一種用于數(shù)字麥克風(fēng)的連續(xù)時(shí)間多比特模數(shù)轉(zhuǎn)換器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及信號(hào)處理【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器。一種用于數(shù)字麥克風(fēng)的連續(xù)時(shí)間多比特模數(shù)轉(zhuǎn)換器，應(yīng)用于數(shù)字麥克風(fēng)，包括第一功能單元、與第一功能單元連接的第二功能單元，第一功能單元通過(guò)信號(hào)輸入端接收模擬輸入信號(hào)，并通過(guò)信號(hào)輸出端連接第二功能單元的信號(hào)輸入端，第一功能單元包括多個(gè)依次級(jí)聯(lián)的積分器、一多比特量化器、一多比特?cái)?shù)模轉(zhuǎn)換器、一加法器；加法器位于第一個(gè)積分器的輸入端；第一功能單元用于將模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為多比特碼流；第二功能單元用于將多比特碼流轉(zhuǎn)化為單比特碼流輸出。本發(fā)明減少了積分器的階數(shù)，降低了模數(shù)轉(zhuǎn)換器的功耗和系統(tǒng)復(fù)雜度，同時(shí)增加了模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入的動(dòng)態(tài)范圍。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種用于數(shù)字麥克風(fēng)的連續(xù)時(shí)間多比特模數(shù)轉(zhuǎn)換器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及信號(hào)處理【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著消費(fèi)類(lèi)電子設(shè)備產(chǎn)品對(duì)音頻領(lǐng)域越來(lái)越高的要求，西格瑪?shù)聽(tīng)査{(diào)制器作為一種實(shí)現(xiàn)高分辨率模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換的有效途徑，越來(lái)越受到關(guān)注，并廣泛用于音頻處理【技術(shù)領(lǐng)域】。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中常用于數(shù)字麥克風(fēng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器為單比特四階西格瑪?shù)聽(tīng)査?shù)轉(zhuǎn)換器，如圖1所示，其包括依次級(jí)聯(lián)的第一階積分器(Stgl)、第二階積分器(stg2)、第三階積分器(stg3)及第四階積分器(stg4);還包括一單比特量化器(lbit_adc)、一數(shù)模轉(zhuǎn)換器(lbit dac)、及一加法器；輸入信號(hào)(in)經(jīng)過(guò)上述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，最終輸出信號(hào)(Ibitdout)為一位數(shù)字PDM (Pulse-Density Modulated，脈沖密度調(diào)制碼)碼流，以滿足數(shù)字麥克風(fēng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)單比特PDM碼流的需求。
[0004]由于積分器是模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的主要功耗單元，采用多個(gè)階數(shù)的積分器勢(shì)必提高了系統(tǒng)的功耗和復(fù)雜度，無(wú)法滿足消費(fèi)類(lèi)電子設(shè)備對(duì)低功耗高分辨率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于，提供一種用于數(shù)字麥克風(fēng)的連續(xù)時(shí)間多比特模數(shù)轉(zhuǎn)換器，解決以上技術(shù)問(wèn)題。
[0006]本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題可以采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0007]—種用于數(shù)字麥克風(fēng)的連續(xù)時(shí)間多比特模數(shù)轉(zhuǎn)換器，應(yīng)用于數(shù)字麥克風(fēng)，其中，包括第一功能單元及與所述第一功能單元連接的第二功能單元，所述第一功能單元包括一信號(hào)輸入端、一信號(hào)輸出端，所述第一功能單元通過(guò)所述信號(hào)輸入端接收模擬輸入信號(hào)，并通過(guò)所述信號(hào)輸出端連接所述第二功能單元的信號(hào)輸入端；
[0008]所述第一功能單元包括多個(gè)依次級(jí)聯(lián)的積分器、一多比特量化器、一用于反饋的多比特?cái)?shù)模轉(zhuǎn)換器、一加法器；所述加法器位于其中第一個(gè)所述積分器的輸入端；
