本发明专利技术涉及一种sigma-delta模数转换器中的调制器。该sigma-delta调制器包括PWM模块和TDC模块。该PWM模块用于生成单采样周期内的单调信号，并将该PWM模块接收到的模拟信号根据所述采样周期进行采样保持后得到的信号与所述单采样周期内的单调信号进行比较，得到比较结果。其中，该单调信号与所述采样保持后的信号具有相同相位或者具有相位偏差。该TDC模块用于将所述比较结果做时间-数字转换，从而得到数字信号。本发明专利技术的sigma-delta调制器量化精度更高，能够广泛应用于模数转换器中。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及模数转换器中的调制器，尤其涉及一种sigma-delta模数转换器中的调制器。
技术介绍
模数转换器的功能是将时间和幅度上都连续的信号转变为时间和幅度上都离散的数字信号。各种模拟世界的信号，如声音、图像等物理量都要通过模数转换器的转换，变成数字信号，才能给DSP (Digital Signal Processer，数字信号处理器)或CPU (Central Processing Unit，中央处理器)等计算处理。根据结构的不同，模数转换器可分为全并行结构、逐次逼近结构、流水线结构和sigma-delta结构。Sigma-delta结构的模数转换器由 sigma-delta调制器和数字滤波器组成。Sigma-delta调制器通过噪声整形和过采样，将量化噪声移到感兴趣的频带外，数字滤波器再将带外信号滤除。根据sigma-delta调制器内滤波器的反馈环路，可以将sigma-delta调制器大致分为单环结构和级联结构；根据滤波器的阶数可以将sigma-delta调制器分为单阶和多阶结构；根据量化器的精度又可以将sigma-delta调制器分为单比特量化结构和多比特量化结构；根据积分器的类型可以将sigma-delta调制器分为离散时间结构和连续时间结构。单比特量化是指在采样周期内对输入电平量化得到0或者1两种数据，用1比特就可以表示。多比特量化是指在采样周期内对输入电平量化，量化的结果不止2种数据，需要使用多个比特来表示结果。单比特量化的优点是线性度好，结构简单，缺点是量化误差非常大，原因是单比特量化结果是0或1两种数据。多比特量化器相对于单比特量化器来说， 缺点是非线性，结构相对复杂，优点是量化误差小，原因是多比特量化结果不限于0或1两种数据(即多于两种数据)。多比特量化虽然能够带来很大性能上的提升，但是所引入的非线性效应会破坏模数转换器的性能(原因是非线性会直接增加误差到输入信号)。为了解决此种问题，通常是通过动态单元匹配数字加权平均等算法降低多比特数模转换器的非线性。然而，在芯片上实施这些算法增加了芯片的复杂度、功耗和环路延时。随着对模数转换器带宽和功耗要求的进一步提高，此问题将成为sigma-delta模数转换器的设计难点。2011 年 3 月 IEEE JSSC 期刊中刊登的文章-A continuous timemulti-bit Δ Σ ADC using time domain quantizer and feedback element ( 一禾中米用时域量化器和反馈单元的连续时间多比特△ Σ模数转换器)，该文章提出了使用PWM(PUlse Width Modulation，脉冲宽度调制)模块和 TDC (Time-to-Digital Converter，时间-数字转换)模块来代替传统sigma-delta调制器中的多比特量化器，并用单比特DAC(数模转换)器代替多比特DAC(数模转换)器，参见图1、图2。图1是传统的多比特Sigma-delta调制器原理框图。图2是现有技术的sigma-delta调制器原理框图。图2中，该sigma-delta 利用了比采样频率更高的时钟，在单采样周期内，用多个时钟对PWM模块的输出进行采样， 实现了时间到数字的转换，并将得到的数字信号通过单比特DAC，将波形反馈回输入端。图3是图2中的PWM模块示意图。该PWM模块在单周期内将输入信号VFilt。ut与三角波信号Vr比较，从而将输入至该PWM模块的电压信号VFilt。ut转换成时间信号ρ⑴，并将该时间信号P(t)输出至TDC(时间-数字转换)模块。图4是图2中的TDC模块示意图。该TDC模块在单采样周期Ts内对该PWM模块的输出信号P(t)用多个时钟进行量化，每次量化输出为0或者1。