三角积分调变器装置与三角积分调变方法与流程

1.本发明申请是关于三角积分调变器，尤其是关于可降低数字模拟转换器电路与积分器电路的冗余电流的三角积分调变器与方法。


背景技术：

2.在现有的三角积分调变器中，数字模拟转换器电路会根据量化器产生的数字信号来设定多个参考电压，以产生对应的模拟电压。然而，在多数情形中，在转换过程中所使用的多余参考电压会造成不必要的负载电流，进而增加整体系统功耗。


技术实现要素：

3.在一些实施例中，三角积分调变器装置包含取样电路、数字模拟转换器电路、积分器电路以及模拟数字转换器电路。取样电路用于对输入信号取样，以产生第一信号。数字模拟转换器电路用于将第一数字信号转换为第一参考电压与共模电压的组合以产生第二信号，其中第一参考电压为正参考电压与负参考电压其中之一。积分器电路用于根据第一信号与第二信号进行积分操作，以产生第三信号。模拟数字转换器电路用于将第三信号量化为输出信号，并根据输出信号产生第一数字信号。
4.在一些实施例中，三角积分调变方法包含下列操作：对输入信号取样，以产生第一信号；将第一数字信号转换为第一参考电压与共模电压的组合以产生第二信号，其中第一参考电压为正参考电压与负参考电压其中之一；根据第一信号与第二信号进行积分操作，以产生第三信号；以及将第三信号量化为输出信号，并根据输出信号产生第一数字信号。
5.有关本发明申请的特征、操作与功效，在此结合附图对较佳实施例进行如下详细说明。
附图说明
6.图1为根据本发明申请一些实施例示出一种三角积分调变器装置的示意图；图2为根据本发明申请一些实施例示出图1的映射电路的操作示意图；以及图3为根据本发明申请一些实施例示出一种三角积分调变方法的流程图。
7.符号说明：100：三角积分调变器装置110：取样电路111：切换电路120：数字模拟转换器电路121：切换电路121a：多任务器电路130：积分器电路132：放大器电路
140：模拟数字转换器电路142：量化器电路144：编码器电路146：映射电路b0～b2、d0～d6：位c：电容cint：积分电容ck1、ck2：频率信号cs：取样电容n1：节点s1～s3：信号sd1、sd2：数字信号sin：输入信号so：输出信号sr：重置开关sw1～sw5：开关vcm：共模电压vrefp：正参考电压vrefn：负参考电压 7, 5, 3, 1,-1,-3,-5,-7：量化电平0～7：信号值300：三角积分调变方法s310、s320,、s330,、s340：操作
具体实施方式
8.本文所使用的所有词汇具有其通常的含义。上述词汇在普遍常用字典中的定义，在本发明申请的内容中包含任一在此讨论的词汇的使用例子仅为示例，不应用于限制本发明申请的范围与含义。同样地，本发明申请也不仅仅限于在此说明书所示出的各种实施例。
9.关于本文中所使用的“耦接”或“连接”，均可指两个或多个组件相互直接作实体或电性接触，或是相互间接作实体或电性接触，也可指两个或多个组件相互操作或动作。如本文所用，用语“电路系统(circuitry)”可以是由至少一个电路(circuit)所形成的单一系统，且用语“电路”可以是由至少一个晶体管与/或至少一个主被动组件按一定方式连接以处理信号的装置。
10.如本文所用，用语“与/或”包含了列出的关联项目中的一个或多个的任何组合。在本文中，使用第一、第二与第三等词汇，是用于描述并辨别各个组件。因此，在本文中的第一组件也可被称为第二组件，而不脱离本发明申请的本意。为易于理解，在各附图中的类似组件将被指定为相同标号。
11.图1为根据本发明申请一些实施例示出一种三角积分(sigma delta)调变器装置100的示意图。三角积分调变器装置100可根据输入信号sin产生输出信号so。在一些实施例
中，三角积分调变器装置100包含取样电路110、数字模拟转换器(digital to analog converter,dac)电路120、积分器电路130以及模拟数字转换器(analog to digital converter,adc)电路140。
12.取样电路110对输入信号sin取样以产生信号s1。例如，取样电路110包含多个切换电路111与重置开关sr。重置开关sr耦接于节点n1与用于接收共模电压vcm的一个节点之间。每一切换电路111包含开关sw1、开关sw2与取样电容cs。取样电容cs的第一端耦接至开关sw1与开关sw2，且取样电容cs的第二端耦接至节点n1。在取样阶段，开关sw1与重置开关sr根据频率信号ck1导通，且开关sw2根据频率信号ck2不导通。如此，输入信号sin与共模电压vcm的压差可储存在取样电容cs中。在积分阶段，开关sw2根据频率信号ck2导通，且开关sw1与重置开关sr根据频率信号ck1不导通。如此，取样电容cs可将所储存的压差转换为信号s1。
