一種過採樣模數轉換器的製作方法
2023-06-08 17:50:11 2
專利名稱：一種過採樣模數轉換器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種過採樣模數轉換器。
背景技術：
現在很多系統晶片或者接口晶片系統中，需要很多接口電路，特別在外界模擬信 號進來後，要轉換成數位訊號，因此，現在幾乎所有系統晶片或者接口晶片中都存在模數轉 換器，以實現模擬信號轉換成數位訊號的目的。 如今，隨著對系統節能和低功耗的要求，對模數轉換器也要求低功耗、高精度，這 是才能夠實現整個系統功耗低、工作時間長、比較環保高效的目的。目前實現模擬數位訊號 轉換的轉換器很多，比較常見有流水線型模數轉換器、逐次逼近的模數轉換器、過採樣模數 轉換器，由於流水線型模數轉換器適用在速度高精度相對高的場合，逐次逼近模數轉換器 適用在速度比較慢精度不是很高的場合，而過採樣模數轉換器適合速度比較快，精度很高 的場合，因此在系統晶片或者接口晶片系統中被廣泛的應用。 然而，目前對模數轉換器實現低功耗比較難，因為功耗低的話，很難達到精度高、 線性好的要求。特別是過採樣模數轉換器，目前現有技術中，高精度過採樣模數轉換器一 般都是通過高階多循環來實現的，而這種採用方式的轉換器結構複雜，實現困難；另外，在 上述這種過採樣模數轉換器中的基本單元就是積分器，且這類積分器由運算放大器和電 容、開關構成，其中運算放大器的結構示意圖如圖1所示，它包括相互連接的電晶體M1'至 M12'，此類運算放大器的功耗一般都比較大，因為若功耗比較小，則運算放大器存在增益比 較小、失調大、線性度差等問題；而實際上，積分器中的開關和電容基本上都不消耗功耗，而 只有運算放大器需要消耗功耗；另外，由於是過採樣，一般，模數轉換器的工作頻率都比較 高，鑑於上述問題，使得過採樣模數轉換器要在保證高精度的基礎上，實現低功耗就更為困 難了。
實用新型內容為了解決上述問題，本實用新型旨在提供一種新型的過採樣模數轉換器，以達到 在高階過採樣模數轉換器實現高精度的同時，降低其內部積分器的功耗，從而實現整個過 採樣模數轉換器低功耗的目的。 本實用新型所述的一種過採樣模數轉換器，它包括依次連接的第二增益單元、第 一加法器、第一積分器、第三增益單元、第二加法器、第二積分器、第四增益單元、第三加法 器、第三積分器、第五增益單元、第四加法器、第四積分器和第五加法器，且所述第二增益單 元的輸入端通過一第一增益單元連接到所述第二加法器，所述第五加法器的輸出端分別通 過一反饋增益單元連接到所述第一加法器、第二加法器、第三加法器和第四加法器，所述第 五加法器還接收一外部輸入的量化噪聲。 在上述的過採樣模數轉換器中，所述的第一積分器至第四積分器均分別包括一運 算放大器，且該運算放大器包括一電容以及連接在地與一外部電源之間的、依次串聯連接的第一至第四電晶體， 所述電容的一端與所述第四電晶體連接，接收外部輸入信號，其另一端與所述第 一電晶體連接，接收外部的第一偏置電壓信號； 所述第二電晶體和第三電晶體分別接受外部的第二偏置電壓信號和第三偏置電 壓信號，且該第二電晶體和第三電晶體之間輸出一放大信號。 在上述的過採樣模數轉換器中，所述第一電晶體的柵極接收所述第一偏置電壓信 號，其源極接地，其漏極與所述第二電晶體的源極連接；所述第二電晶體的柵極接收所述第 二偏置電壓信號，其漏極與所述第三電晶體的漏極連接；所述第三電晶體的柵極接收所述 第三偏置電壓信號，其源極與所述第四電晶體的漏極連接；所述第四電晶體的柵極接收所 述外部輸入信號，其源極與所述外部電源連接。 在上述的過採樣模數轉換器中，所述四個反饋增益單元的反饋增益係數均不相 同。 