KR100933280B1 - Time Interleaved Sigma-Delta Modulator Using a Single Amplifier Architecture - Google Patents
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Abstract
본 발명은 단일 증폭기 아키텍처를 이용하여 스테이지마다 증폭기 하나로 기존 전달함수를 유지하게 하는 타임 인터리브 시그마-델타 변조기에 관한 것이다. 본 발명은 시그마-델타 변조기에 있어서, 외부에서 입력되는 신호, 양자화된 후 피드백되는 신호 및 양자화 없이 피드백되는 신호들을 가산한 신호를 합산 증폭하는 합산부; 합산부가 출력한 신호를 일정 클럭만큼 지연시키고, 일정 계수만큼 곱셈하며, 입력되는 값을 가산하여 합산부에 양자화 없이 피드백되는 신호로써 제공하는 하나 이상의 적분부; 합산부가 출력한 신호를 양자화시키는 양자화부; 및 양자화부가 출력한 신호를 지연시켜 양자화된 후 피드백되는 신호로써 제공하는 클럭 지연부를 포함하는 것을 특징으로 하는 타임 인터리브 시그마-델타 변조기를 제공한다. 본 발명에 의하면, 유효 샘플링 주파수를 높여서 높은 동적 범위의 변조기를 구현할 수 있으면서도 부피는 대폭 감소되며, 저전력 설계구현이 가능하게 된다.The present invention relates to a time interleaved sigma-delta modulator that maintains an existing transfer function with one amplifier per stage using a single amplifier architecture. The present invention provides a sigma-delta modulator comprising: a summation unit configured to sum-amplify a signal obtained by adding an externally input signal, a quantized signal fed back, and a signal fed back without quantization; At least one integrator which delays the signal output by the adder by a predetermined clock, multiplies by a predetermined coefficient, adds the input value, and provides the added signal as a signal fed back to the adder without quantization; A quantizer for quantizing the signal output by the adder; And a clock delay unit for delaying a signal outputted by the quantization unit and providing the signal as a signal which is quantized and fed back to the time interleaved sigma-delta modulator. According to the present invention, a high dynamic range modulator can be realized by increasing the effective sampling frequency, while the volume is greatly reduced, and a low power design can be realized.
시그마-델타 변조기(Sigma-delta modulator), 타임 인터리브(Time-interleaved), A/D 컨버터, 로우패스(Low-pass), 밴드패스(Band-pass), 단일 증폭기 아키텍처(Single amplifier architecture) Sigma-delta modulator, time-interleaved, A / D converter, low-pass, band-pass, single amplifier architecture
Description
본 발명은 타임 인터리브 구조로 구현된 타임 인터리브 시그마-델타 변조기(Time-interleaved sigma-delta modulator)에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 단일 증폭기 아키텍처를 이용하여 스테이지마다 증폭기 하나로 기존 전달함수를 유지하게 하는 타임 인터리브 시그마-델타 변조기에 관한 것이다.The present invention relates to a time interleaved sigma-delta modulator implemented with a time interleaved structure. More specifically, it relates to a time interleaved sigma-delta modulator that uses a single amplifier architecture to maintain an existing transfer function with one amplifier per stage.
대부분의 디지털-아날로그 복합 장치는 디지털 신호와 아날로그 신호의 상호 변환을 위한 아날로그-디지털 변조기(A/D modulator) 또는/및 디지털-아날로그 변조기(D/A modulator)를 구비하고 있다. 그 중에서 아날로그-디지털 변조기는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 장치로서, 아날로그 신호를 고속으로 샘플링하고 그 샘플링된 값을 다시 적분하는 구조를 가진다. 또한, 아날로그-디지털 변조기는 외부 잡음의 영향을 최소화하기 위해 차동 증폭 회로를 사용하고 있다.Most digital-analog composite devices have an analog-to-digital modulator (A / D modulator) or / and a digital-analog modulator (D / A modulator) for mutual conversion of digital and analog signals. Among them, an analog-digital modulator is a device for converting an analog signal into a digital signal, and has a structure of sampling an analog signal at high speed and integrating the sampled value again. Analog-to-digital modulators also use differential amplifier circuits to minimize the effects of external noise.
최근 디지탈 통신망과 고품위 디지탈 오디오 시스템의 수요가 폭발적으로 확대되면서, 아날로그-디지털 변조기의 적용 영역이 점점 확대되고 있다. 이에 따라, 아날로그-디지털 변조기는 소형화, 저전력화, 주파수 광역화, 고정밀화 등 많은 해 결과제를 처리할 필요성이 대두되었다. 아날로그-디지털 변조기가 시그마-델타 변조기를 채용하게 되면 이러한 과제의 해결이 가능하게 되므로 오늘날 시그마-델타 변조기의 활용성은 나날이 증가하고 있는 추세이다.Recently, as the demand for digital communication networks and high-quality digital audio systems has exploded, the field of application of analog-digital modulators is gradually expanding. Accordingly, there is a need for analog-digital modulators to deal with many solutions, such as miniaturization, low power, frequency widening, and high precision. The use of sigma-delta modulators can solve this problem by adopting sigma-delta modulators, and the use of sigma-delta modulators is increasing day by day.
