公开/公告号CN102386917A
专利类型发明专利
公开/公告日2012-03-21
原文格式PDF
申请/专利权人 北京昆腾微电子有限公司;
申请/专利号CN201110247343.4
申请日2011-08-25
分类号H03M1/06;H03M1/12;H04R1/08;H04R3/00;
代理机构
代理人
地址 100097 北京市海淀区蓝靛厂东路2号院金源时代商务中心2号楼B座8层A、B
入库时间 2023-12-18 04:42:57
法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2014-06-04
著录事项变更 IPC(主分类):H03M1/06 变更前: 变更后: 申请日:20110825
著录事项变更
2014-06-04
授权
授权
2012-06-06
实质审查的生效 IPC(主分类):H03M1/06 申请日:20110825
实质审查的生效
2012-03-21
公开
公开
技术领域
本发明涉及微电子领域,尤其涉及一种模拟数字转换方法、模拟数字 转换器和数字麦克风。
背景技术
温度系数是材料的物理属性随着温度变化而变化的速率。温度系数有 正负之分,正温度系数指的是物理属性随温度升高而增大,负温度系数指 的是物理属性随温度升高而减小。
在现有技术中,模拟数字转换器(Analog-to-Digital Converter,以下简 称:ADC)的输入电压通常具有一定的温度系数,一般情况下,ADC的输 出电压也随着温度变化而变化。为了补偿ADC的输入电压的温度系数,使 得ADC的输出电压不随温度变化而变化,,通常通过改变ADC各级电容的 比例关系来实现。但是,由于ADC的各级电容的比例关系是不连续的,当 输入电压的温度系数连续变化时,采用这种方法很难很好地补偿输入电压 随温度变化对输出电压的影响。
发明内容
本发明提供一种模拟数字转换方法、模拟数字转换器和数字麦克风, 用以实现在ADC中,很好地补偿输入电压随温度变化对输出电压的影响。
本发明提供一种模拟数字转换方法,包括:
生成参考电压;
根据所述参考电压,对输入电压进行模拟数字转换,得到输出电压;
其中,所述参考电压的温度系数等于所述输入电压的温度系数。
本发明还提供一种模拟数字转换器,包括:
参考电压生成电路,用于生成参考电压;
模拟数字转换电路,用于根据所述参考电压,对输入电压进行模拟数 字转换,得到输出电压;
其中,所述参考电压的温度系数等于所述输入电压的温度系数。
本发明还提供一种数字麦克风,包括驻极体麦克风和放大器,其特征 在于,还包括:
模拟数字转换器,用于生成参考电压,根据所述参考电压,对输入电 压进行模拟数字转换,得到输出电压;
其中,所述参考电压的温度系数等于所述输入电压的温度系数。
在本发明中,当输入电压的温度系数发生变化时,可以通过生成温度 系数与输入电压的温度系数相同的参考电压来产生随温度不变的输出电 压,从而很好地补偿了输入电压随温度变化对输出电压的影响。
附图说明
图1为本发明模拟数字转换方法第一实施例的流程示意图;
图2为本发明模拟数字转换方法第二实施例的流程示意图;
图3为本发明模拟数字转换方法第三实施例中生成参考电压的电路 图;
图4为本发明模拟数字转换器第一实施例的结构示意图;
图5为本发明模拟数字转换器第二实施例中参考电压生成电路的电路 框图;
图6为本发明模拟数字转换器第三实施例中参考电压生成电路的一种 电路结构示意图;
图7为本发明模拟数字转换器第三实施例中参考电压生成电路的另一 种电路结构示意图;
图8为本发明模拟数字转换器第四实施例中参考电压生成电路的电路 示意图;
图9为本发明数字麦克风实施例的结构示意图;
图10为本发明数字麦克风实施例中ECM麦克风的灵敏度变化示意 图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述。
模拟数字转换方法第一实施例
如图1所示,为本发明模拟数字转换方法第一实施例的流程示意图, 可以包括如下步骤:
步骤11、生成参考电压;
步骤12、根据参考电压,对输入电压进行模拟数字转换,得到输出电 压;
其中,参考电压的温度系数等于输入电压的温度系数。
假设参考电压为Vref伏特,输入电压为Vin伏特,输出电压Vout可以表示 为(单位:dBFS),T为温度。其中,输入电压 Vin(T)=Vin_T1(1+m(T-T1)),参考电压Vref(T)=Vref_T1(1+n(T-T1),m为输入电压Vin的温度系数,Vin_T1为输入电压Vin在温度T1时的电压,n为参考电压Vref的温 度系数,Vref_T1为参考电压Vref在温度T1时的电压,输出电压Vout可以表示为
