專利名稱：積分器、諧振器以及過采樣a/d轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及積分器，尤其涉及適于連續(xù)時(shí)間型Δ Σ調(diào)制器的積分器。
背景技術(shù)：
過采樣A/D轉(zhuǎn)換器被廣泛應(yīng)用于通信設(shè)備的調(diào)諧器(front end)和音頻信號的 轉(zhuǎn)換等方面，對于當(dāng)前的通信、視頻、音頻信號處理電路，其是必要的電路技術(shù)。一個(gè)過采 樣A/D轉(zhuǎn)換器中擁有具備了連續(xù)時(shí)間型濾波器的連續(xù)時(shí)間型Δ Σ A/D轉(zhuǎn)換器(CTDS-ADC: Continuous Time Delta-SigmaA/D Comverter)(例如，參照非專利文獻(xiàn) 1、2)。在一般的CTDS-ADC中，輸入信號經(jīng)由級聯(lián)連接的η個(gè)積分器(連續(xù)時(shí)間型濾波 器)并通過量子化裝置進(jìn)行量子化。量子化裝置的數(shù)字輸出由η個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬 電流信號后，被反饋給η個(gè)積分器中的每一個(gè)。在CTDS-ADC中，因?yàn)樵谀M電路部分不含 有開關(guān)，所以，可實(shí)現(xiàn)低電壓化。另外，使用采樣濾波器的情況下通常必要的前置濾波器，在 CTDS-ADC中是不需要的。從這點(diǎn)來看，CTDS-ADC適用于通信系統(tǒng)，近年從事應(yīng)用開發(fā)的研 究較為盛行。非專禾Ij 文獻(xiàn) 1 =Richard Schreier and Bo Bang, "Delta—Sigma ModulatorsEmploying Continuous-Time Circuitry," IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS ANDSYSTEMS—I FUNDAMENTAL THEORY AND APPLICATIONS, VOL. 43，NO. 4，APRIL 1996非專禾Ij文獻(xiàn) 2 :Xuefeng Chen et al.，“A 18mff CT Δ Σ Modulator with 25MHzBandwidth for Next Generation Wireless Applications，，，IEEE 2007Custom IntergratedCircuits Conference,2007在CTDS-ADC中，為了提高分辨率和SN性能，需要增加為了除去量子化噪聲的濾波 次數(shù)，因此，需要與該次數(shù)對應(yīng)的運(yùn)算放大器。即，為了提高CTDS-ADC的性能，必須使用多 個(gè)運(yùn)算放大器。但是，增加運(yùn)算放大器的個(gè)數(shù)將會(huì)導(dǎo)致電路規(guī)模的增大以及功耗的增加，這 將成為應(yīng)用于便攜式通信設(shè)備等的系統(tǒng)LSI的性能提高的障礙。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種通過一個(gè)運(yùn)算放大器來發(fā)揮高次積 分特性的積分器。進(jìn)而，其目的在于提供一種利用這種積分器的諧振器和時(shí)間連續(xù)型過采 樣A/D轉(zhuǎn)換器。為了解決上述課題，本發(fā)明采取了下列技術(shù)手段。即，本發(fā)明的積分器具有運(yùn)算 放大器；第1濾波器，其與運(yùn)算放大器的反相輸入端連接；和第2濾波器，其被連接在運(yùn)算 放大器的反相輸入端和輸出端之間。在此，第1濾波器具有串聯(lián)連接的η個(gè)電阻元件、以及 一端與上述電阻元件的各連接點(diǎn)連接而另一端接地的η-1個(gè)電容元件。第2濾波器具有串 聯(lián)連接的η個(gè)電容元件、以及一端與電容元件的各連接點(diǎn)連接而另一端接地的η-1個(gè)電阻 元件。其中，η為2以上的整數(shù)。由此，通過使第1濾波器中的電阻元件、電容元件以及第2濾波器中的電阻元件、電容元件的各元件值之間滿足規(guī)定的關(guān)系，該積分器的傳遞函數(shù)則在其分母及分子中從 S(S是拉普拉斯算子)到Sn-1為止的各項(xiàng)都被消除而只剩下l/sn。即，利用一個(gè)運(yùn)算放大器 可構(gòu)成η次積分器。上述積分器優(yōu)選還具有第3濾波器，該第3濾波器至少具有與第1濾波器并聯(lián)連 接的電阻元件及電容元件中的其中一個(gè)。基于此，第3濾波器在該積分器的輸入和運(yùn)算放 大器的反相輸入端之間作為前饋通路而發(fā)揮作用。由此，使該積分器的輸出中產(chǎn)生0次、1 次及2次積分成分。如果在上述的積分器中追加在第1濾波器中的電阻元件的連接點(diǎn)的至少1個(gè)與運(yùn) 算放大器的輸出端之間所連接的至少一個(gè)Gm元件或電阻元件，就可構(gòu)成諧振器。