KR20000072954A

KR20000072954A - Low noise delta sigma modulator

Info

Publication number: KR20000072954A
Application number: KR1019990015924A
Authority: KR
Inventors: 이상현
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1999-05-03
Filing date: 1999-05-03
Publication date: 2000-12-05

Abstract

PURPOSE: A delta-sigma modulator is provided which has reduced number of analog input signal inputting steps so that it has low noise and consumes low power. CONSTITUTION: A low noise delta-sigma modulator includes a differential voltage detector, a sigma-delta modulation amplifier, and a signal modulator. The differential voltage detector receives an analog signal and DC power. The analog signal is biased by the DC power so that the difference signal between the analog signal and DC power is detected by the differential voltage detector. The sigma-delta modulation amplifier samples the difference signal from the differential voltage detector and amplifies the difference between the difference signal and the DC voltage. The signal modulator modulates the analog signal amplified by the sigma-delta modulation amplifier.

Description

Low noise delta sigma modulator

본 발명은 델타 시그마 변조기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저잡음 이 포함되고 저전력이 소모되는 델타 시그마 변조기에 관한 것이다.The present invention relates to a delta sigma modulator, and more particularly, to a delta sigma modulator that includes low noise and consumes low power.

먼저, 아날로그 변조기는 아날로그 신호를 고속으로 샘플링하고, 이 샘플링된 값을 다시 적분하는 구조를 갖추고 있다. 한편, 잡음 및 전력 등을 고려할 때 거의 모든 회로에서는 차동 증폭기로 구성된 회로가 사용되고 있는 바, 이러한 차동 증폭기를 이용하여 회로를 설계하게 되면, 전체 회로의 내부 구성이 차동 증폭기에 접합되도록 된 회로로 이루어져야 한다.First, the analog modulator has a structure that samples the analog signal at high speed and integrates the sampled value again. On the other hand, considering noise and power, almost all circuits use a circuit composed of a differential amplifier. When designing a circuit using such a differential amplifier, the internal configuration of the entire circuit should be composed of a circuit that is bonded to the differential amplifier. do.

따라서, 차동 증폭기를 사용하여 아날로그 회로를 설계하게 되면, 다음과 같은 장점이 있다. 첫째, 공통모드 이득(common mode gain)이 향상되고, 둘째 오프셋 문제가 거의 해결되며, 셋째 파워의 흔들림에 강한 특성을 갖는다. 특히, 양단의 입력 차이만이 처리되게 되어 잡음의 측면에서는 상당히 양호한 특성을 나타내게 된다.Therefore, the analog circuit design using the differential amplifier has the following advantages. First, the common mode gain is improved, the second offset problem is almost solved, and the third power is strong in shaking. In particular, only the difference in input between the two ends is processed, resulting in a fairly good characteristic in terms of noise.

도 1은 일반적인 델타 시그마 변조기에서의 아날로그 회로의 블록도이다. 동 도면에 있어서, 상기 변조기는 단일 입력 단일 증폭부(100; single to single amplifier)와, 단일 입력 차동 증폭부(110; single to differential amplifier), 시그마-델타변조 증폭부(120) 및, 아날로그-디지털 변환부(130)로 구성되어 있다. 상기 단일 입력 단일 증폭부(100)의 입력단으로는 아날로그 입력신호가 입력된다.1 is a block diagram of an analog circuit in a typical delta sigma modulator. In the figure, the modulator includes a single input single amplifier 100, a single input differential amplifier 110, a sigma-delta modulated amplifier 120, and an analog- The digital conversion unit 130 is configured. An analog input signal is input to the input terminal of the single input single amplifier 100.

도 2는 도 1에 도시된 델타 시그마 변조기에서의 아날로그 회로도이다. 동 도면에 있어서, 상기 단일 입력 단일 증폭부(100)는 피드백저항(R10, R12)과, 보호용 저항(R11) 및, 증폭기(101)로 구성되어 있다. 상기 증폭기(101)의 -입력단자로는 아날로그 입력신호가 저항(R10, R11)을 통해 입력되고, +입력단자는 접지되게 된다. 상기 피드백 저항(R12)은 증폭기(101)의 출력단자와 저항(R10, R11)간의 노드에 접속되게 된다.FIG. 2 is an analog circuit diagram of the delta sigma modulator shown in FIG. 1. In the figure, the single input single amplifier 100 includes feedback resistors R10 and R12, a protective resistor R11, and an amplifier 101. As the-input terminal of the amplifier 101, an analog input signal is input through the resistors R10 and R11, and the + input terminal is grounded. The feedback resistor R12 is connected to a node between the output terminal of the amplifier 101 and the resistors R10 and R11.

