FI88765B - Foerfarande och arrangemang foer stabilering av en hoegre grads sigma-delta-modulator - Google Patents

Foerfarande och arrangemang foer stabilering av en hoegre grads sigma-delta-modulator Download PDF

Info

Publication number
FI88765B
FI88765B FI911694A FI911694A FI88765B FI 88765 B FI88765 B FI 88765B FI 911694 A FI911694 A FI 911694A FI 911694 A FI911694 A FI 911694A FI 88765 B FI88765 B FI 88765B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
modulator
output
integrator
integration
stage
Prior art date
Application number
FI911694A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI911694A (fi
FI88765C (fi
FI911694A0 (fi
Inventor
Hannu Tenhunen
Teppo Karema
Tapani Ritoniemi
Original Assignee
Nokia Mobile Phones Ltd
Fincitec Oy
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 Nokia Mobile Phones Ltd, Fincitec Oy filed Critical Nokia Mobile Phones Ltd
Priority to FI911694A priority Critical patent/FI88765C/fi
Publication of FI911694A0 publication Critical patent/FI911694A0/fi
Priority to US07/863,063 priority patent/US5248972A/en
Priority to DE69214996T priority patent/DE69214996T2/de
Priority to JP04087243A priority patent/JP3142946B2/ja
Priority to EP92303093A priority patent/EP0512687B1/en
Publication of FI911694A publication Critical patent/FI911694A/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI88765B publication Critical patent/FI88765B/fi
Publication of FI88765C publication Critical patent/FI88765C/fi

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M3/00—Conversion of analogue values to or from differential modulation
    • H03M3/30—Delta-sigma modulation
    • H03M3/322—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters
    • H03M3/358—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters of non-linear distortion, e.g. instability
    • H03M3/36—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters of non-linear distortion, e.g. instability by temporarily adapting the operation upon detection of instability conditions
    • H03M3/366—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters of non-linear distortion, e.g. instability by temporarily adapting the operation upon detection of instability conditions in feed-forward mode, e.g. using look-ahead circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M3/00—Conversion of analogue values to or from differential modulation
    • H03M3/30—Delta-sigma modulation
    • H03M3/39—Structural details of delta-sigma modulators, e.g. incremental delta-sigma modulators
    • H03M3/412—Structural details of delta-sigma modulators, e.g. incremental delta-sigma modulators characterised by the number of quantisers and their type and resolution
    • H03M3/422—Structural 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
    • H03M3/43—Structural 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
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M3/00—Conversion of analogue values to or from differential modulation
    • H03M3/30—Delta-sigma modulation
    • H03M3/39—Structural details of delta-sigma modulators, e.g. incremental delta-sigma modulators
    • H03M3/436—Structural details of delta-sigma modulators, e.g. incremental delta-sigma modulators characterised by the order of the loop filter, e.g. error feedback type
    • H03M3/438—Structural 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
    • H03M3/44—Structural 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 with provisions for rendering the modulator inherently stable
    • H03M3/446—Structural 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 with provisions for rendering the modulator inherently stable by a particular choice of poles or zeroes in the z-plane, e.g. by positioning zeroes outside the unit circle, i.e. causing the modulator to operate in a chaotic regime
    • H03M3/448—Structural 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 with provisions for rendering the modulator inherently stable by a particular choice of poles or zeroes in the z-plane, e.g. by positioning zeroes outside the unit circle, i.e. causing the modulator to operate in a chaotic regime by removing part of the zeroes, e.g. using local feedback loops
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M3/00—Conversion of analogue values to or from differential modulation
    • H03M3/30—Delta-sigma modulation
    • H03M3/39—Structural details of delta-sigma modulators, e.g. incremental delta-sigma modulators
    • H03M3/436—Structural details of delta-sigma modulators, e.g. incremental delta-sigma modulators characterised by the order of the loop filter, e.g. error feedback type
    • H03M3/438—Structural 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
    • H03M3/452—Structural 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 with weighted feedforward summation, i.e. with feedforward paths from more than one filter stage to the quantiser input

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)