13.dac电路120转换数字信号sd1为信号s2。在一些实施例中，dac电路120转换数字信号sd1为第一参考电压与共模电压vcm的组合以产生信号s2，其中第一参考电压为正参考电压vrefp与负参考电压vrefn其中之一。在一些实施例中，共模电压vcm为交流地(ac ground)电压。在一些实施例中，共模电压vcm可为正参考电压vrefp与负参考电压vrefn的平均电压。在一些实施例中，正参考电压vrefp可表示为vcm vref，负参考电压可表示为vcm-vref，其中vref为基准信号摆幅。
14.在此例中，dac电路120包含多个切换电路121。多个切换电路121每一个切换电路包含电容c、开关sw3、开关sw4与多任务器电路121a。在一些实施例中，电容c与取样电容cs可设定为具有相同的容值。在一些实施例中，切换电路121的个数相同于切换电路111的个数。开关sw3的第一端接收共模电压vcm，且开关sw3的第二端耦接至电容c的第一端。电容c的第二端耦接至节点n1。开关sw3根据频率信号ck1导通，以将共模电压vcm传输至电容c。换言之，在取样阶段，电容c的第一端的电位与电容c的第二端(即节点n1)的电位分别经由开关sw3与重置开关sr重置至共模电压vcm。
15.开关sw4的第一端耦接至多任务器电路121a，以自多任务器电路121a接收正参考电压vrefp、负参考电压vrefn或共模电压vcm。开关sw4的第二端耦接至电容c的第一端。在积分阶段，开关sw4根据频率信号ck2导通，以自对应的多任务器电路121a传输正参考电压vrefp、负参考电压vrefn或共模电压vcm至电容c。如此，在积分阶段时，多个电容c可依据所收到的电压产生信号s2至节点n1。在积分阶段中，若电容c接收到共模电压vcm，电容c的两端电位相等，所以此电容c将不会进行电荷转移(即此电容c不产生动态电流)。反之，若电容c接收到第一参考电压(正参考电压vrefp或负参考电压vrefn)，电容c将进行电荷重置(charge redistribution)以产生对应的信号s2至后述的积分电容cint。
16.多个多任务器电路121a中每一个多任务器电路接收数字信号sd1的对应位。例如，数字信号sd1包含7个位d0～d6。第1个多任务器电路121a接收第1个位d0。第2个多任务器电路121a接收第2个位d1。依此类推，第7个多任务器电路121a接收第7个位d6。多任务器电路121a可根据数字信号sd1中的该对应位传输正参考电压vrefp、负参考电压vrefn或共模电压vcm至开关sw4。关于dac电路120的数字模拟转换操作将于后参照图2说明。
17.积分器电路130用于根据信号s1与信号s2进行积分操作，以产生信号s3。例如，积分器电路130包含开关sw5、积分电容cint与放大器电路132。开关sw5的第一端耦接至节点
n1与放大器电路132的第一输入端(例如是负输入端)之间。放大器电路132的第二输入端(例如是正输入端)接收共模电压vcm。积分电容cint耦接于放大器电路132的第一输入端与输出端之间。在积分阶段，开关sw5根据频率信号ck2导通，且开关sw1根据频率信号ck1不导通。在此条件下，耦接至节点n1上的多个电容c与多个取样电容cs所储存的信号可传递至放大器电路132的第一输入端与积分电容cint。如先前所述，信号s1对应到取样电容cs所取样到的压差(sin-vcm)，而信号s2为由多个电容c根据数字信号sd1并响应于接收到的第一参考电压或共模电压vcm所产生。如此，在积分阶段中，对应于信号s2与信号sin之间的差值的电荷量将自取样电路110与dac电路120转移至积分电容cint。信号s2与信号sin之间的差值可再经由放大器电路132协同积分电容cint进行积分而取得信号s3。
18.adc电路140用于将信号s3量化为输出信号so，并根据输出信号so产生信号sd1。例如，adc电路140包含量化器电路142、编码器电路144以及映射电路146。量化器电路142将信号s3量化为输出信号so。在一些实施例中，量化器电路142可为(但不限于)比较器电路。编码器电路144用于编码输出信号so为数字信号sd2。例如，输出信号so包含3个位b0～b2，其为二位码(binary code)。编码器电路144可将此输出信号so编码为具有7位的数字信号sd2，其中该些位为温度计码(thermometer code)。映射电路146将数字信号sd2映射为数字信号sd1。在一些实施例中，映射电路146可包含查找表，其储存有如后图2所述对应关系，以根据数字信号sd2输出数字信号sd1。
19.图2为根据本发明申请一些实施例示出图1的映射电路146的操作示意图。为易于理解，图1的dac电路120的操作将在此一并说明。在此例中，输出信号so设定为3个位，且由输出信号so编码而来的数字信号sd2设定为7个位。如图2所示，量化器电路142可将输出信号so量化为 7、 5、 3、
…
、-3、-5、-7等多个量化电平，其中每一个量化电平对应于1个信号值。例如量化电平 7、 5、 3、
…
、-3、-5、-7分别对应于信号值7、6、5、4、
…