以单周期内量化8次为例，对时间信号P(t)量化，则输出上升和下降沿的时间编号接近于2和6，如图5所示。图 5是图2中的TDC模块的输出波形示意图。返回图2，该TDC模块的输出信号经单比特DAC后(单比特数模转换器)后，输出上升和下降沿的时间编号是2和6。也就是说，PWM模块输出的时间信号ρ (t)经TDC模块及单比特DAC后，实现了在采样周期内的2时刻上升及在6时刻下降，如图6所示。图6是图2中的单比特DAC输出波形示意图。由图6可知，在单采样周期内，输出信号Dout上升沿和下降沿的时间编号分别为 2和6，且其以时间编号4为中心对称；其中，时间编号2可通过两个比特10来表示。由于量化周期(量化周期为8)已知，并且输出信号Dout以时间编号4为中心对称，因此，在时间编号2确定情况下(即通过比特10表示)，时间编号6也是确定的。由此可见，输出信号Dout可通过两个比特表示，量化精度较低。同时，由于PWM模块中的三角波周期与采样周期相同，因此，输入信号经采样量化后具有对称性(如图6所示，时间编号2和6以时间编号4为中心对称)，进而降低了量化精度。
技术实现思路
本专利技术提供了一种能够解决以上问题的Sigma-delta模数转换器中的调制器。在第一方面，本专利技术提供了一种sigma-delta调制器，包括PWM模块，用于生成单采样周期内的单调信号，并将该PWM模块接收到的模拟信号根据所述采样周期进行采样保持后得到的信号与所述单采样周期内的单调信号进行比较，得到比较结果；其中，所述单调信号与所述采样保持后的信号具有相同相位或者具有相位偏差。TDC模块，将所述比较结果做时间-数字转换，得到数字信号。本专利技术提高了量化精度，同时提高了 sigma-delta模数转换器的动态范围。此外， 本专利技术降低了设计难度，同时降低了功耗。附图说明图1是传统的多比特Sigma-delta调制器原理框图；图2是现有技术的sigma-delta调制器原理框图；图3是图2中的PWM模块示意图；图4是图2中的TDC模块示意图；图5是图2中的PWM模块的输出波形示意图；图6是图2中的TDC模块的输出波形示意图；图7是本专利技术一个实施例的sigma-delta调制器原理框图；图8是本专利技术另一个实施例的sigma-delta调制器原理框图；图9是两种锯齿波信号示意图10是图8中的采样保持模块、锯齿波信号生成模块、比较模块、TDC模块输出信号关系示意图；图11是具有相位偏差的信号Vs与锯齿波信号Vlr位置关系示意图；图12是本专利技术又一个实施例的sigma-delta调制器原理框图；图13是周期为两倍采样周期的三角波示意图；图14是图12中的采样保持模块、三角波信号生成模块、比较模块、TDC模块以及数字后处理模块输出信号关系示意图；图15是具有相位偏差的信号V2s与三角波信号V2r位置关系示意图；图16是本专利技术再一个实施例的sigma-delta调制器示意图。具体实施例方式下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。图7是本专利技术一个实施例的sigma-delta调制器原理框图。该sigma-delta调制器包括PWM模块710和TDC模块720。该PWM模块710用于生成单采样周期内的单调信号，并将该PWM模块接收到的模拟信号根据所述采样周期进行采样保持后得到的信号与所述单采样周期内的单调信号进行比较，得到比较结果。其中，上述单调信号与所述本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种ｓｉｇｍａ－ｄｅｌｔａ调制器，其特征在于，包括：ＰＷＭ模块，生成单采样周期内的单调信号，并将该ＰＷＭ模块接收到的模拟信号根据所述采样周期进行采样保持后得到的信号与所述单采样周期内的单调信号进行比较，得到比较结果；其中，所述单调信号与所述采样保持后的信号具有相同相位或者具有相位偏差；ＴＤＣ模块，将所述比较结果做时间－数字转换，得到数字信号。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：华斯亮，王东辉，洪缨，侯朝焕，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：11
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