DE10331572A1 - Sigma-Delta-Wandleranordnung - Google Patents

Sigma-Delta-Wandleranordnung Download PDF

Info

Publication number
DE10331572A1
DE10331572A1 DE10331572A DE10331572A DE10331572A1 DE 10331572 A1 DE10331572 A1 DE 10331572A1 DE 10331572 A DE10331572 A DE 10331572A DE 10331572 A DE10331572 A DE 10331572A DE 10331572 A1 DE10331572 A1 DE 10331572A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
frequency
resonator
sigma
delta converter
converter arrangement
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.)
Granted
Application number
DE10331572A
Other languages
English (en)
Other versions
DE10331572B4 (de
Inventor
Victor Dr. Dias
Josef Dr. Fenk
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.)
Infineon Technologies AG
Original Assignee
Infineon Technologies AG
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 Infineon Technologies AG filed Critical Infineon Technologies AG
Priority to DE10331572A priority Critical patent/DE10331572B4/de
Priority to US10/888,065 priority patent/US6897796B2/en
Priority to CNB2004100635862A priority patent/CN100367674C/zh
Publication of DE10331572A1 publication Critical patent/DE10331572A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE10331572B4 publication Critical patent/DE10331572B4/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M3/00Conversion of analogue values to or from differential modulation
    • H03M3/30Delta-sigma modulation
    • H03M3/39Structural details of delta-sigma modulators, e.g. incremental delta-sigma modulators
    • H03M3/392Arrangements for selecting among plural operation modes, e.g. for multi-standard operation
    • H03M3/396Arrangements for selecting among plural operation modes, e.g. for multi-standard operation among different frequency bands
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M3/00Conversion of analogue values to or from differential modulation
    • H03M3/30Delta-sigma modulation
    • H03M3/39Structural details of delta-sigma modulators, e.g. incremental delta-sigma modulators
    • H03M3/402Arrangements specific to bandpass modulators
    • H03M3/404Arrangements specific to bandpass modulators characterised by the type of bandpass filters used
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M3/00Conversion of analogue values to or from differential modulation
    • H03M3/30Delta-sigma modulation
    • H03M3/39Structural details of delta-sigma modulators, e.g. incremental delta-sigma modulators
    • H03M3/402Arrangements specific to bandpass modulators
    • H03M3/404Arrangements specific to bandpass modulators characterised by the type of bandpass filters used
    • H03M3/408Arrangements specific to bandpass modulators characterised by the type of bandpass filters used by the use of an LC circuit
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M3/00Conversion of analogue values to or from differential modulation
    • H03M3/30Delta-sigma modulation
    • H03M3/39Structural details of delta-sigma modulators, e.g. incremental delta-sigma modulators
    • H03M3/412Structural details of delta-sigma modulators, e.g. incremental delta-sigma modulators characterised by the number of quantisers and their type and resolution
    • H03M3/422Structural details of delta-sigma modulators, e.g. incremental delta-sigma modulators characterised by the number of quantisers and their type and resolution having one quantiser only
    • H03M3/43Structural details of delta-sigma modulators, e.g. incremental delta-sigma modulators characterised by the number of quantisers and their type and resolution having one quantiser only the quantiser being a single bit one
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M3/00Conversion of analogue values to or from differential modulation
    • H03M3/30Delta-sigma modulation
    • H03M3/39Structural details of delta-sigma modulators, e.g. incremental delta-sigma modulators
    • H03M3/436Structural details of delta-sigma modulators, e.g. incremental delta-sigma modulators characterised by the order of the loop filter, e.g. error feedback type
    • H03M3/438Structural details of delta-sigma modulators, e.g. incremental delta-sigma modulators characterised by the order of the loop filter, e.g. error feedback type the modulator having a higher order loop filter in the feedforward path

