數(shù)模轉(zhuǎn)換器靜態(tài)誤失配誤差的估計(jì)的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本非臨時(shí)專利申請根據(jù)35USC§ 119(e)接收于2014年4月7日提交的、美國臨 時(shí)專利申請序列號 61/976224 和標(biāo)題為"ESTIMATIONOFDIGITAL-TO-ANALOGCONVERTER STATICMISMATCHERR0RS"（代理人案卷號26256. 0262-P)的權(quán)益或請求其優(yōu)先權(quán)，在此通 過引用以其整體并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本公開一般涉及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，并且更具體地涉及數(shù)模轉(zhuǎn)換器的靜態(tài)失配誤差的估 計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0004] 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器在電子產(chǎn)品中是無處不在的。一些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器（例如，模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC))使我們可在數(shù)字域和模擬域之間轉(zhuǎn)換信號。各種風(fēng)格的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn) 換器可用于無數(shù)應(yīng)用程序，例如，高速應(yīng)用、高精度應(yīng)用、關(guān)鍵任務(wù)系統(tǒng)、消費(fèi)電子、娛樂、媒 體系統(tǒng)、電信、醫(yī)療設(shè)備，等等。根據(jù)不同的應(yīng)用，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器可被設(shè)計(jì)或選擇，以適應(yīng)各種 規(guī)格：精度、分辨率、采樣速率、帶寬、功率、尺寸和值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC)廣泛用于電子產(chǎn)品。這些DAC通常不理想并通常表現(xiàn)出誤差， 例如靜態(tài)失配誤差。本發(fā)明描述用于在連續(xù)時(shí)間A-2調(diào)制器的DAC靜態(tài)失配（CTDSM)的 數(shù)字校準(zhǔn)技術(shù)。該方法利用DAC單元元件（UE)自己來衡量對方的不匹配。還有，除了DAC 驅(qū)動(dòng)內(nèi)部的邏輯設(shè)計(jì)，沒有多余的設(shè)計(jì)電路。該方法是用于高性能CTDSM的有吸引力的校 準(zhǔn)技術(shù)，特別適用于具有低過采樣率（0SR)的多千兆赫茲范圍內(nèi)的高速系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0006] 圖1是不例性A-2調(diào)制器的系統(tǒng)圖；
[0007]圖2是示例性的連續(xù)時(shí)間A -2多級噪聲成形模數(shù)轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)圖；
[0008] 圖3是如圖2所示的示例性的連續(xù)時(shí)間A- 2多級噪聲成形模數(shù)轉(zhuǎn)換器的示例性 功率譜；
[0009] 圖4是用于圖2所示的示例性連續(xù)時(shí)間A-2多級噪聲成形模數(shù)轉(zhuǎn)換器的示例性 集成帶內(nèi)噪聲圖；
[0010] 圖5是根據(jù)本公開的一些實(shí)施例表示在連續(xù)時(shí)間A-2調(diào)制器中的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的 單元元件的示意框圖；
[0011] 圖6示出根據(jù)本公開的一些實(shí)施例，用于獲得數(shù)模轉(zhuǎn)換器單元元件誤差配置信息 的示例性主要方法的流程圖；
[0012] 圖7示出根據(jù)本公開的一些實(shí)施例，用于獲得數(shù)模轉(zhuǎn)換器單元元件的誤差配置信 息的示例性輔助方法的流程圖；
[0013] 圖8示出根據(jù)本公開的一些實(shí)施例，用于獲得數(shù)模轉(zhuǎn)換器單元元件的誤差配置信 息的另一示例性輔助方法的流程圖；
[0014] 圖9示出根據(jù)本公開的一些實(shí)施例，用于獲得數(shù)模轉(zhuǎn)換器單元元件的誤差配置信 息的又一示例性輔助方法的流程圖；
