專利名稱：帶有數(shù)字－模擬轉(zhuǎn)換器的電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包含數(shù)字—模擬轉(zhuǎn)換器的電路。數(shù)字—模擬轉(zhuǎn)換器使用一系列數(shù)字信號(hào)來(lái)產(chǎn)生輸出信號(hào)，所說(shuō)的輸出信號(hào)取一系列模擬信號(hào)電平的形式，一系列模擬信號(hào)電平是在數(shù)字信號(hào)控制下從一組可得到的電平中選擇出來(lái)的。數(shù)字信號(hào)通常是二進(jìn)制信號(hào)，每個(gè)信號(hào)值包含一個(gè)或多個(gè)比特。
背景技術(shù)：
美國(guó)專利No.5608401公開了一種具有3個(gè)可能的輸出電平的數(shù)字—模擬轉(zhuǎn)換器。這個(gè)電路包括一個(gè)電壓源、一個(gè)負(fù)載、和多個(gè)開關(guān)，它們組成橋式結(jié)構(gòu)，因此可能按照兩個(gè)彼此相反的極性在負(fù)載的兩端提供電壓源的電壓。這樣產(chǎn)生兩個(gè)可能的電平。第三個(gè)電平是通過(guò)從負(fù)載上完全斷開電壓源產(chǎn)生的。美國(guó)專利No.5608401描述了如何使用這個(gè)電路當(dāng)在負(fù)載兩端不需要任何電壓時(shí)避免靜態(tài)功率消耗。
數(shù)字—模擬轉(zhuǎn)換器的一個(gè)重要的性質(zhì)是它的動(dòng)態(tài)范圍。動(dòng)態(tài)范圍是在差別最小的信號(hào)之間最大輸出幅度和量化噪聲幅度之比。在一般情況下，通過(guò)使用具有較大比特?cái)?shù)目的多比特信號(hào)可以增加數(shù)字—模擬轉(zhuǎn)換器的動(dòng)態(tài)范圍。但在另一方面，這又使數(shù)字—模擬轉(zhuǎn)換器更加復(fù)雜，并且增加了轉(zhuǎn)換器對(duì)于非線性的敏感度，這種情況在不同數(shù)字信號(hào)輸出的連續(xù)模擬電平之間的階躍變化不相同時(shí)發(fā)生。
這個(gè)問(wèn)題的一個(gè)解決方案是所謂的∑Δ技術(shù)，其中使用了一個(gè)比特的數(shù)字—模擬轉(zhuǎn)換器，它操作時(shí)的采樣頻率比最終的輸出信號(hào)所需的采樣頻率高得多。對(duì)于這樣的一個(gè)比特的數(shù)字—模擬轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)進(jìn)行低通濾波(或帶通濾波)。使濾波器的輸出對(duì)應(yīng)期望的輸出信號(hào)的平均值。這個(gè)濾波器抑制了非使用頻率的量化噪聲。因此，可以實(shí)現(xiàn)高的動(dòng)態(tài)范圍，同時(shí)又避免出現(xiàn)線性問(wèn)題，因?yàn)橐粋€(gè)比特的數(shù)字—模擬轉(zhuǎn)換器在輸出電平之間只有一個(gè)階躍的間隔。
以此方式，可以實(shí)現(xiàn)高線性的、具有高動(dòng)態(tài)范圍的數(shù)字—模擬轉(zhuǎn)換器?？蓪?shí)現(xiàn)的動(dòng)態(tài)范圍只受一個(gè)比特的數(shù)字—模擬轉(zhuǎn)換器的最大有效采樣頻率的限制。

發(fā)明內(nèi)容
除了其它目的以外，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種具有數(shù)字—模擬轉(zhuǎn)換器的電路，所說(shuō)的電路能夠以較低的采樣頻率實(shí)現(xiàn)高的動(dòng)態(tài)范圍和良好的線性，或者在與一個(gè)比特的數(shù)字—模擬轉(zhuǎn)換器相同的采樣頻率下可實(shí)現(xiàn)較高的動(dòng)態(tài)范圍。
本發(fā)明提供根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路。按照本發(fā)明，提供具有數(shù)字輸入的數(shù)字—模擬轉(zhuǎn)換器，所說(shuō)的數(shù)字輸入可以在至少3個(gè)電平之間進(jìn)行選擇。通過(guò)在相同方向相加兩個(gè)信號(hào)源(如電流源)的貢獻(xiàn)可以產(chǎn)生兩個(gè)電平的模擬輸出信號(hào)。通過(guò)扣除這個(gè)貢獻(xiàn)，可以產(chǎn)生兩個(gè)輸出電平之間的一個(gè)中間電平。兩個(gè)相互相反方式的扣除是可能的一種方式是第一信號(hào)源貢獻(xiàn)正的符號(hào)而第二信號(hào)源貢獻(xiàn)負(fù)的符號(hào)；另一種方式是第一信號(hào)源貢獻(xiàn)負(fù)的符號(hào)而第二信號(hào)源貢獻(xiàn)正的符號(hào)。這兩種方式交替地進(jìn)行，以保證平均來(lái)說(shuō)中間電平剛好是相加兩個(gè)信號(hào)源的貢獻(xiàn)獲得的電平的一半。這樣，就不需要任何準(zhǔn)確的校準(zhǔn)過(guò)程來(lái)提供高線性的數(shù)字—模擬轉(zhuǎn)換器。
