專利名稱：多級模/數(shù)轉(zhuǎn)換器和校準(zhǔn)所述轉(zhuǎn)換器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及 模/數(shù)轉(zhuǎn)換器和校準(zhǔn)所述轉(zhuǎn)換器的方法。
背景技術(shù)：
在很多電子裝置上，存在把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的需求。數(shù) 字移動通信終端給出了這類裝置的重要例子。在此類應(yīng)用里，對低消 耗，低電壓和高性能的需求給組成終端電子系統(tǒng)的集成電路的設(shè)計帶 來尤其苛刻的要求。
基于不斷增加的集成水平(例如，純CMOS技術(shù))生產(chǎn)所述集成 電路的可能性留出了可用于以下芯片的很大空間，即可用于實(shí)現(xiàn)目標(biāo) 在于改善模擬部件/電路性能，例如用于對模擬部件/電路本身引起的 不精確性進(jìn)行補(bǔ)償，的數(shù)字信號處理(DSP)技術(shù)的芯片。
這種趨勢也體現(xiàn)在模/數(shù)轉(zhuǎn)換器方面，尤其在多級模數(shù)轉(zhuǎn)換器方 面，用于其中的校正方法已經(jīng)開發(fā)出來，更通常認(rèn)作校準(zhǔn)方法，用于 校正轉(zhuǎn)換結(jié)果中由于轉(zhuǎn)換器中存在的模擬部件例如電容器或者運(yùn)算放 大器的不理想而存在的誤差。例如，所述不理想是歸因于轉(zhuǎn)換器輸入 時的取樣電路電容器不匹配以及歸因于實(shí)際運(yùn)算放大器的受限增益帶 筧產(chǎn)品■>
現(xiàn)有技術(shù)的校正方法中，存在第一類方法，其可能執(zhí)行前臺校準(zhǔn)， 即當(dāng)待轉(zhuǎn)換的模擬信號還沒有應(yīng)用到轉(zhuǎn)換器的輸入時執(zhí)行校準(zhǔn)。這類 方法具有以下優(yōu)點(diǎn)，即有限的電路復(fù)雜性和保證正確的轉(zhuǎn)換結(jié)果。然 而，前臺校準(zhǔn)方法存在內(nèi)在的不足，即其不能在待轉(zhuǎn)換的才莫擬信號已 經(jīng)應(yīng)用到轉(zhuǎn)換器的輸入時使用。但是在一些應(yīng)用中，在信號轉(zhuǎn)換過程 中的持續(xù)校準(zhǔn)是必需的。
為了克服這個不足，開發(fā)出來了第二類校準(zhǔn)方法。特別地，這類 方法采用了校準(zhǔn)方法并且可以在片莫擬信號的轉(zhuǎn)換過程中操作而不干擾 模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的正常操作。
這類方法通常根據(jù)以下進(jìn)行工作，即把偽隨機(jī)噪聲序列的各自的
樣本增加到待轉(zhuǎn)換信號的模擬樣本上，以便通過所述序列來調(diào)制待校 正的誤差。為了改善轉(zhuǎn)換器的性能，通過校正操作來處理轉(zhuǎn)換器的數(shù) 字輸出以便提取已調(diào)制信息。經(jīng)-瞼證明，在所述校正方法的收斂時間C (達(dá)到半LSB精度所必需的)和在轉(zhuǎn)換器位數(shù)中的分辨率N之間存在
類型關(guān)系式
其中，、是取樣周期。
從上述關(guān)系式可知，例如在分辨率為13位的循環(huán)轉(zhuǎn)換器中通過采 用現(xiàn)有4支術(shù)的上述本底4交正方法之一并且以5MS/S (百萬每秒)的頻率 進(jìn)行操作，可以得到大約30秒的收斂時間。這樣長的收斂時間導(dǎo)致現(xiàn) 有技術(shù)的本底校準(zhǔn)方法不適合用在很多應(yīng)用中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有以下校正(即校準(zhǔn))系統(tǒng)的模/數(shù)轉(zhuǎn) 換器，即該系統(tǒng)保證比現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)或方法的收斂時間更短的收斂 時間，并且該系統(tǒng)同時擁有有限的電路復(fù)雜性。
