第十开关K10的控制端；所述电压比较器Comp的反相输出端适于输出所述第二比较信号B2，即所述电压比较器Comp的反相输出端连接所述第七开关K7的控制端和所述第九开关K9的控制端。将所述第二比较信号B2和所述第一比较信号B1转换为单端信号，所述单端信号作为数字滤波器的输入进行数字信号处理。所述Sigma-Delta模数转换器中各器件的连接关系参考图1所示，在此不再赘述。

图2示出了图1中各采样信号的波形示意图。具体地，所述第一采样信号S1、所述第二采样信号S2以及所述第三采样信号S3为频率和占空比相同的采样信号，各信号为高电平时控制相应的开关闭合，各信号为低电平时控制相应的开关断开。

所述采样保持单元11适于对待转换的电压与参考电压之间的差值进行采样和保持，输出第一采样电压U_S1和第二采样电压U_S2。第一输入信号Vinp和第二输入信号Vinn为差分信号，所述第一输入信号Vinp和所述第二输入信号Vinp的差值即为所述待转换的电压。所述第三开关K3和所述第四开关K4的连接端适于输入参考电位Vcm。

具体地，对所述第一输入信号Vinp和所述第二输入信号Vinn进行采样时，所述采样保持单元11中的开关仅所述第一开关K1、所述第二开关K2、所述第三开关K3以及所述第四开关K4闭合，其余开关断开，所述第一输入信号Vinp对所述第一电容C1充电，所述第二输入信号Vinn对所述第二电容C2充电；

对所述第一输入信号Vinp和所述第二输入信号Vinn进行保持时，所述第一开关K1、所述第二开关K2、所述第三开关K3以及所述第四开关K4断开，所述第七开关K7以及所述第九开关K9闭合（或断开），所述第八开关K8以及所述第十开关K10断开（或闭合），将所述待转换的电压与参考电压之间的差值输出至所述放大单元12。

所述放大单元12适于接收所述第一采样电压U_S1和所述第二采样电压U_S2，对采样到的待转换的电压与参考电压之间的差值进行积分放大，以获得第一放大信号A1和第二放大信号A2。

所述电压比较单元13适于接收所述第一放大信号A1和所述第二放大信号A2，并对所述第一放大信号A1和所述第二放大信号A2进行电压比较，以获得所述第一比较信号B1和第二比较信号B2。

当所述放大单元12的积分结果大于零时，输出给数字滤波器的值为1，所述第八开关K8和所述第九开关K9闭合；当所述放大单元12的积分结果小于零时，输出给数字滤波器的值为-1，所述第七开关K7和所述第十开关K10闭合。如此反复，直至所述放大单元12的积分结果等于0。

对于低速、高精度的Sigma-Delta模数转换器，通常采用片外校准的方式消除其内部阻抗失配引起的失调，但片外校准的方式无法消除因温漂和低频噪声（主要为1/f噪声，即闪烁噪声）引起的失调。

发明内容

本发明解决的是Sigma-Delta模数转换器因温漂和低频噪声引起的失调的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种Sigma-Delta模数转换器，包括采样保持单元、放大单元和电压比较单元，还包括输入斩波单元和输出斩波单元；

所述输入斩波单元适于对第一输入信号和第二输入信号进行斩波处理以获得并发送第一处理信号和第二处理信号至所述采样保持单元，所述第一输入信号和所述第二输入信号为差分信号；

