[发明专利]三角积分调制器、集成电路和三角积分方法

说明书

N位连续时间三角积分调制器SDM包括：输入，其被配置成接收输入模拟信号；第一求和点，其被配置成从输入模拟信号减去反馈模拟信号；回路滤波器，其被配置成对来自第一求和点的输出信号进行滤波：N位模数转换器ADC，其包括被配置成将滤波后模拟输出信号转换成数字输出信号的至少一个1位ADC，其中每个1位ADC包括至少一对比较器锁存器；以及反馈路径，其用于将数字输出信号路由到第一求和点。ADC包括校准电路或可操作地耦合到校准电路，校准电路耦合到至少一对比较器锁存器的输入和输出，且响应于相应校准信号的锁存后输出而校准比较器锁存器的比较器误差。

技术领域

本发明的领域涉及三角积分调制器、集成电路和三角积分方法。具体地说，所述领域涉及具有N位量化的连续时间三角积分ADC的回路延迟补偿。

背景技术

需要具有500MHz的信号带宽(BW)和60dB的信噪失真比(SNDR)的模数转换器(ADC)来用于许多应用，例如：基站接收器、汽车以太网，以及下一代5G蜂窝式电信。三角积分调制是用于将模拟信号编码成数字信号的方法，其常常用于模数转换器(ADC)中并且能够实现这些性能水平。作为用于将数字信号转换成模拟信号的过程的一部分(即，作为数模转换器(DAC)的一部分)，三角积分调制还用于将高位计数低频数字信号传送到更低位计数更高频数字信号中。三角积分ADC是以比奈奎斯特率高得多的速率对信号进行采样的过采样ADC。

在常规ADC中，模拟信号与采样频率整合或通过采样频率进行采样，并随后在多电平量化器中量化成数字信号。此过程引入量化误差噪声。三角积分调制中的第一步骤是三角调制。在三角调制中，对信号变化(即，其“增量”)而不是绝对值进行编码。相对于一连串数字，结果是一连串脉冲，正如脉码调制的情况。在三角积分调制中，通过使数字输出通过1位DAC并将所得模拟信号添加(积分)到输入信号(在三角调制之前的信号)来提高调制的准确性，由此减少由三角调制引入的误差。

使用开关电容器电路实施的离散时间ADC在过去数十年内是设计者的选择。但是，最近连续时间三角积分ADC已在技术杂志和行业中受到欢迎。具有多位量化的连续时间三角积分ADC受欢迎的原因是大于100MHz的带宽(BW)。多位量化具有以下优点：更低的量化噪声、宽松的时钟抖动要求，且其允许设计师使用更激进的噪声传递函数(NTF)。连续时间三角积分ADC中的噪声整形和过采样的原理与其离散时间对应者保持相同。连续时间三角积分ADC与离散时间三角积分ADC之间的关键差别是采样操作在何处进行。在连续时间设计中，输入采样就在量化器之前进行。回路滤波器现在使用连续时间积分器呈连续时间，连续时间积分器常常是电阻电容器(RC)或跨导电容器(gm/C)积分器。

连续时间三角积分ADC包含一个或多个三角积分调制器(SDM)。SDM是包含回路滤波器、量化器和反馈DAC的反馈回路。量化器的功能是采样和量化。量化器的输入信号在时域中连续且在电压(或电流)域中连续，即连续时间连续值(模拟信号)。量化器的输出信号应在时域中离散且在电压域中离散，即离散时间离散值(数字信号)。主反馈DAC的功能是零阶保持，零阶保持将数字信号转换成模拟信号。

过量回路延迟(ELD)是连续时间三角积分ADC中的已知现象，如以下文档中所描述：J.A.Cherry和W.M.Snelgrove的“连续时间三角积分调制器中的过量回路延迟(Excessloop delay in continuous-time Delta-Sigma modulators)”，《IEEE电路和系统汇刊-II》:模拟和数字信号处理，第46卷，第4期，第376至389页，1999年4月。一般来说，回路延迟包含量化器的再生时间、反馈DAC的延迟和量化器与DAC之间的电路的延迟。对于高速连续时间三角积分ADC，过量回路延迟可能与一个量化器采样时钟周期(1T_s)一样大。过量回路延迟会降低连续时间三角积分ADC的分辨率，或甚至使分辨率不稳定。用于补偿过量回路延迟的一个已知技术是围绕量化器自身添加穿过ELD DAC的直接反馈路径，如图1中所示。