具有跨导器网络用于动态调整环路滤波器系数的△-σ调制器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本公开一般涉及Λ -Σ调制器，并且更具体地涉及用于动态调谐环路滤波器系数 的Δ-Σ调制器。
【背景技术】
[0002] Δ-Σ (Δ Σ)调制器是可以实现高清晰数字信号的反馈系统。Δ-Σ调制器已经 在各种电子电路中实现，包括但不限于：模数转换器（ADC)、数模转换器（DAC)、频率合成器 和其它电子电路。Α-Σ调制器通常被配置来调谐环路滤波器系数，例如控制量化噪声的频 度分布、成形（移动）任何量化噪声到较高和/或较低频率以实现几乎无噪声区。虽然调 谐环路滤波器系数的已知Λ -Σ调制器配置已足够一般用于上述目的，但他们没有在所有 方面都完全令人满意。
【附图说明】
[0003] 当结合附图阅读时从下面的详细描述可以最好理解本公开内容。需要强调，按照 行业的标准做法，各种特征未按比例绘制，并且仅用于说明目的。事实上，各种特征的尺寸 可以任意增加或减少，为了清楚的讨论。
[0004] 图1是根据本公开的各个方面的示例性数据采集系统的示意性框图。
[0005] 图2是根据本公开的各个方面的示例性Δ -Σ调制器的示意性电路图。
[0006] 图3是根据本公开的各个方面的示例性积分器的示意性电路图，它可以在图2所 示的Δ-Σ调制器中实现。
[0007] 图4是根据本公开的各个方面的另一示例性Λ -Σ调制器的示意性电路图。
[0008] 图5是根据本发明的各个方面的另一个示例性Δ-Σ调制器的示意电路图。
[0009] 图6是根据本发明的各个方面的另一个示例性Δ-Σ调制器的示意电路图。
[0010] 图7是根据本公开的各个方面可在Λ -Σ调制器来实现的示例性跨导器网络的示 意电路图，诸如图6中描绘的Λ-Σ调制器。
[0011] 图8Α和图8Β是根据本公开的各个方面，可在跨导器网络中实现的示例性晶体管 阵列的示意电路图，诸如图7中描绘的跨导器网络。
[0012] 图9是根据本公开的各个方面可通过△ - Σ调制器来实现的示例性方法的简化流 程图。
【发明内容】
[0013] 在本文中公开用于动态调谐跨导的动态可调跨导器和相关方法。示例性动态可调 跨导器包括：用于基于电压信号产生电流信号的电压-电流转换器级；和电流缩放级，用于 通过缩放因子来调整电流信号以实现特定跨导。电流缩放级包括具有相关联的粗调步骤的 粗调机构和具有相关联的微调步骤的微调机构，其中所述缩放因子是粗调步骤到微调步骤 的比例。电压-电流转换器级可包括具有固定电阻的电阻器阵列。粗调机构可包括粗调晶 体管阵列，其包括配置成用于选择性切换进或出粗调晶体管阵列以设置粗调步骤的开关粗 调晶体管。该微调机构可以包括微调晶体管阵列，其包括配置成用于选择性切换进或出微 调晶体管阵列，以设置微调步骤。在各种实施方式中，该晶体管被配置为接收至少两个输入 信号，其中所述电压-电流转换器级设置至少两个输入信号的电流比率。
[0014] 在各种实施方式中，跨导器进一步包括从电流缩放级到电压-电流转换器级的反 馈路径，其中所述反馈路径经配置以维持低阻抗。反馈路径可以包括具有耦合电压到变换 器级的源极和耦合电流缩放级的漏极的晶体管。在各种实施方式中，电流缩放级包括具有 粗调晶体管的粗调晶体管阵列，其中每一个粗调晶体管具有通过开关耦合跨导器的输出的 源极，耦合接地的漏极，和耦合晶体管的漏极的栅极。在各种实施方式中，具有微调晶体管 的微调晶体管阵列，其中每个微调晶体管具有通过开关耦合电压-电流转换器级的源极、 耦合接地的漏极和耦合晶体管的漏极的栅极。
