節能的多比特δ－∑轉換器的製作方法

2023-05-18 09:40:56

專利名稱：節能的多比特δ－∑轉換器的製作方法
技術領域：
本發明涉及節能的多比特δ-∑轉換器，其中可以特別指出的是，已經降低了數字轉換器的比較器數量。
所謂的δ-∑轉換器常常被用作模擬-數字轉換器，因為它們可以提供高度數位化和高信噪比。
一個簡單的通常稱作一比特的δ-∑轉換器可以根據一個模擬輸入信號提供一個一比特的數據流。如果模擬輸入信號的幅度增大，邏輯H電平在δ-∑轉換器的輸出中佔主導地比特，如果該幅度降低，則邏輯L電平佔主導地比特。對於恆定的輸入信號，數字輸出信號在H和L電平之間波動。於是，原則上可以通過積分，再次從比特流獲得模擬信號。
這樣的一比特δ-∑轉換器基本上包含兩個數據塊一個模擬調製器和一個數字濾波器。在這種情況下，調製器大體上只是一個在其上遊連接有積分器的比較器。通過一個差分放大器，從模擬輸入信號中減去由一比特數字-模擬轉換器轉換回來的一個輸出信號。來自差分放大器的這個信號被饋送到一個在其上遊連接有積分器的比較器。於是，積分器不斷地被重新設置，並且產生了一比特數據流。
在輸入水平較小時，由於一比特轉換情況下的數位化噪聲較大，因為數字輸出信號只是完全在H電平和L電平之間波動，因此，經常採用多比特δ-∑轉換器。
通常按照現有技術所了解的多比特δ-∑轉換器在

圖1中舉例說明。
多比特δ-∑轉換器MDSW具有用來接入模擬輸入信號ZA的輸入E，以及用來輸出一個N比特寬數字輸出信號ZD的輸出A。配置了具有比特寬為N的數字-模擬轉換器DAW，用於轉換來自數字輸出信號ZD的反饋信號Z3。通過差分放大器DV，從模擬輸入信號ZA中減去反饋信號Z3。由此獲得的差分信號Z1通過積分器S積分，並且作為積分信號Z2饋送到N比特數字轉換器，從這個轉換器形成數字輸出信號。
通常還配置一個補償數字-模擬轉換器KDAW，該轉換器將數字輸出信號ZD反向轉換為一個模擬補償信號ZK1，該信號隨後被放大器FBE中的補償因數放大，並且作為補償信號ZK，通過求和裝置AD，從經過濾波的信號Z2中減去。如果在數字轉換器Q的取樣時間和反饋數字-模擬轉換器DAW的取樣時間之間經常發生顯著的時間偏移，則通過該補償信號ZK，可以改進穩定性和信噪比。所述時間偏移，也被稱為過度環路延遲，會導致不穩定及不良信噪比，特別是在高時鐘頻率下。藉助於這種具有同樣的N比特寬補償數字-模擬轉換器KDAW的補償路徑，可以使輸出信號質量得到改進。由於補償數字-模擬轉換器KDAW必須具有和數字轉換器同樣的比特寬N，因而電路成本相當可觀。
數字轉換器Q通常具體表現為快速模擬-數字轉換器。一個特定的數字轉換器Q的相應電路設置示於圖2。
該圖示通過一個三比特數字轉換器Q的實例進行說明，此轉換器具有一個用於接收積分信號Z2的輸入A，以及一個用於輸出數字輸出信號D的輸出D。此外還配備了7個比較器K1......K7，每個比較器有一個接收積分信號Z2的第一輸入L1......L7，一個與各自的參考電位U1......U7連接的第二輸入M1......M7，以及一個輸出比較結果P1......P7的輸出U1......U7。比較結果P1......P7傳給解碼器DEK，形成數字輸出信號ZE。
參考電位U0......U6在上參考電位VREFP和下參考電位VREFN之間連接的電阻排的電阻R1......R7之間分接。因此，每個比較器所呈現的比較結果，不是H電平就是L電平。根據積分模擬輸入信號Z2的電平，各比較器將一個H電平或一個L電平作為比較的結果，轉到解碼器。
因此比較結果是以溫度計代碼表現的，並且解碼器由此形成適當的，舉例來說，二進位碼數字輸出信號ZD。
現有技術的這種數字轉換器Q的一個顯著缺點在於其電流消耗很高。數字轉換器就是顯著的功率消耗裝置。由於所需比較器的數量隨數字轉換器Q的比特寬N呈指數增加，因此，按照現有技術的具有高比特寬的多比特δ-∑轉換器也消耗大量功率。
通過示例可知，用於4比特δ-∑轉換器的數字轉換器需要15個比較器。此外，還需要一個同樣的4比特寬補償數字-模擬轉換器。因此，具有高比特寬的多比特δ-∑轉換器通常是大功率消耗裝置。
因此，本發明的目標是提供節能多比特δ-∑轉換器，特別是其比較器的數量少，並且集成電路所需的面積小。
按照本發明，這一目標通過具有權利要求1的特徵的節能多比特δ-∑轉換器實現。此外，這一目標通過具有同等權利要求10的特徵的多比特δ-∑轉換器實現。
因此，所提供的多比特δ-∑轉換器包含一個用於模擬輸入信號的輸入和一個用於數字輸出信號的輸出，具有一個N比特寬並可將數字輸出信號轉換為模擬反饋信號的數字-模擬轉換器，一個用於形成輸入信號和反饋信號之間差別的求和裝置，一個用於對差分信號進行濾波的濾波器，一個用於使已濾波的差分信號轉換成具有N比特寬的數字輸出信號的計時數字轉換裝置。在這種情況下，數字轉換裝置有Y個比較器，比較器將已濾波的信號與各個比較器相關的各參考電位進行比較，每個比較器向解碼器輸出一個比較結果，解碼器根據比較結果，產生數字輸出信號。在此情況下，參考電位在一定程度上遵循以前的比較結果。
此外，所提供的多比特δ-∑轉換器包含一個用於模擬輸入信號的輸入和一個用於數字輸出信號的輸出，具有一個N比特寬並可將數字輸出信號轉換為模擬反饋信號的一個數字-模擬轉換器，一個用於形成輸入信號和反饋信號之間差別的求和裝置，一個用於對差分信號進行濾波的濾波器，一個用於使已濾波的差分信號轉換成具有N比特寬的數字輸出信號的計時數字轉換裝置。在這種情況下，數字轉換裝置對已濾波信號施加一個電位偏移，並且有Y個比較器，比較器將已濾波的信號與已經施加到與各個比較器相關的各參考電位的所述電位偏移進行比較，每個比較器向解碼器輸出一個比較結果，解碼器根據比較結果，產生數字輸出信號。並且該電位偏移在一定程度上遵循以前的比較結果。
本發明所依據的概念是通過前一瞬間比較結果的資料，或轉換器結果的資料以及由此產生的數字輸出信號的資料，來減少比較器的數量。由於數字轉換裝置的已濾波模擬輸入信號就時鐘頻率而言只有緩慢變化，由比較器輸出的溫度計代碼的變化僅在一個比較器中發生。因此，按照本發明，只要使根據輸出結果而發生與以前時鐘周期不同變化的比較器，限於局部就可以了。因此只要保留溫度計代碼中的相應數字以及僅僅少數幾個其它比較器。從時鐘周期到時鐘周期，只有具備下列特徵的變化中的比較結果才是適當的，即相應的比較器的開關閾值接近已濾波模擬信號的電平。按照本發明，也可以對已濾波信號施加一個電位偏移，從而將已施加所述電位偏移的信號傳遞給數字轉換裝置的比較器，該信號的電位水平，按照本發明，總是保留在數量減少的比較器的閾值電壓附近。由於按照本發明的節能多比特δ-∑轉換器的數字轉換裝置比按照現有技術的相應的N比特寬數字轉換器的比較器少，因此，按照本發明的節能多比特δ-∑轉換器非常節能。此外，在半導體晶片上所需的面積也比其它通常的轉換器小很多。
在一個優選實施方案中，求和裝置具有一個差分放大器，用於放大輸入信號和反饋信號之間的差別，而且/或者濾波器，濾波器具有用於累積放大的差分信號的積分器。
按照本發明的多比特δ-∑轉換器的數字轉換裝置的比較器最好少於2N-1個。
