Sigma-Delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及集成電路技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種Sigma-Delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著數(shù)字電子技術(shù)的迅速發(fā)展，各種數(shù)字設(shè)備，特別是數(shù)字電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用日 益廣泛，幾乎滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的所有領(lǐng)域之中。數(shù)字計(jì)算機(jī)只能夠?qū)?shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，處 理的結(jié)果還是數(shù)字量，它在用于生產(chǎn)過程自動(dòng)控模數(shù)轉(zhuǎn)換器制的時(shí)候，所要處理的變量往 往是連續(xù)變化的物理量，如溫度、壓力、速度等都是模擬量，這些非電子信號(hào)的模擬量先要 經(jīng)過傳感器變成電壓或者電流信號(hào)，然后通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，才能夠送往計(jì)算 機(jī)進(jìn)行處理。
[0003] Sigma-Delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器因具有高分辨率、高集成度、低成本等優(yōu)勢(shì)，在集成電路 領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。圖1是現(xiàn)有的一種Sigma-Delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器。參考圖1，所述 Sigma-Delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括采樣保持單元11、放大單元12以及電壓比較單元13。
[0004] 所述采樣保持單元11包括第一開關(guān)K1、第二開關(guān)K2、第三開關(guān)K3、第四開關(guān)K4、 第五開關(guān)K5、第六開關(guān)K6、第七開關(guān)K7、第八開關(guān)K8、第九開關(guān)K9、第十開關(guān)K10、第一電容 C1以及第二電容C2,所述第一開關(guān)K1的控制端和所述第二開關(guān)K2的控制端適于輸入第一 采樣信號(hào)S1，所述第三開關(guān)K3的控制端和所述第四開關(guān)K4的控制端適于輸入第二采樣信 號(hào)S2,所述第五開關(guān)K5的控制端和所述第六開關(guān)K6的控制端適于輸入第三采樣信號(hào)S3， 所述第八開關(guān)K8的控制端和所述第十開關(guān)K10的控制端適于接收所述電壓比較單元13輸 出的第一比較信號(hào)B1，所述第七開關(guān)K7的控制端和所述第九開關(guān)K9的控制端適于接收所 述電壓比較單元13輸出的第二比較信號(hào)B2。所述第八開關(guān)K8和所述第九開關(guān)K9適于控 制所述采樣保持單元11接收第一參考電壓Vrefp，所述第七開關(guān)K7和所述第十開關(guān)K10適 于控制所述采樣保持單元11接收第二參考電壓Vrefn，所述第一參考電壓Vrefp與所述第 二參考電壓Vrefn電壓差即為所述Sigma-Delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器能夠轉(zhuǎn)換的最大電壓。
[0005] 所述放大單元12包括運(yùn)算放大器0PA、第三電容C3以及第四電容C4。
[0006] 所述電壓比較單元13包括電壓比較器Comp，所述電壓比較器Comp的同相輸出端 適于輸出所述第一比較信號(hào)B1，即所述電壓比較器Comp的同相輸出端連接所述第八開關(guān) K8的控制端和所述第十開關(guān)K10的控制端；所述電壓比較器Comp的反相輸出端適于輸出 所述第二比較信號(hào)B2,即所述電壓比較器Comp的反相輸出端連接所述第七開關(guān)K7的控制 端和所述第九開關(guān)K9的控制端。將所述第二比較信號(hào)B2和所述第一比較信號(hào)B1轉(zhuǎn)換為 單端信號(hào)，所述單端信號(hào)作為數(shù)字濾波器的輸入進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理。所述Sigma-Delta模 數(shù)轉(zhuǎn)換器中各器件的連接關(guān)系參考圖1所示，在此不再贅述。