優(yōu)選地，交替進(jìn)行彼此相反的扣除方式，以使由于交替引起的誤差信號(hào)的大部分頻譜密度集中在數(shù)字—模擬轉(zhuǎn)換器的采樣頻率的一半附近的頻帶內(nèi)，只有相當(dāng)少的頻譜密度在零頻率附近的頻帶內(nèi)。
原則上，這是可以實(shí)現(xiàn)的，為此每當(dāng)必須輸出中間電平時(shí)可使符號(hào)交替變化。這就容易保證平均來(lái)說(shuō)兩種符號(hào)的使用頻率是相同的，并且可使符號(hào)改變的頻率最大。然而，最大頻率受到中間電平出現(xiàn)的頻率的限制，結(jié)果使這個(gè)頻率不能足夠地高。
在一個(gè)實(shí)施例中，電路使用第一相位之間的第二歸零相位，其中的輸出信號(hào)由數(shù)據(jù)確定。在歸零相位時(shí)，所說(shuō)的貢獻(xiàn)彼此抵消。在這個(gè)實(shí)施例中，所說(shuō)的貢獻(xiàn)彼此相反的符號(hào)交替改變，每當(dāng)在第一相位中出現(xiàn)第三值時(shí)以及每當(dāng)?shù)诙辔坏闹辽僖徊糠殖霈F(xiàn)的時(shí)候觸發(fā)符號(hào)的改變。這樣，輸出信號(hào)的一部分有效地形成了一個(gè)高頻數(shù)字振蕩信號(hào)，其中的輸出信號(hào)取通過(guò)抵消所說(shuō)的貢獻(xiàn)獲得的數(shù)值，而且所說(shuō)的高頻數(shù)字振蕩信號(hào)在第一相位和第二相位中的兩個(gè)電平之間來(lái)回轉(zhuǎn)換。這個(gè)振蕩器的振蕩是相位調(diào)制的，與數(shù)字輸入信號(hào)取高值和低值之間的第三值時(shí)的這個(gè)數(shù)字輸入信號(hào)有關(guān)。以此方式，將在第一相位中使用的信號(hào)偏差的頻譜密度調(diào)制成第二相位中偏差的頻譜密度。借此，可使頻譜密度定位在高頻，因而將其過(guò)濾掉更加容易。
優(yōu)選地，可以使用差分輸出，兩個(gè)信號(hào)源都耦合到第一輸出端，或者兩個(gè)信號(hào)源都耦合到第二輸出端，從而可以得到兩個(gè)極端的電平，并且信號(hào)源中的每一個(gè)都耦合到對(duì)應(yīng)的一個(gè)輸出端以產(chǎn)生中間電平。
下面參照附圖詳細(xì)描述按照本發(fā)明的這些和其它目的以及優(yōu)點(diǎn)方面。


圖1表示∑Δ式模擬—數(shù)字轉(zhuǎn)換器；圖2表示在轉(zhuǎn)換器中產(chǎn)生的信號(hào)；圖3表示一個(gè)反饋信號(hào)產(chǎn)生電路；圖4表示反饋信號(hào)。
具體實(shí)施例方式
圖1表示在∑Δ式模擬—數(shù)字轉(zhuǎn)換器中使用根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字—模擬轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器包含輸入級(jí)10、減法級(jí)12、回路濾波器14、量化器16、和反饋信號(hào)發(fā)生器18。輸入級(jí)10具有差分輸入端100a、b和耦合到減法級(jí)12的求和節(jié)點(diǎn)120a、b的輸出端。例如，圖中所示的輸入級(jí)10包含電容器104a、b和電阻器102a、b，它們串聯(lián)連接在每個(gè)輸入端100a、b和相應(yīng)的求和節(jié)點(diǎn)120a、b之間。
減法級(jí)12、濾波器14、量化器形成一個(gè)數(shù)字化級(jí)，用于從一個(gè)差分信號(hào)形成數(shù)字輸出信號(hào)，所說(shuō)的差分信號(hào)是從輸入信號(hào)和輸出信號(hào)之間的平均差中獲得的。減法級(jí)12包含一個(gè)差分放大器122，它的輸入端耦合到求和節(jié)點(diǎn)120a、b，反饋電容器124a、124b耦合在放大器122的輸出端和它的輸入端之間。減法級(jí)12的輸出經(jīng)過(guò)回路濾波器14耦合到量化器16。量化器16有一個(gè)時(shí)鐘輸入端，量化器16的輸出形成∑Δ轉(zhuǎn)換器的輸出。量化器16的輸出反向耦合到反饋信號(hào)發(fā)生器18的一個(gè)輸入端。反饋信號(hào)發(fā)生器18具有耦合到減法級(jí)12的求和節(jié)點(diǎn)120a、b的差分輸出端?；芈窞V波器14例如是4價(jià)濾波器，但濾波器的準(zhǔn)確類型對(duì)于本發(fā)明來(lái)說(shuō)并不重要。