另外，本發(fā)明的過采樣A/D轉(zhuǎn)換器具有上述的積分器；量子化裝置，其對積分器 的輸出進(jìn)行量子化；η-1個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器，將量子化裝置的數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換成電流信號并向第1 濾波器中的電阻元件的各連接點(diǎn)進(jìn)行反饋；以及η-1個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器，將量子化裝置的數(shù)字輸 出轉(zhuǎn)換成電流信號并向第2濾波器中的電容元件的各連接點(diǎn)進(jìn)行反饋?；蛘?，本發(fā)明的過 采樣A/D轉(zhuǎn)換器具有上述的積分器；量子化裝置，其對積分器的輸出進(jìn)行量子化；η-1個(gè) D/A轉(zhuǎn)換器，將量子化裝置的數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換成電流信號并向第1濾波器中的電阻元件的各 連接點(diǎn)進(jìn)行反饋；以及D/A轉(zhuǎn)換器，其將量子化裝置的數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換成電流信號并向運(yùn)算 放大器的反相輸入端進(jìn)行反饋?；蛘撸景l(fā)明的過采樣A/D轉(zhuǎn)換器具有具備上述第3濾波 器的積分器；量子化裝置，其對積分器的輸出進(jìn)行量子化；D/A轉(zhuǎn)換器，將量子化裝置的數(shù) 字輸出轉(zhuǎn)換成電流信號并向積分器的輸入側(cè)進(jìn)行反饋。這些過采樣A/D轉(zhuǎn)換器能夠發(fā)揮比 運(yùn)算放大器的個(gè)數(shù)更高次數(shù)的濾波特性。另外，如果在上述過采樣A/D轉(zhuǎn)換器中追加有在第1濾波器中的電阻元件的連接 點(diǎn)的至少一個(gè)與運(yùn)算放大器的輸出端之間所連接的至少一個(gè)Gm元件或電阻元件，則可發(fā) 揮在量子化噪聲的傳輸特性上持有零點(diǎn)的濾波特性。(發(fā)明的效果)根據(jù)本發(fā)明，可得到小型、低功耗的η次積分器及η次諧振器。而且，可實(shí)現(xiàn)高分 辨率、高S N比的過采樣A/D轉(zhuǎn)換器的小型化及低功耗化。




圖1是第1實(shí)施方式的積分器的構(gòu)成圖。
圖2是第2實(shí)施方式的積分器的構(gòu)成圖。
圖3是第3實(shí)施方式的積分器的構(gòu)成圖。
圖4是第4實(shí)施方式的過采樣A/D轉(zhuǎn)換器的構(gòu)成圖。
圖5是第5實(shí)施方式的過采樣A/D轉(zhuǎn)換器的構(gòu)成圖。
圖6是第6實(shí)施方式的過采樣A/D轉(zhuǎn)換器的構(gòu)成圖。
圖7是表示圖6所示的本發(fā)明的諧振器的過度響應(yīng)的模擬結(jié)果的曲線圖。
圖8是第7實(shí)施方式的過采樣A/D轉(zhuǎn)換器的構(gòu)成圖。
圖9是表示圖8所示的本發(fā)明的諧振器的過度響應(yīng)的模擬結(jié)果的曲線圖。
圖10是第8實(shí)施方式的過采樣A/D轉(zhuǎn)換器的構(gòu)成圖。
圖11是第9實(shí)施方式的過采樣A/D轉(zhuǎn)換器的構(gòu)成圖。
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圖中，10-積分器，10A、10A’-諧振器，11_運(yùn)算放大器，12-濾波器(第1濾波器)， 121-電阻元件，122-電容元件，13-濾波器(第2濾波器)，131-電容元件，132-電阻元件， 14-濾波器(第3濾波器)，141-電阻元件，142-電容元件，15_Gm元件，16-電阻元件，20-量 子化裝置，30-D/A轉(zhuǎn)換器，40-D/A轉(zhuǎn)換器。
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖來說明實(shí)施本發(fā)明的最佳方式。(第1實(shí)施方式)圖1表示第1實(shí)施方式的積分器的構(gòu)成。該積分器10具有運(yùn)算放大器11、與運(yùn) 算放大器11的反相輸入端連接的濾波器12、被連接在運(yùn)算放大器11的反相輸入端和輸出 端之間的濾波器13。濾波器12是2次低通濾波器，其具備了 串聯(lián)連接的2個(gè)電阻元件 121 ；以及一端連接在這些電阻元件的連接點(diǎn)上、另一端接地的電容元件122。濾波器13是 2次高通濾波器，具備有串聯(lián)連接的2個(gè)電容元件131 ；以及一端連接在這些電容元件的 連接點(diǎn)上、另一端接地的電阻元件132。在積分器10中，輸入電壓為Vin，輸出電壓為Vout，電阻元件121的電阻值為R1, 電容元件122的電容值為C1,電阻元件132的電阻值為&，電阻元件121和電容元件122間 的連接點(diǎn)的電壓為V1,電容元件131和電阻元件132間的連接點(diǎn)的電壓為V2時(shí)，可導(dǎo)出以 下的節(jié)點(diǎn)方程式，在此，s是拉普拉斯算子。(數(shù)式1)
