[发明专利]高解析度三角积分数字至模拟转换器及其操作方法

说明书

技术领域

本发明涉及信号处理技术，尤其涉及三角积分数字至模拟转换器。

背景技术

数字至模拟转换器(DAC)是一种将数字信号转换成模拟信号的装置。DAC中所应用的三角积分调变技术为一种将高解析度信号编码成低解析度信号的方法，其采用脉冲密度调变(pulse-density modulation)。采用此技术的集成电路能够以低成本的CMOS工艺(例如制造数字集成电路的工艺)轻易达到相当高的解析度。

然而，传统采用单级噪声整形回圈调变器的三角积分DAC必须以高的超取样率(over-sampling ratios，OSR)来达成高解析度，因此消耗更多的电源。(超取样率是用来降低所关注频带中的噪声。)此外，单级调变器在企图使用高解析度截断DAC时，会因为需要大量转换元件及动态元件匹配技术(dynamicelement matching，DEM)(DEM为集成电路设计中用来补偿元件不匹配的技术)而遭遇到许多困难。再者，单级高阶调变器容易不稳定、需要复杂的单级拓扑架构、并且在处理多位量化上会使用较大的集成电路空间。

另一方面，传统采用串接式调变器的三角积分DAC会占用大量的集成电路面积。举例而言，某些使用校正路径(correction path)的DAC在进行噪声消除上必须应用模拟微分器，而在模拟环境中使用微分器却是一件复杂且耗费能量的工作。

因此，在操作三角积分DAC上，需要一种新的方法。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明提供一种三角积分数字至模拟转换器(DAC)，包括一第一级包括一三角积分噪声整形回路，其中该第一级用以接收一输入信号，该第一级包括一第一量化器，该第一量化器具有一第一量化误差，其中该三角积分噪声整形回路用以抑制一带内噪声，而该第一级用以提供一第一级输出；一第一DAC，用以接收该第一级输出并提供一第一模拟输出；一数字微分器，用以提供一数字微分器输出；第二DAC，用以接收该数字微分器输出并提供一第二模拟输出；一加法器，用以将该第一模拟输出与该第二模拟输出相加，以提供一第三模拟输出；以及一第二级，用以接收该第一量化误差，其中该第二级用以对该数字微分器提供一第二级输出，以消除该第一量化误差并抑制该第三模拟输出中的该带内噪声。

本发明还提供一种操作三角积分数字至模拟转换器(DAC)的方法，包括：将一输入信号提供至具有一三角积分噪声整形回路的一第一级，其中该第一级具有一第一量化器，而该第一量化器具有一第一量化误差；利用该第一级降低一带内噪声以提供一第一级输出；将该第一级输出提供至一第一DAC，其中该第一DAC提供一第一模拟输出；将该第一量化误差耦合至一第二级，其中该第二级将一第二级输出提供至一数字微分器；利用该数字微分器滤波该第二级输出，其中该数字微分器提供一数字微分器输出；将该数字微分器输出提供至一第二DAC，其中该第二DAC提供一第二模拟输出；以及利用一加法器将该第一模拟输出与该第二模拟输出相加以提供一第三模拟输出，借此抵消该第一量化误差，并抑制该第三模拟输出中的该带内噪声。

本发明还提供一种操作三角积分数字至模拟转换器(DAC)的方法，包括：将一输入信号提供至具有一三角积分噪声整形回路的一第一级，其中该第一级具有一第一量化器，而该第一量化器具有一第一量化误差；利用该第一级减少带内噪声以提供一第一级输出；将该第一级输出提供至一第一DAC，其中该第一DAC提供一第一模拟输出；将该第一量化误差提供至一第二级，其中该第二级将一第二级输出提供至一数字微分器；以一级间增益k1调整该第二级所接收的该第一量化误差以提供一调整的第一量化误差，其中k1为一大于或等于1的数；以一第二量化器将该调整的第一量化误差量化以提供一第二量化器输出，其中该第二量化器具有一第二量化误差；以一级间增益1/k1调整该第二级输出，之后利用该数字微分器滤波该第二级输出，其中该数字微分器提供一数字微分器输出；将该数字微分器输出提供至一第二DAC，其中该第二DAC提供一第二模拟输出；以及利用一加法器将该第一模拟输出与该第二模拟输出相加以提供一第三模拟输出，借此抵消该第一量化误差，并抑制该第三模拟输出中的该带内噪声。

本发明可在使用较少元件数量及消耗较少功率的情况下达到相对高的解析度。

附图说明

图1为本发明的三角积分数字至模拟转换器示意图。

图2为本发明图1中三角积分DAC的实施例。

图3为传统DAC与本发明图2的DAC 200所用元件数量的比较表。

图4为本发明图2DAC 200与传统DAC的信噪比较图。