CN1547804B - 具有可调反馈系数的∑-△调制器 - Google Patents

Abstract

在一个Σ-Δ调制器中，反馈电路(4，5)具有一个可调节反馈系数，通过用于调节反馈电路的反馈系数的调节元件(6)来控制所述可调节反馈系数。

Description

具有可调反馈系数的∑-△调制器

技术领域

本发明涉及∑-Δ调制器，包括：一个积分器、一个连接到该积分器的一个输出的量化器、一个包括具有连接到所述量化器的一个输出的一个输入的D/A转换器的反馈电路、以及一个加法器，其具有连接到所述积分器的一个输入的一个输出，还具有构成所述∑-Δ调制器的输入的第一输入，并具有连接到反馈电路的一个输出的第二输入。

背景技术

这种∑-Δ调制器是众所周知的，可以从IEEE固态电路期刊，1996年12月，第3卷第12期中的文章“A0.2mW CMOS∑ΔModulator forSpeech Coding with 80dB Dynamic Range(用于具有80分贝动态范围的语音编码的0.2mW CMOS∑Δ调制器)”中获知。

由于这些电路在大范围应用中的使用日益增加，所以需要开发在输入电平、增益、处理参数等方面灵活的电路。从以上提及的文献中可以获知，通过开关积分器中的电阻来改变输入电平，从而导致输入电平中确定程度的灵活性。不过，还需要更多参数中的灵活性。

发明内容

因此，本发明提供这样一种∑-Δ调制器，其中反馈电路具有一个可调反馈系数，并且其中∑-Δ调制器包括用于调节反馈电路的反馈系数的调节元件。这些特征提供反馈系数的可调节性，从而导致对于不同应用的实质上更好的适用性。

根据第一优选实施例，反馈电路包括一个可以由调节元件调节的衰减器。该特征提供了简单实现并且易于理解配置。

根据第二优选实施例，可调节衰减器包括开关电容。在集成电路中，电容可以比电阻更易于实现，因此这种结构导致芯片上更小的表面积，从而带来更低的成本。

另一个实施例具有的特征是：反馈电路、加法器和积分器被组合到一个联合电路(united circuit)，该联合电路包括至少一个可调节电流源，其连接到一个开关的公共触点，该开关具有两个另外的触点，其每一个连接到执行积分器的积分功能的一个电容的一个端子，开关由D/A转换器控制，并且调节元件可操作来调节由所述电流源输送的电流的幅度。

具有一个开关和一个电流源的联合电路的使用在本领域是公知的。它利用有限数量的部件提供了对于所有这些功能的具有吸引力的解决方案。该实施例组合了这些优点以及本发明的优点。只有使用可以被容易实现的可调节电流源，该组合才是可能的。

尽管诸如逐步可控制电流源的其它解决方案是可能的，但是当电流源由多个部分电流源构成，其中的每个通过可以由调节元件控制的另外的各自的另外开关连接到开关的公共触点时，可以获得一个非常简单的解决方案。即使利用有限数量的开关，大范围的电流也是能够被控制的，从而导致宽的控制范围。当电流源有互不相同的电流值时，该范围甚至可以被扩大或细化。不过，也可能使用该特征来限制电流源和开关的数量。

∑-Δ调制器的稳定性是具有高闭环增益的调制器中的一个问题。当反馈回路系数增大时，对于本发明也是这样。该增大导致高闭环增益，以致于系统临界地稳定或不稳定。

为避免这种不希望的情况，一个优选实施例的特征在于：积分器和量化器的组合的增益是可调节的。这些特征提供了控制整体闭环增益的额外可能性，以避免不稳定性。

此外，如另一个优选实施例中所建议的，当积分器和量化器的组合的增益可以由控制元件调节时，控制能够被简化。然后，反馈回路的增益的控制可以与闭环的其余部分的增益的控制有关。然后，一个特殊的调节策略可以被用于避免潜在的不稳定情况。

这种调节策略的一个例子是，调节元件可操作来控制积分器和量化器的组合的增益，于是它们各自增益系数的乘积是不变的。如果该乘积被选择足够小，则该策略自动保证稳定性。

前面的实施例都涉及增益系数的可调节性，即这样一种情况：其中在含有∑-Δ转换器的部件的集成电路的生产过程中或者之后不久在初始化过程中，进行调节并且调节被固定。

不过，本发明并不局限于这种情况；很可能还在电路的实际使用中调节增益。在这种情况下，使用词“控制”来代替词“调节”。

因此，在一个优选实施例中，调节元件被用于连续控制反馈回路的反馈系数。该特征涉及其中只有反馈回路的增益被控制的情况。不过，该特征还应用于其中整体闭环增益也被控制的情况。然后，可以使用调节元件被用于连续控制积分器和量化器的组合的增益的特征。

下面参考附图来阐述本发明。

附图说明

图1表示根据本发明原理的∑-Δ调制器的图；

图2表示根据本发明的∑-Δ调制器的第一实施例的图；

图3表示根据本发明的∑-Δ调制器的第二实施例的图；

图4表示根据本发明的∑-Δ调制器的第三实施例的图。

具体实施方式

图1表示包括一个这里用作低通滤波器的积分器2、量化器3、D/A转换器(数模转换器)4和加法器5的∑-Δ调制器1。这种∑-Δ调制器在现有技术中是已知的，并且其操作也是众所周知的。

