本发明涉及模拟数字转换器(analog-to-digitalconverter,adc)，尤其涉及基于三角积分调制器的adc。
背景技术：
三角积分调制器(sigma-deltamodulator,sdm)是实现adc的一个常用的手段，然而，应用于三角积分调制器的信号通常具有以下的特性：带内(in-band)信号的信号频宽(signalbandwidth)之外有其他的振幅(magnitude)比带内信号大的带外(out-of-band)信号存在，这种会干扰三角积分调制器的带外信号可称为镜像(image)或阻断(blocker)。因此，检测及抑制这些不必要的带外信号成为本领域的重要课题。
技术实现要素：
鉴于现有技术的不足，本发明的一目的在于提供一种adc，以提升adc的稳定性。
本发明公开一种模拟数字转换器，用来接收一模拟输入信号并产生一数字码。模拟数字转换器包含一三角积分调制器、一降频滤波器以及一检测电路。三角积分调制器包含一回路滤波器、一量化器以及一数字模拟转换器。回路滤波器用来接收该模拟输入信号。量化器耦接该回路滤波器，用来量化该回路滤波器的一输出以产生一数字输出信号。数字模拟转换器耦接该量化器及该回路滤波器。降频滤波器耦接该三角积分调制器，用来将该数字输出信号转换为该数字码。检测电路耦接该三角积分调制器，用来检测该三角积分调制器的一节点电压，并产生一控制信号。该控制信号用来控制该回路滤波器、该量化器、该三角积分调制器的一反馈路径及/或该三角积分调制器的一前馈路径。
本发明还公开一种模拟数字转换器，用来接收一模拟输入信号并产生一数字码。模拟数字转换器包含一三角积分调制器、一降频滤波器、一检测电路以及一控制电路。三角积分调制器包含一回路滤波器、一量化器以及一数字模拟转换器。回路滤波器用来接收该模拟输入信号。量化器耦接该回路滤波器，用来量化该回路滤波器的一输出以产生一数字输出信号。数字模拟转换器耦接该量化器及该回路滤波器。降频滤波器耦接该三角积分调制器，用来将该数字输出信号转换为该数字码。检测电路耦接该三角积分调制器，用来检测该三角积分调制器的一节点电压，并产生一检测结果。控制电路耦接该检测电路，用来根据该检测结果产生一控制信号。该控制信号用来控制该回路滤波器、该量化器、该三角积分调制器的一反馈路径及/或该三角积分调制器的一前馈路径。
本发明的adc利用检测电路检测三角积分调制器的节点电压，并根据检测结果适应性地调整adc，以提高adc的稳定性以及降低功耗。相较于传统技术，本发明的adc能够检测及抑制这些不必要的带外信号，使adc的操作更为稳定。
有关本发明的特征、实作与技术效果，兹配合附图作实施例详细说明如下。
附图说明
图1为本发明一实施例的adc的电路图；
图2为本发明一实施例的谐振器的电路图；
图3为本发明一实施例的箝位电路的电路图；
图4为本发明另一实施例的adc的电路图；
图5为本发明一实施例的检测电路的功能方框图；以及
图6为本发明另一实施例的检测电路的功能方框图。
符号说明
10、15模拟数字转换器
100低通滤波器
200三角积分调制器
210回路滤波器
212a、212b、500谐振器
214、240开关
220量化器
230数字模拟转换器
245反馈路径
250阻抗电路
255前馈路径
300a、300b、300c、300d检测电路
400a、400b、400c、400d箝位电路
900降频滤波器
cd1～cd4、cdx控制信号
s1～s10、s控制信号
vin模拟输入信号
dout数字输出信号
d数字码
510、520积分器
512、522运算放大器
530阻抗
532可变电阻
412、414、416、418晶体管
n1、n2节点
610a、610b积分器或运算放大器
700控制电路
800存储器
dr1～dr4、drx、dr检测结果
310低解析模拟数字转换器