所述输出斩波单元适于对所述电压比较单元输出的第一比较信号和第二比较信号进行斩波处理以获得所述Sigma-Delta模数转换器的输出信号。

可选的，所述输入斩波单元包括第一输入开关、第二输入开关、第三输入开关以及第四输入开关；

所述第一输入开关的第一端连接所述第二输入开关的第一端并适于输入所述第一输入信号，所述第三输入开关的第一端连接所述第四输入开关的第一端并适于输入所述第二输入信号；

所述第一输入开关的第二端连接所述第三输入开关的第二端并适于输出所述第一处理信号，所述第二输入开关的第二端连接所述第四输入开关的第二端并适于输出所述第二处理信号；

所述第一输入开关的控制端和所述第四输入开关的控制端适于输入第一斩波信号，所述第二输入开关的控制端和所述第三输入开关的控制端适于输入所述第一斩波信号的反相信号。

可选的，所述输出斩波单元包括第一输出开关以及第二输出开关；

所述第一输出开关的第一端适于输入所述第一比较信号，所述第二输出开关的第一端适于输入所述第二比较信号，所述第一输出开关的第二端连接所述第二输出开关的第二端并适于输出所述输出信号，所述第一输出开关的控制端适于输入第二斩波信号，所述第二输出开关的控制端适于输入所述第二斩波信号的反相信号。

可选的，所述放大单元包括第一控制开关、第二控制开关、第三控制开关、第四控制开关、第五控制开关、第六控制开关、第七控制开关、第八控制开关、第三电容、第四电容以及运算放大器；

所述运算放大器的同相输入端连接所述第一控制开关的第一端和所述第六控制开关的第一端并适于输入所述采样保持单元输出的第一采样电压，所述运算放大器的反相输入端连接所述第五控制开关的第一端和所述第二控制开关的第一端并适于输入所述采样保持单元输出的第二采样电压，所述运算放大器的反相输出端连接所述第三控制开关的第二端和所述第八控制开关的第二端并适于输出第一放大信号，所述运算放大器的同相输出端连接所述第七控制开关的第二端和所述第四控制开关的第二端并适于输出第二放大信号；

所述第三电容的一端连接所述第一控制开关的第二端和所述第二控制开关的第二端，所述第三电容的另一端连接所述第三控制开关的第一端和所述第四控制开关的第一端；

所述第四电容的一端连接所述第五控制开关的第二端和所述第六控制开关的第二端，所述第四电容的另一端连接所述第七控制开关的第一端和所述第八控制开关的第一端；

所述第一控制开关的控制端、第三控制开关的控制端、第五控制开关的控制端以及第七控制开关的控制端适于输入第三斩波信号，所述第二控制开关的控制端、第四控制开关的控制端、第六控制开关的控制端以及第八控制开关的控制端适于输入第三斩波信号的反相信号。

可选的，还包括开关控制单元，所述开关控制单元包括第九控制开关、第十控制开关、第十一控制开关以及第十二控制开关；

所述第九控制开关的第一端连接所述第十一控制开关的第一端并适于接收所述第一比较信号，所述第十控制开关的第一端连接所述第十二控制开关的第一端并适于接收所述第二比较信号；所述第九控制开关的第二端连接所述第十控制开关的第二端并适于输出第一控制信号，所述第十一控制开关的第二端连接所述第十二控制开关的第二端并适于输出第二控制信号；所述第九控制开关的控制端和所述第十二控制开关的控制端适于输入第四斩波信号，所述第十控制开关的控制端和所述第十一控制开关的控制端适于输入所述第四斩波信号的反相信号。

可选的，所述采样保持单元包括第七开关、第八开关、第九开关以及第十开关；

所述第七开关的第一端连接所述第八开关的第一端，所述第九开关的第一端连接所述第十开关的第一端，所述第八开关的第二端和所述第九开关的第二端适于接收第一参考电压，所述第七开关的第二端和所述第十开关的第二端适于接收第二参考电压；

所述第八开关的控制端和所述第十开关的控制端适于输入所述第一控制信号，所述第七开关的控制端和所述第九开关的控制端适于输入所述第二控制信号。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

通过在Sigma-Delta模数转换器的输入端增加输入斩波单元和在所述Sigma-Delta模数转换器的输出端增加输出斩波单元，对所述Sigma-Delta模数转换器的整个模拟信号链路进行斩波，能够消除因温漂和低频噪声引起的失调。

进一步，所述Sigma-Delta模数转换器还包括开关控制单元，所述开关控制单元输出的第一控制信号和第二控制信号作为采样保持单元中的第七开关、第八开关、第九开关以及第十开关的控制信号。每次斩波时，切换第一参考电压和第二参考电压，对放大单元中的第三电容和第四电容作了对调处理，保证了在斩波频率较高时所述Sigma-Delta模数转换器的转换精度。

