CN105049044B - 射频信号收发机芯片中的模数转换器 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的是为了克服模数转换器的功耗高和量化输出信号不能同步对齐，需要对原有的模数转换器进行改进，提供一种不需要参考电阻网络，以及可以将量化输出信号进行同步对齐的模数转换器。该模数转换器包括依次连接的量化电路、编码器和数字信号采样保持电路，所述量化电路用于将输入的模拟信号量化相互比较后输出数字信号，编码器用于对量化电路输出的数字信号进行编码，数字信号采样保持电路用于使编码器输出的两位数字信号同步对齐。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于射频信号收发机芯片中的模数转换器，特别适用于全球定位系统接收机中应用的单片集成射频芯片。
背景技术
射频信号接收机芯片的主要作用是将射频输入信号下变频到中频范围，再将其采样为数字信号。模数转换器的作用就是将中频输出的模拟信号经过采样量化后，转换为数字信号的过程。
模数转换器包括采样保持电路，比较器，编码器等几个主要模块。
目前采用的模数转换器大多是全并行模数转换器，全并行模数转换器由于参考电阻的存在导致模数转换器的功耗比较大，同时量化后的数字信号很难对齐限制了量化的精度。
发明内容
本发明的目的是为了克服模数转换器的功耗高和量化输出信号不能同步对齐，需要对原有的模数转换器进行改进，提供一种不需要参考电阻网络，以及可以将量化输出信号进行同步对齐的模数转换器。
本发明的技术方案是这样解决的：
模数转换器包含：
一量化电路，用来将模拟输入信号量化成数字信号；其中包括比较器，其作用就是将模拟信号相互比较输出数字信号；及
一编码器，其对比较器输出的结果进行编码；
一数字信号采样保持电路，其作用是使编码器输出的两位数字信号进行同步对齐；
量化电路的作用就是将输入的一对差模模拟信号，先是经过电容和上拉电阻将这对差模信号的共模电平提高到电源电压，再经过源跟随器和降压电阻将输入的两路信号分成四路信号。这四路信号通过比较器两两进行比较，最后输出3对差分数字信号。
编码器是将比较器输出的数字信号通过组合逻辑关系输出两位数字信号，符号位和幅值位。
编码器输出的数字信号并不理想，由于存在前级电路的影响，两位数字信号很有可能不同步对其，容易导致最终的量化结果不精确，数字信号采样保持电路就是解决这种问题。
本发明的优点在于：
本发明提供的射频信号收发机芯片中的模数转换器功耗低、在不需要参考电阻网络的前提下即可实现量化输出信号同步对齐。
附图说明
图1为本发明模数转换器整体结构示意框图；
图2为图1中量化电路的结构示意框图；
图3为图2中比较器的电路原理图；
图4为图1中编码器的电路原理图；
图5为图1中数字信号采样保持电路原理图。
具体实施方式
附图为本发明的实施例
下面结合附图对本发明的发明内容作进一步说明：
参照图1所示，模数转换器的原理是将输入的模拟信号4先经过量化电路1进行量化，量化之后的信号再进行编码器2的处理得到数字信号，数字采样保持电路3再将编码器输出的信号进行同步对齐得到最终模数转换的数字信号5。模拟输入信号4是一对差模信号，共模电平为0，最终输出的两位数字信号是符号位sign和幅值位mag。
图2所示量化电路1的结构框图。输入端IFO和IFON是一对差模输入信号，输出端SIGN、SIGNN、AMP50N、AMP50、AMP_50、AMP_50N。输入端IFO、IFON分别与电容C2、C1串联接在M1、M0的栅极；上拉电阻R9的一端接VDD，另一端接M1的栅极，R10的一端接VDD，另一端接M0的栅极，R11的一端接M1的栅极，另一端接GND，R12的一端接M0的栅极，另一端接GND；M1和M0的漏极均接VDD，源极分别与R15、R16相连，R15、R16的另一端分别与M3、M2的漏极相连；M3、M2的源极均接地，栅极均接到M4的漏极；M4的栅极与漏极相连，并与偏置电流输入端IBIAS25U相连，源极接GND；比较器I15的输入端INP接到M1的源极，INN接到M0的源极；比较器I16的输入端INP接到M0的源极，INN接到M3的漏极；比较器I17的输入端INP接到M2的漏极，INN接到M1的源极。
图3所示是图2中比较器的电路原理图。输入端INP和INN分别接在M16、M17的栅极，M16、M17的源极相连在一起并接到M13的漏极，M16、M17的漏极分别接在M21、M20的漏极；M18、M19、M20、M21、M22、M23的源极均接VDD，M21与M23的栅极相连，并与M21与M18的漏极相连在一起；M20与M18的栅极相连，并与M23与M20的漏极相连在一起；M22的栅极接在M21的漏极，M22的漏极接在M15的漏极；M15的漏极与栅极相连并接在M12的栅极，M15的源极与M12的源极相连并接GND；M19的栅极接在M20的漏极，MOS管M19的漏极接MOS管M12的漏极；M13与M26的源极相连并接GND，M26的栅极和漏极与M13的栅极相连并接到偏置电流输入IBIAS15U；反相器I20的输入端接在M19的漏极，输出端为OUTP，反相器I19输入端接I20的输出端，输出端为OUTN。