그런데, 시그마-델타 변조기 중에서도 특히 타임 인터리브 시그마-델타 변조기는 클럭 주파수의 위상이 상이한 다수의 블록에 의해 구성된다. 이에 따라 단일 블록에 의해 구성되는 일반적인 시그마-델타 변조기에 비해 클럭 주파수가 작아짐으로써 높은 IF(Intermediate Frequency) 주파수 대역에서도 활용이 가능한 장점이 있다. 이하, 도 1을 참조하여 타임 인터리브 시그마-델타 변조기를 설명한다.However, among the sigma-delta modulators, in particular, the time interleaved sigma-delta modulator is constituted by a plurality of blocks having different phases of clock frequencies. As a result, the clock frequency is smaller than that of a general sigma-delta modulator configured by a single block, and thus, it can be utilized even in a high IF (Intermediate Frequency) frequency band. Hereinafter, a time interleaved sigma-delta modulator will be described with reference to FIG. 1.
도 1의 (a) 및 (b)를 참조하면, 타임 인터리브 시그마-델타 변조기는 구동시 클럭 주파수의 위상이 상이한 다수의 블록 즉, 도 1의 (a) 경우에서는 STAGE 1 내지 STAGE 5를 구성한다. 타임 인터리브 시그마-델타 변조기는 이러한 구성으로 말미암아 클럭 주파수와 세틀링 타임(settling time)을 감소시키며, 종래 스위치드 커패시터(Switched capacitor) 회로로는 구현이 불가능한 유효 샘플링 주파수를 취득한다. 게다가, 타임 인터리브 시그마-델타 변조기는 슬루율(Slew rate)을 낮춤으로써 구비되는 각각의 증폭기가 소비하는 전력을 감소시키는 효과를 발생시킨다.Referring to (a) and (b) of FIG. 1, the time interleaved sigma-delta modulator constitutes a plurality of blocks having different phases of clock frequencies during driving, that is,
그러나, 타임 인터리브 시그마-델타 변조기는 차수와 스테이지 수의 곱만큼의 증폭기가 요구되는 연유로 장착되는 증폭기의 개수가 과다하며, 이에 따라 소비되는 전력 또한 매우 크다.However, the time interleaved sigma-delta modulator has an excessive number of mounted amplifiers due to the requirement that the amplifier is multiplied by the order and the number of stages, and thus the power consumed is very large.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 단일 증폭기 아키텍처가 적용되는 타임 인터리브 시그마-델타 변조기를 제공함을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problem, and an object thereof is to provide a time interleaved sigma-delta modulator to which a single amplifier architecture is applied.
본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위해 안출된 것으로서, 시그마-델타 변조기에 있어서, 외부에서 입력되는 신호, 양자화된 후 피드백되는 신호 및 양자화 없이 피드백되는 신호들을 가산한 신호를 합산 증폭하는 합산부; 상기 합산부가 출력한 신호를 일정 클럭만큼 지연시키고, 일정 계수만큼 곱셈하며, 입력되는 값을 가산하여 합산부에 양자화 없이 피드백되는 신호로써 제공하는 하나 이상의 적분부; 상기 합산부가 출력한 신호를 양자화시키는 양자화부; 및 상기 양자화부가 출력한 신호를 지연시켜 상기 양자화된 후 피드백되는 신호로써 제공하는 클럭 지연부를 포함하는 것을 특징으로 하는 타임 인터리브 시그마-델타 변조기를 제공한다.The present invention has been made to achieve the above object, the sigma-delta modulator comprising: a summation unit for adding and amplifying a signal obtained by adding a signal input from the outside, a signal to be fed back after quantization and a signal to be fed back without quantization; At least one integrator for delaying the signal output by the adder by a predetermined clock, multiplying by a predetermined coefficient, adding the input value, and providing the input signal to the adder without being quantized; A quantizer for quantizing the signal output by the adder; And a clock delay unit delaying the signal outputted by the quantization unit and providing the delayed signal as the quantized and fed back signal.
