一種德爾塔調制器及其模數轉換器制造技術

本發明專利技術公開了一種德爾塔調制器，包括：輸入模塊，用于輸入第一模擬信號；轉換模塊，連接于輸入模塊，用于將上次的數據結果轉換為第二模擬信號，也用于計算所述第一模擬信號和所述第二模擬信號的差值，還用于將所述差值轉化為數字信號；控制模塊，連接于轉換模塊，用于控制轉換模塊的轉換或計算；累加模塊，連接于轉換模塊，用于將數字信號進行累加，得到最終數據結果；輸出模塊，連接于所述轉換模塊和所述累加模塊，用于將數字信號和最終數據結果進行輸出；通過控制模塊，復用轉換模塊實現量化、減法和數模轉換的功能。本發明專利技術通過控制模塊，來控制轉換模塊進行何種轉換或計算；通過功能復用，降低了功耗，并減少了面積。

【技術實現步驟摘要】
一種德爾塔調制器及其模數轉換器
本專利技術涉及德爾塔(Δ)調制器，特別涉及一種基于逐次逼近模數轉換器(SARADC)的德爾塔(Δ)調制器。
技術介紹
現有的Δ調制器包括模擬輸入端、減法模塊、量化模塊、累加模塊、數字模擬轉換模塊和數字輸出端，其結構圖如圖1所示，Δ調制器可以得到如圖所示的兩個數字輸出，分別對應相鄰時刻模擬輸入的差值和模擬輸入本身。其中減法模塊一般用帶有反饋的運算放大器實現；量化模塊用模數轉換器(ADC)來實現；而數字模擬轉換模塊可以采用如電流舵和電荷再分配等結構數字模擬轉換器(DAC)。放大器需要消耗較高的能量，而DAC需要額外的參考電路，總功耗很高。另外較多的模塊也必然增加了芯片面積，這些都限制了Δ調制器在低功耗應用中的使用。
技術實現思路
為解決上述問題，本專利技術提出一種Δ調制器，其采用復用量化器的方法來減少減法模塊和DAC模塊，以降低功耗和面積。本專利技術提供一種Δ調制器，包括：輸入模塊，用于輸入模擬信號；輸入模塊，用于輸入第一模擬信號；轉換模塊，連接于所述輸入模塊，用于將上次的數據結果轉換為第二模擬信號，也用于計算所述第一模擬信號和所述第二模擬信號的差值，還用于將所述差值轉化為數字信號；控制模塊，連接于所述轉換模塊，用于控制轉換模塊的轉換或計算；累加模塊，連接于所述轉換模塊，用于將數字信號進行累加，得到最終數據結果；輸出模塊，連接于所述轉換模塊和所述累加模塊，用于將數字信號和最終數據結果進行輸出；通過控制模塊，復用轉換模塊實現量化、減法和數模轉換的功能，從而減少模塊、減少面積。優選地，所述轉換模塊包括電荷分享逐次逼近模數轉換器，所述電荷分享逐次逼近模數轉換器包括：單調式的電容切換逐次逼近模數轉換器、基于共模電壓的逐次逼近模數轉換器、分裂電容逐次逼近模數轉換器。進一步地優選，所述單調式的電容切換逐次逼近模數轉換器包括兩組電容陣列、兩組反向開關、比較器和逐次逼近邏輯控制單元。優選地，所述控制模塊包括兩組數據選擇器和兩組控制邏輯單元。優選地，所述Δ調制器還包括譯碼電路，所述譯碼電路連接于所述轉換模塊和控制模塊，用于將二進制碼轉為補碼，并輸出到控制模塊，使轉換模塊中電容數目減少一個。本專利技術還提供一種模數轉換器，包括如上所述的Δ調制器，還包括抽取濾波器，所述抽取濾波器連接于所述輸出模塊之后，用于在過采樣時，實現高信噪比的模數轉換器。優選地，本專利技術中的抽取濾波器，根據抽取率，整個抽取窗口按照抽取率進行選擇累加數據相加再做平均。本專利技術還包括一種模數轉換方法，包括如下步驟：S1：通過輸入模塊，將第一模擬信號進行輸入；S2：轉換模塊采樣所述第一模擬信號，同時控制模塊控制轉換模塊將上次的數據結果轉換成第二模擬信號；轉換模塊計算所述第一模擬信號和所述第二模擬信號的差值；S3：轉換模塊將所述差值轉換成數字信號，得到數字值并通過第一輸出模塊輸出；S4：累加模塊將所述數字信號的數字值進行累加，得到最終數據結果并通過第二輸出模塊輸出；同時最終數據結果輸送到轉換模塊。