JP2005529537A - 改善された雑音特性を有するデルタ‐シグマ変調器 - Google Patents
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Abstract
Description
デルタ‐シグマ変調器はディジタル‐アナログ変換器(DAC)およびアナログ‐ディジタル変換器(ADC)において特に有用である。オーバーサンプリングにより、デルタ‐シグマ変調器の量子化雑音電力はオーバーサンプリング周波数帯域にわたって広がるが、この周波数帯域は通常、入力信号帯域幅よりもずっと広い。さらにデルタ‐シグマ変調器は、入力信号に対してはローパスフィルタとして、雑音に対してはハイパスフィルタとして作用することによりノイズシェーピングを行う。つまりほとんどの量子化雑音電力がこれにより信号帯域外にシフトする。
本発明原理による回路および方法は、例えばディジタル‐アナログ変換器やアナログ‐ディジタル変換器で使用されるデルタ‐シグマ変調器の性能を向上するのに特に有用である。標本化位相中に対応するコンデンサ。具体的な一実施形態によれば、デルタ‐シグマ変調器で使用される積分器段が開示され、この積分器段は、演算増幅器、演算増幅器の出力部と加算ノードとを演算増幅器の入力側で結合する積分コンデンサ、および帰還経路を含む。この帰還経路は、共通のプレートノードにおいて電気的に共通して結合された第一プレートを有する第一および第二コンデンサと、標本化位相中、選択された基準電圧をコンデンサの第二プレート上に標本化するためのスイッチング回路とを含む。積分器段は、積分位相中に共通のプレートノードおよび加算ノードを選択的に結合するためのスイッチをさらに含む。
本発明の原理およびそれらの利点は、図面の図1〜図4に描かれた実施態様を参照することにより最も良く理解される。それらの図面において同じ番号は同じ部分を指している。
利得=(1/量子化器の利得)*(1/マルチビットDACの利得)
であるのが好ましい。この付加的フィードフォワード・パスの目的は、デルタ‐シグマループからの入力信号エネルギーを可能な限り多く相殺することである。この結果、変調器内のほとんどの雑音が量子化雑音となる。そして変調器200内の部分回路の設計の制約を軽減することができる。例えば、第一積分器段202aは通常、変調器全体の雑音特性の主な要因であるが、このフィードフォワード技術によって第一積分器段の出力側の信号エネルギーが減少することになり、したがってこの段のオペアンプのDC利得のようなパラメータも低減することができる。装置の電力消費量もダイサイズも低減することができる。
Claims (27)
- デルタ‐シグマ変調器で使用するための積分器段であって、この積分器段が、
演算増幅器と、
演算増幅器の出力部と加算ノードとを演算増幅器の入力側で結合する積分コンデンサと、
第一および第二帰還経路であって、そのそれぞれが標本化位相中に基準電圧を対応するコンデンサの第一プレート上に選択的に標本化するためのスイッチング回路を含み、帰還経路のコンデンサの第二プレートが共通のプレートノードにおいて共通に結合されている第一および第二帰還経路と、
積分位相中に共通のプレートノードおよび加算ノードを選択的に結合するためのスイッチと
を有する積分器段。 - 演算増幅器の第二出力を第二加算ノードと演算増幅器の第二入力側で結合する第二積分コンデンサと、
第三および第四帰還経路であって、そのそれぞれが標本化位相中に基準電圧を対応するコンデンサの第一プレート上に選択的に標本化するためのスイッチング回路を含み、第三および第四帰還経路のコンデンサの第二プレートが共通の第二プレートノードで共通に結合されており、第三および第四帰還経路が第一および第二帰還経路に対して差動的に基準電圧を標本化する第三および第四帰還経路と、
積分位相中に共通の第二プレートノードおよび第二加算ノードを選択的に結合するための第二スイッチと
をさらに有する、請求項1記載の積分器段。 - スイッチング回路が、制御信号に応答して対応する帰還経路の第一および第二基準電圧入力を選択的に結合および交差結合するためのスイッチを有する、請求項1記載の積分器段。
