CN105356885B - 一种轨到轨输入的连续时间差异积分调制器 - Google Patents

一种轨到轨输入的连续时间差异积分调制器 Download PDF

Info

Publication number
CN105356885B
CN105356885B CN201510824612.7A CN201510824612A CN105356885B CN 105356885 B CN105356885 B CN 105356885B CN 201510824612 A CN201510824612 A CN 201510824612A CN 105356885 B CN105356885 B CN 105356885B
Authority
CN
China
Prior art keywords
input
rail
nmos tube
circuit
sample circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201510824612.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105356885A (zh
Inventor
李正平
石磊
陈志坚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yuan Shuai
Original Assignee
Guangzhou Yixin Information Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangzhou Yixin Information Technology Co Ltd filed Critical Guangzhou Yixin Information Technology Co Ltd
Priority to CN201510824612.7A priority Critical patent/CN105356885B/zh
Publication of CN105356885A publication Critical patent/CN105356885A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105356885B publication Critical patent/CN105356885B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)

Abstract

本发明公开了一种轨到轨输入的连续时间差异积分调制器,包括积分电路、量化电路及采样电路,积分电路用于实现输入电压和反馈电压的相减和积分,量化电路用于实现对积分电路的输出的量化,采样电路用于实现对量化电路的采样。其中,积分电路基于反相器和RC积分器结构实现,量化电路基于反相器结构实现,采样电路基于真单相时钟结构的延迟触发器实现。与现有技术相比,本发明基于反相器和TSPC(True Single Phase Clock,真单相时钟)结构的DFF,结合电阻和电容,实现了一个结构简单、易于迁移的轨到轨输入的连续时间差异积分调制器,适用于对全电源电压范围的低频模拟量进行监控,减小了面积,降低了功耗,提高了集成度,从而降低了生产成本,延长了待机时间。

