專利名稱：共用運(yùn)算放大器的多通道∑-δ轉(zhuǎn)換電路及其輔助方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種Σ-Δ轉(zhuǎn)換電路及相關(guān)方法，更具體地說，涉及一種共用運(yùn)算放 大器的多通道Σ-Δ轉(zhuǎn)換電路及其輔助方法。
背景技術(shù)：
隨著科技的發(fā)展，越來越多常用功能(如音頻處理、視頻處理、USB/DDR處 理、及電源管理等等)的器件被集成在同一芯片，稱為片上系統(tǒng)(即SOC系統(tǒng))，廣泛應(yīng) 用于音頻模數(shù)轉(zhuǎn)換及射頻接收等領(lǐng)域的Σ-Δ (Sigma-Delta)轉(zhuǎn)換電路也可成為片上系統(tǒng)的 一部分。Σ-Δ (Sigma-Delta)轉(zhuǎn)換電路通過過采樣將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通?？捎?積分器、量化器及數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)等組成。如

圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)中單通道一級(jí)Σ-Δ 轉(zhuǎn)換電路的原理圖。加法器4將輸入信號(hào)Vin和從數(shù)模轉(zhuǎn)換器3反饋回的信號(hào)Vft相減， 得到一信號(hào)表示為(al*Vin-bl*Vft)，其中al和bl為增益因子，接著所獲得的信號(hào)被送 入積分器1中經(jīng)過積分處理后得到一積分信號(hào)被送入量化器(quantizer) 2，最后，量化器2 對所述積分信號(hào)作量化處理，得到一數(shù)字信號(hào)Ycmt，同時(shí)所述數(shù)字信號(hào)Ycmt經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換 器3進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理后得到一模擬信號(hào)被反饋回加法器4。如圖2所示為現(xiàn)有技術(shù)中單通道一級(jí)Σ-Δ轉(zhuǎn)換電路的具體電路圖，包括一運(yùn) 算放大器5，一量化器6，一數(shù)模轉(zhuǎn)換器7，一采樣元件Cs，一積分元件CI以及開關(guān)Sl 至S4，假設(shè)運(yùn)算放大器5 (operational amplifier)處于理想工作狀態(tài)，開關(guān)Sl至S4分別由 兩個(gè)非交疊的時(shí)鐘信號(hào)Pl和P2控制。在一個(gè)時(shí)鐘周期(cycle)第一階段，時(shí)鐘信號(hào)Pl 為高電平，時(shí)鐘信號(hào)P2為低電平，此時(shí)開關(guān)Sl和S3閉合(closed)，開關(guān)S2和S4關(guān)斷 (open)；在所述時(shí)鐘周期的第二階段，時(shí)鐘信號(hào)Pl為低電平，P2為高電平，此時(shí)開關(guān)Sl 和S3關(guān)斷，開關(guān)S2和S4閉合，具體情況可分別參考圖3和圖4。如圖3所示，在所述 時(shí)鐘周期的第一階段，采樣元件Cs通過開關(guān)S 1和S3對輸入信號(hào)Vin進(jìn)行采樣處理后兩 端電壓變?yōu)閂i[n_l]，此時(shí)運(yùn)算放大器8不工作，則輸出端電壓維持不變?yōu)閂o[n-l]。接 下來，如圖4所示，在所述時(shí)鐘周期的第二階段，采樣元件Cs，運(yùn)算放大器9，積分元件 CI依次耦接，因受運(yùn)算放大器9反饋效應(yīng)的影響，在所述時(shí)鐘周期的第一階段中已被充 電的采樣元件Cs中的電荷向積分元件CI中轉(zhuǎn)移，此時(shí)運(yùn)算放大器9的輸出端電壓可表示 為
權(quán)利要求
1.一種共用運(yùn)算放大器的多通道Σ-Δ轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，包括一積分電路，包括可共用一運(yùn)算放大器的至少兩個(gè)積分器，每一積分器相應(yīng)地耦接 于一通道輸入端，其中所述運(yùn)算放大器交替地與所述至少兩個(gè)積分器連通，以使所述積 分電路產(chǎn)生一積分信號(hào)；至少兩個(gè)量化器，每一量化器均相應(yīng)于所述積分電路的每一積分器，交替地與所述 積分電路連通，用于將所述積分信號(hào)與一預(yù)設(shè)信號(hào)進(jìn)行比較來輸出一數(shù)字信號(hào)；至少兩個(gè)數(shù)模變換電路，每一數(shù)模變換電路均相應(yīng)地耦接于所述每一量化器的輸出 