在多比特δ-∑轉換器的一個優選擴展方案中，數字轉換裝置具有一個開關控制器，在一定程度上按照先前的比較結果轉變比較器的參考電位，因此，如果在輸入信號(ZA)中有改變，則至少有一個比較器要改變其比較結果。最好要裝置一個存儲器，用以緩衝存儲數字輸出信號。比較器如果和溫度計代碼的數字相對應，而其開關閾值和已濾波信號的電平最為接近，則該比較器可以從已存儲的數字輸出信號中加以局部化。
開關控制器最好和存儲器連結，並且根據緩衝存儲的輸出信號，將參考電位接通到比較器。
在本發明的多比特δ-∑轉換器的一個優選實施方案中，數字轉換裝置至少具有第一、第二、第三個比較器，每個比較器都有一個第一輸入，一個第二輸入，及一個輸出。在這種情況下，已濾波的信號施加到第一輸入，第一、第二、第三個參考電位分別施加於第二輸入。每個比較器的輸出提供一個比較結果，而參考電位如下選擇第二參考電位在第一和第三參考電位之間，第二參考電位最接近於已濾波信號的電位。
在只有三個比較器的數字轉換裝置的一個實施方案中，有可能在每個情況中，在調整或跟蹤參考電位時，使第二或中間的比較器從時鐘周期到時鐘周期改變其比較結果。然後，在三比特溫度計代碼中，分別對應於已濾波模擬輸入信號的三個比較器的全部比較結果顯示提高，或保持不變，或顯示降低。解碼器可以構成相應的數字輸出信號，或者由此根據已知的以前轉換器結果，構成完整的溫度計代碼。這個優選實施方案的主要優點是只有三個比較器就充分夠用，甚至在高比特寬的情況下也是如此。
此外，它的優點在於等距選擇參考電位，並且有2N-1個不同的參考電位可以轉換。
在本發明的另一個優選擴展方案中，數字-模擬轉換器和數字轉換裝置可以按比特寬為N和比特寬為M＝ln(Y+1)/ln(2)操作，其中比特寬M對應於比較器的數量Y。
從而，可以使本發明的多比特δ-∑轉換器在比特寬為M的第一工作模式下運轉，數字轉換裝置起簡單快速模擬-數字轉換器的作用，就是說採用簡化的方案。在接通狀態，特別是如果由於以前的時鐘或轉換器周期還未得出可靠的轉換結果，因而比較器的參考電位處於初始未知時，這一點是有利的。直到在第二工作模式下多比特δ-∑轉換器才用全部比特寬N和跟蹤的參考電位運轉。這一點對按照本發明的整個多比特δ-∑轉換器的穩定性起了作用。
數字-模擬轉換器和數字轉換裝置最好是在比特寬N和M之間轉換。在有利的擴展方案中，轉換控制器最好具有一個計數裝置，用來根據比較結果，在2N-Y數位溫度計代碼中產生一個數字平均值信號。特別是計數裝置最好有一個增減計數器。
增減計數器簡單地表示幾經轉換，都始終存在於溫度計代碼中的那一部分輸出信號，在該信號上再增加與來自比較結果，基本上和Y數位溫度計代碼相對應的差分信號。這項工作最好由解碼器完成，解碼器具有求和裝置，可以用來根據比較結果與平均值信號，形成N比特寬輸出信號。
在一個優選實施方案中，轉換控制器還有一個控制邏輯部分，控制邏輯部分根據比較結果，或者將比較結果作為數字輸出信號，轉換為Y數字M比特寬溫度計代碼，或者將比較結果與平均值信號結合，作為數字輸出信號，轉換為2N數字M比特寬溫度計代碼。帶有2N數字的溫度計代碼可以在2N-1條數據線上傳輸。
控制邏輯部分起俘獲電路作用，對數字轉換裝置進行控制，數字轉換裝置或者作為M比特快速模擬-數字轉換器，或者作為N比特模擬-數字轉換器，其中所用比較器的參考電位是根據轉換器結果而加以跟蹤的，或者可以對輸入信號施加一個電位偏移。其優點在於，只有在找到了數字轉換裝置的控制迴路的穩定工作點時，才會對參考電位進行跟蹤。
在另一個優選實施方案中，轉換控制器具有一個參考數字-模擬轉換器，用於從數字平均值信號產生偏移電位。由於在2N-Y-1條數據線上，平均值信號是作為2N-Y數位溫度計代碼信號存在的，因此參考數字-模擬轉換器是非常簡單的產生電位偏移的裝置。
在本發明的多比特δ-∑轉換器的另一個優選擴展方案中，數字轉換裝置具有一個補償數字-模擬轉換器，用於將比較結果至少轉換為一個數字補償信號，還有一個求和裝置，用於從已濾波的差分信號中減去模擬補償信號。
補償模擬-數字轉換器，對於為了模擬反饋信號，而在計時數字轉換裝置的取樣時間和數字-模擬轉換器的取樣時間之間的過度迴路延遲，可以有效地進行補償。
補償模擬-數字轉換器的比特寬和數字轉換裝置中比較器的數量相對應，這樣是有利的。因此，在本發明的擴展方案中，與現有技術相比，可採用一個反饋數字-模擬轉換器，這樣可以大大減少比特數，由此首先顯著改善了輸出信號的信號質量，其次使多比特δ-∑轉換器變為節能。這是因為在反饋數字-模擬轉換器中，本發明所採用的跟蹤數字轉換器或模擬-數字轉換器只需要很少的轉換器單元。
在這項改進的一個優選實施方案中，還裝置了一個放大器，用於以補償因數來放大模擬補償信號。這樣一种放大器容許以最佳方式設置補償因數，因此，甚至在過度迴路延遲的情況下，都能出現特別好的信號質量或特別高的信噪比。因而按照本發明的多比特δ-∑轉換器也可以特別適用於需要高帶寬和極高時鐘頻率的系統，例如在xDSL或UMTS中的應用。
本發明進一步的有利的改進和擴展是從屬權利要求和參考附圖所作說明的主題。
下面根據示意圖和典型實施方案，對本發明進行更詳細的說明。在圖中圖1表示現有技術的多比特δ-∑轉換器；圖2表示現有技術的3比特數字轉換器；
圖3表示按照本發明的節能多比特δ-∑轉換器的一個實施方案；圖4表示按照本發明的數字轉換裝置的一個實施方案；圖5表示按照本發明的節能多比特δ-∑轉換器的第二個實施方案；圖6表示按照本發明的比較裝置的一個典型實施方案；圖7表示按照本發明的節能多比特δ-∑轉換器的第一個擴展方案；圖8表示按照本發明的節能多比特δ-∑轉換器在兩個工作模式下特有的輸出信號；圖9表示按照本發明的節能多比特δ-∑轉換器的第二個擴展方案；圖10表示按照本發明的節能多比特δ-∑轉換器的第三個擴展方案；圖11表示按照本發明的數字轉換裝置的擴展方案。
同樣的元件或功能相同的元件在圖中具有相同的參考符號。
圖3表示按照本發明的節能多比特δ-∑轉換器。
多比特δ-∑轉換器1具有一個用來接入模擬輸入信號ZA的輸入2，以及用來接出數字輸出信號ZD的輸出3。此外配備有數字-模擬轉換器4，用來將數字輸出信號ZD轉換為模擬反饋信號Z3。數字-模擬轉換器4的比特寬為N。差分放大器5用來作為求和裝置，用來從模擬輸入信號ZA中減去反饋信號Z3，並且將模擬輸入信號ZA和反饋信號Z3之間的差別放大。這一放大的差分信號Z1由一個濾波器積分，這個濾波器在此具體為積分器6。一個計時數字轉換裝置7根據已濾波或已積分的差分信號Z2，形成數字輸出信號ZD。
數字轉換裝置提供數字輸出信號，其比特寬與數字-模擬轉換器4所具有的比特寬N相同。
溫度計代碼構成常規的數字格式。在這種情況下，2N個狀態對應於2N個有序數位，每個數位表示邏輯狀態0或1。設定的數字的數量和相應的數位訊號的十進比特值相對應。十進位的4在N＝3比特寬二進位碼中為011，在2N＝8數位溫度計代碼中則映射為00001111。由於0在這種情況下被表示為00000000溫度計代碼符號，則每次傳輸所需的數據線要比數字少1條，即2N-1條數據線。
數字轉換裝置7具有一個開關和比較裝置8，比較裝置有一個用來接入積分信號Z2的輸入9，和一個用來接出數字輸出信號ZD的輸出10，以及用於一個或多個控制信號SCT的控制輸入11。開關和控制信號SCT由與緩衝存儲器13連結的控制邏輯部分12產生。緩衝存儲器13存儲來自以前的時鐘周期的數字輸出信號ZD。因而數字轉換裝置7根據以前的時鐘周期的數字轉換結果，對積分信號Z2進行數字轉換。一個開關和比較裝置的優選實施方案的工作模式在圖4中說明。
