專利名稱：模擬－數(shù)字轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及一種模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)。更特別地，公開了失真校正模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(DCADC)和用于校正失真的方法。
背景技術(shù)：
模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)是一種被用于將連續(xù)時(shí)間信號(hào)映射到采樣時(shí)間的數(shù)字值的裝置。它被廣泛使用在電子系統(tǒng)中。
一個(gè)理想的ADC在其輸出中沒有任何誤差。被一個(gè)理想ADC采樣的正弦輸入信號(hào)在頻域不會(huì)有任何諧波。然而在實(shí)踐中，ADC不是理想的。ADC元件的失配和非線性引入了使得ADC的輸出失真的誤差。采樣的正弦信號(hào)在頻域有諧波，并且信號(hào)保真度被降低。
可以通過微調(diào)ADC來提高ADC的質(zhì)量，以獲得期望的轉(zhuǎn)換特性。

圖1是一個(gè)說明用于提高ADC質(zhì)量的系統(tǒng)的框圖。一個(gè)數(shù)字化正弦參考信號(hào)被發(fā)送到一個(gè)16位數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)102。該DAC具有良好的轉(zhuǎn)換特性和低噪聲。它的輸出被發(fā)送到一個(gè)待測的16位ADC104。該ADC采樣該DAC的輸出，同時(shí)將其輸出發(fā)送到一個(gè)執(zhí)行快速傅立葉變換(FFT)的濾波器106。如果FFT的輸出被確定為具有明顯的諧波失真，則對ADC的某些組件進(jìn)行微調(diào)。此微調(diào)處理通常改變ADC的電阻或電容，這樣可以減小ADC的諧波失真。
關(guān)于微調(diào)技術(shù)有幾個(gè)問題。需要花時(shí)間去測試和微調(diào)ADC，這樣增加了制造成本。微調(diào)電路的設(shè)計(jì)也增加了ADC的復(fù)雜度。此外，對電路進(jìn)行微調(diào)以便對于一個(gè)頻率調(diào)節(jié)ADC的轉(zhuǎn)換特性可能會(huì)反過來影響對其它頻率的ADC轉(zhuǎn)換特性。理想的是具有這樣一種技術(shù)，其能校正ADC中的失真，同時(shí)不增加電路的復(fù)雜度或制造成本。如果此技術(shù)能校正在ADC的整個(gè)操作頻譜上的失真，那么該技術(shù)將是有用的。
附圖簡述本發(fā)明通過下列配合附圖進(jìn)行的詳細(xì)描述將很容易被理解，其中相同的附圖標(biāo)記指示相同的組成元件，其中圖1是說明一個(gè)被用于提高ADC質(zhì)量的系統(tǒng)的框圖。
圖2A是說明根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的操作的框圖。
圖2B是說明一個(gè)根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的失真校正模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的框圖。
圖3是說明一個(gè)根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的帶有失真的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器模型的框圖。
圖4A是說明一個(gè)根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的在訓(xùn)練模式下的DCADC的框圖。
圖4B是說明在圖4A中所示的ADC實(shí)施例的穩(wěn)定狀態(tài)操作的框圖。
圖5是說明一個(gè)使用一個(gè)噪聲信號(hào)源來訓(xùn)練的DCADC實(shí)施例的框圖。
圖6是說明一個(gè)使用一個(gè)低噪聲數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器來訓(xùn)練的另一個(gè)失真校正模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器實(shí)施例的框圖。
圖7是說明一個(gè)使用一個(gè)加噪數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器來訓(xùn)練的另一個(gè)失真校正模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器實(shí)施例的框圖。
圖8是說明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的失真校正模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定狀態(tài)配置的框圖。
圖9A是說明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的在一個(gè)失真校正模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器中被使用的數(shù)字信號(hào)處理器的細(xì)節(jié)的框圖。
圖9B說明了在圖9A中所展示的線性濾波器900的細(xì)節(jié)。
圖10是說明一個(gè)根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的多級(jí)失真校正模擬-數(shù)字接收機(jī)的框圖。