優選地，所述轉換模塊包括電荷分享逐次逼近模數轉換器，所述電荷分享逐次逼近模數轉換器包括：單調式的電容切換逐次逼近模數轉換器、基于共模電壓的逐次逼近模數轉換器、分裂電容逐次逼近模數轉換器。優選地，所述步驟S2包括：S21.轉換模塊中電容陣列上極板采樣輸入第一模擬信號；S22.控制模塊控制P側數據選擇器將上次的數據結果送到P側反向開關，控制N側數據選擇器將上次的數據結果送到N側反相開關；電容陣列的下級板在反相開關的控制下選擇連到參考電壓或者是地，以完成將德爾塔調制器上次的數據結果轉換成第二模擬信號；S23.轉換模塊中電容陣列上極板懸空，下級板全部切換到參考電壓，以完成第一模擬信號和第二模擬信號的減法運算；優選地，所述步驟S3包括：轉換模塊以逐次逼近的方式將S2中在電容陣列上極板產生的電壓差值轉換成數字信號，得到數字值并通過第一輸出模塊輸出；優選地，所述步驟S4包括：S41.累加模塊將所述數字信號的數字值進行累加，得到最終數據結果并通過第二輸出模塊輸出；S42.最終數據結果輸送到P側的數據選擇器，經過反相器送到N側的數據反相器。優選地，所述方法在過采樣時，轉換模塊根據過采樣率的大小，在控制模塊的控制下，跳過高位電容，從次高位電容開始轉換。優選地，所述步驟S42包括：最終數據結果經譯碼電路轉為補碼輸送到P側的數據選擇器，經過反相器送到N側的數據反相器。優選地，所述方法還包括：S5.當調制器工作在N倍過采樣率時，通過抽取濾波器，對最終數據結果進行累加。本專利技術的有益效果：本專利技術通過控制模塊來控制轉換模塊，既能將模擬信號轉換為數字信號，又能將數字信號轉換為模擬信號，還能計算相鄰時刻模擬輸入的差值。通過控制電路，復用轉換模塊，實現量化、減法和數模轉換等多種功能，從而減小面積，降低功耗。在進一步的優選方案中還能獲得更多的優點：例如：在過采樣時，在控制模塊的控制下，輸入信號變化幅度較小，高權重值可以根據過采樣率直接確定，從而轉換時跳過高位電容，減少轉換次數。又如：通過增加譯碼電路，將電容陣列中的電容減小一位，使得電容陣列面積減小一半，功耗進一步大大降低。附圖說明圖1為本專利技術
技術介紹
的Δ調制器結構示意圖。圖2為本專利技術具體實施方式的Δ調制器結構框架示意圖。圖3a為本專利技術實施例1以單調式電容切換SARADC為轉換模塊的Δ調制器結構示意圖。圖3b為本專利技術實施例1以基于共模電壓的SARADC為轉換器的Δ調制器結構示意圖。圖3c為本專利技術實施例1以基于分裂電容SARADC為轉換器的Δ調制器結構示意圖。圖4a為本專利技術實施例2以單調式電容切換SARADC為轉換模塊的Δ調制器結構示意圖。圖4b為本專利技術實施例2以基于共模電壓的SARADC為轉換器的Δ調制器結構示意圖。圖4c為本專利技術實施例2以基于分裂電容SARADC為轉換器的Δ調制器結構示意圖。圖5為本專利技術實施例1和實施例2的Δ調制器的工作過程示意圖。圖6為本專利技術實施例4的模數轉換器。具體實施方式下面結合具體實施方式并對照附圖對本專利技術作進一步詳細說明，應該強調的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本專利技術的范圍及其應用。本專利技術提供的Δ調制器，結構框架示意圖如圖2所示，只包括輸入模塊、轉換模塊、控制模塊、累加模塊和輸出模塊；圖1所示的傳統Δ調制器中的減法模塊、量化模塊和數字模擬轉換模塊都通過控制模塊的調控作用在轉換模塊中實現。