图4所示是图1中编码器的电路原理图。反相器I1、I2、I3的输入端分别为IN1、IN2、IN3，IN1接量化电路输出端SIGNN，IN2接量化电路输出端AMP_50N。IN3接量化电路输出端AMP50N；I2和I3的输出端分别接到或门I5的两个输入端，或门I5的输出端为mag，反相器I1的输出端为sign。
图5所示是图1中数字信号采样保持电路原理图。D触发器I3、I6的输入端IN1、IN2分别接编码器的输出端SIGN与MAG，I3和I6的输出端分别是S_L、M_L；采样信号CLK接到或门I5的输入端，I5的输出端接到反相器I4的输入端，I4的输出端接到D触发器I3和I6的采样信号端CK。
本发明产品应用于北斗导航系统接收机射频芯片SDT6112中，采用TSMC0.18μmRFCMOS工艺设计生产，并测试成功。
Claims (5)
1.一种射频信号收发机芯片中的模数转换器，其特征在于：包括依次连接的量化电路、编码器和数字信号采样保持电路，所述量化电路用于将输入的模拟信号量化为数字信号并输出，编码器用于对量化电路输出的数字信号进行编码，数字信号采样保持电路用于使编码器输出的两位数字信号同步对齐。
2.根据权利要求1所述的射频信号收发机芯片中的模数转换器，其特征在于：所述量化电路包括两个信号输入端和六个信号输出端，信号输入端IFO和IFON是一对差模输入信号，信号输出端分别为SIGN、SIGNN、AMP50N、AMP50、AMP_50、AMP_50N；所述输入端IFO、IFON分别与电容C2、C1串联接在MOS管M1、M0的栅极；上拉电阻R9的一端接VDD，另一端接MOS管M1的栅极，电阻R10的一端接VDD，另一端接MOS管M0的栅极，电阻R11的一端接MOS管M1的栅极，另一端接GND，电阻R12的一端接MOS管M0的栅极，另一端接GND；MOS管M1和M0的漏极均接VDD，源极分别与电阻R15、R16相连，电阻R15、R16的另一端分别与MOS管M3、M2的漏极相连；MOS管M3、M2的源极均接地，栅极均接到MOS管M4的漏极；MOS管M4的栅极与漏极相连，并与偏置电流输入端IBIAS25U相连，源极接GND；比较器I15的输入端INP接到MOS管M1的源极，INN接到MOS管M0的源极；比较器I16的输入端INP接到MOS管M0的源极，INN接到MOS管M3的漏极；比较器I17的输入端INP接到MOS管M2的漏极，INN接到MOS管M1的源极。
3.根据权利要求2所述的射频信号收发机芯片中的模数转换器，其特征在于：所述比较器的输入端INP和INN分别接在MOS管M16、M17的栅极，MOS管M16、M17的源极相连在一起并接到MOS管M13的漏极，MOS管M16、M17的漏极分别接在MOS管M21、M20的漏极；MOS管M18、M19、M20、M21、M22、M23的源极均接VDD，MOS管M21、M23的栅极相连，并与MOS管M21、M18的漏极相连在一起；MOS管M20、M18的栅极相连，并与MOS管M23、M20的漏极相连在一起；MOS管M22的栅极接在MOS管M21的漏极，MOS管M22的漏极接在MOS管M15的漏极；MOS管M15的漏极与栅极相连并接在MOS管M12的栅极，MOS管M15的源极与MOS管M12的源极相连并接GND；MOS管M19的栅极接在MOS管M20的漏极，MOS管M19的漏极接MOS管M12的漏极；MOS管M13与MOS管M26的源极相连并接GND，MOS管M26的栅极和漏极与MOS管M13的栅极相连并接到偏置电流输入端IBIAS15U；反相器I20的输入端接在MOS管M19的漏极，输出端为OUTP，反相器I19输入端接反相器I20的输出端，输出端为OUTN。
4.根据权利要求1至3任一所述的射频信号收发机芯片中的模数转换器，其特征在于：所述编码器包括三个反相器，三个反相器I1、I2、I3的输入端分别为IN1、IN2、IN3，输入端IN1接量化电路输出端SIGNN，输入端IN2接量化电路输出端AMP_50N，输入端IN3接量化电路输出端AMP50N；反相器I2和I3的输出端分别接到或门I5的两个输入端，或门I5的输出端为mag，反相器I1的输出端为sign。
5.根据权利要求1至3任一所述的射频信号收发机芯片中的模数转换器，其特征在于：所述数字信号采样保持电路的D触发器I3、I6的输入端IN1、IN2分别接编码器的输出端SIGN和MAG，D触发器I3和I6的输出端分别是S_L、M_L；采样信号CLK接到或门I5的输入端，I5的输出端接到反相器I4的输入端，I4的输出端接到D触发器I3和I6的采样信号端CK。
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