[发明专利]适用于Sigma-Delta ADC电路的积分器电路

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路领域，更具体地涉及一种适用于Sigma-Delta ADC电路的积分器电路。 

背景技术

模数转换器(ADC)在信号处理中起到非常重要的作用。在数字音频、数字电视、图像编码及频率合成等领域需要大量的模数转换器。由于超大规模集成电路的尺寸和偏压不断减小，模拟器件的精度和动态范围也不断降低，对于实现高分辨率的ADC是一种挑战。而Sigma-delta ADC以速度换取精度，可以实现较高的分辨率，因此在实际中得到广泛的应用。Sigma-delta ADC采用过采样技术和噪声整形技术相结合，对量化噪声双重抑制，从而实现高精度模数转换。Sigma-delta ADC采用的结构为多级开关电容积分器级联及一个位于反馈环路中的粗量化器构成。其中多级开关电容积分器是完成噪声整形的重要部分。 

现有的适用于Sigma-delta ADC电路的积分器电路（也即为Sigma-delta ADC开关电容积分器电路）的结构如图1所示。其包括时钟产生子电路、反馈子电路、采样子电路及积分放大器；时钟产生子电路分别与反馈子电路及采样子电路连接，以产生时钟脉冲控制反馈子电路及采样子电路的工作，且时钟产生子电路具有第一输出端L1与第二输出端L2，第一输出端L1与第二输出端L2输出互补的时钟脉冲；反馈子电路分别与Sigma-Delta ADC电路的反馈端及积分放大器连接，采样子电路分别与外部信号输入端及积分放大器连接，积分放大器对采样子电路及反馈子电路输出的电压信号按设定比例系数积分。其中，反馈子电路包括四个开关S1、S2、S3、S4，电容C12，开关S1的一端与Sigma-deltaADC电路的反馈端连接，该反馈端输出反馈电压信号VREF1至反馈子电路，开 关S2、S3的一端分别与外部共模电压端V_CM1连接；采样子电路的组成结构与反馈子电路的组成结构完全相同，其包括四个开关S5、S6、S7、S8，电容C11，不同仅在于开关S5的一端与外部信号输入端连接，该外部信号输入端输出电压信号VIN1至采样子电路；积分放大器包括放大器OP1与积分电容Cf1，放大器OP1的正相输入端与外部共模电压端V_CM1连接，其反相输入端分别与采样子电路与反馈子电路连接，且积分电容Cf1跨接于放大器OP1的反相输入端与输出端之间。另，现有的适用于Sigma-delta ADC电路的积分器电路各器件的具体连接关系及第一输出端L1、第二输出端L2与各开关之间的连接关系如图1所示，在此不细述。 

在上述电路结构中，各个开关均为其控制时钟脉冲为高电平时闭合，低电平时断开，且反馈电压信号V_REF1的相位与输入电压信号V_IN1的电压相位相反，放大器OP1的输出端输出电压V_OUT1。上述现有的Sigma-delta ADC开关电容积分器电路的工作过程如下： 

采样阶段：时钟产生子电路的第一输出端L1输出的时钟脉冲为高电平，第二输出端L2输出的时钟脉冲为低电平，此时开关S1、S3、S5、S7闭合，则电容C11采样输入电压信号V_IN1，电容C12采样反馈电压信号V_REF1，并将采样后的电压信号转换成电荷存储在电容C11、C12中。 

积分过程：时钟产生子电路的第一输出端L1输出的时钟脉冲为低电平，第二输出端L2输出的时钟脉冲高低电平，此时开关S2、S4、S6、S8闭合，电容C11、C12将其上的电荷传递到积分放大器的积分电容Cf1上，同时转换成输出电压V_OUT1。 

通过z域模型分析，上述开关电容积分电路的传递函数为：