[0009]所述多比特量化器用于接收每一級(jí)積分器的輸出信號(hào)并量化為數(shù)字信號(hào)；所述多比特?cái)?shù)模轉(zhuǎn)換器將所述多比特量化器獲得的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)；所述加法器用于接收所述多比特?cái)?shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的模擬反饋信號(hào)，并對(duì)模擬輸入信號(hào)與模擬反饋信號(hào)求差，得出誤差信號(hào)；
[0010]所述第一功能單元用于將模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為多比特碼流；所述第二功能單元用于將多比特碼流轉(zhuǎn)化為單比特碼流輸出。
[0011 ] 優(yōu)選地，所述積分器采用連續(xù)時(shí)間積分器。
[0012]優(yōu)選地，所述積分器包括一運(yùn)算放大器，所述運(yùn)算放大器設(shè)有同相輸入端、反相輸入端，所述同相輸入端接一參考信號(hào)；
[0013]所述積分器的反相輸入端通過(guò)一電容連接所述積分器的輸出信號(hào)端；和/或所述積分器的反相輸入端通過(guò)一電阻連接輸入信號(hào)或上一級(jí)積分器的輸出信號(hào)。
[0014]優(yōu)選地，所述第二功能單元包括多個(gè)依次級(jí)聯(lián)的數(shù)字積分器、一單比特編碼器、一多比特編碼器、一數(shù)字加法器，所述數(shù)字加法器位于第一個(gè)所述數(shù)字積分器的輸入端；
[0015]所述單比特編碼器用于接收每一級(jí)數(shù)字積分器的輸出信號(hào)并進(jìn)行編碼；所述多比特編碼器將單比特編碼器獲得的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為多比特編碼信號(hào)；所述數(shù)字加法器接收所述多比特編碼信號(hào)，并對(duì)輸入信號(hào)與編碼信號(hào)求差，得出誤差信號(hào)。
[0016]優(yōu)選地，所述數(shù)字積分器采用D類(lèi)型的觸發(fā)器。
[0017]優(yōu)選地，所述第一功能單元包括m個(gè)依次級(jí)聯(lián)的積分器；所述多比特量化器為一 η比特量化器；所述多比特?cái)?shù)模轉(zhuǎn)換器為一 η比特?cái)?shù)模轉(zhuǎn)換器；其中m，η分別為一大于等于I的正整數(shù)。
[0018]優(yōu)選地，所述第二功能單元包括m個(gè)依次級(jí)聯(lián)的數(shù)字積分器；所述多比特編碼器為一 η比特編碼器；
[0019]其中m，η分別為一大于等于I的正整數(shù)。
[0020]優(yōu)選地，所述第一功能單元包括2個(gè)依次級(jí)聯(lián)的積分器；
[0021]和/或所述多比特量化器為一 4比特量化器；所述多比特?cái)?shù)模轉(zhuǎn)換器為一 4比特?cái)?shù)模轉(zhuǎn)換器。
[0022]優(yōu)選地，所述第二功能單元包括2個(gè)依次級(jí)聯(lián)的數(shù)字積分器；和/或所述多比特編碼器為一 4比特編碼器。
[0023]有益效果:由于采用以上技術(shù)方案，本發(fā)明減少了積分器的階數(shù)，降低了模數(shù)轉(zhuǎn)換器的功耗和系統(tǒng)復(fù)雜度，同時(shí)增加了模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入的動(dòng)態(tài)范圍。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的單比特四階西格瑪?shù)聽(tīng)査?shù)轉(zhuǎn)換器示意圖；
[0025]圖2為本發(fā)明采用的第一功能單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖3為圖2的一種具體實(shí)施例的示意圖；
[0027]圖4為本發(fā)明的第一功能單元的積分器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖5為本發(fā)明采用的第二功能單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖6為本發(fā)明用于數(shù)字麥克風(fēng)的多比特模數(shù)轉(zhuǎn)換器示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0030]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0031]需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。
[0032]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不作為本發(fā)明的限定。