在本实施例中,当输入电压的温度系数发生变化时,可以通过生成温 度系数与输入电压的温度系数相同的参考电压来产生随温度不变的输出电 压,从而很好地补偿了输入电压随温度变化对输出电压的影响。
模拟数字转换方法第二实施例
如图2所示,为本发明模拟数字转换方法第二实施例的流程示意图, 在图1所示流程示意图的基础上,步骤11可以包括如下步骤:
步骤111、根据第一电流,生成第二电流;
具体地,第一电流是已有的,第一电流采用如下公式表示:
I1(T)=IT1+m(T-T1) (1)
其中,第一电流I1(T)是温度T的函数,其温度系数为m安培/℃,当温 度为T1℃时,第一电流的电流值为IT1;
第二电流采用如下公式表示:
第二电流的电流值是第一电流的电流值的倍,m和n同时大于零。
步骤112、根据第二电流和零温度系数的第三电流,生成第四电流;
其中,第三电流是已有的,第四电流的温度系数为安培/℃,当温度 为T1℃时,第四电流的电流值为安培;
步骤113、根据第四电流和电阻,得到参考电压;
其中,该电阻的阻值为R欧姆,参考电压的温度系数为n伏特/℃或-n 伏特/℃,当温度为T1℃时,参考电压的电压值为VT1伏特。
进一步地,在步骤112中,参考电压的温度系数分为两种:正温度系 数和负温度系数,下面分别就这两种情况进行分析。
如果参考电压的正温度系数为n伏特/℃,在温度T1℃时电压值为VT1伏 特,则在温度T下,参考电压的电压值可以表示为V(T)=VT1+n(T-T1),产生 参考电压的电阻值为R欧姆。已有正温度系数的第一电流I1,第一电流的 正温度系数为m安培/℃,在温度为T1℃时,电流值为IT1,则在温度T下, 第一电流的电流值可以表示为I1(T)=IT1+m(T-T1)。将第一电流的电流值变 为原来的倍,得到第二电流I2,第二电流的电流值可以表示为
如果参考电压的温度系数为-n伏特/℃,在温度T1℃时电压值为VT1伏 特,则在温度T下,参考电压的电压值可以表示为V(T)=VT1-n(T-T1),产生 参考电压的电阻值为R欧姆。已有正温度系数的第一电流I1,第一电流I1的 正温度系数为m安培/℃,在温度为T1℃时,电流值为IT1,则在温度T下, 第一电流I1的电流值可以表示为I1(T)=IT1+m(T-T1)。将第一电流I1(T)的电 流值变为原来的倍,得到第二电流I2,第二电流I2的电流值可以表示为
在本实施例中,根据已有的第一电流生成第二电流,再根据第二电流 和已有的第三电流生成第四电流,最后根据第四电流和电阻得到参考电压, 由于参考电压的电压值可以为任意想要的值,参考电压的温度系数可以为 任意温度系数,当输入电压的温度系数发生变化时,可以通过生成温度系 数与输入电压的温度系数相同的参考电压来产生随温度不变的输出电压, 从而很好地补偿了输入电压随温度变化对输出电压的影响。
模拟数字转换方法第三实施例
在图1所示流程示意图的基础上,如图3所示,为本发明模拟数字转 换方法第三实施例中生成参考电压的电路图,可以包括两个三极管Q1和 Q2、三个电阻R1、R2和R3、一个运算放大器Am,三极管Q1和Q2的基极 和发射极共同连接到地,三极管Q1的集电极与电阻R1连接,三极管Q2的集电极与电阻R3连接,电阻R3与电阻R2串联连接,运算放大器Am的 正向输入端连接在三极管Q1的集电极与电阻R1之间的A点,运算放大器 Am的负向输入端连接在电阻R2与电阻R3之间的B点,运算放大器Am 的输出端与电阻R1和电阻R2连接,运算放大器Am的输出电压为Vout。三 极管Q1和Q2是饱和电流相同、面积不同的两个三极管,三极管Q1和三极 管Q2的发射结电压分别为VBE1和VBE2,三极管Q1和三极管Q2的集电极电流 分别为IC1和IC2,其中,IC1=pI0,IC2=I0,p>1。运算放大器Am的增益 极高,所以可以认为图3中A点和B点的电压相等,则电阻R3两端的电 压为R3IC2=VBE1-VBE2,流过电阻R3的电流为一般而言,对于 双极性器件,集电极电流其中,IS为饱和电流,k是 波尔兹曼常数,q是电子电量,T是温度。所以,流过电阻R3的电流IC2可 以表示为
在本实施例中,VBE2具有一定的负温度系数,具体推导过程如下:
对于一个双极器件,集电极电流与饱和电流IS之间满足如下关系:
IC=ISexp(VBE/VT) (3)
其中,VT=kT/q,饱和电流IS正比于其中,μ为少数载流子的 迁移率,nI为硅的本征载流子浓度,这些参数与温度T的关系可以表示为 μ∝μ0Tm,其中,m≈-3/2,并且其中,Eg≈1.2eV,为 硅的带隙能量,所以