그리고, 단일 입력 차동 증폭부(110)는 캐패시터(C10, C11)와 차동 증폭기(111)로 구성된다. 상기 차동 증폭기(111)의 -입력단자에는 이전 증폭기(101)의 출력단자가 접속되고, +입력단자에는 직류전원(DC)이 접속되게 된다. 그리고, 차동 증폭기(111)의 +출력단자에는 캐패시터(C10)의 일단이 접속되고, -출력단자에는 캐패시터(C11)의 타단이 접속되게 된다.In addition, the single input differential amplifier 110 includes capacitors C10 and C11 and a differential amplifier 111. The output terminal of the previous amplifier 101 is connected to the-input terminal of the differential amplifier 111, and the DC power supply DC is connected to the + input terminal. One end of the capacitor C10 is connected to the + output terminal of the differential amplifier 111, and the other end of the capacitor C11 is connected to the-output terminal.

상기 시그마-델타변조 증폭부(120)는 스위치(S10, S11)와, 증폭기(121) 및, 캐패시터(C12, C13)로 구성된다. 그리고, 도면 중 참조부호 131은 1비트 아날로그-디지털 변환기를 나타낸다. 상기 스위치(S10)의 일단이 캐패시터(C10)의 타단과 캐패시터(C12)의 일단간에 접속되고, 상기 스위치(S11)가 캐패시터(C11)의 타단과 캐패시터(C13)의 일단간에 접속된다. 상기 캐패시터(C12)는 상기 증폭기(121)의 -입력단자와 +출력단자간에 접속되고, 상기 캐패시터(C13)는 증폭기(121)의 +입력단자와 -출력단자간에 접속된다.The sigma-delta modulation amplifier 120 is composed of switches S10 and S11, an amplifier 121, and capacitors C12 and C13. In the drawing, reference numeral 131 denotes a 1-bit analog-to-digital converter. One end of the switch S10 is connected between the other end of the capacitor C10 and one end of the capacitor C12, and the switch S11 is connected between the other end of the capacitor C11 and one end of the capacitor C13. The capacitor C12 is connected between the -input terminal and the + output terminal of the amplifier 121, and the capacitor C13 is connected between the + input terminal and the -output terminal of the amplifier 121.

그리고, 증폭기(121)의 +출력단자는 아날로그-디지털 변환기(131)의 -입력단자에 접속되고, 증폭기(121)의 -출력단자는 아날로그-디지털 변환기(131)의 +입력단자에 접속된다.The + output terminal of the amplifier 121 is connected to the-input terminal of the analog-to-digital converter 131, and the-output terminal of the amplifier 121 is connected to the + input terminal of the analog-to-digital converter 131.

이후, 델타 시그마 변조기의 동작 과정을 설명하면 다음과 같다. 먼저, 아날로그 입력신호, 즉 일반적으로 사인파 형태의 입력신호가 증폭기(101)의 -입력단자로 입력되면, 증폭기(101)는 아날로그 입력신호를 증폭하여 그 출력단자로부터 증폭된 아날로그 신호를 출력한다.Next, the operation of the delta sigma modulator will be described. First, when an analog input signal, that is, a sinusoidal input signal in general, is input to the − input terminal of the amplifier 101, the amplifier 101 amplifies the analog input signal and outputs an amplified analog signal from the output terminal.