圖11是說明一個(gè)根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的包括一個(gè)失真校正模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的接收機(jī)電路的框圖。
具體描述本發(fā)明能以許多方式實(shí)施，包括作為一種處理、一個(gè)設(shè)備、一個(gè)系統(tǒng)、一個(gè)事件組合、一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)(例如一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì))或者一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)(其中程序指令通過光學(xué)或電子通信鏈路被發(fā)送)來實(shí)施。在本說明書中，這些實(shí)現(xiàn)方式或本發(fā)明所采取的任何其它形式被稱為“技術(shù)”。通常，所公開的處理的步驟順序可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)被改變。
下面連同說明本發(fā)明原理的附圖提供對一個(gè)或多個(gè)本發(fā)明實(shí)施例的詳細(xì)描述。本發(fā)明聯(lián)系這些實(shí)施例而被描述，但本發(fā)明不限于任何實(shí)施例。本發(fā)明的范圍僅通過權(quán)利要求書被限定，同時(shí)本發(fā)明包含多種替換方案、修改和等效方案。在下列描述中闡述了多個(gè)特定細(xì)節(jié)以提供對本發(fā)明的徹底理解。這些細(xì)節(jié)被提供用于舉例的目的，并且本發(fā)明可以根據(jù)不具有這些特定細(xì)節(jié)的權(quán)利要求書來實(shí)現(xiàn)。為了清楚起見，并沒有對本發(fā)明所涉及的技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)已知的技術(shù)材料進(jìn)行詳細(xì)描述，以免不必要地模糊本發(fā)明。
公開了一種用于在模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出中校正失真的改進(jìn)的技術(shù)。在一些實(shí)施例中，失真校正模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(DCADC)使用一個(gè)校準(zhǔn)模塊，該校準(zhǔn)模塊被訓(xùn)練來補(bǔ)償在傳統(tǒng)ADC的輸出中的失真。在一些實(shí)施例中，該校準(zhǔn)模塊對于最高有效位(MSB)對最低有效位(LSB)的干擾影響進(jìn)行建模。該校準(zhǔn)模塊可以使用一個(gè)隨機(jī)噪聲發(fā)生器、一個(gè)傳統(tǒng)數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)或一個(gè)加噪DAC來訓(xùn)練。在一些實(shí)施例中，該校準(zhǔn)模塊包括一個(gè)非線性數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)，其包括線性濾波器和非線性原件。所述DCADC可以包括幾個(gè)ADC級(jí)和幾個(gè)校準(zhǔn)模塊。在一些實(shí)施例中，所述DCADC可以被用來校正整個(gè)電路中的失真。所描述的技術(shù)被應(yīng)用于多種類型的ADC體系結(jié)構(gòu)，包括流水線式結(jié)構(gòu)、折疊結(jié)構(gòu)以及西格馬-德耳塔結(jié)構(gòu)。
圖2A是描述根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的操作的框圖。ADC 200具有N位的輸出，這里N是一個(gè)整數(shù)。該ADC的每個(gè)量化的輸出位被定義為mj，這里j∈{0，1，...，N-1}以及mj∈{0，1}。輸入到ADC 200的是模擬信號(hào)204，其能被表示為如下x＝mN-12N-1+mN-22N-2...+m121+m020+u (等式1)這里u是低于最小ADC量化電平的信號(hào)值。
一個(gè)理想ADC的輸出能被表示為yi＝mN-12N-1+mN-22N-2...+m121+m020(等式2)在實(shí)踐中，ADC輸出有一些失真。它的輸出可以被看作兩個(gè)分量的組合一個(gè)理想輸出分量206和一個(gè)失真分量208。這兩個(gè)分量被組合，以給出實(shí)際的輸出210。如在這里使用的那樣，所述組合指的是對兩個(gè)或更多信號(hào)執(zhí)行減法、加法或者任何其它合適的運(yùn)算。
圖2B是說明一個(gè)根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的失真校正模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的框圖。此DCADC包括一個(gè)ADC 250以及一個(gè)校準(zhǔn)模塊254，該ADC包括一個(gè)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的數(shù)字化電路。此DCADC的各個(gè)組件可以以單個(gè)集成電路、分立組件或任何其它合適的方案來實(shí)施。ADC 250的輸出包括一個(gè)理想輸出分量260和一個(gè)失真輸出分量262。校準(zhǔn)模塊254被用于產(chǎn)生一個(gè)對該失真輸出分量進(jìn)行建模的信號(hào)。組合器266從ADC的輸出中減去該校準(zhǔn)模塊的輸出，從而輸出近似為理想輸出的輸出信號(hào)268。