端和所述積分電路的每一積分器之間，用于將所述相應(yīng)的量化器輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成 模擬信號(hào)后反饋回所述積分電路的相應(yīng)的積分器；以及一時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器，耦接于所述積分電路和至少兩個(gè)量化器，用于向所述積分電路 及所述至少兩個(gè)量化器提供時(shí)鐘信號(hào)，以控制所述運(yùn)算放大器交替地與所述至少兩個(gè)積 分器連通并且控制所述積分電路交替地與所述至少兩個(gè)量化器連通。
2.如權(quán)利要求1所述的共用運(yùn)算放大器的多通道Σ-Δ轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述 積分電路包括一第一積分器及一第二積分器，所述運(yùn)算放大器包括一負(fù)輸入端，一正輸 入端和一輸出端，其中所述第一積分器至少還包括一第一采樣元件，在一時(shí)鐘周期的非第二階段耦接于所述第一通道輸入端且在所述 時(shí)鐘周期的第二階段耦接于所述第一運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端；以及一第一積分元件，在所述時(shí)鐘周期的第二階段耦接于所述第一運(yùn)算放大器的負(fù)輸入 端和輸出端之間；所述第二積分器至少還包括一第二采樣元件，在所述時(shí)鐘信號(hào)周期的非第一階段耦接于所述第二通道輸入端且 在所述時(shí)鐘信號(hào)周期的第一階段耦接于所述第一運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端；以及一第二積分元件，在所述時(shí)鐘信號(hào)周期的第一階段耦接于所述第一運(yùn)算放大器的負(fù) 輸入端和輸出端之間；其中，所述時(shí)鐘信號(hào)周期是由所述時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器所決定的。
3.如權(quán)利要求2所述的共用運(yùn)算放大器的多通道Σ-Δ轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述 轉(zhuǎn)換電路中多個(gè)采樣元件和多個(gè)積分元件均是電容。
4.如權(quán)利要求2所述的共用運(yùn)算放大器的多通道Σ-Δ轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，還包 括多個(gè)開關(guān)，其中至少包括一第一開關(guān)，耦接于所述運(yùn)算放大器負(fù)輸入端與所述第一積分元件之間；以及一第二開關(guān)，耦接于所述第一積分元件與所述運(yùn)算放大器輸出端之間；其中，所述第一開關(guān)與第二開關(guān)同時(shí)閉合，且所述第一開關(guān)比第二開關(guān)提前關(guān)斷。
5.如權(quán)利要求4所述的共用運(yùn)算放大器的多通道Σ-Δ轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，還包括一第三開關(guān)，耦接于所述第一采樣元件與所述運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端之間；以及一第四開關(guān)，耦接于所所述第一通道輸入端與所述第一采樣元件；其中，所述第三開關(guān)與第四開關(guān)同時(shí)閉合，且所述第三開關(guān)比第四開關(guān)提前關(guān)斷。
6.如權(quán)利要求4所述的共用運(yùn)算放大器的多通道Σ-Δ轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，至少 第一開關(guān)是T型開關(guān)。
7.如權(quán)利要求1所述的共用運(yùn)算放大器的多通道Σ-Δ轉(zhuǎn)換電路，其特征在于所述 時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的是至少兩個(gè)非交疊時(shí)鐘信號(hào)。