操作中，在輸入端100a、b加上差分輸入信號(hào)，在量化器16的輸出端產(chǎn)生數(shù)字輸出信號(hào)。通過(guò)減法級(jí)12相互扣除對(duì)應(yīng)于差分輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的信號(hào)。通過(guò)回路濾波器14過(guò)濾最終的差值，并將其量化以確定輸出信號(hào)?；芈窞V波器14對(duì)于時(shí)間平均所說(shuō)的差值。結(jié)果，∑Δ轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生了跟蹤差分輸入信號(hào)的并且對(duì)于時(shí)間取過(guò)平均的輸出信號(hào)。
圖2表示時(shí)鐘信號(hào)和代表量化器16的輸出信號(hào)的信號(hào)B。對(duì)于量化器16進(jìn)行設(shè)計(jì)，使其對(duì)于每個(gè)時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生一個(gè)輸出信號(hào)值，輸出信號(hào)取3個(gè)信號(hào)值中的一個(gè)。信號(hào)B限于代表這些數(shù)值的3個(gè)可能的電平(當(dāng)然量化器的實(shí)際輸出信號(hào)可以代表任何形式電平的數(shù)字信號(hào)，例如對(duì)于每個(gè)輸出信號(hào)使用2個(gè)比特)。例如，為了實(shí)施量化器16，可以在量化器16中使用兩個(gè)比較器(未示出)，當(dāng)在它的輸入端信號(hào)之間的差小于兩個(gè)比較器的閾值電平時(shí)量化器產(chǎn)生第一值，當(dāng)這個(gè)差值小于兩個(gè)閾值電平之一但大于另一個(gè)的閾值電平的時(shí)候，量化器產(chǎn)生第二值，當(dāng)這個(gè)差大于兩個(gè)閾值電平的時(shí)候量化器產(chǎn)生第三值。
反饋信號(hào)發(fā)生器18向減法電路提供對(duì)應(yīng)于信號(hào)B的反饋信號(hào)。在每個(gè)時(shí)鐘周期，出現(xiàn)第一相位和第二相位。在第一相位中，由這個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)的信號(hào)B確定反饋信號(hào)I。在第二相位，反饋信號(hào)與信號(hào)B無(wú)關(guān)。第二相位用作不同時(shí)鐘周期的第一相位之間的歸零相位，以消除在不同時(shí)鐘周期的第一相位中提供的信號(hào)之間的相互作用的效果。在第一相位中提供的反饋信號(hào)I可以取3個(gè)不同的值與第二相位相同的值24a-d或者在這個(gè)值24a-d的相對(duì)的兩側(cè)的值20a-b以及22a-c。
當(dāng)?shù)谝幌辔恢械姆答佇盘?hào)I取與第二相位相同的值24a-c的時(shí)候，這可以通過(guò)同一個(gè)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，這個(gè)裝置用來(lái)產(chǎn)生第二相位中的信號(hào)。幾乎不用或根本不用附加的硬件來(lái)產(chǎn)生具有3個(gè)可能電平的反饋信號(hào)I。
圖3表示一個(gè)數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，包含；解碼器40、第一和第二電流源42a、b、第三和第四電流源44a、b、多個(gè)開關(guān)46a-d。數(shù)字—模擬轉(zhuǎn)換器的第一和第二輸出端48a、b在一起形成電路的差分輸出。第一輸出端48a耦合到第一電流源42a的輸出，數(shù)字—模擬轉(zhuǎn)換器的第二輸出端48b耦合到第二電流源42b的輸出。第一輸出端48a經(jīng)過(guò)對(duì)應(yīng)的開關(guān)46a、b分別耦合到第三和第四電流源44a、b的輸出。第二輸出端48a經(jīng)過(guò)另外的對(duì)應(yīng)開關(guān)46c、d分別耦合到第三和第四電流源44a、b的輸出。對(duì)于第一、第二、第三、和第四電流源42a、b、44a、b進(jìn)行安排，以使它們可以提供基本上相同的輸出電流。在時(shí)鐘輸入信號(hào)clk和在數(shù)字輸入端41接收的數(shù)字信號(hào)的控制下通過(guò)解碼器40控制這些開關(guān)。
圖4表示的信號(hào)用來(lái)說(shuō)明圖3電路的操作。第一個(gè)信號(hào)clk表示時(shí)鐘信號(hào)，用I和II表示時(shí)鐘周期的交替的第一和第二相位。第二個(gè)信號(hào)B表示數(shù)字輸入信號(hào)的一個(gè)例子。數(shù)字信號(hào)包含一系列代碼值，這些代碼值代表信號(hào)值。如圖所示，數(shù)字輸入信號(hào)B取3個(gè)電平，這3個(gè)電平對(duì)應(yīng)于不同的代碼值。