圖4表示本發明的開關和比較裝置8的一個優選實施方案。圖中的開關和比較裝置8是設計來提供N＝3比特寬數字輸出信號ZD的數字轉換裝置，這是一個示例。在一個3比特的2N-1數字轉換裝置中，就是說通常必須保持7個比較器能夠使用。
開關和比較裝置8具有一個用於接入積分信號Z2的輸入9，一個用於接出數字輸出信號ZD的輸出10，用於接收一個或多個控制信號SCT的控制輸入11。
更進一步的設備包含7個電阻14-20，這些電阻在上參考電位VREFP和下參考電位VREFN之間串聯連接。6個參考電位U1，U2，U3，U4，U5，U6可在電阻14-20之間分出。此外下參考電位VREFN還作為0參考電位U0。
設備包含y＝3個比較器21、22、23，每個比較器具有第一輸入24、25、26，在上面施加積分信號Z2；每個比較器還具有第二輸入27、28、29，以及用於輸出各自的比較結果V1、V2、V3的輸出30、31、32。
比較結果被傳到解碼器，解碼器根據解碼控制信號SCD，產生數字輸出信號ZD。解碼控制信號SCD，和控制信號SCT一樣，可以由控制邏輯部分12提供。由開關信號SCT控制的開關裝置34，每次將參考電位U0，U1，U2，U3，U4，U5，U6中的一個，接到比較器21、22、23的第二輸入27、28、29。
控制信號SCT或相應的控制邏輯部分12對開關裝置34進行控制，其方式如下，如果從一個時鐘周期到下一個時鐘周期，積分信號Z2發生變化，中間或第二個比較器22的開關點總是最接近於積分信號Z2的電平。舉例來說，如果在第一個轉換器周期或時鐘周期期間，積分信號Z2的電平處於參考電位U1和U2之間，並且第一個比較器21的開關閾值在U3，第二個比較器22的開關閾值在U2，第三個比較器的開關閾值在U1，則比較結果為V1＝L，V2＝L，V3＝H。如果在第二個、後來的時鐘周期，積分信號Z2的電平提高到U2和U3之間，而閾值電壓不變，比較器提供的比較結果為V1＝L，V2＝H，V3＝H。
三個比較器21、22、23的閾值電壓設置為覆蓋完整的3比特寬溫度計代碼(8個數位，每個具有H或L)所佔的部分，其中，從H到L發生變化，從較少的有效比特到較多的有效比特。然而，由於以前的比較結果被認為是緩衝存儲的結果，例如，圖3所示的緩衝存儲器中的結果，一個完整的溫度計代碼3個比特寬，即具有8個數位，可由編碼器33重建，編碼器也可產生一個相應的例如二進位的數字輸出信號ZD。
參考電位U0-U6總是接通到比較器21、22、23的第二輸入27、28、29，從而使第一個比較器21的開關閾值高於第二個比較器22，第二個比較器的開關閾值高於第三個比較器23。
第一和第二個比較器21、22之間的開關閾值，及第二和第三個比較器22和23之間開關閾值的差別，每個正好對應於溫度計代碼中的一個數位，這是由等距的參考電位U0-U6預先確定的。
從時鐘周期到時鐘周期，比較器21、22、23的參考電位或開關閾值或者向上或者向下偏移溫度計代碼中的一個數位，或者，如果在比較結果V1和U2或V2和U3之間已經存在從H到L電平的轉變，則該參考電位或開關閾值保持不變。
由控制邏輯部分12控制的開關裝置34對參考電位進行跟蹤，而控制邏輯部分12根據以前的比較結果或轉換器結果，跟蹤各個參考電位，其結果使y＝3個比較器21、22、23的開關閾值得到控制，使之接近積分信號Z2的電平，按照本發明，由此可大大節省比較器。
一個常規的3比特數字轉換器，如圖2所示，大概應該有7個比較器，每個比較器需要很大的面積，並且消耗很大的能量。
在這種情況下，「接近於電平」被理解為表示積分信號Z2的電平，至少處於第一個比較器的開關閾值的下一個高參考電位和第三個比較器的開關閾值的下一個低參考電位之間的位置。
此外，按照本發明，用於多比特δ-∑轉換器中的數字轉換裝置具有明顯的線性，因為數字轉換結果只取決於三個或更少的比較器。就是說，數字轉換特徵曲線總是具有大小相同的數字轉換水平。由於現有技術用到許多比較器，這一點通常不能得到保證，因為比較器互相之間可能有波動。因此，減少比較器的數量，也改進了多比特δ-∑轉換器的信號質量。
圖5表示本發明的多比特δ-∑轉換器的第二個實施方案。
本發明的多比特δ-∑轉換器107和圖3中的元件基本相同，不過數字轉換裝置107在輸入的已濾波或放大的積分信號Z2上要施加一個電位偏移PO。
數字轉換裝置107具有比較裝置108，比較裝置108有一個用來接入已濾波信號Z4的輸入109，用來接出數字輸出信號ZD的輸出110，以及用於一個或多個控制信號SCT的控制輸入111，已濾波信號Z4上已施加電位偏移PO。
開關和控制信號SCT由連接到緩衝存儲器113的控制邏輯部分112產生。電位偏移PO由控制邏輯部分112提供，並通過加法器106加到已濾波信號Z2上。
緩衝存儲器13存儲來自以前的時鐘周期的數字輸出信號ZD。數字轉換裝置107首先對已濾波的信號Z2施加所述電位偏移，因而根據以前的時鐘周期的數字轉換結果，對已經接受該電位偏移的信號Z4進行數字轉換。已濾波信號Z2接受電位偏移後，使經受了該電位偏移的信號Z4所得到的信號電平總是停留在，例如，比較器108中設置的三個比較器的閾值電壓或參考電位之間。
圖6表示按照本發明的比較裝置108的一個典型實施方案。
開關和比較裝置108有一個用來接入已接受所述電位偏移的信號Z4的輸入109，一個用來接出數字輸出信號ZD的輸出110，一個用於接收一個或更多控制信號SCT的控制輸入111。
設備包括三個比較器121、122、123，每個比較器有一個第一輸入124、125、126，已接受所述電位偏移的信號Z4加到第一輸入上；每個比較器還有一個第二輸入127、128、129，以及用於輸出各自的比較結果V101、V102、V103的輸出130、131、132。
比較結果被饋送到解碼器133，解碼器根據編碼控制信號SCD，產生數字輸出信號ZD。解碼控制信號SCD和控制信號SCT一樣，可以由控制邏輯部分112提供。參考電位U101、U102、U103中每次有一個接通到比較器121、122、123的第二輸入127、128、129。所述參考電位在此以等距的方式建立並提出。
相應的控制邏輯部分112對電位偏移PO進行控制，其結果如果從一個時鐘周期到下一個時鐘周期，已濾波信號Z2發生變化，則中間或第二個比較器122的開關點總是最接近於已施加電位偏移PO的信號Z4的電平。相應的比較結果V101、V102、V103，由解碼裝置133根據可能是正值也可能是負值的電位偏移PO以及緩衝存儲在緩衝存儲器中的以前的比較結果，進行處理。此項操作通過控制信號SCT進行控制。
由於根據以前的比較結果，對電位偏移進行跟蹤，按照本發明，與現有技術相比，還可以減少比較器的數量。
圖7表示按照本發明的多比特δ-∑轉換器的一個有利的擴展方案，帶有一個專用數字轉換裝置207。
多比特δ-∑轉換器200的基本結構大體對應於關於圖3和圖5的說明。但是，數字轉換裝置207和數字-模擬轉換器204可以用不同的比特寬工作。
數字轉換裝置207具有一個開關和比較裝置208，開關和比較裝置208帶有一個用於已濾波信號Z2的輸入209，一個用於數字輸出信號ZD的輸出210，一個開關裝置234，三個比較器221、222、223，以及一個解碼器233。從開關裝置234向三個比較器221、222、223饋送已濾波信號Z2及適當的參考電位，就象圖4中所說明的一樣。比較結果V201、V202、V203饋送到解碼器233。