[0033]參照?qǐng)D2、圖3、圖5、圖6，一種用于數(shù)字麥克風(fēng)的連續(xù)時(shí)間多比特模數(shù)轉(zhuǎn)換器，應(yīng)用于數(shù)字麥克風(fēng)，其中，包括第一功能單元I及與第一功能單元I連接的第二功能單元2，第一功能單兀I包括一信號(hào)輸入端、一信號(hào)輸出端，第一功能單兀I通過(guò)信號(hào)輸入端接收模擬輸入信號(hào)，并通過(guò)信號(hào)輸出端連接第二功能單元2的信號(hào)輸入端，第一功能單元I包括多個(gè)依次級(jí)聯(lián)的積分器、一多比特量化器、一多比特?cái)?shù)模轉(zhuǎn)換器、一加法器；加法器位于第一個(gè)積分器的輸入端；多比特量化器用于接收每一級(jí)積分器的輸出信號(hào)并量化為數(shù)字信號(hào)；多比特?cái)?shù)模轉(zhuǎn)換器將多比特量化器獲得的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)；加法器用于接收多比特?cái)?shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的模擬反饋信號(hào)，并對(duì)模擬輸入信號(hào)與模擬反饋信號(hào)求差，得出誤差信號(hào)；第一功能單元I用于將模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為多比特碼流；第二功能單元2用于將多比特碼流轉(zhuǎn)化為單比特碼流輸出。
[0034]由于單比特碼流和多比特碼流相比，所有信息都包含在一位的數(shù)據(jù)流中，后續(xù)的處理可以直接對(duì)一位的數(shù)據(jù)流進(jìn)行信號(hào)處理，避免了數(shù)據(jù)多路傳輸時(shí)的延遲不一致和數(shù)據(jù)線之間的干擾，同時(shí)能夠提高電路的處理速度。本發(fā)明采用將多比特碼流轉(zhuǎn)化為為單比特碼流輸出，以滿足數(shù)字麥克風(fēng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。
[0035]參照?qǐng)D4，本發(fā)明第一功能單元的積分器采用連續(xù)時(shí)間積分器。上述的積分器主要包括一運(yùn)算放大器21，運(yùn)算放大器21設(shè)有同相輸入端，反相輸入端，同相輸入端接一參考信號(hào)(Vcm);積分器的反相輸入端通過(guò)一電容(Cl)連接積分器的輸出信號(hào)端；和/或積分器通過(guò)一電阻(Rl)連接輸入信號(hào)(in)或上一級(jí)積分器的輸出信號(hào)。
[0036]第一功能單元采用連續(xù)時(shí)間積分器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)模擬輸入信號(hào)實(shí)現(xiàn)了連續(xù)時(shí)間的多比特模數(shù)轉(zhuǎn)換，并且降低了模數(shù)轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)噪聲和靜態(tài)電流。連續(xù)時(shí)間西格瑪?shù)聽(tīng)査{(diào)制器的功耗通常比離散時(shí)間西格瑪?shù)聽(tīng)査{(diào)制器小，特別適合高速、低功耗的應(yīng)用中。
[0037]同時(shí)本發(fā)明的第一功能單元還采用多比特量化器，相對(duì)于單比特量化器，多比特量化器可以降低量化增益對(duì)輸入信號(hào)的依賴，使得反饋環(huán)路的線性度得到提高，并且多比特量化器可以提高調(diào)制器的飽和輸入，在增加了信號(hào)輸入范圍的同時(shí)也增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0038]本發(fā)明的第二功能單元2包括多個(gè)依次級(jí)聯(lián)的數(shù)字積分器、一單比特編碼器(lbit_Code)、一多比特編碼器、一數(shù)字加法器，數(shù)字加法器位于第一個(gè)數(shù)字積分器的輸入端；單比特編碼器用于接收每一級(jí)數(shù)字積分器的輸出信號(hào)并進(jìn)行編碼；多比特編碼器將單比特編碼器獲得的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為多比特編碼信號(hào)；數(shù)字加法器接收多比特編碼信號(hào)，并對(duì)輸入信號(hào)與編碼信號(hào)求差，得出誤差信號(hào)。
[0039]參照?qǐng)D2，本發(fā)明的第一功能單元I包括m個(gè)依次級(jí)聯(lián)的積分器；分別為第一積分器(stgl)、第二積分器(stg2)、。。。、第m-Ι積分器(stgm-1)、第m積分器(stgm) ;—n比特量化器(nbit_adc); — η比特?cái)?shù)模轉(zhuǎn)換器(nbit dac)及一加法器,模擬輸入信號(hào)(In)經(jīng)過(guò)第一功能單元獲得η比特碼流(nbit dout)；