320区域控制电路
330比较器
vn节点电压
具体实施方式
以下说明内容的技术用语是参照本技术领域的习惯用语，如本说明书对部分用语有加以说明或定义，该部分用语的解释是以本说明书的说明或定义为准。
本发明的公开内容包含基于三角积分调制器的adc。由于本发明的adc所包含的部分元件单独而言可能为已知元件，因此在不影响该装置发明的充分公开及可实施性的前提下，以下说明对于已知元件的细节将予以省略。
图1为本发明一实施例的adc的电路图。adc10为基于三角积分调制器的adc，包含低通滤波器(low-passfilter,lpf)100、sdm200、降频滤波器(decimationfilter)900、多个检测电路300(图1的例子中包含检测电路300a、检测电路300b、检测电路300c及检测电路300d)以及多个箝位电路400(图1的例子中包含箝位电路400a、箝位电路400b、箝位电路400c及箝位电路400d)。低通滤波器100低通滤波模拟输入信号vin，而sdm200将低通滤波后的模拟输入信号vin转换为数字输出信号dout，数字输出信号dout则由降频滤波器900进行处理以产生数字码d。数字码d即为adc10的输出。降频滤波器900的操作为本技术领域技术人员所熟知，故不再赘述。
sdm200包含回路滤波器(loopfilter)210、量化器220、数字模拟转换器(digital-to-analogconverter,dac)230、开关240及阻抗电路250。回路滤波器210接收且滤波低通滤波后的模拟输入信号vin，并且包含谐振器212a、谐振器212b及开关214。量化器220耦接该回路滤波器，用来量化该回路滤波器210的输出以产生数字输出信号dout。开关240耦接于dac230与回路滤波器210之间。sdm200的动作原理为本技术领域技术人员所熟知，故不再赘述。图1中回路滤波器210的阶数仅为示例，非用以限定本发明。
谐振器212a受到控制信号s1控制；谐振器212b受到控制信号s2控制；开关214受到控制信号s3控制；量化器220受到控制信号s4控制；开关240受到控制信号s5控制；阻抗电路250受到控制信号s6控制；以及箝位电路400a至箝位电路400d分别受到控制信号s7至控制信号s10控制。
检测电路300检测sdm200的数个节点电压，并且产生控制信号cdx(在图1的例子中，x为整数且1≤x≤4)。更明确地说，检测电路300a检测sdm200的输入端(亦即低通滤波器100的输出端、谐振器212a的输入端)的电压，并且产生控制信号cd1；检测电路300b检测谐振器212a的内部节点的电压，并且产生控制信号cd2；检测电路300c检测谐振器212a的输出电压(亦即谐振器212b的输入电压)，并且产生控制信号cd3；检测电路300d检测谐振器212b的输出电压(亦即量化器220的输入电压)，并且产生控制信号cd4。控制信号cdx可以用来控制：(1)回路滤波器210；(2)量化器220；(3)sdm200的反馈路径245；(4)sdm200的前馈路径255；以及(5)箝位电路400。以下分别就上述的各种控制情境进行讨论。
情境(1)：控制信号cdx控制回路滤波器210。请参阅图2，图2为本发明一实施例的谐振器500的电路图。谐振器500包含积分器510、积分器520及阻抗530。图1的谐振器212a及谐振器212b可以以谐振器500实作。积分器510及积分器520各包含电阻r、电容c及运算放大器512或522，所述元件的连接方式如图2所示，而积分器510及积分器520的动作原理为本技术领域技术人员所熟知，故不再赘述。阻抗530位于谐振器500的反馈路径上，其一端耦接积分器520的运算放大器522的输出端，另一端耦接积分器510的运算放大器512的其中一输入端。阻抗530包含可变电阻532。受控制信号s1的控制，积分器510及/或积分器520可以操作在被动模式。更明确地说，控制信号s1可以关闭运算放大器512及/或运算放大器522，使得积分器510及积分器520只剩下被动元件(亦即电阻r及电容c)。当sdm200中的镜像或阻断太大时，关闭运算放大器512及/或运算放大器522有助于稳定电路。此外，关闭运算放大器512及/或运算放大器522还具有省电的技术效果。