解碼器233將Y＝3-數位溫度計代碼或比較結果V201、V202、V203，與2N-Y＝5-數位溫度計代碼信號、平均值信號X結合，形成輸出信號ZD。這項操作在加法器238中進行。
平均值信號X由增減計數器239提供，增減計數器239通過三條數據線連接到比較器221、222、223的輸出上。在其輸出240，增減計數器239在2N-Y-1條數據線上，提供2N-Y-數位溫度計代碼的數位訊號。如果從一個時鐘周期到下一個時鐘周期，比較結果V201、V202、V203變大，則增減計數器計數增加；如果比較結果降低，則增減計數器239將平均值信號X減少溫度計代碼的一個數位。此處如果選定數量y＝3個比較器221、222、223，則一種適當的計數方式如下，如果從一個時鐘周期到另一個時鐘周期，中間計數器222的比較結果V202發生變化，則增減計數器239的輸出240的值保持不變；但是如果上/下比較器221、223的比較結果V201、V202，或者以最高/最低參考電位工作的比較器221、223發生變化，則該值增加/減少溫度計代碼的一個數位。被三個比較器覆蓋的電位窗口總是處於數字轉換裝置207的輸入信號或已濾波的信號Z2的電位附近。
此外，還配備了一個控制邏輯部分212，該電路也用來評價Y＝3個數位溫度計代碼的比較結果V201、V202、V203。比較結果也可以理解為差分信號。
控制邏輯部分212向開關裝置234提供控制信號，並確定分配給比較器221、222、223的參考電位。控制邏輯部分212通過控制信號SCS，對可控開關241進行控制，可控開關241連接到增減計數器239的輸出240的下遊，在閉合狀態下向解碼器233饋送平均值信號X，並且不允許平均值信號X在開放狀態通過。
控制邏輯部分212也可以通過控制信號SCK，使數字-模擬轉換器204在不同的轉換比特寬之間切換。
在本發明的多比特δ-∑轉換器200的一項有利的擴展方案中，可以有兩種工作模式。在跟蹤或隨動模式下，正如前面圖3～圖6說明中所描述的一樣，數字轉換裝置207在其輸出210提供一個具有2N＝8個數位溫度計代碼的N＝3比特寬數字輸出信號。因此反饋輸出信號ZD通常在7條數據線上被傳給數字-模擬轉換器204。
在第二種工作模式——快速模式下，數字轉換裝置207象一個2比特快速模擬-數字轉換器一樣工作。比特寬M＝ln(Y+1)/ln(2)，和所採用的比較器221、222、223的數量Y＝3相對應。這個來自比較結果V201、V202、V203的2比特寬差分信號，如果用溫度計代碼表示，需要Y＝3條數據線。在快速模式中，控制邏輯部分212打開可控開關241，因此解碼器233的求和裝置238隻是轉送差分信號，就是說比較器221、222、223的比較結果V201、V202、V203就作為快速模擬-數字轉換器進行工作。在快速模式下，控制邏輯部分212向數字-模擬轉換器204發出信號，數字-模擬轉換器204可以在一定程度上作為2比特轉換器進行工作，只有在相應的Y＝3條數據線上饋送的數字輸出信號ZD的溫度計代碼信號，被規定轉換為模擬反饋信號。
多比特δ-∑轉換器200的快速模式在多比特δ-∑轉換器的起動或接通階段特別有利。在隨動模式的起動期間，比較器221、222、223總是與以前的轉換值形成差異，這種差異在接通的情況下是不知道的。然後，計數器在增減計數器239上增加或減少，以便追隨數字轉換裝置207的輸入信號Z2。隨後產生的輸出信號反饋傳送到數字-模擬轉換器204。如果在跟蹤模式下，數字轉換器增加輸出信號ZD，反向的已濾波信號Z2就減少，從而永遠不可能建立穩定的工作點。
因此，控制邏輯部分212可以具體成為一個俘獲電路，從而使數字轉換裝置207在起動階段作為一個快速轉換器工作。這一點在此處所選的典型實施方案中，是由三個比較器221、222、223構成的2比特快速模擬-數字轉換器來實現的。
控制邏輯部分在通過控制信號SCT轉換開關控制器234時，最好能充分利用由最高參考電位和最低參考電位的差異所給出的全部調製範圍。在近似於圖4所選擇的參考電位設置的情況下，然後選擇快速模式，將參考電位U0、U3、U6接通到比較器223、222、221。在這種快速階段或快速模式下，解析度變得不太精確。一旦建立了穩定的工作點，控制邏輯部分212就轉變為前面已提過的跟蹤模式，並將平均值信號X或增減計數器239的結果傳遞給解碼器233，解碼器233將來自跟蹤比較器的比較結果V201、V202、V203所表示的差分信號的N比特寬輸出信號ZD，與平均值信號X相結合。
數字輸出信號的一個典型信號分布圖示於圖8。
控制邏輯部分212比較較器221、222、223的比較結果V201、V202、V203進行監控，並在達到所述差分信號的預定值時，從快速模式轉變為隨動模式。在快速模式期間，輸出信號ZD經數字轉換為二比特。如果控制邏輯部分212發現數字轉換器輸入信號或已濾波信號Z2的零交叉，則控制邏輯部分212將數字轉換裝置207轉變為隨動模式。從改變時就開始以三比特進行數字轉換。
圖9表示多比特δ-∑轉換器300的一個有利的擴展方案的替換實施方案。
其構造基本對應於圖7中所描述的具體方案。但是，數字轉換裝置307的配置改為對已濾波信號Z2施加一個電位偏移PO。設備包括帶有比較器321、322、323的比較裝置308，解碼器333，加法器306。比較器321、322、323的比較結果V301、V302、V303饋送到解碼器333、控制邏輯部分312、以及一個增減計數器339。
在一個輸出340，增減計數器339在2N-Y-1條數據線上，提供帶有2N-Y個數位的溫度計代碼的平均值信號X。後者通過在控制輸入311的可控開關341，被饋送到比較裝置308，從比較裝置308再饋送到解碼器333。
另外平均值信號X被傳給參考數字-模擬轉換器342，從參考數字-模擬轉換器342產生模擬電位偏移PO。所述電位偏移通過加法器306，加到已濾波信號Z2上。
控制邏輯部分312通過開關信號STS，對第一可控開關341和第二可控開關243進行轉換，第二可控開關連接在參考數字-模擬轉換器342的下遊。
在快速模式下，控制邏輯部分312通過可控開關343，使電位偏移PO從加法器306中分離出來；而且控制邏輯部分312通過可控開關341，使平均值信號X從解碼器333中分離出來。
因此，正如前面關於圖7的說明中所描述的，多比特δ-∑轉換器300的有利的擴展方案的替換實施方案，在快速模式下作為2比特多比特δ-∑轉換器進行工作，而在隨動模式下則作為3比特δ-∑轉換器進行工作，每次只有三個比較器321、322、323在兩種模式下都要保持可以使用。數字-模擬轉換器304，同樣可以由控制邏輯部分312通過控制信號SCK，在2比特和3比特轉換器模式之間切換。
圖10表示多比特δ-∑轉換器400的另一個有利的擴展方案。
其構造基本對應於圖5所描述的實施方案，配備了一個補償模擬-數字轉換器404，用來補償數字轉換裝置407的取樣時間和反饋數字-模擬轉換器4的取樣時間之間的時間偏移，所述補償模擬-數字轉換器，將形成數字溫度計代碼信號Z6的比較結果V401、V402、V403，轉換為補償信號ZK1。計時數字轉換裝置407具有一個用於已濾波模擬信號Z2或已濾波差分信號Z2的輸入410，以及用於數字輸出信號ZD的輸出411。