[0015] 圖10是示出根據(jù)本公開的一些實(shí)施例的具有糾錯(cuò)的連續(xù)時(shí)間A-2調(diào)制器的示 例性框圖；
[0016] 圖11示出根據(jù)本公開的一些實(shí)施例，在圖6和9中示出的方法的示例性結(jié)果；
[0017]圖12示出在校準(zhǔn)前的示例性功率譜和示例性集成帶內(nèi)噪聲圖；
[0018] 圖13示出根據(jù)本公開的一些實(shí)施例，使用在圖6和9中所示的方法校準(zhǔn)之后的示 例性功率譜和示例性集成帶內(nèi)噪聲圖；
[0019] 圖14示出在校準(zhǔn)之前的帶內(nèi)噪聲的示例性概率圖；和
[0020] 圖15示出根據(jù)本公開的一些實(shí)施例使用在圖6和9所示的方法校準(zhǔn)之后的帶內(nèi) 噪聲的示例性概率圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的基本信息
[0022] 在許多電子應(yīng)用中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC)將模擬輸入信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字輸出信號（例 如，用于進(jìn)一步的數(shù)字信號處理）。例如，在精確的測量系統(tǒng)中，電子裝置被設(shè)置有一個(gè)或多 個(gè)傳感器以進(jìn)行測量，并且這些傳感器可以產(chǎn)生模擬信號。該模擬信號然后將被提供到模 數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC)作為輸入以產(chǎn)生數(shù)字輸出信號，以便進(jìn)一步處理。在另一種情況中，天線基 于在空氣中攜帶信息/信號的所述電磁波產(chǎn)生模擬信號。由天線產(chǎn)生的模擬信號隨后作為 輸入提供到ADC以產(chǎn)生數(shù)字輸出信號，以便進(jìn)一步處理。
[0023] ADC可以用于許多地方，諸如寬帶通信系統(tǒng)、音響系統(tǒng)、接收器系統(tǒng)等。ADC可以轉(zhuǎn) 換表示現(xiàn)實(shí)世界現(xiàn)象的模擬電信號，例如，光，聲，溫度或壓力，用于數(shù)據(jù)處理的目。模數(shù)轉(zhuǎn) 換器用于廣泛的應(yīng)用，包括通信、能源、醫(yī)療、儀器儀表和測量、電機(jī)控制、工業(yè)自動(dòng)化和航 空航天/國防。設(shè)計(jì)ADC是不平凡的任務(wù)，因?yàn)槊總€(gè)應(yīng)用程序可具有在速度、性能、功率、成 本和尺寸上的不同需求。隨著需要ADC的應(yīng)用程序增長，對于準(zhǔn)確而可靠轉(zhuǎn)換性能的需要 也增長。
[0024] ADC通常由下面的應(yīng)用要求定義：它的帶寬（它可以正確地轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的 模擬信號的頻率范圍），其分辨率（可分為并表示為數(shù)字信號的最大模擬信號的離散級數(shù) 量），以及它的信噪比（相對于所述ADC的引入噪聲，ADC如何可以準(zhǔn)確測量信號）。模數(shù) 轉(zhuǎn)換器（ADC)有許多不同的設(shè)計(jì)，其可根據(jù)應(yīng)用的要求進(jìn)行選擇。
[0025] ADC是將由模擬信號攜帶的連續(xù)物理量轉(zhuǎn)換為代表該量的幅度的數(shù)字號碼（或攜 帶該數(shù)字?jǐn)?shù)的數(shù)字信號）的設(shè)備。轉(zhuǎn)化通常涉及量化模擬輸入信號，所以該量化處理將引 入少量誤差。通常，量化通過將模擬輸入信號的周期性采樣而發(fā)射。結(jié)果是已轉(zhuǎn)換連續(xù)時(shí) 間和連續(xù)振幅模擬輸入信號到離散時(shí)間和離散幅度的數(shù)字信號的數(shù)字值序列（即，數(shù)字信 號）。
[0026] 具有反饋/前饋數(shù)樽轉(zhuǎn)換器的樽數(shù)轉(zhuǎn)換器
[0027] ADC可具有各種架構(gòu)。對于一些ADC，用于輸出數(shù)字信號的結(jié)構(gòu)實(shí)際上可還例如在 反饋和/或前饋路徑上包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC)，以改進(jìn)所述數(shù)字輸出信號的質(zhì)量。其中具有 DAC的這些ADC的例子包括A-2模數(shù)轉(zhuǎn)換器、多級噪聲成形（MASH)ADC、逐次逼近寄存器 (SAR)ADC和流水線型ADC。在許多這些應(yīng)用中，在這些ADC中的DAC的精度和性能對ADC 的整體準(zhǔn)確度和性能非常重要。