Description

1 88765
Menetelmä ja järjestely korkeamman asteen sigma-delta-mo-dulaattorin stabiloimiseksi 5 Keksinnön kohteena on menetelmä ja järjestely vä hintään kaksi Integrointlastetta käsittävän korkeamman asteen sigma-delta-modulaattorln stabiloimiseksi.
Suuriresoluutioisten analogia-dlgitaalimuuntimien (A/D) tarve on kasvattanut ylinäytteytykseen ja sigma-del-10 ta-modulaatloon perustuvan kohinanmuokkaustekniikan käyttöä. Sigma-delta-A/D-muuntimen resoluutio riippuu ylinäyt-teytyssuhteesta (M) ja kohinanmuokkausfunktion asteluvusta. Korkeamman asteen (>2) sigma-delta-modulaattoreihin liittyy kuitenkin vaikeita stablilisuusongelmia.
15 Korkeamman asteen modulaattorien stabiilisuus riip puu sisäänmenevän signaalin amplitudista. Kun modulaattori siirtyy epästabiiliin toimintatilaan sen integraattoreiden jännitteet nousevat jyrkästi ja modulaattorin ulostulon bittivirta alkaa noudattaa sisääntulosta riippumatonta 20 värähtelyä. Korkean asteen modulaattori ei palaa takaisin lineaariselle toiminta-alueelle vaikka sisääntulo palaisi stabiilille toiminta-alueelle. Tunnetuissa ratkaisuissa modulaattori saadaan pysymään stabiilina nollaamalla kaikki integraattorit liian suurien sisääntuloarvojen aikana . 25 tai rajoittamalla integraattorien jännitealue tarkasti stabiilille toiminta-alueelle.
Ongelmana integraattorien jännitealueen rajoittamisessa on käytännön toteutus, ennen kaikkea tulee välttää ylimääräisiä kytkentöjä modulaattorin ensimmäisissä 30 asteissa, joissa modulaattorin herkkyys on suurimmillaan. Yli 16-bitin (98 dB) signaalikohinasuhteella on vaikea toteuttaa tarvittavia kytkentöjä. Modulaattorin herkkyys häiriöille pienenee nopeasti myöhemmissä integraattorias-teissa ja siten onkin suositeltavaa tehdä ylimääräiset 35 2 »8765 kytkennät näihin integraattoriasteisiin.
Lisäksi multiple-feedback (MF) tyyppisessä modulaattorissa kaikkien integraattorien nollaus aiheuttaa modulaattorin ulostulon bittivirran tehon pienenemistä 5 stabiilia toiminta-aluetta suuremmilla signaalitasoilla. Tämä aiheuttaa sen, että modulaattoria seuraavan desimoin-tisuodattimen ulostulosta tulee pienempiä arvoja kuin normaalilla toiminta-alueella. Tällainen toiminta on hyvin haitallinen käytännön sovelluksissa. Normaalisti halutaan, 10 että ulostulo saturoituu maksimiarvoon, kun sisääntulon amplitudi ylittää toiminta-alueensa. Feedforward (FF) tyyppisessä modulaattorissa integrointiasteiden nollausta voidaan käyttää ilman esitettyjä ongelmia.
Keksinnön päämääränä on parantaa korkeamman asteen 15 sigma-delta-modulaattorien stabilointia.
Tämä saavutetaan keksinnön mukaisella menetelmällä korkeamman asteen sigma-delta-modulaattorien stabiloimi-seksi, jolle menetelmälle on tunnusomaista, että korkean asteen modulaattorin asteluku väliaikaisesti rajoitetaan 20 alemmaksi, modulaattorin sisääntulosignaalin amplitudista riippumattomasti stabiiliksi asteluvuksi, kun sisääntulosignaalin amplitudi ylittää korkean asteen modulaattorin stabiilin toiminta-alueen. Koska perinteisesti suoritettu kaikkien integraattorien nollaus modulaattorien stabiloi-25 miseksi aiheuttaa käytännön toteutuksessa häiriötä signaa liin (ensimmäiseen integrointiasteeseen), keksinnössä pyritään välttämään tällainen nollaus. Matala-asteinen eli ensimmäisen asteen modulaattori on tunnetusti stabiili sisääntulosignaalin tasosta riippumaton, samoinkuin myös 30 toisen asteen sigma-delta-modulaattori. Kolmannen asteen modulaattori saadaan stabiiliksi käytännön toteutuksissa siten, että käyttöjännitteillä rajoitetaan integraattorit stabiilille toiminta-alueelle. Tätä korkeamman asteen modulaattorit tarvitsevat ulkoista stabilointia. Keksinnön 35 perusajatuksena on, että stabiilisuus varmennetaan ja en- 3 ' 8 765 simmäisen tai ensimmäisten integrointiasteiden nollaus vältetään muuttamalla korkeamman asteen modulaattorin astelukua laskemalla hetkellisesti ensimmäisen, toisen tai kolmannen asteen modulaattoriksi, joka on stabiili sisään-5 tulosignaalin tasosta riippumattomasti, kun sisääntulosig-naalin taso ylittää korkea-asteisen modulaattorin stabiilin toiminta-alueen, mikä havaitaan tarkkailemalla integrointiasteiden jännitteitä. Sisääntulosignaalin tason ollessa mainitulla stabiililla toiminta-alueella, modulaatio tori toimii normaaliin tapaan korkeampiasteisena, jolloin saadaan korkeampiasteisen modulaattorin parempi kvanti-sointikohinan muotoilu (noise shaping).