第三個(gè)信號(hào)Idiff表示流到輸出端48a、b的凈電流之間的差。這個(gè)電路按照兩個(gè)交替的相位I、II進(jìn)行操作。在第一相位I，解碼器40根據(jù)數(shù)據(jù)控制開關(guān)46a-d以便向輸出端48a、b提供與凈電流差有關(guān)的數(shù)據(jù)。在第二相位II，解碼器40控制開關(guān)46a-d以便向輸出端48a、b提供歸零電流差。
當(dāng)數(shù)字輸入信號(hào)B對(duì)于高電平編碼的時(shí)候，解碼器40控制開關(guān)46a-d在第一相位，從而可以連接第三和第四電流源44a、b這兩者的輸出到第二電流源42b的輸出。這樣，在第一輸出上的凈電流就等于來(lái)自第一電流源42a的電流Ia。假定來(lái)自第一、第二、第三、和第四電流源42a、b的電流相等，則在第二輸出端48b上的凈電流就是-Ia。在第一和第二輸出端上的凈電流之差就是2Ia，這對(duì)應(yīng)于高電平差分輸出電流51。
類似地，當(dāng)數(shù)字輸入信號(hào)B對(duì)于低電平編碼的時(shí)候，解碼器40控制開關(guān)46a-d在第一相位，從而可以連接第三和第四電流源44a、b這兩者的輸出到第一電流源42b的輸出。這樣，在第一和第二輸出上的凈電流之間的差就變?yōu)?2Ia，這對(duì)應(yīng)于低電平差分輸出電流53。
當(dāng)數(shù)字輸入信號(hào)B對(duì)于一個(gè)第三電平編碼的時(shí)候，解碼器40控制開關(guān)46a-d在第一相位，從而可以連接第三和第四電流源44a、b這兩者的輸出分別到第一和第二電流源42b的輸出，或者分別到第二和第一電流源42b的輸出。這樣，在第一和第二輸出上的凈電流之間的差就變?yōu)?。
使電路以和歸零電平相同的方式輸出第三輸入信號(hào)。在第二相位，解碼器40還通過(guò)控制開關(guān)46a、b以連接第三和第四電流源44a、b的輸出分別到第一和第二電流源42b的輸出、或者分別到第二和第一電流源42b的輸出使這個(gè)差為0。
在實(shí)踐中，由于在實(shí)施不同的電流源中存在幾何或者參數(shù)的差別，電流源42a、b和44a、b提供的電流可能不同。電流不同的結(jié)果是，在歸零電平時(shí)來(lái)自輸出端48a、b的凈電流之差沒能準(zhǔn)確地處在高和低電平的差分輸出的中間。當(dāng)歸零電平只用作歸零電平而不用作可由數(shù)字輸入信號(hào)B選擇的第三輸出電平時(shí)，這根本不是問(wèn)題。但當(dāng)歸零電平用作可由數(shù)字輸入信號(hào)B選擇的第三輸出電平的時(shí)候，這將導(dǎo)致數(shù)字—模擬轉(zhuǎn)換器的非線性。
為了克服這個(gè)非線性，最好對(duì)于第三電平進(jìn)行斬波，為此可以使用兩個(gè)不同的狀態(tài)來(lái)提供第三電平的電流，使第三電平的輸出電流平均來(lái)說(shuō)剛好在高和低電平之間的中間。在第一狀態(tài)，解碼器40控制開關(guān)46a-d以連接第一電流源42a的輸出到第三電流源44a的輸出，并且連接第二電流源42b的輸出到第四電流源44b的輸出。相反，在第二狀態(tài)，解碼器40控制開關(guān)46a-d以連接第一電流源42a的輸出到第四電流源44b的輸出，并且連接第二電流源42b的輸出到第三電流源44a的輸出。
下面的表格總結(jié)歸納了在第一和第二狀態(tài)流到輸出端48a、b的凈電流，其中項(xiàng)目I1、I2、I3、I4分別表示來(lái)自第一、第二、第三、和第四電流源42a、b、44a、b的電流。此外，表中還包括對(duì)于高和低電平的數(shù)字輸入信號(hào)B的電流。
輸出端48a 輸出端48b 差B高電平 I1 I2-I3-I4I1-I2+I3+I4B低電平 I1-I3-I4 I2 I1-I2-I3-I4狀態(tài)1I1-I3 I2-I4 I1-I2-I3+I4狀態(tài)2I1-I4 I2-I3 I1-I2+I3-I4應(yīng)該記得，除了誤差以外，所有的I1-I4基本上相等。值得注意的是，對(duì)于I1、I2的相反的極性以及對(duì)于高和低的輸入信號(hào)B，電流差是不同的。在第一和第二狀態(tài)，對(duì)于高和低輸入信號(hào)B的電平之間的中點(diǎn)I1、I2的電平，存在一個(gè)小的偏差。第一和第二狀態(tài)的電平的平均值剛好在高和低輸入信號(hào)B的電平之間的中點(diǎn)I1、I2的電平。這種情況可用于中和補(bǔ)償非線性，即使電流彼此不等，也能夠進(jìn)行中和。
最好對(duì)于解碼器40進(jìn)行設(shè)計(jì)，以便在數(shù)字輸入信號(hào)取高和低電平之間的第三電平和/或處在第二相位時(shí)利用第一和第二兩種狀態(tài)來(lái)產(chǎn)生輸出電流。在不同的時(shí)鐘周期，解碼器40選擇不同的狀態(tài)，因此對(duì)于第三電平的輸出電流平均來(lái)說(shuō)處在高和低電平之間的中間，即好像頻繁地選擇兩個(gè)狀態(tài)似的。這樣，回路濾波器14將使用第三電平時(shí)發(fā)生的非線性最終得到平衡。