Description

一种轨到轨输入的连续时间差异积分调制器
技术领域
本发明涉及数模转换器技术领域,特别是涉及一种轨到轨输入的连续时间差异积分调制器。
背景技术
在集成电路中,往往需要对各种直流和低频电压和电流参数进行检测,以便了解芯片的工作状态,从而进行适当的调节,使芯片工作在最佳状态。比如温度变化一般来说是缓慢的,但对电路的工作性能影响很大。此时,片上温度传感器可输出电压量,用于表示温度变化;借助于ADC(模数转换器)把温度传感器的输出电压变换到数字域,即可动态地调整各个电路的工作参数。而近年来,基于差异积分调制(Sigma-Delta Modulator)的模数转换器由于高精度、高集成度、低功耗等优点受到越来越多的关注,其非常适合于温度监控等芯片内直流量监控的应用。
现有的差异积分调制模数转换器的电路结构往往过于复杂,在用于温度监控等应用时输入范围窄、面积大、功耗高,故而增加了生产成本,缩短了待机时间。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单的轨到轨输入的连续时间差异积分调制器以解决上述技术问题。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案如下:
提供一种轨到轨输入的连续时间差异积分调制器,包括积分电路、量化电路及采样电路,积分电路用于实现对输入电压和反馈电压差值的积分,量化电路用于实现对积分电路输出的量化,采样电路用于实现对量化电路输出的采样。其中,积分电路基于反相器和RC积分器结构实现,量化电路基于反相器结构实现,采样电路基于真单相时钟结构的延迟触发器实现。
与现有技术相比,由于本发明的轨到轨输入的连续时间差异积分调制器中,积分电 路基于反相器和RC积分器结构实现,量化电路基于反相器结构实现,采样电路基于真单相时钟结构的延迟触发器实现;即本发明基于反相器和真单相时钟(TSPC,True SinglePhase Clock)结构的DFF,结合电阻和电容,实现了一个结构简单、易于迁移的轨到轨输入的连续时间差异积分调制器,适用于对全电源电压范围的低频模拟量进行监控,减小了面积,降低了功耗,提高了集成度,从而降低了生产成本,延长了待机时间。
具体地,积分电路包括电阻R1、R2、电容C1、反相器INV1及NMOS管N1,输入电压从电阻R1的一端输入,电阻R1反相器INV1的输入端,反馈电压从电阻R2一端输入,电阻R2的另一端连接反相器INV1的输入端,电容C1的两端分别连接反相器INV1的输入端和输出端,NMOS管N1的源极和漏极分别连接反相器INV1的输入端和输出端,NMOS管N1的漏极连接量化电路。
具体地,反相器INV1用作单输入放大器,其参考电压等于自身的阈值电压。
具体地,NMOS管N1用于实现积分电路的复位,且当MOS管对积分电路进行复位时,反相器INV1的输入端和输出端短接。
具体地,量化电路包括两个级联的反相器INV2和INV3。
具体地,采样电路包括两个级联的延迟触发器DFF1、DFF2,一时钟信号和反相器INV3的输出分别输入延迟触发器DFF1,延迟触发器DFF1的输出和另一时钟信号分别输入延迟触发器DFF2,延迟触发器DFF2的输出反馈电压至积分电路。
具体地,延迟触发器包括PMOS管P1、P2、P3、P4、P5及NOMS管N1、N2、N3、N4、N5、N6。PMOS管P1、P3、P4、P5的源极均接电源,输入时钟连接PMOS管P1、P3及NMOS管N2、N4的栅极,D输入信号连接PMOS管P2及NOMS管N1的栅极,PMOS管P1的漏极连接PMOS管P2的源极,PMOS管P2的漏极连接NMOS管N1的漏极、NMOS管N3的栅极,PMOS管P3的漏极连接PMOS管P4的栅极、NMOS管N3的漏极及NMOS管N5的栅极,PMOS管P4的漏极连接PMOS管P5的栅极、NMOS管N5的漏极及NMOS管N6的栅极,PMOS管P5的漏极连接NMOS管N6的漏极,NMOS管N1、N2、N4及N5的源极均接地,NMOS管N2的漏极连接NMOS管的N3的源极,NMOS管N4的漏极连接NMOS管的N5的源极,NMOS管N6的漏极连接Q输出。
较佳地,轨到轨输入的连续时间差异积分调制器还包括驱动电路,该驱动电路连接采样电路的输出端,用于驱动后续数字处理电路。
具体地,驱动电路为反相器INV4。
通过以下的描述并结合附图,本发明将变得更加清晰,这些附图用于解释本发明的实施例。
附图说明
图1为本发明的原理电路图。
图2为本发明轨到轨输入的连续时间差异积分调制器的电路图。
图3为TSPC结构的DFF电路图。
图4为0.2V直流输入的电压波形图。
图5为1V直流输入的电压波形图。
图6为瞬态输入的电压波形图。
具体实施方式
现在参考附图描述本发明的实施例,附图中类似的元件标号代表类似的元件。
为了更好地理解本发明,先对其原理进行以下说明。请参考图1,其给出了一种一阶积分一位量化差异积分调制器结构。如图所示,输入电压为Vin,反馈电压为Dout,两者相减后的差值经过积分器,输出为Vint。Vint经过量化,与量化噪声(QuantizerNoise)Qnoise叠加后输出Dout。Dout作为差异积分调制器的输出,再经过噪声滤波器处理后即可得到ADC转换后的数字信号。由于调制器通常表现为把低频噪声推移到较高的频率,噪声滤波器一般采用低通滤波结构,在数字域实现。
