[发明专利]一种优化功耗和输出信噪比的数模转换器

说明书

技术领域

本发明属于混合信号集成电路设计领域，特别涉及一种优化功耗和输出信噪比的Δ∑数模转换器。

背景技术

Δ∑(Delta-Sigma)数模转换器把大部分转换过程转移到了数字域，以数字电路的复杂性换取对模拟转换电路的高要求，可以实现高精度转换而不需精确的元件匹配，成本低且易于集成，因而广泛用于高品质数字音频信号处理、多媒体信号处理等领域。D类功率放大器具有效率高、体积小、重量轻、输出功率大等优点，可以有效的降低对电源及散热的要求，成为便携式设备较好的选择。因此集成D类功率放大器的Δ∑数模转换器可以把模拟低通滤波器之前的全部操作在数字域内完成，且同时兼具两者优点。

传统的Δ∑数模转换器通常是由依次连接的内插滤波器、Δ∑调制器、内部数模转换电路及模拟低通滤波器构成，如图1所示。传统结构中内部数模转换电路设计时要考虑比较多，1比特的内部数模转换电路设计起来比较简单，但是转换后输出的信号的压摆率较高，并且含有较高的带外信号能量；多比特的内部数模转换电路由于需要消除数模转换的非线性误差而需要额外的复杂电路设计。同时，传统Δ∑数模转换器如果需要较强的带载能力还需要额外的功率放大电路。

与本发明最相近的一种设计结构如图2所示，是由依次连接的内插滤波器、1比特Δ∑调制器、D类功率放大器、模拟低通滤波器构成，此结构可以将模拟低通滤波器之前的所有操作在数字域内完成，避免了传统结构中内部数模转换电路的设计，并且由于D类功率放大器可以进行高效功率放大，所以不再需要功率放大电路即可高效的驱动负载。但是由于前级的内插滤波器将信号进行升采样而使得电路的工作时钟频率较高，经1比特Δ∑调制器调制后的高速的1比特码流及其反相码流控制D类功率放大器开关的快速通断，造成电路功耗相对较大；为了获得较高信噪比的输出信号，高速的1比特码流驱动D类功率放大器使得后级的模拟低通滤波电路设计上相对要求较高，所以有待改进。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种优化功耗和输出信噪比的数模转换器。一方面，通过对1比特Δ∑调制器输出的1比特码进行逻辑编码，编码后的信号再控制D类功率放大器的开关动作，可以降低D类功率放大器的开关动作频率，进而降低Δ∑数模转换器的功耗；另一方面，在D类功率放大器前添加的编码器具有数字低通滤波器的功能，可以提高输出信号的信噪比。

本发明的一种优化功耗和输出信噪比的数模转换器，采用Δ∑数模转换器，包括依次连接的内插滤波器、1比特Δ∑调制器、D类功率放大器及模拟低通滤波器，其特征在于，还包括连接在1比特Δ∑调制器与D类功率放大器之间的DLPF编码器；其中，输入的多比特数字信号先通过内插滤波器完成升采样，然后通过1比特Δ∑调制器完成噪声整形，调制器输出的1比特码再经过DLPF编码器进行编码，DLPF编码器输出的2比特码控制D类功率放大器的开关操作，最终经过模拟低通滤波器滤除不必要的带外噪声，实现数模转换及功率放大。

本发明提出的优化功耗和输出信号信噪比的Δ∑数模转换器在进行数模转换时的工作过程为：

(1)多比特数字输入信号经过内插滤波器进行内插滤波，内插滤波的过程完成升采样，即内插滤波器的输出信号的采样率变为输入信号采样率的OSR倍，OSR为过采样率。

(2)内插滤波器的输出信号进入1比特Δ∑调制器进行噪声整形，输出信号为1比特的数字码流。

(3)1比特的数字码流输入到DLPF编码器进行编码，编码后的输出信号为2比特码OUT12和OUT34，OUT12和OUT34控制着D类功率放大器的开关通断。

(4)OUT12和OUT34控制着D类功率放大器的开关操作进行信号的功率放大，功率放大后的数字信号为EPOUT12-EPOUT34，此为三态(-1，0，1)信号。

(5)EPOUT12-EPOUT34输入到模拟低通滤波器，滤除带外高频分量，得到需要的模拟输出信号。

本发明的创新之处是在Δ∑调制器和D类功率放大器之间加入DLPF编码器，加入DLPF编码器后将有效的降低D类功率放大器的开关动作频率，进而降低数模转换器的功耗；加入的DLPF编码器具有数字低通滤波器的功能，故可以提高输出信号的信噪比。

附图说明

图1为传统Δ∑数模转换器的结构图。

图2为与本发明设计最相近的数模转换器的结构图。

图3为本发明设计的Δ∑数模转换器的结构图。

图4为本发明的内插滤波器的实施例结构图。

图5为内插滤波器半带IIR滤波器实现时采用的时分复用单元。