可以使用各種各樣的方法來(lái)選擇當(dāng)輸入信號(hào)取第三值時(shí)用于控制在第一相位I的輸出電流。每一種方法最好都能保證兩種狀態(tài)頻繁地出現(xiàn)，至少平均來(lái)說(shuō)是這樣的。當(dāng)然，在每個(gè)單個(gè)狀態(tài)的電流距理想值還有偏差，但因?yàn)槠骄鶃?lái)說(shuō)電流等于理想值，所以大多數(shù)偏差還能由回路濾波器14過(guò)濾掉。優(yōu)選的作法是，將偏差的大部分頻譜密度移動(dòng)到可由回路濾波器14濾掉的那些頻率上。因此，選擇狀態(tài)的方法最好應(yīng)該能夠促進(jìn)偏差的頻譜密度向較高頻率(可由回路濾波器14濾掉的那些頻率)的移動(dòng)。
在第一組實(shí)施例中，在第一相位I中使用的狀態(tài)與第二相位II中使用的狀態(tài)無(wú)關(guān)。然而，這限制了可以使用偏差的頻譜密度的最大頻率。因此，在第二組實(shí)施例中，在第一和第二相位中使用的狀態(tài)的選擇是彼此相關(guān)的。這就能使頻譜密度向較高頻率的移動(dòng)。
在第一相位中所用的狀態(tài)的選擇與第二相位中所用狀態(tài)無(wú)關(guān)的實(shí)施例中，可以使用任何狀態(tài)來(lái)提供在供給輸入信號(hào)控制電流的第一相位I之間的第二相位II中的歸零電流。例如，總是可以在第二相位使用相同的狀態(tài)。這將導(dǎo)致一個(gè)直流偏移信號(hào)，但這樣的直流偏移信號(hào)在大多數(shù)應(yīng)用中(如音頻輸出或無(wú)線信號(hào)接收)是不相關(guān)的。此外，在第二相位中所用的狀態(tài)在連續(xù)的時(shí)鐘周期中是交替改變的。在下一個(gè)替換例中，可以從一個(gè)時(shí)鐘周期到另一個(gè)時(shí)鐘周期觸發(fā)第二相位中所用的狀態(tài)。當(dāng)然，當(dāng)不需要?dú)w零電平時(shí)，電路可以在整個(gè)時(shí)鐘周期期間簡(jiǎn)單地提供由輸入信號(hào)控制的輸出電流。在這種情況下，在切換期間的過(guò)渡過(guò)程中，不需要第二相位，或者第二相位可以是短暫臨時(shí)的。
在第一相位中所用的狀態(tài)選擇與第二相位中所用狀態(tài)無(wú)關(guān)時(shí)，可以使用各種方法選擇第一相位I中的狀態(tài)。在第一實(shí)施例中，當(dāng)?shù)谌娖疆a(chǎn)生時(shí)，解碼器40簡(jiǎn)單地并且交替地使用狀態(tài)1和狀態(tài)2。這樣，就容易保證第三電平的平均電流差在高和低電平的電流差之間的中間。實(shí)現(xiàn)這種情況的方法例如是在解碼器40中包括一個(gè)觸發(fā)器(toggle flip-flop)(未示出)，當(dāng)輸入信號(hào)B選擇第三電平時(shí)觸發(fā)器控制用來(lái)控制開關(guān)46a-d的狀態(tài)，每當(dāng)輸入信號(hào)B選擇第三電平時(shí)觸發(fā)器觸發(fā)。以此方式，可將偏差的頻譜密度移向較高的頻率，但最大頻率受到第三電平發(fā)生的頻率的限制。當(dāng)最大頻率很低時(shí)，因?yàn)榈谌娖揭缘偷念l率發(fā)生，所以頻譜密度很小，但在某些應(yīng)用中，這個(gè)頻率太小，以致于不能使所說(shuō)的偏差最終得到平衡。
在一個(gè)實(shí)施例中，解碼器40在偶數(shù)時(shí)鐘周期中使用狀態(tài)1，在奇數(shù)時(shí)鐘周期中使用狀態(tài)2。這還能保證，第三電平的平均電流差在高和低電平的電流差之間的中間。為此，例如在解碼器40中包括一個(gè)觸發(fā)器(未示出)，當(dāng)輸入信號(hào)B選擇第三電平時(shí)觸發(fā)器控制用來(lái)控制開關(guān)46a-d的狀態(tài)，每個(gè)時(shí)鐘周期觸發(fā)器觸發(fā)。在下一個(gè)實(shí)施例中，可以使用一個(gè)偽隨機(jī)發(fā)生器(如精確設(shè)計(jì)的LFSR(線性反饋移位寄存器))來(lái)觸發(fā)所說(shuō)的觸發(fā)器。在所有的這些實(shí)施例中，移動(dòng)所說(shuō)的偏差的頻譜密度的最大頻率受到第三電平發(fā)生的頻率的限制。在某些應(yīng)用中，這個(gè)頻率太低，以致于不能使所說(shuō)的偏差最終得到平衡。
