專利名稱：二階分時(shí)復(fù)用Delta-Sigma調(diào)制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明應(yīng)用于集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，用于Delta-Sigma調(diào)制器的實(shí)現(xiàn)。具體涉及一種將分時(shí)復(fù)用積分器的技術(shù)應(yīng)用于Delta-Sigma調(diào)制器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。
背景技術(shù)：
典型的二階調(diào)制器可以表示為圖1的結(jié)構(gòu)形式?；诓煌腟pSJH位，圖1的調(diào)制器電路的工作狀態(tài)分別如圖2中(a)、(b)所示，其中用粗線條表示的器件代表處于“忙碌”狀態(tài)，箭頭指示方向代表信號(hào)“流動(dòng)”方向。在S1相位時(shí)，如圖2(a)所示，輸入信號(hào)被第一級(jí)采樣電容Csl采樣，與此同時(shí)，第二級(jí)采樣電容Cs2中的信號(hào)被第二級(jí)積分器積分，信號(hào)轉(zhuǎn)移到第二級(jí)積分電容Cf2中，在此相位，信號(hào)分別“流動(dòng)”到Csl和Cf2中，并被鎖存到鎖存比較器中；當(dāng)工作在S2相位時(shí)，如圖2(b)所示，第一級(jí)積分器進(jìn)行積分運(yùn)算，將上一相位時(shí)保存到Csl中的信號(hào)轉(zhuǎn)移到Cfl中去，并被Cs2采樣，與此同時(shí)，量化器對上一相位時(shí)保存到 Cf2中的信號(hào)進(jìn)行量化，并且輸出到D觸發(fā)器中，D觸發(fā)器在Si、S2相位始終保持“忙碌”狀態(tài)。在時(shí)鐘相位S1和S2的交替工作下，信號(hào)持續(xù)的從輸入“流向”輸出。通過上面的描述，可以觀察到信號(hào)在圖2中是按行波方式從輸入向輸出“流動(dòng)”。 并且，通過圖2可以清楚的看到，無論哪個(gè)相位，兩個(gè)積分器中只有一個(gè)處于“忙碌”狀態(tài)， 造成了功耗和芯片面積上的浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容
從前文的分析可知，典型Delta-Sigma調(diào)制器中各級(jí)積分器的利用率只有50%， 造成了功耗和芯片面積上的浪費(fèi)。而且，無論處于哪個(gè)相位，在二階Delta-Sigma調(diào)制器的兩個(gè)積分器中只有一個(gè)處于“忙碌”狀態(tài)。也就是說，在圖1的結(jié)構(gòu)中，每個(gè)積分器都有一半的時(shí)間處于“閑置”狀態(tài)?；谶@個(gè)出發(fā)點(diǎn)，構(gòu)建一種結(jié)構(gòu)，僅使用一個(gè)積分器，隨著時(shí)鐘相位的切換，該積分器在原兩級(jí)積分器中的兩個(gè)角色之間切換，在某一個(gè)相位充當(dāng)積分器1 的角色，而在另一個(gè)相位充當(dāng)積分器2的角色，則該積分器的利用率可以被提高到100%， 時(shí)刻都處于“忙碌”狀態(tài)，這就是分時(shí)復(fù)用Delta-Sigma調(diào)制器的基本設(shè)計(jì)思想?；谶@一思想，本發(fā)明基于分時(shí)復(fù)用的技術(shù)提出一種新的Delta-Sigma調(diào)制器實(shí)現(xiàn)方法，主要的技術(shù)特點(diǎn)在于1.基于分時(shí)復(fù)用原理充分利用每一個(gè)積分器，使一個(gè)積分器在不同的時(shí)刻扮演不同積分器的角色，提高其利用率；2.僅使用一個(gè)積分器就可以構(gòu)成二階Delta-Sigma調(diào)制器，節(jié)省了功耗；3.僅使用一個(gè)積分器就可以構(gòu)成二階Delta-Sigma調(diào)制器，節(jié)省了芯片面積；基于同樣的原理，本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)勢在于1.相對于經(jīng)典的二階Delta-Sigma調(diào)制器，二階分時(shí)復(fù)用調(diào)制器有效降低了功耗；2.相對于經(jīng)典的二階Delta-Sigma調(diào)制器，二階分時(shí)復(fù)用調(diào)制器降低了芯片面積。