其中,b是一个比例系数。由(3)式可以得出:
VBE=VTln(IC/IS) (5)
在IC保持不变的情况下,由(5)式可以得出:
由(4)式可以得出:
由(7)式和(4)式可以得到:
由(6)式和(8)式可以得到:
由(9)式可以看出,在给定温度T下,VBE的温度系数与VBE本身的大 小有关,当VBE≈750mV,T=300°K时,
对于图3中的输出电压
在本实施例中,当输入电压的温度系数发生变化时,可以通过生成温 度系数与输入电压的温度系数相同的参考电压来产生随温度不变的输出电 压,从而很好地补偿了输入电压随温度变化对输出电压的影响。
模拟数字转换器第一实施例
如图4所示,为本发明模拟数字转换器第一实施例的结构示意图,可 以包括参考电压生成电路41和模拟数字转换电路42,模拟数字转换电路 42与参考电压生成电路41连接。
参考电压生成电路41用于生成参考电压。模拟数字转换电路42用于 根据参考电压,对输入电压进行模拟数字转换,得到输出电压。其中,参 考电压的温度系数等于输入电压的温度系数。
对于模拟数字转换器而言,当参考电压的温度系数等于输入电压的温 度系数时,可以得到零温度系数的输出电压,具体推导过程参见前述模拟 数字转换方法第一实施例,在此不再赘述。
在本实施例中,参考电压生成电路41生成参考电压,模拟数字转换电 路42根据参考电压,对输入电压进行模拟数字转换,得到输出电压,当输 入电压的温度系数发生变化时,参考电压生成电路41可以生成温度系数与 输入电压的温度系数相同的参考电压,从而使得模拟数字转换电路42产生 随温度不变的输出电压,从而很好地补偿了输入电压随温度变化对输出电 压的影响。
模拟数字转换器第二实施例
在上一实施例的基础上,如图5所示,为本发明模拟数字转换器第二 实施例中参考电压生成电路的电路框图,参考电压生成电路41可以包括第 一电流源21、第二电流生成电路22、第三电流源23、第四电流生成电路 24和输出电路25。第二电流生成电路22与第一电流源21连接,第四电流 生成电路24与第二电流生成电路22和第三电流源23连接,输出电路25 与第四电流生成电路24连接。
第一电流源21用于提供第一电流;具体地,第一电流的温度系数为m 安培/℃,第一电流可以采用前述公式(1)表示。第二电流生成电路22 用于根据第一电流,生成第二电流,其中,第二电流的电流值是第一电流 的电流值的倍,m和n同时大于零,第二电流可以采用前述公式(2) 表示。第三电流源23用于提供零温度系数的第三电流。第四电流生成电路 24用于根据第二电流和第三电流,生成第四电流,其中,第四电流的温度 系数为安培/℃,当温度为T1℃时,第四电流的电流值为安培。输出 电路25包括电阻,用于根据第四电流和电阻,得到参考电压并输出参考电 压,其中,电阻的阻值为R欧姆,参考电压的温度系数为n伏特/℃或-n伏 特/℃,当温度为T1℃时,参考电压的电压值为VT1伏特。
在本实施例中,第一电流源21提供第一电流,第二电流生成电路22 根据第一电流,生成第二电流,第三电流源23提供零温度系数的第三电流, 第四电流生成电路24根据第二电流和第三电流,生成第四电流,输出电路 25根据第四电流和电阻,得到参考电压,由于参考电压的温度系数和电压 值可以为任意想要的值,所以本实施例方便地得到了具有任意温度系数的 任意参考电压。在ADC中,当输入电压的温度系数发生变化时,可以通 过生成温度系数与输入电压的温度系数相同的参考电压来产生随温度不变 的输出电压,从而很好地补偿了输入电压随温度变化对输出电压的影响。
模拟数字转换器第三实施例
在上一实施例的基础上,在本实施例中,第四电流生成电路24用于当 参考电压的温度系数为n伏特/℃时,从第二电流中抽出或注入第三电流, 生成第四电流,其中,第三电流的电流值为为温度为T1℃ 时第二电流的电流值。
如图6所示,为本发明模拟数字转换器第三实施例中参考电压生成电 路的一种电路结构示意图,在图5所示电路框图的基础上,第二电流生成 电路22具体可以为镜像电流源31,镜像电流源31包括第一PMOS管311 和第二PMOS管312,第一电流源21与第一PMOS管311连接并且为镜 像电流源31提供基准电流,镜像电流源31经第二PMOS管312输出第二 电流,第二PMOS管312的宽长比是第一PMOS管的宽长比的倍,从 而使得第二电流是第一电流的倍。在图6所示示意图中,第四电流生成 电路24用于当第二电流在T1℃时的值比小时,从第二电流I2中注入零 温度系数的第三电流得到第四电流I4,第四电流I4的电流值可 以表示为