바람직하게는, 상기 적분부의 개수는 상기 타임 인터리브 시그마-델타 변조기의 차수와 동일하게 형성되며, 상기 적분부끼리는 병렬적으로 구성된다. 바람직하게는, 상기 적분부가 곱셈시 사용하는 상기 일정 계수는 (-1)k+1 nCk(여기에서, n은 상기 타임 인터리브 시그마-델타 변조기의 차수이고, k는 상기 적분부의 해당 순번)에서 도출된다. 바람직하게는, 상기 클럭 지연부는 상기 양자화부가 출력한 신 호를 (여기에서, N은 상기 타임 인터리브 시그마-델타 변조기의 차수)만큼 지연시킨다.Preferably, the number of integrators is formed equal to the order of the time interleaved sigma-delta modulator, and the integrators are configured in parallel. Preferably, the constant coefficient used by the integral part when multiplying is (-1) k + 1 n C k (where n is the order of the time interleaved sigma-delta modulator and k is the corresponding order of the integral part). Derived from Preferably, the clock delay unit outputs a signal output from the quantization unit. Where N is the order of the time interleaved sigma-delta modulator.
바람직하게는, 상기 합산부에서 상기 양자화부로 이어지는 경로 또는 상기 양자화부에서 상기 클럭 지연부로 이어지는 경로에는 1-지연기(Z-1)가 구비된다. 더 바람직하게는, 상기 합산부에서 상기 양자화부로 이어지는 경로에 1-지연기가 구비되는 경우, 상기 적분부가 일정 클럭만큼 지연시킨 신호는 다른 스테이지에서 입력되며, 그 값은 N-k+1 스테이지에서의 UZ-k(여기에서, U는 상기 합산부의 출력, N은 상기 타임 인터리브 시그마-델타 변조기의 차수, k는 상기 적분부의 해당 순번)이다. 또는, 상기 양자화부에서 상기 클럭 지연부로 이어지는 경로에 1-지연기가 구비되는 경우, 상기 적분부가 일정 클럭만큼 지연시킨 신호는 다른 스테이지에서 입력되며, 그 값은 N-k 스테이지에서의 UZ-k(여기에서, U는 상기 합산부의 출력, N은 상기 타임 인터리브 시그마-델타 변조기의 차수, k는 상기 적분부의 해당 순번)이다. 더욱더 바람직하게는, 상기 양자화부에서 상기 클럭 지연부로 이어지는 경로에 1-지연기가 구비되는 경우, 상기 합산부가 출력한 신호를 마지막으로 수신하는 적분부는 N-지연기(Z-N)를 포함한다.Preferably, a 1-delay (Z −1 ) is provided in a path from the summing unit to the quantization unit or a path from the quantization unit to the clock delay unit. More preferably, when a 1-delay is provided in the path from the summing unit to the quantization unit, the signal delayed by the integral unit by a predetermined clock is input at another stage, and the value is input in the N-k + 1 stage. UZ -k , where U is the output of the summation, N is the order of the time interleaved sigma-delta modulator, k is the corresponding order of the integrator. Alternatively, when a 1-delay is provided on the path from the quantization unit to the clock delay unit, the signal delayed by the integral unit by a predetermined clock is input at another stage, and the value is UZ -k in the Nk stage (where , U is the output of the summation, N is the order of the time interleaved sigma-delta modulator, k is the corresponding order of the integrator. Even more preferably, when a 1-delay is provided on the path from the quantization unit to the clock delay unit, the integrator which finally receives the signal output by the adder includes an N-delay (Z- N ).
바람직하게는, 상기 타임 인터리브 시그마-델타 변조기는 로우패스 형태 또는 밴드패스 형태로 형성된다. 더 바람직하게는, 상기 타임 인터리브 시그마-델타 변조기가 밴드패스 형태일 경우 홀수패스로 구현된다.Preferably, the time interleaved sigma-delta modulator is formed in a low pass form or a band pass form. More preferably, the time interleaved sigma-delta modulator is implemented in an odd pass when in the form of a bandpass.
일반적인 타임 인터리브 시그마-델타 변조기는 많은 증폭기를 사용하는 관계로 부피가 매우 컸으며 소비전력도 과다하였다. 본 발명에 따른 타임 인터리브 시그마-델타 변조기는 단일 증폭기 아키텍처를 사용하여 구성되는 바, 유효 샘플링 주파수를 높여서 높은 동적 범위의 변조기를 구현할 수 있으면서도 차지하는 부피가 대폭 감소되며 저전력 설계구현이 가능하게 된다.Typical time interleaved sigma-delta modulators are bulky due to the use of many amplifiers and consume too much power. The time interleaved sigma-delta modulator according to the present invention is constructed using a single amplifier architecture, which enables a high dynamic range modulator by increasing the effective sampling frequency, while significantly reducing the volume occupied and enabling low power design.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First of all, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals are used as much as possible even if displayed on different drawings. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the following will describe a preferred embodiment of the present invention, but the technical idea of the present invention is not limited thereto and may be variously modified and modified by those skilled in the art.