在此處所描述的實施方案中，配備了三個比較器21、22、23，比較器的參考連接端27、28、29連接到參考信號發生單元406。參考信號發生單元406提供適當的恆定的參考電位。已施加電位偏移PO和補償信號ZK2的已濾波模擬信號Z5，被饋送到比較器21、22、23的第二輸入24、25、26。
三個分別的比較結果V401、V402、V403形成比特減少數位訊號Z6，該信號被饋送到計數裝置439，並饋送到3比特寬反饋數字-模擬轉換器404和求和裝置438。
計數裝置439在其輸出440，提供一個前面的典型實施方案中已知的平均值信號X，該信號也饋送到求和裝置438。
求和裝置438加上平均值信號X和比較結果，或者由比較結果V401、V402、V403構成的數位訊號Z6，而形成相應的多比特δ-∑轉換器400的數字輸出信號ZD，並傳送到數字轉換裝置407的輸出411。
平均值信號X還被饋送到參考數字-模擬轉換器442，從參考數字-模擬轉換器442形成模擬偏移電位PO，所述偏移電位PO通過加法器409，施加到已濾波模擬信號Z2上。
比特減少數位訊號Z6還被饋送到補償數字-模擬轉換器404，補償數字-模擬轉換器404的比特寬與比較器21、22、23的數量相符。補償數字-模擬轉換器404提供第一補償信號ZK1，該信號通過補償或增益係數，被放大器405放大。已放大的第一補償信號ZK1，通過第二加法器408，與已被施加電位偏移PO的已濾波信號結合，成為補償信號ZK2。第二模擬補償信號ZK2，基本上是從已被施加所述電位偏移的已濾波信號中減去而得來的。
由補償數字-模擬轉換器404、放大器405、第二加法器408等構成的路徑，對反饋數字-模擬轉換器4的取樣時間和數字轉換裝置407的比較器21、22、23的取樣時間之間的時間偏移進行了補償。由此可以獲得特別高的信號質量。
按照本發明在數字轉換裝置407內部配備了補償路徑，在這種情況下非常有利，因為這表示在補償數字-模擬轉換器404中只需配備三個數字-模擬轉換器單元。
顯然，按照本發明的方法也同樣可以和圖3、5、7、9中的典型實施方案相結合。比特減少補償數字-模擬轉換器404的應用，在圖10中僅僅是用實例來表示，數字轉換器窗口的跟蹤，是通過用於輸入信號Z2的電位偏移PO實現的。
圖11舉例說明數字轉換裝置507的第二個有利的擴展方案。
數字轉換裝置507具有一個用於已濾波模擬信號Z2的輸入509和一個用於數字輸出信號ZD的輸出510。此處圖示說明用來形成隨動或跟蹤模擬-數字轉換器的電路裝置504。
串聯連接的七個電阻器501-506、508組成的電阻鏈，連接在上參考電位VREFP和下參考電位VREFN之間。正如圖4所示的類似示例，參考電位可從電阻器501-506、508之間分出，並饋送到可控開關裝置534。開關裝置534同樣接收模擬已濾波信號Z2，作為輸入信號。
開關裝置534由控制邏輯部分512控制，分別通過電容器510、511，將模擬已濾波信號Z2，或者將相應的跟蹤或選定的參考電位，接通到一個上線路節點和一個下線路節點XP、XN。另外兩個電容器513、514在線路節點XP、XN之間串聯連接。第三個，即中間的線路節點XM設置在另外兩個電容器513、514之間。
第一個(工作的)放大器515連接到上線路節點XP，第二個放大器516連接到中間線路節點XM，第三個放大器517連接到下線路節點XN。放大器515、516、517可通過可控開關518、519、520分別反饋連接。
第一、第二、第三個比較器521、522、523分別連接在放大器515、516、517的進一步信號路徑中，每個所述比較器提供比較結果V501、V502、V503。三個比較結果V501、V502、V503形成數位訊號Z6，此處作為示例，具有三個比特寬。數位訊號Z6饋送到編碼邏輯電路524，編碼邏輯電路524由此產生一個電壓上升或下降的信號UD，並饋送到計數裝置539。如果從一個時鐘周期到下一個時鐘周期，以溫度計代碼形式存在的數位訊號Z6升高一個數位，則編碼邏輯電路524提供一個電壓上升信號，如果溫度計代碼指示的值低於以前的比較結果，則提供一個電壓下降信號。因此計數裝置539提供平均值信號X。
所述平均值信號還饋送到控制邏輯部分512，控制邏輯部分512通過按照本發明的方式，轉換或跟蹤放大器-比較器系統515、521、516、522、517、523的參考電位，從而最後完成了比特減少隨動模擬-數字轉換器。一個連接到計數裝置539下遊的加法器538，將平均值信號X和比較器521、522、523的數位訊號Z6相加，形成數字輸出信號ZD，該信號可從輸出510分出。
對於已濾波模擬信號Z2的轉換來說，例如，在取樣和保持階段，在時鐘周期的上半時，模擬已濾波信號Z2接通到上和下線路節點XP、XN，放大器515、516、517的反饋開關518、519、520閉合。因此應轉換的信號Z2或其電位出現在放大器515、516、517的所有輸入上。作為反饋的結果，在包含一個放大器和一個比較器的每個信號路徑中建立了一種平衡狀態。在各個比較器的輸入上，這種情況也被稱為虛擬接地。
在轉換階段，就是說在各個時鐘周期的後半時，模擬已濾波信號Z2從線路節點XP、XN斷開，而通過電容器510、511連接上可以在七個電阻器501-508構成的電阻鏈中分出的各個參考電位，以代替上述信號。在這個轉換階段，反饋開關518、519、520打開，放大器515、516、517放大出現在各個輸入的線路節點XP、XM、XN的電位。
然後，連接在下遊的比較器521、522、523檢查在線路節點XP、XM、XN的相應的輸入信號是否大於或小於以前出現的電位，即模擬已濾波信號Z2的電位。然後一個相應的比較結果可以作為比較信號V501、V502、V503，從比較器521、522、523的輸出分出。從而三個比較信號501、502、503形成一個3比特溫度計代碼信號Z6。
此處所示的數字轉換裝置507的典型實施方案中，中間的比較器522和放大器516每次被饋送一個處於轉換階段的參考電位，該參考電位處於饋送到上面的放大器515和下面的放大器517的參考電位之間。此處這項操作通過電容性連接的513、514或分壓器完成。
可控反饋開關518、519、520可以通過一個時鐘信號轉換，例如，開關在前半時鐘周期閉合，在後半時鐘周期打開。
在數字轉換裝置507的一個有利的擴展方案中，還設置了一個電路裝置504，對於數字轉換裝置507的取樣時間和在多比特δ-∑轉換器的相關電路中使用的數字-模擬轉換器4的取樣時間之間的時間偏移，電路裝置504提供了補償。
電路裝置504基本對應於3比特數字-模擬轉換器。數字溫度計代碼信號Z6饋送到開關控制器525，開關控制器525對第二開關設置526進行控制。
用於所述補償數字-模擬轉換器4的電路裝置具有一個包含七個電阻器527-533的電阻鏈，此處所選電阻都是完全一樣的，並且在上、下補償參考電位VREFP0和VREFN0之間串聯連接。每個補償參考電位可從電阻器527-533之間分出，並且饋送到開關裝置526。另一個補償參考電位VREF0也饋送到開關裝置526。
