[发明专利]Sigma-Delta模数转换器及其控制方法

说明书

本发明涉及一种Sigma‑Delta模数转换器及其控制方法，该Sigma‑Delta模数转换器包括积分单元和比较单元，其中，所述积分单元具有固定的第一参考信号，所述比较单元具有可变的第二参考信号，所述第二参考信号的幅值与所述模数转换器的输入模拟信号的幅值成正比。根据本发明的Sigma‑Delta模数转换器及其控制方法，为比较单元提供了可变的第二参考信号，使模数转换器具有较大的摆幅空间。该较大的摆幅空间既可以允许降低电源电压，还可以减小电容尺寸，从而减小模数转换电路所需的面积。

技术领域

本发明涉及电子线路的技术领域，具体地涉及一种Sigma-Delta模数转换器及其控制方法。

背景技术

Sigma-Delta模数转换器(ADC,Analog Digital Converter)是一种应用广泛的高精度模数转换器。Sigma-Delta模数转换器采用过采样、噪声整形及数字滤波等技术，具有高精度和低功耗的优点。

图1A是一种Sigma-Delta模数转换器的结构示意图。Sigma-Delta模数转换器通常包括Sigma-Delta调制器110和数字滤波器120两个组成部分。Sigma-Delta调制器110以大大高于奈奎斯特采样率的速度对模拟输入信号Input进行过采样，并输出一位的比特流(Bit Stream)。比特流中的“1”的密度对应着模拟输入信号Input的大小。数字滤波器120对比特流进行滤波，从而得到非常高的转换分辨率。

图1B是一种一阶Sigma-Delta调制器的结构示意图。Sigma-Delta调制器可以由积分器111和比较器112组成。其中，积分器111中包括运算放大器OA1(OperationalAmplifier,OA)和电容C1。输入电流信号Iinput与运算放大器OA1的一个输入端相连接，向运算放大器OA1提供一路输入电压V1。参考电压Vref与运算放大器OA1的另一个输入端相连接。运算放大器OA1的输出端与比较器112的一个输入端相连接，运算放大器OA1的输出信号114作为比较器112的一个输入信号。参考电压Vref同时还与比较器112的另一个输入端相连接，参考电压Vref作为比较器112的另一个输入信号。比较器112用于比较输出信号114和参考电压Vref，并且在输出端输出比特流信号115。比较器112的输出端与开关模式电流源J1的一端相连接，该开关模式电流源J1还与输入电流信号Iinput相连接，形成反馈回路，用于根据比较器112输出的比特流信号115来调整输入电压V1的大小。

图1C是图1B所示的Sigma-Delta调制器在工作状态下的部分信号波形图。其中，折线131、132用于表示运算放大器OA1的输出信号114的电压波形；方波141、142用于表示比较器112输出的比特流信号115。折线131、132中的上升段和下降段分别对应电容C1的充电过程和放电过程。方波141、142中的高电位表示比特流信号115中的数字“1”，低电位表示比特流信号115中的数字“0”。比特流信号115的占空比(duty-cycle)指在一个周期内数字“1”占整个周期的比例，方波141的占空比较小，方波142的占空比较大。当输入电压V1较低时，运算放大器OA1的输出信号114用折线131表示，并对应比特流信号141；当输入电压V1较高时，运算放大器OA1的输出信号114用折线132表示，并对应比特流信号142。

图1C中还示出了Sigma-Delta调制器的电路中的电源电压水平Vdd和公共地水平Vss。参考图1C所示，当输入电压V1较低时，运算放大器OA1的输出信号114相对靠近系统电压水平Vdd，折线131的峰点133与电源电压水平Vdd之间的差距M1较小，该差距M1也可以被称为供电裕度(Supply margin)；当输入电压V1较高时，运算放大器OA1的输出信号114相对靠近公共地水平Vss，折线132的谷点134与公共地水平Vss之间的差距M2较小，该差距M2也可以被称为接地裕度(Ground margin)。