專利名稱：可變階數sigma－delta調制器的制作方法
技術領域：
本發明涉及可變階數SIGMA-DELTA調制器，它可用在用于接收相對窄帶蜂窩電話信號例如GSM和相對寬帶蜂窩電話信號例如IS95的接收機中。
本發明公開的內容本發明的一個目的是提供一個可以適于根據需要寬范圍變化帶寬的電信標準來操作的SIGMA-DELTA調制器。
依據本發明的第一個方面，提供了一種SIGMA-DELTA調制器，包括一個信號輸入端、N個積分級(其中N是至少為2的整數)、對應的多個連接到相應的一個積分級的輸入的加法級，從第一個到第N-1個加法級的輸出分別連接到第二到第N個積分級的輸入、具有一個連接到第N個積分級的輸出的輸入和一個輸出的模數轉換器(ADC)、從ADC連接到與每一個加法級的輸入相連的數模轉換器(DAC)的反饋電路、用于采樣ADC和DAC的裝置以及用于改變調制器的階數的控制裝置，所述控制裝置包括用于斷開第一個積分級并且使用第二個積分級作為第一個積分級的裝置。
依據本發明的第二個方面，提供了一種接收器，包括用于將輸入信號頻率向下轉換為一個IF信號的裝置、帶通濾波裝置和SIGMA-DELTA調制器，SIGMA-DELTA調制器包括一個信號輸入、N個積分級(其中N是至少為2的整數)、對應的多個連接到相應的一個積分級的輸入的加法級，從第一個到第N-1個加法級的輸出分別連接到從第二個到第N個積分級的輸入、具有一個連接到第N個積分級的輸出的輸入和一個輸出的模數轉換器(ADC)、從ADC連接到與每一個加法級的輸入相連的數模轉換器(DAC)的反饋電路、用于采樣ADC和DAC的裝置以及用于改變調制器的階數的控制裝置，所述控制裝置包括用于斷開第一個積分級并且使用第二個積分級作為第一個積分級的裝置。
在依據本發明制作的SIGMA-DELTA調制器的一種結構中，控制裝置通過斷開第一積分級與第二加法級的連接并將信號輸入連接到第二加法級來減少調制器的階數。
在依據本發明作出的SIGMA-DELTA調制器的另一種結構中，控制裝置通過將輸入到第二積分級的信號切換到第一加法級的輸出來減少調制器的階數。可以提高ADC和DAC的采樣率，這樣增加了調制器的帶寬。這個特定結構及其操作方式允許SIGMA-DELTA調制器從適用于GSM的較高階數、較低帶寬配置轉換到適用于IS95的較低階數、較高帶寬配置。
在依據本發明對SIGMA-DELTA調制器的重新配置中，目的是使動態范圍和帶寬的乘積能夠適合于特定的需求。
通過斷開/重新連接第一個積分級來對SIGMA-DELTA調制器重新配置的優點在于可以節省相當大量的功率。這不影響動態范圍，因為對于較低階的調制器，量化噪聲更高，結果是能夠容忍更大量的電子噪聲。
圖4是一個接收器的簡化方框圖，其中包括依據本發明作出的時間連續的SIGMA-DELTA調制器的第二個實施例。
在圖中，相同的數字用來標識相同的功能部件。
實現本發明的方式
圖1中所示3階時間連續SIGMA-DELTA調制器是基于Ferguson等人在美國專利說明書5055843中所公開的內容的。
簡言之，該優先權說明書公開了一個具有連接到ADC的正向濾波函數G(z)的調制器和一個具有DAC和反饋濾波函數H(z)的反饋通道。
附圖中的圖1顯示了SIGMA-DELTA調制器10，其中正向濾波函數被分為三個離散函數G1、G2和G3，包括串行連接的電路級12、14、16，末級16的輸出被連接到ADC18。反饋濾波函數被分為三個離散函數H1、H2和H3，包括串行連接的電路級20、22、24。一個DAC26具有連接到ADC18的輸出的一個輸入和連接到電路級24的輸入的一個輸出。加法級28、30和32分別地連接在信號輸入34和電路級12的輸入、電路級12的輸出和電路級14的輸入以及電路級14的輸出和電路級16的輸入之間。加法級28、30和32具有一個分別連接到電路級20、22、24的輸出的第二輸入。通過具有這樣的分布式結構，每一個正向濾波器電路級12、14、16的輸入分別地直接在來自電路級20、22、24的對應反饋信號的控制之下。