開關裝置526在兩個輸出534、535，分別供給上、下補償信號ZK1、ZK2。上補償信號ZK1通過上面的電容器536，連接到上線路節點XP，下補償信號ZK2通過下面的電容器537，連接到下線路節點XN。
控制邏輯部分525控制開關裝置526中的轉換，使上或下補償信號ZK1、ZK2分別對應於數字溫度計代碼信號Z6的一個模擬值。而且，開關控制器525轉換開關裝置526，使上、下補償信號ZK1、ZK2的電位之間經常發生電壓漂移，此電壓漂移與帶有放大器和比較器515、516、517、521、522、523的數字轉換裝置在轉換狀態下相應的參考電位的漂移成比例。分別的比例因數或補償因數可通過改變補償參考電位VREFP0、VREFN0來實現。
因此，按照本發明，數字-模擬反向轉換的比較結果或數字轉換裝置的數位訊號Z6，和具有補償因數的補償信號ZK1、ZK2一樣，加到要轉換的已濾波模擬信號Z2上，或者從其中減去。
因此電路裝置504對應於具有比特寬為3的反饋數字-模擬轉換器，通過可調參考電位VREFP0和VREFN0，電路裝置504同時按比例放大或縮小ZK1、ZK2，或給其提供一個補償因數。
數字轉換裝置507的一個有利的擴展方案特別有利地利用了下列事實依靠數字轉換裝置的減比特形式，亦即僅僅採用三個比較器521、522、523和放大器515、516、517，就可以只需要一個裝置起來成本有利的3比特寬反饋數字-模擬轉換器504。
一個有利的擴展方案中的數字轉換裝置507，提出了特別節能而且成本特別有利的多比特δ-∑轉換器的實施方案，並且，依靠作為部分電路裝置504的過度延遲補償，還能夠得到特別大的信噪比，並提供具有高質量的穩定的數字輸出信號。
儘管在上面根據優選典型實施方案，已對本發明進行了說明，但是並不受其限制，可以按不同的方式進行修改。
因此，本發明將不限於具有三個比較器或比特寬為N＝3的數字轉換裝置。反之，本發明關於跟蹤單個比較器的開關閾值或參考電位的概念，在極端的情況下，也可以在只有一個單獨的比較器的情況下實現，單一比較器的開關閾值每次可以跟蹤到要比較的信號的電平，使比較結果在每個時鐘周期改變。
快速模式和隨動模式之間的改變也可以逐漸實現。通過保持許多隨時可以使用的參考電壓，通過壓縮比較器在其中工作的電位窗的簡單方式，並且同時增加平均值信號的溫度計代碼中的數字的數量，就可以增加本發明的多比特δ-∑轉換器的比特寬，作為示例，可以完成一系列的快速工作模式和多比特模式，或比特寬增加的跟蹤模式。
根據相應的多比特δ-∑轉換器的轉換器結構，濾波器可以具體化為時間連續或時間不連續方式。
當然，溫度計代碼的參考電位的裝備不是必須通過電阻器階梯來實現，而是可以用不同的方式完成。而且，解碼器可以偏離典型實施方案，而輸出溫度計代碼，以取代二進位代碼。
本發明使得可以實現特別節能的並具有高解析度的多比特δ-∑轉換器。減少比較器的數量可以節省半導體晶片的面積。按照本發明，增加多比特δ-∑轉換器的比特寬，不會引起所需比較器數量的指數增加。反之，本發明可應用於任何期望的比特寬。按照本發明的起動模式和跟蹤模式之間的改變，表示多比特δ-∑轉換器總是能夠達到穩定的工作點，並且確保可靠的功能。
附圖標記列表1 多比特δ-∑轉換器2 輸入3 輸出4 數字-模擬轉換器5 求和裝置6 濾波器7 數字轉換裝置8 比較和開關裝置9 輸入10輸出11控制輸入12控制邏輯部分13緩衝存儲器14-20 電阻器21、22、23比較器
24、25、26 輸入27、28、29 輸入30、31、32 輸出33 解碼器34 開關裝置35 差分放大器107 數字轉換裝置108 比較裝置109 輸入110 輸出111 控制輸入112 控制邏輯部分113 緩衝存儲器121、122、123比較器124、125、126輸入127、128、129輸入130、131、132輸出133 解碼器200 多比特δ-∑轉換器204 數字-模擬轉換器207 數字轉換裝置208 比較裝置209 輸入210 輸出212 控制邏輯部分221、222、223比較器233 解碼器234 開關裝置238 求和裝置239 增減計數器240 輸出241 可控開關
300多比特δ-∑轉換器304數字-模擬轉換器306加法器307數字轉換裝置308比較裝置309輸入310輸出311控制輸入312控制邏輯部分321、322、323 比較器333解碼器339增減計數器340輸出341可控開關342參考數字-模擬轉換器343可控開關400多比特δ-∑轉換器404反饋數字-模擬轉換器405放大器406參考電位發生單元407數字轉換裝置408加法器409加法器410輸入411輸出438求和裝置439計數裝置440輸出441參考數字-模擬轉換器504反饋數字-模擬轉換器501-506、508 電阻器507數字轉換裝置
509 輸入510 輸出511 電容器512 控制邏輯部分513、514 電容器515、516、517放大器518、519、520可控開關521、522、523比較器524 編碼邏輯電路525 開關控制器526 開關裝置527-533 電阻器534、535 輸出536、537 電容器538 求和裝置539 計數裝置551 電容器A輸出AD 加法器DEK 解碼器DV 差分放大器E輸入FBE 放大器GND 接地K1-K7比較器KADW 補償模擬-數字轉換器L1-L7輸入M1-M7輸入MDSW 多比特δ-∑轉換器01-07輸出P1-P7比較結果Q數字轉換器
R1-R7 電阻器S 加法器SCD 編碼控制信號SCK 開關信號SCS 控制信號SCT 控制信號U0-U6 參考電位U101-U103 參考電位V1、V2、V3 比較結果V201、V202、V203比較結果V301、V302、V303比較結果V401、V402、V403比較結果V501、V502、V503比較結果VREFP 參考電位VREFN 參考電位VREFN0 補償參考電位VREF0 補償參考電位VREFP0 補償參考電位UD 電壓上升/下降信號PO 電位偏移X 平均值信號XN、XM、XP 線路節點Z1 差分信號Z2 已濾波信號Z3 反饋信號Z4 接受施加的信號Z6 數字溫度計代碼信號ZA 模擬輸入信號ZD 數字輸出信號ZK、ZK1、ZK2補償信號權利要求書(按照條約第19條的修改)1、節能的多比特δ-∑轉換器(1)，包含(a)一個用於模擬輸入信號(ZA)的輸入(2)和一個用於數字輸出信號(ZD)的輸出(3)；(b)一個具有N比特寬並用來將數字輸出信號(ZD)轉換為模擬反饋信號(Z3)的數字-模擬轉換器(4)；(c)用來形成輸入信號(ZA)和反饋信號(Z3)之間差別的求和裝置(5)；(d)用來對差分信號(Z1)進行濾波的濾波器(6)；(e)用來對已濾波差分信號(Z2)進行數字轉換，以形成具有N比特寬的數字輸出信號(ZD)的計時數字轉換裝置(7)；數字轉換裝置(7)具有少於2N-1個比較器(21、22、23)，所述比較器將已濾波信號(Z2)與相應比較器(21、22、23)所屬的各個參考電位(U0、...U6)進行比較，每個比較器向解碼器(33)輸出一個比較結果(V1、V2、V3)，解碼器由比較結果(V1、V2、V3)產生數字輸出信號(ZD)，並且根據以前的比較結果對參考電位(U0、...U6)進行跟蹤。
2、權利要求1的多比特δ-∑轉換器(1)，其特徵在於求和裝置(6)具有一個用來放大輸入信號(ZA)和反饋信號(Z3)之間差別的差分放大器(35)。