Abstract

Es ist eine Sigma-Delta-Wandleranordnung angegeben, mit einem Vorwärtspfad (2, 3, 4), umfassend einen Verstärker (2) und einen Quantisierer (3, 4) mit Takteingang, und einem Rückkopplungspfad mit D/A-Wandler (5, 6). Der Verstärker (2) ist mit einem Integrator gekoppelt, der als Resonator (10) mit abstimmbarer Frequenz ausgeführt ist und von einem Frequenzsynthesizer (9) angesteuert wird, der auch die Taktrate des Quantisierers (3, 4) vorgibt. Aufgrund der Synchronisierung von Quantisierer (3, 4) und Resonator (10) ergibt sich eine hochgenaue Anpassung bei kostengünstiger Integrierbarkeit, so daß der Sigma-Delta-Wandler beispielsweise zur Anwendung in Mobilfunkgeräten geeignet ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sigma-Delta-Wandleranordnung.
  • Sigma-Delta-Konverter, welche zeitkontinuierlich arbeiten, werden auch als CTSD, Continuous-Time Sigma-Delta Modulators, bezeichnet.
  • Solche Sigma-Delta-Wandler, die mit Taktraten bis in den Gigahertz-Bereich hinein betrieben werden können, sollen unter anderem dazu verwendet werden, eine Digitalisierung hochfrequenter Analogsignale direkt an der Antenne von Empfangsgeräten des Mobilfunks zu erreichen, die beispielsweise gemäß dem Standard GSM, Global System for Mobile Communication, UMTS, Universal Mobile Telecommunication System oder WLAN, Wireless Local Area Network, arbeiten.
  • Der wesentliche, begrenzende Faktor bei der Implementierung derartiger Hochgeschwindigkeits-CTSD-Modulatoren besteht in dem Jitter-Problem der Taktquelle, welche notwendig ist zum Definieren von Rückkopplungs-Impulsen im CTSD. Da die Energie eines derartigen Rückkopplungspulses proportional ist zur jeweiligen Pulsbreite, liefert jeder Jitter, der die steigenden oder fallenden Flanken des Pulses beeinflußt, einen unerwünschten Rauschbeitrag. Andere begrenzende Faktoren liegen im Stromverbrauch, der Schleifenverzögerung und der durch die Fertigungstechnologie vorgegebenen maximalen Arbeitsgeschwindigkeit der Schaltung. Die letztgenannten drei begrenzenden Faktoren konnten jedoch unlängst durch folgende Methoden umgangen werden:
    Auf theoretischer Ebene wurde die Transformationsmethode der Impuls-Invarianz entwickelt, welche es ermöglicht, einen zeitdiskreten SD-Modulator in einen zeitkontinuierlichen Schaltkreis abzubilden. Diese Methode berücksichtigt die Haltefunktion, die von dem DA-Wandler im Rückführungszweig des SD-Modulators realisiert wird und entweder auf eine volle Taktperiode oder auf eine halbe Taktperiode bezogen ist.
  • Die Verfügbarkeit von tiefen Sub-Mikrometer-CMOS-Fertigungsprozessen mit Transitfrequenzen deutlich über 100 GHz schiebt die Arbeitsgeschwindigkeit derartiger SD-Wandler weit nach oben.
  • Neuartige Lösungen im Schaltungsentwurf erlauben die Implementierung von CTSD-Modulatoren bei vernünftigem Stromverbrauch.
  • In dem Dokument "Continuous Time Sigma-Delta Modulators with Transmission Line Resonators and Improved Jitter and Excess Loop Delay Performance", L. Hernandez, S. Paton, wird eine alternative Theorie vorgeschlagen, um einen zeitkontinuierlichen SD-Modulator von einem entsprechenden zeitdiskreten Modell herzuleiten. Gemäß dieser Theorie kann die Transferfunktion eines CTSD-Wandlers von der eines zeitdiskreten Modulators dann abgeleitet werden, wenn die Integratoren des zeitkontinuierlichen Modulators mit Übertragungsleitungen modelliert werden. Diese sind dort mit Lambda-Viertel-Resonatoren realisiert. In dieser Druckschrift wird weiterhin hergeleitet, daß aufgrund der Äquivalenz beider Übertragungsfunktionen die Empfindlichkeit gegenüber Jittern um Größenordnungen reduziert ist. Dieses Ergebnis wird durch Simulationen und einen Prototyp mit diskreten Komponenten unterstützt.
  • Der wesentliche Nachteil der Lösung, der gemäß dem oben angegebenen Dokument auftritt, ist, daß externe Übertragungsleitungen, nämlich die Lambda-Viertel-Resonatoren, benötigt werden, die im vorliegenden Beispiel keramische Lambda-Viertel-Resonatoren sind. Dies macht diese Lösung nicht nur unattraktiv für die Massenproduktion aufgrund von hohen Kosten und dem großen Platzbedarf für die externen Resonatoren, sondern das vorgeschlagene Prinzip ist auch sehr empfindlich bezüglich Fehlanpassungen zwischen den elektrischen Eigenschaften der internen, nämlich integrierten und der Chip-externen Bauteile. Insbesondere können problematische Fehlanpassungen zwischen den Lambda-Viertel-Verzögerungsgliedern, die durch externe Übertragungsleitungen realisiert sind, und der Taktrate des Taktgenerators auftreten, der die Abtastrate des Quantisierers im Vorwärtspfad des SD-Wandlers definiert.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Sigma-Delta-Modulator anzugeben, der zeitkontinuierlich arbeiten kann, der mit Taktraten bis in den Gigahertz-Bereich hinein betrieben werden kann und der für die Massenproduktion geeignet ist.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch eine Sigma-Delta-Wandleranordnung, aufweisend
    • – eine Serienschaltung zwischen einem Eingang und einem Ausgang der Sigma-Delta-Wandleranordnung, umfassend zumindest einen Verstärker mit einer vorbestimmten Übertragungsfunktion und einen Quantisierer mit Takteingang,