附图说明

图1是现有的一种Sigma-Delta模数转换器的电路示意图；

图2是图1所示的Sigma-Delta模数转换器中各采样信号的波形示意图；

图3是本发明实施例的Sigma-Delta模数转换器的一种电路示意图；

图4是图3所示的Sigma-Delta模数转换器中各采样信号及斩波信号的波形示意图；

图5是本发明实施例的Sigma-Delta模数转换器的另一种电路示意图；

图6是图5所示的Sigma-Delta模数转换器中各采样信号及斩波信号的波形示意图。

具体实施方式

正如背景技术中所描述的，对于图1所示的Sigma-Delta模数转换器，通过采用片外校准的方式可以消除其内部阻抗失配引起的失调，但却无法消除因温漂和低频噪声（主要为1/f噪声，即闪烁噪声）引起的失调。

为了消除因温漂和低频噪声引起的失调，本发明技术方案提供一种引入斩波技术的Sigma-Delta模数转换器。斩波技术是通过将失调电压调制到高频，再通过低通滤波处理以消除失调电压。具体地，先用一个方波信号将输入信号调制到高频，再将调制到高频后的输入信号和失调电压一同作为放大器的输入信号进行放大，最后将放大器的输出信号进行解调。经过上述处理，放大器的输出信号被解调成只携带有偶数倍谐波频率的分量，失调电压由于只被调制一次而被移到高频，并只携带有奇数倍谐波频率的分量。解调后的信号再经过一个带宽略大于输入信号截止频率的低通滤波器，就可获得被放大的初始信号。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

图3是本发明实施例提供的一种Sigma-Delta模数转换器的电路示意图。参考图3，所述Sigma-Delta模数转换器包括采样保持单元31、放大单元32、电压比较单元33、输入斩波单元34以及输出斩波单元35。

所述输入斩波单元34适于对第一输入信号Vinp和第二输入信号Vinn进行斩波处理以获得第一处理信号D1和第二处理信号D2，所述第一输入信号Vinp和所述第二输入信号Vinp为差分信号，所述第一输入信号Vinp和所述第二输入信号Vinp的差值即为待转换的电压。

所述采样保持单元31适于接收所述第一处理信号D1和所述第二处理信号D2，并对所述待转换的电压与参考电压之间的差值进行采样和保持，输出第一采样电压U_S1和第二采样电压U_S2。

所述放大单元32适于接收所述第一采样电压U_S1和第二采样电压U_S2，并对采样到的待转换的电压与参考电压之间的差值进行积分放大处理，输出第一放大信号A1和第二放大信号A2。

所述电压比较单元33适于接收所述第一放大信号A1和所述第二放大信号A2，并进行电压比较，输出第一比较信号B1和第二比较信号B2。

所述输出斩波单元35适于对所述第一比较信号B1和所述第二比较信号B2进行斩波处理以获得所述Sigma-Delta模数转换器的输出信号Dout，所述输出信号Dout作为数字滤波器的输入。

具体地，所述输入斩波单元31包括第一输入开关KI1、第二输入开关KI2、第三输入开关KI3以及第四输入开关KI4。

所述第一输入开关KI1的第一端连接所述第二输入开关KI2的第一端并适于输入所述第一输入信号Vinp，所述第三输入开关KI3的第一端连接所述第四输入开关KI4的第一端并适于输入所述第二输入信号Vinn；

所述第一输入开关KI1的第二端连接所述第三输入开关KI3的第二端并适于输出所述第一处理信号D1，所述第二输入开关KI2的第二端连接所述第四输入开关KI4的第二端并适于输出所述第二处理信号D2；

所述第一输入开关KI1的控制端和所述第四输入开关KI4的控制端适于输入第一斩波信号P1，所述第二输入开关KI2的控制端和所述第三输入开关KI3的控制端适于输入所述第一斩波信号P1的反相信号。所述第一斩波信号P1的反相信号可以由所述第一斩波信号P1通过反相器获得，也可以采用其他方式获得，本发明对此不作限定。

