【11】證書號數：I571063 【45】公告日： 中華民國 106 (2017) 年 02 月 11 日 【51】Int. Cl.： H03M1/08 (2006.01) H03M3/02 (2006.01) 發明 全 6 頁 【54】名 稱：自動校正動態範圍之低功耗三角積分調變器架構及其低功耗電路實現方法 與自動校正且延伸三角積分調變器動態範圍之方法
LOW POWER SIGMA-DELTA MODULATOR ARCHITECTURE CAPABLE OF CORRECTING DYNAMIC RANGE AUTOMATICALLY, METHOD FOR IMPLEMENTING LOW POWER CIRCUIT THEREOF, AND METHOD FOR CORRECTING AND EXTENDING DYNAMIC RANGE OF SIGMA-DELTA MODULATOR AUTOMATICALLY
【21】申請案號：104136086 【22】申請日： 中華民國 104 (2015) 年 11 月 02 日 【72】發 明 人： 李順裕 (TW) LEE, SHUENN-YUH；張景傑 (TW) CHANG, CHING-CHIEH；
邱嘉仁 (TW) CHIOU, JIA-REN
【71】申 請 人： 國立成功大學 NATIONAL CHENG KUNG UNIVERSITY
臺南市東區大學路一號 【74】代 理 人： 彭志弘
【56】參考文獻：
TW 201025872A TW 201310921A1
Chih-Yuan Chen, Rong-Guey Chang, Jia-Hua Hong and Shuenn-Yuh Lee, "Stability analysis and system design of sigma-delta modulators," Proceedings of the 2009 12th International
Symposium on Integrated Circuits, Singapore, 2009, pp. 9-12. 審查人員：陳明德 [57]申請專利範圍 1. 一種自動校正動態範圍之低功耗三角積分調變器架構，包括：三角積分調變單元，以三 角積分調變方式轉換類比訊號及數位訊號；積分器單元，係利用連續三角積分架構演算 法推算之係數進行訊號處理；以及自動校正單元，係根據所述三角積分調變單元中系統 輸出訊號強度，用以比對系統輸入訊號規格以找出多組動態範圍曲線，並當所述系統輸 出訊號強度改變，依此擷取出降低或提升系統階數與前饋係數之組合以延伸系統動態範 圍。 2. 如申請專利範圍第 1 項所述之自動校正動態範圍之低功耗三角積分調變器架構，其中， 所述自動校正單元係包括：數位訊號處理器，對所述三角積分調變單元之系統輸出訊號 進行濾出雜訊處理，並監控所述系統輸出訊號強度；計數器與暫存器陣列，所述計數器 用於計算接受所述數位訊號處理器之所傳訊號與輸出暫存器陣列儲存值的時間，暫存器 陣列儲存所述數位訊號處理器所傳的訊號值；比較器，用於將所述暫存器陣列輸出的訊 號值與系統參考訊號進行比較，輸出數位碼；數位係數控制器，接收所述數位碼；前饋 增益調控單元與系統階數調控單元，用於接受所述數位係數控制器的操作，使所述數位 係數控制器依據該數位碼來切換前饋增益調控單元與系統階數調控單元以調整多組前饋 係數與系統階數，透過系統階數與不同前饋係數的組合，延伸系統動態範圍；以及積分 器調控單元，用於動態調整所述積分器單元之電路係數。
3. 如申請專利範圍第 2 項所述之自動校正動態範圍之低功耗三角積分調變器架構，其中， 所述自動校正單元係以數位電路形式呈現，藉由數位電路執行一動態延伸演算法，將所 述系統輸出訊號與系統輸入訊號規格進行比較以及算出多組動態範圍曲線，並依此擷取 出適合之系統階數與前饋係數之組合。 4. 如申請專利範圍第 2 項所述之自動校正動態範圍之低功耗三角積分調變器架構，其中， 所述前饋增益控制單元儲存有多組前饋係數，當所述系統輸出訊號較參考訊號所發生的 改變超出預設值時，所述數位係數控制器觸發所述前饋增益控制單元將當前所使用的前 饋係數切換成另一組前饋係數，或者觸發所述系統階數調控單元將當前所使用的系統階 數切換成另一個系統階數。 5. 如申請專利範圍第 1 項所述的自動校正動態範圍之低功耗三角積分調變器架構，其中， 所述積分器單元中各級積分器架構採用連續時間轉導電容式放大器作為設計基礎進行架 構。 6. 如申請專利範圍第 2 項所述之自動校正動態範圍之低功耗三角積分調變器架構，其中， 所述計數器及暫存器陣列中計數器控制每過一段時間則進行所述數位訊號處理器之輸出 值儲存，當所述計數器計算到一預設週期時，則將所述暫存器陣列所存之輸出峰值送至 所述比較器進行比較。 7. 一種自動校正且延伸三角積分調變器動態範圍之方法，包括以下步驟：藉由動態延伸演 算法將系統輸出訊號與系統輸入訊號進行比較以及算出多組動態範圍曲線，並當所述系 統輸出訊號強度改變，依此擷取出降低或提升系統階數與前饋係數之組合進行儲存；系 統輸入一預設訊號並給予一組系統階數與前饋係數進行系統電路調整與初始化；以及 動 態監測三角積分調變器輸出訊號強度，當所述輸出訊號強度變化不超過一預設值時，則 保持初始前饋係數與系統階數，否則進行前饋係數、系統階數切換，直至系統穩定並達 到功耗/效能平衡。 8. 如申請專利範圍第 7 項之自動校正且延伸三角積分調變器動態範圍之方法，其中，於進 行前饋係數、系統階數切換的步驟時，係優先進行前饋係數切換，直至所儲存的所有前 饋係數使用完畢系統還未達到效能/功耗平衡時，則執行系統階數切換。 9. 如申請專利範圍第 7 項之自動校正且延伸三角積分調變器動態範圍之方法，其中，所述 動態延伸演算法係為透過數位電路實現，所述數位電路包括數位訊號處理器、計數器與 暫存器陣列、比較器、數位係數控制器、前饋增益調控單元與系統階數調控單元以及積 分器調控單元。 10. 一種應用如申請專利範圍第 1 項至第 6 項中任一項所述之自動校正動態範圍之低功耗三 角積分調變器架構之低功耗電路實現方法，包括以下步驟：檢測該三角積分調變器架構 的系統輸出訊號，並確認該系統輸出訊號的品質是否符合設定規格，若符合則維持使用 所記錄之系統係數；若不符合則記錄當前系統係數，並調整該三角積分調變器架構中的 各級積分器增益；以及檢測調整後之系統輸出訊號，並再次確認該系統輸出訊號的品質 是否符合設定規格，如符合則維持使用所記錄之系統係數；若不符合則執行上述記錄當 前系統係數並調整系統各級積分器增益的步驟，直到該系統輸出訊號的品質符合設定規 格。 圖式簡單說明 圖 1A 及圖 1B 為本發明自動校正動態範圍之低功耗三角積分調變器架構執行三角積分器 架構設計演算法與自動校正延伸動態範圍之流程示意圖； 圖 2 為本發明之自動校正動態範圍之三角積分調變器架構方塊圖； 圖 3 為本發明自動校正且延伸三角積分調變器動態範圍之方法中進行訊號品質之再確認 處理之流程圖；以及 13255
-圖 4 用以說明應用本發明自動校正且延伸三角積分調變器動態範圍之方法於三角積分調 變器內建之放大器電路實現方法流程圖。