Keksinnön kohteena on myös patenttivaatimuksien 4 ja 5 mukaiset järjestelyt FF- ja MF-tyyppisten korkeamman 15 asteen sigma-delta-modulaattorien stabiloimiseksi.
Keksintöä selitetään seuraavassa yksityiskohtaisemmin suoritusesimerkkien avulla viitaten oheisiin piirroksiin, joissa kuviot 1 ja 2 esittävät lohkokaavioita tekniikan 20 tason mukaisista sigma-delta-modulaattoreista, jotka on toteutettu vastaavasti feedforward (FF)-rakenteella ja multiple feedback (MF)-rakenteella, kuvio 3 esittää lohkokaavion eräästä FF-rakenteella toteutetusta sigma-delta-modulaattorista, jossa käytetään 25 keksinnön mukaista stabilointia, kuvio 4 esittää lohkokaavion eräästä keksinnön mukaisesta FF-rakenteella toteutetusta sigma-delta-modulaattorista, jossa käytetään keksinnön mukaista stabilointia, ja 30 kuviot 5, 6 ja 7 ovat kuvaajia, jotka vastaavasti esittävät kuvioiden 1, 2 ja 4 mukaisten modulaattorien digitaalisen ulostulon Dout sisääntulosignaalin IN tason funktiona.
Sigma-delta-modulaattorit voidaan toteuttaa käyttä-35 en joko Feedforward (FF)-rakennetta, kuten kuviossa 1, tai 4 3 8 7 l3
Multiple Feedback (MF)-rakennetta, kuten kuviossa 2. Sekä kuvion 1 että kuvion 2 mukaisessa sigma-delta-modulaatto-rissa on sarjaan kytkettynä n-kappaletta integraattorias-teita Hl, H2,...Hn, missä n on positiivinen kokonaisluku.
5 Modulaattorin asteluku on sama kuin integraattoriasteiden lukumäärä. Modulaattoria, jossa on vähintään kaksi integ-rointiastetta (toisen asteen modulaattori) kutsutaan korkeamman asteen modulaattoriksi. Seuraavassa kuvataan yleisesti näitä kahta tunnettua modulaattorirakennetta.
10 Kuvion 1 mukaisessa FF-modulaattorirakenteessa mo dulaattorin sisääntulosignaalista IN vähennetään vähentä-jäelimessä 1 kvantisoijan 2 (ja koko modulaattorin) ulostulosignaali Dout sekä takaisinkytkentäkertoimilla ai skaalattu toisen integraattorin H2 ulostulojännite. Vähen-15 täjäelimen 1 ulostulo syötetään ensimmäiselle integraatto-riasteelle Hl, jonka ulostulo on puolestaan kytketty toiselle integraattoriasteelle H2. Toisen integraattoriasteen H2 ulostulosta vähennetään takaisinkytkentäkertoimella am skaalattu viimeisten integrointiasteen Hn ulostulojännite 20 vähentäjäelimessä 3 ja erotus syötetään kolmannelle integraattoriasteelle H3. Jokaisen integraattoriasteen Hl...Hn ulostulojännite on kytketty vastaavalla painotuskertoimel-la bl...bn skaalattuna summainelimelle 4, jonka ulostulo syötetään kvantisoijalle tai komparaattorille 2. Kvanti-25 soijaa 2, vähentäjäelimiä 1 ja 3, summainelintä 4 sekä integrointijännitteiden siirtämistä integrointiasteelta seuraavalle ohjataan ylinäytteytyskellolla Fs.
Kuvion 2 mukaisessa MF-modulaattorirakenteessa modulaattorin sisääntulosignaalista IN vähennetään vähentä-30 jäelimessä 21n takaisinkytkentäkertoimelle bn skaalattu kvantisoijan 22 (ja koko modulaattorin) digitaalinen ulostulosignaali Dout ennen ensimmäiselle integraattoriasteelle Hn syöttämistä. Samalla tavoin jokaisen seuraavan integrointiasteen Hn_,. . .Hj sisääntulossa on vastaava vähentäjä-35 elin 21n_1...211, joka vähentää edellisen integraattorin 5 8 8 7c5 ulostulosignaalista vastaavalla takaisinkytkentäkertoimel-la skaalatun ulostulosignaalin Dout ja syöttää erotuksen seuraavan integraattoriasteen sisääntuloon. Vä-hentäjSelin 21n vähentää sisääntulosignaalista IN lisäksi 5 takaisinkytkentäkertoimella aB skaalatun kolmanneksi viimeisen integraattoriasteen H3 ulostulojännitteen. Vastaavasti vähentäjäelin 212 vähentää integraattoriasteen H3 ulostulosignaalista myös takaisinkytkentäkertoimella ax skaalatun viimeisen Hl ulostulojännitteen. Kvantisoijaa 22 10 sekä vähentäjäelimiä 21n...211 ohjataan ylinäytteytyskel-lolla Fs. Takaisinkytkennät ax...aB eivät ole välttämättömiä kytkennässä. Näillä kertoimilla saadaan muutettua kvantisointikohinan muotoa siten, että päästökaistalla olevan kohinan määrä pienenee verrattuna kytkentään ilman 15 kyseisiä takaisinkytkentäkertoimia.
Modulaattorien käytännön toteutuksen osalta viitataan väitöskirjaan "High Performance Analog Interfaces for Digital Signal Processors", Frank OP ’T Eyende, Katholieke Universiteit Leuve'n, November 1990, sekä artikkeliiin 20 "Design of stable high order 1-bit sigma-delta modulators", Tapani Ritoniemi ym., Proceedings of IEEE International Symbosium on Circuits and Systems, May 1990, pp. 3267-3270, jossa on selostettu kolmannen, neljännen, viidennen ja kuudennen asteen FF- ja MF-modulaattoreiden 25 mitoitusta Switched capacitor (SC) tekniikalla toteutettu na. Artikkelissa käsitellään myös stabiilisuusongelmia ja niiden ratkaisemista sisääntulosignaalia rajoittamalla.