다음에, 아날로그 출력신호가 차동 증폭기(111)의 -입력단자로 입력되고, 직류전원(DC)이 차동 증폭기(111)의 +입력단자로 입력됨으로써 양 입력단의 차분신호가 증폭되어 캐패시터(10)에 저장된다. 상기 직류전원은 캐패시터(C11)에 저장되고, 이 캐패시터(C11)에 저장된 직류전원이 아날로그 신호를 바이어스하는 기능을 수행하게 된다.Next, the analog output signal is input to the − input terminal of the differential amplifier 111, and the DC power supply DC is input to the + input terminal of the differential amplifier 111 to amplify the differential signals of both input terminals, thereby causing the capacitor 10 to be amplified. Are stored in. The DC power is stored in the capacitor C11, and the DC power stored in the capacitor C11 performs the function of biasing the analog signal.

다음에, 스위치(S10, S11)가 클록신호(ψ10, ψ11)에 의해 동작되어 온상태로 되면, 캐패시터(C10, C11)에 저장된 차분신호와 직류전원이 증폭기(121)의 -입력단자와 +입력단자로 각각 입력된다. 이후, 증폭기(121)가 차분신호를 샘플링하여 증폭한 후 +출력단자와 -출력단자를 통해 샘플링된 신호와 바이어스 전원을 출력한다. 이 출력신호들은 1비트 아날로그-디지털 변환기(131)의 -입력단자와 +입력단자로 각각 입력되고, 1비트 아날로그-디지털 변환기(131)는 설정된 기준값에 의해 1비트의 디지털신호를 출력한다.Next, when the switches S10 and S11 are operated on by the clock signals ψ10 and ψ11 to be in the on state, the difference signal and the DC power stored in the capacitors C10 and C11 are connected to the -input terminal of the amplifier 121 and +. Input terminals are input respectively. Thereafter, the amplifier 121 samples and amplifies the difference signal, and then outputs the sampled signal and the bias power supply through the + output terminal and the-output terminal. These output signals are respectively input to the -input terminal and the + input terminal of the 1-bit analog-to-digital converter 131, and the 1-bit analog-to-digital converter 131 outputs a 1-bit digital signal by the set reference value.

이와 동시에, 증폭기(121)의 출력신호들은 증폭기(121)의 입력단자와 출력단자간에 접속된 캐패시터(C12, C13)에 저장된다. 여기서, 증폭기(121)와 캐패시터(C12, C13)로 구성된 시그마-델타변조 증폭부는 1차 증폭 변조 단계만을 나타내었지만, 이에 한정되지 않고 다단계의 증폭 변조단계로 구성되어도 된다.At the same time, the output signals of the amplifier 121 are stored in the capacitors C12 and C13 connected between the input terminal and the output terminal of the amplifier 121. Here, the sigma-delta modulated amplification unit including the amplifier 121 and the capacitors C12 and C13 represents only the first amplification modulation step, but is not limited thereto and may be configured as a multi-step amplification modulation step.

도 3은 일반적인 델타 시그마 변조기에 있어서 1KHz의 입력신호에 대한 주파수 영역에서의 SNDR(total harmonic distortion noise)을 나타낸 그래프이다. 상기 그래프에 있어서, 아날로그 입력신호가 단일 입력 단일 증폭부(100)와 단일 입력 차동 증폭부(110)를 통과하는 동안 미세한 잡음이 포함되게 되어 아날로그 신호에는 잡음이 포함되게 된다. 상기 그래프에 나타낸 바와 같이, 단일입력 단일증폭부와 단일입력 차동증폭부가 포함된 델타 시그마 변조기에서는 SNDR이 2.8848%로 나타나게 된다.FIG. 3 is a graph showing total harmonic distortion noise (SNDR) in a frequency domain for an input signal of 1 KHz in a typical delta sigma modulator. In the graph, fine noise is included while the analog input signal passes through the single input single amplifier 100 and the single input differential amplifier 110, so that the analog signal includes noise. As shown in the graph, in the delta sigma modulator including the single input single amplifier and the single input differential amplifier, the SNDR is 2.8848%.

한편, 사용자에 의한 회로의 설계시에는 도 2에 도시된 바와 같이 아날로그 입력신호가 단일입력으로 밖에 설계될 수 없어 단일입력과 차동 증폭회로의 입력과의 차이를 연결하기 위한 단일 입력 차동 증폭단계(single to differential amplifier stage)가 필요하게 된다.Meanwhile, when designing a circuit by a user, as shown in FIG. 2, an analog input signal can be designed as a single input only, so that a single input differential amplification step for connecting a difference between a single input and an input of a differential amplifier circuit ( A single to differential amplifier stage is required.