權(quán)利要求
1.一種積分器，其特征在于，具有 運(yùn)算放大器；第1濾波器，其與上述運(yùn)算放大器的反相輸入端連接；和第2濾波器，其被連接在上述運(yùn)算放大器的反相輸入端和輸出端之間，其中，上述第1濾波器具有串聯(lián)連接的η個(gè)電阻元件、以及一端與上述電阻元件的各連接點(diǎn) 連接而另一端接地的η-1個(gè)電容元件，η為2以上的整數(shù)；上述第2濾波器具有串聯(lián)連接的η個(gè)電容元件、以及一端與上述電容元件的各連接點(diǎn) 連接而另一端接地的η-1個(gè)電阻元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的積分器，其特征在于具有第3濾波器，該第3濾波器至少具有與上述第1濾波器并聯(lián)連接的電阻元件及電 容元件中的其中一個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的積分器，其特征在于 上述電阻元件的任何一個(gè)均為開關(guān)電容電路。
4.一種諧振器，其特征在于， 具有權(quán)利要求1 3中任意一項(xiàng)所述的積分器；以及在上述第1濾波器中的上述電阻元件的連接點(diǎn)的至少一個(gè)與上述運(yùn)算放大器的輸出 端之間所連接的至少一個(gè)Gm元件或電阻元件。
5.一種過采樣A/D轉(zhuǎn)換器，其特征在于，具有 權(quán)利要求1所述的積分器；量子化裝置，其對上述積分器的輸出進(jìn)行量子化；η-1個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器，將上述量子化裝置的數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換成電流信號并向上述第1濾波器 中的上述電阻元件的各連接點(diǎn)進(jìn)行反饋；以及η-1個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器，將上述量子化裝置的數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換成電流信號并向上述第2濾波器 中的上述電容元件的各連接點(diǎn)進(jìn)行反饋。
6.一種過采樣A/D轉(zhuǎn)換器，其特征在于，具有 權(quán)利要求1所述的積分器；量子化裝置，其對上述積分器的輸出進(jìn)行量子化；η-1個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器，將上述量子化裝置的數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換成電流信號并向上述第1濾波器 中的上述電阻元件的各連接點(diǎn)進(jìn)行反饋；以及D/A轉(zhuǎn)換器，其將上述量子化裝置的數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換成電流信號并向上述運(yùn)算放大器的 反相輸入端進(jìn)行反饋。
7.—種過采樣A/D轉(zhuǎn)換器，其特征在于，具有 權(quán)利要求2所述的積分器；量子化裝置，其對上述積分器的輸出進(jìn)行量子化；以及D/A轉(zhuǎn)換器，其將上述量子化裝置的數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換成電流信號并向上述積分器的輸入 側(cè)進(jìn)行反饋。
8.根據(jù)權(quán)利要求5至7中任意一項(xiàng)所述的過采樣A/D轉(zhuǎn)換器，其特征在于具有在上述第1濾波器中的上述電阻元件的連接點(diǎn)的至少一個(gè)與上述運(yùn)算放大器的 輸出端之間所連接的至少一個(gè)Gm元件或電阻元件。
全文摘要
本發(fā)明提供一種積分器(10)。該積分器(10)具有運(yùn)算放大器(11)；第1濾波器(12)，其與運(yùn)算放大器的反相輸入端連接；和第2濾波器(13)，其被連接在運(yùn)算放大器的反相輸入端和輸出端之間。第1濾波器(12)具有串聯(lián)連接的n個(gè)電阻元件(121)、以及一端與電阻元件的各連接點(diǎn)連接而另一端接地的n-1個(gè)電容元件(122)。第2濾波器(13)具有串聯(lián)連接的n個(gè)電容元件(131)、以及一端與電容元件的各連接點(diǎn)連接而另一端接地的n-1個(gè)電阻元件(132)。
文檔編號H03H7/06GK102067457SQ20098011383
公開日2011年5月18日 申請日期2009年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月28日
發(fā)明者三谷陽介, 松川和生, 森江隆史, 道正志郎, 高山雅夫 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社