[0015] Δ-Σ调制器可以通过动态调整跨导实现跨导器来实现特定电阻而产生环路滤波 器系数。在各种实施方式中，本文所描述的Δ-Σ调制器可以动态地调整环路滤波器系数 以放置陷波频率。Α-Σ调制器可以使用数字滤波器/抽取器实施，以形成Δ-Σ模数转换 器。示例性的Δ-Σ调制器包括环路滤波器，被配置成基于模拟输入信号、反馈模拟信号和 环路滤波器系数产生环路滤波器模拟信号；耦合环路滤波器的量化器，其中该量化器被配 置为基于所述环路滤波器模拟信号生成数字信号；如本文所述的跨导器耦合环路滤波器， 其中跨导器被配置为通过动态调谐跨导以获得特定电阻而生成环路滤波器系数；和耦合量 化器和环路滤波器的数模转换器，所述数模转换器被配置为基于所述数字信号产生反馈模 拟信号。在各种实施方式中，粗调步骤设置包括用于设定环路滤波器系数的特定电阻的电 阻子范围，微调步骤设定电阻子范围内的特定电阻。在各种实施方式中，跨导器被配置成基 于从所述环路滤波器接收的至少两个输入信号产生环路滤波器系数，其中所述电压-电流 转换器级设置至少两个输入信号的电流比。在各种实施方式中，模拟输入信号具有相关联 的中频（IF)，和跨导器被配置以产生环路滤波器系数，其将噪声转移函数的陷波频率置于 约IF频率。在各种实施方式中，跨导器形成被配置以模仿由环路滤波器的第η个积分器产 生的积分差异信号的反馈路径。
[0016] 在各种实施方式中，环路滤波器包括：第一加法器，被配置成基于所述模拟输入信 号、反馈模拟信号，以及环路滤波器系数产生差异信号；耦合第一加法器的第一积分器，其 中，所述第一积分器被配置为基于所述差异信号产生第一积分差异信号；耦合第一积分器 的第二积分器，其中，所述第二积分器被配置成基于所述第一积分差值信号产生第二积分 差值信号；以及耦合第二积分器的第二加法器，其中，所述第二加法器被配置成基于所述第 二积分差值信号产生环路滤波器模拟信号。跨导器可以被配置成基于从环路滤波器接收的 第一积分差信号和环路滤波器模拟信号产生环路滤波器系数。第二积分器可包括前馈增益 路径，经配置成生成积分增益信号，其中所述第二加法被配置成进一步基于所述积分增益 信号生成环路滤波器模拟信号。
[0017] 一种方法可以动态调整包括跨导以实现特定电阻，用于设置Λ -Σ调制器的环路 滤波器的环路滤波器系数；基于模拟信号、反馈模拟信号以及以及环路滤波器系数产生环 路滤波器模拟信号；和基于所述环路滤波器模拟信号产生数字信号。动态地调整跨导可包 括：基于从环路滤波器接收的输入信号产生电流信号，并通过设置比例因子的粗调步骤和 微调步骤来实现特定电阻而调整电流信号，其中调整因子是粗调步骤到微调步骤的比率。 在各种实施方式中，模拟信号具有相关联的中频（IF)，并且所述方法包括：设置所述环路 滤波器系数以将Α-Σ调制器的陷波频率放置于约IF频率。该方法还可以包括：选择性地 切换晶体管进或出晶体管阵列以设置粗调步骤和细调步骤。
【具体实施方式】
[0018] Δ-Σ (Δ Σ)调制器是可以实现高清晰数字信号的反馈系统。Δ-Σ调制器已经 在各种电子电路中实现，包括（但不限于）模数转换器（ADC)、数模转换器（DAC)、频率合成 器和其它电子电路。图1是根据本公开的各个方面的可以实现A-Σ调制器的示例性数据 采集系统10的示意框图。数据采集系统10是经配置以将信号（诸如，模拟信号）转换成 可使用形式的电子设备（包括电子电路和/或一个或多个组件）。在各种实施方式中，数据 采集系统10将物理条件转换为数字形式，其可以被存储和/或分析。为清楚起见，图1进 行了简化以更好地理解本公开的发明概念。附加特征可以在数据采集系统10添加，和一些 所描述的特征可以在数据采集系统10的其它实施例中被替换或者排除。