进一步地,调制器的信号传递函数Hsig(s)和量化噪声传递函数Hqn(s)推导如下:
由式(1)可知,量化器对输入信号呈现低通响应。由式(2)可知,量化器对量化噪声呈现高通响应。故在量化器输出端经过数字滤波处理(即噪声滤波器,一般使用 低通滤波器)对噪声进行滤除,即可恢复出正确的模数转换信号。
基于上述原理,本发明提供了一种轨到轨输入的连续时间差异积分调制器。具体地,如图2所示,该差异积分调制器包括积分电路、量化电路、采样电路及驱动电路,积分电路用于实现输入电压和反馈电压的相减和积分,量化电路用于实现对积分电路输出的量化,采样电路用于实现对量化电路输出的采样,该驱动电路连接采样电路的输出端,用于驱动后续数字处理电路。其中,积分电路基于反相器和RC积分器结构实现,量化电路基于反相器结构实现,采样电路基于真单相时钟结构的延迟触发器实现。
具体地,积分电路包括电阻R1、R2、电容C1、反相器INV1及NMOS管N1,输入电压Vin从电阻R1的一端输入,电阻R1的另一端连接反相器INV1的输入端,反馈电压Dout从电阻R2一端输入,电阻R2的另一端连接反相器INV1的输入端,电容C1的两端分别连接反相器INV1的输入端和输出端,NMOS管N1的源极和漏极分别连接反相器INV1的输入端和输出端,NMOS管N1的漏极连接量化电路的输入端。
需要说明的是,在该积分电路中,反相器INV1用作单输入放大器,与差分输入放大器相比,其参考电压等于自身的阈值电压。NMOS管N1用于实现积分电路的复位,且当NMOS管对积分电路进行复位时,反相器INV1的输入端和输出端短接。
进一步地,量化电路包括两个级联的反相器INV2和INV3,该量化电路的比较电平即反相器自身的阈值电压。
进一步地,采样电路包括两个级联的延迟触发器DFF1、DFF2,一时钟信号clk和反相器INV3的输出分别输入延迟触发器DFF1,延迟触发器DFF1的输出和另一时钟信号clkb分别输入延迟触发器DFF2,延迟触发器DFF2的输出反馈电压至积分电路。
进一步地,驱动电路为反相器INV4。
此外,需要说明的是,在图2中,调制器的信号传递函数Hsig(s)和量化噪声传递函数Hqn(s)推导如下:
因此,在设计中,可以通过调整电阻R1、R2和电容C1对差异积分调制器的-3dB频率拐角进行修改,从而适应不同的应用要求。
具体地再请参考图3,延迟触发器包括PMOS管P1、P2、P3、P4、P5及NOMS管N1、N2、N3、N4、N5、N6。PMOS管P1、P3、P4、P5的源极接电源,输入时钟连接PMOS管P1、P3及NMOS管N2的栅极,D输入信号连接PMOS管P2及NOMS管N1的栅极,PMOS管P1的漏极连接PMOS管P2的源极,PMOS管P2的漏极连接NMOS管N1的漏极、NMOS管N3的栅极,PMOS管P3的漏极连接PMOS管P4的栅极、NMOS管N3的漏极及NMOS管N5的栅极,PMOS管P4的漏极连接PMOS管P5的栅极、NMOS管N5的漏极及NMOS管N6的栅极,PMOS管P5的漏极连接NMOS管N6的漏极,NMOS管N1、N2、N4及N6的源极接地,NMOS管N2的漏极连接NMOS管的N3的源极,NMOS管N4的漏极连接NMOS管的N5的源极,NMOS管N6的漏极连接Q输出。在图3中,PMOS管P1和P3、NMOS管N2和N4的栅极受输入时钟CLK控制;PMOS管P2和NMOS管N1的栅极受数据D输入控制。PMOS管P5和NMOS管N6构成输出级,用于驱动外部负载。
具体地,当输入时钟CLK为高时,D触发器工作在采样模式。PMOS管P1和P3关断,NMOS管N2和N4开启,内部节点s3和s5被拉低,s2与D输入反相,s4与D输入同相,qb与输入反相,Q输出与输入同相,从而实现了从D输入到Q输出的传递。
当输入时钟CLK为低时,D触发器工作在保持模式。PMOS管P1和P3开启,NMOS管N2和N4关断,内部节点s1和s4被拉高。由于N4被关断,所以NMOS管N5无法导通;另一方面,s4被拉高,故PMOS管P4被关断,qb的状态保持,Q输出保持不变。
进一步地,从图4至图5可以看出,本发明的差异积分调制器的反馈电压Dout输出脉宽随直流电平输入变化,实现了输入电平对输出脉宽的调制。而从图6给出的瞬态正弦信号输入时差异积分调制器的输出波形图,可以看到输出脉宽随输入电压波 形动态变化。
从以上描述可以看出,本发明的量化电路中采用两级反相器执行比较,一方面提高了量化电路的增益,减小比较误差;另一方面则起到反相后再反馈给积分电路的作用。此处,先量化再采样,避免了采样电路的时钟馈通对积分电路工作造成影响。
综上,本发明实现了简单的轨到轨输入的连续时间差异积分调制器,用于芯片内低频模拟电压的监控。基于反相器和TSPC结构的DFF,结合电阻和电容,实现了一个结构简单、易于迁移的轨到轨输入的连续时间差异积分调制器,适用于对全电源电压范围的低频模拟量进行监控,减小了面积,降低了功耗,提高了集成度,从而降低了生产成本,延长了待机时间。
以上结合最佳实施例对本发明进行了描述,但本发明并不局限于以上揭示的实施例,而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。