由於採用了上述的技術解決方案，本實用新型採用了單循環高階噪聲整形的方式 達到了模數轉換器噪聲低、精度高的要求，由於採用單循環實現，因此模數轉換器的結構比 較簡單，同時採用l位的量化，使得轉化器的線性程度好。另外，通過對模數轉換器中若干 積分器內部的運算放大器採用相當於單管放大的方式，同時這個單管放大器相當於工作在 開關工作狀態，使得運算放大器的在工作的時候只需要比較小的功耗，而在不工作的時候 幾乎不需要功耗，從而進一步地使整個過採樣模數轉換器的功耗也大幅下降。
圖1是現有技術中運算放大器的結構示意圖； 圖2是本實用新型一種過採樣模數轉換器的結構示意圖； 圖3是本實用新型的過採樣模數轉換器中積分器內部的運算放大器的結構示意 圖。
具體實施方式
以下結合附圖，對本實用新型的具體實施例作進一步的詳細說明。 如圖2所示，本實用新型，即一種過採樣模數轉換器，它包括依次連接的第二增益 單元G2、第一加法器1、第一積分器H1、第三增益單元G3、第二加法器2、第二積分器H2、第 四增益單元G4、第三加法器3、第三積分器H3、第五增益單元G5、第四加法器4、第四積分器 H4和第五加法器5，且第二增益單元G2的輸入端通過一第一增益單元Gl連接到第二加法 器2，第五加法器5的輸出端分別通過一反饋增益單元Gf連接到第一加法器1、第二加法器 2、第三加法器3和第四加法器4，第五加法器5還接收一外部輸入的量化噪聲。 本實用新型的具體工作過程為 第一加法器1接收經第二增益單元G2放大的外部模擬信號以及經反饋增益單元 Gf反饋的數位訊號，並對其進行加法運算後，向第一積分器Hl輸出第一加法信號； 第一積分器Hl對接收到的第一加法信號進行整形，並輸出第一整形信號； 第二加法器2接收經第一增益單元Gl放大的外部模擬信號、經第三增益單元G3 放大的第一整形信號以及經反饋增益單元Gf反饋的數位訊號，並對其進行加法運算後，向第二積分器H2輸出第二加法信號； 第二積分器H2對接收到的第二加法信號進行整形，並輸出第二整形信號； 第三加法器3接收經第四增益單元G4放大的第二整形信號以及經反饋增益單元 Gf反饋的數位訊號，並對其進行加法運算後，向第三積分器H3輸出第三加法信號； 第三積分器H3對接收到的第三加法信號進行整形，並輸出第三整形信號； 第四加法器4接收經第五增益單元G5放大的第三整形信號以及經反饋增益單元 Gf反饋的數位訊號，並對其進行加法運算後，向第四積分器H4輸出第四加法信號； 第四積分器H4對接收到的第四加法信號進行整形，並輸出第四整形信號； 第五加法器5接收第四整形信號以及外部輸入的量化噪聲，並輸出數位訊號。 本實用新型中，四個反饋增益單元Gf的反饋增益係數均不相同，第一到第四分別 為Gfl到Gf4 ;至此，本實用新型通過採用單循環四階過採樣噪聲整形系統實現了模數轉換 器的低噪聲、高精度的要求。 如圖3所示，本實用新型中，第一積分器Hl至第四積分器H4均分別包括一運算放 大器，且該運算放大器包括一電容C以及依次連接的第一至第四電晶體Ml至M4，其中， 第一電晶體M1的柵極接收第一偏置電壓信號Biasl，其源極接地，其漏極與第二 電晶體M2的源極連接； 第二電晶體M2的柵極接收第二偏置電壓信號Bias2，其漏極與第三電晶體M3的漏 極連接，且該第二電晶體M2和第三電晶體M3之間輸出一放大信號； 第三電晶體M3的柵極接收第三偏置電壓信號Bias3，其源極與第四電晶體M4的漏 極連接； 第四電晶體M4的柵極接收外部輸入信號，其源極與外部電源VDD連接； 電容C的一端與第四電晶體M4的柵極連接，其另一端與第一電晶體M1連接。 在上述運算放大器中，第一電晶體M1和第四電晶體M4相當於單管放大器，第二晶 體管M2和第三電晶體M3為增益放大之用；本實用新型中積分器內部的運算放大器通過使 單管放大器工作在開關狀態，降低了運算放大器的功耗，從而使得本實用新型的模數轉換 器的功耗達到節能和低功耗的要求。 綜上所述，本實用新型的過採樣模數轉換器作為現在系統晶片中比較常用的將模