- ループフィルタを有するデルタ‐シグマ変調器であって、このループフィルタが積分器段を有し、この積分器段が、
演算増幅器と、
演算増幅器の出力部および加算ノードを演算増幅器の入力側で結合する積分コンデンサと、
マルチビット型ディジタル‐アナログ変換器と
を有し、このマルチビット型ディジタル‐アナログ変換器が、
共通ノードで共通に結合された第一プレートを有する第一および第二コンデンサと、
標本化位相中、選択された基準電圧を対応するコンデンサの1つの第二プレート上に選択的に標本化するためのスイッチング回路と、
積分位相中、共通ノードを加算ノードと選択的に結合するためのスイッチング回路と
を有する、デルタ‐シグマ変調器。 - フィードフォワード構成においてループフィルタの出力部に結合された出力加算器と、
ループフィルタ入力部および出力加算器を結合してループフィルタ入力への入力信号エネルギーを相殺するための選択された利得のフィードフォワード・パスと
をさらに有する、請求項4記載のデルタ‐シグマ変調器。 - ディジタル‐アナログ変換器のスイッチング回路へ制御信号を帰還するための量子化器をさらに有し、フィードフォワード・パスの利得が量子化器およびディジタル‐アナログ変換器の利得に反比例である、請求項5記載のデルタ‐シグマ変調器。
- 出力加算器の入力部に結合された出力部を有する複数のフィルタ段と、
出力加算器の出力部に結合されて、少なくとも1つのフィルタ段へ制御信号を帰還するための利得を有するフィードバックループと、
変調器の入力部および出力加算器の入力部を結合し、フィードバックループの利得にほぼ反比例する利得を有するフィードフォワード・パスと、
を有するデルタ‐シグマ変調器。 - フィードバックループが量子化器とDACとを有し、フィードフォワード・パスの利得がおよそ
1/量子化器の利得*1/DACの利得
である、請求項7記載のデルタ‐シグマ変調器。 - 演算増幅器および関連の積分コンデンサと、
標本化位相中に入力信号の電荷を入力標本化コンデンサ上に標本化し、積分位相の第一周期中に入力信号の電荷を共通ノードへ転送するための入力信号スイッチング回路と、
標本化位相中に基準電荷を複数の基準標本化コンデンサ上に標本化し、積分位相の第一周期中に共通ノードへ基準電荷を転送するために、フィードバックループが生成する複数の制御信号により制御されるスイッチを含む基準電圧スイッチング回路と、
積分位相の第二周期中に共通ノードから積分コンデンサへ電荷を転送するための加算スイッチと
を備えた積分器段をフィルタ段の選択された1つが有する、請求項7記載のデルタ‐シグマ変調器。 - 複数の基準標本化コンデンサの選択された1つ1つの選択されたプレートが電気的に共通に結合されている、請求項9記載のデルタ‐シグマ変調器。
- さらに、フィードバックループが量子化器とDACとを結合するダイナミック・エレメント・マッチング・ロジックをさらに含む、請求項8記載のデルタ‐シグマ変調器。
- 基準電圧スイッチング回路のスイッチが、第一および第二基準電圧レールの選択された1つに基準標本化コンデンサを選択的に結合する、請求項9記載のデルタ‐シグマ変調器。
- 入力信号スイッチング回路が、標本化位相のうちの粗い部分位相、および細かい部分位相において入力信号電荷を標本化する、請求項9記載のデルタ‐シグマ変調器。
- 基準電圧スイッチング回路が、標本化位相のうちの粗い部分位相、および細かい部分位相において基準電圧を標本化する、請求項9記載のデルタ‐シグマ変調器。
- 続く第二差動サイクルの標本化位相の前に基準スイッチング回路のスイッチを構成するために、第一差動サイクルの積分位相中に制御信号が生成される、請求項9記載のデルタ‐シグマ変調器。
- スイッチトキャパシタ積分器を差動するための方法であって、このスイッチトキャパシタ積分器が、
標本化位相中に、制御信号に応答して選択された極性の基準電圧を基準コンデンサの入力プレート上に選択的に標本化するステップと、