이후, 일반적인 델타 시그마 변조기에서는 입력신호가 단일 출력단(sigle ended)의 증폭기를 통해 입력되는 경우, 델타 시그마 변조기의 특성상 델타 시그마 변조기에는 차동 증폭회로(differential circuit)가 바람직하기 때문에, 델타 시그마 변조기에서는 단일 입력증폭기(single ended amplifier)를 통해 입력단으로 입력된 신호가 단일 입력 차동 증폭회로(single to differential circuit)를 통과하도록 변환시키고 있다.Since the input signal is input through a single ended amplifier in a general delta sigma modulator, since a differential amplifier circuit is preferable for a delta sigma modulator due to the characteristics of the delta sigma modulator, a single delta sigma modulator is used. A single ended amplifier converts the signal input to the input through a single input differential to amplification circuit.

따라서, 신호가 단일 입력 차동 증폭회로와 같은 부가회로를 더 통과하게 되어 신호에 잡음이 더 포함되고, 전체 조화왜곡(SNDR; total harmonic distortion noise)에 더욱 바람직하지 않은 영향이 미치게 된다. 또한, 차동 증폭회로가 부가됨으로써 회로 전체의 면적이 커지게 되고 전력 소모가 증가하는 문제점이 있었다.Thus, the signal is further passed through additional circuitry such as a single input differential amplification circuit, which further includes noise in the signal and has a more undesirable effect on total harmonic distortion noise (SNDR). In addition, the addition of the differential amplifier circuit has a problem that the area of the entire circuit is increased and the power consumption is increased.

이에 본 발명은 상기한 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 아날로그 입력신호의 입력단계 수가 감소되어 잡음의 감소와 저전력이 소모되는 저잡음 델타 시그마 변조기를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a low noise delta sigma modulator in which the number of input steps of an analog input signal is reduced to reduce noise and consume low power.

도 1은 일반적인 델타 시그마 변조기에서의 아날로그 회로의 블록도,1 is a block diagram of an analog circuit in a typical delta sigma modulator,

도 2는 도 1에 도시된 델타 시그마 변조기에서의 아날로그 회로도,FIG. 2 is an analog circuit diagram of the delta sigma modulator shown in FIG.

도 3은 일반적인 델타 시그마 변조기에 있어서 1KHz의 입력신호에 대한 주파수 영역에서의 SNDR(total harmonic distortion noise)을 나타낸 그래프,3 is a graph showing total harmonic distortion noise (SNDR) in a frequency domain for an input signal of 1 KHz in a typical delta sigma modulator.

도 4는 본 발명에 따른 저잡음 델타 시그마 변조기에서의 아날로그 회로의 블록도,4 is a block diagram of an analog circuit in a low noise delta sigma modulator according to the present invention;

도 5는 도 4에 도시된 저잡음 델타 시그마 변조기에서의 아날로그 회로도,5 is an analog circuit diagram of the low noise delta sigma modulator shown in FIG. 4;

도 6은 본 발명에 따른 저잡음 델타 시그마 변조기에 있어서 1KHz의 입력신호에 대한 주파수 영역에서의 SNDR을 나타낸 그래프이다.6 is a graph showing the SNDR in the frequency domain for an input signal of 1 KHz in the low noise delta sigma modulator according to the present invention.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

10 : 차동 전압검출부 20,120 : 시그마-델타변조 증폭부10: differential voltage detector 20,120: sigma-delta modulation amplifier

21,22: 증폭기 30,130 : 아날로그-디지털 변환부21,22: amplifier 30,130: analog-to-digital converter

31,32: 1비트 디지털-아날로그 변환부31,32: 1-bit digital-to-analog converter

40: 1비트 아날로그-디지털 변환기40: 1-Bit Analog-to-Digital Converter

100 : 단일 입력 단일 증폭기(single to single amplifier)100: single to single amplifier

110 : 단일 입력 차동 증폭기(single to differential amplifier)110: single input differential amplifier