所述失真輸出分量能被如下建模y＝mN-1kN-12N-1+mN-2kN-22N-2...+m1k121+m0k020(等式3)這里ki是一個(gè)理想地等于1的常數(shù)，但是當(dāng)失真存在時(shí)可以以一定的量化偏差偏離1。
例如，如果kN-1＝1.001并且如果mN-1＝1，則mN-1kN-12N-1一項(xiàng)對量化的貢獻(xiàn)為2N-1+0.001·2N-1，這里2N-1為所期望的輸出位，同時(shí)0.001·2N-1為失真；如果mN-1＝0，則此項(xiàng)對失真誤差沒有貢獻(xiàn)。相同的分析可以應(yīng)用到任何mj。
其它等式也可以被用于對更復(fù)雜的失真形式進(jìn)行建模。在一些實(shí)施例中，所述輸出也包括一個(gè)分量u，其表示作為位的截項(xiàng)的函數(shù)的失真，如下u＝mN-1qN-1mN-2qN-22N-2+mN-2qN-2mN-3qN-32N-3(等式4)
對于在最高有效位(MSB)和最低有效位(LSB)中的相同量化誤差偏差，更高階的位對失真的貢獻(xiàn)比更低階的位更大?；氐降仁?，在一個(gè)其中N＝8的ADC中，k1和kN-1均為0.001，相應(yīng)的對失真的貢獻(xiàn)為對于位1的0.001·21和對于位7的0.001·27。因此，在實(shí)踐中，大部分ADC的輸出失真來自于其更高階的位的量化偏差。此外，更高階的位的貢獻(xiàn)比起更低階的位的貢獻(xiàn)在幾何上更顯著。因此，DCADC無需校正與更低階的位有關(guān)的誤差就能獲得良好的性能。
圖3是說明一個(gè)根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的具有失真的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器模型的框圖。信號(hào)300是到一個(gè)N位ADC的模擬輸入，其被表示為Xn。該ADC的理想輸出被分為兩個(gè)分量，信號(hào)302和304。分量302包括k位的最高有效位。分量304包括(N-k)位的最低有效位。組合器305組合信號(hào)302和304，輸出一個(gè)理想ADC信號(hào)306。為了近似失真的影響，僅通過失真模型312對最高有效位進(jìn)行操作。該失真模型的輸出(信號(hào)308)為失真分量。理想輸出306和失真分量308被組合以產(chǎn)生實(shí)際輸出，即信號(hào)310。
在一些實(shí)施例中，一個(gè)ADC的實(shí)際輸出能被表示為如下w＝mN-12N-1+mN-22N-2...+m121+m020+f(mN-1，mN-2，mN-3，mN-4)(等式5)這里，f(mN-1，mN-2，mN-3，mN-4)為失真模型的轉(zhuǎn)移函數(shù)。在一些實(shí)施例中，它是更高階的位的非線性函數(shù)。應(yīng)該注意到，由更低階的位導(dǎo)致的失真被忽略，同時(shí)對于該非線性函數(shù)選擇的更高階的位的數(shù)量取決于具體實(shí)現(xiàn)方式，并且可以對于其它實(shí)施例而改變?？商鎿Q地，w可以被表示為w＝y(tǒng)+f(mj) (等式6)這里y是理想ADC輸出，同時(shí)f(mj)是輸出位的一個(gè)非線性函數(shù)。
量化誤差ε能被表示為實(shí)際輸出和輸入之間的差ε＝w-x＝f(mN-1，mN-2，mN-3，mN-4)-u(等式7)在一些實(shí)施例中，DCADC包括一個(gè)校準(zhǔn)模塊，該校準(zhǔn)模塊被訓(xùn)練來對ADC的非線性失真分量f(mN-1，mN-2，mN-3，mN-4)進(jìn)行建模。ADC的輸出能通過從其實(shí)際輸出中減去所述非線性失真分量而被校正。圖4A是說明一個(gè)根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的在訓(xùn)練模式下的DCADC的框圖。在這個(gè)實(shí)施例中，該校準(zhǔn)模塊包括一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)422。信號(hào)400是到ADC 420的模擬輸入信號(hào)。該ADC的輸出包括一個(gè)理想輸出信號(hào)404和一個(gè)失真分量406。信號(hào)404和406被組合以形成該ADC的實(shí)際輸出408。信號(hào)408被發(fā)送到DSP 422，其輸出一個(gè)估計(jì)失真信號(hào)414。DSP 422適于通過最小化該估計(jì)失真和輸出失真之間的差來改進(jìn)其估計(jì)失真。
信號(hào)402是信號(hào)400的理想的數(shù)字化形式，其被用于訓(xùn)練所述校準(zhǔn)模塊。信號(hào)402實(shí)際上是沒有失真的。從信號(hào)408中減去該信號(hào)402，以便形成一個(gè)失真信號(hào)412。該失真信號(hào)與所模擬的失真信號(hào)之間的差(信號(hào)418)是誤差適配信號(hào)。信號(hào)418被反饋到DSP以使該DSP可以對其本身進(jìn)行適配，以便最小化該誤差適配信號(hào)同時(shí)更好地對失真進(jìn)行建模。DSP的細(xì)節(jié)及其適配技術(shù)將隨后被討論。
圖4B是說明在圖4A中所示的ADC實(shí)施例的穩(wěn)定狀態(tài)操作的框圖。在穩(wěn)定狀態(tài)下，該DSP的適配路徑斷開。DSP使用其在訓(xùn)練處理期間獲得的配置來對失真進(jìn)行建模并且輸出一個(gè)失真信號(hào)460。該失真信號(hào)被從ADC的輸出(信號(hào)456)中減去。所得到的信號(hào)458為經(jīng)過誤差校正的，并且比起信號(hào)456具有小得多的失真。
在實(shí)踐中，可能無法獲得理想的訓(xùn)練信號(hào)。幾種不需要理想訓(xùn)練信號(hào)的方法被討論。這些方法利用了這樣的原理對于理想的ADC，不相關(guān)的模擬輸入信號(hào)導(dǎo)致不相關(guān)的量化輸出位。下面的例子說明了此原理。