標本化位相中に、入力信号電圧を入力標本化コンデンサ上に選択的に標本化するステップと、
積分位相の第一周期中に、標本化された電圧を基準標本化コンデンサおよび入力標本化コンデンサから共通ノードへ転送するステップと、
積分位相の第二周期中に、標本化された電圧を共通ノードから積分コンデンサへ伝達するステップと
を含む方法。 - 基準電圧を標本化する前記ステップに先行して、積分位相中に制御信号を生成するステップをさらに含む、請求項16記載の方法。
- フィルタの出力信号を出力加算器へフィードフォワードする複数の出力部を有するループフィルタと、加算器の出力部からの帰還信号をループフィルタの入力部へ結合するためのフィードバックループとを含むデルタ‐シグマ変調器を作動するための方法であって、この方法が、
変調器への入力信号エネルギーを相殺するために、変調器入力部から出力加算器へとフィードフォワード・パスを通る入力信号を選択された利得でフィードフォワードするステップを含む方法。 - フィードフォワードする前記ステップが、
ループフィルタ入力部の入力段を変調器入力部から切断するサブステップと、
続いてフィードフォワード・パスを変調器入力部から切断するサブステップと
を含む、請求項18記載の方法。 - 帰還経路が帰還信号を生成した後にフィードフォワード・パスが切断される、請求項19記載の方法。
- 選択された極性にある第一および第二基準パスの第一および第二基準コンデンサのトッププレートを共通ノードで共に結合するステップと、
共通ノードを積分コンデンサに選択的に結合するために、共通ノードと積分コンデンサとの間でスイッチを結合するステップと
を含む、スイッチトキャパシタ積分器でパスと積分コンデンサとを相互接続する方法。 - 基準コンデンサの入力プレートを選択された極性の基準電圧へ選択的に結合するためのスイッチを提供するステップをさらに含む、請求項21記載の相互接続方法。
- 入力信号標本化コンデンサのトッププレートを加算ノードに結合するステップをさらに含む、請求項21記載の相互接続方法。
- ループフィルタを備えたデルタ‐シグマ変調器を差動する方法であって、このループフィルタが積分器段と、量子化器と、第一および第二コンデンサとを含み、この第一および第二コンデンサが、共通の第一プレートと、量子化器が生成する制御信号に応答して選択された基準電圧をコンデンサのそれぞれの第二プレートに選択的に標本化するための第一スイッチング回路と、コンデンサの共通の第一プレートから積分器段の入力部へ電荷を転送するための第二スイッチング回路とを有する方法であって、この方法が、
第一標本化位相中に、先行の積分位相中に量子化器が生成する第一制御信号に応答して選択された基準電圧を第一スイッチング回路でコンデンサの第二プレートに標本化するステップと、
以下のサブステップ、
第二スイッチング回路で第一および第二コンデンサの共通の第一プレートから積分器段の入力部へ電荷を選択的に転送するサブステップと、
量子化器で第二制御信号を生成するサブステップと
を第一積分位相中に実行するステップと、
第二標本化位相中に、量子化器が生成する第二制御信号に応答して選択された基準電圧を第一スイッチング回路でコンデンサの第二プレートに標本化するステップと
を含む方法。 - コンデンサの共通の第一プレートから積分器段の入力部へ電荷を転送する前記ステップが、積分器段への第一および第二差動入力部のうちの選択された1つへ電荷を転送するステップを含む、請求項24記載の方法。
- 量子化器が生成する第一および第二制御信号を、第一スイッチング回路へ送り出す前にダイナミック・エレメント・マッチング・ロジックを通過させるステップをさらに含む、請求項25記載の方法。
- 前記積分位相が、共通の第一プレートから積分器の入力部へ電荷を選択的に転送する前記ステップの前に、コンデンサの第二プレート側で電圧を反転することによりコンデンサの第二プレートからコンデンサの共通の第一プレートへ荷電するステップをさらに含む、請求項25記載の方法。
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