[发明专利]高精度模数转换装置和提高模数转换精度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子通讯领域使用的模数转换装置，还涉及提高模数转换精度的方法。

背景技术

模数转换器在电子及通讯领域广泛应用。作为一个高精度的模数转换器或方法，Sigma-Delta模数转换器（∑ΔADC）在近20年得到了极其广泛地应用，比如每一个手机里都有3个以上的∑ΔADC。高精度的∑ΔADC需要高阶回路或高速时钟，高速时钟功耗大、设计难度高、产品合格率低、工艺要求高（见Z.M.Shi,(Invited),“Sigma-Delta ADC and DAC for Digital Wireless Communication”,Proc.IEEE Radio Frequency Integrated Circuits Symposium,p57,1999）、高阶稳定性差。∑ΔADC在正常工作时输出交替密度随信号而变的“0”和“1”。高阶∑ΔADC不稳定时会输出很多连续的“0”或“1”。高阶∑ΔADC的稳定性是业界长期研究的疑难课题之一。

图1是一个常规的三阶∑ΔADC电路框图。如图所示，所述模数转换器顺序连接有接收模拟输入信号In的放大器Gain0（增益系数为c(0)），加减器SumM1，积分器I1，放大器Gain1（增益系数为c(1)），加减器SumM2，积分器I2，放大器Gain2（增益系数为c(2)），加减器SumM3，积分器I3，放大器Gain3（增益系数为c(3)），输出数字输出信号Out的量化器Q1。

其中，所述模数转换器还包括4个反馈回路。量化器Q1的输出端通过反馈器fb1（反馈系数为g(2)）连接到第一级的加减器SumM1的输入端，通过反馈器fb2连接到第二级的加减器SumM2的输入端，通过反馈器fb3连接到第三级的加减器SumM3的输入端，上述回路构成了3个反馈回路。第4个反馈回路为级间反馈回路，即三积分器I3的输出端通过级间反馈器ifb2（反馈系数为g(2)）连接到加减器SumM2的输入端。

图2是图1所示的常规三阶∑ΔADC的大信号的输出频谱。输入大信号（-9dB），可以看出量化噪音随频率增高而增高，在信号频谱附近，信号高出噪音110dB。图3显示了图1所示的常规三阶∑ΔADC的小信号（-117dB）的输出频谱，可以看出，输出信号几乎淹没在量化噪音里。

当信号是窄带信号时，在信号附近降低量化噪音就可进一步提高∑ΔADC的精度。远离信号频谱的量化噪音可以通过后处理的数字带通滤波器滤除。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种高精度模数转换装置。所述高精度模数转换装置为Sigma-Delta模数转换装置，所述模数转换装置的每一级包括放大器、加减器、积分器，其特征在于，包括能够产生量化噪音零点的级间反馈回路，所述级间反馈回路设置在所述模数转换装置的不同级别之间。

进一步，所述级间反馈回路的反馈系数能够由可控制的电容阵列确定。

进一步，所述级间反馈回路由后一级的积分器的输出端连接到前一级的加减器的输入端而构成。

进一步，所述高精度模数转换装置为三阶Sigma-Delta模数转换装置，所述级间反馈回路由第二级的积分器的输出端连接到第一级的加减器的输入端而构成。

进一步，所述高精度模数转换装置为四阶Sigma-Delta模数转换装置，所述级间反馈回路包括第一个级间反馈回路和第二个级间反馈回路，所述第一个级间反馈回路由第二级的积分器的输出端连接到第一级的加减器的输入端而构成，所述第二个级间反馈回路由第四级的积分器的输出端连接到第三级的加减器的输入端而构成。

进一步，所述第一个级间反馈回路和第二个级间反馈回路可使得所述量化噪音零点频率和信号频率相重合。

本发明还提供一种提高模数转换精度的方法，包括在Sigma-Delta模数转换系统中，设置能够产生量化噪音零点的级间反馈回路，所述级间反馈回路设置在所述模数转换装置的不同级别之间。

本发明的高精度模数转换装置和提高模数转换精度的方法，能够当待转换信号是窄带信号时，在同样阶数的回路和时钟速率下，提供更高的模数转换精度和动态范围。

附图说明

图1是一个常规的三阶∑ΔADC电路框图；

图2是图1所示的三阶∑ΔADC的大信号的输出频谱；

图3是图1所示的三阶∑ΔADC的小信号的输出频谱；

图4是本发明的高精度模数转换装置的一个实施例的电路框图；

图5是图4所示的高精度模数转换装置的大信号的输出频谱；