도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 단일 증폭기 아키텍처를 적용한 타임 인터리브 시그마-델타 변조기의 내부 구성을 블록화한 개념도이다. 그리고, 도 3은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 단일 증폭기 아키텍처를 적용한 타임 인터리브 시그마-델타 변조기의 내부 구성을 블록화한 개념도이다. 상기 도 2 및 도 3에 도시된 바에 따르면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 타임 인터리브 시그마-델타 변조기(200)는 합산부(210), 적분부(Intergrator; 215), 양자화부(Quantizer; 220) 및 클럭 지연부(225)를 포함하여 이루어진다.2 is a conceptual block diagram illustrating an internal configuration of a time interleaved sigma-delta modulator applying a single amplifier architecture according to a first preferred embodiment of the present invention. 3 is a conceptual block diagram illustrating an internal configuration of a time interleaved sigma-delta modulator applying a single amplifier architecture according to a second exemplary embodiment of the present invention. 2 and 3, the time interleaved sigma-
타임 인터리브 시그마-델타 변조기(200)는 본 발명의 실시예에서 하나 이상의 적분부(215)가 병렬적으로 구성된다. 이에 따라 타임 인터리브 시그마-델타 변조기(200)에는 합산부(210) 내에 1개의 증폭기(미도시)만 설계되어도 종래 타임 인터리브 시그마-델타 변조기 경우에서의 전달함수 값을 유지할 수 있게 된다. 합산부(210) 내에 증폭기가 설계되는 위치는 용도나 특성 등에 따라 다양하게 구현될 수 있는 바, 여기서는 따로 실시예를 들어 설명하지는 않겠다.The time interleaved sigma-
한편, 본 발명의 실시예에서 적분부(215)의 개수는 차수에 따른다. 예컨대, 타임 인터리브 시그마-델타 변조기(200)가 N차일 경우 적분부(215)의 개수는 n개로 설정된다.Meanwhile, in the embodiment of the present invention, the number of the
합산부(210)는 본 발명의 실시예에서 3종류의 입력신호들을 받아들인 다음 이들을 합산 증폭하여 출력하는 역할을 한다. 여기에서, 합산부(210)가 수신하는 3종류의 입력신호는 입력단자(230)를 통해 입력되는 신호, 양자화되지 않은 신호, 및 양자화된 신호를 말한다.In the embodiment of the present invention, the
적분부(215)는 본 발명의 실시예에서 위상이 다른 클럭을 사용하는 스테이지로부터 입력된 지연 신호를 지정된 계수만큼 곱하며, 이를 가산하는 역할을 한다. 적분부(215)는 이러한 역할을 수행하기 위해 계수부(Counter; 217) 및 덧셈부(Adder; 218)를 구비한다. 본 발명에서는 이러한 적분부(215)가 타임 인터리브 시그마-델타 변조기(200)에 차수만큼 구비되어 병렬적으로 구성되며, 이들 적분부(215)에 의해 도출된 값이 모두 합산되어 양자화되지 않은 신호로써 합산부(210)에 입력된다.
지연 신호가 가지는 지연값은 작용하는 스테이지에 따라 그 값이 달라지게 되는데, 이는 "Z-k(at stage N-k)" 관계식으로 나타낼 수 있다.The delay value of the delay signal varies depending on the acting stage, which can be expressed by the relation "Z -k (at stage Nk)".