可以通過將采樣開關36連接到信號輸入34并以與ADC18和DAC26相同的速率Fs對開關36計時來將所示電路制成時間離散SIGMA-DELTA調制器。如果期望將3階改變為其它階，那么其它加法、前饋和反饋級可以按照需要增加或刪除。
圖2顯示了圖1的變體，其中正向濾波函數12、14和16(圖1)分別實現為積分器40、42和44，反饋濾波函數20、22、24(圖1)被實現為連接到DAC26的加權(weight)46、48、50。加權由希臘字母α,β和γ表示，對于開關電容器時間離散環路濾波器可以實施為不同尺寸的電容器，其中加權α最大，或對于gm-C時間連續環路濾波器可以實現為不同尺寸的電流源。
圖3顯示了具有時間連續SIGMA-DELTA調制器10的接收器的一個實施例，SIGMA-DELTA調制器的階數可以從適用于濾波GSM信號的較高階數、較低帶寬配置切換為適用于濾波IS95信號的較低階數、較高帶寬配置。
接收器包括一個連接到一個RF前端級54上的天線52,RF前端級54與本地振蕩器55相連，用來將接收信號頻率向下轉換為IF信號。IF信號在帶通濾波器56中濾波，其輸出信號加到SIGMA-DELTA調制器10的輸入34。
調制器10本質上與參考圖2的顯示和描述相同，只有以下的區別。輸入34連接到轉換開關58，該轉換開關具有連接到第一加法級28的一個輸入的第一電極60和連接到第二加法級30的一個輸入的第二電極62。另一個開關64將第一積分級40連接到第二加法級30的輸入。控制器66控制開關58和64的操作，使得當開關58連接到電極60時，開關64是導電的，并且調制器10配置為3階設備，而當開關58連接到電極62時，開關64是不導電的，并且調制器10配置為2階設備。
控制器66也連接到積分器40和加權46，使得當輸34連接到加法級30時斷電或否則使其停止工作。采樣頻率Fs源68被連接到ADC18和DAC26。源68可以在低的或高的采樣頻率之間切換以響應來自控制器66的信號。
調制器10的操作基于適合于接收器必須遵守的特定說明的動態范圍和帶寬的乘積。
由于調制器10的第一級對固有噪聲電平影響最大，因此最好省略第一加法級28和積分器40，因為當使用一個更低階調制器時，量化噪聲更高并且可以允許更大量的電子噪聲。
具有換算系數α的加權46一般地包括一個電容器，該電容器具有加權的最高電容值，并且對于一個特定的充電電流，該電容器與其他電容器相比充電速度更慢。這樣通過旁路調制器的第一級，反饋電流可以更快地充電構成加權48、50的更小的電容器，這樣使得調制器10的更低階變體具有更高的帶寬。
來自控制器66的任選控制信號可以應用到調制器10的其他部分以便當以更低階操作時優化其性能。
如果希望調制器用于時間離散操作，那么在虛線中所示的采樣開關36可以連接到帶通濾波器54的輸出和信號輸入34之間。采樣開關36以電流采樣頻率Fs操作。
圖4顯示了接收器的第二實施例并且為了簡潔起見，在圖3中只描述本實施例和第一實施例之間的區別。
在圖4中，信號輸入34連接到第一加法級28。第二加法級30的輸出和到積分器42的輸入之間的連接包括一個轉換開關70，該轉換開關70具有連接到第一加法級28的輸出的第一電極72和連接到第二加法級30的輸出的第二電極74。控制器66控制開關70的操作，使得當作為較高階調制器操作時，開關70連接到電極74，而當作為較低階調制器操作時，開關70連接到電極72。在該配置中，積分器40被斷開并且可以斷電，而加權46被連接到積分器42。
由于希望以更高的采樣率Fs來運行更低階調制器，僅僅第二和隨后的積分器42、44需要改變它們的帶寬。對于包括采樣開關36的時間離散實施方式，這意味著低噪聲、高功率的第一積分器、也就是帶有加權46的積分器42不需要一個快速建立時間，盡管其它積分器需要。
在不包括采樣開關36的gm-C時間連續實施的情況中，由于信號傾向于用電流而不是電壓來表示，所以細節更復雜了。如果想要得到相同的信號處理，需要注意換算流向第二積分電容器的輸入電流。驅動電流可以保持相同并且通過依靠第二積分器42的電容量更小這個事實來改變帶寬。