在另一個(gè)實(shí)施例中，使用先前的輸入信號(hào)來(lái)選擇第一相位中的狀態(tài)。即，當(dāng)在一個(gè)時(shí)鐘周期中產(chǎn)生第三電平輸入信號(hào)并且在前一個(gè)時(shí)鐘周期這個(gè)輸入信號(hào)是高電平時(shí)，在這個(gè)時(shí)鐘周期中選擇第一狀態(tài)。當(dāng)在前一個(gè)時(shí)鐘周期這個(gè)輸入信號(hào)是低電平時(shí)，選擇第二狀態(tài)。當(dāng)前一個(gè)輸入信號(hào)具有第三值時(shí)，相對(duì)于前一個(gè)時(shí)鐘周期狀態(tài)觸發(fā)這個(gè)狀態(tài)。由于高和低電平這兩者的發(fā)生頻率相等，所以可以保證兩個(gè)狀態(tài)的發(fā)生頻率平均來(lái)說(shuō)是相等的。實(shí)施選擇狀態(tài)的這種方法例如可以是使用解碼器40中的一個(gè)鎖存器(未示出)，當(dāng)輸入信號(hào)是高或低電平時(shí)鎖存器鎖存前一個(gè)輸入信號(hào)，并且當(dāng)輸入信號(hào)取中間值時(shí)鎖存器鎖存它的前一個(gè)內(nèi)容的邏輯相反的狀態(tài)。然而，這種方法的缺點(diǎn)是，狀態(tài)與輸入信號(hào)相關(guān)聯(lián)，因而偏差的頻譜密度有一部分在低頻發(fā)生。
當(dāng)選擇在第一相位中所用的狀態(tài)和第二相位中所用的狀態(tài)相互關(guān)聯(lián)的時(shí)候，可以將偏差的頻譜密度移動(dòng)到較高的頻率。圖4表示的是用于選擇在第一相位中所用的狀態(tài)的一個(gè)可替換實(shí)施例的結(jié)果。在這個(gè)實(shí)施例中，每當(dāng)輸出中間值時(shí)，即，當(dāng)在第一相位輸出中間值時(shí)以及在第二相位輸出中間值時(shí)，解碼器40交替改變所選的狀態(tài)?？梢允褂酶鞣N方法來(lái)實(shí)施這個(gè)可替換實(shí)施例。例如，在解碼器40中包括一個(gè)觸發(fā)器(未示出)，當(dāng)在第一相位并且在第二相位都輸出第三電平時(shí)觸發(fā)器控制用來(lái)控制開關(guān)46a-d的狀態(tài)，每當(dāng)輸出這樣的第三電平時(shí)觸發(fā)器觸發(fā)。一個(gè)可替換的實(shí)施方案例如是使用觸發(fā)信號(hào)和一個(gè)觸發(fā)器，所說(shuō)的觸發(fā)信號(hào)在與數(shù)據(jù)B無(wú)關(guān)的相繼的相位之間觸發(fā)，數(shù)字輸入信號(hào)B不取中間值的每個(gè)時(shí)鐘周期觸發(fā)所說(shuō)的觸發(fā)器。在這個(gè)可替換實(shí)施例中，選擇所用狀態(tài)的信號(hào)是通過(guò)形成觸發(fā)信號(hào)和觸發(fā)器輸出的“異或”邏輯門形成的。
這樣，只要在時(shí)鐘周期的第一相位輸出高或低值，就在第一和第二狀態(tài)之間簡(jiǎn)單地觸發(fā)用來(lái)輸出第二相位中的RTZ(歸零電平)的狀態(tài)。當(dāng)在一個(gè)時(shí)鐘周期輸出第三值時(shí)，在第一和第二相位中將要使用不同的狀態(tài)，根據(jù)前一個(gè)時(shí)鐘周期所用的狀態(tài)來(lái)選擇第一相位中的狀態(tài)。
例如，在圖4中，在相繼的第二相位中使用的狀態(tài)是交替改變的，除非在插入的第一相位中產(chǎn)生第三電平信號(hào)(不同的狀態(tài)可由略高或略低的電平52、56來(lái)識(shí)別)。在第一時(shí)鐘周期，產(chǎn)生一個(gè)中間值輸入信號(hào)50。在這個(gè)第一時(shí)鐘周期，使用第一狀態(tài)(如圖所示，具有略高于高和低電平之間的中間點(diǎn)的電平的電平52)來(lái)產(chǎn)生第一相位的輸出信號(hào)。在產(chǎn)生輸入信號(hào)54的中間值的下一個(gè)時(shí)鐘周期，使用第二狀態(tài)(如圖所示，具有略高于高和低電平之間的中間點(diǎn)的電平的電平56)，這是因?yàn)樽詮妮斎胄盘?hào)取中間值50的前一個(gè)周期開始已經(jīng)產(chǎn)生了奇數(shù)的時(shí)鐘周期。在輸入信號(hào)取中間值58的下一個(gè)時(shí)鐘周期，再次使用第二狀態(tài)59，因?yàn)閺那耙粋€(gè)中間值54開始這時(shí)已經(jīng)產(chǎn)生了偶數(shù)的時(shí)鐘周期。
以此方式，對(duì)于連續(xù)選擇的狀態(tài)所輸出的信號(hào)有效地形成數(shù)字振蕩器的輸出信號(hào)，它的標(biāo)稱的振蕩周期對(duì)應(yīng)于采樣頻率的一半。當(dāng)數(shù)字輸入信號(hào)B取高和低電平之間的第三值時(shí)，這個(gè)振蕩器的振蕩是與數(shù)字輸入信號(hào)B有關(guān)的相位調(diào)制的振蕩。以此方式，在第一相位中所用的信號(hào)的偏差的頻譜密度被調(diào)制成在第二相位中的偏差的頻譜密度。借此，可將頻譜密度定位在高頻，從而可以更加容易地濾除它。為此，要犧牲掉在第二相位中由于選擇用于歸零電平所用的狀態(tài)引起的偏差的頻譜密度。同其中與頻譜密度的數(shù)據(jù)部分無(wú)關(guān)地交替改變第二相位中用于歸零電平的狀態(tài)的實(shí)施例相比，將第二相位中正確選擇的不同狀態(tài)移動(dòng)到較低的頻率。然而，這個(gè)頻譜密度仍舊保持在容易濾除的那些頻率。