그런데, 상기 경우는 최상위에 위치한 제1 적분부가 다른 클럭을 사용하는 스테이지로부터 지연 신호를 입력받는 경우이다. 반면, 도 3에서 보는 바와 같이 제1 적분부가 위상이 다른 클럭을 사용하는 스테이지로부터 지연 신호를 받지 않음도 가능하다. 이 경우에는 제1 적분부가 1-지연기(Z-1)로부터 지연 신호를 입력받게 되며, 이때의 1-지연기는 합산부(210)에서 양자화부(220)로 향하는 경로 상에 설치된다. 한편, 제1 적분부를 제외한 다른 적분부(215)는 위상이 다른 클럭을 사용하는 스테이지로부터 지연 신호를 입력받게 되는데, 이때의 지연값은 "Z-k(at stage N-k+1)" 관계식으로 나타낼 수 있다.In this case, however, the first integrator located at the top receives a delay signal from a stage using a different clock. On the other hand, as shown in FIG. 3, it is also possible that the first integrator does not receive a delay signal from a stage using a clock having a different phase. In this case, the first integrator receives a delay signal from the 1-delay Z- 1 , and the 1-delay is installed on the path from the
한편, 제1 적분부가 위상이 다른 클럭을 사용하는 스테이지로부터 지연 신호를 입력받는 경우에는 합산부(210)가 출력한 신호를 수신하는 최하위에 위치한 적분부가 차수에 해당하는 지연값을 가지는 지연기를 통해 신호를 지연시키게 된다. 예컨대, 도 2에서 보는 바와 같이 N차 타임 인터리브 시그마-델타 변조기의 경우 상기 적분부에는 N-지연기(Z-N)가 구비된다.On the other hand, when the first integrator receives a delay signal from a stage using a clock having a different phase, the lowest integral part receiving the signal output from the
한편, 적분부(215)에 구비되는 계수부(217)는 모두 다른 계수를 가지는데, 이 계수값은 (-1)k+1 nCk(여기에서, n은 총 차수, k는 해당 순번)을 통하여 구할 수 있다. 따라서, 도 2 및 도 3에 도시된 계수부(217)의 계수값은 모두 이 식을 통해 계산된 값임을 알 수 있다.On the other hand, the
양자화부(220)는 본 발명의 실시예에서 합산부(210)가 출력한 신호가 입력되면 이를 양자화시키는 역할을 한다. 이때, 양자화부(220)에 입력되는 신호는 1-지연부(Z-1)를 통과한 신호이거나 그렇지 않은 신호일 수 있다. 양자화부(220)에 입력되는 신호가 1-지연부를 통과하지 않은 경우에는 클럭 지연부(225)로 향하는 경로 일측에 1-지연부가 구비된다.The
클럭 지연부(225)는 본 발명의 실시예에서 양자화부(220)를 통과한 신호를 지연시키며, 이를 합산부(210)로 출력하는 역할을 한다. 클럭 지연부(225)는 전달함수 값이 종전 타임 인터리브 시그마-델타 변조기의 경우와 변함없도록 하기 위해 일정한 지연값을 가지게 되는데, 이는 다음에 따라 구할 수 있다.The
일반적으로 N차 시그마-델타 변조기는 입력신호가 X, 출력신호가 Y, 그리고 양자화 잡음이 E일 경우 아래 [수학식 1]과 같은 전달함수를 가진다.In general, the Nth order sigma-delta modulator has a transfer function as shown in
따라서, 전달함수 값의 변동이 없는 이상, 이 식은 본 발명에도 그대로 적용된다. 이에 따르면, 본 발명에 따른 N차 타임 인터리브 시그마-델타 변조기(200)에서 병렬적으로 구성된 적분부(215)로부터 합산부(210)로의 입력은 아래 [수학식 2]와 같은 전달함수를 가지게 된다. 다만, 클럭 지연부(225)가 구비되는 경로에서의 전달함수는 양자화부(220)에서 발생된 잡음값이 포함됨에 유의한다.Therefore, as long as there is no change in the value of the transfer function, this equation is applied to the present invention as it is. Accordingly, the input from the integrating
또한, 상기 전달함수 관계식에 따라 클럭 지연부(225)의 지연값은 다음 [수학식 3]과 같이 설정된다.In addition, according to the transfer function relational expression, the delay value of the
여기에서, DV는 지연값(Delay Value)을 의미한다.Here, DV means a delay value.
이상, 상술한 바를 토대로 구성되는 본 발명에 따른 타임 인터리브 시그마-델타 변조기(200)는 다음과 같이 운용된다. 이 역시 도 2 및 도 3을 참조한다. 제1 단계에서, 합산부(210)는 입력단자(230)를 통하여 Vin을 입력받는다. 물론, 합산부(210)는 이외에도 나머지 2종류의 입력신호를 더 입력받을 수 있다. 합산부(210)가 입력받는 입력신호에 대해서는 이미 언급한 바 자세한 설명은 여기서는 생략한다. 제2 단계에서는, 합산부(210)가 입력신호들을 합산 증폭하여 출력한다. 그러면, 출력신호로써 U가 출력된다.As described above, the time interleaved sigma-
제3 단계에서는, 출력신호 U의 일부가 적분부(215)로 입력되며, 각각의 적분부(215)를 통과한 신호는 모두 합해져서 합산부(210)로 입력된다. 이와 동시에, 출력신호 U의 나머지는 양자화부(220) 및 클럭 지연부(225)를 차례대로 통과하여 합산부(210)로 입력된다. 다만, 클럭 지연부(225)에 입력되는 신호는 양자화부(220)를 통과하기 이전 또는 양자화부(220)를 통과한 이후에 지연부(216)를 거침에 유의한다.In the third step, a part of the output signal U is input to the integrating
제4 단계에서는, 양자화부(220)를 통과한 출력신호 중 일부는 클럭 지연부(225)로 향하지 않고 Vout으로써 출력단자(235)를 통하여 외부로 출력된다.In the fourth step, some of the output signals passing through the
