專利名稱：一種1位數模轉換及開關電容濾波電路的制作方法
技術領域：
本 發明主要涉及到開關電容數模轉換器，并且特別但不排它地涉及應用于數字音頻信號的I位數模轉換及開關電容濾波電路。
背景技術：
過去，數模轉換器主要應用于數據采集系統、工業過程控制、測量及分析等領域。但是進入二i^一世紀以后，數字技術開始進入音頻及視頻領域，特別是⑶、V⑶、DVD及家庭影院進入尋常百姓家，各種便攜式播放機(MP3、MD)更為年輕人所青睞；無線數字通信(如手機)發展神速，數碼相機完全取代傳統的相機，車載數字音響也不斷增加。總之，數字技術的快速發展和應用領域越來越寬，使得數模轉換器電路也相應獲得較快的發展與進步。
這些音頻電子產品之所以在短短十年間出現如此迅猛的普及速度，主要原因在于它們的輸出音質越來越好、價格越來越低、體積越來越小、產品的續航能力越來越強。這些都歸功于音頻處理技術和集成電路工藝水平的不斷提高。同時，市場的積極反應又反過來推動了音頻處理技術的進一步發展，使之成為了這幾年集成電路領域的研究熱點。
音頻處理領域對數模轉換器的精度要求相對較高，為了保證音頻信號真正高品質地輸出，通常要求達到16位以上的有效精度。對于輸出模擬信號滿量程是Iv的數模轉換器來說，如果想實現16位精度，ILSB對應的電壓為1/2~16 = 15 μ V，所以要求數模轉換器輸出的模擬電壓與理想值的偏差不能超過7. 5 μ V，如果不采用昂貴的激光校正或者其它的修正方法，這個精度如果采用傳統類型的數模轉換器結構根本就無法實現。
Σ Δ (Sigma-Delta)技術解決了這個問題,不但可以實現高精度轉換,而且還不需要精確匹配的模擬器件，因而是最適合數字音頻應用的數模轉換器實現方案，它使得輸出的音頻信號品質更加趨近完美，同時也降低了成本和功耗，是目前實現高精度數據轉換的首要技術。
圖I顯示了其中一種采用Σ Δ技術的數模轉換器電路，輸入為16位頻率為fs的數字音頻信號，經過插值濾波器和Σ Δ調制器之后，變為I位頻率為N*fs的高頻數字音頻信號，然后再經過一個數字到模擬之間的轉換電路來實現數字到模擬轉換的功能(DAC)，比較通用的方式是采用開關電容轉換電路，開關電容轉換電路處理后的信號在幅度是連續的，但是在時間上還是離散的，因此在開關電容轉換電路后面還需要接一個模擬重構濾波器，除去高頻噪聲，還原真正的模擬音頻信號。
開關電容DAC采用“直接電荷轉移”數模轉換結構，如圖2所示，在相位Φ1閉合期間，采樣電容C1根據輸入的數字信號S1的值進行充電或者放電，在相位Φ2閉合期間，采樣電容C1和反饋電容Cfb并聯到運算放大器的輸入輸出端，采樣電容C1和反饋電容Cfb之間發生電荷轉移，實現數字到模擬轉換的功能，該結構中運放無需提供驅動電流，所以功耗大大降低
發明內容
本發明的一個目的是提供一種應用于數字音頻信號的I位數模轉換及開關電容濾波電路，所述的數模轉換除了具有數字到模擬之間的轉換功能之外，還具有低通濾波功倉泛。
上述目的由以下技術方案實現 一種I位數模轉換及開關電容濾波電路，其特征在于包括一個運算放大器13，耦合在運算放大器負極輸入和輸出之間的反饋電容器12,第一米樣電容器11,第二米樣電容器10，以及用于對反饋電容和采樣電容進行充放電的開關切換裝置；所述的切換裝置在充電期間將第一米樣電容器11和第二米樣電容器10的第一側稱合到電源電壓VDD或地GND,將第一采樣電容器11和第二采樣電容器10的第二側耦合到參考電壓Vcm ;所述的切換裝置在保持期間將第一采樣電容器11和第二采樣電容器10耦合到所述的反饋電容器12。
圖I是本發明所應用的一種采用Σ Δ技術的數模轉換器電路示意 圖2是本發明所提出的一種I位數模轉換及開關電容濾波電路示意 圖3是本發明所提出的電路的差分實現方式的示意具體實施例方式以下將結合附圖和具體實施例對本發明做進一步詳細說明。
圖I是本發明所應用的一種采用Σ Δ技術的數模轉換器電路示意圖，輸入為16位頻率為fs的數字音頻信號，經過插值濾波器和Σ Δ調制器之后，變為I位頻率為N*fs的高頻數字音頻信號，然后再經過一個數字到模擬之間的轉換電路來實現數字到模擬轉換的功能(DAC)，比較通用的方式是采用開關電容轉換電路，開關電容轉換電路處理后的信號在幅度是連續的，但是在時間上還是離散的，因此在開關電容轉換電路后面還需要接一個模擬重構濾波器，除去高頻噪聲，還原真正的模擬音頻信號。