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 저잡음 델타 시그마 변조기는, 차동 전압검출부와 시그마-델타변조 증폭부 및 신호 변조부로 구성된다. 그리고, 차동 전압검출부로는 아날로그 신호와 직류전원가 각각 입력되고, 상기 직류전원에 의해 아날로그 신호가 바이어스되면서 아날로그 신호와 상기 직류전원의 차분신호가 검출되도록 되어 있다. 상기 시그마-델타변조 증폭부는 차동 전압검출부로부터의 차분신호를 샘플링하고, 상기 차분신호와 직류전원의 차분을 증폭한다. 그리고, 신호 변조부는 시그마-델타변조 증폭부로부터의 증폭된 아날로그 신호를 변조한다.A low noise delta sigma modulator according to the present invention for achieving the above object is composed of a differential voltage detector, a sigma-delta modulation amplifier and a signal modulator. The analog voltage and the DC power are respectively input to the differential voltage detector, and the differential signal between the analog signal and the DC power is detected while the analog signal is biased by the DC power. The sigma-delta modulator amplifies the difference signal from the differential voltage detector and amplifies the difference between the difference signal and the DC power supply. The signal modulator modulates the amplified analog signal from the sigma-delta modulated amplifier.

상기와 같이 구성된 본 발명은, 스위치에 의해 아날로그 신호와 직류전원의 차분신호가 증폭기의 -입력단자로 입력되고 직류전원이 +입력단자로 입력되어 상기 차분신호와 직류전원이 시그마-델타 변조됨으로써 아날로그-디지탈 변환부가 변조된 신호를 전송한다. 따라서, 아날로그 신호가 입력단의 필요 없이 직접 시그마-델타변조 증폭기로 입력됨으로써 잡음이 감소되고 적은 전력이 소모된다.According to the present invention configured as described above, the differential signal between the analog signal and the DC power is input to the-input terminal of the amplifier and the DC power is input to the + input terminal by the switch, so that the differential signal and the DC power are sigma-delta Digital converter transmits the modulated signal. Thus, the analog signal is input directly into the sigma-delta modulator amplifier without the need of an input stage, thereby reducing noise and consuming less power.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 저잡음 델타 시그마 변조기에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, a low noise delta sigma modulator according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 4는 본 발명에 따른 저잡음 델타 시그마 변조기의 블록도이고, 도 5는 도 4에 도시된 저잡음 델타 시그마 변조기의 회로도이다. 여기서, 도 1과 도 2에 도시된 종래의 델타 시그마 변조기와 동일한 구성은 그에 대한 상세한 설명을 생략한다.4 is a block diagram of a low noise delta sigma modulator according to the present invention, and FIG. 5 is a circuit diagram of the low noise delta sigma modulator shown in FIG. Here, the same configuration as the conventional delta sigma modulator shown in FIGS. 1 and 2 will not be described in detail.

도 4는 본 발명에 따른 저잡음 델타 시그마 변조기에서의 아날로그 회로의 블록도이다. 여기서, 변조기는 1차 증폭 단계의 변조기를 예로서 설명하였지만, 이에 한정되지 않고 2차 및 3차 또는 그 이상의 증폭단계의 변조기에 대해서도 동일한 효과를 나타낸다.4 is a block diagram of an analog circuit in a low noise delta sigma modulator in accordance with the present invention. Here, although the modulator has been described as an example of the modulator of the first amplification step, it is not limited thereto, and the same effect also applies to the modulators of the second and third amplification steps or more.

상기 변조기는 차동 전압검출부를 포함하는 단일 입력부(10)와, 시그마-델타변조 증폭부(20) 및, 아날로그-디지털 변환부와 같은 신호 변조부(30)로 구성된다. 상기 차동 전압검출부(10)의 일단으로는 아날로그 입력신호, 즉 일반적으로 사인파 형태의 입력신호가 입력되고, 그 타단으로는 직류전원이 입력되어 바이어스되게 된다.The modulator includes a single input unit 10 including a differential voltage detector, a sigma-delta modulation amplifier 20, and a signal modulator 30 such as an analog-digital converter. One end of the differential voltage detector 10 receives an analog input signal, that is, a sinusoidal input signal in general, and the other end of the differential voltage detector 10 is biased by inputting a DC power supply.