Claims (6)

1.一种轨到轨输入的连续时间差异积分调制器,包括积分电路、量化电路及采样电路,所述积分电路用于实现对输入电压和反馈电压差值的积分,所述量化电路用于实现对所述积分电路输出的量化,所述采样电路用于实现对所述量化电路输出的采样,其特征在于:所述积分电路基于反相器和RC积分器结构实现,所述量化电路基于反相器结构实现,所述采样电路基于真单相时钟结构的延迟触发器实现;
所述积分电路包括电阻R1、R2、电容C1、反相器INV1及NMOS管N1,所述输入电压从所述电阻R1的一端输入,所述电阻R1的另一端连接所述电容C1和所述反相器INV1的输入端,所述反馈电压从所述电阻R2一端输入,所述电阻R2的另一端连接所述反相器INV1的输入端,所述电容C1的两端分别连接所述反相器INV1的输入端和输出端;所述NMOS管N1的源极和漏极分别连接所述反相器INV1的输入端和输出端;所述NMOS管N1的漏极连接所述量化电路;
所述量化电路包括两个级联的反相器INV2和INV3;
所述采样电路包括两个级联的延迟触发器DFF1、DFF2,一时钟信号和所述反相器INV3的输出分别输入所述延迟触发器DFF1,所述延迟触发器DFF1的输出和另一所述时钟信号分别输入所述延迟触发器DFF2,所述延迟触发器DFF2的输出所述反馈电压至所述积分电路。
2.如权利要求1所述的轨到轨输入的连续时间差异积分调制器,其特征在于:所述反相器INV1用作单输入放大器,所述反相器INV1的参考电压等于自身的阈值电压。
3.如权利要求1所述的轨到轨输入的连续时间差异积分调制器,其特征在于:所述NMOS管N1用于实现所述积分电路的复位,且当所述NMOS管N1对所述积分电路进行复位时,所述反相器INV1的输入端和输出端短接。
4.如权利要求1所述的轨到轨输入的连续时间差异积分调制器,其特征在于:所述延迟触发器包括PMOS管P1、P2、P3、P4、P5及NMOS管N1、N2、N3、N4、N5、N6;所述PMOS管P1、P3、P4、P5的源极均接电源,输入时钟连接所述PMOS管P1、P3及所述NMOS管N2、N4的栅极,D输入信号连接所述PMOS管P2及所述NMOS管N1的栅极,所述PMOS管P1的漏极连接所述PMOS管P2的源极,所述PMOS管P2的漏极连接所述NMOS管N1的漏极、所述NMOS管N3的栅极,所述PMOS管P3的漏极连接所述PMOS管P4的栅极、NMOS管N3的漏极及NMOS管N5的栅极,所述PMOS管P4的漏极连接所述PMOS管P5的栅极、NMOS管N5的漏极及NMOS管N6的栅极,所述PMOS管P5的漏极连接所述NMOS管N6的漏极,所述NMOS管N1、N2、N4及N6的源极均接地,所述NMOS管N2的漏极连接所述NMOS管的N3的源极,所述NMOS管N4的漏极连接所述NMOS管N5的源极,所述NMOS管N6的漏极提供Q输出。
5.如权利要求1-4任一项所述的轨到轨输入的连续时间差异积分调制器,其特征在于:还包括驱动电路,所述驱动电路连接所述采样电路的输出端,用于驱动后续数字处理电路。
6.如权利要求5所述的轨到轨输入的连续时间差异积分调制器,其特征在于:所述驱动电路为反相器INV4。
CN201510824612.7A 2015-11-24 2015-11-24 一种轨到轨输入的连续时间差异积分调制器 Active CN105356885B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510824612.7A CN105356885B (zh) 2015-11-24 2015-11-24 一种轨到轨输入的连续时间差异积分调制器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510824612.7A CN105356885B (zh) 2015-11-24 2015-11-24 一种轨到轨输入的连续时间差异积分调制器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105356885A CN105356885A (zh) 2016-02-24
CN105356885B true CN105356885B (zh) 2018-09-11