假設(shè)總體失真相對較小，則失真量可以用LSB來表示。使得非線性失真為如下f(mN-1，mN-2，mN-3，mN-4)＝mN-121+mN-220(等式7)DSP的實(shí)際輸出能被表示為如下w＝mN-12N-1+mN-22N-2...+(m1+mN-1)21+(m0+mN-2)20(等式8)位N-1和1由于它們都具有公共分量mN-1因而是相關(guān)的；位N-2和0由于它們都具有公共分量mN-2因而是相關(guān)的。
在此例中，校準(zhǔn)模塊被訓(xùn)練以輸出一個(gè)被從w中減去的模擬失真信號(hào)(mN-1)21+(mN-2)20。所得到的信號(hào)是一個(gè)近似等于理想ADC輸出的經(jīng)校正的輸出。
為了正確地訓(xùn)練校準(zhǔn)模塊，ADC的訓(xùn)練輸入信號(hào)優(yōu)選地是隨機(jī)的、均勻分布的且不相關(guān)的。圖5是說明一個(gè)使用一個(gè)噪聲信號(hào)源來訓(xùn)練的DCADC實(shí)施例的框圖。均勻噪聲信號(hào)源500提供一個(gè)隨機(jī)且不相關(guān)的模擬信號(hào)516。此均勻噪聲信號(hào)源可以使用一個(gè)熱噪聲源或任何其它適當(dāng)?shù)脑韺?shí)現(xiàn)。信號(hào)516被發(fā)送到ADC 502。如果ADC 502是理想的，其輸出將是隨機(jī)不相關(guān)的位。然而在實(shí)踐中，ADC不是理想的，并且其輸出位不是完全不相關(guān)的。在此實(shí)施例中，ADC 502的輸出w與在等式8中所示的w相同。該ADC的輸出信號(hào)506包括兩個(gè)MSB，并且能被表示為如下yMSB＝mN-12N-1+mN-22N-2(等式9)該ADC的輸出信號(hào)510包括兩個(gè)LSB以及與MSB相關(guān)聯(lián)的失真分量。其能被表示為yLSBE＝(m121+m020)+(mN-121+mN-220) (等式10)DSP 504對與MSB相關(guān)聯(lián)的ADC的失真進(jìn)行建模。其輸出信號(hào)508被從信號(hào)510中減去。所得到的適配信號(hào)512近似為無失真的LSB。換句話說，在信號(hào)512中的各個(gè)位是近似隨機(jī)的；在信號(hào)中的任何相關(guān)性主要是由于該DSP的模型與實(shí)際失真函數(shù)之間的差造成的。信號(hào)512被反饋到該DSP以便對其操作進(jìn)行適配，從而濾除在各MSB和各LSB之間的任何干擾。在一些其中相關(guān)性是非線性的實(shí)施例中，所述DSP是一個(gè)非線性濾波器。非線性DSP的細(xì)節(jié)將在圖9A和9B中被討論。
圖6是說明一個(gè)使用一個(gè)低噪聲數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器來訓(xùn)練的另一個(gè)失真校正模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器實(shí)施例的框圖。ADC 602具有N位的線性度。DAC 600是一個(gè)低噪聲K位DAC，這里K優(yōu)選地小于N。DAC600優(yōu)選地具有優(yōu)于N位的線性度。此DAC提供一個(gè)輸入信號(hào)614到ADC。在這個(gè)實(shí)施例中，ADC 602的輸出w與在等式8中所示的相同。該ADC的輸出信號(hào)606包括兩個(gè)MSB，并且能表示為等式9。
由于DAC 600具有比ADC 602更少的位，因此如果該ADC是理想的，則該ADC的各LSB將是零。當(dāng)失真存在時(shí)，各LSB包括來自各MSB的分量。該ADC的輸出信號(hào)610能表示為如下yLSBE＝mN-121+mN-220(等式11)DSP 604收斂以提供一個(gè)抵消信號(hào)610的輸出608。所得到的適配信號(hào)612被反饋到該DSP以用于將其輸出調(diào)節(jié)成更緊密地匹配信號(hào)610。使用一個(gè)低噪聲DAC來提供訓(xùn)練信號(hào)允許該DSP更快地收斂。
圖7是說明一個(gè)使用一個(gè)加噪數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器來訓(xùn)練的另一個(gè)失真校正模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器實(shí)施例的框圖。此電路與圖6的相似，但是DAC 700可以是一個(gè)非理想的、加噪的K位DAC，這里K優(yōu)選地小于N。不同類型的非理想DAC可以被使用，例如一個(gè)動(dòng)態(tài)元件匹配(DEM)DAC。ADC 702的輸出信號(hào)706包括兩個(gè)MSB，并且能被表示為等式9。該ADC的輸出信號(hào)710包括MSB分量和噪聲。其能被表示為yLSBE＝mN-121+mN-220+u (等式12)DSP 704收斂以提供一個(gè)抵消信號(hào)710的輸出708。所得到的適配信號(hào)712被反饋到該DSP以用于將其輸出調(diào)節(jié)成更緊密地匹配信號(hào)710。以一個(gè)加噪DAC訓(xùn)練的DSP收斂得比以一個(gè)低噪聲DAC訓(xùn)練的DSP更慢，但由于加噪DAC通常比低噪聲DAC更廉價(jià)所以往往更為成本有效。
應(yīng)該注意的是，使用在圖5-7中的訓(xùn)練信號(hào)通常覆蓋ADC的整個(gè)頻譜，從而獲得對于該ADC的各操作頻率的失真校正。
