专利名称：一种西格玛-德尔塔模数转换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于音频功放领域以及信号通讯等领域的西格玛-德尔塔(E -A)
型模拟-数字(AD)转换器，尤其涉及到一种含两阶或其以上的E - A调制电路进行级联的 E - A模数转换器。
背景技术：
随着超大规模集成电路的速度越来越快，集成度越来越高，E -A调制作为一种 实现高分辨率模拟数字(A/D)转换的有效途径，越来越受到关注。E -A型AD转换器在一 个或多个反馈环中进行粗略量化，通过在一个比信号带宽大得多的频率上进行采样，反馈 环路就可以对量化噪声进行调制，从而把大部分噪声移到信号带宽外。E -A型AD转换器 在以极高的重复采样速率将模拟信号数字化的同时，完成将噪声推向高频区的噪声整形， 并在噪声整形后进行数字滤波。但是现有的E - A型AD转换器无法消除第一级E - A调 制电路的量化噪声，从而引起谐波失真比较大，精度比较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种总谐波失真小的，精度高西格玛-德尔塔模数转换 器。 本发明是这样实现的，一种西格玛-德尔塔模数转换器，该转换器包括包含第1 和第2加法器、第1和第2积分器、第1量化器、第IDA转换器的第一级西格玛_德尔塔调 制电路； 包含第3和第4加法器、第3和第4积分器、第2量化器、第2DA转换器的第二级 西格玛-德尔塔调制电路； 对所述第一级西格玛-德尔塔调制电路和第二级西格玛-德尔塔调制电路进行噪 声整形的噪声整形电路； 所述第1加法器从由外部输入的模拟信号中减去所述第1DA转化器输出的模拟信 号； 所述第1积分器对所述第1加法器输出的模拟信号进行积分； 所述第2加法器从所述第1积分器输出的模拟信号中减去所述第IDA转化器输出
的模拟信号； 所述第2积分器对所述第2加法器输出的模拟信号进行积分； 所述第1量化器输出与所述第2积分器输出的模拟信号相应的数字信号； 所述第IDA转化器输出与所述第1量化器输出的数字信号相应的模拟信号，将其
输入到所述第1和第2加法器； 所述第3加法器从所述第2积分器输出的模拟信号中减去所述第2DA转换器输出 的模拟信号； 所述第3积分器对所述第3加法器输出的模拟信号进行积分；
所述第2量化器输出与所述第4积分器输出的模拟信号相应的数字信号； 所述第2DA转化器输出与所述第2量化器输出的数字信号相应的模拟信号，将其
输入到所述第3和第4加法器； 所述噪声整形电路将第所述第1量化器输出的数字信号进行积分和比例变换，并 将第2量化器输出的数字信号进行比例变换，并将变换后的信号相加输出。
本发明提供的西格玛-德尔塔模数转换器采用两个E -A调制电路级联连接，通 过将前面的2次E _A调制电路的量化器的输入端直接与下一级的2次E _A调制电路连 接，通过本发明提供的结构，消除了第一级E -A调制电路的量化噪声，可以提供高SNR(信 噪比)，总谐波失真小的西格玛_德尔塔模数转换器。
图1是本发明实施例的西格玛_德尔塔模数转换器的结构示意图； 图2是本发明实施例的积分器的结构图； 图3是本发明实施例仿真输出的频谱图； 图4是本发明实施例输出信号总谐波失真示意图。
具体实施例方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。 图l示出了本发明实施例提供的西格玛-德尔塔模数转换器的结构示意图，该 E -A型AD转换器具有将两级2次E -A调制电路级联连接的结构，以下依据图进行说明， 为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分。 