[发明专利]一种单循环过采样数模转换器

说明书

技术领域

本发明涉及模拟-数字转换器。特别的,它关注的是适合执行单周期转换的δ-σ过采样数模转换器。 

背景技术

尽管现实世界的信号是模拟信号,我们通常需要使用模数(A / D)转换器将其转换到数字域。电路设计人员有有目的地来执行这种转换，因为它是一种目前用于传输、存储和处理数字信号的有效方法。例如，一个数字代表一个音频信号,这就允许通过一个CD播放器几乎没有误差的使用光盘储存。复杂的信号处理可能也需要A / D转换,因为在数字域只使用数字计算机或专用数字信号处理器，这样的信号处理是可行的。信号处理在数字域也特别有用,例如在生物医学应用等领域，给磁共振成像(MRI)之类的任务提供需要的精度。 

过采样方法最近已成为流行的A / D转换器,因为相比于传统模拟数字转换方法，它们避免了遇到的许多困难。这是因为这种转换器有一定的属性,很难在集成电路设备上实现。其中最重要的是需要使用容易受到噪声和干扰的模拟滤波器和高精度的模拟电路。传统的转换技术的优点是能够使用一个相对较低的采样频率,通常输入信号在奈奎斯特速率下(即信号带宽的两倍)。 

传统的A / D转换器系统要求，当采样在奈奎斯特速率时，低通反混叠滤波器在其输入，衰减高频噪声幅度和伪频带内的频带外成分的信号。这种滤波器的频率特性是由模拟元件制造精度所决定的。 

另一方面,过采样A / D转换器可以使用简单和相对高容差的模拟元件,但是需要快速和相当复杂的数字信号处理级。他们在一个频率远高于奈奎斯特速率下，调制模拟输入成为一个简单的数字码,通常是单个位的字。这些调制器通过牺牲振幅的分辨率来换取及时的解决,所以可以使用不精确的模拟电路。使用高频调制可以消除模拟反混叠滤波器到输入A / D转换器的突然切断的需要。数字低通滤波器可以使数字调制器的输出平滑，并且在奈奎斯特速率下重新采样，在它们混入到信号的频带里之前，衰减噪声、干扰和高频成分的信号。另一个数字滤波器可用于在输出端抽取单位编码转换为高字速率数字脉冲编码调制的信号。 

过采样A/D转换器广泛应用数字处理，利用了这样的事实，即集成电路技术相比用于提供精确模拟电路更适合用于提供快速数字电路。因为他们的采样率通常需要大大高于奈奎斯特速率、传统的过采样A / D转换器通常用于中速数字应用,如数字音频、数字电话和数据通信。这样的应用需要从一个单一的输入源连续生产A / D转换结果。因此,对于传统的A / D转换器来说，一个定义良好的建立时间并不重要。此外,传统的过采样A / D转换器的电力消费往往是相对较高的,因为转换器电路必须保持激活，产生连续的转换结果。 

然而,由于其特殊的分辨率和精度,过采样A / D转换器也可用于数据采集、工业控制和测试测量仪器等任务中。在许多这样的应用中，如果理想的话，源于一个给定的输入源，仅有一个转换的结果。例如,一个模拟输入信号可以从许多不相关的不同来源中选择，这些来源于一个输入多路复用器或可能是在不相关的时间间隔根据所需的功能的采样。在这种应用中，当一个新的输入信号被提供之前,A / D转换器只能为一个给定的输入信号完成转换。因此,在单一转换或“单循环转换”应用中,输出数据过采样和强大的时间连续转换结果之间的相关性是不重要的。 

传统的过采样A / D转换器不适合执行单A / D转换,因为他们是为了重复地取样给定的模拟输入信号，来延长一段时间,在高于输入信号带宽的两倍的速率下来产生多个转换结果。这样的A / D转换器有复杂的数字滤波级,缺乏定义的建立时间也会使得输入多路传输困难。此外,由于传统的过采样A / D转换器通常连续操作来延长时间,它们不包含在不使用时关闭部分转换器的节电电路,这种情况是经常发生在单周期工作中的。 

鉴于上述,因此需要提供一个适合提供单A / D转换的过采样A / D转换器。 

提供一个包括当不需要转换时电路选择性地打开和关闭部分转换器，来最小化电路功率的过采样A / D转换器，也是可取的。 

提供一个包括复杂性降低的数字滤波电路的过采样A / D转换器，也是可取的。 

提供一个具有定义良好的建立时间，以方便输入多路复用过采样的A/D转换器,将会是另外所期望的。 

发明内容

因此本发明的对象提供一个适合进行单循环A / D转换的过采样A / D转换器。 

本发明的另一个目的是提供一个包括最小化电路功率A / D转换器。