實例1本實施例提供一種Δ調制器，包括輸入端、轉換模塊、控制模塊、累加模塊和輸出端，其中轉換模塊為單調式電容切換的逐次逼近模數轉換器(SARADC)，其結構示意圖如圖3a所示，包括：兩組n+1個電容的電容陣列、兩組n個反向開關、比較器和逐次逼近邏輯控制單元。控制模塊包括：兩組數據選擇器和兩組控制邏輯單元；控制模塊設置在逐次逼近模數轉換器到輸出端的路徑上，數據選擇器在一定的控制邏輯單元的控制下，選擇逐次逼近邏輯控制單元輸出和數字積分器輸出中的一組數據，送到反相開關中。累加模塊為數字域積分器。如圖5所示，Δ調制器工作過程需要n+3個時鐘周期完成一次轉換。這個時鐘為Δ調制器外部給的控制時鐘。其在周期1進行采樣和數字模擬轉換，即將Δ調制器的差分模擬輸入信號采樣到電容陣列的上極板，并在電容陣列下級板進行數字模擬轉換；在周期2進行本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種德爾塔調制器，其特征在于，包括：輸入模塊，用于輸入第一模擬信號；轉換模塊，連接于所述輸入模塊，用于將上次的數據結果轉換為第二模擬信號，也用于計算所述第一模擬信號和所述第二模擬信號的差值，還用于將所述差值轉化為數字信號；控制模塊，連接于所述轉換模塊，用于控制轉換模塊的轉換或計算；累加模塊，連接于所述轉換模塊，用于將數字信號進行累加，得到最終數據結果；輸出模塊，連接于所述轉換模塊和所述累加模塊，用于將數字信號和最終數據結果進行輸出；通過控制模塊，復用轉換模塊實現量化、減法和數模轉換的功能。

【技術特征摘要】
1.一種德爾塔調制器，其特征在于，包括：輸入模塊，用于輸入第一模擬信號；轉換模塊，連接于所述輸入模塊，用于將上次的數據結果轉換為第二模擬信號，也用于計算所述第一模擬信號和所述第二模擬信號的差值，還用于將所述差值轉化為數字信號；控制模塊，連接于所述轉換模塊，用于控制轉換模塊的轉換或計算；累加模塊，連接于所述轉換模塊，用于將數字信號進行累加，得到最終數據結果；輸出模塊，連接于所述轉換模塊和所述累加模塊，用于將數字信號和最終數據結果進行輸出；通過控制模塊，復用轉換模塊實現量化、減法和數模轉換的功能。2.如權利要求1所述的德爾塔調制器，其特征在于，所述轉換模塊包括電荷分享逐次逼近模數轉換器，所述電荷分享逐次逼近模數轉換器包括：單調式的電容切換逐次逼近模數轉換器、基于共模電壓的逐次逼近模數轉換器、分裂電容逐次逼近模數轉換器；所述控制模塊包括兩組數據選擇器和兩組控制邏輯單元。3.如權利要求1所述的德爾塔調制器，其特征在于，還包括譯碼電路，所述譯碼電路連接于所述轉換模塊和控制模塊，用于將二進制碼轉為補碼，并輸出到控制模塊，使轉換模塊中電容數目減少一個。4.一種模數轉換器，其特征在于，包括如權利要求1-3所述的德爾塔調制器，還包括抽取濾波器，所述抽取濾波器連接于所述輸出模塊之后，用于在過采樣時，實現高信噪比的模數轉換器。5.如權利要求4所述的模數轉換器，其特征在于，所述抽取濾波器，根據抽取率，整個抽取窗口按照抽取率進行選擇累加數據相加再做平均。6.一種模數轉換方法，其特征在于，包括如下步驟：S1：通過輸入模塊，將第一模擬信號進行輸入；S2：轉換模塊采樣所述第一模擬信號，同時控制模塊控制轉換模塊將上次的數據結果轉換成...

【專利技術屬性】
技術研發人員：馮海剛，于寶亮，
申請(專利權)人：清華大學深圳研究生院，
類型：發明
國別省市：廣東,44