Kuten edellä jo mainittiin, toinen tunnettu tapa sigma-delta-modulaattorin stabilisoimiseksi on nollata 30 kaikki modulaattorin integraattoriasteet.
Kuviot 5 ja 6 esittävät kuvioiden 1 ja 2 mukaisten viidennen asteen modulaattorien digitaalisia ulostuloja Dout sisääntulosignaalien IN funktiona. Modulaattorin stabiili lineaarinen alue jatkuu pisteeseen A asti. Kun si-35 sääntulotaso IN ylittää pisteen A, modulaattorin kaikki 6 38765 integrointiasteet nollataan modulaattorin palauttamiseksi epästabiilista tilasta. Tällöin kuviossa 5 FF-modulaat-torin ulostulo Dout saturoituu maksimiarvoonsa tai sitä suurempaan arvoon, mikä onkin toivottu tulos. Kuviossa 6 5 MF-modulaattorin integraattorien nollaus aiheuttaa ulostulevan bittivirran tehon pienenemistä pistettä A suuremmilla signaalitasoilla, jolloin modulaattoria seuraavan desimointisuodattimen ulostulosta tulee pienempiä arvoja kuin sisääntulosignaalin normaalilla stabiililla toiminta-10 alueella. Tämä ilmiö on hyvin haitallinen käytännön sovellutuksissa.
Keksinnön avulla pyritäänkin parantamaan korkeamman asteen modulaattorin stabiilisuutta sisääntulosignaalin amplitudin ylittäessä normaalin stabiilin toiminta-alueen-15 sa, rajoittamalla korkean asteen modulaattorin asteluku väliaikaisesti alemmaksi, modulaattorin sisääntulosignaalin amplitudista riippumattomasti stabiiliksi asteluvuksi. Keksinnön ensisijaisen suoritusmuodon mukaisesti tarkkaillaan modulaattorin ensimmäisen, toisen tai kolmannen in-20 tegraattorin ulostulojännitettä ja rajoitetaan modulaattorin asteluku nollaamalla kaikki tarkkailtavaa integraatto-ria seuraavat integraattorit, kun tarkkailtavan integraat-torin ulostulojännite ylittää ennalta määrätyn raja-arvon.
Seuraavassa tätä keksinnön perusajatusta kuvataan 25 kahden esimerkinomaisen suoritusmuodon avulla.
Kuvion 3 lohkokaavio havainnollistaa keksinnön mukaisen stabiloinnin toteuttamista kuvion 1 mukaisessa Feedforward (FF)-rakenteella toteutetussa sigma-delta-mo-dulaattorissa. Itse sigma-delta-modulaattorin rakenne on 30 oleellisesti sama kuin kuviossa 1, minkä vuoksi seuraavassa selostetaan ainoastaan keksinnön kannalta oleellisia eroja. Samat viitenumerot ja symbolit kuvioissa 1 ja 3 merkitsevät samoja nimikkeitä tai toimintoja.
Kuvion 3 suoritusmuodossa korkeamman asteen (n as-35 teen) sigma-delta-modulaattorin kaksi ensimmäistä integ- 7 88765 rointiastetta muodostavat toisen asteen sigma-delta-modu-laattorin, joka on stabiili sisääntulosignaalin IN tasosta riippumattomasti. Stabilointikytkentä käsittää vertailija-välineen 31, jonka toiseen sisääntuloon on kytketty toisen 5 integraattoriasteen H2 (eli mainitun toisen asteen modulaattorin) ulostulojännite. Vertailijapiirille 31 on lisäksi kytketty kaksi referenssijännitettä Vmax ja Vmin, jotka vastaavasti edustavat sisääntulojännitteen IN stabiilin alueen ylintä ja alinta arvoa. Vertailijapiirin 31 10 ulostulo on kytketty tarkkailtavaa integraattoriastetta H2 seuraavien integraattoriasteiden H3...Hn nollaussisääntu-loihin RESET. Sisääntulosignaalin IN ollessa mainitulla lineaarisella stabiililla toiminta-alueella, kuvion 3 modulaattori toimii normaaliin tapaan n-asteen modulaattori-15 na. Kun vertailijapiiri 31 havaitsee integraattoriasteen H2 ulostulojännitteen ylittävän referenssijännitteen Vmax, vertailijapiiri 31 vaihtaa ulostulonsa tilaa, minkä seurauksena integraattoriasteet H3...Hn nollautuvat ja vain kaksi ensimmäistä integraattoriastetta Hl ja H2 jäävät 20 toimintaan muodostaen summainelimen 4 ja kvantisoijan 2 kautta modulaattorin ulostulon Dout. Näin kuvion 3 n-asteen modulaattori väliaikaisesti muunnetaan toisen asteen modulaattoriksi, joka on stabiili kaikilla sisääntulosignaalin arvoilla. Näin modulaattorin ulostuloon Dout saa-25 daan stabiili, joskin suhteellisen kohinainen, ulostulosignaali myös sisääntulosignaalin IN arvoilla, jotka ovat n-asteen modulaattorin stabiilin toiminta-alueen ulkopuolella. Vertailijaelin 31 pitää integraattoriasteet H3...Hn nollattuina, kunnes integraattoriasteen H2 ulostulojännite 30 on jälleen pienempi kuin Vmax eli sisääntulosignaali IN on palannut stabiilille toiminta-alueelle. Edellä tarkkaillaan integraattoriasteen H2 ulostulojännitettä. Vaihtoehtoisesti voidaan tehdä vain ensimmäinen integraattoriaste Hl stabiiliksi ja tarkkailla sen ulostulojännitettä tai 35 ensimmäisen, toisen ja kolmannen integraattoriasteen Hl, 8 ί: 8 / o 5 Η2 ja H3 muodostava modulaattori stabiiliksi kaikilla si-sääntulosignaalin IN arvoilla ja tarkkailla integraattori-asteen H3 ulostulojännitettä. Tällöinkin nollataan kaikki kulloinkin tarkkailtavaa integraattoriastetta seuraavat 5 integraattoriasteet.