Family

ID=55332784

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510824612.7A Active CN105356885B (zh) 2015-11-24 2015-11-24 一种轨到轨输入的连续时间差异积分调制器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105356885B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113328754B (zh) * 2021-06-04 2022-12-09 西安交通大学 环路延迟补偿电路及Sigma-Delta模数转换器

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100219999A1 (en) * 2009-02-27 2010-09-02 Freescale Semiconductor, Inc. Continuous-time sigma-delta modulator with multiple feedback paths having independent delays
CN102270991A (zh) * 2010-06-07 2011-12-07 中国人民解放军国防科学技术大学 二阶分时复用Delta-Sigma调制器
CN102801424A (zh) * 2012-09-03 2012-11-28 中国科学院微电子研究所 一种Sigma-Delta调制器及模数转换器
CN104242945A (zh) * 2013-06-11 2014-12-24 安桥株式会社 信号调制电路
CN104901700A (zh) * 2015-05-12 2015-09-09 清华大学 基于反相器实现的全数字模块Sigma-Delta调制器

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100219999A1 (en) * 2009-02-27 2010-09-02 Freescale Semiconductor, Inc. Continuous-time sigma-delta modulator with multiple feedback paths having independent delays
CN102270991A (zh) * 2010-06-07 2011-12-07 中国人民解放军国防科学技术大学 二阶分时复用Delta-Sigma调制器
CN102801424A (zh) * 2012-09-03 2012-11-28 中国科学院微电子研究所 一种Sigma-Delta调制器及模数转换器
CN104242945A (zh) * 2013-06-11 2014-12-24 安桥株式会社 信号调制电路
CN104901700A (zh) * 2015-05-12 2015-09-09 清华大学 基于反相器实现的全数字模块Sigma-Delta调制器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
一种高性能多位量化Σ-Δ调制器的设计;范军 等;《微电子学》;20120620;第42卷(第3期);306-310 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN105356885A (zh) 2016-02-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8907829B1 (en) Systems and methods for sampling in an input network of a delta-sigma modulator
US10972062B2 (en) Class-D amplifier and method
CN102422539B (zh) 用于模/数转换的∑-δ转换器和方法
CN101044685B (zh) 信号接收机和移动通信设备
US9136867B2 (en) ΔΣ-modulator and ΔΣ-A/D converter
JP5565859B2 (ja) デルタシグマad変換器
CN110875742B (zh) 一种用于delta-sigma调制器的离散型低功耗积分器
CN102687392A (zh) 开关式电容器电路
CN102415109A (zh) 用于助听器的输入转换器和信号转换方法
CN104184478B (zh) 互补共源共栅反相器及增量Sigma‑Delta模数转换电路
TWI738335B (zh) 放大器、其操作方法以及放大器電路
US8169259B2 (en) Active filter, delta-sigma modulator, and system
US11588495B2 (en) Analog front-end circuit capable of use in a sensor system
CN104980159B (zh) 一种基于电荷泵和压控振荡器的过采样模数转换器
CN106209110A (zh) 一种德尔塔‑西格玛模数转换器
CN105356885B (zh) 一种轨到轨输入的连续时间差异积分调制器
CN104348489B (zh) 前馈式三角积分调制器
US9800262B1 (en) Precision low noise continuous time sigma delta converter
WO2011081069A1 (ja) シグマデルタ変調器
CN105281683A (zh) 具有混合信号反馈控制的d类放大器
CN104716959A (zh) 模数转换装置与模数转换方法
WO2018004617A1 (en) Neutralizing voltage kickback in a switched capacitor based data converter
CN108880548B (zh) 经改进低功率切换式电容器积分器、模/数转换器及切换式电容器放大器
CN103066933B (zh) 放大器、全差动式放大器以及三角积分调变器
CN103338028B (zh) 三重振荡反馈微弱信号处理电路

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20240305

Address after: Room 401, No. 213 Tianjiao Mingdi, New District, Wuxi City, Jiangsu Province, 214000

Patentee after: Yuan Shuai

Country or region after: China

Address before: Room 906, Hexin Business Building, No. 154 Heguang Road, Tianhe District, Guangzhou City, Guangdong Province, 510655

Patentee before: GUANGZHOU YIXIN INFORMATION TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Country or region before: China

TR01 Transfer of patent right