回到图1，控制信号cdx亦可以降低回路滤波器210的阶数。更明确地说，当开关214受控制信号s3控制而导通时，谐振器212a被旁路(bypass)，等效于将回路滤波器210的阶数调降两阶。旁路谐振器212a等效于控制谐振器212a不起作用(inactive)。当sdm200中的镜像或阻断太大时，降低回路滤波器210的阶数有助于稳定电路。此外，降低回路滤波器210的阶数还具有省电的技术效果。
情境(2)：控制信号cdx控制量化器220的输入工作范围。更明确地说，检测电路300c可以测得谐振器212a的输出摆幅(outputswing)，进而开启/关闭量化器220中的比较器，或是调整量化器220的二进位搜索周期(binarysearchcycle)。举例来说，当检测电路300c测得谐振器212a的输出摆幅小于第一预设值(代表数字输出信号dout的最高有效位元可能为逻辑0)或大于第二预设值(代表数字输出信号dout的最高有效位元可能为逻辑1)时(第二预设值大于第一预设值)，控制信号s4关闭量化器220中对应较高位元的比较器，或是控制量化器220略过二进位搜索中对应较高位元的前数个周期。换言之，量化器220的输入工作范围可以是作用中(active)的比较器的个数，或是实际执行的二进位搜索的周期数。
情境(3)：控制信号cdx控制开关240将dac230的输出端耦接至谐振器212a的输入端或是谐振器212b的输入端。当谐振器212a被旁路时，控制信号cdx可以顺应地控制开关240将dac230的输出端耦接至谐振器212b的输入端。当谐振器212a没有被旁路时，控制信号cdx可以控制开关240将dac230的输出端耦接至谐振器212a的输入端或谐振器212b的输入端。
情境(4)：控制信号cdx控制阻抗电路250。前馈路径255连接回路滤波器210的输入端与回路滤波器210的输出端，且包含阻抗电路250。阻抗电路250的阻抗为可调(例如阻抗电路250包含可变电阻及/或可变电容)，控制信号s6通过调整阻抗电路250的等效阻抗来调整sdm200的前馈。
情境(5)：控制信号cdx调整箝位电路400的箝位电压的大小，以限制相对应的节点的电压值，进而抑制镜像或阻断，使电路更稳定。
请参阅图2，检测电路300b耦接于积分器510的输出端及积分器520的输入端，用来检测谐振器500的内部节点的电压，以产生控制信号cd2。箝位电路400b耦接于积分器510的输出端及积分器520的输入端，用来限制积分器510的输出端及积分器520的输入端的节点电压。请注意，为了简洁起见，图1中没有示出电连接谐振器212b的内部节点的检测电路300及箝位电路400，然而，本技术领域技术人员可以根据图1及图2的公开实作该检测电路300及该箝位电路400。
在一些实施例中，前述的控制信号cdx用来控制与产生该控制信号cdx的检测电路300电连接的元件。更明确地说，控制信号s1可以是控制信号cd1、控制信号cd2或控制信号cd3；控制信号s2可以是控制信号cd3或控制信号cd4；控制信号s3可以是控制信号cd1或控制信号cd2；控制信号s4可以是控制信号cd4；控制信号s7可以是控制信号cd1；控制信号s8可以是控制信号cd2；控制信号s9可以是控制信号cd3；而控制信号s10可以是控制信号cd4。另外，控制信号s5可以等于控制信号s3；控制信号s6可以是任一个控制信号cdx。