需要说明的是，在本实施例中，所述第一输入开关KI1、所述第二输入开关KI2、所述第三输入开关KI3以及所述第四输入开关KI4可以均为MOS管。MOS管的漏极和源极分别为输入开关的第一端和第二端，MOS管的栅极为输入开关的控制端。

所述采样保持单元31包括第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4、第五开关K5、第六开关K6、第七开关K7、第八开关K8、第九开关K9、第十开关K10、第一电容C1以及第二电容C2。

所述第一开关K1的第一端适于输入所述第一处理信号D1，即所述第一开关K1的第一端连接所述第一输入开关KI1的第二端和所述第三输入开关KI3的第二端，所述第一开关K1的第二端连接所述第一电容C1的一端、所述第七开关K7的第一端以及所述第八开关K8的第一端，所述第一开关K1的控制端适于输入第一采样信号S1；

所述第二开关K2的第一端适于输入所述第二处理信号D2，即所述第二开关K2的第一端连接所述第二输入开关KI2的第二端和所述第四输入开关KI4的第二端，所述第二开关K2的第二端连接所述第二电容C2的一端、所述第九开关K9的第一端以及所述第十开关K10的第一端，所述第二开关K2的控制端适于输入所述第一采样信号S1；

所述第一电容C1的另一端连接所述第三开关K3的第一端和所述第五开关K5的第一端；

所述第二电容C2的另一端连接所述第四开关K4的第一端和所述第六开关K6的第二端；

所述第三开关K3的第二端连接所述第四开关K4的第二端并适于输入参考电位Vcm，所述参考电位Vcm可以为所述Sigma-Delta模数转换器的电源电压的一半，所述第三开关K3的控制端和所述第四开关K4的控制端适于输入第二采样信号S2；

所述第五开关K5的第二端适于输出所述第一采样电压U_S1，所述第六开关K6的第二端适于输出所述第二采样电压U_S2，所述第五开关K5的控制端和所述第六开关K6的控制端适于输入第三采样信号S3；

所述第八开关K8的第二端和所述第九开关K9的第二端适于接收第一参考电压Vrefp，所述第七开关K7的第二端和所述第十开关K10的第二端适于接收第二参考电压Vrefn，所述第一参考电压Vrefp与所述第二参考电压Vrefn电压差即为所述Sigma-Delta模数转换器能够转换的最大电压；

所述第八开关K8的控制端和所述第十开关K10的控制端适于输入所述第一比较信号B1，所述第七开关K7的控制端和所述第九开关K9的控制端适于输入所述第二比较信号B2。

所述放大单元32包括第三电容C3、第四电容C4以及运算放大器OPA。

所述运算放大器OPA的同相输入端连接所述第三电容C3的一端并适于输入所述第一采样电压U_S1，即所述运算放大器OPA的同相输入端连接所述第三电容C3的一端和所述第五开关K5的第二端，所述运算放大器OPA的反相输入端连接所述第四电容C4的一端并适于输入所述第二采样电压U_S2，即所述运算放大器OPA的反相输入端连接所述第四电容C4的一端和所述第六开关K6的第二端，所述运算放大器OPA的反相输出端连接所述第三电容C3的另一端并适于输出所述第一放大信号A1，所述运算放大器OPA的同相输出端连接所述第四电容C4的另一端并适于输出所述第二放大信号A2。

所述电压比较单元33包括电压比较器Comp。

所述电压比较器Comp的同相输入端适于输入所述第一放大信号A1，即所述电压比较器Comp的同相输入端连接所述运算放大器OPA的反相输出端和所述第三电容C3的第二端，所述电压比较器Comp的反相输入端适于输入所述第二放大信号A2，即所述电压比较器Comp的反相输入端连接所述运算放大器OPA的同相输出端和所述第四电容C4的第二端，所述电压比较器Comp的同相输出端适于输出所述第一比较信号B1，所述电压比较器Comp的反相输出端适于输出所述第二比较信号B2。

