调制器电路及模数转换器

本发明涉及模数转换器设计，特别是涉及一种调制器电路及模数转换器。

背景技术：

1、随着无线技术的飞速发展以及便携式终端的普及，对低压低功耗adc（模数转换器）提出了越来越高的要求。dsm（δ-σ调制器）在中、低速应用中展现了较高的分辨率；其工作原理是对输入信号进行过采样，然后利用反馈回路不断改进输出信号，这一过程可产生代表模拟输入信号的数字输出信号。

2、对dsm的速率以及稳定性的要求驱使mash（多级噪声整形）结构与ct（连续时间）dsm的相继出现。dsm的sqnr（信号与量化噪声比，即，信噪比）可以通过提高osr（过采样率）、环路阶数来实现，但是会面临需要的功率增加、变得不稳定等问题。mash结构通过将低阶dsm级联来实现稳定的高阶噪声整形，但是mash结构需要设计合适的数字滤波器，对失配反应灵敏，在实际应用中存在严重的噪声泄露现象。而smash（稳健多级噪声整形）结构是一种特殊的mash结构，采用多级反馈回路，把mash结构中后级数字滤波部分去除，因此消除了噪声泄露，进一步提高了转换的准确性。

3、ct-smash 通过在连续时间域中实施整个 dsm 过程，将smash向前推进了一步；这意味着输入信号和反馈回路连续运行，无需离散采样和转换步骤，极大提高了adc的运行速率。与传统的 dsm 技术相比，ct-smash 具有明显的优势，因此成为各种应用的理想选择；例如，更高的精度，ct-smash 的连续时间特性可减少量化误差，从而提高信号转换精度；功耗更低，连续时间工作简化了电路，减少了对高速开关元件的需求，从而降低功耗；简化实现，ct-smash 无需分立采样和转换，从而简化了adc的设计和实现。

4、但是，在ct-smash中，前级量化噪声的提取会带有输入信号分量，这就可能会导致后级dsm模块中的积分器输入信号过高，最终导致对应量化器饱和，输出分辨率严重下降。

5、应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本发明的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种调制器电路及模数转换器，用于解决现有ct-smash型δ-σ调制器中，因前级量化噪声的提取带有输入信号分量，导致后级中积分器输入的信号过高使积分器饱和影响输出分辨率的问题。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种调制器电路，所述调制器电路包括：

3、第一调制环路、第二调制环路、量噪提取模块及输出模块，所述第一调制环路包括m个第一调制模块、第一量化模块及第一反馈模块，所述第二调制环路包括n个第二调制模块、第二量化模块及第二反馈模块；

4、m个所述第一调制模块与所述第一量化模块依次级联且所述第一反馈模块连接于所述输出模块与第1个所述第一调制模块之间，n个所述第二调制模块与所述第二量化模块依次级联且所述第二反馈模块连接于所述第二量化模块与第1个所述第二调制模块之间；

5、所述第一调制环路对模拟输入信号进行调制量化得到第一量化结果及第一量化噪声，所述第二调制环路对所述第一量化噪声进行调制量化得到第二量化结果及第二量化噪声，所述第一调制环路与所述第二调制环路配合还对所述第一量化噪声及所述第二量化噪声进行（m+n）阶噪声整形；

6、所述量噪提取模块与所述第一量化模块相连，基于模拟滤波对所述第一量化模块输入端的信号进行预设延迟来匹配所述第一量化模块输出端的信号延迟，以对所述第一量化噪声进行纯净提取并输出至所述第二调制环路；

7、所述输出模块与所述第一量化模块及所述第二量化模块相连，通过对所述第一量化结果及所述第二量化结果进行减法运算得到数字输出信号；

8、其中，m、n均为大于或等于1的自然数且m大于或等于n。

9、可选地，所述第一调制模块与所述第二调制模块结构相同，包括积分单元及放大单元；所述积分单元用于对其输入端的信号进行积分处理，所述放大单元与所述积分单元相连，用于对所述积分单元输出端的信号进行放大处理；其中，在所述积分单元属于第1个所述第一调制模块时，所述积分单元输入端的信号为所述模拟输入信号与经过所述第一反馈模块后的所述数字输出信号的差值，在所述积分单元属于第1个所述第二调制模块时，所述积分单元输入端的信号为所述第一量化噪声与经过所述第二反馈模块后的所述第二量化结果的差值，在所述积分单元属于其他调制模块时，所述积分单元输入端的信号为前级调制模块输出端的信号。

10、可选地，所述积分单元采用无源积分器实现，所述放大单元采用单级放大器实现。

11、可选地，所述积分单元包括两个无源积分器，其中，所述无源积分器包括第一电阻、第二电阻及第一电容；所述第一电阻的第一端作为所述无源积分器的输入端，第二端连接所述第二电阻的第一端并作为所述无源积分器的输出端；所述第二电阻的第二端经由所述第一电容连接参考地。

12、可选地，所述单级放大器包括第一mos管、第二mos管、第三mos管、第三电阻及第四电阻；所述第一mos管及所述第二mos管的栅极作为所述单级放大器的差分输入端，所述第一mos管及所述第二mos管的漏极作为所述单级放大器的差分输出端，所述第一mos管及所述第二mos管的漏极还分别经由所述第三电阻及所述第四电阻连接电源电压，所述第一mos管及所述第二mos管的源极连接所述第三mos管的漏极；所述第三mos管的栅极连接偏置电压，源极连接参考地。

13、可选地，所述量噪提取模块包括模拟滤波单元、数模转换单元及减法运算单元；所述模拟滤波单元与所述第一量化模块的输入端相连，用于设置所述预设延迟的值并以此对所述第一量化模块输入端的信号进行延迟处理；所述数模转换单元与所述第一量化模块的输出端相连，用于对所述第一量化模块输出端的信号进行数模转换；所述减法运算单元与所述模拟滤波单元及所述数模转换单元的输出端相连，通过对所述数模转换单元及所述模拟滤波单元输出端的信号进行减法运算实现对所述第一量化噪声的纯净提取。

14、可选地，所述模拟滤波单元包括两个全通滤波器，其中，所述全通滤波器包括运算放大器、第五电阻、第六电阻、第七电阻及第二电容；所述运算放大器的第一输入端连接所述第五电阻的第一端并经由所述第二电容连接参考地，第二输入端连接所述第六电阻的第一端，输出端作为所述全通滤波器的输出端；所述第五电阻的第二端连接所述第六电阻的第二端并作为所述全通滤波器的输入端；所述第七电阻连接于所述运算放大器的第二输入端及输出端之间。

15、可选地，所述第一量化模块及所述第二量化模块均采用中升量化器实现且均包括两个中升量化器，所述第一反馈模块及所述第二反馈模块均采用数模转换器实现且均包括两个模数转换器，所述输出模块采用减法器实现且包括两个减法器。

16、可选地，m小于或等于3，n小于或等于2。

17、本发明还提供一种模数转换器，所述模数转换器包括如上所述的调制器电路。

18、如上所述，本发明的调制器电路及模数转换器，基于模拟滤波对第一量化模块输入端的信号进行预设延迟来匹配其输出端的信号延迟，实现第一量化噪声的纯净提取，避免输入至第二调制环路的信号幅度过大而导致第二量化模块饱和，提高分辨率；通过第一调制环路与第二调制环路配合实现第一量化噪声及第二量化噪声的三阶噪声整形，使得第二量化噪声非常接近白噪声，降低对输出的影响；采用无源积分器来构建第一调制环路及第二调制环路，有利于减小电路功耗和面积。