다음으로, 본 발명에 따라 단일 증폭기 아키텍처가 적용되는 타임 인터리브 시그마-델타 변조기를 실제 구현하여 보겠다. 타임 인터리브 시그마-델타 변조기의 일반적인 구성에 대해서는 도 1을 참조하여 이미 언급한 바 있다. 그리고, 도 2와 도 3을 참조하여서는 단일 증폭기 아키텍처가 적용되는 타임 인터리브 시그마-델타 변조기의 개념을 설명하였다. 도 2의 내용을 반영하여 도 1에서의 타임 인터리브 시그마-델타 변조기를 구성하는 특정 블록, 특히 하위 시스템 블록(Sub-system block; 400)을 설계하면 이는 도 4에 나타난 바와 같다. 마찬가지로, 도 3의 내용을 반영하여 도 1에서의 타임 인터리브 시그마-델타 변조기를 구성하는 특정 블록, 특히 하위 시스템 블록(500)을 설계하면 이는 도 5에 나타난 바와 같다. 도 4 및 도 5의 내용은 도 2 및 도 3의 내용에서 대체적으로 유추할 수 있는 바, 상세한 설명은 생략한다. 다만, x, u, y는 각각 입력단자(230)를 통하여 외부에서 입력되는 Vin 신호, 합산부(210)의 출력신호, 출력단자(235)를 통하여 외부로 출력되는 Vout 신호임에 유념한다.Next, we will actually implement a time interleaved sigma-delta modulator to which a single amplifier architecture is applied according to the present invention. The general configuration of the time interleaved sigma-delta modulator has already been described with reference to FIG. 2 and 3 illustrate the concept of a time interleaved sigma-delta modulator to which a single amplifier architecture is applied. Reflecting the contents of FIG. 2, if a specific block constituting the time interleaved sigma-delta modulator in FIG. 1 is designed, in particular, a
한편, 도 4와 도 5에 각각 도시된 단일 증폭기 아키텍처가 적용되는 타임 인터리브 시그마-델타 변조기의 특정 블록은 양자화부(220) 앞에 최상위 적분부의 지연부(216)가 구비되는지 여부에 따라 구별됨을 알 수 있다. 이 구별은 상기 특정 블록에 있어서 가산기의 구조에 차이를 발생시키는 결과를 발생시킨다. 이의 자세한 설명은 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 부분에 잘 나타나 있는 바 여기서는 생략한다.On the other hand, it is understood that the specific blocks of the time interleaved sigma-delta modulator to which the single amplifier architecture shown in FIGS. 4 and 5 are applied are distinguished according to whether or not the
타임 인터리브 시그마-델타 변조기는 크게 로우패스(Low-pass) 타임 인터리브 시그마-델타 변조기와 밴드패스(Band-pass) 타임 인터리브 시그마-델타 변조기로 분류된다. 로우패스 타임 인터리브 시그마-델타 변조기는 주로 오디오용으로 사용되며, 그 구성은 예컨대 미국 특허공개공보 제2007-90979호(발명의 명칭 : Low- pass filter based delta-sigma modulator)에 나타난 바를 참조하여 구성할 수 있다. 반면, 밴드패스 타임 인터리브 시그마-델타 변조기는 주로 무선통신용으로 사용되며, 그 구성은 예컨대 미국 특허공개공보 제2004-169437호(발명의 명칭 : Band-pass sigma-delta modulator and uses of sigma delta modulator for converting, detecting and producing signals)에 나타난 바를 참조하여 구성할 수 있겠다. 이하, 로우패스 타임 인터리브 시그마-델타 변조기와 밴드패스 타임 인터리브 시그마-델타 변조기에 단일 증폭기 아키텍처를 적용하여 설명한다. 먼저, 로우패스 타임 인터리브 시그마-델타 변조기를 설명한다.Time interleaved sigma-delta modulators are classified into low-pass time interleaved sigma-delta modulators and band-pass time interleaved sigma-delta modulators. Low pass time interleaved sigma-delta modulators are mainly used for audio, the configuration of which is described with reference to, for example, what is shown in U.S. Patent Publication No. 2007-90979 (name: Low-pass filter based delta-sigma modulator). can do. On the other hand, the bandpass time interleaved sigma-delta modulator is mainly used for wireless communication, and the configuration thereof is, for example, US Patent Publication No. 2004-169437 (name of the invention: Band-pass sigma-delta modulator and uses of sigma delta modulator for You can configure it by referring to the information in converting, detecting and producing signals. A single amplifier architecture is described below for the lowpass time interleaved sigma-delta modulator and the bandpass time interleaved sigma-delta modulator. First, a low pass time interleaved sigma-delta modulator is described.