在图1中，标号1表示输入端子，标号2、5、16、19、26、27分别表示加法器，标号3、 6、11、12、13、14、17、20、23、24、25分别表示运算器，标号4、7、9、 15、 18、21分别表示积分器， 标号8、22分别表示量化器，标号10表示积分器，标号28、29表示数字-模拟(DA)转换器， 标号30表示输出端子。 加法器2将由输入端子1输入的模拟信号减去由DA转换器28输出的模拟信号，积 分器4对从加法器2输出的模拟信号进行积分。加法器5从由积分器4输出的模拟信号中 减去由DA转换器28输出的模拟信号。积分器7对从加法器5输出的模拟信号进行积分。 量化器8输出与从积分器7输出的模拟信号对应的数字信号。DA转换器28输出与量化器 8的数字信号相应的模拟信号，并将其输入到加法器2、5。运算器3是对从加法器2输出的 模拟信号进行比例变换的装置，它使从加法器2输出的模拟信号变成al倍，输入到积分器 4。运算器6是对从加法器5输出的模拟信号进行比例变换的装置，它使从加法器5输出的 模拟信号变成a3倍，输入到积分器7。运算器12是决定从量化器8向加法器2的模拟反馈 量的装置，它使DA转换器28输出的模拟信号变成bl倍，输入到加法器2。运算器13是决 定从量化器8向加法器5的模拟反馈量的装置，它使DA转换器28输出的模拟信号变成b2 倍，输入到加法器5。第一级E -A调制电路A1由以上结构构成。 运算器14是对从积分器7输出的模拟信号进行比例变换的装置，它使从积分器7
4输出的模拟信号变成k倍，输入到加法器16。加法器16从由运算器14输出的模拟信号中 减去由DA转换器29输出的模拟信号，积分器18对从加法器16输出的模拟信号进行积分。 加法器19从由积分器18输出的模拟信号中减去由DA转换器29输出的模拟信号。积分器 21对从加法器19输出的模拟信号进行积分。量化器22输出与从积分器21输出的模拟信 号对应的数字信号。DA转换器29输出与量化器22的数字信号相应的模拟信号，并将其输 入到加法器16、 19。运算器17是对从加法器16输出的模拟信号进行比例变换的装置，它使 从加法器16输出的模拟信号变成cl倍，输入到积分器18。运算器20是对从加法器19输 出的模拟信号进行比例变换的装置，它使从加法器19输出的模拟信号变成c3倍，输入到积 分器21 。运算器23是决定从量化器22向加法器16的模拟反馈量的装置，它使DA转换器 29输出的模拟信号变成dl倍，输入到加法器16。运算器24是决定从量化器22向加法器 19的模拟反馈量的装置，它使DA转换器29输出的模拟信号变成c2倍，输入到加法器19。 第二级E -A调制电路A2由以上结构构成。 积分器9对量化器8输出的数字信号进行积分，将经过积分的数字信号引入一个 传递函数1/A(Z)，其输出的信号分成两路，一路信号输入到运算器ll，运算器11是对从积 分器10输出的数字信号进行比例变换的装置，将其信号变成k3倍，输入到积分器15。另 一路信号输入到加法器26，运算器25是对从量化器22输出的数字信号进行比例变换的装 置，它使从量化器22输出的数字信号变成k2倍，输入到加法器26。加法器26将另一路信 号与从运算器25输出的信号相加。加法器27将加法器26输出的信号与积分器15输出的 信号相加，供给输出端子30。噪声整形电路A3由以上结构构成。 在如上结构中，E - A型AD转换器以如下方式工作，S卩，在第一级E -A调制电路 Al中，由加法器2从输入端子1输入的模拟信号减去用运算器12使DA转换器28输出的模 拟信号变成bl倍的信号。加法器2输出的模拟信号在用运算器3成为al倍后，被积分器 4积分。 由加法器5从积分器4输出的模拟信号中减去用运算器13使DA转换器28输出 的模拟信号成为a2倍的信号。加法器5输出的模拟信号在用运算器6成为a3倍后，被积 分器7积分。 积分器7的输出信号被量化器8进行模拟-数字转换，输出到积分器9。