圖8是說明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)失真校正模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定狀態(tài)配置的框圖。一旦其校準(zhǔn)模塊已經(jīng)收斂，此DCADC就結(jié)束其訓(xùn)練周期并且進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)操作。在穩(wěn)定狀態(tài)操作期間，所述DSP的適配反饋路徑斷開。模擬輸入信號(hào)800被發(fā)送到一個(gè)ADC 802以被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。該ADC的輸出信號(hào)806包括MSB，同時(shí)該ADC的輸出信號(hào)810包括帶失真的LSB。信號(hào)806被發(fā)送到DSP 804，該DSP利用其在訓(xùn)練周期期間獲得的系數(shù)來復(fù)制失真并且產(chǎn)生一個(gè)輸出信號(hào)806。信號(hào)806被從信號(hào)810中減去，從而得到近似為該ADC的理想的更低階輸出位的信號(hào)812。此配置通?？梢员粦?yīng)用到DCADC的穩(wěn)定狀態(tài)操作中，包括在圖5-7中所示的那些操作。
ADC的失真經(jīng)常是非線性的。使用傳統(tǒng)技術(shù)來補(bǔ)償ADC的非線性效應(yīng)是一個(gè)困難的任務(wù)。在2003年2月21日提交的標(biāo)題為“NONLINEAR FILTER(非線性濾波器)”的Batruni的美國專利申請No.10/372,638(代理人案號(hào)No.OPTIP001)和在2003年4月18日提交的標(biāo)題為“NONLINEAR INVERSION(非線性倒相)”的Batruni的美國專利申請No.10/418,944(代理人案號(hào)No.OPTIP002)中(在此引用這些專利以作參考)，Batruni描述了用于使用線性元件構(gòu)造非線性濾波器和用于適配這種非線性濾波器以獲得期望的轉(zhuǎn)移特性的改進(jìn)的技術(shù)。這些技術(shù)大大降低了與非線性效應(yīng)補(bǔ)償相關(guān)聯(lián)的復(fù)雜度，同時(shí)可以被應(yīng)用到DCADC的設(shè)計(jì)和配置中。圖9A-9B說明了這些技術(shù)中的一些。
圖9A是說明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的在一個(gè)失真校正模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器中使用的數(shù)字信號(hào)處理器的細(xì)節(jié)的框圖。一個(gè)輸入向量X被發(fā)送到一組線性前饋濾波器(900，902，904和906)。各濾波器輸出被與幾個(gè)系數(shù)(b0，β1，β2和β3)相組合，然后由一組非線性處理器處理。在此實(shí)施例中，這些非線性處理器被實(shí)施為絕對值算子(908，910和912)。這些絕對值操作的結(jié)果被乘以系數(shù)C1、C2和C3，并且被組合以形成一個(gè)輸出信號(hào)914。該DSP的轉(zhuǎn)移特性能被表示為如下Y＝ax+b+c1|α1x+β1|+c2|α2x+β2|+c2|α2x+β2|+c3|α3x+β3|(等式13)在訓(xùn)練期間，所述DSP適配其轉(zhuǎn)移函數(shù)，這是通過調(diào)節(jié)其系數(shù)以及使用諸如最小均方(LMS)算法的技術(shù)和導(dǎo)數(shù)的后向傳播特性來更好地對信號(hào)916的失真分量進(jìn)行建模。
圖9B說明了在圖9A中所展示的線性濾波器900的細(xì)節(jié)。使用一個(gè)乘法器950，以一個(gè)因子a0來縮放所述輸入向量X。該輸入也被發(fā)送到多個(gè)延遲級(jí)(952-964)。分別以因子a1-a7來縮放被延遲的信號(hào)。被縮放的信號(hào)通過一個(gè)組合器966而被組合。
圖10是說明一個(gè)根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的多級(jí)失真校正模擬-數(shù)字接收機(jī)的框圖。其輸入是一個(gè)噪聲源1000。四個(gè)k位ADC(ADC 1)被用于產(chǎn)生一個(gè)具有4k位的ADC的輸出。在此實(shí)施例中，k為5。幾個(gè)DSP被耦合到各ADC級(jí)以抵消更高階的位對更低階的位的干擾影響。一旦更高階的位的影響被從更低階的位中去除，所得到的位就經(jīng)受相同的處理即從更低階的位中去除它們的影響。ADC 1產(chǎn)生最高階的位A，其被表示為m19219+m18218+m17217+m16216+m15215。最高階的位被發(fā)送到DSP 1，其被訓(xùn)練成從由ADC 1004產(chǎn)生的更低階的位中去除最高階的位的干擾影響。所得到的經(jīng)失真校正的信號(hào)1002被表示為n14214+n13213+n12212+n11211+n10210。
ADC 1的輸出也被發(fā)送到DSP 2和DSP 3，以便分別從由ADC 3和ADC 4產(chǎn)生的更低階的位中去除干擾的影響，從而獲得信號(hào)1004和1006。經(jīng)失真校正的信號(hào)1002也被發(fā)送到DSP 4和DSP 5來進(jìn)一步去除其可能具有的對由各DSP產(chǎn)生的更低階的位的任何干擾影響。類似地，信號(hào)1008被發(fā)送到DSP 6，該DSP被訓(xùn)練成去除存在于信號(hào)1010中的任何干擾。經(jīng)失真校正的信號(hào)1008和1012分別被表示為n929+n828+n727+n626+n525和n424+n323+n222+n121+n020。
應(yīng)該注意的是在各ADC級(jí)中位的數(shù)量、級(jí)的數(shù)量和所使用的DSP的數(shù)量是取決于具體實(shí)現(xiàn)方式的。相同的一般體系結(jié)構(gòu)能被修改成使用不同數(shù)量的ADC級(jí)和DSP。