도 6에 나타난 바는 3차 로우패스 타임 인터리브 시그마-델타 변조기의 특정 블록에 단일 증폭기 아키텍처를 적용하여 구현한 개념예이다. 이를 동일한 다수의 하위 시스템 블록에 설계하고, 이들을 재귀적인 방법으로 연결시켜 주면 도 7에 도시된 바와 같이 표현된다. 이 경우의 타임 인터리브 시그마-델타 변조기는 3패스로 구현됨은 물론이다. 그리고, 이 하위 시스템 블록들을 구동시키기 위해서는 도 8에 도시된 바와 같은 타이밍 다이어그램이 요구된다. 한편, 도 9에 도시된 바는 각각의 하위 시스템 블록의 상호작용(즉, 연결관계 및 동작관계)를 설명하는 시간 전개 다이어그램(Time unfolded diagram)이다.6 is a conceptual example implemented by applying a single amplifier architecture to a specific block of the third-order low-pass time interleaved sigma-delta modulator. Designing it in the same multiple subsystem blocks and connecting them in a recursive manner is represented as shown in FIG. The time interleaved sigma-delta modulator in this case is of course implemented in three passes. In addition, a timing diagram as shown in FIG. 8 is required to drive these subsystem blocks. 9 is a time unfolded diagram for explaining the interaction (ie, connection and operation relationship) of each subsystem block.
한편, 밴드패스 타임 인터리브 시그마-델타 변조기는 N차 로우패스 타임 인터리브 시그마-델타 변조기에 대해 2N차로 구현될 수 있다. 그 이유는 다음과 같다. 일반적으로 타임 인터리브 시그마-델타 변조기의 경우 하위 시스템 블록 내부에 구비되는 지연기들은 상이한 클록에서 동작하는 다른 하위 시스템 블록에서도 신호를 수신할 수 있기 때문에 불필요하다. 이에 따라, 2N차 밴드패스 타임 인터리브 시그마-델타 변조기에 구현되는 하위 시스템 블록들은 N차 로우패스 타임 인터리브 시그마-델타 변조기에 구현되는 하위 시스템 블록들과 동일한 형태를 가지게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 밴드패스 타임 인터리브 시그마-델타 변조기를 구성하는 각각의 블록에 단일 증폭기 아키텍처를 적용할 경우, 최상위 적분부의 1-지연부 자리에 2-지연부를 반영해주면 된다. 예컨대, 4차 밴드패스 타임 인터리브 시그마-델타 변조기의 특정 블록에 단일 증폭기 아키텍처를 적용하여 구현하면 이는 도 10에 도시된 바와 같이 된다.Meanwhile, the bandpass time interleaved sigma-delta modulator may be implemented in 2N order with respect to the Nth order low pass time interleaved sigma-delta modulator. The reason for this is as follows. In general, in the case of a time interleaved sigma-delta modulator, delays included in a sub-system block are unnecessary because other sub-system blocks operating at different clocks may receive signals. Accordingly, the subsystem blocks implemented in the 2N order bandpass time interleaved sigma-delta modulator have the same form as the subsystem blocks implemented in the Nth order low pass time interleaved sigma-delta modulator. Thus, when a single amplifier architecture is applied to each block constituting the bandpass time interleaved sigma-delta modulator according to the present invention, the 2-delay part may be reflected in the 1-delay part of the highest integral. For example, applying a single amplifier architecture to a particular block of the fourth-order bandpass time interleaved sigma-delta modulator, this would be as shown in FIG.
도 11 내지 도 13은 각각 4차 밴드패스 타임 인터리브 시그마-델타 변조기를 구성하는 하위 시스템 블록들의 내부 설계 및 재귀적 연결, 상기 하위 시스템 블록들을 구동시키기 위한 타이밍 다이어그램, 각각의 하위 시스템 블록의 상호작용을 설명하는 시간 전개 다이어그램이며, 도 7 내지 도 9의 경우와 마찬가지이므로 이하 설명을 생략한다.11 through 13 illustrate internal design and recursive connection of subsystem blocks constituting a fourth order bandpass time interleaved sigma-delta modulator, timing diagrams for driving the subsystem blocks, and interaction of each subsystem block. Is a time evolution diagram for explaining the same as in the case of Figs.