积分器7的输出信号被施加至第二级E -A调制电路A2，这时，积分器7的输出 信号被运算器14进行了比例运算，即，积分器7的输出信号的电压电平被运算器14变为k 倍。然后由加法器16从用运算器14进行了比例运算的模拟信号中减去用运算器23使DA 转换器29的模拟输出信号变成dl倍的信号，加法器16输出的模拟信号被运算器17变成 cl倍后，被积分器18积分。 由加法器19从积分器18输出的模拟信号中减去用运算器24使DA转换器29输出 的模拟信号成为c2倍的信号。加法器19输出的模拟信号被运算器20变成c3倍后，被积 分器21积分。积分器21的输出信号被量化器22进行模拟-数字转换，输出到运算器25。
将量化器8输出的数字信号输入到积分器9中，将经过积分后的数字信号输入到 积分器10中，将经过积分器10后输出的信号分成两路， 一路信号被运算器21变成k3倍后， 输入到积分器15，被积分器15积分。加法器26将量化器22输出的数字信号被运算器25 变成k2倍后的信号与将经过积分器10后输出的另一路信号相加，加法器27将由积分器15
5输出的信号与加法器26输出的信号相加，从输出端子30输出。 如上所述，从输入端子1到量化器8的输出端构成了 2次第一级E -A调制电路 Al。另外，从运算器14的输入端到量化器22的输出端构成了2次第二级E-A调制电路 A2。从积分器9的输入端和运算器25的输入端到加法器27的输出端构成了噪声整形电路 A3。 设第一级E -A调制电路A1的输入为X，输出为Y1，第二级E -A调制电路A2的 输出为Y2，在输出端子30上呈现的输出为Y，量化器8的量化噪声为El，量化器22的量化 噪声为E2，运算器3、6、11、12、13、14、17、20、23、24、25的增益系数分别为al、a3、k3、bl、a2、 k、cl、c3、dl、c2、k2，则第一级E -A调制电路A1的输出Yl可用下面的式(1)表示
Yi = a^/ {(z_b) 2+a2a3 (z_b) +￡^1^} X+ (z_b) 2/ {(z_b) 2+a2a3 (z_b) +￡^1^} E工
......
(1) 另外，第二级E - A调制电路A2的输出Y2可用下面的式(2)表示
Y2 = (aia^K/Kz-by+a^z-tO+aAbjKaia^KlVKz-by+aWz-tO+aAbi} E「罕233 (z_b) K/{(z_b) +a2a3 (z_b)+3^3^} E,(z-b) / {(z_b) +a2a3 (z_b)+3^3!^} E2
......
(2) 经噪声整形电路A3后，输出信号Y有表示如(3) Y = a/ {a2 (z_b) 2A (z)} X+ (z_b) 2K2/A (z) E2 ......(3) 其中噪声整形电路中参数设置为 A(z) = (z-b)2+a2a3(z-b)+8^313" K2 = 1/(a^a/K) ， K3 = aA/^ ; 对于上述级联E -A型AD转换器，量化器8引入的量化噪声E工并不影响最终输
出Y，而量化器22引入的量化噪声E2在最终输出信号Y中起着至关重要的作用。因而，减
少量化噪声&，调制器的THD(总谐波失真)将会随之减小，信噪比SNR增大。 如图2所示，其为本发明所用到的积分器，积分器4、7、18、21、9、15所含反馈因子
b，其中b为可调的，|b| <= 1，其目的在于调整积分器4、7、18、21、9、15的输出信号幅度，
防止出现量化器过载现象。 实施例一 b = 0. 9 ;al = a2 = 1 ;a3 = 1. 5 ;bl = 1 ;cl = c2 = 1 ;c3 = 1. 5 ;dl