所述输出斩波单元35包括第一输出开关KO1以及第二输出开关KO2。

所述第一输出开关KO1的第一端适于输入所述第一比较信号B1，即所述第一输出开关KO1的第一端连接所述电压比较器Comp的同相输出端，所述第二输出开关KO2的第一端适于输入所述第二比较信号B2，即所述第二输出开关KO2的第一端连接所述电压比较器Comp的反相输出端，所述第一输出开关KO1的第二端连接所述第二输出开关KO2的第二端并适于输出所述输出信号Dout，所述第一输出开关KO1的控制端适于输入第二斩波信号P2，所述第二输出开关KO2的控制端适于输入所述第二斩波信号P2的反相信号

需要说明的是，本实施例中的所有开关均可以为MOS管，MOS管的漏极和源极分别为开关的第一端和第二端，MOS管的栅极为开关的控制端，在其他实施例中，所述Sigma-Delta模数转换器中的开关也可以为其他具有开关功能的元器件，本发明对此不作限定。

图4是图3中各采样信号及斩波信号的波形示意图。具体地，所述第一采样信号S1、所述第二采样信号S2以及所述第三采样信号S3的频率和占空比相同，所述第一斩波信号P1的反相信号与所述第二斩波信号P2的频率和占空比相同。

根据奈奎斯特采样原理，为了避免信输入信号的混叠，斩波频率必须远大于两倍的信号带宽，在本实施例中，所述第一采样信号S1、所述第二采样信号S2以及所述第三采样信号S3的频率为32kHz，所述第一斩波信号P1与所述第二斩波信号P2的频率为1kHz。

所述第一采样信号S1、所述第二采样信号S2以及所述第三采样信号S3之间的时序关系与现有技术中相同，在此不再赘述。所述第一斩波信号P1的反相信号的上升沿与所述第一采样信号S1的上升沿同步，所述第一斩波信号P1的反相信号的高电平持续时间等于所述第一采样信号S1的三个周期。所述第二斩波信号P2滞后于所述第一斩波信号P1的反相信号且滞后时间小于所述第一采样信号S1的周期，所述第二斩波信号P2的上升沿与所述第三采样信号S3的下降沿同步。

本实施例中，各信号为高电平时控制相应的开关闭合，各信号为低电平时控制相应的开关断开。例如，当所述第一采样信号S1为高电平时，所述第一开关K1闭合；当所述第一采样信号S1为低电平时，所述第一开关K1断开。

需要说明的是，图4所示的各采样信号及斩波信号的时序图只是配合所述Sigma-Delta模数转换器工作的一个具体实施例，在其他实施例中，控制所述Sigma-Delta模数转换器工作的采样信号和斩波信号也可以为其他形式的信号，本发明对此不作限定。

所述采样保持单元31、放大单元32以及电压比较单元33的工作原理与现有技术中相同，在此不再赘述。将所述Sigma-Delta模数转换器的失调建模为叠加到输入信号的失调电压Vos，那么当所述第一斩波信号P1为高电平时，所述Sigma-Delta模数转换器的输出结果为：（Vinp-Vinn）+Vos；当所述第一斩波信号P1为低电平时，所述Sigma-Delta模数转换器的输出结果为：-[（Vinn-Vinp）+Vos]。在数字滤波器中将这两个结果求平均值以后，消除了所述失调电压Vos，得到所述Sigma-Delta模数转换器的最终输出结果：（Vinp-Vinn），这与没有任何失调项的差分输入电压相等。因此，本实施例的Sigma-Delta模数转换器能够消除因温漂和低频噪声引起的失调。

根据斩波原理，斩波频率越高，滤除的低频噪声越多。但是，每进行一次斩波，由于所述第一处理信号D1和所述第二处理信号D2会相互交换，造成所述放大单元32的积分方向改变，所述Sigma-Delta模数转换器的转换精度降低。例如，在所述放大单元32的积分结果向1靠近的过程中进行斩波，所述放大单元32的积分结果会向0靠近。鉴于此，本发明实施例提供另一种Sigma-Delta模数转换器，保证斩波频率较高时所述Sigma-Delta模数转换器的转换精度。