    • – einen Rückkopplungspfad, der den Ausgang der Serienschaltung mit deren Eingang verbindet und der einen Digital/Analog-Wandler umfaßt,
    • – einen Resonator mit abstimmbarer Frequenz, dessen Ausgang mit dem Verstärker gekoppelt ist zur Bildung eines Integrators, und
    • – einen Frequenzsteuerblock, der die Frequenz des Resonators mit abstimmbarer Frequenz steuert und der mit dem Takteingang des Quantisierers gekoppelt ist.
  • Gemäß dem vorgeschlagenen Prinzip ist der Resonator, der eine Integratorfunktion verwirklicht, mit abstimmbarer Frequenz ausgeführt. Zur Steuerung der Frequenz des Resonators ist ein Frequenzsteuerblock vorgesehen, der zugleich die Taktfrequenz für den Quantisierer im Vorwärtspfad des Sigma-Delta-Wandlers bereitstellt.
  • Dabei müssen die Taktfrequenzen für den Quantisierer und die Frequenz, mit der der Resonator angesteuert wird, nicht notwendigerweise identisch sein, es ist gemäß dem vorgeschlagenen Prinzip jedoch eine Synchronisierung zwischen beiden Frequenzen bzw. Taktraten vorgesehen.
  • Mit den vorgeschlagenen, abstimmbaren Resonatoren als Integratoren bei einer Sigma-Delta-Wandleranordnung kann mit Vorteil auf externe Lambda/Viertel-Verzögerungsleitungen verzichtet werden.
  • Gemäß dem vorgestellten Prinzip werden die beschriebenen Fehlanpassungen vermieden. Zudem ist eine Kopplung der Taktrate des Quantisierers mit der Frequenz und/oder Phasenlage des als Integrator arbeitenden Resonators gewährleistet. Dies wird mit einem Frequenzsteuerblock gewährleistet, der mit Vorteil einen Phasenregelkreis, einen Frequenzregelkreis oder andere Frequenzsynthesizer einschließt.
  • Der Frequenzsynthesizer umfaßt bevorzugt Schleifenfilter oder andere Bauteile zur Frequenzregelung.
  • Die Verkopplung der Frequenz des Resonators mit der Taktfrequenz des Quantisierers kann auch mittels eines Oszillators mit negativer Impedanz erzielt werden. Der Resonator mit abstimmbarer Frequenz kann beispielsweise als spannungsgesteuerter Oszillator, VCO ausgeführt sein, wie er üblicherweise in Phasenregelkreisen, englisch Phase-Locked Loop, vorkommt. Da mit einem solchen Frequenz- oder Phasenregelkreis auch die Erzeugung des Taktsignals für den Quantisierer bewirkt wird, ist ein weiter verbessertes Matching zwischen dem Resonator mit abstimmbarer Frequenz und dem Quantisierer erzielt. Derartige VCO mit hoher Güte können in CMOS, BICMOS oder bipolarer Schaltungstechnik problemlos hergestellt werden.
  • Alternativ kann der Resonator mit abstimmbarer Frequenz auch als sogenannter BAW-Resonator, Bulk Acoustic Wafe Resonator, ausgeführt sein. Derartige BAW-Resonatoren können in Silizium-Technik mit einer Güte im Bereich von mehreren Tausend problemlos hergestellt werden. BAW-Resonatoren können beispielsweise in sogenannter Multi-Die-Montage hergestellt werden. Auch bei dieser Alternative kann eine besonders gute Anpassung der Frequenz des Integrators und der Taktfrequenz des Quantisierers erzielt werden.
  • In einer weiteren Alternative kann der Resonator mit abstimmbarer Frequenz auch als keramischer Resonator ausgeführt sein.
  • Alle beschriebenen, mit abstimmbarer Frequenz ausgeführten Resonatoren können entweder auf einem Chip integriert werden oder als separates Bauteil ausgeführt sein. Aufgrund der Ausführung mit abstimmbarer Frequenz, die auf die Taktrate des Quantisierers bezogen ist, treten keinerlei Probleme mit Fehlanpassungen oder Fertigungsstreuungen auf.
  • Um dem BAW-Resonator oder den keramischen Resonator abstimmbar auszuführen, kann beispielsweise eine Varaktordiode zugeschaltet werden. Der Varaktor kann beispielsweise als parallel zum eigentlichen Resonator geschaltete, abstimmbare Varaktordiode ausgeführt sein.
  • Der Sigma-Delta-Wandler oder Sigma-Delta-Modulator kann einstufig und mehrstufig aufgebaut sein. Der mehrstufige SD-Wandler umfaßt bevorzugt in jeder Stufe einen Resonator mit abstimmbarer Frequenz, der jeweils von dem Frequenzsynthesizer gesteuert wird. Die Resonatoren haben dabei bevorzugt gleichen Aufbau.
  • Zwischen den Frequenzsteuerblock und einem Abstimmeingang des abstimmbaren Resonators kann ein Digital-Analog-Wandler geschaltet sein. Dadurch wird es möglich, den Offset-Wert des jeweiligen Abstimmsignals unabhängig von anderen Resonatoren oder Bauteilen einzustellen.
  • Ein weiterer, mit abstimmbarer Frequenz ausgeführter Resonator, der bevorzugt den gleichen Aufbau wie der oder die übrigen abstimmbaren Resonatoren hat, kann mit Vorteil in dem als Regelkreis ausgeführten Frequenzsynthesizer vorgesehen sein. Die als Integrator arbeitenden Resonatoren mit abstimmbarer Frequenz werden dabei lediglich gesteuert betrieben.
  • Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen des vorgeschlagenen Prinzips ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend an mehreren Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines zeitkontinuierlichen Sigma-Delta-Modulators gemäß dem vorgeschlagenen Prinzip,
  • 2 eine Weiterbildung des Ausführungsbeispiels von 1 mit unabhängig einstellbarer Offsetspannung zur Ansteuerung der Resonatoren mit abstimmbarer Frequenz und
  • 3 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sigma-Delta-Wandlers mit Ansteuerung der D/A-Wandler mittels Steuer-Bus.