通過以最通用的形式限定在所附的權(quán)利要求1中的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器來 實(shí)現(xiàn)該目的。在從屬權(quán)利要求里還限定了優(yōu)選實(shí)施例。
本發(fā)明的進(jìn)一步目的是為校準(zhǔn)多級模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供一種方法，其 限定在所附的權(quán)利要求11中。


依據(jù)本發(fā)明的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的更多的特征和優(yōu)點(diǎn)從以下示范而并非 對其限制的實(shí)施例的細(xì)節(jié)描述中將更見明顯，如

，其中
圖1是依據(jù)本發(fā)明的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的示范和特定優(yōu)選實(shí)施例的方框
圖2圖示地說明了對校準(zhǔn)由循環(huán)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器引起的量化誤差有用 的模型；
圖3圖示地說明了與圖2中模型相比，隨著數(shù)字增益校正系統(tǒng)的 增加而更理想的4莫型。
圖中，相等或相似的特征由相同的標(biāo)號表示。
具體實(shí)施例方式
圖1描述了依據(jù)本發(fā)明的多級模/數(shù)轉(zhuǎn)換器1的優(yōu)選實(shí)施例，其適 合于把輸入模擬信號&轉(zhuǎn)換成輸出數(shù)字信號Z)^。具體講，模/數(shù)轉(zhuǎn)換 器1是這樣的，即把輸入信號^的模擬樣本轉(zhuǎn)換成各自的每個都由N
位組成的數(shù)字碼A^，其中N是表示轉(zhuǎn)換器1的分辨率的整數(shù)。在優(yōu)選
實(shí)施例中，N等于16，但明顯地，本發(fā)明的原理可以擴(kuò)展到具有不同
分辨率的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。
為了示范而非限制的目的，本說明特定地涉及通常被稱為算法模/ 數(shù)轉(zhuǎn)換器的循環(huán)多級模/數(shù)轉(zhuǎn)換器1。然而，應(yīng)該指出，本發(fā)明的原理 也可以被本領(lǐng)域技術(shù)人員容易地擴(kuò)展到不同類型的多級模/數(shù)轉(zhuǎn)換器， 例如擴(kuò)展到所謂的流水線多級模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。
對于本發(fā)明的目的而言，多級模/數(shù)轉(zhuǎn)換器意味著如下轉(zhuǎn)換器，即 為了在各自的輸出數(shù)字碼D。 ,的每一步驟解析一個或多個不同的位(即 至少一位)，該數(shù)字碼實(shí)際上表示輸出數(shù)字信號z^的樣本并且相當(dāng)于 在數(shù)字域中的表示，這是一種輸入模擬信號^的樣本的通過轉(zhuǎn)換器1 來獲得的數(shù)字碼，轉(zhuǎn)換器操作以便在多個步驟中執(zhí)行各個轉(zhuǎn)換周期。 具體講，在多級模/數(shù)轉(zhuǎn)換器中，特定步驟中的轉(zhuǎn)換通常是基于在先前 步驟中的部分轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的剩余。轉(zhuǎn)換周期意味著由多級才莫/數(shù)轉(zhuǎn)換器執(zhí) 行的用以解析輸出數(shù)字碼A^的全部N位的所有操作或步驟。特定地， 為了示范而非限制的目的，本說明涉及以下情況，其中多級模/數(shù)轉(zhuǎn)換 器1在每一步驟中解析碼A^的一位，因此各個轉(zhuǎn)換周期由N步驟組成， N為轉(zhuǎn)換器分辨率。