8.如權(quán)利要求1所述的共用運(yùn)算放大器的多通道Σ-Δ轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述 運(yùn)算放大器比現(xiàn)有未采用運(yùn)算放大器共用技術(shù)的多通道一級(jí)Σ-Δ轉(zhuǎn)換電路的中的運(yùn)算放 大器的增益更高并且?guī)捀鼘挕?br> 9.一種共用運(yùn)算放大器的多通道Σ-Δ轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，包括至少兩級(jí)積分電路，每一級(jí)積分電路均包括可共用一運(yùn)算放大器的至少兩個(gè)積分 器，每一積分器相應(yīng)地耦接于一通道輸入端，在每一級(jí)積分電路中所述運(yùn)算放大器交替 地與所述至少兩個(gè)積分器連通，且前一級(jí)積分電路的輸出信號(hào)交替輸入至后一級(jí)積分電 路的所述至少兩個(gè)積分器，以使所述至少二級(jí)積分電路產(chǎn)生一積分信號(hào)；至少兩個(gè)量化器，每一量化器的輸入端均相應(yīng)于所述至少二級(jí)積分電路的最后一級(jí) 積分電路的每一積分器，交替地與所述最后一級(jí)積分電路連通，用于將所述積分信號(hào)與 一預(yù)設(shè)信號(hào)進(jìn)行比較來輸出一數(shù)字信號(hào)；至少兩個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器，每一數(shù)模變換電路均相應(yīng)地耦接于所述每一量化器的輸出端 和所述至少二級(jí)積分電路的每一積分器之間，用于將所述相應(yīng)的量化器輸出的數(shù)字信號(hào) 轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)后反饋回所述積分電路的相應(yīng)積分器；以及一時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器，耦接于所述至少二級(jí)積分電路和至少兩個(gè)量化器，用于向所述 至少二級(jí)積分電路及所述至少兩個(gè)量化器提供時(shí)鐘信號(hào)，以控制每一級(jí)積分電路的所述 運(yùn)算放大器交替地與所述至少兩個(gè)積分器連通，控制前一級(jí)積分電路的輸出端與后一級(jí) 積分電路的所述至少兩個(gè)積分器連通，并且控制所述最后一級(jí)積分電路交替地與所述至 少量化器連通。
10.如權(quán)利要求9所述的共用運(yùn)算放大器的多通道Σ-Δ轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述 至少二級(jí)積分電路至少包括一第一積分電路，所述第一積分電路還包括一第一運(yùn)算放大 器，一第一積分器及一第二積分器，所述第一運(yùn)算放大器包括一負(fù)輸入端，一正輸入端 和一輸出端，其中所述第一積分器至少還包括一第一采樣元件，在一時(shí)鐘周期的非第二階段耦接于所述第一通道輸入端且在所述 時(shí)鐘周期的第二階段耦接于所述第一運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端；以及一第一積分元件，在所述時(shí)鐘周期的第二階段耦接于所述第一運(yùn)算放大器的負(fù)輸入 端和輸出端之間；所述第二積分器至少還包括一第二采樣元件，在所述時(shí)鐘信號(hào)周期的非第一階段耦接于所述第二通道輸入端且 在所述時(shí)鐘信號(hào)周期的第一階段耦接于所述第一運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端；以及一第二積分元件，在所述時(shí)鐘信號(hào)周期的第一階段耦接于所述第一運(yùn)算放大器的負(fù) 輸入端和輸出端之間；其中，所述時(shí)鐘信號(hào)周期是由所述時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器所決定的。
11.如權(quán)利要求 ο所述的共用運(yùn)算放大器的多通道Σ-Δ轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，其 中所述至少二級(jí)積分電路更包括一第二積分電路，所述第二積分電路還包括一第二運(yùn)算 放大器，一第三積分器及一第四積分器，所述第二運(yùn)算放大器包括一負(fù)輸入端，一正輸 入端和一輸出端，其中所述第三積分器至少還包括一第三積分元件，在所述時(shí)鐘周期的第一階段耦接于所述第二運(yùn)算放大器的負(fù)輸入 端和輸出端之間；一第三采樣元件，在所述時(shí)鐘周期的第一階段耦接于所述第二運(yùn)算放大器的一負(fù)輸 入端且在所述時(shí)鐘周期的第一階段的前一階段耦接于所述第一通道輸入端；以及一第四采樣元件，在所述時(shí)鐘周期的第一階段耦接于所述第一積分電路且在所述時(shí) 鐘周期的第一階段的前一階段耦接于所述第二運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端； 所述第四積分器至少還包括一第四積分元件，在所述時(shí)鐘周期的第二階段耦接于所述第二運(yùn)算放大器的負(fù)輸入 端和輸出端之間；一第五采樣元件，在所述時(shí)鐘周期的第二階段耦接于所述第二運(yùn)算放大器的一負(fù)輸 入端且在所述時(shí)鐘周期的第二階段的前一階段耦接于所述第二通道輸入端；以及一第六采樣元件，在所述時(shí)鐘周期的第二階段耦接于所述第一積分電路且在所述時(shí) 鐘周期的第二階段的前一階段耦接于所述第二運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端。