도 5는 도 4에 도시된 저잡음 델타 시그마 변조기에서의 아날로그 회로도이다. 동 도면에 있어서, 상기 차동 전압검출부는 스위치(S1, S2)와 캐패시터(C)로 구성된다. 그리고, 상기 시그마-델타변조 증폭부는 스위치(S1, S2)와, 증폭기(21, 22), 캐패시터(C) 및, 출력단으로부터의 출력신호를 각각의 입력단으로 피드백시키는 1비트 디지털-아날로그 변환부(31, 32)로 구성된다. 도면 중 참조부호 40은 1비트 아날로그-디지털 변환기를 나타낸다.FIG. 5 is an analog circuit diagram of the low noise delta sigma modulator shown in FIG. 4. In the figure, the differential voltage detection unit is composed of switches S1 and S2 and a capacitor C. In FIG. In addition, the sigma-delta modulation amplifier unit 1 (S1, S2), the amplifier (21, 22), the capacitor (C), and the 1-bit digital-to-analog converter for feeding back the output signal from the output terminal to each input terminal ( 31, 32). Reference numeral 40 in the figure represents a 1-bit analog-to-digital converter.

여기서, 스위치(S2)는 아날로그 입력신호와 직류전원의 각각의 입력단과, 차동 층폭단에 각각 설치되고, 캐패시터(C)는 각각의 단계 마다 각 단에 설치된다. 즉, 캐패시터(C)는 아날로그 입력신호가 입력되는 입력단자와 직류전원이 입력되는 입력단자에 각각 접속된다.Here, the switch S2 is provided at each input terminal of the analog input signal and the DC power supply, and at the differential layer width stage, respectively, and the capacitor C is installed at each stage at each step. That is, the capacitor C is connected to an input terminal to which an analog input signal is input and an input terminal to which a DC power supply is input, respectively.

그리고, 각 스위치(S1, S2)는 각각의 캐패시터(C)간에 접속되고, 캐패시터(C)는 상기 증폭기(21, 22)의 -입력단자와 +출력단자간에 각각 접속된다. 그리고, 상기 증폭기(22)의 +출력단자는 아날로그-디지털 변환기(40)의 -입력단자에 접속되고, 증폭기(22)의 -출력단자는 아날로그-디지털 변환기(40)의 +입력단자에 접속된다. 상기 1비트 디지털-아날로그 변환부(31, 32)는 출력단으로부터의 출력신호를 각각의 입력단으로 피드백시킨다.Each of the switches S1 and S2 is connected between each capacitor C, and the capacitor C is connected between the -input terminal and the + output terminal of the amplifiers 21 and 22, respectively. The + output terminal of the amplifier 22 is connected to the-input terminal of the analog-to-digital converter 40, and the-output terminal of the amplifier 22 is connected to the + input terminal of the analog-to-digital converter 40. The 1-bit digital-to-analog converters 31 and 32 feed back the output signal from the output terminal to each input terminal.

이후, 본 발명에 따른 저잡음 델타 시그마 변조기의 동작을 설명하면 다음과 같다. 먼저, 아날로그 입력신호가 차동 전압검출부의 캐패시터(C)에 저장되고, 또한 상기 직류전원(DC)이 상기 차동 전압검출부의 캐패시터(C)에 저장된다. 이후, 상기 캐패시터(C)에 저장된 전원이 아날로그 신호를 바이어스하는 기능을 하게 된다.Hereinafter, the operation of the low noise delta sigma modulator according to the present invention will be described. First, the analog input signal is stored in the capacitor C of the differential voltage detector, and the DC power supply DC is stored in the capacitor C of the differential voltage detector. Thereafter, the power stored in the capacitor C serves to bias the analog signal.

다음에, 스위치(S1)가 클록신호(ψ1)에 의해 동작되어 온상태로 되면, 직류전원과 아날로그 신호의 차분신호가 캐패시터(C)와 스위치(S1, S2)를 통해 증폭기(21, 22)의 -입력단자로 입력된다. 여기서, 캐패시터(C)에 저장된 직류전원은 기준 직류전원으로서 스위치(S1, S2)를 통해 상기 증폭기(21, 22)의 +입력단자로 입력되게 된다.Next, when the switch S1 is operated on by the clock signal ψ1 and is turned on, the difference signal between the DC power supply and the analog signal is transferred through the capacitor C and the switches S1 and S2. It is input through the-input terminal of. Here, the DC power stored in the capacitor C is input to the + input terminals of the amplifiers 21 and 22 through the switches S1 and S2 as reference DC power.