參考圖1 ,多級模/數(shù)轉(zhuǎn)換器1包括取樣電路2 ，其具有輸入2i 和輸出2u。輸入2i可以使取樣電路2接收待轉(zhuǎn)換模擬信號已。取樣電 路2按如下進(jìn)行操作以便通過輸出2u提供組成了樣本序列的輸入信號 ^的模擬樣本。優(yōu)選地，取樣電路2包括具有開關(guān)電容器的樣本和保 持電路。
連接至取樣電路2的輸入2i的轉(zhuǎn)換開關(guān)8使得如下成了可能，即
選擇性地把才莫擬信號^加到取樣電路2的輸入2i。實(shí)際上，在循環(huán)轉(zhuǎn)
換器例如如圖1所示的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器1中，待轉(zhuǎn)換模擬信號^只在各個
轉(zhuǎn)換周期的開始被加到取樣電路2,以便從取樣電路2輸出相應(yīng)的模擬
自的數(shù)字碼化 ,。在連續(xù)的新周期的開始，轉(zhuǎn)換開關(guān)8使得以下成為可 能，即再次把模擬信號^加到取樣電路2用于新的轉(zhuǎn)換周期的執(zhí)行。 實(shí)際上，由輸入模擬信號K 的模擬樣本組成的序列G將出現(xiàn)在取樣電 路2的輸出2u上，每個所述樣本被安排在各自的轉(zhuǎn)換周期的初始部分 附近。
模/數(shù)轉(zhuǎn)換器1還包括求和節(jié)點(diǎn)4,其第一輸入4i連接到取樣電路 2的輸出2u上，其第二輸入4ii適合于接收在以下輸出中的模擬樣本 y乂的偽隨機(jī)序列，即包含在轉(zhuǎn)換器1中的信號生成模塊3的輸出。符 號y表示增益因子或者比例因子，其使得以下成為可能，即測量偽隨機(jī) 序列/,中樣本的振幅以及例如通過生成^f莫塊3得到控制。由于y只表示 一個比例因子，序列《以及序列"A都要在下文偽隨機(jī)表達(dá)式中涉及。
答復(fù)在兩個輸入4i和4ii中接收到的樣本，求和節(jié)點(diǎn)4在輸出4u
提供新的模擬樣本^的序列，其實(shí)際上是輸入到求和節(jié)點(diǎn)4的兩個樣 本序列^en的樣本到樣本的給定和。有利地，和序列C-r乂 + G包
括偽隨機(jī)序列r乂的貢獻(xiàn)不存在的多個樣本。實(shí)際上，所述樣本與序列 的相應(yīng)樣本相符。在下文中將詳細(xì)i兌明所述替4戈的優(yōu)點(diǎn)。
在特定地有利實(shí)施例中，包含了上文，例如，通過^^安以下方式設(shè) 置序列〃(的周期，即其等于樣本序列《的周期的整數(shù)倍(依據(jù)因子 ^卻)。這樣，和序列G將存在于求和節(jié)點(diǎn)4的輸出中，因此在和序列^ 的各個^坤樣本(其是大于1的整數(shù)，例如在10到200之間)組中， 將存在包括偽隨機(jī)r (的貢獻(xiàn)的樣本。這種生成偽隨機(jī)序列7 ^的特定 方式是有利的，因?yàn)檫@時生成才莫塊3由于它"工作"在比轉(zhuǎn)換器1的 取樣頻率更低的頻率下從而更容易生成。在備選實(shí)施例中，可能以全 頻率生成偽隨機(jī)序列并且隨后抽取將被計和到已取樣模擬信號G的所
述頻率的樣本的十分之一。
參考圖1，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器1包括模/數(shù)轉(zhuǎn)換裝置5,該模/數(shù)轉(zhuǎn)換裝
置5實(shí)際上表示連接到求和節(jié)點(diǎn)4的輸出4u并且具有數(shù)字增益《的部 分轉(zhuǎn)換裝置，該數(shù)字增益《可以由包括在轉(zhuǎn)換器1中的校準(zhǔn)模塊9控制。 在優(yōu)選實(shí)施例中，所述轉(zhuǎn)換裝置5包括低分辨率的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器5 (實(shí) 際上，所述轉(zhuǎn)換器的分辨率決定了在轉(zhuǎn)換周期的每一步驟中解析的數(shù) 字碼Z^的位數(shù))。優(yōu)選地，在多級轉(zhuǎn)換器1中通常被稱為"子模數(shù)轉(zhuǎn) 換器"的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器5是多閾值的閃型轉(zhuǎn)換器。更具體而言，在描述 的具體例子中，轉(zhuǎn)換器5采用兩個閾值并且具有一位的分辨率，因此， 轉(zhuǎn)換器通常由"1.5位子模數(shù)轉(zhuǎn)換器"領(lǐng)域中的專家定義。在下文中作 為子^f莫數(shù)轉(zhuǎn)換器5的這種類型的轉(zhuǎn)換器對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說一 般是已知的，因此不作進(jìn)一步說明。