[0007] 圖2示出了圖1中各采樣信號(hào)的波形示意圖。具體地，所述第一采樣信號(hào)S1、所述 第二采樣信號(hào)S2以及所述第三采樣信號(hào)S3為頻率和占空比相同的采樣信號(hào)，各信號(hào)為高 電平時(shí)控制相應(yīng)的開關(guān)閉合，各信號(hào)為低電平時(shí)控制相應(yīng)的開關(guān)斷開。
[0008] 所述采樣保持單元11適于對(duì)待轉(zhuǎn)換的電壓與參考電壓之間的差值進(jìn)行采樣和保 持，輸出第一米樣電壓US1和第二米樣電壓US2。第一輸入信號(hào)Vinp和第二輸入信號(hào)Vinn為 差分信號(hào)，所述第一輸入信號(hào)Vinp和所述第二輸入信號(hào)Vinp的差值即為所述待轉(zhuǎn)換的電 壓。所述第三開關(guān)K3和所述第四開關(guān)K4的連接端適于輸入?yún)⒖茧娢籚cm。
[0009] 具體地，對(duì)所述第一輸入信號(hào)Vinp和所述第二輸入信號(hào)Vinn進(jìn)行采樣時(shí)，所述采 樣保持單元11中的開關(guān)僅所述第一開關(guān)K1、所述第二開關(guān)K2、所述第三開關(guān)K3以及所述 第四開關(guān)K4閉合，其余開關(guān)斷開，所述第一輸入信號(hào)Vinp對(duì)所述第一電容C1充電，所述第 二輸入信號(hào)Vinn對(duì)所述第二電容C2充電；
[0010] 對(duì)所述第一輸入信號(hào)Vinp和所述第二輸入信號(hào)Vinn進(jìn)行保持時(shí)，所述第一開關(guān) K1、所述第二開關(guān)K2、所述第三開關(guān)K3以及所述第四開關(guān)K4斷開，所述第七開關(guān)K7以及所 述第九開關(guān)K9閉合(或斷開)，所述第八開關(guān)K8以及所述第十開關(guān)K10斷開(或閉合)，將所 述待轉(zhuǎn)換的電壓與參考電壓之間的差值輸出至所述放大單元12。
[0011] 所述放大單元12適于接收所述第一采樣電壓US1和所述第二采樣電壓US2，對(duì)采樣 到的待轉(zhuǎn)換的電壓與參考電壓之間的差值進(jìn)行積分放大，以獲得第一放大信號(hào)A1和第二 放大信號(hào)A2。
[0012] 所述電壓比較單元13適于接收所述第一放大信號(hào)A1和所述第二放大信號(hào)A2,并 對(duì)所述第一放大信號(hào)A1和所述第二放大信號(hào)A2進(jìn)行電壓比較，以獲得所述第一比較信號(hào) B1和第二比較信號(hào)B2。
[0013] 當(dāng)所述放大單元12的積分結(jié)果大于零時(shí)，輸出給數(shù)字濾波器的值為1，所述第八 開關(guān)K8和所述第九開關(guān)K9閉合；當(dāng)所述放大單元12的積分結(jié)果小于零時(shí)，輸出給數(shù)字濾 波器的值為-1，所述第七開關(guān)K7和所述第十開關(guān)K10閉合。如此反復(fù)，直至所述放大單元 12的積分結(jié)果等于0。
[0014] 對(duì)于低速、高精度的Sigma-Delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器，通常采用片外校準(zhǔn)的方式消除其 內(nèi)部阻抗失配引起的失調(diào)，但片外校準(zhǔn)的方式無法消除因溫漂和低頻噪聲(主要為1/f噪 聲，即閃爍噪聲）引起的失調(diào)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 本發(fā)明解決的是Sigma-Delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器因溫漂和低頻噪聲引起的失調(diào)的問題。
[0016] 為解決上述問題，本發(fā)明提供一種Sigma-Delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括采樣保持單元、 放大單元和電壓比較單元，還包括輸入斬波單元和輸出斬波單元；
[0017] 所述輸入斬波單元適于對(duì)第一輸入信號(hào)和第二輸入信號(hào)進(jìn)行斬波處理以獲得并 發(fā)送第一處理信號(hào)和第二處理信號(hào)至所述采樣保持單元，所述第一輸入信號(hào)和所述第二輸 入信號(hào)為差分信號(hào)；
