CN214177297U

CN214177297U - 一种应用于数模转换器的差分转单端电路

Info

Publication number: CN214177297U
Application number: CN202023101284.3U
Authority: CN
Inventors: 唐华; 叶晓城
Original assignee: Rizhao Zhixinyuan Electronic Technology Co ltd
Current assignee: Rizhao Zhixinyuan Electronic Technology Co ltd
Priority date: 2020-12-15
Filing date: 2020-12-15
Publication date: 2021-09-10
Anticipated expiration: 2030-12-15

Abstract

本发明属于集成电路领域，具体涉及一种差分转单端电路，其作用是接收数模转换电路转换之后的模拟信号，再滤除高频噪声，再转换为单端信号输出。在实施例中，该电路包括：正端数模转换电路、负端数模转换电路，用于把数字信号转换为两路幅度相同、相位相反的模拟信号；正端滤波电路、负端滤波电路，用于滤除高频的噪声干扰和参与控制输出信号的摆幅；其中正端滤波电路包含两个电阻和一个电容，负端滤波电路包含两个电阻和一个电容；模拟差分输入转单端输出电路，用于把差分信号转换为单端信号输出，其中，模拟差分输入转单端输出电路进一步包括一个误差放大器，用于进行数学运算；两个电阻，用于调节输出的摆幅；一个电容，用于控制回路稳定性。本发明的差分转单端电路设计巧妙，实用性强。

Description

一种应用于数模转换器的差分转单端电路

技术领域

本发明属于集成电路领域，具体涉及一种差分转单端电路。

背景技术

sigma-delta数模转换器把过采样技术和sigma-delta噪声整形技术相结合，不要求精度高和规模大的模拟器件就可实现数字信号到模拟信号之间的转换。作为高性能数模转换芯片，其应用从高精度音频领域到测量及无线通信等领域。

sigma-delta数模转换器主要包括数字和模拟两大部分：数字部分有插值滤波器和sigma-delta调制器，模拟部分包括内部数模转换电路和模拟低通滤波器。本发明的差分数模转换电路包含内部数模转换电路和模拟低通滤波器，其作用是将sigma-delta调制器之后输出的数字信号转换为模拟信号，并且不降低前面电路达到的性能。

为了实现数模转换的功能，传统的解决方案是运用电容间的电荷转移来实现，如图1所示。其中SH、SL为数字输出信号控制的开关，数字输入为高电平，SH打开，IN节点连接V_dd，数字输入为低电平，SL打开，IN节点连接gnd；S1、S2为Φ1相位的控制开关，C_s为采样电容；S3、S4为Φ2相位的控制开关，CI为积分电容，EA为误差放大器。在Φ1相位， S1、S2打开，S3、S4关闭，为采样电容C_S充电；在Φ2相位，S1、S2关闭，S3、S4打开，将C_S和C_I并联，使电荷在C_S和C_I之间分享。

上述传统的数模转换电路可以提供实现从将数字信号转换为模拟信号，但用于高性能数模转换器供电会有一些问题，其中最主要的问题是开关电容存在时钟馈通、沟道电荷注入以及衬底干扰等非理想因素，传统的数模转换电路无法克服这些非理想效应，达到很好的性能。

发明内容

本发明的目的是针对高性能的数模转换器要求，提出一种实现差分数模转换器的差分转单端电路，这种电路可以实现使得电路的共模干扰被抑制、电荷注入等干扰信号相互抵消、高频噪声被滤除，从而提升数模转换器性能。

本发明的技术方案是：

本发明提出了一种差分转单端的实现方案，包括正端数模转换电路、负端数模转换电路、正端滤波电路、负端滤波电路、模拟差分输入转单端输出电路；正端数模转换电路与正端滤波电路连接；负端数模转换电路与负端滤波电路连接，正端和负端的数模转换电路用于把数字信号转换为模拟信号；正端滤波电路与正端数模转换电路、模拟差分输入转单端输出电路相连，用于滤除正端数模转换电路的高频噪声；负端滤波电路与负端数模转换电路和模拟差分输入转单端输出电路相连，用于滤除负端数模转换电路的高频噪声；模拟差分输入转单端输出电路与正端滤波电路、负端滤波电路相连，用于将正端滤波电路、负端滤波电路输出的差分信号转为单端信号。

本发明上述的差分转单端电路中，正端滤波电路包括包括第一电阻器R1、第二电阻器R2 和第一电容C1；第一电阻器R1的正端与正端数模转换电路相连，第一电阻器R1的负端与第一电容C1的正端和第二电阻器R2的正端相连；第二电阻器R2的正端与第一电阻器R1的负端、第一电容C1的正端相连，第二电阻器R2的负端与模拟差分输入转单端输出电路相连，第一电阻器R1、第二电阻器R2不仅用于滤除高频噪声，还参与控制输出VOUT的摆幅；第一电容C1正端与第一电阻器R1的负端、第二电阻器R2的正端相连，第一电容C1负端接地，第一电容C1用于滤除高频噪声。