  • 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines zeitkontinuierlich arbeitenden Sigma-Delta-Modulators, der auch als Sigma-Delta-Wandler bezeichnet wird. Dieser ist beispielhaft als Modulator zweiter Ordnung ausgeführt. Ein Vorwärtspfad umfaßt eine Serienschaltung eines ersten Verstärkers 1 mit einer Steilheit gm von dem reziproken Wert der Impedanz Z0, und eines weiteren Verstärkers 2, der ebenfalls die Steilheit gm von dem reziproken Impedanzwert Z0 hat. Dem zweiten Verstärker 2 ist ein Serienschalter 3 nachgeschaltet, der einen Takt-Steuereingang hat, an dem eine Frequenz Fm angelegt wird, die dem Kehrwert der Taktperiode T entspricht. Am Ausgang des Schalters 3 ist ein begrenzender Verstärker 4 angeschlossen, dessen Ausgang den Ausgang des Vorwärtspfades des Sigma-Delta-Modulators bildet. Schalter 3 und Limiterverstärker 4 bilden zusammen einen Quantisierer, so daß am Ausgang des Quantisierers 3, 4 ein zeit- und wertdiskretes Signal vorliegt. Ein Rückführungspfad 5, 6 verbindet den Ausgang des Quantisierers 3, 4 mit dem Schaltungsknoten, der den ersten und den zweiten Verstärker 1, 2 miteinander koppelt. Der Rückführungspfad 5, 6 umfaßt ein Übertragungsglied, welches in der z-Ebene die Übertragungsfunktion z-1 hat und diesem nachgeschaltet eine Stromquellenschaltung 6, die abhängig vom Signal am Ausgang des Funktionsblocks 5 einen positiven Strom Ir oder einen negativen Strom -Ir abgibt. Insgesamt hat der Rückführungspfad 5, 6 die Funktion eines Digital-Analog-Wandlers.
  • Ausgangsseitig an den Verstärkern 1, 2 ist jeweils ein Resonator 7, 8 angeschlossen, der jeweils in seiner Frequenz abstimmbar ist und die gleichen Aufbau haben. Zur Abstimmung haben die Resonatoren 7, 8 jeweils einen Frequenzsteuereingang. Die Resonatoren 7, 8 an den Ausgängen der Verstärker 1, 2 bilden je einen Integrator. Zur Steuerung der Frequenz der Resonatoren 7, 8 ist eine Phasenregelschleife 9 vorgesehen, die einen weiteren Resonator 10 umfaßt, dessen Ausgang mit dem Eingang eines Phasendetektors 11 verbunden ist. Der Ausgang des Phasendetektors 11 ist über ein Schleifenfilter 12 an den Frequenzsteuereingang des Resonators 10 geführt. Auch die Frequenzsteuereingänge der Resonatoren 7, 8 sind mit dem Ausgang des Schleifenfilters 12 verbunden. Der Phasendetektor 11 hat weitere Eingänge zum Zuführen eines Taktsignals mit einer Referenzfrequenz fref und zum Zuführen digitaler Infor mationen mittels eines Steuer-Busses CTRL-BUS. Zur Ansteuerung des Serienschalters 3 im Quantisierer 3, 4 ist der Ausgang des Resonators 10 weiterhin über zwei Pufferverstärker 13, 14 mit dem Takteingang des Schalters 3 verbunden. Der Verstärker 13 ist dabei als Verstärker mit negativer Impedanz -G0 ausgeführt, der den Resonator 10 entdämpft. Der dem Verstärker 13 nachgeschaltete Verstärker 14 ist als Pufferverstärker ausgebildet.
  • Zur weiteren Verbesserung der Funktionsfähigkeit des Sigma-Delta-Wandlers ist ein noch weiterer Resonator 15 mit steuerbarer Frequenz vorgesehen. Der Frequenzsteuereingang des Resonators 15 ist wie die der anderen Resonatoren an den Ausgang des Schleifenfilters 12 angeschlossen. Der Ausgang des Resonators mit steuerbarer Frequenz 15 ist mit dem Eingang des ersten Verstärkers 1 und damit mit dem Eingang des Sigma-Delta-Modulators verbunden.
  • Durch die Kopplung des Resonators 10 mit dem Entdämpfungsverstärker 13 ergibt sich ein schwingungsfähiges System. Der Ausgang des Entdämpfungsverstärkers 13 speist sowohl über den Pufferverstärker 14 den Quantisierer 3, 4, als auch den Phasendetektor 11 des Phasenregelkreises 9. Der Phasendetektorblock 11 umfaßt auch weitere nicht dargestellte Funktionsblöcke wie Ladungspumpenschaltung, Frequenzteiler et cetera. Über den Steuer-Bus am Eingang des Phasendetektor-Blocks 11 werden Frequenzteilerverhältnisse, Ladungspumpenströme etc. gesteuert. Die Referenzfrequenz für den Phasendetektor 11 wird beispielsweise mit einem Quarz-Oszillator oder einer anderen externen Referenz bereitgestellt. Über das Schleifenfilter 12 wird ein Abstimm-Signal zu den Varaktoren 7, 8, 10, 15 geführt, die im vorliegenden Beispiel als LC-Oszillatoren ausgeführt sind, d. h. eine Induktivität und eine Kapazität als schwingfrequenzbestimmende Elemente umfassen. Die Resonatoren 7, 8 arbeiten beide als Übertragungsleitungen und bilden damit Integratoren. Die Resonatoren 7, 8 haben praktisch die gleiche Resonanzfrequenz wie der Resonator 10, der in Kombination mit dem Entdämpfungsverstärker 13 nahezu auf der Mittenfrequenz schwingt. Eine geringfügige Verzögerung bedingt durch den Entdämpfungsverstärker 13 kann eventuell in einigen wenigen Grad eines Phasenoffsets resultieren, der wiederum in einigen Grad Frequenzoffset resultieren kann. Dadurch wird jedoch die Gesamtfunktion der Schaltungsanordnung nicht wesentlich beeinträchtigt.
  • Der zusätzliche Resonator 15 hat die Funktion eines zusätzlichen Anti-Aliasing-Filters am Eingang des Sigma-Delta-Wandlers. Zudem hat der Resonator 15 die Funktion eines sogenannten Preselectors zur Frequenzvorwahl. Der Resonator 15 ist für die grundlegende Funktion des Wandlers nicht erforderlich, kann dessen Leistungsfähigkeit jedoch weiter verbessern und dient als Vorfilter.