圖2是本發明所提出的一種I位數模轉換及開關電容濾波電路示意圖，包括一個運算放大器13,稱合在運算放大器負極輸入和輸出之間的反饋電容器12,第一米樣電容器11,第二采樣電容器10，以及用于對反饋電容和采樣電容進行充放電的開關切換裝置；所述的切換裝置在充電期間將第一米樣電容器11和第二米樣電容器10的第一側稱合到電源電壓VDD或地GND，將第一采樣電容器11和第二采樣電容器10的第二側耦合到第三參考電壓Vcm ;所述的切換裝置在保持期間將第一采樣電容器11和第二采樣電容器10耦合到所述的反饋電容器12。
參照圖2所示，在相位Φ1閉合期間，第一采樣電容器11和第二采樣電容器10，根據輸入的數字信號S1的值進行充電或者放電，在相位Φ2閉合期間，第一采樣電容器11和第二采樣電容器10與反饋電容器12 —起并聯到運算放大器的輸入輸出端，采樣電容C1和反饋電容Cfb之間發生電荷轉移，實現數字到模擬轉換的功能，該結構中運放無需提供驅動電流，所以功耗大大降低。
參照圖2所示電路，其傳輸函數可計算為
Φ I閉合時，總電荷為
Qo1=S (n)々S (Ii-I)^C1=(l+z—1) ^C1=I=S (z)
Φ2閉合時，由于Cfb沒有放電過程，Cfb上累積了上次的總電荷，而且C1和Cfb是并聯關系，所以總電荷變為
權利要求
1.一種I位數模轉換及開關電容濾波電路，其特征在于包括一個運算放大器(13)，耦合在運算放大器負輸入端和輸出之間的反饋電容器(12)，第一采樣電容器(11)，第二采樣電容器(10)，以及用于對反饋電容和采樣電容進行充放電的開關切換裝置；所述的切換裝置在充電期間將第一采樣電容器(11)和第二采樣電容器(10)的第一側耦合到電源電壓VDD或地GND，將第一采樣電容器(11)和第二采樣電容器(10)的第二側耦合到參考電壓Vcm ;所述的切換裝置在保持期間將第一采樣電容器(11)和第二采樣電容器(10)耦合到所述的反饋電容器(12)。
2.根據權利要求I所述的一種I位數模轉換及開關電容濾波電路，其中所述的運算放大器為差分輸入單端輸出，其正輸入端與參考電壓Vcm相連。
3.根據權利要求I所述的一種I位數模轉換及開關電容濾波電路，其中所述的開關切換裝置由輸入的數字信號Si、S2和時鐘信號Φ I、Φ2來共同控制閉合或者打開。
4.根據權利要求I所述的一種I位數模轉換及開關電容濾波電路，其中所述的開關切換裝置可以設置為高電平時閉合，使得信號傳輸通路導通，低電平時打開，使得信號傳輸通路被切斷。
5.根據權利要求3所述的一種I位數模轉換及開關電容濾波電路，其中所述的輸入數字信號S1是Sigma-Delta調制器輸出的二進制比特流，所述的輸入數字信號S2是輸入數字信號S1經過一個寄存器延遲一個時鐘周期后的輸出。
6.根據權利要求3所述的一種I位數模轉換及開關電容濾波電路，其中所述的時鐘信號Φ1和Φ2為相同頻率下的兩相非交疊時鐘。
7.根據權利要求I所述的一種I位數模轉換及開關電容濾波電路，其中所述的第一采樣電容器(11)的容值和第二采樣電容器(10)的容值相等。
8.根據權利要求I所述的一種I位數模轉換及開關電容濾波電路，其中所述的開關電容濾波電路的傳輸函數為H(z) = τ:...;—γ--·····---一τγττγ^τ，其中C1為第一采樣電容器(11)和第二采樣電容器(10)的容值，Cfb為反饋電容器(12)的容值。
全文摘要
本發明公開了一種1位數模轉換及開關電容濾波電路，所述的1位數模轉換及開關電容濾波電路包括一個運算放大器(13)，耦合在運算放大器負輸入端和輸出之間的反饋電容器(12)，第一采樣電容器(11)，第二采樣電容器(10)，以及用于對反饋電容和采樣電容進行充放電的開關切換裝置；所述的切換裝置在充電期間將第一采樣電容器(11)和第二采樣電容器(10)的第一側耦合到電源電壓VDD或地GND，將第一采樣電容器(11)和第二采樣電容器(10)的第二側耦合到參考電壓Vcm；所述的切換裝置在保持期間將第一采樣電容器(11)和第二采樣電容器(10)耦合到所述的反饋電容器(12)。本發明的電路不但具有數字到模擬之間的轉換功能，還同時具有低通濾波的功能。
文檔編號H03H17/02GK102916703SQ20121043753
公開日2013年2月6日 申請日期2012年11月6日 優先權日2012年11月6日
發明者石大勇 申請人:長沙景嘉微電子股份有限公司