在一個(gè)DCADC中的校準(zhǔn)模塊也可以被用于校正包括該DCADC的整個(gè)電路中的失真。出于說明的目的討論一個(gè)接收機(jī)電路實(shí)例，但是應(yīng)該注意到，此DCADC也能被用于校正在發(fā)射機(jī)電路或任何其它適當(dāng)電路中的失真。
圖11是說明一個(gè)根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的包括一個(gè)失真校正模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的接收機(jī)電路的框圖。此接收機(jī)電路包括一個(gè)自動(dòng)增益控制(AGC)1104、一個(gè)緩存器1102以及一個(gè)DCADC 1100。有幾個(gè)信號(hào)源可用于訓(xùn)練此電路，包括一個(gè)DEM DAC 1108、一個(gè)傳統(tǒng)低噪聲DAC 1110以及一個(gè)隨機(jī)噪聲發(fā)生器1112。開關(guān)1106在訓(xùn)練處理期間選擇這些信號(hào)源中的一個(gè)。DCADC 1100中的校準(zhǔn)模塊不僅僅適于校正該ADC自身中的失真，還適于校正由所述AGC和緩存器引入的失真。一旦訓(xùn)練完成，開關(guān)1106就連接到接口1114，同時(shí)該電路操作在其穩(wěn)定狀態(tài)模式中，其中整個(gè)電路中的失真通過該DCADC的校準(zhǔn)模塊來校正。
已經(jīng)公開了一種用于校正輸出失真的改進(jìn)的技術(shù)。幾個(gè)使用校準(zhǔn)模塊來補(bǔ)償失真的實(shí)施例已經(jīng)被討論。此技術(shù)在一個(gè)寬頻譜上提供了低失真輸出而沒有顯著增加ADC的制造成本。
雖然已經(jīng)出于便于理解的目的相當(dāng)詳細(xì)地描述了前述發(fā)明內(nèi)容，但是很明顯可以在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)實(shí)踐特定改變和修改。應(yīng)該注意，本發(fā)明的處理和設(shè)備可以有多種替換實(shí)現(xiàn)方式。因此，上面的實(shí)施例應(yīng)被看作是說明性而非限制性的，并且本發(fā)明不限于這里給出的細(xì)節(jié)，而是可以在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)對其進(jìn)行修改。
權(quán)利要求
1.一種校正一個(gè)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出失真的方法，包括估計(jì)該輸出失真；提供一個(gè)估計(jì)的失真；以及將該模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出與所估計(jì)的失真相組合，以便補(bǔ)償該輸出失真。
2.如在權(quán)利要求1中引述的校正一個(gè)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出失真的方法，其中所述輸出失真包括所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出失真。
3.如在權(quán)利要求1中引述的校正一個(gè)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出失真的方法，其中所述輸出失真包括一個(gè)電路的輸出失真，該電路包括所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器。
4.如在權(quán)利要求1中引述的校正一個(gè)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出失真的方法，進(jìn)一步包括訓(xùn)練一個(gè)校準(zhǔn)模塊。
5.如在權(quán)利要求1中引述的校正一個(gè)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出失真的方法，進(jìn)一步包括自適應(yīng)地訓(xùn)練一個(gè)校準(zhǔn)模塊。
6.如在權(quán)利要求1中引述的校正一個(gè)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出失真的方法，進(jìn)一步包括訓(xùn)練一個(gè)校準(zhǔn)模塊，其中該校準(zhǔn)模塊包括一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器。
7.如在權(quán)利要求1中引述的校正一個(gè)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出失真的方法，進(jìn)一步包括訓(xùn)練一個(gè)校準(zhǔn)模塊，其中該校準(zhǔn)模塊包括一個(gè)非線性濾波器。
8.如在權(quán)利要求1中引述的校正一個(gè)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出失真的方法，進(jìn)一步包括訓(xùn)練一個(gè)校準(zhǔn)模塊，其中該校準(zhǔn)模塊包括一個(gè)非線性濾波器，并且該非線性濾波器包括與至少一個(gè)非線性元件耦合的至少一個(gè)線性濾波器。
9.如在權(quán)利要求1中引述的校正一個(gè)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出失真的方法，進(jìn)一步包括訓(xùn)練一個(gè)校準(zhǔn)模塊，其中該校準(zhǔn)模塊包括一個(gè)非線性濾波器；該非線性濾波器包括與至少一個(gè)非線性元件耦合的至少一個(gè)線性濾波器；以及該非線性濾波器包括各延遲級(jí)。