  • Vorliegend sind die Resonatoren 7, 8, 10, 15 alle gleich aufgebaut als LC-Parallelschwingkreise. Diese sind mit abstimmbarer Frequenz aufgeführt, wofür vorzugsweise eine Varaktordiode als abstimmbares Bauteil im LC-Schwingkreis vorgesehen ist. Alternativ können die Resonatoren 7, 8, 10, 15 jedoch auch als keramische Resonatoren mit einem parallelgeschalteten Abstimm-Varaktor ausgebildet sein.
  • Die Resonatoren 7, 8, 10, 15 sind vorliegend als integriertes Bauteil ausgeführt. Dadurch ergibt sich bei Verwendung eines herkömmlichen Siliziumprozesses eine Güte im Bereich von größer 10. Alternativ können die Varaktoren auch als diskrete Bauteile oder mit diskreten Bauteilen ausgebildet sein, womit eine Güte größer 15 erzielt werden kann.
  • Wenn diskrete Bauteile verwendet werden, die einen passiven integrierten Varaktor und eine passiven integrierte Induktivität in Silizium umfassen, kann auch eine Güte größer 20 erzielt werden. Dabei kann der Resonator beispielsweise über Bonddrähte, in Flipchip-Montage oder anderen Technologien mit dem Hauptschaltkreis verbunden werden.
  • Weiter alternativ können die Resonatoren 7, 8, 10, 15 auch als sogenannte FBAR-Resonatoren, Film Bulk Acoustic Resonator, ausgeführt sein, basierend auf einem Silizium-Fertigungsverfahren, jeweils parallel zu einem Varaktor geschaltet. Keramische Resonatoren oder FBAR-Resonatoren, die mit einer Varaktordiode parallel geschaltet sind, führen zu einem höheren Gütefaktor als der parallele LC-Oszillator, der LC-Oszillator hat jedoch den Vorteil eines größeren Abstimmbereiches.
  • Der vorgeschlagene, zeitkontinuierlich arbeitende Sigma-Delta-Modulator arbeitet mit hoher Güte und ist in der Lage, analoge Signale mit geringer oder mit hoher Frequenz zu digitalisieren. Bevorzugt kommt der vorgeschlagene Sigma-Delta-Wandler in Funkempfängern zum Einsatz, die beispielsweise nach den Standards GSM, WLAN, Bluetooth oder UMTS arbeiten. Der vorgeschlagene Sigma-Delta-Wandler hat einen geringen Jitter und geringes Rauschen und kann mit Taktraten bis in den Gigahertz-Bereich hinein arbeiten. Dadurch kann eine Digitalisierung hochfrequenter Signale direkt an der Antenne eines Empfängers durchgeführt werden.
  • Selbstverständlich kann anstelle der vorgeschlagenen Wandleranordnung zweiter Ordnung auch ein Wandler mit geringerer oder höherer Ordnungszahl als in 1 gezeigt gemäß dem vorgeschlagenen Prinzip realisiert werden Die vorgeschlagene Lösung garantiert ein gutes Matching der verwendeten Bauteile und Funktionsblöcke und ein synchronisiertes Verhalten zwischen den Resonatoren und der Taktrate des Quantisierers.
  • Anstelle des Phasenregelkreises 9 kann auch ein Frequenzregelkreis FLL, englisch frequency locked loop, oder eine andere Frequenzsyntheseeinrichtung verwendet werden.
  • 2 zeigt eine Weiterbildung der Sigma-Delta-Wandleranordnung von 1. Beide Ausführungsbeispiele gemäß 1 und 2 stimmen in den verwendeten Bauteilen, deren Verschaltung miteinander und der resultierenden, vorteilhaften Wirkungsweise weitgehend überein. Insoweit wird die Beschreibung der Figur an dieser Stelle nicht wiederholt.
  • Zusätzlich sind bei der Wandleranordnung von 2 mehrere Digital-Analog-Wandler 16, 17, 18 vorgesehen, welche jeweils zwischen den Ausgang des Schleifenfilters 12 und die Abstimmeingänge der Resonatoren 15, 7, 8 geschaltet sind. Mit den zusätzlichen Analog-Digital-Konvertern 16, 17, 18 ist es mit Vorteil möglich, die Offsetspannung des Abstimmsignals der Resonatoren 7, 8, 15 unabhängig voneinander und von der Steuerspannung einzustellen.
  • 3 zeigt eine beispielhafte, alternative Ausführungsform der Sigma-Delta-Wandleranordnung von 1, bei der jedem der vier Resonatoren 7, 8, 10, 15 ein Digital-Analog-Wandler 17, 18, 19 vorgeschaltet ist, dessen Eingang wiederum mit dem Ausgang eines Steuerblocks 20 gekoppelt ist. Der Steuerblock 20 hat mehrere Eingänge, unter anderem zum Zuführen eines Steuer-Busses. Der Steuerblock 20 ersetzt die Phasenregelschleife 9 von 1. Die Frequenz des Resonators 10 wird damit lediglich gesteuert, nicht geregelt. Mit Vorteil weist der Steuerblock 20 eine Tabelle auf, die die Zuordnung von Abstimmspannung des Resonators 10 zu der resultierenden Frequenz kennt und die gegebenenfalls auch kalibriert werden kann.
  • Mit Vorteil können bei der Schaltung von 3 alle Abstimmspannungen aller Resonatoren mittels Analog-Digital-Wandler 16 bis 19 und dem Steuer-Bus am Steuerblock 20 eingestellt werden, so daß eine Offset-Kontrolle unabhängig von der vom Steuerblock gelieferten Abstimmm-Spannung möglich ist.
  • Selbstverständlich liegt es im Rahmen der Erfindung, das vorgeschlagene Prinzip auch auf Sigma-Delta-Wandler mit anderem als dem gezeigten Aufbau zu übertragen.
  • 1
    Verstärker
    2
    Verstärker
    3
    Serienschalter
    4
    Limiter
    5
    1/z-Block
    6
    Stromquellenschaltung
    7
    Resonator
    8
    Resonator
    9
    PLL
    10
    Resonator
    11
    Phasendetektor
    12
    Schleifenfilter
    13
    Entdämpfungsverstärker
    14
    Puffer
    15
    Resonator
    16
    D/A-Wandler
    17
    D/A-Wandler
    18
    D/A-Wandler
    19
    D/A-Wandler
    20
    Steuerblock