應(yīng)該理解，如果不偏離本發(fā)明的范圍，可以利用其它方式使當(dāng)數(shù)字輸入信號(hào)取中間值時(shí)在第一相位中使用的狀態(tài)成為高頻數(shù)字振蕩信號(hào)的一部分。例如，當(dāng)數(shù)字輸入信號(hào)不取高值或低值時(shí)，可以使用頻率略低的數(shù)字振蕩信號(hào)只觸發(fā)時(shí)鐘周期的一部分；或者，可以使用高頻偽隨機(jī)振蕩連續(xù)地選擇輸出中間值的連續(xù)的第二相位和第一相位的狀態(tài)。
雖然在圖1的∑Δ模擬—數(shù)字轉(zhuǎn)換器的范疇內(nèi)已經(jīng)提出了圖3的數(shù)字—模擬轉(zhuǎn)換器，但應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，還可以使用這個(gè)范疇之外的數(shù)字—模擬轉(zhuǎn)換器，尤其是在提供濾波器抑制由于狀態(tài)之間的切換引起的誤差信號(hào)的情況下更是如此。然而，這個(gè)濾波器可以是隱含的，因?yàn)槔缭谟脩舨豢赡苈牭捷^高頻率的音頻系統(tǒng)中，這些誤差是不起任何作用的。例如，可以在數(shù)字音頻系統(tǒng)的輸出端使用數(shù)字—模擬轉(zhuǎn)換器。
在將數(shù)字信號(hào)加到解碼器的輸入端之前使用數(shù)字轉(zhuǎn)換電路(如∑Δ數(shù)字轉(zhuǎn)換器)將N比特的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成在3個(gè)允許值之間進(jìn)行選擇的信號(hào)是很方便的。
在不偏離本發(fā)明的情況下，可以使用其它的裝置代替減法級(jí)產(chǎn)生輸出信號(hào)。例如，可以經(jīng)過(guò)電阻器將輸出端48a、b連接到一個(gè)公共節(jié)點(diǎn)，使用輸出端48a、b之間的最終的差分輸出電壓差作為輸出信號(hào)?？梢允褂脙蓚€(gè)電壓源來(lái)代替兩個(gè)電流源48a、b產(chǎn)生輸出信號(hào)，彼此相加或相減輸出電壓以獲得輸出信號(hào)。
還應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，雖然只針對(duì)具有3個(gè)可能的數(shù)字輸入值的一個(gè)電路說(shuō)明了本發(fā)明，但本發(fā)明能夠很容易地?cái)U(kuò)充到具有多個(gè)可能的數(shù)字輸入值的電路，最好具有2×n+1個(gè)輸入值(n是任意正整數(shù))，歸零值可提供2×n+1個(gè)電平的中間電平。為實(shí)現(xiàn)這一構(gòu)思，例如，可以包括多于2個(gè)的電流源，它們與第三和第四電流源44a、b并聯(lián)，還要加上附加的開關(guān)以選擇哪個(gè)附加的電流源要耦合到輸出端48a、b之一上。然而，3個(gè)電平的電路是優(yōu)選的，因?yàn)閷?duì)于本發(fā)明而言，不需要對(duì)于相鄰電平之間的差進(jìn)行準(zhǔn)確的校準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種電子電路，包括一個(gè)模擬輸出端(48a、b)，用于在數(shù)字輸入信號(hào)(B)的控制下輸出從至少3個(gè)可利用的電平中選擇的模擬信號(hào)電平(51、52、53、56)；第一和第二信號(hào)源(44a、b)；一個(gè)控制電路(40、46a-d)，將其設(shè)置成在數(shù)字輸入信號(hào)相關(guān)的配置中可將第一和第二信號(hào)源(44a、b)耦合到模擬輸出端(48a、b)，其中控制電路(40、46a-d)耦合所說(shuō)的信號(hào)源，以使當(dāng)數(shù)字輸入信號(hào)(B)分別取第一或第二值時(shí)它們的源信號(hào)的貢獻(xiàn)在第一或第二方向相加，當(dāng)數(shù)字輸入信號(hào)(B)取第三值時(shí)控制電路(40、46a-d)使它們的源信號(hào)彼此抵消，控制電路(40、46a-d)對(duì)于第三值(50、54)交替改變貢獻(xiàn)給模擬信號(hào)電平(52、56)的源信號(hào)的符號(hào)，以使對(duì)于每一個(gè)信號(hào)源(44a、b)兩種符號(hào)發(fā)生的頻率實(shí)質(zhì)上相等。