[0040]參照?qǐng)D5，第二功能單元2包括m個(gè)依次級(jí)聯(lián)的數(shù)字積分器；分別為第一數(shù)字積分器(stgl')、第二數(shù)字積分器(stg ')、。。。、第m-Ι數(shù)字積分器(stgm-Ι ')、第m數(shù)字積分器(stgm ');一單比特編碼器(lbit_code), — η比特編碼器(nbit_code)及一數(shù)字加法器；n比特碼流(nbit dout)經(jīng)過(guò)第二功能單元獲得單比特碼流(lbit dout)。
[0041]上述的m，η分別為一大于等于I的正整數(shù)。
[0042]上述的數(shù)字積分器采用D類(lèi)型的觸發(fā)器(DFF)實(shí)現(xiàn)。
[0043]參照?qǐng)D3，為本發(fā)明的第一功能單元I的一種具體實(shí)施例，一前饋型四比特兩階西格瑪?shù)聽(tīng)査?shù)轉(zhuǎn)換器，第一功能單元I包括兩個(gè)依次級(jí)聯(lián)的積分器(Stgl，Stg2);多比特量化器為一四比特量化器(4bit_adc);多比特編碼器為一四比特編碼器(4bit_Code)。多比特?cái)?shù)模轉(zhuǎn)換器為一四比特?cái)?shù)模轉(zhuǎn)換器(4bit dac)。模擬輸入信號(hào)(In)經(jīng)過(guò)第一功能單元獲得4比特碼流(4bit dout)ο
[0044]本發(fā)明的第一功能單元采用多比特西格瑪?shù)聽(tīng)査?shù)轉(zhuǎn)換器，與現(xiàn)有技術(shù)的單比特西格瑪?shù)聽(tīng)査?shù)轉(zhuǎn)換器相比，具有以下優(yōu)勢(shì):
[0045]I)實(shí)現(xiàn)了相同的信噪比，降低了積分器的階數(shù)，降低了系統(tǒng)功耗和復(fù)雜度；
[0046]2)對(duì)時(shí)鐘抖動(dòng)(jitter)的敏感度是單比特西格瑪?shù)聽(tīng)査?shù)轉(zhuǎn)換器的2_祝倍，從而放寬了對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘的要求；
[0047]3)多比特西格瑪?shù)聽(tīng)査?shù)轉(zhuǎn)換器的周期訊號(hào)產(chǎn)生(idle tone)遠(yuǎn)小于單比特西格瑪?shù)聽(tīng)査?shù)轉(zhuǎn)換器，所以可以不需要額外增加模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)輸入的失調(diào)電壓來(lái)抑制周期訊號(hào)產(chǎn)生，從而增加了模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入的動(dòng)態(tài)范圍。
[0048]本發(fā)明的第一功能單元是在模擬域中實(shí)現(xiàn)的，即主要通過(guò)模擬電路，包括放大器、積分器、比較器等實(shí)現(xiàn)；本發(fā)明的第二功能單元是在純數(shù)字域中實(shí)現(xiàn)的，即主要通過(guò)數(shù)字電路，包括觸發(fā)器(如D類(lèi)型觸發(fā)器)、邏輯門(mén)電路(logic gate)、加/減法器等實(shí)現(xiàn)。
[0049]本發(fā)明的西格瑪?shù)聽(tīng)査{(diào)制器不僅僅限于前饋型，還可以采用其他構(gòu)型，如反饋型，MASH型等，即可以與任何西格瑪?shù)聽(tīng)査軜?gòu)配合使用。
[0050]以上所述僅為本發(fā)明較佳的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的實(shí)施方式及保護(hù)范圍，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，應(yīng)當(dāng)能夠意識(shí)到凡運(yùn)用本發(fā)明說(shuō)明書(shū)及圖示內(nèi)容所作出的等同替換和顯而易見(jiàn)的變化所得到的方案，均應(yīng)當(dāng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于數(shù)字麥克風(fēng)的連續(xù)時(shí)間多比特模數(shù)轉(zhuǎn)換器，應(yīng)用于數(shù)字麥克風(fēng)，其特征在于，包括第一功能單元及與所述第一功能單元連接的第二功能單元，所述第一功能單元包括一信號(hào)輸入端、一信號(hào)輸出端，所述第一功能單元通過(guò)所述信號(hào)輸入端接收模擬輸入信號(hào)，并通過(guò)所述信號(hào)輸出端連接所述第二功能單元的信號(hào)輸入端； 所述第一功能單元包括多個(gè)依次級(jí)聯(lián)的積分器、一多比特量化器、一用于反饋的多比特?cái)?shù)模轉(zhuǎn)換器、一加法器；所述加法器位于其中第一個(gè)所述積分器的輸入端； 所述多比特量化器用于接收每一級(jí)積分器的輸出信號(hào)并量化為數(shù)字信號(hào)；所述多比特?cái)?shù)模轉(zhuǎn)換器將所述多比特量化器獲得的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)；所述加法器用于接收所述多比特?cái)?shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的模擬反饋信號(hào)，并對(duì)模擬輸入信號(hào)與模擬反饋信號(hào)求差，得出誤差信號(hào)； 