10.如在權(quán)利要求1中引述的校正一個(gè)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出失真的方法，進(jìn)一步包括訓(xùn)練一個(gè)校準(zhǔn)模塊，其中訓(xùn)練該校準(zhǔn)模塊包括將一個(gè)模擬信號(hào)施加到該模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器和將該模擬信號(hào)的數(shù)字版本施加到該校準(zhǔn)模塊。
11.如在權(quán)利要求1中引述的校正一個(gè)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出失真的方法，進(jìn)一步包括訓(xùn)練一個(gè)校準(zhǔn)模塊，其中訓(xùn)練該校準(zhǔn)模塊包括將第一信號(hào)施加到該模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器和將第二信號(hào)施加到該校準(zhǔn)模塊。
12.如在權(quán)利要求1中引述的校正一個(gè)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出失真的方法，進(jìn)一步包括訓(xùn)練一個(gè)校準(zhǔn)模塊，其中訓(xùn)練該校準(zhǔn)模塊包括反饋一個(gè)誤差適配信號(hào)以便適配該校準(zhǔn)模塊。
13.如在權(quán)利要求1中引述的校正一個(gè)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出失真的方法，進(jìn)一步包括訓(xùn)練一個(gè)校準(zhǔn)模塊，其中訓(xùn)練該校準(zhǔn)模塊包括反饋一個(gè)誤差適配信號(hào)以便使用一種最小均方技術(shù)來適配該校準(zhǔn)模塊。
14.如在權(quán)利要求1中引述的校正一個(gè)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出失真的方法，進(jìn)一步包括訓(xùn)練一個(gè)校準(zhǔn)模塊，其中該校準(zhǔn)模塊包括一個(gè)非線性濾波器；以及訓(xùn)練該校準(zhǔn)模塊包含將一個(gè)信號(hào)施加到該校準(zhǔn)模塊和反饋一個(gè)誤差適配信號(hào)以便適配該非線性濾波器的一個(gè)系數(shù)。
15.如在權(quán)利要求1中引述的校正一個(gè)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出失真的方法，進(jìn)一步包括訓(xùn)練一個(gè)校準(zhǔn)模塊，其中所述訓(xùn)練包括選擇該模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的一個(gè)最高有效位輸出；將所選擇的最高有效位輸出施加到該校準(zhǔn)模塊；以及適配該校準(zhǔn)模塊。
16.如在權(quán)利要求1中引述的校正一個(gè)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出失真的方法，進(jìn)一步包括訓(xùn)練一個(gè)校準(zhǔn)模塊，其中所述訓(xùn)練包括選擇該模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的一個(gè)最高有效位輸出；將所選擇的最高有效位輸出施加到該校準(zhǔn)模塊；以及適配該校準(zhǔn)模塊以降低所選擇的最高有效位輸出對該模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的一個(gè)最低有效位輸出的干擾。
17.如在權(quán)利要求1中引述的校正一個(gè)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出失真的方法，進(jìn)一步包括使用一個(gè)均勻噪聲源來訓(xùn)練一個(gè)校準(zhǔn)模塊。
18.如在權(quán)利要求1中引述的校正一個(gè)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出失真的方法，進(jìn)一步包括使用一個(gè)數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器來訓(xùn)練一個(gè)校準(zhǔn)模塊。
19.如在權(quán)利要求1中引述的校正一個(gè)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出失真的方法，進(jìn)一步包括使用一個(gè)數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器來訓(xùn)練一個(gè)校準(zhǔn)模塊，其中該數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器包括比該模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器更少的輸出位。
20.如在權(quán)利要求1中引述的校正一個(gè)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出失真的方法，進(jìn)一步包括使用一個(gè)動(dòng)態(tài)元件匹配數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器來訓(xùn)練一個(gè)校準(zhǔn)模塊。