Kuviossa 4 on esitetty keksinnön toinen suoritusmuoto, jossa keksinnön mukaista stabilointia sovelletaan kuvion 2 mukaisessa multiple feedback (MF)-rakenteella toteutetussa sigma-delta-modulaattorissa. Itse modulaatto-10 rikytkentä on oleellisesti sama kuin kuviossa 2 ja seuraa-vassa selostetaan vain keksinnön kannalta oleelliset erot. Samat viitenumerot kuvioissa 2 ja 4 merkitsevät samoja nimikkeitä tai toimintoja. Kuvion 4 suoritusmuodossa yksi, kaksi tai kolme ensimmäistä integraattoriastetta Hn, Hn-1 15 ja Hn-2 muodostavat vastaavasti ensimmäisen, toisen tai kolmannen asteen sigma-delta-modulaattorin, joka on stabiili sisääntulosignaalin IN amplitudista riippumattomasti. Tämän ensimmäisen, toisen tai kolmannen asteen modulaattorin ulostulo on kytketty valintaelimen tai analogi-20 sen multiplekserin 41 ensimmäiseen sisääntuloon INI. Multiplekserin 41 toiseen sisääntuloon IN2 on kytketty n-as-teen modulaattorin viimeisen integraattoriasteen Hl ulostulo. Multiplekserin 41 ulostulo on kytketty kvantisoijalle 22. Multiplekseri 41 kytkee valintasignaalin SEL tilas- 25 ta riippuen jomman kumman sisääntuloistaan INI ja IN2 kvantisoijalle 22. n-asteen modulaattorin viimeisen integ-raattorin Hl ulostulojännite on kytketty vertailupiirin 42 yhteen sisääntuloon. Vertailupiirille 42 on kytketty myös referenssijännitteet Vmax ja Vmin, jotka vastaavat sisään-30 tulosignaalin IN stabiilin alueen ylä- ja alarajoja, sekä ylinäytteytyskellosignaali Fs, joka tahdistaa vertailupiirin muun modulaattorin toimintaa. Vertailupiirin 42 ulostulo on kytketty mainittua alemman asteen modulaattoria seuraavien integraattoriasteiden H3, H2 ja Hl nollaussi-35 sääntuloon RESET, RS-kiikun 43 asetussisääntuloon SET sekä 9 8 8 7 C 5 viive-elimen 44 sisääntuloon. Viive-elimen 44 ulostulo on kytketty RS-kiikun 43 nollaussisääntuloon RESET. RS-kiikun 43 invertoimaton ulostulo Q muodostaa multiplekserin 41 valintasignaalin SEL. Sisääntulosignaalin IN ollessa sta-5 biililla toiminta-alueellaan kuvion 4 kytkentä toimii n-asteen modulaattorina, jolloin multiplekseri 41 kytkee sisääntulon IN2 kvantisoijalle 22. Kun vertailuelin 42 havaitsee integraattoriasteen Hl ulostulojännitteen ylittävän referenssijännitteen Vmax, vertailuelimen 42 ulostu-10 lo vaihtaa tilaansa nollaten integraattoriasteet H3, H2 ja Hl sekä vaihtaen RS-kiikun 43 ulostulon tilaa, minkä seurauksena multiplekseri 41 kytkee kvantisoijalle 22 sisääntulon INI. Tällöin kuvion 4 kytkentä toimii keksinnön mukaisesti ensimmäisen, toisen tai kolmannen asteen modu-15 laattorina, joka on stabiili sisääntulosignaalin IN tasosta riippumattomasti. Näin jatketaan, kunnes integraattoriasteen Hl ulostulojännite jälleen alittaa referenssijän-nitteen Vmax. Tällöin vertailuelin 42 vaihtaa tilaansa vapauttaen integraattoriasteet H3, H2 ja Hl. Multiplekseri 20 41 pitää kuitenkin sisääntulon IN kytkettynä kvantisoijal le 22 viive-elimen 44 viiveen ajan, joka on vähintään ma-talampiasteista modulaattoria seuraavien integraattorias-teiden H3, H2 ja Hl viiveen verran (vähintään yksi kello-. jakso/viiveellinen integrointiaste). Viivästäminen tarvi- 25 taan, jotta signaali ehtisi viimeiselle integraattorille Hl, ennenkuin sen ulostulo valitaan uudelleen kvantisoijan 22 sisääntuloksi.
Kuviossa 7 on esitetty kuvion 4 mukaisen viidennen asteen modulaattorin ulostulo Dout sisääntulosignaalin IN 30 funktiona. Stabilointitilanteessa modulaattorin asteluku lasketaan kolmeen ja viive-elimen 44 viive on kolme kello-jaksoa. Kuvioon 6 verrattuna saadaan haluttu ulostulon riippuvuus ulostulosignaalista. Toisin sanoen digitaalisen suodattimen ulostulo myös pisteen A ylittävillä sisääntu-35 losignaalin IN arvoilla saa stabiilisti sisääntulosignaa- liin verrannollisia arvoja, vaikkakin huonommalla resoluu tiolla.
ίο - 8 7 65
Kuviot ja niihin liittyvä selitys on tarkoitettu vain havainnollistamaan esillä olevaa keksintöä. Yksityis-5 kohdiltaan keksinnön mukaiset menetelmä ja järjestely voivat vaihdella oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (7)