한편, 밴드패스 타임 인터리브 시그마-델타 변조기가 짝수패스(예컨대, 2패스 또는 4패스)로 구현되면 입력신호의 이미지가 신호 밴드에 노출되기 때문에 변조기의 SNDR(Signal to Noise and Distortion Ratio) 성능이 불량하게 된다. 그러므로, 밴드패스 타임 인터리브 시그마-델타 변조기는 본 발명에 따라 단일 증폭기 아키텍처를 적용할 경우 홀수패스(예컨대, 3패스 또는 5패스)로 구현됨이 바람직하다.On the other hand, if the bandpass time interleaved sigma-delta modulator is implemented as an even pass (e.g., 2 pass or 4 pass), the signal to noise and distortion ratio (SNDR) performance of the modulator is poor because the image of the input signal is exposed to the signal band. Done. Therefore, the bandpass time interleaved sigma-delta modulator is preferably implemented in an odd pass (e.g., three or five pass) when applying a single amplifier architecture in accordance with the present invention.
이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로 서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various modifications, changes, and substitutions may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. It will be possible. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention and the accompanying drawings are not intended to limit the technical spirit of the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by the embodiments and the accompanying drawings. . The scope of protection of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.
오늘날 현대사회에서 데이터 통신(특히, 디지털 통신)은 필요 불가결한 요소로 자리잡고 있다. 그런데, 데이터 통신이 이루어지기 위해서는 데이터를 제공하는 송신단과 데이터를 제공받는 수신단이 구성되어야 한다. 특히, 수신단의 경우에는 디지털 영역의 확장으로 인해 고해상도를 가지는 A/D 컨버터가 요구되고 있는 실정이다. 시그마-델타 변조기, 특히 타임 인터리브 시그마-델타 변조기는 고해상도를 가지는 A/D 컨버터 타입으로서 활용도는 점점 더 높아지고 있는데, 본 발명에 따라 부피가 축소되고 저소비 전력으로 설계된다면 향후 시장성은 매우 높다할 것이다.In today's modern world, data communication (especially digital communication) is becoming an indispensable element. However, in order to perform data communication, a transmitting end providing data and a receiving end receiving data should be configured. In particular, in the case of the receiver, an A / D converter having a high resolution is required due to the expansion of the digital domain. Sigma-delta modulators, in particular time interleaved sigma-delta modulators, are increasingly used as A / D converter types with high resolution. If the volume is reduced according to the present invention and designed with low power consumption, the marketability will be very high in the future.
도 1의 (a)는 종래 타임 인터리브 시그마-델타 변조기의 내부 구성을 도시한 블록도,1 (a) is a block diagram showing the internal configuration of a conventional time interleaved sigma-delta modulator,
도 1의 (b)는 종래 타임 인터리브 시그마-델타 변조기의 타이밍 다이어그램,1 (b) is a timing diagram of a conventional time interleaved sigma-delta modulator,
도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 단일 증폭기 아키텍처를 적용한 타임 인터리브 시그마-델타 변조기의 내부 구성을 블록화한 개념도,2 is a conceptual diagram of the internal configuration of a time interleaved sigma-delta modulator applying a single amplifier architecture according to a first preferred embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 단일 증폭기 아키텍처를 적용한 타임 인터리브 시그마-델타 변조기의 내부 구성을 블록화한 개념도,3 is a conceptual block diagram illustrating an internal configuration of a time interleaved sigma-delta modulator applying a single amplifier architecture according to a second preferred embodiment of the present invention;
도 4는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 단일 증폭기 아키텍처를 적용한 타임 인터리브 시그마-델타 변조기에 있어서, 특정 블록의 설계 구성도,4 is a block diagram of a specific block in a time interleaved sigma-delta modulator applying a single amplifier architecture according to a first preferred embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 단일 증폭기 아키텍처를 적용한 타임 인터리브 시그마-델타 변조기에 있어서, 특정 블록의 설계 구성도,5 is a block diagram of a specific block in a time interleaved sigma-delta modulator applying a single amplifier architecture according to a second embodiment of the present invention;
도 6 내지 도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단일 증폭기 아키텍처를 적용한 로우패스 타임 인터리브 시그마-델타 변조기를 설명하기 위한 도면,6 to 9 are diagrams for explaining a low pass time interleaved sigma-delta modulator applying a single amplifier architecture according to a preferred embodiment of the present invention;
도 10 내지 도 13은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단일 증폭기 아키텍처를 적용한 밴드패스 타임 인터리브 시그마-델타 변조기를 설명하기 위한 도면이다.10 to 13 illustrate a bandpass time interleaved sigma-delta modulator employing a single amplifier architecture according to a preferred embodiment of the present invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
200 : 본 발명에 따른 타임 인터리브 시그마-델타 변조기200: time interleaved sigma-delta modulator according to the present invention
210 : 합산부 215 : 적분부210: summing unit 215: integrating unit
216 : 지연부 217 : 계수부216: delay unit 217: counter
218 : 덧셈부 220 : 양자화부218: Adder 220: Quantization
225 : 클럭 지연부 230 : 입력단자225: clock delay unit 230: input terminal
235 : 출력단자235 output terminal
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