21.如在權(quán)利要求1中引述的校正一個(gè)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出失真的方法，其中所述輸出失真包括一個(gè)電路的總體失真，該電路包括該模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器。
22.一種用于校正一個(gè)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出失真的補(bǔ)償模塊，包括一個(gè)校準(zhǔn)模塊，其被配置成估計(jì)該輸出失真；以及一個(gè)組合器，其被配置成將該模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出與所估計(jì)的失真相組合以便補(bǔ)償該輸出失真。
23.如在權(quán)利要求22中引述的用于校正一個(gè)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出失真的補(bǔ)償模塊，其中該補(bǔ)償模塊被集成到一個(gè)誤差校正模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器中。
24.一種失真校正模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，包括一個(gè)具有輸出失真的數(shù)字化電路；一個(gè)校準(zhǔn)模塊，其被配置成估計(jì)該輸出失真；以及一個(gè)組合器，其被配置成將該模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出與所估計(jì)的失真相組合以便補(bǔ)償該輸出失真。
25.一種失真校正模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，包括第一模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其被配置成提供第一輸出；第二模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其被配置成提供具有第一輸出失真的第二輸出；被耦合到該第一模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的第一校準(zhǔn)模塊，其被配置成估計(jì)該第一輸出失真和提供第一估計(jì)失真；以及第一組合器，用于將該第二輸出與該第一估計(jì)失真相組合，以便補(bǔ)償該第一輸出失真和提供第一經(jīng)誤差校正的信號(hào)。
26.如在權(quán)利要求25中引述的失真校正模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，進(jìn)一步包括第三模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其被配置成提供具有第二輸出失真的第三輸出；被耦合到該第一模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的第二校準(zhǔn)模塊，其被配置成估計(jì)該第二輸出失真和提供第二估計(jì)失真；以及第二組合器，用于將該第三輸出與該第二估計(jì)失真相組合，以便補(bǔ)償該第二輸出失真和提供第二經(jīng)失真校正的信號(hào)。
27.如在權(quán)利要求25中引述的失真校正模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，進(jìn)一步包括被耦合到該第一組合器的第三校準(zhǔn)模塊，其被配置成估計(jì)從所述第一經(jīng)誤差校正的信號(hào)得到的第二經(jīng)失真校正的信號(hào)的一個(gè)失真分量以及提供第三估計(jì)失真；第三組合器，用于將該第二經(jīng)失真校正的信號(hào)與該第三估計(jì)信號(hào)相組合，以便提供第三經(jīng)失真校正的信號(hào)。
28.一種校正一個(gè)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出失真的方法，包括確定一個(gè)最低有效位中的來自一個(gè)最高有效位的所估計(jì)的失真；以及將該模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出和所估計(jì)的失真相組合，以便補(bǔ)償該輸出失真；其中所述確定是獨(dú)立于該最低有效位的值而進(jìn)行的。
全文摘要
公開了一種用于校正一個(gè)模擬－數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出失真的系統(tǒng)和方法，包括估計(jì)該輸出失真，提供一個(gè)估計(jì)的失真，以及將該模擬－數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出與所估計(jì)的失真相組合以補(bǔ)償該輸出失真。用于校正一個(gè)模擬－數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出失真的補(bǔ)償模塊包括一個(gè)校準(zhǔn)模塊，其被配置成估計(jì)該輸出失真；以及一個(gè)組合器，其被配置成將該模擬－數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出與所估計(jì)的失真相組合，以便補(bǔ)償該輸出失真。
文檔編號(hào)H03M1/06GK1813409SQ200480017969
公開日2006年8月2日 申請日期2004年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月27日
發(fā)明者R·G·巴特魯尼 申請人:奧普蒂科倫公司