또한, 스위치(S1, S2)가 클록신호(ψ1, ψ2)에 의해 동작되어 온상태로 되면, 캐패시터(C)에 저장된 차분신호와 직류전원이 증폭기(21, 22)의 -입력단자와 +입력단자로 각각 입력된다. 따라서, 증폭기(21, 22)는 단일 입력 차동 증폭기에서와 같이 입력 신호단자, 즉 -입력단자에서만 차분신호를 샘플링을 하고, +입력단자로부터는 직류전원으로 바이어스된 상태이다. 이후, 증폭기(21, 22)는 양쪽 단자의 신호차, 즉 차분신호를 증폭하게 된다.In addition, when the switches S1 and S2 are operated by the clock signals ψ1 and ψ2 to be in the on state, the differential signal and the DC power stored in the capacitor C are input to the -input terminal and + input of the amplifiers 21 and 22. It is input to each terminal. Therefore, the amplifiers 21 and 22 sample the differential signal only at the input signal terminal, i.e., the -input terminal, as in the single input differential amplifier, and are biased to the DC power supply from the + input terminal. Thereafter, the amplifiers 21 and 22 amplify the signal difference between the two terminals, that is, the difference signal.

이와 같이, 증폭기(21, 22), 즉 시그마-델타변조 증폭기의 1차 증폭기는 종래 델타 시그마 변조기의 단일 입력 차동 증폭기로서의 동작을 수행하게 되어 상기 입력신호의 차분만을 증폭하게 된다. 여기서, 본 발명에서는 1차 증폭기만 도시하였지만, 이에 한정되지 않는다.As such, the amplifiers 21 and 22, i.e., the primary amplifier of the sigma-delta modulator amplifier, operate as a single input differential amplifier of the conventional delta sigma modulator to amplify only the difference of the input signal. Here, although only the primary amplifier is illustrated in the present invention, the present invention is not limited thereto.

이후, 상기 증폭기(21, 22)는 아날로그 신호와 직류전원의 차분을 증폭한 후 그 +출력단자와 그 -출력단자를 통해 증폭된 차분 신호와 직류전원을 각각 출력한다. 이 출력신호들은 1비트 아날로그-디지털 변환기(40)의 -입력단자와 +입력단자로 각각 입력됨으로써 상기 1비트 아날로그-디지털 변환기(40)는 설정된 기준값에 의해 1비트의 디지털신호를 출력하게 된다.Thereafter, the amplifiers 21 and 22 amplify the difference between the analog signal and the DC power, and then output the difference signal and the DC power amplified through the + output terminal and the-output terminal, respectively. These output signals are input to the -input terminal and the + input terminal of the 1-bit analog-to-digital converter 40, respectively, so that the 1-bit analog-to-digital converter 40 outputs a 1-bit digital signal by the set reference value.

이와 동시에, 증폭기(21, 22)의 출력신호들은 증폭기(21, 22)의 입력단자와 출력단자 사이에 접속된 각각의 캐패시터(C)에 저장되게 된다. 여기서, 증폭기(21, 22)와 캐패시터(C)로 구성된 시그마-델타변조 증폭부는 1차 증폭 변조단계만을 나타내었지만, 이에 한정되지 않고 다단계의 증폭 변조단계로 구성도어도 된다.At the same time, the output signals of the amplifiers 21 and 22 are stored in respective capacitors C connected between the input terminals and the output terminals of the amplifiers 21 and 22. Here, the sigma-delta modulated amplification unit composed of the amplifiers 21 and 22 and the capacitor C has shown only the first amplification modulation step, but is not limited thereto and may be configured as a multi-step amplification modulation step.