[0018] 所述輸出斬波單元適于對(duì)所述電壓比較單元輸出的第一比較信號(hào)和第二比較信 號(hào)進(jìn)行斬波處理以獲得所述Sigma-Delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)。
[0019] 可選的，所述輸入斬波單元包括第一輸入開關(guān)、第二輸入開關(guān)、第三輸入開關(guān)以及 第四輸入開關(guān)；
[0020] 所述第一輸入開關(guān)的第一端連接所述第二輸入開關(guān)的第一端并適于輸入所述第 一輸入信號(hào)，所述第三輸入開關(guān)的第一端連接所述第四輸入開關(guān)的第一端并適于輸入所述 第二輸入信號(hào)；
[0021] 所述第一輸入開關(guān)的第二端連接所述第三輸入開關(guān)的第二端并適于輸出所述第 一處理信號(hào)，所述第二輸入開關(guān)的第二端連接所述第四輸入開關(guān)的第二端并適于輸出所述 第二處理信號(hào)；
[0022] 所述第一輸入開關(guān)的控制端和所述第四輸入開關(guān)的控制端適于輸入第一斬波信 號(hào)，所述第二輸入開關(guān)的控制端和所述第三輸入開關(guān)的控制端適于輸入所述第一斬波信號(hào) 的反相信號(hào)。
[0023] 可選的，所述輸出斬波單元包括第一輸出開關(guān)以及第二輸出開關(guān)；
[0024] 所述第一輸出開關(guān)的第一端適于輸入所述第一比較信號(hào)，所述第二輸出開關(guān)的第 一端適于輸入所述第二比較信號(hào)，所述第一輸出開關(guān)的第二端連接所述第二輸出開關(guān)的第 二端并適于輸出所述輸出信號(hào)，所述第一輸出開關(guān)的控制端適于輸入第二斬波信號(hào)，所述 第二輸出開關(guān)的控制端適于輸入所述第二斬波信號(hào)的反相信號(hào)。
[0025] 可選的，所述放大單元包括第一控制開關(guān)、第二控制開關(guān)、第三控制開關(guān)、第四控 制開關(guān)、第五控制開關(guān)、第六控制開關(guān)、第七控制開關(guān)、第八控制開關(guān)、第三電容、第四電容 以及運(yùn)算放大器；
[0026] 所述運(yùn)算放大器的同相輸入端連接所述第一控制開關(guān)的第一端和所述第六控制 開關(guān)的第一端并適于輸入所述采樣保持單元輸出的第一采樣電壓，所述運(yùn)算放大器的反相 輸入端連接所述第五控制開關(guān)的第一端和所述第二控制開關(guān)的第一端并適于輸入所述采 樣保持單元輸出的第二采樣電壓，所述運(yùn)算放大器的反相輸出端連接所述第三控制開關(guān)的 第二端和所述第八控制開關(guān)的第二端并適于輸出第一放大信號(hào)，所述運(yùn)算放大器的同相輸 出端連接所述第七控制開關(guān)的第二端和所述第四控制開關(guān)的第二端并適于輸出第二放大 信號(hào)；
[0027] 所述第三電容的一端連接所述第一控制開關(guān)的第二端和所述第二控制開關(guān)的第 二端，所述第三電容的另一端連接所述第三控制開關(guān)的第一端和所述第四控制開關(guān)的第一 端；
[0028] 所述第四電容的一端連接所述第五控制開關(guān)的第二端和所述第六控制開關(guān)的第 二端，所述第四電容的另一端連接所述第七控制開關(guān)的第一端和所述第八控制開關(guān)的第一 端；
[0029] 所述第一控制開關(guān)的控制端、第三控制開關(guān)的控制端、第五控制開關(guān)的控制端以 及第七控制開關(guān)的控制端適于輸入第三斬波信號(hào)，所述第二控制開關(guān)的控制端、第四控制 開關(guān)的控制端、第六控制開關(guān)的控制端以及第八控制開關(guān)的控制端適于輸入第三斬波信號(hào) 的反相信號(hào)。
[0030] 可選的，還包括開關(guān)控制單元，所述開關(guān)控制單元包括第九控制開關(guān)、第十控制開 關(guān)、第十一控制開關(guān)以及第十二控制開關(guān)；
[0031] 所述第九控制開關(guān)的第一端連接所述第十一控制開關(guān)的第一端并適于接收所述 第一比較信號(hào)，所述第十控制開關(guān)的第一端連接所述第十二控制開關(guān)的第一端并適于接收 所述第二比較信號(hào)；所述第九控制開關(guān)的第二端連接所述第十控制開關(guān)的第二端并適于輸 出第一控制信號(hào)，所述第