[0028] 對于其中功率效率、速度和性能是至關(guān)重要的一些應(yīng)用，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者們經(jīng)常選擇 使用A-2模數(shù)轉(zhuǎn)換器（DSADC)，以滿足應(yīng)用的要求。特別是，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者可以選擇使用連 續(xù)時(shí)間2-A模數(shù)轉(zhuǎn)換器，也被稱為連續(xù)時(shí)間A-2調(diào)制器（CTDSM)。基于A-2 (DS)調(diào)制 的ADC(在本文中稱為"DSADC"）已被廣泛用于數(shù)字音頻和高精度儀器系統(tǒng)。
[0029] 圖1是示例性（連續(xù)時(shí)間）A-2調(diào)制器（DSM)的系統(tǒng)圖。連續(xù)時(shí)間2-A調(diào)制器 (CTDSM)對他們在離散時(shí)間實(shí)現(xiàn)A-2調(diào)制器的優(yōu)勢一直在設(shè)計(jì)界受到關(guān)注。所述CTDSM 包括環(huán)路濾波器102、量化器104和反饋數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC) 106。CTDSM通常提供以高分辨 率、以低成本、高性能和高功率效率將模擬輸入信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的優(yōu)點(diǎn)。通常情況下， CTDSM使用量化單元104編碼模擬信號u，使用例如低分辨率ADC，作為1位ADC、快閃型ADC、 閃存量化等。然后，如果適用的話，CTDSM可以應(yīng)用數(shù)字濾波器（未示出）到量化器104的 輸出，以形成更高分辨率的數(shù)字輸出。環(huán)路濾波器1〇2(也在連續(xù)時(shí)間中實(shí)施）可以被提供 以提供用于CTDSM的誤差反饋，其中通過使用反饋DAC106獲取原始模擬輸入信號u和原 始模擬輸入信號產(chǎn)生的重構(gòu)版本之間的差異而產(chǎn)生誤差（其中，數(shù)字化的信號被轉(zhuǎn)換回成 模擬信號）。A-2調(diào)制器中的一個(gè)關(guān)鍵特征是以更高的頻率推進(jìn)量化噪聲q(從量化器 104)的能力，也稱為噪聲成形（由環(huán)路濾波器102所提供的效果）。其結(jié)果是，CTDSMs- 般都能夠?qū)崿F(xiàn)高分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換。
[0030] 在連續(xù)時(shí)間A- 2調(diào)制器中的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的誤差反饋
[0031] 如示于圖1，在CTDSM中，模擬輸入u被轉(zhuǎn)換為數(shù)字代碼v的序列，其接近于窄帶中 的輸入頻譜，而量化誤差q是形狀路程。比較其單個(gè)比特對應(yīng)，多比特CTDSM可以達(dá)到更好 的信號量化噪聲比（SQNR)，因?yàn)檩^小的量化步長和高帶外增益可行性。遺憾的是，多比特量 化器的使用還需要反饋路徑中的多位DAC。在某些情況下，反饋數(shù)模轉(zhuǎn)換器（例如，圖1的 DAC106)不理想。雖然2-A調(diào)制器（特別是，環(huán)路濾波器102)能夠從量化器104成形 噪聲，所述A-2調(diào)制器不正確用于從反饋DAC106成形誤差e。結(jié)果，來自DAC106的誤 差e在輸出v向上示出。換句話說，DAC的非線性直接添加到輸入信號并且不經(jīng)噪聲成形。 因此，DAC的非線性需要和調(diào)制器本身一樣好。
[0032] 多級矂聲成形樽數(shù)轉(zhuǎn)換器中伸用的連續(xù)時(shí)間A 調(diào)制器轉(zhuǎn)換器中的反饋數(shù)樽 轉(zhuǎn)換器的誤差
[0033] 圖1的CTDSM或其變形已用于作為較大ADCDS的一部分。對于重點(diǎn)放在噪聲成 形的應(yīng)用中，更高階的DS調(diào)制器可被使用，也就是，更多積分器和反饋路徑可用于環(huán)路濾 波器，用于成形量化噪聲進(jìn)一步甚至更高的頻率。對于DSADC已經(jīng)提出一組結(jié)構(gòu)-多級噪 聲成形（MASH)ADC-具有前端和后端的一些變型，其中到每個(gè)階段的輸入不同，和/或的執(zhí) 行階段可以不同。MASH型ADC的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它能在多階段中使用更穩(wěn)定的較低階的DS調(diào) 制器以實(shí)現(xiàn)更高階DSADC噪聲成形性能的能力。在上一節(jié)中所描述的反饋DAC誤差保持 在MASHADC中的問題。
[0034] 一般來說，MASHADC可包括用于數(shù)字化信號和系統(tǒng)誤差的多個(gè)階段，以滿足相關(guān) 帶寬、分辨率和信號噪聲比的