3、權利要求2的多比特δ-∑轉換器(1)，其特徵在於濾波器(6)具有一個用來積分已放大差分信號(Z1)的積分器。
4、上述權利要求之一的多比特δ-∑轉換器(1)，其特徵在於數字轉換裝置(7)具有開關控制器(8、12)，所述開關控制器(8、12)根據以前的比較結果，將參考電位(U0、...U6)接通到比較器(21、22、23)，從而，如果輸入信號(ZA)發生變化，則至少有一個比較器(21、22、23)改變其比較結果。
5、上述權利要求之一的多比特δ-∑轉換器(1)，其特徵在於設置了一個用來緩衝存儲數字輸出信號(ZD)的存儲器(13)。
6、上述權利要求之一的多比特δ-∑轉換器(1)，其特徵在於開關控制器(8、12)連接到存儲器(13)，並根據緩衝存儲的輸出信號(ZD)，將參考電位(U0、...U6)接通到比較器(21、22、23)。
7、上述權利要求之一的多比特δ-∑轉換器(1)，其特徵在於數字轉換裝置(7)具有至少一個第一、第二、第三個比較器(21、22、23)，每個比較器具有第一和第二個輸入(24-29)和一個輸出(30、31、32)，已濾波信號(Z2)被施加到第一輸入(24、25、26)，這些輸出(30、31、32)分別提供一個比較結果(V1、V2、V3)，並且第一、第二和第三個參考電位(U0、...U6)接通到第二輸入...(27、28、29)，第二參考電位處於第一和第三參考電位之間，並最接近於已濾波信號(Z2)的電位。
8、上述權利要求之一的多比特δ-∑轉換器(1)，其特徵在於參考電位(U0、...U6)是等距的。
9、上述權利要求之一的多比特δ-∑轉換器(1)，其特徵在於2N-1個差分參考電位(U0、...U6)是可以轉換的。
10、節能的多比特δ-∑轉換器(100)，包含(a)一個用於模擬輸入信號(ZA)的輸入(2)和一個用於數字輸出信號(ZD)的輸出(3)；(b)具有比特寬為N並用來將數字輸出信號(ZD)轉換為模擬反饋信號(Z3)的數字-模擬轉換器(4)；(c)用來形成輸入信號(ZA)和反饋信號(Z3)之間差別的求和裝置(5)；(d)用來對差分信號(Z1)進行濾波的濾波器(6)；(e)用來對已濾波差分信號(Z2)進行數字轉換，以形成具有N比特寬的數字輸出信號(ZD)的計時數字轉換裝置(7)；數字轉換裝置(107)對已濾波信號施加電位偏移(PO)，並且具有少於2N-1個比較器，比較器將已施加所述電位偏移的已濾波信號(Z4)與相應的比較器(21、22、23)所屬的各個參考電位(U0、...U6)進行比較，這些比較器分別向解碼器(33)輸出一個比較結果(V1、V2、V3)，解碼器由比較結果產生數字輸出信號(ZD)，並且根據以前的比較結果，對參考電位進行跟蹤。
11、權利要求10的多比特δ-∑轉換器(100、300)，其特徵在於設置了開關控制器(108、112、113)，開關控制器與比較器(121、122、123)的輸出(130、131、132)連接，並且根據比較結果(V301、V302、V303)調節電位偏移(PO)。
12、上述權利要求之一的多比特δ-∑轉換器(200、300)，其特徵在於數字-模擬轉換器(204、304)及數字轉換裝置(207、307)可以按N比特寬和對應於數量為Y個比較器(221、222、223、321、322、323)的比特寬M＝ln(Y+1)/ln(2)進行工作。
13、權利要求12的多比特δ-∑轉換器(200、300)，其特徵在於數字-模擬轉換器(204、304)和數字轉換裝置(207、307)可在兩種比特寬N和M之間切換。
14、上述權利要求之一的多比特δ-∑轉換器(200、300)，其特徵在於開關控制器(208、212、239、308、312、339)具有一個用來根據比較結果(V201、V202、V203、V301、V302、V303)產生2N-Y-數位溫度計代碼的數字平均值信號(X)的計數裝置(239、339)。
15、權利要求14的多比特δ-∑轉換器(200、300)，其特徵在於計數裝置(239、339)具有增減計數器。
16、上述權利要求之一的多比特δ-∑轉換器(200、300)，其特徵在於解碼器(33、133)具有求和裝置(238、338)，用來通過將比較結果(V201、V202、V203、V301、V302、V303)與平均值信號(X)結合，形成N比特寬輸出信號(ZD)。
17、上述權利要求之一的多比特δ-∑轉換器(200、300)，其特徵在於開關控制器(208、212、239、308、312、339)具有一個控制邏輯部分(212、312)，該控制邏輯部分(212、312)根據比較結果(V201、V202、V203、V301、V302、V303)，將比較結果(V201、V202、V203、V301、V302、V303)轉換為Y個數位的、N比特寬溫度計代碼作為數字輸出信號，或者將比較結果(V201、V202、V203、V301、V302、V303)與平均值信號(X)結合，作為2N個數位的、N比特寬溫度計代碼的數字輸出信號(ZD)。
18、上述權利要求11-18之一的多比特δ-∑轉換器(300)，其特徵在於開關控制器(308、312、339、342)具有一個參考數字-模擬轉換器(342)，用來從數字平均值信號(X)產生偏移電位(PO)。
19、上述權利要求之一的多比特δ-∑轉換器(400、500)，其特徵在於數字轉換裝置(407、507)-具有一個補償模擬-數字轉換器(404、504)，用來將比較結果(V401、V402、V403)轉換為至少一個模擬補償信號(ZK、ZK1、ZK2)；
-具有一個求和裝置(408、XP、XN)，用來從已濾波的差分信號(Z2)中減去模擬補償信號(ZK、ZK1、ZK2)。
20、權利要求19的多比特δ-∑轉換器(400、500)，其特徵在於補償模擬-數字轉換器(404、504)的比特寬度對應於比較器(21、22、23、521、522、523)的數量。
21、權利要求19或20的多比特δ-∑轉換器(400)，其特徵在於設置了一個放大器(405)，用來以補償因數對模擬補償信號(ZK)進行放大。
權利要求
1.一種節能多比特δ-∑轉換器(1)，包含(a)一個用於模擬輸入信號(ZA)的輸入(2)和一個用於數字輸出信號(ZD)的輸出(3)；(b)一個具有N比特寬並用來將數字輸出信號(ZD)轉換為模擬反饋信號(Z3)的數字-模擬轉換器(4)；(c)用來形成輸入信號(ZA)和反饋信號(Z3)之間差別的求和裝置(5)；(d)用來對差分信號(Z1)進行濾波的濾波器(6)；(e)用來對已濾波差分信號(Z2)進行數字轉換，以形成具有N比特寬的數字輸出信號(ZD)的計時數字轉換裝置(7)；數字轉換裝置(7)具有數量為Y的比較器(21、22、23)，比較器將已濾波信號(Z2)與相應的比較器(21、22、23)所屬的各個參考電位(U0、…U6)進行比較，每個比較器向解碼器輸出一個比較結果(V1、V2、V3)，解碼器由比較結果(V1、V2、V3)產生數字輸出信號(ZD)，並且根據以前的比較結果對參考電位(U0、…U6)進行跟蹤。
2.權利要求1的多比特δ-∑轉換器(1)，其特徵在於求和裝置(6)具有一個用來放大輸入信號(ZA)和反饋信號(Z3)之間差別的差分放大器(35)。