圖1典型單環(huán)二階Delta-Sigma調(diào)制器電路原理圖；圖2典型調(diào)制器工作狀態(tài)及信號(hào)流圖(a) φ 相位(b) φ2相位；圖3分時(shí)復(fù)用調(diào)制器電路原理圖；圖4 二階分時(shí)復(fù)用Delta-Sigma調(diào)制器模型；圖5兩相非重疊時(shí)鐘相位關(guān)系圖；圖6 二階分時(shí)復(fù)用Delta-Sigma調(diào)制器不同相位信號(hào)流圖(a) φ 相位(b) φ2相位。圖7 二階分時(shí)復(fù)用Delta-Sigma調(diào)制器行為級(jí)模型功率譜密度。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明公開的二階分時(shí)復(fù)用Delta-Sigma調(diào)制器的結(jié)構(gòu)和工作過程。如圖3所示，本發(fā)明公開的二階分時(shí)復(fù)用Delta-Sigma調(diào)制器主要由以下幾部分電路組成二階分時(shí)復(fù)用積分器、一位量化器、D觸發(fā)器以及若干開關(guān)組成；具體特征為，二階分時(shí)復(fù)用積分器中，開關(guān)Sh將輸入信號(hào)Vin+連接到采樣電容Csw的正極板上，開關(guān)S" 將輸入信號(hào)Vin-連接到采樣電容Csl_2的正極板上，Csl^1的正極板還通過開關(guān)、· Vout連接到參考電平Vref+，同時(shí)通過開關(guān)民連接到參考電平VMf_，Csl_2的正極板還通過開關(guān) S2-2 · Vout連接到參考電平Vref_，同時(shí)通過開關(guān)連接到參考電平Vref+，采樣電容Csw 的負(fù)極板通過開關(guān)Sf1連接到運(yùn)放的反相輸入端，同時(shí)通過開關(guān)Sp1連接到共模電平V。mi， 采樣電容Csl_2的負(fù)極板通過開關(guān)s4_2連接到運(yùn)放的同相輸入端，同時(shí)通過開關(guān)s3_2連接到共模電平v。mi，積分電容Cfl_i的正極板通過開關(guān)S5+i連接到運(yùn)放AMP的反相輸入端，同時(shí) Cfl^1的負(fù)極板通過開關(guān)S5+2連接到運(yùn)放AMP的同相輸出端，積分電容Cfl_2的正極板通過開關(guān)S5I1連接到運(yùn)放AMP的同相輸入端，同時(shí)Cfl_2的負(fù)極板通過開關(guān)S5_2_2連接到運(yùn)放AMP 的反相輸出端，采樣電容CsH的正極板通過開關(guān)SH連接到Cfl_i的負(fù)極板，Cs2^1的正極還通過開關(guān)Sp1 · Vout和開關(guān)Sm ^；分別連接到參考電平Vref+和VMf_，采樣電容Cs2_2的正極板通過開關(guān)S6_2連接到Cf2_2的負(fù)極板，Cs2_2的正極板還通過開關(guān)S7_2 -Vout和開關(guān)&分別連接到參考電平和VMf+，Cs2^1的負(fù)極板通過開關(guān)、連接到運(yùn)放的反相輸入端，并且通過開關(guān)Sp1連接到共模電平V。mi，Cs2_2的負(fù)極板通過開關(guān)S9_2連接到運(yùn)放的同相輸入端， 并且通過開關(guān)s8_2連接到共模電平v。mi，積分電容Cf2_i的正/負(fù)極板分別通過開關(guān)SiciI1和開關(guān)s1(l+2連接到運(yùn)放的反相輸入端和同相輸出端，并且cf2_i的負(fù)極板連接到一位量化器的正輸入端，積分電容cf2_2的正/負(fù)極板分別通過開關(guān)S1^1和開關(guān)SltlI2連接到運(yùn)放的同相輸入端和反相輸出端，并且Cf2_2的負(fù)極板連接到一位量化器的負(fù)輸入端，一位量化器通過開關(guān)(S11)定時(shí)采樣，將量化結(jié)果輸入到D觸發(fā)器的輸入端，D觸發(fā)器通過開關(guān)S12定時(shí)， D觸發(fā)器的輸出即為調(diào)制器的輸出V。ut。如圖4所示為二階分時(shí)復(fù)用Delta-Sigma調(diào)制器的原理圖。圖4中有三個(gè)開關(guān)，SpS2* S3，根據(jù)時(shí)鐘節(jié)拍的不同，三個(gè)開關(guān)分別在節(jié)點(diǎn)Φ1和Φ2之間進(jìn)行切換，圖中所表示的兩個(gè)平行積分器實(shí)際上代表的是一個(gè)積分器，在不同相位下充當(dāng)不同積分器的角色。
圖4中Y1和Y2分別代表第一級(jí)積分器和第二級(jí)積分器的輸出，兩個(gè)積分器實(shí)質(zhì)上是同一個(gè)積分器，僅僅是在不同的時(shí)鐘相位中處于不同的邏輯位置。從圖4中可以得到如下等式
權(quán)利要求