12.如權(quán)利要求11所述的共用運(yùn)算放大器的多通道Σ-Δ轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所 述轉(zhuǎn)換電路中多個(gè)采樣元件和多個(gè)積分元件均是電容。
13.如權(quán)利要求11所述的共用運(yùn)算放大器的多通道Σ-Δ轉(zhuǎn)換電路，還包括多個(gè)開 關(guān)，其中至少包括一第一組開關(guān)，耦接于所述各運(yùn)算放大器負(fù)輸入端與所述對應(yīng)的各積分元件之間；以及一第二組開關(guān)，耦接于所述各積分元件與所述對應(yīng)的各運(yùn)算放大器輸出端之間； 其中，第一組開關(guān)和第二組開關(guān)同時(shí)閉合，且第一組開關(guān)比第二組開關(guān)提前關(guān)斷。
14.如權(quán)利要求13所述的共用運(yùn)算放大器的多通道Σ-Δ轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所 述轉(zhuǎn)換電路中至少第一組開關(guān)是T型開關(guān)。
15.如權(quán)利要求11所述的共用運(yùn)算放大器的多通道Σ-Δ轉(zhuǎn)換電路，還包括多個(gè)開 關(guān)，其中至少包括一第三組開關(guān)，耦接于所述各運(yùn)算放大器負(fù)輸入端與所述對應(yīng)的各采樣元件之間；以及一第四組開關(guān)，耦接于所述各運(yùn)算放大器輸出端與下一級(jí)積分電路中的采樣元件之間；其中，第三組開關(guān)比第四組開關(guān)提前關(guān)斷。
16.如權(quán)利要求9所述的共用運(yùn)算放大器的多通道Σ-Δ轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述 時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的是至少兩個(gè)非交疊時(shí)鐘信號(hào)。
17.如權(quán)利要求9所述的共用運(yùn)算放大器的多通道Σ-Δ轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述 各運(yùn)算放大器比現(xiàn)有未采用運(yùn)算放大器共用技術(shù)的多通道多級(jí)Σ-Δ轉(zhuǎn)換電路的中的運(yùn)算 放大器的增益更高并且?guī)捀鼘挕?br> 18.如權(quán)利要求9所述的共用運(yùn)算放大器的多通道Σ-Δ轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，還包 括一前饋增益單元，耦接于所述至少兩級(jí)積分電路之間，用于增加一前饋增益因子以抑 制前一級(jí)積分電路輸出信號(hào)中的信號(hào)分量來降低多個(gè)通道間產(chǎn)生的串?dāng)_。
19.一種共用運(yùn)算放大器的多通道Σ-Δ轉(zhuǎn)換電路的輔助方法，用于一種共用至少一個(gè)運(yùn)算放大器的多通道Σ-Δ轉(zhuǎn)換電路，所述轉(zhuǎn)換電路可輸入至少兩路信號(hào)包括至少一第 一輸入信號(hào)和一第二輸入信號(hào)，及輸出相應(yīng)的至少一第一輸出信號(hào)和一第二輸出信號(hào)， 其特征在于，包括在一時(shí)鐘周期的非第一階段，對所述第一輸入信號(hào)進(jìn)行采樣處理，得到一第一采樣 信號(hào)，及在第一階段，對所述第一采樣信號(hào)和第一輸出信號(hào)的反饋信號(hào)進(jìn)行積分處理， 得到一第一積分信號(hào)；以及在一時(shí)鐘周期的非第二階段，對所述第二輸入信號(hào)進(jìn)行采樣處理，得到一第二采樣 信號(hào)，及在第二階段，對所述第二采樣信號(hào)和第二輸出信號(hào)的反饋信號(hào)進(jìn)行積分處理， 得到一第二積分信號(hào)。