本发明上述的差分转单端电路中，负端滤波电路包括包括第三电阻器R3、第四电阻器R4 和第二电容C2；第三电阻器R3的正端与负端数模转换电路相连，第三电阻器R3的负端与第二电容C2的正端和第四电阻器R4的正端相连；第四电阻器R4的正端与第三电阻器R3的负端、第二电容C2的正端相连，第四电阻器R4的负端与模拟差分输入转单端输出电路相连，第三电阻器R3、第四电阻器R4不仅用于滤除高频噪声，还参与控制输出VOUT的摆幅；第二电容C2正端与第三电阻器R3的负端、第四电阻器R4的正端相连，第二电容C2负端接地，第二电容C2用于滤除高频噪声。

本发明上述的差分转单端电路中，模拟差分输入转单端输出电路包括第五电阻器R5、第六电阻器R6、第三电容C3和误差放大器；第五电阻器R5的负端与正端滤波电路相连并作为差分数模转换电路的输出端，第五电阻器R5的正端与第三电容C3的负端、误差放大器的输出端和第六电阻器R6的负端相连；第六电阻器R6的正端与第三电容C3的正端、负端滤波电路和误差放大器的负输入端相连，第六电阻器R6的负端与第五电阻器R5的正端、第三电容 C3的负端和误差放大器的输出端相连，第五电阻器R5和第六电阻器R6参与控制数模转换电路的输出摆幅；第三电容C3负端与第五电阻器R5的负端、第六电阻器R6的负端和误差放大器的输出OP_OUT端相连，第三电容C3正端与负端滤波电路、误差放大器的负输入端和第六电阻器R6的正端相连，用于调整差分转单端电路的稳定性；误差放大器正端连接共模电平 VCM，负端与负端滤波电路、第三电容C3的正端和第六电阻器R6的正端相连，误差放大器用来执行数学计算。

采用本发明获得的有益效果是：本发明的差分转单端电路接收正负数模转换电路产生的模拟信号，再经过正负端的滤波电路滤除高频的干扰，最后将差分信号转换为单端信号输出，相比于传统方案，本方案克服了单端数模转换电路存在的时钟馈通、沟道电荷注入以及衬底干扰等非理想因素，并且增加了滤波电路以降低高频噪声，最后差分转单端电路巧妙的将差分信号转化为单端模拟信号并输出，实用性强。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1示出了传统数模转换电路；

图2示出了本发明一种应用于数模转换器的差分转单端电路的结构示意图；

图3示出了图2所示的一种应用于数模转换器的差分转单端电路的电路图；

具体实施方式

本发明所要解决的技术问题是：传统的数模转换电路方案可以实现将数字信号转换为模拟信号，但因为时钟馈通、沟道电荷注入以及衬底干扰等非理想效应的影响，要实现高性能的转换不太容易。本发明就该技术问题而提出的技术思路是：采用差分的方式进行数模转换，抵消掉非理想效应的影响，并辅以滤波电路滤除高频噪声，最后通过模拟差分输入转单端输出电路实现高性能的数模转换。

为了使本发明的技术目的、技术方案以及技术效果更为清楚，以便于本领域技术人员理解和实施本发明，下面将结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细的说明。

如图2-图3所示，图2示出了本发明优选实施例的差分转单端电路的功能模块方框图；图3示出了图2所示的差分转单端电路的电路图。

如图2所示，为本发明电路的结构图，一种差分转单端电路，其特征在于：包括正端数模转换电路、负端数模转换电路、正端滤波电路100、负端滤波电路200、模拟差分输入转单端输出电路300；正端数模转换电路与正端滤波电路100连接；负端数模转换电路与负端滤波电路200连接，正端和负端的数模转换电路用于把数字信号转换为模拟信号；正端滤波电路100与正端数模转换电路、模拟差分输入转单端输出电路300相连，用于滤除正端数模转换电路输出的高频噪声；负端滤波电路200与负端数模转换电路和模拟差分输入转单端输出电路300相连，用于滤除负端数模转换电路的高频噪声；模拟差分输入转单端输出电路300 与正端滤波电路100、负端滤波电路200相连，用于将正端滤波电路100、负端滤波电路200 输出的差分信号转为单端信号。

在本发明中，正端滤波电路100和负端滤波电路200用于滤除正、负端数模转换电路输出的高频噪声，当正、负端数模转换电路输出信号中频率低于转折频率f。的信号加到电路中时，由于C的容抗很大而无分流作用，所以这一低频信号经R输出。当正、负端数模转换电路输出信号中频率高于转折频率f。时，因C的容抗已很小，故通过R的高频信号由C分流到地而无输出，达到滤除高频噪声的目的。