Claims (11)

  1. Sigma-Delta-Wandleranordnung, aufweisend – eine Serienschaltung zwischen einem Eingang und einem Ausgang der Sigma-Delta-Wandleranordnung, umfassend zumindest einen Verstärker (2) mit einer vorbestimmten Übertragungsfunktion und einen Quantisierer (3, 4) mit Takteingang, – einen Rückkopplungspfad, der den Ausgang der Serienschaltung mit deren Eingang verbindet und der einen Digital/Analog-Wandler (5, 6) umfaßt, – einen Resonator mit abstimmbarer Frequenz (8), dessen Ausgang mit dem Verstärker (2) gekoppelt ist zur Bildung eines Integrators, und – einen Frequenzsteuerblock (9, 20), der die Frequenz des Resonators mit abstimmbarer Frequenz (8) steuert und der mit dem Takteingang des Quantisierers (3, 4) gekoppelt ist.
  2. Sigma-Delta-Wandleranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Quantisierer (3, 4) ein Serienschaltung eines Schalters (3) und eines Limiterverstärkers (4) umfaßt, bei der der Schalter (3) einen Takteingang hat, der mit dem Frequenzsteuerblock (9, 20) gekoppelt ist.
  3. Sigma-Delta-Wandleranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Digital/Analog Wandler (18) vorgesehen ist, der den Frequenzsteuerblock (9, 20) mit einem Abstimmeingang des Resonators mit abstimmbarer Frequenz (8) verbindet.
  4. Sigma-Delta-Wandleranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzsteuerblock einen Frequenzsynthesizer mit Regelkreis (9) umfaßt, der einen Phasen- und/oder Frequenzvergleicher (11) sowie ein Schleifenfilter (12) und einen weiteren Resonator mit abstimmbarer Frequenz (10) aufweist.
  5. Sigma-Delta-Wandleranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Resonator mit abstimmbarer Frequenz (10) mit dem Quantisierer (3, 4) zur Zuführung eines Bezugstakts gekoppelt ist.
  6. Sigma-Delta-Wandleranordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator mit abstimmbarer Frequenz (8) und der weitere Resonator mit abstimmbarer Frequenz (10) einen identischen Aufbau haben.
  7. Sigma-Delta-Wandleranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein noch weiterer Resonator mit abstimmbarer Frequenz (15) vorgesehen ist, der mit dem Eingang der Sigma-Delta-Wandleranordnung gekoppelt ist, dessen Frequenz von dem Frequenzsteuerblock (9, 20) gesteuert wird und der zur Vorselektion dient.
  8. Sigma-Delta-Wandleranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß diese mehrstufig aufgebaut ist.
  9. Sigma-Delta-Wandleranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator mit abstimmbarer Frequenz (10) als abstimmbarer LC-Oszillator ausgeführt ist.
  10. Sigma-Delta-Wandleranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator mit abstimmbarer Frequenz (10) als keramischer Resonator ausgeführt ist.
  11. Sigma-Delta-Wandleranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator mit abstimmbarer Frequenz (10) als BAW-Resonator ausgeführt ist.
DE10331572A 2003-07-11 2003-07-11 Sigma-Delta-Wandleranordnung Expired - Fee Related DE10331572B4 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10331572A DE10331572B4 (de) 2003-07-11 2003-07-11 Sigma-Delta-Wandleranordnung
US10/888,065 US6897796B2 (en) 2003-07-11 2004-07-09 Sigma-delta converter arrangement
CNB2004100635862A CN100367674C (zh) 2003-07-11 2004-07-12 ∑-△变换装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10331572A DE10331572B4 (de) 2003-07-11 2003-07-11 Sigma-Delta-Wandleranordnung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE10331572A1 true DE10331572A1 (de) 2005-02-03
DE10331572B4 DE10331572B4 (de) 2005-06-09

