[发明专利]一种基于双压控振荡器环路的Sigma-Delta模数转换器

说明书

技术领域

本发明属于模拟集成电路技术领域。具体涉及一种基于双压控振荡器（VCO）环路的三阶过采样(Sigma-Delta)模数转换器，适用于高速模数转换。

背景技术

目前，随着电子产业和通信电子产业的迅速发展，数字信号处理技术突飞猛进。模数转换器作为现实模拟信号到数字信号的桥梁，需要朝更高速，更高精度，更低功耗的方向发展。模数转换器包括奈奎斯特模数转换器和过采样（Sigma-Delta）模数转换器两类。奈奎斯特模数转换器的时钟频率为信号频率的两倍，具体又可包括SAR，FLASH，Pipeline等，过采样模数转换器的时钟频率远高于信号的输入频率，时钟频率和2倍输入信号的频率比值称为过采样率（OSR），过采样(Sigma-Delta)模数转换器又分为离散时间（DT）模数转换器和连续时间（CT）模数转换器。不同类型的模数转换器适用于不用的运用环境，连续时间的Sigma-Delta模数转换器适用于较高频率，中等精度的运用场合。

随着半导体制造技术进入深亚微米时代（130nm，90nm，65nm等），传统的模数转换器，如SAR，Pipeline，FLASH等，将电压幅度转化为数字信号，很难在低电源电压（低于1.8V）条件下满足高速度，高精度的要求，成为模数转换器发展的瓶颈。

在现有的技术中，已具有一种普通单压控振荡器(VCO)环路的Sigma-Delta模数转换器，如附图1所示，它包括的电路模块有滤波器，非归零电流舵数模转换电路（NRZ DAC），归零电流舵数模转换电路（RZ DAC）和VCO量化器。模拟输入信号和NRZ DAC反馈的信号相减后，进入滤波器，放大后的输出信号和RZ DAC反馈的信号相减后进入VCO量化器完成模数转换。同时，VCO量化器的输出数字信号进入NRZ DAC和RZ DAC，产生两个反馈信号分别流入到模拟输入端和滤波器的输出端，构成单VCO环路。

普通单VCO环路的Sigma-Delta模数转换器的优点在于可在低电源电压条件下工作，功耗低，速度快。缺点是模拟电压转换为VCO频率信号的过程中存在非线性失真，从而使VCO量化器的输出数字信号频谱中包含模拟输入信号的高次谐波（见附图3），很大程度上降低了系统的信号失真噪声比（SNDR）。

发明内容

本发明的目的是为了克服普通单VCO环路的Sigma-Delta模数转换器VCO非线性失真高和信号失真噪声比（SNDR）低的缺点，特提供一种基于双压控振荡器(VCO)环路的Sigma-Delta模数转换器

本发明提出的双压控振荡器（VCO）环路的Sigma-Delta模数转换器，该模数转换器框图,如附图2所示，该模数转换器结构包括一个三阶低通滤波器、两个非归零电流舵模数转化电路(NRZ DAC)、两个归零电流舵模数转化电路(RZDAC)、两个VCO量化器和加减法器。其具体结构如下：由A路VCO量化器、RZ DAC、NRZ DAC和加法器构成VCO环路1,由B路VCO量化器、RZ DAC、NRZ DAC构成VCO环路2(见图2中粗细虚线分别形成的两个环路)、一个三阶滤波器和加减法器组成。三阶滤波器的输入端通过加减法器连接模拟输入信号和环路1、环路2NRZ DAC的输出端,三阶滤波器的输出端通过加减法器连接环路1,环路2VCO量化器的输入端和环路1,环路2RZ DAC的输出端,环路1的VCO量化器的输出连接该环的RZ DAC和NRZ DAC的输入端,环路2的VCO量化器的输出连接该环的RZ DAC和NRZ DAC的输入端；模拟输入信号和环路1,环路2NRZ DAC反馈的信号相减后得到的误差信号进入三阶滤波器，经三阶滤波器放大后的输出信号和环路1,环路2的RZ DAC反馈的信号相减后分成正负两路，A路和B路（A，B两端电压相反）分别进入环路1、环路2的VCO量化器,两个VCO量化器完成模数转换，数字信号分别从环路1VCO量化器输出数字输出1,环路2的VCO量化器输出数字输出2,两个输出,数字输出1和数字输出2输出的差值作为最终模数转换器输出的数字信号。