因此，必要時(shí)必須使輸入信號(hào) 衰減，W便可靠地保持在多級(jí)iDS-ADC的穩(wěn)定的工作范圍內(nèi)。其中典型的是，隨著調(diào)制器階 數(shù)的提高針對(duì)輸入信號(hào)的衰減度也提高。然而運(yùn)也導(dǎo)致在ADC中可用的輸入信號(hào)電平變差， 而運(yùn)反過來意味著要么降低數(shù)字輸出信號(hào)的精度，要么增加信號(hào)處理復(fù)雜度，W便實(shí)現(xiàn)通 過運(yùn)種類型的ADC(無穩(wěn)定性限制)可獲得的相同的輸出精度。此外，輸入信號(hào)中的偏移可能 導(dǎo)致實(shí)際可用于輸入信號(hào)中的有效信號(hào)分量的動(dòng)態(tài)范圍進(jìn)一步減小。因此，在iDS_ADC中， 運(yùn)樣的偏移應(yīng)在轉(zhuǎn)換之前被去除。為此，要么可W使用US 6 909 388 Bl中的方法，要么應(yīng) 當(dāng)提供具有穩(wěn)定的ADC特性的擴(kuò)展的動(dòng)態(tài)范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 因此，本發(fā)明的任務(wù)在于，提出一種裝置和方法，借助它們可W確保用于較大輸入 信號(hào)范圍的多級(jí)增量型Delta-Sigma模數(shù)轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定性。從而，旨在減弱并基本上消除調(diào) 制器環(huán)路的輸入動(dòng)態(tài)范圍和穩(wěn)定性的沖突的關(guān)聯(lián)。
[0016] 盡管可處理的輸入動(dòng)態(tài)范圍改進(jìn)了，但是另一任務(wù)是在不需要對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行直 接衰減的情況下，使得可W避免關(guān)于ADC固有噪聲源的直接信噪比（SNR)變差。
[0017] 此外，應(yīng)該可W利用同一或相同的增量型Delta-Sigma模數(shù)轉(zhuǎn)換器設(shè)置并且實(shí)現(xiàn) 不同的有效分辨率或精度，W便不但能夠?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)單的多路復(fù)用系統(tǒng)而且能夠?qū)崿F(xiàn)僅具有一 個(gè)ADC的系統(tǒng)和應(yīng)用，在運(yùn)些系統(tǒng)和應(yīng)用中，針對(duì)輸出信號(hào)的精度和分辨率存在不同的需 求。為了確保盡可能好的能量效率，運(yùn)尤其對(duì)于最小化處理持續(xù)時(shí)間W及因此所需的能量 來說是值得期待的。
[001引本發(fā)明的另一任務(wù)在于，即使在多級(jí)增量型Delta-Sigma模數(shù)轉(zhuǎn)換器中也能穩(wěn)定 地對(duì)較大的輸入信號(hào)范圍進(jìn)行處理，其中，可W同時(shí)實(shí)現(xiàn)增量型Delta-Sigma模數(shù)轉(zhuǎn)換器的 分辨率或精度的可編程性。
[0019] 此外，應(yīng)能夠通過關(guān)于要處理的輸入動(dòng)態(tài)范圍的最優(yōu)調(diào)節(jié)的時(shí)鐘數(shù)量控制來實(shí)現(xiàn) 更高的精度。
[0020] 該任務(wù)在方法方面通過如下方式來實(shí)現(xiàn)，即，在增量型Delta-Sigma模數(shù)轉(zhuǎn)換器的 反饋支路中形成虛擬的基準(zhǔn)電壓，其中，借助可設(shè)置的基準(zhǔn)電容Cref使所述基準(zhǔn)電壓信號(hào)適 合于變化的輸入信號(hào)范圍并且設(shè)置取決于所述基準(zhǔn)電容Cref的時(shí)鐘周期數(shù)量N。運(yùn)提供的優(yōu) 點(diǎn)是，不再需要對(duì)增量型Delta-Sigma模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)進(jìn)行衰減，并且因此沒有SNR 損失(信噪比）要被記錄。
[0021] 在該方法的一個(gè)實(shí)施方式中，經(jīng)由可控的電容陣列（10)來調(diào)節(jié)和設(shè)置所述基準(zhǔn)電 容Cref(Il)。電容陣列包括可串聯(lián)連接和/或并聯(lián)連接的可變的各個(gè)電容。由此，可W按如下 方式實(shí)現(xiàn)對(duì)基準(zhǔn)電容Cref的最優(yōu)的調(diào)節(jié)和設(shè)置，即，可W完全調(diào)制所需的輸入動(dòng)態(tài)范圍并且 滿足輸出信號(hào)的精度要求。