如圖1所示，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器1包括邏輯重組模塊13,其連接至子模 數(shù)轉(zhuǎn)換器5的輸出4u。邏輯重組模塊13對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說也 是已知的，實(shí)際上，其可以被想象為以下模塊，該模塊包括寄存器并 且該模塊在轉(zhuǎn)換周期的各個步驟中接收和重組源自子模數(shù)轉(zhuǎn)換器5的 輸出中的位，以便在寄存器中并且在各個轉(zhuǎn)換周期終止時提供數(shù)字碼
模/數(shù)轉(zhuǎn)換器1還包括數(shù)/模轉(zhuǎn)換器11,其具有連接至子模數(shù)轉(zhuǎn)換 器5的輸出5u的輸入lli以及具有連接至進(jìn)一步求和節(jié)點(diǎn)6的輸入6i 的輸出llu,該進(jìn)一步求和節(jié)點(diǎn)6包括在模/數(shù)轉(zhuǎn)換器1中。進(jìn)一步求 和節(jié)點(diǎn)6還包括連接至取樣裝置2的輸出2u的第二輸入6ii,其是這 樣的，即在輸出6u提供信號，該信號由在取樣裝置2的輸出中的信號 和在數(shù)/模轉(zhuǎn)換器11的輸出中的信號的差給出。本領(lǐng)域技術(shù)人員已知， 所述差信號是模擬信號(以樣本序列的形式)，其表示在每一步驟，在 所述步驟中通過子模數(shù)轉(zhuǎn)換器5執(zhí)行的部分轉(zhuǎn)換的剩余。
如圖1所示，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器1還包括模擬放大裝置7,優(yōu)選地，包 括至少一個運(yùn)算放大裝置7。圖1中，G表示所述放大裝置7的總增益。 所述放大裝置7是這樣的，即在輸入7i接收源自求和節(jié)點(diǎn)6的輸出的
差信號以在輸出6u上提供已放大的差信號。
本領(lǐng)域技術(shù)人員已知，如果循環(huán)轉(zhuǎn)換器1在每一步驟中解析輸出
數(shù)字碼的1位，放大裝置7的增益G理想地正確地等于2,但是實(shí)際上 它經(jīng)常是一個近似地等于2的數(shù)字。然而，如果在轉(zhuǎn)換周期的每一步 驟中解析輸出數(shù)字碼的2位，放大裝置7的增益G理想地精確地等于4, 但是實(shí)際上它是一個近似地等于4的數(shù)字。
放大裝置7的輸出6u可通過轉(zhuǎn)換開關(guān)8連接至取樣裝置的輸入2i, 以便在第一步驟之后執(zhí)行各個轉(zhuǎn)換周期的步驟。應(yīng)當(dāng)指出，實(shí)際上， 圖1中的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器1:
在各個轉(zhuǎn)換周期的第一步驟中是這樣的，即具有配置，其中待轉(zhuǎn)
換的模擬信號^被加到取樣電路2的輸入2i并且其中放大裝置7的輸 出6u與所述輸入2i斷開，
在各個轉(zhuǎn)換周期的后繼步驟中是這樣的，即具有第二配置，其中 放大裝置7的輸出7u連接至取樣電路2的輸入2i并且其中待轉(zhuǎn)換的 模擬信號^沒有被加到取樣電路2的輸入2i。
應(yīng)當(dāng)看到，在該第二配置中，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器1包括反饋回路，該反 饋回^各包括取樣電^各2和;改大裝置7。