=1 ;k = 4/9。其中通过各参数的匹配，可以消除第一级E -A调制电路的量化噪声，达到 较高的信噪比，如3所示，其输出信号的信噪比达到了 150dB以上。总谐波失真很小，如图 4所示，总谐波失真THD几乎为零。 实施例二 b = -0. 5 ;al = 0. 1 ;a2 = 0. 2 ;a3 = 0. 2 ;bl = 0. 5 ;cl = 0. 1 ;c2 = 0. 2 ;c3 = 0. 2 ;dl = 0. 5 ;k = 1。 实施例三b = -0. 3 ;al = 0. 1 ;a2 = 0. 2 ;a3 = 0. 2 ;bl = 0. 1 ;cl = 0. 1 ;c2 =
0. 2 ;c3 = 0. 2 ;dl = 0. 1 ;k = 1在上述几组数据中，量化器8、22分别为两位量化器与多位
量化器情况下，均有较佳实施例。量化器8引入的量化噪声E工并不影响最终输出Y，而量化 器22引入的量化噪声E2在最终输出信号Y中起着至关重要的作用。因而，减少量化噪声 E^调制器的THD(总谐波失真)将会随之减小，信噪比SNR增大。积分器10引入了传递函数1/A(Z)，即有关z的函数A(z)其设置目的在于在积分器9、15，运算器11、25，加法器26、27共同作用下消去第一级E -A调制电路A1输出信
号l与第二级E -A调制电路A2输出信号L中量化器8引入的量化误差Ep并对量化器
22引入的量化误差E2进一步整形；量化器8、22选取原则在于降低E _ A型AD转换器输出
信号Y的总谐波失真，使得量化噪声尽可能不影响输出信号Y;可证实选取不同的量化器8、
22可以使得未经低通滤波的输出信号总谐波失真降低至0. 05%以下。 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精
神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种西格玛-德尔塔模数转换器，其特征在于具备包含第1和第2加法器、第1和第2积分器、第1量化器、第1DA转换器的第一级西格玛-德尔塔调制电路；包含第3和第4加法器、第3和第4积分器、第2量化器、第2DA转换器的第二级西格玛-德尔塔调制电路；对所述第一级西格玛-德尔塔调制电路和第二级西格玛-德尔塔调制电路进行噪声整形的噪声整形电路；所述第1加法器从由外部输入的模拟信号中减去所述第1DA转化器输出的模拟信号；所述第1积分器对所述第1加法器输出的模拟信号进行积分；所述第2加法器从所述第1积分器输出的模拟信号中减去所述第1DA转化器输出的模拟信号；所述第2积分器对所述第2加法器输出的模拟信号进行积分；所述第1量化器输出与所述第2积分器输出的模拟信号相应的数字信号；所述第1DA转化器输出与所述第1量化器输出的数字信号相应的模拟信号，将其输入到所述第1和第2加法器；所述第3加法器从所述第2积分器输出的模拟信号中减去所述第2DA转换器输出的模拟信号；所述第3积分器对所述第3加法器输出的模拟信号进行积分；所述第2量化器输出与所述第4积分器输出的模拟信号相应的数字信号；所述第2DA转化器输出与所述第2量化器输出的数字信号相应的模拟信号，将其输入到所述第3和第4加法器；所述噪声整形电路将第所述第1量化器输出的数字信号进行积分和比例变.换，并将第2量化器输出的数字信号进行比例变换，并将变换后的信号相加输出。
2. 如权利要求1所述的西格玛-德尔塔模数转换器，其特征在于所述的第1、第2、第 3和第4积分器为同类的积分器，均带有反馈因子b，其中b满足以下关系式|b| < = 1。
全文摘要
本发明提供了一种西格玛-德尔塔模数转换器，该转换器通过将两个2阶或以上阶数的∑-Δ调制电路级联，然后将两级∑-Δ调制电路输出的信号进行噪声整形，消除了第一级∑-Δ调制电路的量化噪声，并且可以提高SNR(信噪比)，减小总谐波失真。
文档编号H03M3/02GK101729074SQ20081021720
公开日2010年6月9日 申请日期2008年10月31日 优先权日2008年10月31日
发明者冯卫, 张礼振, 李海, 杨云, 马双双 申请人:比亚迪股份有限公司