3.權利要求2的多比特δ-∑轉換器(1)，其特徵在於濾波器(6)具有一個用來積分已放大差分信號(Z1)的積分器。
4.上述權利要求之一的多比特δ-∑轉換器(1)，其特徵在於數字轉換裝置(7)具有少於2N-1個比較器(21、22、23)。
5.上述權利要求之一的多比特δ-∑轉換器(1)，其特徵在於數字轉換裝置(7)具有開關控制器(8、12)，開關控制器(8、12)根據以前的比較結果，將參考電位(U0、…U6)接通到比較器(21、22、23)，從而如果輸入信號(ZA)發生變化，則至少有一個比較器(21、22、23)改變其比較結果。
6.上述權利要求之一的多比特δ-∑轉換器(1)，其特徵在於設置了一個包含用來緩衝存儲數字輸出信號(ZD)的存儲器(13)。
7.權利要求5的多比特δ-∑轉換器(1)，其特徵在於開關控制器(8、12)連接到存儲器(13)，並根據緩衝存儲的輸出信號(ZD)，將參考電位(U0、…U6)接通到比較器(21、22、23)。
8.上述權利要求之一的多比特δ-∑轉換器(1)，其特徵在於數字轉換裝置(7)至少具有第一、第二、第三個比較器(21、22、23)，每個比較器具有第一和第二個輸入(24-29)和一個輸出(30、31、32)，已濾波信號(Z2)施加到第一輸入(24、25、26)，每個輸出(30、31、32)提供一個比較結果(V1、V2、V3)，並且第一、第二和第三個參考電位(U0、…U6)接通到第二輸入…(27、28、29)，第二參考電位處於第一和第三參考電位之間，並最接近於已濾波信號(Z2)的電位。
9.上述權利要求之一的多比特δ-∑轉換器(1)，其特徵在於參考電位(U0、…U6)是等距的。
10.上述權利要求之一的多比特δ-∑轉換器(1)，其特徵在於有2N-1個差分參考電位(U0、…U6)可以轉換。
11.一種節能多比特δ-∑轉換器(100)，包含(a)一個用於模擬輸入信號(ZA)的輸入(2)和一個用於數字輸出信號(ZD)的輸出(3)；(b)具有比特寬為N並用來將數字輸出信號(ZD)轉換為模擬反饋信號(Z3)的數字-模擬轉換器(4)；(c)用來形成輸入信號(ZA)和反饋信號(Z3)之間差別的求和裝置(5)；(d)用來對差分信號(Z1)進行濾波的濾波器(6)；(e)用來對已濾波差分信號(Z2)進行數字轉換，以形成具有N比特寬的數字輸出信號(ZD)的計時數字轉換裝置(7)；數字轉換裝置(107)對已濾波信號施加電位偏移(PO)，並且具有Y個比較器，比較器將已施加所述電位偏移的已濾波信號(Z4)與相應的比較器(21、22、23)所屬的各個參考電位(U0、…U6)進行比較，每個比較器向解碼器(33)輸出一個比較結果(V1、V2、V3)，解碼器由比較結果產生數字輸出信號(ZD)，並且根據以前的比較結果，對參考電位進行跟蹤。
12.權利要求11的多比特δ-∑轉換器(100、300)，其特徵在於設置了開關控制器(108、112、113)，開關控制器與比較器(121、122、123)的輸出(130、131、132)連接，並且根據比較結果(V301、V302、V303)設置電位偏移(P0)。
13.上述權利要求之一的多比特δ-∑轉換器(200、300)，其特徵在於數字-模擬轉換器(204、304)及數字轉換裝置(207、307)可以按N比特寬和對應於數量為Y個比較器(221、222、223、321、322、323)的比特寬M＝In(Y+1)/In(2)進行工作。
14.權利要求13的多比特δ-∑轉換器(200、300)，其特徵在於數字-模擬轉換器(204、304)和數字轉換裝置(207、307)可在兩種比特寬N和M之間切換。
15.上述權利要求之一的多比特δ-∑轉換器(200、300)，其特徵在於開關控制器(208、212、239、308、312、339)具有一個用來根據比較結果(V201、V202、V203、V301、V302、V303)產生2N-Y-數位溫度計代碼的數字平均值信號(X)的計數裝置(239、339)。
16.權利要求15的多比特δ-∑轉換器(200、300)，其特徵在於計數裝置(239、339)具有增減計數器。
17.上述權利要求之一的多比特δ-∑轉換器(200、300)，其特徵在於解碼器(33、133)具有求和裝置(238、338)，用來通過將比較結果(V201、V202、V203、V301、V302、V303)與平均值信號(X)結合，形成N比特寬輸出信號(ZD)。
18.上述權利要求之一的多比特δ-∑轉換器(200、300)，其特徵在於開關控制器(208、212、239、308、312、339)具有一個控制邏輯部分(212、312)，控制邏輯部分(212、312)根據比較結果(V201、V202、V203、V301、V302、V303)，或者將比較結果(V201、V202、V203、V301、V302、V303)轉換為Y個數位、N比特寬溫度計代碼，作為數字輸出信號，或者將比較結果(V201、V202、V203、V301、V302、V303)與平均值信號(X)結合，作為2N個數位、N比特寬溫度計代碼的數字輸出信號(ZD)。
19.上述權利要求11-18之一的多比特δ-∑轉換器(300)，其特徵在於開關控制器(308、312、339、342)具有一個參考數字-模擬轉換器(342)，用來從數字平均值信號(X)產生偏移電位(P0)。
20.上述權利要求之一的多比特δ-∑轉換器(400、500)，其特徵在於數字轉換裝置(407、507)-具有一個補償模擬-數字轉換器(404、504)，用來將比較結果(V401、V402、V403)轉換為至少一個模擬補償信號(ZK、ZK1、ZK2)；-具有一個求和裝置(408、XP、XN)，用來從已濾波差分信號(Z2)中減去模擬補償信號(ZK、ZK1、ZK2)。
21.權利要求20的多比特δ-∑轉換器(400、500)，其特徵在於補償模擬-數字轉換器(404、504)的比特寬度對應於比較器(21、22、23、521、522、523)的數量。
22.權利要求20或21的多比特δ-∑轉換器(400)，其特徵在於設置了一個放大器(405)，用來以補償因數對模擬補償信號(ZK)進行放大。
全文摘要
本發明涉及一種節能多比特δ－∑轉換器(1)，包含一個用於模擬輸入信號(ZA)的輸入(2)和一個用於數字輸出信號(ZD)的輸出(3)；一個具有N比特寬並用來將數字輸出信號(ZD)轉換為模擬反饋信號(Z3)的數字－模擬轉換器(4)；一個用來形成輸入信號(ZA)和反饋信號(Z3)之間差別的求和裝置(5)；一個用來對差分信號(Z1)進行濾波的濾波器(6)；一個用來對已濾波差分信號(Z2)進行數字轉換，形成具有N比特寬的數字輸出信號(ZD)的計時數字轉換裝置(7)。所述數字轉換裝置(7)具有若干比較器(21、22、23)，比較器將已濾波信號(Z2)與每個比較器(21、22、23)所屬的相應的參考電位(U0、...U6)進行比較，每個比較器向解碼器輸出一個比較結果(V1、V2、V3)，解碼器由比較結果(V1、V2、V3)產生數字輸出信號(ZD)，並且根據以前的比較結果對參考電位(U0、...U6)進行更新。
文檔編號H03M3/04GK1943117SQ200580011576
公開日2007年4月4日 申請日期2005年2月4日 優先權日2004年2月27日
發明者L·德雷爾, F·庫特納 申請人:英飛凌科技股份公司