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子電路，其中控制電路(40、46a-d)交替改變符號(hào)，以使由于所說(shuō)的符號(hào)的交替改變引起的基本上全部偏差信號(hào)的頻譜密度都集中在電路的采樣頻率的一半的附近而不是零頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子電路，所說(shuō)的電路交替地在第一相位和第二相位(I、II)操作，控制電路(40、46a-d)在第一相位(I)耦合信號(hào)源(44a、b)到數(shù)字輸入信號(hào)(B)相關(guān)的配置中的模擬輸出端(48a、b)，控制電路(40、46a-d)在第二相位(II)使源信號(hào)彼此抵消，控制電路(40、46a-d)觸發(fā)符號(hào)的改變，源信號(hào)以所說(shuō)的符號(hào)對(duì)第二相位(II)的至少一部分作出貢獻(xiàn)并且對(duì)其中的數(shù)字輸入信號(hào)取第三值(50、54)的第一相位(I)作出貢獻(xiàn)，每當(dāng)在第一相位中第三值(52、56)出現(xiàn)時(shí)，并且每當(dāng)?shù)诙辔?II)的任何所說(shuō)至少一部分出現(xiàn)時(shí)，觸發(fā)改變所說(shuō)的符號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子電路，包括一個(gè)差分輸出端，所說(shuō)的差分輸出端具有第一端和第二端(48a、b)，當(dāng)數(shù)字輸入信號(hào)(B)取第一值時(shí)，控制電路耦合兩個(gè)信號(hào)源(44a、b)到第一端(48a)，當(dāng)數(shù)字輸入信號(hào)(B)取第二值時(shí)，控制電路耦合兩個(gè)信號(hào)源(44a、b)到第二端(48b)，其中當(dāng)數(shù)字輸入信號(hào)(B)取第三值(50、54)時(shí)，控制電路(40、46a-d)分別耦合處在第一狀態(tài)的第一和第二信號(hào)源(44a、b)到第一和第二端(48a、b)，并且分別耦合處在第二狀態(tài)的第一和第二信號(hào)源(44a、b)到第二和第一端(48b、a)，控制電路交替地使用第一和第二狀態(tài)，以使兩種狀態(tài)以基本上相等的頻率發(fā)生。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子電路，其中的信號(hào)源是電流源(44a、b)，它們的貢獻(xiàn)是實(shí)質(zhì)上隨時(shí)間變化保持恒定的電流。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子電路，包括一個(gè)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器具有一個(gè)數(shù)字輸出端、用于從模擬輸入信號(hào)中扣除從數(shù)字輸出信號(hào)確定的反饋信號(hào)的減法電路(12)、用于量化減法結(jié)果的的量化器(16)、位于減法電路(12)和量化器(16)之間的回路濾波器(14)，數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器從數(shù)字輸出信號(hào)產(chǎn)生反饋信號(hào)，回路濾波器抑制由于所說(shuō)的交替改變引起的偏差信號(hào)的頻譜密度。
全文摘要
第一和第二信號(hào)源在數(shù)字輸入信號(hào)相關(guān)的配置中耦合到模擬輸出端。當(dāng)數(shù)字輸入信號(hào)分別取第一或第二值時(shí)信號(hào)源的源信號(hào)的貢獻(xiàn)在第一或第二方向相加。當(dāng)數(shù)字輸入信號(hào)取第三值時(shí)源信號(hào)彼此抵消。交替改變對(duì)于第三值源信號(hào)貢獻(xiàn)給模擬信號(hào)電平的符號(hào)，以使對(duì)于每一個(gè)信號(hào)源兩種符號(hào)的出現(xiàn)的頻率基本上相等。由于所說(shuō)的交替改變引起的偏差信號(hào)的頻譜密度集中在高頻。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)向高頻交替改變調(diào)制所說(shuō)的交替改變，將頻譜密度移向高頻，所說(shuō)的高頻交替改變用于在數(shù)字輸入信號(hào)相關(guān)的電平之間產(chǎn)生歸零電平。
文檔編號(hào)H03M3/04GK1618171SQ02827664
公開日2005年5月18日 申請(qǐng)日期2002年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月30日
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