1. 一種電路結(jié)構(gòu)，包括針對積分器“忙-閑”狀態(tài)轉(zhuǎn)換造成利用率較低的問題，本發(fā)明公開的二階分時(shí)復(fù)用 Delta-Sigma調(diào)制器通過分時(shí)復(fù)用技術(shù)提高了積分器的利用率，減小了電路面積與功耗開銷，本發(fā)明公開的二階分時(shí)復(fù)用Delta-Sigma調(diào)制器主要由二階分時(shí)復(fù)用積分器、一位量化器、D觸發(fā)器組成；具體特征為，開關(guān)(Sw)將輸入信號(hào)(Vin+)連接到采樣電容(Csw) 的正極板上，開關(guān)(S1J將輸入信號(hào)(Vin-)連接到采樣電容(Csl_2)的正極板上，(Csw)的正極還通過開關(guān)(S2^vwt)連接到參考電平(vMf+)，同時(shí)通過開關(guān)(S2v^;璉接到參考電平(VrefJ，(Csl_2)的正極還通過開關(guān)(S2_2*V。ut)連接到參考電平(VrefJ，同時(shí)通過開關(guān) (民-2·^)連接到參考電平(Vref+)，采樣電容(C^1)的負(fù)極板通過開關(guān)(S4J連接到運(yùn)放的反相輸入端，同時(shí)通過開關(guān)(Sp1)連接到共模電平(V。mi)，采樣電容(Csl_2)的負(fù)極板通過開關(guān)(S4_2)連接到運(yùn)放的同相輸入端，同時(shí)通過開關(guān)(S3_2)連接到共模電平(V。mi)，積分電容 (Cfl^1)的正極板通過開關(guān)(S5_h)連接到運(yùn)放(AMP)的反相輸入端，同時(shí)(CflJ的負(fù)極板通過開關(guān)(S5+2)連接到運(yùn)放(AMP)的同相輸出端，積分電容(Cfl_2)的正極板通過開關(guān)(S5I1) 連接到運(yùn)放(AMP)的同相輸入端，同時(shí)(Cfl_2)的負(fù)極板通過開關(guān)(S5_2_2)連接到運(yùn)放(AMP) 的反相輸出端，采樣電容(Cs2J的正極板通過開關(guān)(S6J連接到(Cfw)的負(fù)極板，(Cs2J 的正極還通過開關(guān)(S7_i · Vout)和開關(guān)(盡分別連接到參考電平(VMf+)和(VrefJ，采樣電容(Cs2_2)的正極板通過開關(guān)(S6_2)連接到(Cf2_2)的負(fù)極板，(Cs2_2)的正極板還通過開關(guān)(S7-2 · Vout)和開關(guān)(&_2·^；)分別連接到參考電平(VMf_)和(Vref+)，(Cs2^1)的負(fù)極板通過開關(guān)(S9J連接到運(yùn)放的反相輸入端，并且通過開關(guān)(V1)連接到共模電平(V。mi)，(Cs2_2) 的負(fù)極板通過開關(guān)(S9_2)連接到運(yùn)放的同相輸入端，并且通過開關(guān)(S8_2)連接到共模電平 (v。mi)，積分電容(Cf2_i)的正/負(fù)極板分別通過開關(guān)(SltlI1)和開關(guān)(s1(l+2)連接到運(yùn)放的反相輸入端和同相輸出端，并且(cf2_i)的負(fù)極板連接到一位量化器的正輸入端，積分電容 (cf2_2)的正/負(fù)極板分別通過開關(guān)(SltlI1)和開關(guān)(SltlI2)連接到運(yùn)放的同相輸入端和反相輸出端，并且(Cf2_2)的負(fù)極板連接到一位量化器的負(fù)輸入端，一位量化器通過開關(guān)(S11) 定時(shí)采樣，將量化結(jié)果輸入到⑶觸發(fā)器的輸入端，⑶觸發(fā)器通過開關(guān)(S12)定時(shí)，⑶觸發(fā)器的輸出即為調(diào)制器的輸出(V。ut)。
全文摘要
在Delta-Sigma調(diào)制器中，積分器的作用至關(guān)重要，但在典型的Delta-Sigma調(diào)制器中各級(jí)積分器都存在“忙”-“閑”狀態(tài)轉(zhuǎn)換，利用率只有50％。針對這個(gè)問題，本發(fā)明公開了一種基于分時(shí)復(fù)用技術(shù)的二階Delta-Sigma調(diào)制器，將積分器分時(shí)的分配給不同的環(huán)路使用，使各級(jí)積分器在每個(gè)時(shí)鐘相位下都處于“忙碌”狀態(tài)，利用率提高到100％。對比典型的Delta-Sigma調(diào)制器，本發(fā)明公開的二階分時(shí)復(fù)用Delta-Sigma調(diào)制器在面積和功耗方面都具有良好的性能提升。本發(fā)明公開的二階分時(shí)復(fù)用Delta-Sigma調(diào)制器由二階分時(shí)復(fù)用積分器、一位量化器和D觸發(fā)器組成。
文檔編號(hào)H03M3/00GK102270991SQ201010193020
公開日2011年12月7日 申請日期2010年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月7日
發(fā)明者樂大珩, 何小威, 孫巖, 張均安, 張明, 張民選, 李少青, 段志奎, 譚曉強(qiáng), 趙振宇, 郭陽, 陳吉華, 馬卓 申請人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)