已知，由于模擬組件和裝置內(nèi)在的不理想性，有效的環(huán)路增益G,, 并不具有精確的所述值，該環(huán)路增益Gi(^在所述實(shí)施例中應(yīng)當(dāng)理論上等 于放大裝置7的理想增益，此處等于2。內(nèi)在的不理想性基本上歸因于 取樣電路2電容器的失配以及歸因于放大裝置7的增益帶寬受限的事 實(shí)。
由于這個原因，校準(zhǔn)模塊9必需修改數(shù)字增益"乂減少或消除任何 由于上述不理想性引起的轉(zhuǎn)換誤差。更具體而言，校準(zhǔn)模塊9的目標(biāo) 是修改數(shù)字增益#以便其盡可能的接近環(huán)路增益G，。
在更詳細(xì)的說明校準(zhǔn)模塊9及其性能前，通過圖2所示的簡化模 型來說明以下是有用的，即所述不理想性是怎樣影響模/數(shù)轉(zhuǎn)換器1的 操作的，該簡化模型可以分析性地評價弓1入到轉(zhuǎn)換中的誤差和數(shù)字增 益#與環(huán)路增益G,^之間的失配之間的關(guān)系。
圖2中的簡化模型說明了在其擴(kuò)展版本中的循環(huán)轉(zhuǎn)換器。而且， 在圖2中，不顯示循環(huán)轉(zhuǎn)換器中涉及數(shù)字增益^的校準(zhǔn)的部分。在模型
中，反饋回路的不理想性通過放大模塊27進(jìn)行了概括，該放大模塊27 包括等于G"的增益，其實(shí)際上相應(yīng)于圖1中轉(zhuǎn)換器1的反饋回路的有 效增益。虛線L把圖2中的模型分成兩部分，部分A和部分B。部分A 表示在信號^的第一次轉(zhuǎn)換步驟的操作中的循環(huán)轉(zhuǎn)換器模型，而部分B 涉及后繼步驟。第一步驟的后繼步驟通過理想的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器21來簡 單建模，該模/數(shù)轉(zhuǎn)換器21引入了剩余量化誤差e^。在第一步驟中， 子模數(shù)轉(zhuǎn)換器引入了量化誤差叫。
依據(jù)圖2中的模型，在轉(zhuǎn)換周期的終止時，循環(huán)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字碼Z^ 可以由以下《會出
從上述公式(1)中可以看出，當(dāng)存在數(shù)字增益^和環(huán)路增益G,，的不 匹配時，通過在第一步驟中子模數(shù)轉(zhuǎn)換器5引入的量化噪聲叫的一部 分滲入到輸出因而降低循環(huán)轉(zhuǎn)換器的性能。這種現(xiàn)象被稱為"量化噪 聲滲漏"。特別地，這種噪聲滲漏依據(jù)在循環(huán)轉(zhuǎn)換器的輸出中的信號/ 噪聲比影響性能；而且，這是一種遠(yuǎn)非白噪聲而與輸入^緊密關(guān)聯(lián)的 噪聲。
有利地，通過圖1中的校準(zhǔn)模塊9，可以通過把數(shù)字增益^配置至 環(huán)路增益&，來減少上述現(xiàn)象。
在圖3中，圖2中的沖莫型通過對數(shù)字增益^的校正添加涉及校準(zhǔn)系 統(tǒng)的部分而被完善，該模型用于校準(zhǔn)出現(xiàn)在輸出數(shù)字信號D。 ,中的誤 差。
具體講，對增益#的校準(zhǔn)包括在^I入量化噪聲叫的相同點(diǎn)插入偽隨 機(jī)序列r、類似于在圖1所述的轉(zhuǎn)換器中發(fā)生的事情。通過這種方式， 所述偽隨機(jī)序列在輸出中的傳輸函數(shù)與量化噪聲在轉(zhuǎn)換器輸出中顯現(xiàn) 的相同。
應(yīng)當(dāng)看到，這時lt出信號可以表示為
依據(jù)公式(2),可以了解更進(jìn)一步的噪聲作用是怎樣顯現(xiàn)在輸出 中的，該噪聲作用與偽隨機(jī)序列"乂以及與數(shù)字增益和環(huán)路增益的差成 比例。
據(jù)此，通過在輸出Z)^和偽隨機(jī)序列^之間由乘法器26執(zhí)行相關(guān)乘 積，提取增益失配6是有可能的，其中
<formula>formula see original document page 12</formula>