1. Korkeamman asteen sigma-delta-modulaattorin sta-bilointimenetelmä, tunnettu siitä, että korkean 5 asteen modulaattorin asteluku väliaikaisesti rajoitetaan alemmaksi, modulaattorin sisääntulosignaalin amplitudista riippumattomasti stabiiliksi asteluvuksi, kun sisääntulosignaalin amplitudi ylittää korkean asteen modulaattorin stabiilin toiminta-alueen.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen stabilointimene- telmä, tunnettu siitä, että stabiilin toiminta-alueen ylitys todetaan tarkkailemalla ainakin yhden inte-graattorin ulostulojännitettä modulaattorissa.
3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen stabiloin- 15 timenetelmä, tunnettu siitä, että tarkkaillaan modulaattorin ensimmäisen, toisen tai kolmannen integraat-torin ulostulojännitettä ja rajoitetaan modulaattorin asteluku nollaamalla kaikki tarkkailtavaa integraattoria seuraavat integraattorit, kun tarkkailtavan integraattorin 20 ulostulojännite ylittää ennalta määrätyn raja-arvon.
4. Järjestely FF-tyyppisen korkeamman asteen sigma-delta-modulaattorin stabiloimiseksi, joka modulaattori käsittää sarjaankytkettynä vähintään kaksi integrointias-tetta (Hl-Hn), tunnettu siitä, että korkeamman 25 asteen modulaattorin yksi, kaksi tai kolme ensimmäistä integrointiastetta (H1,H2,H3) muodostaa alemman asteen modulaattorin, joka on stabiili kaikilla sisääntulosignaalin arvoilla, ja että järjestely käsittää välineen (31) tämän alemman asteen modulaattorin ulostulojännitteen 30 tarkkailemiseksi ja korkeamman asteen modulaattorin seu-raavien integrointiasteiden nollaamiseksi, kun ulostulo-jännite ylittää ennalta määrätyn raja-arvon, joka vastaa korkeamman asteen modulaattorin stabiilin toiminta-alueen ylärajaa.
12 O 8 7 u 5
5. Järjestely MF-tyyppisen korkeamman asteen sigma-delta-modulaattorin stabiloimiseksi, joka modulaattori käsittää vähintään kaksi integrointiastetta (Hl-Hn) sekä kvantisointivälineen (22), jolle viimeisen integrointias- 5 teen (Hl) ulostulo on kytketty, tunnettu siitä, että korkeamman asteen modulaattorin yksi, kaksi tai kolme ensimmäistä integrointiastetta muodostaa alemman asteen modulaattorin, joka on stabiili kaikilla sisääntulosignaa-lin arvoilla, ja että järjestely käsittää 10 välineen (42) alemman asteen modulaattoria seuraa- vien integrointiasteiden nollaamiseksi sekä kytkentäväli-neen (41) mainitun viimeisen integraattorin (Hl) ulostulon kytkemiseksi irti kvantisointivälineeltä (22) ja mainitun alemman asteen modulaattorin ulostulon kytkemiseksi kvan-15 tisointivälineelle (22), kun mainitun viimeisen integroin-tiasteen (Hl) ulostulojännite ylittää ennalta määrätyn raja-arvon, joka vastaa korkeamman asteen modulaattorin stabiilin toiminta-alueen ylärajaa.
6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen järjestely, 20 tunnettu siitä, että kytkentäväline (41) kytkee viimeisen integrointiasteen (Hl) ulostulon uudelleen kvan-tisoijalle (22) ennalta määrätyn viiveen kuluttua siitä, kun viimeisen integraattorin ulostulo (Hl) jälleen alittaa mainitun ennalta määrätyn raja-arvon.
7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että mainittu viive on vähintään yksi kellojakso jokaista nollattua viiveellistä integrointiastetta kohti, joka seuraa mainittua alemman asteen modulaattoria. 13 s ö 7
FI911694A 1991-04-09 1991-04-09 Foerfarande och arrangemang foer stabilering av en hoegre grads sigma-delta-modulator FI88765C (fi)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI911694A FI88765C (fi) 1991-04-09 1991-04-09 Foerfarande och arrangemang foer stabilering av en hoegre grads sigma-delta-modulator
US07/863,063 US5248972A (en) 1991-04-09 1992-04-03 Delta-sigma analog-to-digital converter with overload dependent modulator order
DE69214996T DE69214996T2 (de) 1991-04-09 1992-04-08 Modulator, insbesondere Sigma Delta Modulator
JP04087243A JP3142946B2 (ja) 1991-04-09 1992-04-08 高次シグマ−デルタ変調器の安定化構成
EP92303093A EP0512687B1 (en) 1991-04-09 1992-04-08 A modulator, in particular a sigma-delta modulator