[0022] 在所提出的方法的另一個(gè)實(shí)施方式中，W如下方式選擇基準(zhǔn)電容Cref W及設(shè)置時(shí) 鐘周期數(shù)量N，即，在+/-Vdd的運(yùn)行電壓的范圍內(nèi)的輸入信號(hào)W無過驅(qū)動(dòng)的方式將增量型 Delta-Sigma模數(shù)轉(zhuǎn)換器調(diào)制到盡可能最大程度。在此的優(yōu)點(diǎn)是，通過Ure域Qref的選擇，亦 即通過Cref和時(shí)鐘數(shù)量N的選擇，增量型Del ta-Sigma模數(shù)轉(zhuǎn)換器始終允許在+/-Vdd的范圍內(nèi) 對(duì)增量型Delta-Sigma模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)進(jìn)行完全調(diào)制，而不會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定。也就是 說，增量型De Ita-Sigma模數(shù)轉(zhuǎn)換器可W因此始終穩(wěn)定地工作。
[0023] 在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式中，借助控制單元來設(shè)置基準(zhǔn)電容Cref和時(shí)鐘周期數(shù) 量N。因此，控制單元監(jiān)視和控制的是，從電容陣列中最優(yōu)地選擇基準(zhǔn)電容W及設(shè)置在增量 型Delta-Sigma模數(shù)轉(zhuǎn)換器保持在穩(wěn)定的范圍內(nèi)的條件下取決于輸出信號(hào)的精度要求的最 優(yōu)開關(guān)周期數(shù)量N。
[0024] 在該方法的又一個(gè)實(shí)施方式中，控制單元控制增量型Delta-Sigma模數(shù)轉(zhuǎn)換器的 至少兩個(gè)積分器級(jí)、量化器W及反饋支路中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。當(dāng)然，也可W控制具有比二階增 量型Delta-Sigma模數(shù)轉(zhuǎn)換器更高階數(shù)的增量型Delta-Sigma模數(shù)轉(zhuǎn)換器，從而始終最優(yōu)地 選擇基準(zhǔn)電容W及最優(yōu)地設(shè)置開關(guān)周期數(shù)量N。
[0025] 在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施方式中，控制單元根據(jù)取決于增量型Delta-Sigma模數(shù)轉(zhuǎn)換器的所需的精度范圍、所設(shè)置的基準(zhǔn)電容Cref或另外的增量型Delta-Sigma 模數(shù)轉(zhuǎn)換器所固有的測(cè)量值的算法來確定W及設(shè)置最優(yōu)的時(shí)鐘周期數(shù)量N。使得算法與增 量型Delta-Sigma模數(shù)轉(zhuǎn)換器的所需的精度范圍、所設(shè)置的基準(zhǔn)電容Cref或另外的增量型 Delta-Sigma模數(shù)轉(zhuǎn)換器所固有的測(cè)量值相適合。
[0026] 在該方法的又一個(gè)有利實(shí)施方式中，單個(gè)增量型Delta-Sigma模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于多 路復(fù)用系統(tǒng)。舉例來說，與不同數(shù)量的處理時(shí)鐘周期N相關(guān)聯(lián)的Ure域Qref的增大（借助Cl/ Cref比）允許同一增量型Delta-Sigma模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字ADC輸出信號(hào)的精度或有效的、無噪 聲的分辨率的簡(jiǎn)單的、低耗費(fèi)的可編程性，其中，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)的最大的動(dòng)態(tài)范 圍、增量型Delta-Sigma模數(shù)轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定性和盡可能小的時(shí)鐘數(shù)量N。運(yùn)最終導(dǎo)致盡可能 小的能量耗費(fèi)。運(yùn)不僅適用于包括多個(gè)信號(hào)的系統(tǒng)（多路復(fù)用系統(tǒng)），而且也適用于必須滿 足關(guān)于模數(shù)轉(zhuǎn)換的潛在的不同要求的系統(tǒng)。本發(fā)明的特別的優(yōu)點(diǎn)在于，針對(duì)增量型Delta-Sigma模數(shù)轉(zhuǎn)換器的預(yù)先給定的、所期望的精度，具有最優(yōu)化的能量效率或每有效的LSB的 最小化的能量需求。
[0027] 在該方法的再一個(gè)實(shí)施方式中，增量型Delta-Sigma模數(shù)轉(zhuǎn)換器與輸出信號(hào)的精 度要求相適合。在此，精度要求與ADC輸出信號(hào)的有效分辨率相關(guān)，其中，在運(yùn)里能實(shí)現(xiàn)超過 16位的有效分辨率。利用此前的ADC僅可實(shí)現(xiàn)在10位至15位的范圍內(nèi)的分辨率。通過在調(diào)制 器環(huán)路中選擇Cref和設(shè)置時(shí)鐘周期數(shù)量N，可W在盡可能大的輸入動(dòng)態(tài)范圍的情況下直接通 過虛擬的參考值來設(shè)置ADC輸出信號(hào)的精度。對(duì)應(yīng)調(diào)節(jié)的時(shí)鐘周期數(shù)量N可W利用同一或相 同的iDS-ADC對(duì)用于不同的應(yīng)用的有效分辨率進(jìn)行編程或設(shè)置。