在上述公式(3)中，符號⑧表示相關(guān)乘積。在該說明中，剩余相 關(guān)噪聲表達(dá)式^表示出現(xiàn)在上述等式(3)中的第二項，等式(3)中 增益失配0通過分析性的形式來進(jìn)行表示。實(shí)踐中，剩余相關(guān)噪聲由以 下給出
(4 )
從公式(4)中可以看出，如果Vm,eq1和eqrs與序列tx,是無關(guān)聯(lián)的， 剩余相關(guān)噪聲L實(shí)際上為零。這時，通過最小化增益失配e,例如依 靠最小均方(LMS)算法，有可能(見等式3)把數(shù)字增益會收斂至環(huán) 路增益G—,所述最小均方(LMS)算法在圖3中由環(huán)路LMS最小化模 塊29實(shí)現(xiàn)。這樣，有可能(見公式2)從數(shù)字輸出z^,中消除量化噪聲 叫引起的噪音項以及序列,,引起的噪音項。
然而，實(shí)際上這并沒有發(fā)生，因?yàn)槭Ｓ嘞嚓P(guān)項^是不能被完全忽 略的并且這限制了校準(zhǔn)方法的效率。在實(shí)際情況中，為了把殘留相關(guān)L 賦零，有必要增加偽隨機(jī)序列^乂的長度和/或增加LMS環(huán)路最小化模 塊29的積分步長。但是，這兩種對策都對校準(zhǔn)方法收斂方面的性能具 有負(fù)面的和明顯的影響。
然而，可以看到，在表達(dá)式(4)中殘留相關(guān)^的主要貢獻(xiàn)是與輸
入信號^成比例的方面，因?yàn)樗鲂盘柺亲畲蠖?biāo)信號并且遠(yuǎn)大于剩 下的項叫("G )+L。
因?yàn)檫@個原因，有利地，依據(jù)本發(fā)明的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器1 (圖1)的 校準(zhǔn)模塊9在過程中實(shí)現(xiàn)(依靠包含在校準(zhǔn)模塊9中的相關(guān)和去除模
塊14) 了輸入信號^的數(shù)字去除的算法以最小化增益失配e (等式3)。
這可能使剩余相關(guān)噪聲項l保持得非常低，例如允許在最小化模塊
LMS29中高積分步長的使用和/或短偽隨機(jī)序列的使用。這有利地確定 了高收斂速度。
有利地，如上述更詳細(xì)的說明，包含偽隨機(jī)序列^,,的貢獻(xiàn)的輸入 信號樣本和不包含所述貢獻(xiàn)的樣本都存在于在求和節(jié)點(diǎn)4的輸出中的 樣本序列^中，有可能在校準(zhǔn)模塊9中進(jìn)行輸入信號已的預(yù)測(即估 算)，從數(shù)字碼Z^開始，該數(shù)字碼Z^相應(yīng)于(即由轉(zhuǎn)換生成)在求和 節(jié)點(diǎn)4的輸出中的序列^的樣本，該樣本不包含偽隨機(jī)序列r(的貢獻(xiàn)。 可以看到，依據(jù)本發(fā)明，實(shí)際上可以在校準(zhǔn)模塊9中執(zhí)行輸入信號^的 去除，該去除從相同的子模數(shù)轉(zhuǎn)換器4輸出的位開始，即在模/數(shù)轉(zhuǎn)換 器1中不需要在以下附加路徑之上的進(jìn)一步模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的費(fèi)力的加 法，即該附加路徑避開了在輸入信號^中插入偽隨機(jī)序列^.(的求和節(jié) 點(diǎn)4。
在特定地有利實(shí)施例中，輸入信號^的預(yù)測由在模/數(shù)轉(zhuǎn)換器l提 供的插值模塊10進(jìn)行。所述模塊10執(zhí)行數(shù)字碼化 ,的插值，該數(shù)字碼 Z)。M,由序列G的樣本收斂生成，而該序列^輸出自偽隨片幾序列y. ^的組 件不存在的求和節(jié)點(diǎn)4。優(yōu)選地，但不限于，所述插值是多項式內(nèi)插法， 更優(yōu)地是非線性拉格朗日插值。在備選實(shí)施例中，用等價插值法和本 領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方法代替非線性拉格朗日插值可以實(shí)現(xiàn)在模塊10 中。
在特定地有利實(shí)施例中，插值才莫塊10包括濾波器FIR,該濾波器 FIR適合于實(shí)現(xiàn)對輸入信號^的預(yù)測有用的插值。