Family

ID=33560064

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10331572A Expired - Fee Related DE10331572B4 (de) 2003-07-11 2003-07-11 Sigma-Delta-Wandleranordnung

Country Status (3)

Country Link
US (1) US6897796B2 (de)
CN (1) CN100367674C (de)
DE (1) DE10331572B4 (de)

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6768435B2 (en) * 2001-11-13 2004-07-27 National University Of Singapore Bandpass sigma-delta modulator
DE102004009611B4 (de) * 2004-02-27 2010-01-14 Infineon Technologies Ag Zeitkontinuierlicher Sigma-Delta-Analog-Digital-Wandler
US7307564B1 (en) 2004-10-25 2007-12-11 Hrl Laboratories, Llc Continuous-time delta-sigma modulators using distributed resonators
US7057541B1 (en) * 2004-11-29 2006-06-06 Hrl Laboratories, Llc Delta-sigma modulator using LC resonators
US7187313B1 (en) * 2005-10-31 2007-03-06 Mediatek Inc. Fractional-N frequency synthesizer with sigma-delta modulator for variable reference frequencies
US7193546B1 (en) * 2005-12-20 2007-03-20 Cirrus Logic, Inc. Phase-measuring delta-sigma modulator calibration method and apparatus
US7482885B2 (en) * 2005-12-29 2009-01-27 Orca Systems, Inc. Method of frequency synthesis for fast switching
DE102006004012B3 (de) * 2006-01-27 2007-09-13 Xignal Technologies Ag Zeitkontinuierlicher Delta-Sigma-Analog-Digital-Wandler mit Operationsverstärkern
US7519349B2 (en) * 2006-02-17 2009-04-14 Orca Systems, Inc. Transceiver development in VHF/UHF/GSM/GPS/bluetooth/cordless telephones
US7548178B2 (en) * 2006-03-10 2009-06-16 Nvidia Corporation Method and apparatus for ADC size and performance optimization
US9300261B2 (en) * 2006-03-10 2016-03-29 Nvidia Corporation Method and apparatus for efficient load biasing
US7414557B2 (en) * 2006-12-15 2008-08-19 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Method and apparatus for feedback signal generation in sigma-delta analog-to-digital converters
GB2453939A (en) * 2007-10-22 2009-04-29 Ubidyne Inc Clockless analogue band-pass delta-sigma modulator
GB2463879A (en) * 2008-09-25 2010-03-31 Ubidyne Inc Apparatus and method for the calibration of delta-sigma modulators of the continuous time, band pass, type.
US8519878B2 (en) * 2011-06-27 2013-08-27 Broadcom Corporation Multi-mode analog-to-digital converter
JP5598561B2 (ja) * 2013-02-27 2014-10-01 住友電気工業株式会社 Δς変調器及び通信装置
DE102018219333B3 (de) * 2018-11-13 2020-03-26 Albert-Ludwigs-Universität Freiburg Verfahren zur automatischen frequenzanpassung eines filters in einer geschlossenen regelschleife