、1、0。信号值可由输出信号so的3位b0～b2表示。例如，若多个位b0～b2为“010”，输出信号so对应于信号值2。或者，若多个位b0～b2为“101”，输出信号so对应于信号值5。
20.在此例中，每一单位量化电平d所代表的模拟电压为共模电压vcm与d/7倍的基准信号摆幅vref的总和(其可表达为vcm d
×
vref/7)，且共模电压vcm在此例为0伏特。例如，若多个位b0～b2为“010”，输出信号so对应的量化电平为-3，并代表输出信号so对应的模拟电压为-3/7倍的基准信号摆幅vref。在此条件下，dac电路120输出相同于3个负参考电压vrefn的信号s2。等效而言，输出信号so经由dac电路120转换为对应的模拟电压(即信号s2)。在一些相关技术中，dac电路设定为将数字信号转换为正参考电压vrefp与负参考电压vrefn的组合。例如，在此些技术中，若数字信号的3位为“010”，在dac电路中的2个电容(例如为电容c)将接收正参考电压vrefp，5个电容将接收负参考电压vrefn。如此，通过组合2个正参考电压vrefp以及5个负参考电压vrefn，dac电路可产生等效为3个负参考电压vrefn的模拟电压，以表达前述的-3/7倍的基准信号摆幅vref。如先前所述，若电容c接收到正参考电压vrefp或负参考电压vrefn，电容c将进行电荷转移而产生动态电流消耗。另外，在此些技术中，由于所有的电容c都会有电位变动，节点n1的等效电容值会提升，造成积分器电路的回授系数(feedback factor)与带宽下降。为了补偿积分器电路的速度，需加大积分器电路的驱动电流。如此一来，将造成三角积分调变器的功率明显增加。
21.相较于上述相关技术，在此例中，若多个位b0～b2为“010”，映射电路146可根据输
出信号so对应的量化电平、第一参考电压与共模电压vcm之间的关系产生对应的数字信号sd1。响应于此数字信号sd1，3个电容c接收负参考电压vrefn且剩余的电容c接收共模电压vcm，以产生对应于3个负参考电压vrefn的信号s2。换言之，映射电路146可根据输出信号so对应的量化电平产生数字信号sd1，以使对应数量的电容c接收第一参考电压(正参考电压vrefp或负参考电压vrefn)，并使剩余的电容c接收共模电压vcm。例如，若输出信号so对应的量化电平为-5，5个电容c接收负参考电压vrefn，剩余的电容c接收共模电压vcm。若输出信号so对应的量化电平为 3，3个电容c接收正参考电压vrefp，剩余的电容c接收共模电压vcm。上述的对应关系可以预先设置为查找表(未示出)，且映射电路146可根据数字信号sd2搜寻此查找表，以产生对应的多个位d0～d6(即数字信号sd1)。
22.如先前所述，在积分阶段时，若电容c接收到共模电压vcm，电容c将不进行电荷转移。换言之，通过上述映射关系，在整体转换过程中，可以减少有造成动态电流消耗的电容c的个数。再者，由于有部分的电容c不会产生电位变动，所以节点n1上的等效电容值可以降低。在此条件下，积分器电路130的回授系数可被提升，所以可降低积分器电路130的驱动电流。如此一来，相较于前述的相关技术，三角积分调变器装置100的整体功耗可以降低。
23.在大部分的情形中，部分的电容c接收第一参考电压(即正参考电压vrefp或负参考电压vrefn)，剩余部分的电容c接收共模电压vcm，以降低电流消耗。在一些极端情形中，若输出信号so对应于最高的量化电平(例如为 7)或最低的量化电平(例如为-7)，全部的电容c将接收正参考电压vrefp或负参考电压vrefn。上述图1与/或图2中提及的组件数量或位数量用于示例，且本发明申请并不此为限。
24.图3为根据本发明申请一些实施例示出一种三角积分调变方法300的流程图。在操作s310，对输入信号sin取样，以产生信号s1。在操作s320，将数字信号sd1转换为第一参考电压与共模电压vcm的组合以产生信号s2，其中第一参考电压为正参考电压vrefp与负参考电压vrefn其中之一。在操作s330，根据信号s1与信号s2进行积分操作，以产生信号s3。在操作s340，量化信号s3为输出信号so，并根据输出信号so产生数字信号sd1。
25.上述三角积分调变方法300的多个操作说明可参考前述多个实施例，所以在此不再赘述。上述多个操作仅为示例，并非限定需依照此示例中的顺序执行。在不违背本发明申请的各实施例的操作方式与范围下，在三角积分调变方法300下的各种操作当可适当地增加、替换、省略或以不同顺序执行。或者，在三角积分调变方法300下的一个或多个操作可以是同时或部分同时执行。
26.综上所述，本发明申请一些实施例中的三角积分调变器装置与三角积分调变方法可依据输出信号对应的量化电平控制dac电路接收共模电压，以执行数字模拟转换。如此一来，可以降低整体系统功率消耗。
27.虽然本发明的实施例如上所述，但是这些实施例并非用来限定本发明，本技术领域普通技术人员可依据本发明明示或隐含的内容对本发明的技术特征做出改变，但是种种变化均可能属于本发明保护范畴之内，换言之，本发明的保护范围须视本发明申请的权利要求书界定的范围为准。