图5是本发明实施例提供的另一种Sigma-Delta模数转换器。参考图5，所述Sigma-Delta模数转换器包括采样保持单元51、放大单元52、电压比较单元53、输入斩波单元54、输出斩波单元55以及开关单元56。所述电压比较单元53、输入斩波单元54以及输出斩波单元55与前一实施例类似，在此不再赘述。

具体地，所述放大单元52包括第一控制开关KC1、第二控制开关KC2、第三控制开关KC3、第四控制开关KC4、第五控制开关KC5、第六控制开关KC6、第七控制开关KC7、第八控制开关KC8、第三电容C3、第四电容C4以及运算放大器OPA。

所述运算放大器OPA的同相输入端连接所述第一控制开关KC1的第一端和所述第六控制开关KC6的第一端并适于输入所述采样保持单元51输出的第一采样电压U_S1，所述运算放大器OPA的反相输入端连接所述第五控制开关KC5的第一端和所述第二控制开关KC2的第一端并适于输入所述采样保持单元51输出的第二采样电压U_S2，所述运算放大器OPA的反相输出端连接所述第三控制开关KC3的第二端和所述第八控制开关KC8的第二端并适于输出第一放大信号A1，所述运算放大器OPA的同相输出端连接所述第七控制开关KC7的第二端和所述第四控制开关KC4的第二端并适于输出第二放大信号A2；

所述第三电容C3的一端连接所述第一控制开关KC1的第二端和所述第二控制开关KC2的第二端，所述第三电容C3的另一端连接所述第三控制开关KC3的第一端和所述第四控制开关KC4的第一端；

所述第四电容C4的一端连接所述第五控制开关KC5的第二端和所述第六控制开关KC6的第二端，所述第四电容C4的另一端连接所述第七控制开关KC7的第一端和所述第八控制开关KC8的第一端；

所述第一控制开关KC1的控制端、第三控制开关KC3的控制端、第五控制开关KC5的控制端以及第七控制开关KC7的控制端适于输入第三斩波信号P3，所述第二控制开关KC2的控制端、第四控制开关KC4的控制端、第六控制开关KC6的控制端以及第八控制开关KC8的控制端适于输入第三斩波信号P3的反相信号。

所述开关控制单元56包括第九控制开关KC9、第十控制开关KC10、第十一控制开关KC11以及第十二控制开关KC12。

所述第九控制开关KC9的第一端连接所述第十一控制开关KC11的第一端并适于接收所述电压比较单元53输出的第一比较信号B1，所述第十控制开关KC10的第一端连接所述第十二控制开关KC12的第一端并适于接收所述电压比较单元53输出的第二比较信号B2；所述第九控制开关KC9的第二端连接所述第十控制开关KC10的第二端并适于输出第一控制信号E1，所述第十一控制开关KC11的第二端连接所述第十二控制开关KC12的第二端并适于输出第二控制信号E2；所述第九控制开关KC9的控制端和所述第十二控制开关KC12的控制端适于输入第四斩波信号P4，所述第十控制开关KC10的控制端和所述第十一控制开关KC11的控制端适于输入所述第四斩波信号P4的反相信号。

与前一实施例不同，所述采样保持单元51中的第八开关K8的控制端和所述第十开关K10的控制端适于输入所述第一控制信号E1，所述第七开关K7的控制端和所述第九开关K9的控制端适于输入所述第二控制信号E2。

图6是图5中各采样信号及斩波信号的波形示意图。具体地，所述第一采样信号S1、所述第二采样信号S2、所述第三采样信号S3、所述第一斩波信号P1的反相信号、所述第二斩波信号P2之间的时序关系与图4所示的信号类似，可参考对图4的描述，在此不再赘述。

所述第三斩波信号P3的频率和占空比与所述第一斩波信号P1相同，所述第三斩波信号P3的上升沿与所述第三采样信号S3的上升沿同步。并且，所述第三斩波信号P3滞后于所述第一斩波信号P1的反相信号、超前于所述第二斩波信号P2，滞后时间和超前时间小于所述第一采样信号S1的周期。