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2378831A (en) * 2001-08-17 2003-02-19 Stephen Anthony Gerar Chandler High accuracy radio frequency analogue to digital converter

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0533981B1 (de) 1991-09-26 1996-07-24 Siemens Aktiengesellschaft Empfangsgerät für Hochfrequenzsignale
US5608400A (en) * 1995-08-24 1997-03-04 Martin Marietta Corporation Selectable intermediate frequency sigma-delta analog-to-digital converter
US5729230A (en) * 1996-01-17 1998-03-17 Hughes Aircraft Company Delta-Sigma Δ-Σ modulator having a dynamically tunable continuous time Gm-C architecture
US5818374A (en) * 1996-05-08 1998-10-06 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson Switched current delta-sigma modulator
KR100219155B1 (ko) * 1996-09-11 1999-09-01 윤종용 디지탈/아날로그 변환장치
JP3917193B2 (ja) * 1997-08-29 2007-05-23 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ 利得精度を改善したシグマ―デルタ変調器
CN1114258C (zh) * 2000-11-20 2003-07-09 浙江大学 具有量化误差补偿功能的数字化开关变换器
US6768435B2 (en) * 2001-11-13 2004-07-27 National University Of Singapore Bandpass sigma-delta modulator
DE60106070T2 (de) * 2001-12-27 2005-10-13 Stmicroelectronics S.R.L., Agrate Brianza Verfahren zur Selbstkalibrierung einer Frequenz einer Modulatorschaltung, und dieses Verfahren anwendende Schaltung

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2378831A (en) * 2001-08-17 2003-02-19 Stephen Anthony Gerar Chandler High accuracy radio frequency analogue to digital converter

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HARNANDEZ L. and PATON S.: Continuous Time Sigma-Delta modulators with transmission line resontors and improved jitter and excess loop delay performance. In: Proceedings of the 2003 International Symposium on Cicuits and Systems, ISCAS'03, May 25-28, 2003, Vol. 1, S. 989-992 *

Also Published As

Publication number Publication date
US6897796B2 (en) 2005-05-24
DE10331572B4 (de) 2005-06-09
US20050030211A1 (en) 2005-02-10
CN1578155A (zh) 2005-02-09
CN100367674C (zh) 2008-02-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10331572B4 (de) Sigma-Delta-Wandleranordnung
DE60110686T2 (de) Frequenzsynthesizer
DE102006011285B4 (de) Schwingkreisanordnung mit digitaler Steuerung, Verfahren zur Erzeugung eines Schwingungssignals und digitaler Phasenregelkreis mit der Schwingkreisanordnung
DE602005001077T2 (de) Phasenregelschleife für Frequenzsynthetiser
DE10047343B4 (de) Resonatoranordnung
DE602005003396T2 (de) Variable Kapazitätsschaltung mit AN/AUS Schalter für die variable Kapazitätsfunktion und selbige benutzender spannungsgesteuerter Oszillator
DE102004020156A1 (de) Einfangsbereich-Steuermechanismus für spannungsgesteuerte Oszillatoren
DE19630404B4 (de) Spannungsgesteuerter Oszillator
DE102008045042B4 (de) Regelschleifensystem
EP0974196B1 (de) Digitale afc-einstellung durch reziproke dds
DE102005030356B4 (de) Digitaler Phasenregelkreis und Verfahren zur Regelung eines digitalen Phasenregelkreises
DE102005060944B4 (de) Abstimmschaltung zu einer Frequenzabstimmung, Verwendung der Abstimmschaltung und Verfahren zur Frequenzabstimmung
DE102006017973B4 (de) Direkt modulierender Frequenzmodulator
DE102006011639A1 (de) Doppelmodus-abstimmbarer digital gesteuerter Kristalloszillator und Betriebsverfahren
EP1670136A1 (de) Spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung mit analoger und digitaler Ansteuerung
DE102005006543B4 (de) Direkt modulierter spannungsgesteuerter Oszillator auf CMOS-Basis
EP1586183B1 (de) Oszillatoranordnung für frequenzmodulation
DE102013005054A1 (de) Phasenregelkreis
DE3931513C2 (de)
DE60033762T2 (de) Verbrauchsarmer mehrfrequenzoszillator für telekommunikations-ic's
DE10309335A1 (de) Phasenregelanordnung zur Frequenzsynthese
DE102014118284B4 (de) Quantisierer
WO2005078935A1 (de) Digitaler phasenregelkreis mit schnellem einschwingverhalten
EP1386400B1 (de) Phasenregelschleife
EP0667061A1 (de) Pll-system

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8364 No opposition during term of opposition
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee