用于數(shù)字模擬轉換器的失配噪聲整形的制作方法
【專利說明】用于數(shù)字模擬轉換器的失配噪聲整形
[0001]相關申請
[0002]本申請要求于2013年I月3日提交的序號為13/733，301、名稱為MULTIPLEOUTPUT DYNAMIC ELEMENT MATCHING ALGORITHM WITH MISMATCH NOISE SHAPING FORDIGITAL TO ANALOG CONVERTERS的美國非臨時申請的優(yōu)先權的權益，該申請的全部公開內容通過該引用并入本文。
發(fā)明領域
[0003]本文公開的主題涉及動態(tài)地選擇電路元件的系統(tǒng)和方法。更特別地，本文公開的主題涉及動態(tài)地選擇電路元件以提高低噪聲、低功率增量(增量累加(△ Σ))數(shù)字模擬轉換器(DAC)的線性度的系統(tǒng)和方法。
[0004]發(fā)明背景
[0005]在數(shù)字到模擬(D/A)的轉換期間，生成對應于輸入數(shù)字采樣的溫度代碼。該溫度代碼則被用來選擇在模擬域中縮放輸入數(shù)字采樣的多個DAC元件。對于線性的D/A轉換過程，假設所有DAC元件都是相同的。然而，在現(xiàn)實中，失配存在于DAC元件之間，并且常規(guī)DAC元件選擇方案產(chǎn)生表現(xiàn)為轉換失真的代碼相關的誤差。
[0006]常規(guī)數(shù)據(jù)權重平均(DWA)算法通常被用來白噪聲化代碼相關的誤差以及提供一階失配噪聲整形，因此將大部分產(chǎn)生的白噪聲功率移動超出了信號帶。(參見，例如R.T.Baird和T.S，F(xiàn)iez的在1995年5月的Proc.1EEE的電路和系統(tǒng)國際學術會的卷I第13-16 頁上的 “ Improved ΔΣ DAC linearity using data weighted averaging，，)。該算法的一階失配噪聲整形是要求多個選擇的DAC元件線性地縮放輸入數(shù)字采樣代碼的結果。因此，為了實現(xiàn)該帶有一階失配噪聲整形的算法，有符號的輸入代碼集合必須首先是線性地映射到非負代碼的集合，因為代碼符號的變化不能由常規(guī)DWA元件輪轉算法線性地處理。
[0007]例如，考慮輸入有符號的2位數(shù)字代碼的集合[_3，-1,+1，+3]要被轉換為對應的模擬輸出值[-3V，-1V, +IV，+3V]。圖1描繪了實現(xiàn)常規(guī)DWA算法的常規(guī)單端DAC配置100的示例性功能框圖。有符號代碼的集合最初被轉換為非負代碼，諸如
[0008][-3，-1, +1，+3] — [O, I, 2，3]
[0009]在圖1中的101，有符號的2位數(shù)字代碼的集合[-3，_1，+1，+3]已經(jīng)以已知的方式被轉換為非負代碼[0，I, 2，3]且未被示出。在102，實現(xiàn)常規(guī)DWA算法以提供動態(tài)的元件匹配(DEM)。DAC103(其中示出了多個DAC元件中的僅僅一個DAC元件)由DEM102選擇而且非負代碼被轉換為
[0010][O, 1,2, 3] - [6Vr/R, 4Vr/R, 2Vr/R, 0]，
[0011]其中，V,是參考電壓，V ,/R是對應于參考電壓V,的參考電流。即，DAC元件103輸出分別對應于在104處的非負代碼[O, I, 2，3]的電流[6Vr/R, 4Vr/R, 2Vr/R, 0]。非負代碼的集合通過添加由電流源105提供的DC偏移而重新定中心。在107處，濾波器106輸出重新定中心的代碼[-3V" -Vr, +Vr, +3VJ。
[0012]雖然常規(guī)DWA算法通過一階噪聲整形增加DC偏移(如圖1中所示)將不必要的噪聲添加到DAC輸出來減少帶內失配噪聲。進一步地，由于執(zhí)行DC偏移的電路不是DAC的輸出信號的一部分，所以額外的功率被浪費。
[0013]對于高性能的DAC系統(tǒng)，兩個相同的DAC通常被用來形成偽差分DAC。圖2描繪了常規(guī)偽差分DAC配置200的示例性功能框圖。在圖2中的201處，有符號的輸入2位數(shù)字代碼的集合[_3，-1，+1，+3]已經(jīng)被以已知的方式被轉換為兩個非負代碼的集合[0，I, 2, 3]和[3，2，I, O]而且未被示出。在202a和202b將常規(guī)DWA算法實現(xiàn)兩次以提供動態(tài)的元件匹配(DEM)。DAC 203a和203b(其中在每種情況中，示出了多個DAC元件中的僅僅一個DAC元件)分別在 204a 和 204b 處提供 DAC 電流[3Vr/R，2Vr/R，Vr/R，O]和[0，Vr/R，2Vr/R，3Vr/R]o兩個非負代碼的集合分別通過在205a和205b處增加DC偏移來重新定中心。在207處，差分濾波器206輸出重新定中心的代碼[-31，-Vr, +Vr, +3VJ作為偽差分DAC輸出。
[0014]與圖1中的常規(guī)單端DAC配置相似，常規(guī)偽差分DAC配置不是功率高效或面積優(yōu)化的，并且偏移電流降低信號路徑的噪聲性能。此外，提供DC偏移的常規(guī)電路將額外的熱噪聲添加到信號路徑中。
[0015]附圖簡述
[0016]通過示例的方式并且不限于【附圖說明】了本文公開的主題，在附圖中相似的附圖標記表示相似的元件，并且在附圖中:
[0017]圖1描繪了實現(xiàn)常規(guī)DWA算法的常規(guī)單端DAC配置的示例性功能框圖；
[0018]圖2描繪了常規(guī)偽差分DAC配置的示例性功能框圖；
[0019]圖3根據(jù)本文公開的主題描繪了真實的差分輸出DAC配置的示例性實施例的功能框圖；
[0020]圖4根據(jù)本文公開的主題描繪了示出了 DEM的更多細節(jié)的真實差分輸出DAC的示例性實施例的功能框圖；
[0021]圖5根據(jù)本文公開的主題描繪了在接收到+3的示例性輸入代碼之后的2位差分輸出DAC的DEM的狀態(tài)的快照；
[0022]圖6描繪了與具有真實差分輸出配置和具有I %元件失配的4位聲頻帶Δ XDAC一起使用的常規(guī)DWA算法的3kHz輸入數(shù)字采樣序列的模擬輸出頻譜；
[0023]圖7描繪了與具有真實差分輸出配置和具有I%的元件失配的4位聲頻帶Δ XDAC 一起使用的DEM算法的3kHz輸入數(shù)字采樣序列的模擬輸出頻譜；
[0024]圖8根據(jù)本文公開的主題描繪了 DEM過程的示例性實施例的流程圖；
[0025]圖9根據(jù)本文公開的主題描繪了能夠可觸知地包括設備和/或電路用于為各種類型的電路動態(tài)地選擇電路元件的信息處理系統(tǒng)的示例性功能框圖；
[0026]圖10根據(jù)本文公開的一個或多個實施例描繪了可選地可以包括觸摸屏的、圖9的信息處理系統(tǒng)的示例性實施例的等距視圖；以及
[0027]圖11描繪了包括其上存儲有計算機可讀指令的非暫時性的計算機可讀存儲介質的制品的示例性實施例，當由計算機類型的裝置執(zhí)行計算機可讀指令時，實現(xiàn)根據(jù)本文公開的主題的各種技術和方法中的任何技術和方法。
[0028]詳細描述
[0029]本文公開的主題涉及動態(tài)地為各種類型的電路(諸如數(shù)字模擬轉換器(DAC)、增量累加(△ 2)DAC、模擬數(shù)字轉換器(ADC)、Δ SADC、濾波器，等等)選擇電路元件的系統(tǒng)和方法。更具體的是，本文公開的主題涉及為有符號的輸入代碼的集合的電路元件的動態(tài)元件匹配(DEM)生成多個選擇器信號的技術。每個選擇器獨立地控制一組電路元件，使得來自選擇組的電路元件的輸出序列將具有一階失配噪聲整形。此外，對于差分輸出DAC，與常規(guī)使用兩列電路元件相比，本文公開的主題使用單列電路元件。此外，本文公開的主題不要求用于生成DC偏移的單獨的電路。更進一步地，本文公開的技術提供對應的DEM-DAC系統(tǒng)，該DEM-DAC系統(tǒng)是面積優(yōu)化的和功率高效的且具有低的熱本底噪聲。
[0030]雖然本文公開的主題涉及各種類型的電路，諸如數(shù)字模擬轉換器(DAC)、增量累加(Δ X)DAC、模擬數(shù)字轉換器(ADC)、Λ SADC、濾波器，等等，為了清晰起見，結合Λ XDAC的特定實例和配置對本文公開的主題的技術進行說明。本文公開的特定示例性實施例涉及使用兩個選擇器的4位高性能差分輸出ΛΣ音頻DAC;然而，應該理解的是，本文公開的DEM技術可以應用到其中使用附加的選擇器的其它類型的DAC和ADC。
[0031]如本文中所使用的詞語“示例性的”意思是“充當實例，例子或說明”。本文中描述為“示例性的”的任何實施例不被解釋為必然優(yōu)選的或優(yōu)于其他實施例。此外，應該理解的是，為了說明的簡潔和/或清晰，附圖中示出的元件并不一定按照比例繪制。例如，為了說明清楚起見，相對于其他元件，元件中的一些元件的尺寸可能被放大。此外，在一些附圖中，為了清楚地說明附圖，由附圖標記只標示多個相似元件中的一個或兩個，然而并不是所有相似的元件都可能都由附圖標記來標示。更進一步地，應該理解的是，為了說明的清晰起見，雖然已從附圖中省略了本文公開的主題的組件和/或元件的一些部分，但是旨在良好地設計、建造和裝配實踐。
[0032]圖3根據(jù)本文公開的主題描繪了真實差分輸出DAC配置300的示例性實施例的功能框圖。與在圖2中示出的常規(guī)偽差分DAC配置200相比，DAC300在面積和功率方面更有效。DAC300包括耦合到多個DAC元件302的DEM301，只示出了多個DAC元件302的一個DAC元件。DAC元件302的輸出端被耦合到濾波器303，這提供真實的差分輸出。每個DAC元件302包括電流源304