在其他的实施例中，控制信号s1至控制信号s10的任一者可以等于控制信号cd1至控制信号cd4的任一者。
图3为本发明一实施例的箝位电路400的电路图。箝位电路400主要包含晶体管412、晶体管414、晶体管416、晶体管418以及多个开关。可以通过切换所述多个开关来调整箝位电路400的箝位电压(亦即节点n1与节点n2之间的电压差)。节点n1及节点n2电连接积分器或运算放大器610a及积分器或运算放大器610b的输出端，因此积分器或运算放大器610a及积分器或运算放大器610b的输出电压被限制为箝位电路400的箝位电压。箝位电路400的晶体管个数及开关个数不以图3所示的为限，且箝位电路400的动作原理为本技术领域技术人员所熟知，故不再赘述。类似于积分器510及520，积分器或运算放大器610a及610b可以被调整为操作在被动模式。
图4为本发明另一实施例的adc的电路图。图4的实施例与图1的实施例相似，差别在于图4的adc15还包含控制电路700及存储器800。在图4的实施例中，控制信号s(包含s1至s10)由控制电路700根据检测电路300的检测结果dr(包含dr1至dr4)产生，而非由检测电路300直接产生。更明确地说，控制电路700可以是具有程序执行能力的电路或电子元件，例如中央处理器、微处理器、微处理单元或数字信号处理器，其通过执行存储在存储器800中的程序码或程序指令来进行控制。在一些实施例中，存储器800存储查找表，控制电路700利用检测结果dr在查找表中找出相对应的控制模式，以抑制sdm200中的镜像或阻断，并且达到省电的技术效果。
相较于图1的adc10，图4的adc15可以同时考量sdm200的多个节点的电压，以针对前述的个情境做出一综合考量后的控制，进而达到以下多个电路特性的优选组合：回路滤波器210的阶数；信号转移函数(signaltransferfunction,stf)及/或噪声转移函数(noisetransferfunction,ntf)的系数；摆幅；箝位电路400的箝位电压；最大信号噪声比(signal-to-noiseratio,snr)；最大动态范围(dynamicrange)、最大误差向量幅度(errorvectormagnitude,evm)；最大摆幅稳定性(swingstability)；最大阻断(共存)能力(blocker(co-existence)ability)；以及最低功耗。图1的实施例具有较快速的反应时间，换言之可以较快速地调整电路；图4的实施例具有较全面及多样性的调整策略。请注意，图4的控制电路700亦可以针对上述的多个情境做个别调整；换句话说，控制信号s1至s10的至少其中一者与其他的控制信号不具有相依性。
图5为检测电路300的一实施例的功能方框图。检测电路300包含低解析adc310及区域控制电路320。低解析adc310将节点电压vn转换为检测结果drx(在图4的例子中，x为整数且1≤x≤4)，区域控制电路320再根据检测结果drx产生控制信号cdx。低解析adc310的位元数小于adc10及adc15的位元数。举例来说，低解析adc310可以以2位元的adc实作，以快速地得到检测结果drx。区域控制电路320可以是由多个晶体管所构成的逻辑电路，本技术领域技术人员可以根据上述内容来实作区域控制电路320。当图5的检测电路300应用于图4的实施例时，检测电路300包含低解析adc310但是不包含区域控制电路320。当节点电压vn较大时(例如因为镜像或阻断的存在而导致该节点的摆幅较大)，检测结果drx也较大。
图6为检测电路300的另一实施例的功能方框图。检测电路300包含比较器330及区域控制电路320。比较器330将节点电压vn跟预设电压比较以产生检测结果drx，区域控制电路320再根据检测结果drx产生控制信号cdx。比较器330可以视为一位元的低解析adc310。当图6的检测电路300应用于图4的实施例时，检测电路300包含比较器330但是不包含区域控制电路320。