優(yōu)選地，模塊10執(zhí)行的插值利用在所述樣本之前的A^.。-l樣本和 在所述樣本之后的7V -1樣本的轉(zhuǎn)換結(jié)果獲得輸入信號已的樣本的數(shù) 字估算力。w (與輸出自求和節(jié)點(diǎn)4的序列G的樣本相應(yīng)，該求和節(jié)點(diǎn)4 中存在偽隨機(jī)序列y乂.的組件)。依據(jù)上述說明，在這些2(A"-l)樣 本中(并且，因而在相應(yīng)的數(shù)字碼中)，偽隨才幾序列;K.^的貢獻(xiàn)沒有包 括在內(nèi)。
一旦獲得所述估算，包含在校準(zhǔn)模塊9中的相關(guān)和消去模塊14從
相關(guān)誤差估算中消除輸入信號(或者更確切地說，它的貢獻(xiàn))用于所述
誤差的隨后最小化(最小化模塊29)，以便把數(shù)字增益^匹配至環(huán)路增
益°
在特定優(yōu)選實(shí)施例的下文中，將描述由校準(zhǔn)模塊9并且尤其是相 關(guān)和消去模塊14執(zhí)行的消去方法。
從公式2中可以看出，輸出自求和節(jié)點(diǎn)4的和序列^樣本的轉(zhuǎn)換 A^的結(jié)果可以表示為以下，該求和節(jié)點(diǎn)4中存在偽隨機(jī)序列n
從2 ( 1 )樣本的轉(zhuǎn)換結(jié)果開始，該2 ( aa—-1 )樣本在所述樣 本之前和在所述樣本之后并且不包括偽隨機(jī)序列y.^的貢獻(xiàn)，預(yù)測才莫塊 IO生成在公式(5)中給出的碼的估算A^，其可以表示為
<formula>formula see original document page 14</formula>(6 )
其中，Pre(表示存在于估算中的誤差。
消去和相關(guān)模塊14 (通過連接14i和14ii的存在符號性地在圖 1中顯示)有利地計算在公式(5)和(6)中給出的數(shù)字樣本中的差， 實(shí)際上計算差
<formula>formula see original document page 14</formula>(7)
然后計算在所述差(7)和偽隨機(jī)序列(.之間的相關(guān)乘積(通過連 接14iii符號性地顯示)以便獲得由下式給出的增益失配估算誤差U
由公式(8)可看出，與公式(3)中給出的失配誤差^不同，誤差 e，包括剩余相關(guān)噪聲項^ _、 Pre(,與項^ (公式4)不同，剩
余相關(guān)噪聲項^ _不再包含與輸入信號&成比例的項并且因而具有遠(yuǎn)
小于t的影響力。
隨后可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的以下方式來最小化誤差e_,
即依靠優(yōu)選地但不限于實(shí)現(xiàn)了 LMS環(huán)路最小化的最小化模塊10。
應(yīng)當(dāng)看到，有利地，預(yù)測模塊IO被插入校準(zhǔn)模塊9中，因此無論 什么在模/數(shù)轉(zhuǎn)換器1的數(shù)字輸出(模塊13)上，它都沒有影響。這樣， 即使輸入信號的近似估算對于獲得遠(yuǎn)小于誤差^的誤差^來說也 是足夠的，此外還允許預(yù)測模塊10的簡單實(shí)現(xiàn)。
強(qiáng)調(diào)以下是重要的，即使估算增益誤差的方法受到降低采樣方式 (因?yàn)閭坞S機(jī)序列(在每一個A^時鐘周期中被插入一次)的影響，在 依靠輸入信號^的消去獲得的收斂速度中的增長是如此完全地補(bǔ)償了 所述降低采樣，以至于實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示依據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器的校準(zhǔn)方法 具有比現(xiàn)有技術(shù)的方法甚至快IOO倍的收斂速度。 應(yīng)當(dāng)考慮到，預(yù)測模塊10也以二次抽樣的方式操作。