[0019] 在图1中，数据获取系统10包括表示物理量的输入信号15,诸如温度、压力、速度、 流速、位置、其他物理量或其组合。传感器电路块20接收输入信号20,并将物理量（由输入 信号15表示）转换成电信号，诸如模拟信号25。模拟信号25可以是代表物理量的电压或 电流（表示为输入信号15)。信号调节电路块30在模数转换器（ADC)的可接受范围内接收 和调整模拟信号25,提供经调节的模拟信号35。ADC可以在ADC电路块40提供，使得信号 调节电路块30用作传感器电路块20和ADC电路块40之间的接口，在ADC电路块40数字 化模拟信号之前调节模拟信号25 (和因此提供经调节的模拟信号35)。信号调节电路块30 可以对模拟信号25放大、衰减、滤波和/或执行其他调节功能。ADC电路块40接收和将经 调节的模拟信号35转换成数字形式，提供数字信号45。数字信号45表示由传感器通过输 入信号15接收的物理量。数字信号处理器（DSP)电路块50可以接收和处理数字信号45。
[0020] 在各种实施方式中，ADC电路块40包括采用反馈技术产生数字信号的Δ -XADC， 其中，A-SADC可以过采样其输入信号（这里，调节的模拟信号35)，并执行噪声整形以实 现高分辨率数字信号（这里，数字信号45)。A-XADC可以包括Δ-Σ调制器60和数字滤 波器/抽取器70。Δ-Σ调制器60可以使用过采样（例如，奈奎斯特速率以上的采样率） 和滤波，以产生表示由A-XADC接收的输入信号的数字信号（诸如，调节的模拟信号35)。 在各种实施方式中，A-SADC测量调节的模拟信号35和反馈信号之间的差，诸如由Δ-Σ 调制器60提供。数字滤波器/抽取器70可以衰减噪声和/或减慢数字信号的数据速率 (例如到奈奎斯特采样速率），提供数字信号45。数字滤波器/抽取器70可以包括数字滤 波器、抽取器或两者。数字滤波器可以衰减从Δ-Σ调制60接收的数字信号，以及抽取器 可以减少从A-Σ调制器60接收的数字信号的采样速率。
[0021] 图2是根据本公开的各个方面的示例性Δ-Σ调制器100的简化电路示意图。 A-Σ调制器100是配置为将输入信号102 (诸如模拟信号）转换成输出信号104 (诸如数 字信号）的电子设备（包括电子电路和/或一个或多个组件）。在各种实施方式中，Α-Σ 调制器100是连续时间三角积分调制器。为清楚起见，图2已被简化以更好地理解本公开 的发明概念。附加特征可以在Α-Σ调制器100被添加，并且一些描述的特征可以在Δ-Σ 调制器100的其它实施例被替换或者排除。
[0022] 为了便于讨论，在所描绘的实施例中，Δ-Σ调制器100表示第二阶Δ-Σ调制 器，但本公开考虑所描述的技术在此适用于任何阶Α-Σ调制器。Δ-Σ调制器100包括 用于过采样和噪声整形输入信号102 (例如，模拟输入信号ΧΙΝ)的前馈路径，以产生输出信 号104 (诸如，数字信号Ζ)。当将输入信号102转换为输出信号104时，的输入信号102和 输出信号104之间产生量化误差（也称为量化噪声）。为了减少量化误差，Λ-Σ调制器 100可包括反馈路径，用于提供反馈信号106 (诸如，模拟反馈信号Xfb)到前馈路径。反馈 信号106可以协助推进任何量化误差为零，从而确保输出信号104的平均值基本上等于输 入信号102的平均值。在所描绘的实施例中，前馈路径可包括加法器110、积分器112、积分 器114、加法器116和量化器118 ;和反馈路径可以包括数模转换器（DAC) 120,其将输出信 号104 (