所述第一功能單元用于將模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為多比特碼流；所述第二功能單元用于將多比特碼流轉(zhuǎn)化為單比特碼流輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于數(shù)字麥克風(fēng)的連續(xù)時(shí)間多比特模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述積分器采用連續(xù)時(shí)間積分器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于數(shù)字麥克風(fēng)的連續(xù)時(shí)間多比特模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述積分器包括一運(yùn)算放大器，所述運(yùn)算放大器設(shè)有同相輸入端、反相輸入端，所述同相輸入端接一參考信號(hào)； 所述積分器的反相輸入端通過(guò)一電容連接所述積分器的輸出信號(hào)端；和/或所述積分器的反相輸入端通過(guò)一電阻連接輸入信號(hào)或上一級(jí)積分器的輸出信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于數(shù)字麥克風(fēng)的連續(xù)時(shí)間多比特模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第二功能單元包括多個(gè)依次級(jí)聯(lián)的數(shù)字積分器、一單比特編碼器、一多比特編碼器、一數(shù)字加法器，所述數(shù)字加法器位于第一個(gè)所述數(shù)字積分器的輸入端； 所述單比特編碼器用于接收每一級(jí)數(shù)字積分器的輸出信號(hào)并進(jìn)行編碼；所述多比特編碼器將單比特編碼器獲得的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為多比特編碼信號(hào)；所述數(shù)字加法器接收所述多比特編碼信號(hào)，并對(duì)輸入信號(hào)與編碼信號(hào)求差，得出誤差信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于數(shù)字麥克風(fēng)的連續(xù)時(shí)間多比特模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述數(shù)字積分器采用D類(lèi)型的觸發(fā)器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于數(shù)字麥克風(fēng)的連續(xù)時(shí)間多比特模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第一功能單元包括m個(gè)依次級(jí)聯(lián)的積分器；所述多比特量化器為一 η比特量化器；所述多比特?cái)?shù)模轉(zhuǎn)換器為一 η比特?cái)?shù)模轉(zhuǎn)換器；其中m，η分別為一大于等于I的正整數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于數(shù)字麥克風(fēng)的連續(xù)時(shí)間多比特模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第二功能單元包括m個(gè)依次級(jí)聯(lián)的數(shù)字積分器；所述多比特編碼器為一η比特編碼器； 其中m，η分別為一大于等于I的正整數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用于數(shù)字麥克風(fēng)的連續(xù)時(shí)間多比特模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第一功能單元包括2個(gè)依次級(jí)聯(lián)的積分器； 和/或所述多比特量化器為一 4比特量化器；所述多比特?cái)?shù)模轉(zhuǎn)換器為一 4比特?cái)?shù)模轉(zhuǎn)換器。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種用于數(shù)字麥克風(fēng)的連續(xù)時(shí)間多比特模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第二功能單元包括2個(gè)依次級(jí)聯(lián)的數(shù)字積分器；和/或所述多比特編碼器為一 4比特編碼器。
【文檔編號(hào)】H03M3/04GK104348484SQ201310330578
【公開(kāi)日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2013年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月31日
【發(fā)明者】葉菁華 申請(qǐng)人:上海耐普微電子有限公司, 鈺太科技股份有限公司