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI911694A FI88765C (fi) 1991-04-09 1991-04-09 Foerfarande och arrangemang foer stabilering av en hoegre grads sigma-delta-modulator
FI911694 1991-04-09

Publications (4)

Publication Number Publication Date
FI911694A0 FI911694A0 (fi) 1991-04-09
FI911694A FI911694A (fi) 1992-10-10
FI88765B true FI88765B (fi) 1993-03-15
FI88765C FI88765C (fi) 1993-06-28

Family

ID=8532277

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI911694A FI88765C (fi) 1991-04-09 1991-04-09 Foerfarande och arrangemang foer stabilering av en hoegre grads sigma-delta-modulator

Country Status (5)

Country Link
US (1) US5248972A (fi)
EP (1) EP0512687B1 (fi)
JP (1) JP3142946B2 (fi)
DE (1) DE69214996T2 (fi)
FI (1) FI88765C (fi)

Families Citing this family (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5274375A (en) * 1992-04-17 1993-12-28 Crystal Semiconductor Corporation Delta-sigma modulator for an analog-to-digital converter with low thermal noise performance
FR2716760B1 (fr) * 1994-02-28 1996-03-22 Thomson Csf Convertisseur analogique-numérique du type SIGMADELTA de degré élevé.
FI96649C (fi) * 1994-06-07 1996-07-25 Fincitec Oy Ylinäytteistetty korkeamman asteluvun modulaattori
US5736950A (en) * 1995-01-31 1998-04-07 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Sigma-delta modulator with tunable signal passband
FI98020C (fi) * 1995-06-06 1997-03-25 Nokia Mobile Phones Ltd Digitaalisen signaalin modulointimenetelmä ja modulaattori
FI101027B (fi) * 1996-01-05 1998-03-31 Nokia Mobile Phones Ltd Multipleksoitu signaalimuunnos
US5742246A (en) * 1996-03-22 1998-04-21 National Science Council Stabilizing mechanism for sigma-delta modulator
KR19980021417A (ko) * 1996-09-16 1998-06-25 김광호 아날로그 디지탈(a d)변환장치
US5757301A (en) * 1997-05-01 1998-05-26 National Science Council Instability recovery method for sigma-delta modulators
GB2330707B (en) 1997-10-23 2001-10-24 Nokia Mobile Phones Ltd Digital to analogue converter
GB2330710B (en) * 1997-10-24 2001-07-25 Sony Uk Ltd Signal processors
FI105428B (fi) 1998-05-13 2000-08-15 Nokia Mobile Phones Ltd Menetelmä rinnakkais-A/D-muunnoksen virheen korjaamiseksi, korjain ja rinnakkais-A/D-muunnin
FI120124B (fi) 1998-05-29 2009-06-30 Nokia Corp Menetelmä ja piiri signaalin näytteistämiseksi suurella näytteistystaajuudella
GB9917567D0 (en) 1999-07-28 1999-09-29 Koninkl Philips Electronics Nv Variable order sigma-delta modulator
JP2001237707A (ja) * 2000-02-18 2001-08-31 Sony Corp デジタル信号処理装置及び方法、並びにδς変調器
IT1315978B1 (it) * 2000-07-31 2003-03-26 St Microelectronics Srl Metodo per ripristinare la stabilita' di un modulatore sigma-delta ecircuito per mettere in pratica tale metodo.
DE60018573T2 (de) * 2000-10-25 2006-01-19 Stmicroelectronics S.R.L., Agrate Brianza Verfahren zur Verbesserung des Signal/Rausch-Verhältnisses eines Sigma/Delta-Modulators und dieses Verfahren benutzender Schaltkreis
US6933871B2 (en) * 2001-09-17 2005-08-23 Cirrus Logic, Inc. Feedback steering delta-sigma modulators and systems using the same
US6556159B1 (en) * 2001-09-17 2003-04-29 Cirrus Logic, Inc. Variable order modulator
US6724332B1 (en) * 2002-08-13 2004-04-20 Cirrus Logic, Inc. Noise shaping circuits and methods with feedback steering overload compensation and systems using the same
JP3902120B2 (ja) * 2002-11-25 2007-04-04 パイオニア株式会社 デルタシグマ変調器およびディジタルアンプ
JP2007528138A (ja) * 2003-06-27 2007-10-04 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 シグマデルタ変調器を備えたアナログディジタル変換器およびそのようなアナログディジタル変換器を備えた受信機
US6992606B2 (en) * 2003-07-09 2006-01-31 Texas Instruments Incorporated Method and circuit for multi-standard sigma-delta modulator
US7212137B2 (en) * 2003-10-09 2007-05-01 Cirrus Logic, Inc. Delta sigma modulator with integral decimation
US7187312B2 (en) 2004-01-16 2007-03-06 Cirrus Logic, Inc. Look-ahead delta sigma modulator having an infinite impulse response filter with multiple look-ahead outputs
US7084798B2 (en) 2004-01-16 2006-08-01 Cirrus Logic, Inc. Look-ahead delta sigma modulators with quantizer input approximations
US7196647B2 (en) 2004-01-16 2007-03-27 Cirrus Logic, Inc. Signal processing with look-ahead modulator noise quantization minimization
US7170434B2 (en) 2004-01-16 2007-01-30 Cirrus Logic, Inc. Look-ahead delta sigma modulator with quantization using natural and pattern loop filter responses
US7148830B2 (en) 2004-01-26 2006-12-12 Cirrus Logic, Inc. Look-ahead delta sigma modulator with pruning of output candidate vectors using quantization error minimization pruning techniques
US7138934B2 (en) 2004-01-26 2006-11-21 Cirrus Logic, Inc. Pattern biasing for look-ahead delta sigma modulators
US7081843B2 (en) * 2004-07-19 2006-07-25 Cirrus Logic, Inc. Overload protection for look-ahead delta sigma modulators
US7321324B2 (en) * 2005-06-30 2008-01-22 Silicon Laboratories Inc. Unconditionally stable analog-to-digital converter
US7315264B2 (en) * 2006-01-17 2008-01-01 D2Audio Corporation Systems and methods for controlling transient response in the output of a noise shaper
TWI312619B (en) * 2006-07-26 2009-07-21 Ite Tech Inc Delta-sigma analog to digital converter and method thereof
CN101523731B (zh) * 2006-10-13 2011-09-07 松下电器产业株式会社 搭载△∑型调制器的半导体装置以及半导体系统
US7986929B2 (en) 2006-12-08 2011-07-26 Silicon Laboratories Inc. Providing channel filtering in an automatic frequency control path
JP2008263258A (ja) * 2007-04-10 2008-10-30 Matsushita Electric Ind Co Ltd デルタシグマ変調回路とそれを用いたデルタシグマａｄ変換装置
JP4890503B2 (ja) * 2008-06-17 2012-03-07 旭化成エレクトロニクス株式会社 デルタシグマ変調器
US9455736B2 (en) 2014-12-22 2016-09-27 Onkyo Corporation ΔΣ modulator and program of ΔΣ modulator
JP6160604B2 (ja) 2014-12-22 2017-07-12 オンキヨー株式会社 Δς変調器およびそのプログラム