所述第四斩波信号P4的频率与所述第一斩波信号P1的频率相同，超前于所述第一斩波信号P1的反相信号超前时间小于所述第一采样信号S1的周期。并且，所述第四斩波信号P4的上升沿与所述第三采样信号S3的下降沿同步，高电平持续时间为所述第三采样信号S3的周期。

所述采样保持单元51、电压比较单元53、输入斩波单元54以及输出斩波单元55的工作原理与前一实施例类似，在此不再赘述。在本实施例中，每次斩波时，所述开关单元56输出的第一控制信号E1和所述第二控制信号E2控制所述采样保持单元51切换所述第一参考电压Vrefp和所述第二参考电压Vrefn，所述第三斩波信号P3及其反相信号控制所述第三电容C3和第四电容C4进行对调，保持所述放大单元32的积分方向不变。

具体地，若在斩波前，所述输入斩波单元54中的第一输入开关KI1和第四输入开关KI4闭合，所述采样保持单元51中的第七开关K7和第九开关K9闭合，所述放大单元52中的第一控制开关KC1、第三控制开关KC3、第五控制开关KC5和第七控制开关KC7闭合，则所述第三电容C3是对所述第一输入信号Vinp与所述第二参考电压Vrefn之间的差值进行积分，所述第四电容C4是对所述第二输入信号Vinn与所述第一参考电压Vrefp之间的差值进行积分。

进行斩波后，通过所述第一控制信号E1、第二控制信号E2、第三斩波信号P3以及第三斩波信号P3的反相信号的控制，所述输入斩波单元54中的第二输入开关KI2和第三输入开关KI3闭合，所述采样保持单元51中的第八开关K8和第十开关K10闭合，所述放大单元52中的第二控制开关KC2、第四控制开关KC4、第六控制开关KC6和第八控制开关KC8闭合，所述第三电容C3仍是对所述第一输入信号Vinp与所述第二参考电压Vrefn之间的差值进行积分，所述第四电容C4仍是对所述第二输入信号Vinn与所述第一参考电压Vrefp之间的差值进行积分。因此，斩波前后所述放大单元52的积分方向不变，保证了在斩波频率较高时所述Sigma-Delta模数转换器的转换精度。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (7)

1.一种Sigma-Delta模数转换器，包括采样保持单元、放大单元和电压比较单元，其特征在于，还包括输入斩波单元、输出斩波单元和开关控制单元；

所述输入斩波单元适于对第一输入信号和第二输入信号进行斩波处理以获得并发送第一处理信号和第二处理信号至所述采样保持单元，所述第一输入信号和所述第二输入信号为差分信号；

所述输出斩波单元适于对所述电压比较单元输出的第一比较信号和第二比较信号进行斩波处理以获得所述Sigma-Delta模数转换器的输出信号；

所述采样保持单元包括第七开关、第八开关、第九开关以及第十开关，所述第八开关的第二端和所述第九开关的第二端适于接收第一参考电压，所述第七开关的第二端和所述第十开关的第二端适于接收第二参考电压；

所述开关控制单元包括第九控制开关、第十控制开关、第十一控制开关以及第十二控制开关；

所述第九控制开关的第一端连接所述第十一控制开关的第一端并适于接收所述第一比较信号，所述第十控制开关的第一端连接所述第十二控制开关的第一端并适于接收所述第二比较信号；所述第九控制开关的第二端连接所述第十控制开关的第二端并适于输出第一控制信号，所述第十一控制开关的第二端连接所述第十二控制开关的第二端并适于输出第二控制信号；所述第九控制开关的控制端和所述第十二控制开关的控制端适于输入第四斩波信号，所述第十控制开关的控制端和所述第十一控制开关的控制端适于输入所述第四斩波信号的反相信号；

所述开关控制单元输出的第一控制信号和第二控制信号作为采样保持单元中的第七开关、第八开关、第九开关、以及第十开关的控制信号；

每次斩波时，所述开关控制单元输出的第一控制信号和所述第二控制信号控制所述采样保持单元切换所述第一参考电压和第二参考电压。

2.如权利要求1所述的Sigma-Delta模数转换器，其特征在于，所述输入斩波单元包括第一输入开关、第二输入开关、第三输入开关以及第四输入开关；

所述第一输入开关的第一端连接所述第二输入开关的第一端并适于输入所述第一输入信号，所述第三输入开关的第一端连接所述第四输入开关的第一端并适于输入所述第二输入信号；

所述第一输入开关的第二端连接所述第三输入开关的第二端并适于输出所述第一处理信号，所述第二输入开关的第二端连接所述第四输入开关的第二端并适于输出所述第二处理信号；

所述第一输入开关的控制端和所述第四输入开关的控制端适于输入第一斩波信号，所述第二输入开关的控制端和所述第三输入开关的控制端适于输入所述第一斩波信号的反相信号。

3.如权利要求2所述的Sigma-Delta模数转换器，其特征在于，所述第一输入开关、第二输入开关、第三输入开关以及第四输入开关均为MOS管。

4.如权利要求1所述的Sigma-Delta模数转换器，其特征在于，所述输出斩波单元包括第一输出开关以及第二输出开关；

所述第一输出开关的第一端适于输入所述第一比较信号，所述第二输出开关的第一端适于输入所述第二比较信号，所述第一输出开关的第二端连接所述第二输出开关的第二端并适于输出所述输出信号，所述第一输出开关的控制端适于输入第二斩波信号，所述第二输出开关的控制端适于输入所述第二斩波信号的反相信号。

5.如权利要求1至4任一项所述的Sigma-Delta模数转换器，其特征在于，所述放大单元包括第一控制开关、第二控制开关、第三控制开关、第四控制开关、第五控制开关、第六控制开关、第七控制开关、第八控制开关、第三电容、第四电容以及运算放大器；

所述运算放大器的同相输入端连接所述第一控制开关的第一端和所述第六控制开关的第一端并适于输入所述采样保持单元输出的第一采样电压，所述运算放大器的反相输入端连接所述第五控制开关的第一端和所述第二控制开关的第一端并适于输入所述采样保持单元输出的第二采样电压，所述运算放大器的反相输出端连接所述第三控制开关的第二端和所述第八控制开关的第二端并适于输出第一放大信号，所述运算放大器的同相输出端连接所述第七控制开关的第二端和所述第四控制开关的第二端并适于输出第二放大信号；

所述第三电容的一端连接所述第一控制开关的第二端和所述第二控制开关的第二端，所述第三电容的另一端连接所述第三控制开关的第一端和所述第四控制开关的第一端；

所述第四电容的一端连接所述第五控制开关的第二端和所述第六控制开关的第二端，所述第四电容的另一端连接所述第七控制开关的第一端和所述第八控制开关的第一端；

所述第一控制开关的控制端、第三控制开关的控制端、第五控制开关的控制端以及第七控制开关的控制端适于输入第三斩波信号，所述第二控制开关的控制端、第四控制开关的控制端、第六控制开关的控制端以及第八控制开关的控制端适于输入第三斩波信号的反相信号。

6.如权利要求5所述的Sigma-Delta模数转换器，其特征在于，

所述第七开关的第一端连接所述第八开关的第一端，所述第九开关的第一端连接所述第十开关的第一端；

所述第八开关的控制端和所述第十开关的控制端适于输入所述第一控制信号，所述第七开关的控制端和所述第九开关的控制端适于输入所述第二控制信号。

7.如权利要求1所述的Sigma-Delta模数转换器，其特征在于，所述电压比较单元包括电压比较器；

所述电压比较器的同相输入端适于输入所述放大单元输出的第一放大信号，所述电压比较器的反相输入端适于输入所述放大单元输出的第二放大信号，所述电压比较器的同相输出端适于输出所述第一比较信号，所述电压比较器的反相输出端适于输出所述第二比较信号。