20.如權(quán)利要求19所述的共用運(yùn)算放大器的多通道Σ-Δ轉(zhuǎn)換電路的輔助方法，其特 征在于，所述第一輸出信號(hào)的反饋信號(hào)是由所述第一積分信號(hào)經(jīng)量化處理和數(shù)模轉(zhuǎn)換得 到的，所述第二輸出信號(hào)的反饋信號(hào)是由所述第二積分信號(hào)經(jīng)量化處理和數(shù)模轉(zhuǎn)換得到 的。
21.如權(quán)利要求19所述的共用運(yùn)算放大器的多通道Σ-Δ轉(zhuǎn)換電路的輔助方法，所述 轉(zhuǎn)換電路可輸出相應(yīng)的至少一第三輸出信號(hào)和一第四輸出信號(hào)，其特征在于，包括在時(shí)鐘周期的第一階段，對所述第一輸入信號(hào)和第一積分信號(hào)進(jìn)行采樣處理分別得 到一第三采樣信號(hào)和一第四采樣信號(hào)，在時(shí)鐘周期的下個(gè)階段對所述第三采樣信號(hào)，第 四采樣信號(hào)以及第三輸出信號(hào)的反饋信號(hào)進(jìn)行積分處理，得到一第三積分信號(hào)；以及在時(shí)鐘周期的第二階段，對所述第二輸入信號(hào)和第二積分信號(hào)進(jìn)行采樣處理分別得 到一第五采樣信號(hào)和一第六采樣信號(hào)，在時(shí)鐘周期的下個(gè)階段對所述第五采樣信號(hào)，第 六采樣信號(hào)和第四輸出信號(hào)的反饋信號(hào)進(jìn)行積分處理，得到一第四積分信號(hào)。
22.如權(quán)利要求21所述的共用運(yùn)算放大器的多通道Σ-Δ轉(zhuǎn)換電路的輔助方法，其特 征在于，所述第三輸出信號(hào)的反饋信號(hào)由第三積分信號(hào)經(jīng)量化處理和數(shù)模轉(zhuǎn)換得到的， 所述第四輸出信號(hào)的反饋信號(hào)是由第四積分信號(hào)經(jīng)量化處理和數(shù)模轉(zhuǎn)換得到的。
23.如權(quán)利要求19所述的共用運(yùn)算放大器的多通道Σ-Δ轉(zhuǎn)換電路的輔助方法，其 特征在于，所述時(shí)鐘周期是由一時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器所產(chǎn)生的至少兩個(gè)非交疊時(shí)鐘信號(hào)決定 的。
24.如權(quán)利要求23所述的共用運(yùn)算放大器的多通道Σ-Δ轉(zhuǎn)換電路的輔助方法，其特 征在于，所述至少兩個(gè)非交疊時(shí)鐘信號(hào)中還包括延遲時(shí)鐘信號(hào)和非延遲時(shí)鐘信號(hào)。
25.如權(quán)利要求19所述的共用運(yùn)算放大器的多通道Σ-Δ轉(zhuǎn)換電路的輔助方法，其特 征在于，所述至少一個(gè)運(yùn)算放大器比現(xiàn)有未采用運(yùn)算放大器共用技術(shù)的多通道多級(jí)Σ-Δ 轉(zhuǎn)換電路中的運(yùn)算放大器增益更高并且?guī)捀鼘挕?br> 全文摘要
本發(fā)明公開了一種共用運(yùn)算放大器的多通道∑-Δ轉(zhuǎn)換電路及其輔助方法，該電路包括第一級(jí)積分電路，包括可共享第一運(yùn)算放大器的多個(gè)積分器，用于對至少兩通道輸入端的輸入信號(hào)進(jìn)行積分；多級(jí)積分電路，耦接于第一級(jí)積分電路，其每一級(jí)均包括可共享一運(yùn)算放大器的多個(gè)積分器；多個(gè)量化器，耦接于多級(jí)積分電路，用于比較相應(yīng)積分器的輸出信號(hào)與一預(yù)設(shè)信號(hào)以輸出數(shù)字信號(hào)；多個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，相應(yīng)地耦接于所述多個(gè)量化器，用于將相應(yīng)的量化器輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)后反饋回每一級(jí)積分電路的相應(yīng)積分器；以及一時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器，用于向所述多級(jí)積分電路及所述多個(gè)量化器提供時(shí)鐘信號(hào)。此轉(zhuǎn)換電路可共享運(yùn)算放大器，從而大大節(jié)省面積和功耗。
文檔編號(hào)H03M3/04GK102025378SQ20091020564
公開日2011年4月20日 申請日期2009年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月14日
發(fā)明者史德立, 程劍平, 陳建球 申請人:晨星半導(dǎo)體股份有限公司, 晨星軟件研發(fā)(深圳)有限公司