[0028] 該任務(wù)在裝置方面通過如下來實(shí)現(xiàn)，即，在反饋支路中布置有可控的電容陣列，其 中，電容陣列、至少一個(gè)積分器、量化器W及反饋支路中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器與控制單元W控制的 方式相連接。
[0029] 在用于增量型Delta-Sigma模數(shù)轉(zhuǎn)換的裝置的實(shí)施方式中，增量型Delta-Sigma模 數(shù)轉(zhuǎn)換器具有M個(gè)積分器級(jí)。因此，可W提高增量型Delta-Sigma模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)的 精度。然而，根據(jù)本發(fā)明的裝置的優(yōu)點(diǎn)在于，在提高轉(zhuǎn)換器階數(shù)的情況下，不再需要輸入信 號(hào)的衰減，而是可W利用整個(gè)動(dòng)態(tài)范圍并且因此提高轉(zhuǎn)換的精度。
[0030] 在裝置的另一個(gè)實(shí)施方式中，因此，增量型Delta-Sigma模數(shù)轉(zhuǎn)換器的+/-Vdd的運(yùn) 行電壓的范圍內(nèi)的輸入信號(hào)能夠與積分器級(jí)的數(shù)量M無關(guān)地進(jìn)行完全調(diào)制。
[0031] 在本發(fā)明的一個(gè)特別實(shí)施方式中，控制單元包括時(shí)鐘控制邏輯。因此，借助相應(yīng)的 時(shí)鐘控制邏輯可W實(shí)現(xiàn)增量型Delta-Sigma模數(shù)轉(zhuǎn)換器的同一硬件電路的適應(yīng)性，其中也 可W實(shí)現(xiàn)基于新類型的軟件的可擴(kuò)展性W及改進(jìn)的IP復(fù)用。
[0032] 根據(jù)本發(fā)明的方法和根據(jù)本發(fā)明的裝置通常提供如下的優(yōu)點(diǎn)，即，Delta-Sigma模 數(shù)轉(zhuǎn)換與過程波動(dòng)無關(guān)，運(yùn)是因?yàn)榉€(wěn)定性和增量型Delta-Sigma模數(shù)轉(zhuǎn)換器傳輸特性與絕 對(duì)的電路值和電容值(ClXref)無關(guān)，而是僅取決于它們的比，穩(wěn)定性在最大可處理的動(dòng)態(tài) 范圍的情況下得W保持，即使在制造過程中出現(xiàn)波動(dòng)的情況下也能得W確保。
[0033] 因此，可W簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)非常高階的增量型Delta-Sigma模數(shù)轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定運(yùn)行。
【附圖說明】
[0034] 下面將參照實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)地說明。在附圖中：
[0035] 圖1示出了二階增量型Delta-Sigma模數(shù)轉(zhuǎn)換器的傳統(tǒng)的拓部結(jié)構(gòu)；
[0036] 圖2示出了二階增量型Delta-Sigma模數(shù)轉(zhuǎn)換器作為具有等效噪聲的輸入噪聲源 和輸出噪聲源的時(shí)間離散系統(tǒng)；
[0037] 圖3示出了具有虛擬的基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生的精度可編程的二階增量型Delta-Sigma模 數(shù)轉(zhuǎn)換器；
[0038] 圖4示出了一般性的iDS-ADC輸入級(jí)，所示出的是用于差分輸入信號(hào)的調(diào)制器鏈的 第一積分器，其具有用于產(chǎn)生可編程的、虛擬的基準(zhǔn)電壓的電容陣列；
[0039] 圖5示出了用于對(duì)虛擬的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行編程的電容陣列的原理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
[0040] 圖6示出了具有虛擬的基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生器的一般性的、精度可編程的任意階次i的增 量型Delta-Sigma模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
【具體實(shí)施方式】
[0041] 圖3示出了具有虛擬的基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生器的精度可編程的二階增量型Delta-Sigma 模數(shù)轉(zhuǎn)換器。在幾乎每個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器中（因此也包括iDS-ADC)都需要基準(zhǔn)電壓，借助該基準(zhǔn)