[发明专利]混合低通增量求和调制器

说明书

本发明的背景

1.本发明所属技术领域

本发明涉及模/数(A/D)转换技术，特别是涉及利用增量求和(sigma-delta)调制器的A/D转换技术。

2.现有技术

现已有多种A/D转换技术。这些A/D转换技术中的每一项技术，对应于A/D转换的应用，都具有其各自的优点。在具体应用中，A/D转换技术的选择，可根据需要考虑的事项来进行，至少需要考虑到具体应用的速度、精度、成本、动态范围及耗电量的要求。现有的A/D转换技术通常属于下述两种类型：

就第一种类型的A/D转换技术而言，模拟输入信号直接与数字基准值相比较。A/D转换的数字输出，等于与模拟输入信号最近相比较的数字基准值。这种类型的A/D转换器被认为是速度快，但是，要利用这种类型A/D转换技术来获得高的分辨力，通常是价格昂贵的或是相当困难的。就第二种类型A/D转换技术而言，模拟输入信号被转换为一个数值，用这个数值来代表对应于模拟输入信号的数字值。第二种类型的A/D转换技术中包括增量求和调制。

图1为方框图，表示一种采用增量求和调制技术的A/D调制器10。在这个A/D调制器10中，模拟输入信号被采样并输入求和节点12，求和节点12借助于作为A/D调制器10的输出的反馈信号来对模拟输入求和。求和节点通常采用电容开关。通过将A/D调制器10的输出反馈回求和节点12，使求和节点12的输出保持为零平均信号值。求和节点12的输出代表着模拟输入信号值从一个采样到下一个采样的变化，而且代表着零平均信号值，该求和节点12的输出被输入给有源环路滤波器14。

环路滤波器的输出被输入比较器16，用来与基准值进行比较。当输出值高于基准值时，A/D调制器的输出为一个高的逻辑值，而且一个高的逻辑值被反馈到求和节点12。当积分值低于基准值时，A/D调制器的输出为一个低的逻辑值，而且一个低的逻辑值被反馈到求和节点12。高的逻辑值和低的逻辑值，构成了A/D调制器10的位流输出，通常在输出端利用一个数字滤波器来进行滤波。有关这方面的讨论内容超出了本说明书的范围。

增量求和调制技术的一个主要优点是，能够使用低分辨力元件来处理模拟输入信号，而且能够获得高分辨力的数字输出信号，这是因为这种A/D转换并不依靠精密匹配的模拟元件。

通常，有源环路滤波器14采用的是有源离散时间环路滤波器或有源连续时间环路滤波器。有源离散时间环路滤波器的一个实例是图2A所示的一种简化的开关电容积分器20。有源连续时间环路滤波器的一个实例是图2B所示的一种跨导积分器40。

现参看图2A，开关电容积分器20包括：第一个和第二个开关22和24，通常借助MOS晶体管来实现；一个输入电容器26；一个运算放大器28及一个反馈电容器30。开关电容积分器20的一个输入端可以经过第一个开关22连接到输入电容器26。这样，存储在电容器26上的数值，能够通过第二个开关24，转移到运算放大器28的输入端。反馈电容器30被连接在运算放大器28的输出端与运算放大器28的输入端之间的一个反馈环路之中。

开关电容积分器20，在高的线性度和短的建立时间方面的性能，取决于运算放大器28的性能。高线性度和短建立时间的要求，通常满足于高带宽的运算放大器28，运算放大器的带宽通常高于A/D调制器10的输入信号(V_in)的带宽几个数量级。本领域的普通技术人员知道，运算放大器28的高带宽要求，确定了A/D调制器10的耗电量的下限。

为了降低在有源离散时间环路滤波器中所使用的开关电容积分器20的耗电量，在连续时间环路滤波器中，图2A所示的开关电容积分器20被图2B所示的跨导-C积分器40所取代。

现参看图2B，跨导积分器40包括：一个源极接地的N沟道MOS晶体管42；一个源极与V_dd相连的P沟道MOS晶体管44；一个运算放大器46及一个反馈电容器48。在跨导积分器40中，一个输入信号(求和节点12的输出)被连接到N沟道MOS晶体管42的栅极；而一个偏压(Vb)被耦合到P沟道MOS晶体管44的栅极。N沟道MOS晶体管42及P沟道MOS晶体管44的漏极，构成一个公共节点，连接到运算放大器46的输入端。反馈电容器48被连接在运算放大器46的输出端与运算放大器46的输入端之间的一个反馈环路之中。