為更高帶寬操作而減少階數的一個有益的效果是增加了調制器10的穩定性。因此圖3中虛線中所示的諧振器76可以連接在最后一級積分器44的輸出和到加法級30的一個輸入之間。諧振器76擴展了噪聲成形的帶寬，由于量化噪聲被移動到一個更高的頻率，這增加了可利用的帶寬。
在本說明書和權利要求書中，在元件之前的“一”或“一個”一詞不排除多個這樣的元件的出現。進一步地，“包括”一詞不排除除所列出的元件之外的其它元件或步驟的出現。
通過閱讀本公開文本，對于本領域普通技術人員來說其它改變是顯而易見的。這樣的改變可以包括其它在SIGMA-DELTA調制器領域中已知的特征及其組成部分，這些可以是用來代替或除這里已經描述的特征之外的特征。
工業應用蜂窩/無線電話及其集成電路。
權利要求
1.一種SIGMA-DELTA調制器，包括一個信號輸入、N個積分級，其中N是不小于2的整數、對應的多個連接到相應的一個積分級的輸入的加法級，從第一個到第(N-1)個加法級的輸出分別連接到第二到第N個積分級的輸入、具有一個連接到第N個積分級的輸出的輸入和一個輸出的模數轉換器(ADC)、從ADC連接到與每一個加法級的輸入相連的數模轉換器(DAC)的反饋電路、用于采樣ADC和DAC的裝置以及用于改變調制器的階數的控制裝置，所述控制裝置包括用于斷開第一個積分級并且使用第二個積分級作為第一個積分級的裝置。
2.如權利要求1所述的調制器，其特征在于積分級與具有最大動態范圍的第一級有不同的動態范圍。
3.如權利要求1所述的調制器，其特征在于積分級包括電容并且在于第一級具有最大的電容值。
4.如權利要求1所述的調制器，其特征在于從DAC向每一個加法級的輸出包括用于提供不同換算系數的裝置。
5.如權利要求1到4中任何一項所述的調制器，其特征在于控制裝置通過斷開第一積分級與第二加法級的連接并將信號輸入連接到第二加法級來減少調制器的階數。
6.如權利要求1到4中任何一項所述的調制器，其特征在于控制裝置通過將到第二積分級的信號輸入切換到第一加法級的輸出來減少調制器的階數。
7.一種接收器，包括用于將輸入信號頻率向下轉換為一個IF信號的裝置、帶通濾波裝置和SIGMA-DELTA調制器，所述SIGMA-DELTA調制器包括一個信號輸入、N個積分級，其中N是不小于2的整數、對應的多個連接到相應的一個積分級的輸入的加法級，從第一個到第(N-1)個加法級的輸出分別連接到第二到第N個積分級的輸入、具有一個連接到第N個積分級的輸出的輸入和一個輸出的模數轉換器(ADC)、從ADC連接到與每一個加法級的輸入相連的數模轉換器(DAC)的反饋電路、用于采樣ADC和DAC的裝置以及用于改變調制器的階數的控制裝置，所述控制裝置包括用于斷開第一個積分級并且使用第二個積分級作為第一個積分級的裝置。
8.如權利要求7所述的接收器，其特征在于控制裝置通過斷開第一積分級與第二加法級的連接并將信號輸入連接到第二加法級來減少調制器的階數。
9.如權利要求7所述的接收器，其特征在于控制裝置通過將到第二積分級的信號輸入切換到第一加法級的輸出來減少調制器的階數。
10.一種集成電路，包括如權利要求1到6中任何一個所述的SIGMA-DELTA調制器。
全文摘要
SIGMA－DELTA調制器(10)包括一個連接到正向濾波器的信號輸入(34),該正向濾波器包括串行連接的多個N級加法級(28,30,32),以及相應多個與加法級交替排列的積分級(40,42,44),其中N是不小于2的整數;還包括一個模數轉換器(ADC)(18),ADC(18)具有連接到第N個積分級(44)的輸出的一個輸入和一個輸出。反饋濾波器包括從ADC(18)的輸出連接到數模轉換器(DAC)(26)的一個反饋,其中數模轉換器(26)通過各個加權(46,48,50)連接到每一個加法級的輸入。包括開關裝置(58,64)的控制裝置(66)用于改變調制器的階數。為了減少階數和增加帶寬,控制裝置旁路第一個積分級(40),并使用第二個積分級(42)作為第一個積分級,反之亦然以增加級數和減小帶寬。
文檔編號H03M3/04GK1319276SQ00801560
公開日2001年10月24日 申請日期2000年7月17日 優先權日1999年7月28日
發明者D·阿利 申請人:皇家菲利浦電子有限公司