擬信號轉換成數位訊號的接口晶片，採用了過採樣噪聲整形的原理，使得輸入信號經過模
數轉換器的噪聲整形可以達到系統晶片對該模數轉換器的性能指標要求，實現了模數轉換
器的低噪聲、高精度的要求；同時本實用新型採用了能降低模數轉換器功耗的運算放大器，
因此上述兩者的結合使得本實用新型同時達到了低功耗和高精度的要求。 以上結合附圖實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域中普通技術人員可根
據上述說明對本實用新型做出種種變化例。因而，實施例中的某些細節不應構成對本實用
新型的限定，本實用新型將以所附權利要求書界定的範圍作為本實用新型的保護範圍。
權利要求一種過採樣模數轉換器，其特徵在於，所述的模數轉換器包括依次連接的第二增益單元、第一加法器、第一積分器、第三增益單元、第二加法器、第二積分器、第四增益單元、第三加法器、第三積分器、第五增益單元、第四加法器、第四積分器和第五加法器，且所述第二增益單元的輸入端通過一第一增益單元連接到所述第二加法器，所述第五加法器的輸出端分別通過一反饋增益單元連接到所述第一加法器、第二加法器、第三加法器和第四加法器，所述第五加法器還接收一外部輸入的量化噪聲。
2. 根據權利要求1所述的過採樣模數轉換器，其特徵在於，所述的第一積分器至第四 積分器均分別包括一運算放大器，且該運算放大器包括一電容以及連接在地與一外部電源 之間的、依次串聯連接的第一至第四電晶體，所述電容的一端與所述第四電晶體連接，接收外部輸入信號，其另一端與所述第一晶 體管連接，接收外部的第一偏置電壓信號；所述第二電晶體和第三電晶體分別接受外部的第二偏置電壓信號和第三偏置電壓信 號，且該第二電晶體和第三電晶體之間輸出一放大信號。
3. 根據權利要求2所述的過採樣模數轉換器，其特徵在於，所述第一電晶體的柵極接 收所述第一偏置電壓信號，其源極接地，其漏極與所述第二電晶體的源極連接；所述第二晶 體管的柵極接收所述第二偏置電壓信號，其漏極與所述第三電晶體的漏極連接；所述第三 電晶體的柵極接收所述第三偏置電壓信號，其源極與所述第四電晶體的漏極連接；所述第 四電晶體的柵極接收所述外部輸入信號，其源極與所述外部電源連接。
4. 根據權利要求1所述的過採樣模數轉換器，其特徵在於，所述四個反饋增益單元的 反饋增益係數均不相同。
專利摘要本實用新型涉及一種過採樣模數轉換器，它包括依次連接的第二增益單元、第一加法器、第一積分器、第三增益單元、第二加法器、第二積分器、第四增益單元、第三加法器、第三積分器、第五增益單元、第四加法器、第四積分器和第五加法器，且所述第二增益單元的輸入端通過一第一增益單元連接到所述第二加法器，所述第五加法器的輸出端分別通過一反饋增益單元連接到所述第一加法器、第二加法器、第三加法器和第四加法器，所述第五加法器還接收一外部輸入的量化噪聲。本實用新型採用了過採樣噪聲整形的原理，實現了低噪聲、高精度的要求；同時本實用新型採用了低功耗的運算放大器，使得本實用新型同時具有功耗低和精度高的特點。
文檔編號H03M1/12GK201550101SQ20092029220
公開日2010年8月11日 申請日期2009年12月9日 優先權日2009年12月9日
發明者袁文師 申請人:上海貝嶺股份有限公司