综上所述，本发明的adc利用检测电路检测三角积分调制器的节点电压，并根据检测结果适应性地调整adc，以提高adc的稳定性以及降低功耗。
请注意，前述图示中，元件的形状、尺寸以及比例等仅为示意，是供本技术领域技术人员了解本发明之用，非用以限制本发明。
虽然本发明的实施例如上所述，然而所述实施例并非用来限定本发明，本技术领域技术人员可依据本发明的明示或隐含的内容对本发明的技术特征施以变化，凡此种种变化均可能属于本发明所寻求的专利保护范围，换言之，本发明的专利保护范围须视本说明书的权利要求所界定者为准。
1.一种模拟数字转换器，用来接收一模拟输入信号并产生一数字码，包含：
一三角积分调制器，包含：
一回路滤波器，用来接收该模拟输入信号；
一量化器，耦接该回路滤波器，用来量化该回路滤波器的一输出以产生一数字输出信号；及
一数字模拟转换器，耦接该量化器及该回路滤波器；
一降频滤波器，耦接该三角积分调制器，用来将该数字输出信号转换为该数字码；以及
一检测电路，耦接该三角积分调制器，用来检测该三角积分调制器的一节点电压，并产生一控制信号；
其中，该控制信号用来控制该回路滤波器、该量化器、该三角积分调制器的一反馈路径及/或该三角积分调制器的一前馈路径。
2.如权利要求1所述的模拟数字转换器，其中该回路滤波器包含一谐振器，该谐振器包含一运算放大器，而该控制信号用来关闭该运算放大器。
3.如权利要求1所述的模拟数字转换器，其中该回路滤波器包含一谐振器，且该控制信号用来控制该谐振器不起作用。
4.如权利要求3所述的模拟数字转换器，其中该谐振器是一第一谐振器，该回路滤波器还包含一第二谐振器，该第二谐振器的一输入端耦接该第一谐振器的一输出端，该三角积分调制器还包含耦接于该回路滤波器及该数字模拟转换器之间的一开关，而该控制信号用来控制该开关，以使得当该第一谐振器不起作用时，该数字模拟转换器的一输出端耦接该第二谐振器的该输入端。
5.如权利要求1所述的模拟数字转换器，其中该回路滤波器包含一第一谐振器及一第二谐振器，该第二谐振器的一输入端耦接该第一谐振器的一输出端，该三角积分调制器还包含耦接于该回路滤波器及该数字模拟转换器之间的一开关，而该控制信号用来控制该开关，以控制该数字模拟转换器的一输出端耦接该第一谐振器的一输入端或该第二谐振器的该输入端。
6.如权利要求1所述的模拟数字转换器，其中该前馈路径包含一阻抗电路，而该控制信号用来调整该阻抗电路的一等效阻抗。
7.如权利要求1所述的模拟数字转换器，其中该控制信号用来控制该量化器的一输入工作范围。
8.如权利要求1所述的模拟数字转换器，其中该模拟数字转换器还包含耦接该三角积分调制器的一箝位电路，该控制信号用来控制该箝位电路的的一箝位电压。
9.如权利要求1所述的模拟数字转换器，其中该检测电路包含一低解析模拟数字转换器，且该低解析模拟数字转换器的位元数小于该模拟数字转换器的位元数。
10.一种模拟数字转换器，用来接收一模拟输入信号并产生一数字码，包含：
一三角积分调制器，包含：
一回路滤波器，用来接收该模拟输入信号；
一量化器，耦接该回路滤波器，用来量化该回路滤波器的一输出以产生一数字输出信号；及
一数字模拟转换器，耦接该量化器及该回路滤波器；
一降频滤波器，耦接该三角积分调制器，用来将该数字输出信号转换为该数字码；
一检测电路，耦接该三角积分调制器，用来检测该三角积分调制器的一节点电压，并产生一检测结果；以及
一控制电路，耦接该检测电路，用来根据该检测结果产生一控制信号；
其中，该控制信号用来控制该回路滤波器、该量化器、该三角积分调制器的一反馈路径及/或该三角积分调制器的一前馈路径。
技术总结