상기한 바와 같이, 본 발명은 아날로그 스위치, 즉 스위치(S1)를 사용하고, 차동 증폭기를 사용하는 시그마-델타변조 증폭기의 1차 증폭기(21, 22)는 그 -입력단자로 상기 아날로그 신호를 샘플링하기 이전에 입력시킨다. 이와 동시에, 상기 시그마-델타변조 증폭기에서 아날로그 신호의 기준으로 사용되는 직류전원이 +입력단자로 입력되게 된다.As described above, the present invention uses an analog switch, that is, a switch S1, and the primary amplifiers 21 and 22 of the sigma-delta modulation amplifier using the differential amplifier sample the analog signal with its -input terminal. Enter it before At the same time, the DC power used as the reference of the analog signal in the sigma-delta modulation amplifier is input to the + input terminal.

도 6은 본 발명에 따른 저잡음 델타 시그마 변조기에 있어서 1KHz의 입력신호에 대한 주파수 영역에서의 SNDR을 나타낸 그래프이다. 도시된 바와 같이, 아날로그 입력신호가 단일 입력 단일 증폭부와 단일 입력 차동 증폭부를 통과하지 않게 되어 상기 아날로그 신호에는 잡음이 거의 포함되지 않게 된다.6 is a graph showing the SNDR in the frequency domain for an input signal of 1 KHz in the low noise delta sigma modulator according to the present invention. As shown, the analog input signal does not pass through the single input single amplifier and the single input differential amplifier so that the analog signal contains little noise.

상기 그래프에 나타낸 바와 같이, 종래의 단일입력 단일증폭부와 단일입력 차동증폭부가 포함된 델타 시그마 변조기에서는 SNDR이 2.8848%로 나타나지만, 본 발명에 따른 단일입력단만을 포함하는 저잡음 델타 시그마 변조기에서는 SNDR이 203415%로 나타나게 되어 전체적으로 SNDR이 23.2% 증가하게 된다.As shown in the graph, the SNDR is 2.8848% in the delta sigma modulator including the single input single amplifier and the single input differential amplifier, but the SNDR is 203415 in the low noise delta sigma modulator including the single input stage according to the present invention. As a percentage, the overall increase in SNDR is 23.2%.

한편, 본 발명은 상기한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라 본원의 요지와 범주를 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지로 변형 및 수정하여 실시할 수 있는 것이다.On the other hand, the present invention is not limited to the above-described specific embodiments and can be carried out by variously modified and modified within the scope and spirit of the present application.

상기한 본 발명에 따른 저잡음 델타 시그마 변조기는, 여러 입력단계로 구성된 하드웨어를 사용하지 않게 되어 전력 소모가 감소되고, 하드웨어의 부피 또한 감소되게 된다. 그리고, 아날로그 입력신호가 단일 입력 차동 증폭회로와 같은 입력회로를 통과하지 않게 되어 신호에 잡음이 포함되지 않음으로써 전체 조화왜곡(SNDR; total harmonic distortion noise)에 나쁜 영향을 미치지 않게 된다.The low noise delta sigma modulator according to the present invention does not use hardware composed of several input stages, thereby reducing power consumption and reducing hardware volume. In addition, since the analog input signal does not pass through an input circuit such as a single input differential amplifier circuit, the signal does not include noise, and thus does not adversely affect the total harmonic distortion noise (SNDR).

Claims

For delta sigma modulator,

An analog signal and a DC power supply, respectively, a differential voltage detector for biasing the analog signal by the DC power supply and detecting a difference signal between the analog signal and the DC power supply;

A sigma-delta modulated amplifying unit for sampling the difference signal from the differential voltage detecting unit and amplifying the difference between the difference signal and the DC power supply;

A low noise delta sigma modulator comprising: a signal modulator for modulating the amplified analog signal from the sigma-delta modulated amplifier.

The method of claim 1,

The differential voltage detection unit has one end connected to an input terminal of the analog input signal to store the differential signal between the analog input signal and the DC power supply, and one end connected to an input terminal of the DC power supply to store the DC power. With capacitors,

And one end connected to one end of the capacitor and the other end connected to one end of the capacitor, the low noise delta sigma modulator comprising a plurality of switches connecting the capacitors by being turned on by a clock signal.

The method of claim 1,

The primary amplifier of the sigma-delta modulation amplification unit is a low noise delta sigma modulator, characterized in that function as a single input differential amplifier.