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1184660A (en) * 1981-06-12 1985-03-26 Robert W. Harris Enhanced delta modulation encoder
US4509037A (en) * 1981-06-12 1985-04-02 Gould Inc. Enhanced delta modulation encoder
US5012244A (en) * 1989-10-27 1991-04-30 Crystal Semiconductor Corporation Delta-sigma modulator with oscillation detect and reset circuit
NL9100379A (nl) * 1991-03-01 1992-10-01 Philips Nv Sigma-deltamodulator.

Also Published As

Publication number Publication date
JPH05110442A (ja) 1993-04-30
FI911694A (fi) 1992-10-10
DE69214996T2 (de) 1997-04-10
FI88765C (fi) 1993-06-28
EP0512687A3 (en) 1993-06-09
EP0512687A2 (en) 1992-11-11
EP0512687B1 (en) 1996-11-06
DE69214996D1 (de) 1996-12-12
JP3142946B2 (ja) 2001-03-07
US5248972A (en) 1993-09-28
FI911694A0 (fi) 1991-04-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI88765B (fi) Foerfarande och arrangemang foer stabilering av en hoegre grads sigma-delta-modulator
US4920544A (en) Delta-sigma modulator
EP0454407B1 (en) Multi-stage sigma-delta analog-to-digital converter
US5736950A (en) Sigma-delta modulator with tunable signal passband
US7576671B2 (en) Mismatch-shaping dynamic element matching systems and methods for multi-bit sigma-delta data converters
US5805093A (en) Oversampled high-order modulator
FI80548C (fi) Foerfarande foer kaskadkoppling av tvao eller flera sigma-deltamodulatorer samt ett sigma-delta-modulatorsystem.
US4999634A (en) Integratable switched-capacitor sigma-delta modulator
US5461381A (en) Sigma-delta analog-to-digital converter (ADC) with feedback compensation and method therefor
JPH04229722A (ja) 過サンプリング変換器
EP0308982A2 (en) Analog-to-digital converter having an excellent signal-to-noise ratio for small signals
US7123177B2 (en) System and method for stabilizing high order sigma delta modulators
US20020093441A1 (en) Sigma-delta analog-to-digital converter array
JPH07162307A (ja) アナログ−ディジタル変換器
US8400340B2 (en) Achieving high dynamic range in a sigma delta analog to digital converter
KR20160115800A (ko) Δς 변조기
JPH04233332A (ja) アナログ‐ディジタル変換器
CN111988037A (zh) 一种电容共享结构的Sigma-Delta调制器
CN210157173U (zh) 一种电容共享结构的Sigma-Delta调制器
Okamoto et al. A stable high-order delta-sigma modulator with an FIR spectrum distributor
KR101559456B1 (ko) 지연된 피드―포워드 경로를 갖는 저전력·저면적 3차 시그마―델타 변조기
CN114095030A (zh) 一种全差分带弦音消除的sigma-delta ADC
KR100676334B1 (ko) 스위치된전류델타시그마변조기
Khoini-Poorfard et al. On the effect of comparator hysteresis in interpolative/spl Delta//spl Sigma/modulators
GB2256331A (en) Analogue-to-digital converters

Legal Events

Date Code Title Description
BB Publication of examined application
PC Transfer of assignment of patent

Owner name: NOKIA MATKAPUHELIMET OY