如图7所示,为本发明模拟数字转换器第三实施例中参考电压生成电 路的另一种电路结构示意图,与图6所示电路结构示意图的不同之处在于, 第四电流生成电路24用于当第二电流在T1℃时的值比大时,从第二电 流I2中抽取零温度系数的第三电流得到第四电流I4,第四电流 I4的电流值可以表示为
在本实施例中,第一电流源21提供第一电流,第二电流生成电路22 根据第一电流,生成第二电流,第三电流源23提供零温度系数的第三电流, 第四电流生成电路24从第二电流中抽出或注入第三电流,生成第四电流, 输出电路25根据第四电流和电阻,得到参考电压,由于参考电压的电压值 可以为任意想要的值,参考电压的温度系数可以为任意正温度系数,在 ADC中,当输入电压的温度系数为正温度系数时,可以通过生成温度系数 与输入电压的温度系数相同的参考电压来产生随温度不变的输出电压,从 而很好地补偿了输入电压随温度变化对输出电压的影响。
模拟数字转换器第四实施例
如图8所示,为本发明模拟数字转换器第四实施例中参考电压生成电 路的电路示意图,在图5所示电路框图的基础上,第二电流生成电路22 具体可以为镜像电流源31,镜像电流源31包括第一NMOS管311和第二 NMOS管312,第一电流源21与第一NMOS管311连接并且为镜像电流 源31提供基准电流,镜像电流源31经第二NMOS管312输出第二电流, 第二NMOS管312的宽长比是第一NMOS管的宽长比的倍,从而使得 第二电流是第一电流的倍。在图5所示示意图中,第四电流生成电路 24用于当参考电压的温度系数为-n伏特/℃时,从第三电流中抽出第二电 流,生成第四电流,其中,第三电流的电流值为为温度为T1 ℃时第二电流的电流值,第四电流的电流值为
在本实施例中,第一电流源21提供第一电流,第二电流生成电路22 根据第一电流,生成第二电流,第三电流源23提供零温度系数的第三电流, 第四电流生成电路24从第三电流中抽出第二电流,生成第四电流,输出电 路25根据第四电流和电阻,得到参考电压,由于参考电压的电压值可以为 任意想要的值,参考电压的温度系数可以为任意负温度系数,在ADC中, 当输入电压的温度系数为负温度系数时,可以通过生成温度系数与输入电 压的温度系数相同的参考电压来产生随温度不变的输出电压,从而很好地 补偿了输入电压随温度变化对输出电压的影响。
模拟数字转换器第五实施例
在图4所示结构示意图的基础上,参考电压生成电路41具体可以为图 3所示电路图,在此不再赘述。
在本实施例中,当ADC的输入电压的温度系数发生变化时,可以通 过生成温度系数与输入电压的温度系数相同的参考电压来产生随温度不变 的输出电压,从而很好地补偿了输入电压随温度变化对输出电压的影响。
数字麦克风实施例
如图9所示,为本发明数字麦克风实施例的结构示意图,可以包括驻 极体麦克风71、放大器72和模拟数字转换器73。放大器72与驻极体麦克 风71连接,模拟数字转换器73与放大器72连接。
在本实施例中,采用驻极体麦克风(Electric Condenser Microphone, 简称:ECM)传感器的驻极体麦克风71本身输出的模拟信号的幅度非常 小,需要经过放大器72放大,放大后的模拟信号发送给模拟数字转换器 73。模拟数字转换器73生成参考电压,根据参考电压,对输入电压进行模 拟数字转换,得到输出电压,其中,参考电压的温度系数等于输入电压的 温度系数。
进一步地,模拟数字转换器73可以包括前述模拟数字转换器实施例中 任一模块,在此不再赘述。
如图10所示,为本发明数字麦克风实施例中ECM麦克风的灵敏度变 化示意图,ECM麦克风的灵敏度有一定的正温度系数,通常使用的温度范 围为-30℃~70℃,ECM麦克风的灵敏度会变化3.2dB。
采用图9所示数字麦克风,模拟数字转换器73可以产生温度系数与 ECM麦克风的灵敏度的温度系数相同的参考电压,从而抵消由于ECM传 感器本身的灵敏度变化带来的整个数字麦克风的灵敏度的变化,实现了零 温度系数的数字麦克风。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制, 尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应 当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发 明技术方案的精神和范围。
机译: 使用数字斜率模拟-数字转换器的混合模拟-数字转换器及其相关的混合模拟-数字转换方法
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机译: 流水线模拟 - 数字转换器和流水线模拟 - 数字转换器的模拟 - 数字转换方法