低噪声过采样模数转换器.pdf

本发明提供了一种低噪声过采样模数转换器，包括顺次连接的调制器、过采样模数转换器、和解调器，其中，所述调制器对低频输入信号进行调制，将所述低频输入信号调制到高频；所述过采样模数转换器对所述调制器的输出信号进行过采样噪声整形；所述解调器对所述过采样模数转换器的输出信号进行解调，将所述过采样模数转换器的输出信号中的高频信号解调到低频。本发明的低噪声过采样模数转换器，能够有效地抑制过采样模数转换器的低频频段的噪声，并且系统面积小功耗低，可以应用在很多对低频噪声性能要求较高的环境。

权利要求书1.  一种低噪声过采样模数转换器，其特征在于，包括顺次连接的 调制器、过采样模数转换器、和解调器，其中， 所述调制器对低频输入信号进行调制，将所述低频输入信号调制 到高频； 所述过采样模数转换器对所述调制器的输出信号进行过采样噪声 整形； 所述解调器对所述过采样模数转换器的输出信号进行解调，将所 述过采样模数转换器的输出信号中的高频信号解调到低频。 2.  根据权利要求1所述的低噪声过采样模数转换器，其特征在于， 所述调制器为调制开关，所述解调器为解调开关。

说明书低噪声过采样模数转换器
技术领域
本发明涉及一种低噪声过采样模数转换器。
背景技术
在集成电路特别是数模混合集成电路中，过采样噪声整形电路系 统是非常重要的系统电路之一。在过采样噪声整形电路中，噪声的主 要来源是量化噪声、运算放大器噪声、以及电容噪声等。在高精度、 低频率的应用中对整个系统噪声的要求尤其高，例如在电能计量、音 频处理等电路中，均需要低频噪声足够小并且线性度足够好。
现有技术中已经存在一些用来抑制噪声以提高信噪比的方法，由 于过采样噪声整形模数转换器中的第一级运放器的噪声起了主要作 用，因此，现有技术中一般都在第一级运放噪声失调进行处理，例如 双采样关联噪声消除、电容存储失调消除、调制解调技术等等；或者 在过采样的系统的前面加上低噪声的缓冲器。
但是，上述方法仍然存在很多问题。尤其是其中的调制解调的方 法，其实际的效果并不理想。如图1所示，为现有技术中采用调制解 调方案的低噪声过采样模数转换器的结构示意图，其在过采样模数转 换器的第一级运算放大器之前设置了调制器，在其后设置了解调器。 该方案的技术效果如图2所示，图2中的(1)表示低频输入信号的频 谱，其中fs为输入信号的中心频率；(2)表示信号进入过采样模数转 换器后经过调制器调制之后的频谱，其中低频输入信号的中心频率被 调制到了高频fc+fs，以fn为中心频率的波形为引入的噪声；(3)表示 信号经过解调器之后的频谱，其中低频输入信号的中心频率被还原为 低频fs，而此时噪声的中心频率被失调调制到了高频fc+fn；(4)表示 经过过采样模数转换器后的信号频谱，由于过采样噪声整形系统本身 就包含有调制效果，因此有可能将原本已经调制到高频fc+fn的噪声信 号再次调制到低频，如图中所示的以fc+fn-fsd为中心频率的噪声信号， 从而使得在整个噪声整形过程中不能够将噪声滤除，导致降噪效果较 差。
另外，现有技术中的这种降噪方案，通常还需要在整个噪声整形 系统的前面加上低噪声缓冲器，这通常需要较大的面积，从而增加整 个系统的功耗。
因此，如何降低过采样噪声整形模数转换器的低频噪声是本发明 所要解决的问题。
发明内容
为此，本发明提供了一种低噪声过采样模数转换器，包括顺次连 接的调制器、过采样模数转换器、和解调器，其中，所述调制器对低 频输入信号进行调制，将所述低频输入信号调制到高频；所述过采样 模数转换器对所述调制器的输出信号进行过采样噪声整形；所述解调 器对所述过采样模数转换器的输出信号进行解调，将所述过采样模数 转换器的输出信号中的高频信号解调到低频。其中，所述低频指频率 小于5KHz的频段，所述高频指频率大于10KHz的频段。
优选地，所述调制器为调制开关，所述解调器为解调开关。
本发明的低噪声过采样模数转换器，能够有效地抑制过采样模数 转换器的低频频段的噪声，并且系统面积小功耗低，可以应用在很多 对低频噪声性能要求较高的环境。
附图说明
图1为现有技术中采用调制解调方案的低噪声过采样模数转换器 的结构示意图；
图2为图1所示低噪声过采样模数转换器的频谱变换示意图；
图3为本发明的低噪声过采样模数转换器的结构示意图；
图4为本发明的低噪声过采样模数转换器的一个实施方式的结构 示意图；
图5为图4中的调制器的结构示意图；
图6为图4中的解调器的结构示意图；
图7为本发明的低噪声过采样模数转换器的频谱变换示意图；
图8为本发明的低噪声过采样模数转换器与图1所示方案的低频 噪声抑制效果的对比图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的低噪声过采样模数转换 器作进一步的详细描述，但不作为对本发明的限定。
如图3所示，本发明的低噪声过采样模数转换器，包括顺次连接 的调制器、过采样模数转换器、和解调器，其中，调制器对低频输入 信号进行调制，将低频输入信号调制到高频；过采样模数转换器对调 制器的输出信号进行过采样噪声整形；解调器对过采样模数转换器的 输出信号进行解调，将过采样模数转换器的输出信号中的高频信号解 调到低频。
本发明的低噪声过采样模数转换器，在过采样模数转换器的输入 端增加一个调制器，把信号调制到高频，在进行完过采样噪声整形之 后，再进行解调，把信号还原到原来的频率，并且把过采样噪声整形 系统的噪声调制到高频，这样就可以获得比较好的低频特性。
如图4-6为本发明的低噪声过采样模数转换器的一个实施方式，其 中，调制器为调制开关，解调器为解调开关，均通过时钟信号来控制 开关的交替导通看，从而实现调制和解调的功能。
下面结合图7来说明本发明的低噪声过采样模数转换器的技术效 果。图7中的(1)表示低频输入信号的频谱，其中心频率为fs；(2) 表示经过调制器后的信号的频谱，调制器将低频输入信号调制到高频 fc+fs，图中以fn为中心频率的波形为引入的噪声；(3)表示经过过采 样模数转换器的过采样噪声整形、以及经过解调器解调之后的信号波 形，可见，在进行完过采样噪声整形之后，解调器对过采样模数转换 器的输出信号进行解调，把其中的位于高频频段fc+fs的信号还原到原 来的低频频率fs，并且把过采样噪声整形系统的噪声从原来的频率fn 调制到高频fc+fn。
因此，本发明的低噪声过采样模数转换器，能够有效地抑制过采 样模数转换器的低频频段的噪声，获得比较好的低频特性。参照图8 的仿真对比图，其中，曲线100为现有的低噪声过采样模数转换器的 噪声抑制的性能曲线，曲线200为本发明的低噪声过采样模数转换器 的噪声抑制的性能曲线，由此能够直观地看出本发明的低噪声过采样 模数转换器相比于现有技术中的方案，在低频噪声抑制方面，有很大 的提升。
同时，不需要使用大面积的元器件(例如，低噪声缓冲器等)，使 得系统面积小功耗低，可以应用在很多对低频噪声性能要求较高的环 境。
本文中描述的低频指频率小于5KHz的频段，高频指频率大于 10KHz的频段。
以上具体实施方式仅为本发明的示例性实施方式，不能用于限定 本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以 在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换， 这些修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。