本发明提供反馈回路的反馈系数的调节，在这里，反馈回路包括D/A转换器4和加法器5。利用控制D/A转换器4的增益的调节元件6来达到调节。不过，还可能控制加法器5的反馈支路的增益。这可以例如通过将一个衰减器组合在所述加法器或者D/A转换器的模拟部分中来达到。不过，还可能使用一个D/A转换器，其允许数字和模拟信号之间的固有转换系数的适配。如上所述，可以由一个连续控制来代替初始调节。

图2表示类似于图1所示的∑-Δ调制器的∑-Δ调制器。图2所示的实施例包括一个单独的衰减器电路7，以便执行调节功能。衰减器可以利用一个可变换电阻网络构成，也可以利用一个开关电容网络构成。这种网络包括电容8以及由FET9a、9b、9c和9d构成的四个开关。

FET被以对9a、9c和9b、9d控制，以便电容8交替被充电和放电。充电和放电的周期之间的比率定义衰减系数。为了控制FET以及衰减比率，调节电路6提供恰当的驱动信号到FET。在这种情况下，调节电路还可以只是最初或连续地工作。

图3表示第二实施例，其中D/A转换器、加法器和积分器的功能都组合在单独电路10中。电路10包括电容11和开关12，其可以利用一对FET或其它开关元件构成。电容11连接在开关12的触点12a和12b之间，这些触点连接到一个运算放大器13的输入。开关12由在量化器3的输出上出现的数字信号BTSTRM控制。开关12的公共触点连接到电流源14。同样，所述电路是现有技术中已知的。

根据本发明，电流源14是一个可控电流源，其使得可能调节或控制到开关12的电流，从而调节或控制对电容11充放电的电流。该电流确定在电容11上收集的电荷，因此确定其上的电压，其被提供给运算放大器13的输入。这样，由电流源14的电流的调节或控制来控制反馈系数。

有例如利用通过晶体管的模拟控制来调节或控制电流源的电流的大量可能性。另一个可能性是数字控制的使用。为此，电流源可以被划分称为多个电流源，其每一个可以通过一个可控制开关连接到开关12。通过调节或控制这些可控制开关，可以达到反馈系数的调节或控制。

这种配置的一个实施例如图4所示。这里，开关12的触点12c连接到第一电流源15，其提供一个具有幅度为4I的电流，其是保持系统工作的偏置电流。此外，触点12c连接到第一控制开关16的触点16a，第一控制开关16的触点16c连接到第二电流源17，该电流源提供具有幅度为2I的电流。所述开关可以由FET或其它开关部件构成。第一控制开关16的另一个触点16b连接到FET18的漏极，其作为积分器的运算放大器的输入元件。根据开关16的位置，来自电流源17的电流流入电容11或FET18。

提供了第三电流源20，其类似于第二电流源17的作用。因此，它连接到第二控制开关19的固定触点19c，其类似于第一控制开关16，连接到电容11和FET18。该第二开关19提供控制对电容11充放电的电流幅度的另一个可能性。

此外，提供了第四电流源21，其提供对于FET18的偏置电流。原则上，可能使电流源15、17或20的任何一个的电流的幅度可控制，但是通常利用转换固定电流来获得足够的灵活性。

图4的电路是均衡配置。因此，部件16、17、18、19、20和21在电路“另一侧”具有对应部件。其功能是清楚的。

最后，该电路还利用串联连接在FET18和偏置电流源30之间的电阻23、24和25提供输入增益的可调节性。这些电阻可以由开关26、27和28短路，以便获得衰减的不同等级。此外，部件23到28在电路的另一侧具有对应部件。这样，可以获得信号电平的调节和控制的双重可能性。

Claims (9)

1.一种∑-Δ调制器，包括：

一个积分器；

一个连接到所述积分器的输出的量化器；

一个包括D/A转换器的反馈电路，所述D/A转换器的一个输入连接到所述量化器的一个输出；以及

一个加法器，其具有连接到积分器的一个输入的一个输出、构成∑-Δ调制器的输入的第一输入、以及连接到反馈电路的一个输出的第二输入，

其特征在于所述反馈电路具有一个可调节反馈系数，并且∑-Δ调制器包括用于调节所述反馈电路的反馈系数的调节元件，

并且其进一步的特征在于，所述反馈电路、加法器和积分器被组合到一个联合电路，并且该联合电路包括连接到一个开关的公共触点的可调节电流源，所述开关具有两个另外的触点，所述两个另外的触点中的每一个触点分别连接到执行积分器的积分功能的电容的不同端子，所述开关由D/A转换器控制，并且所述调节元件被操作来调节由所述电流源输送的电流的幅度。

2.如权利要求1所述的∑-Δ调制器，其特征在于反馈电路包括可以由调节元件调节的衰减器。

3.如权利要求2所述的∑-Δ调制器，其特征在于可调节衰减器包括开关电容网络。

4.如权利要求1所述的∑-Δ调制器，其特征在于电流源由多个部分电流源构成，所述多个部分电流源的每一个通过由调节元件控制的各自另外的开关而连接到开关的公共触点。

5.如权利要求4所述的∑-Δ调制器，其特征在于多个部分电流源具有互不相同的电流值。

6.如权利要求1、2、3、4或5的任何一个所述的∑-Δ调制器，其特征在于积分器和量化器的组合的增益可以由调节元件调节。

7.如权利要求6所述的∑-Δ调制器，其特征在于调节元件可操作来控制积分器和量化器的组合的增益，于是它们各自的增益系数的乘积是不变的。

8.如权利要求7所述的∑-Δ调制器，其特征在于调节元件可操作来连续地控制反馈回路的反馈系数。

9.如权利要求8所述的∑-Δ调制器，其特征在于调节元件可操作来连续地控制积分器和量化器的组合的增益。

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