进一步地，模拟差分输入转单端输出电路300包括第五电阻器R5、第六电阻器R6、第三电容C3和误差放大器；第五电阻器R5的负端与正端滤波电路100相连并作为差分数模转换电路的输出，第五电阻器R5的正端与第三电容C3的负端、误差放大器的输出端和第六电阻器R6的负端相连；第六电阻器R6的正端与第三电容C3的正端、负端滤波电路200和误差放大器的负输入端相连，第六电阻器R6的负端与第五电阻器R5的负端和误差放大器的输出端相连，第五电阻器R5和第六电阻器R6共同控制差分数模转换电路输出摆幅；第三电容 C3负端与第五电阻器R5的负端和第六电阻器R6的负端相连，第三电容C3正端与误差放大器的负输入端和第六电阻器R6的负端相连；误差放大器正端连接共模电平V_CM，负端与负端滤波电路200、第三电容C3的正端和第六电阻器R6的正端相连。

根据基尔霍夫电流定律，可以列出方程，流入B点的电流等于流出B点的电流，即：

根据放大器虚短的特性：

V_B＝V_cm

所以

因为此处R3+R4＝R6

所以

V_{OP_OUT}＝2V_cm-V_N

又因为OUT这点的电压为P点到OP_OUT点电阻的分压，所以输出电压V_out为

因为此处R1+R2＝R5

所以

将V_{OP_OUT}这点电压带入，可得

由于V_p和V_N中各包含一个V_cm，会与V_out式中的2V_cm约去，所以最终V_out只与数模转换电路本身的各个电容的大小、内部供电电压有关，其中只有内部供电电压与Vcm有关，并且正负端的Vcm同方向变化，在输出端能够抵消掉很多，所以在输出端，共模信号Vcm的干扰被大大降低了。

以上仅是实施例仅用于说明本发明的效果，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种应用于数模转换器的差分转单端电路，其特征在于：包括正端滤波电路(100)、负端滤波电路(200)、模拟差分输入转单端输出电路(300)；正端滤波电路(100)与正端数模转换电路、模拟差分输入转单端输出电路(300)相连，用于滤除正端数模转换电路的高频噪声；负端滤波电路(200)与负端数模转换电路和模拟差分输入转单端输出电路(300)相连，用于滤除负端数模转换电路的高频噪声；模拟差分输入转单端输出电路(300)与正端滤波电路(100)、负端滤波电路(200)相连，用于将正端滤波电路(100)、负端滤波电路(200)输出的差分信号转为单端信号。

2.根据权利要求1所述的差分转单端电路，其特征在于：正端滤波电路(100)包括第一电阻器R1、第二电阻器R2和第一电容C1；第一电阻器R1的正端与正端数模转换电路相连，第一电阻器R1的负端与第一电容C1的正端和第二电阻器R2的正端相连；第二电阻器R2的正端与第一电阻器R1的负端、第一电容C1的正端相连，第二电阻器R2的负端与模拟差分输入转单端输出电路(300)相连，第一电阻器R1、第二电阻器R2不仅用于滤除高频噪声，还参与控制输出VOUT的摆幅；第一电容C1正端与第一电阻器R1的负端、第二电阻器R2的正端相连，第一电容C1负端接地，第一电容C1用于滤除高频噪声。

3.根据权利要求1所述的差分转单端电路，其特征在于：负端滤波电路(200)包括第三电阻器R3、第四电阻器R4和第二电容C2；第三电阻器R3的正端与负端数模转换电路相连，第三电阻器R3的负端与第二电容C2的正端和第四电阻器R4的正端相连；第四电阻器R4的正端与第三电阻器R3的负端、第二电容C2的正端相连，第四电阻器R4的负端与模拟差分输入转单端输出电路(300)相连，第三电阻器R3、第四电阻器R4不仅用于滤除高频噪声，还参与控制输出VOUT的摆幅；第二电容C2正端与第三电阻器R3的负端、第四电阻器R4的正端相连，第二电容C2负端接地，第二电容C2用于滤除高频噪声。

4.根据权利要求1所述的差分转单端电路，其特征在于：模拟差分输入转单端输出电路(300)包括第五电阻器R5、第六电阻器R6、第三电容C3和误差放大器；第五电阻器R5的负端与正端滤波电路(100)相连并作为差分数模转换电路的输出端，第五电阻器R5的正端与第三电容C3的负端、误差放大器的输出端和第六电阻器R6的负端相连；第六电阻器R6的正端与第三电容C3的正端、负端滤波电路(200)和误差放大器的负输入端相连，第六电阻器R6的负端与第五电阻器R5的正端、第三电容C3的负端和误差放大器的输出端相连，第五电阻器R5和第六电阻器R6参与控制数模转换电路的输出摆幅；第三电容C3负端与第五电阻器R5的负端、第六电阻器R6的负端和误差放大器的输出OP_OUT端相连，第三电容C3正端与负端滤波电路(200)、误差放大器的负输入端和第六电阻器R6的正端相连，用于调整模拟差分输入转单端输出电路(300)的稳定性；误差放大器正端连接共模电平VCM，负端与负端滤波电路(200)、第三电容C3的正端和第六电阻器R6的正端相连，误差放大器用来执行数学计算。