在所述模塊 10是依靠數(shù)字濾波器FIR實(shí)現(xiàn)的特定實(shí)施例中，可以看到，所述濾波 器對于生成來說是非常簡單的，因?yàn)橛^察到，在使用多項式內(nèi)插法的 情況下，濾波器FIR的系數(shù)快速趨向?yàn)榱恪?shí)際上，為了生成具有15MS/S (百萬符號每秒)速度的循環(huán)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(包括1. 5位子模數(shù)轉(zhuǎn)換器)， 帶19抽頭的濾波器FIR是足夠的，不得不操作于降低采樣模式中，該 濾波器FIR可以依靠存儲濾波器系數(shù)的查找表、乘法器和累加器生成。 依據(jù)上述說明，可以看到，本發(fā)明由此完全實(shí)現(xiàn)了先前目標(biāo)。 自然地，為了滿足可能的以及具體的需求，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可 以把大量的修改和變動用到依據(jù)本發(fā)明的上述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器和校準(zhǔn)方
內(nèi)。 , 權(quán)利要求
1. 一種用于通過多級轉(zhuǎn)換周期把輸入信號(Vin)的模擬樣本轉(zhuǎn)換成各自的由位組成的數(shù)字碼(Dout)的多級模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(1)，各個周期步驟解析各自的數(shù)字碼(Dout)的至少一位，該轉(zhuǎn)換器(1)包括取樣電路(2)，適合于輸入所述信號(Vin)并且輸出所述模擬樣本的第一序列偽隨機(jī)序列(γ·ts)的生成模塊(3)，適合于輸出所述偽隨機(jī)序列的樣本；求和節(jié)點(diǎn)(4)，輸入所述第一序列和所述偽隨機(jī)序列(γ·ts)，在輸出中獲得模擬樣本的第二序列具有可控制數(shù)字增益的轉(zhuǎn)換裝置(5)，適合于輸入第二序列的樣本以便輸出所述數(shù)字碼(Dout)的位；反饋回路(2，6，7，8)，用于執(zhí)行所述多級轉(zhuǎn)換周期，其具有環(huán)路增益(GLoop)并且包括模擬放大裝置(7)和所述取樣裝置(2)；數(shù)字校準(zhǔn)模塊(9)，用于把數(shù)字增益()匹配至環(huán)路增益(GLoop)；其特征在于所述第二序列()包括所述偽隨機(jī)序列(γ·ts)的貢獻(xiàn)不存在的預(yù)定樣本；數(shù)字校準(zhǔn)模塊(9)包括預(yù)測模塊(10)以便生成所述輸入信號(Vin)的數(shù)字估算該數(shù)字估算開始于輸出自所述轉(zhuǎn)換裝置(5)的由所述預(yù)定樣本的轉(zhuǎn)換生成的位。
2. 如權(quán)利要求1所述的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(1 ),其中所述校準(zhǔn)模塊(10 ) 使用所述估算()以便消除在所述數(shù)字增益(《)至所述環(huán)路增益(&，)的匹配中所述輸入信號(^)引起的干擾。
3. 如前述權(quán)利要求中任何一項所述的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(1 )，其中所述預(yù)測模塊(10)是這樣的，即依靠插值算法生成所述估算(《()。
4. 如權(quán)利要求3所述的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(1 ),其中所述算法是這樣 的，即實(shí)現(xiàn)了非線性拉格朗日插值。
5. 如前述權(quán)利要求中任何一項所述的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(1 ),其中所述預(yù)測模塊(10)包括數(shù)字濾波器FIR (10)。
6. 如前述權(quán)利要求中任何一項所述的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(1 ),其中所 述第二序列(^ )包括在所述第二序列(^ )的每個iv一樣本中存在所述貢獻(xiàn)的樣本，其中7V一是大于1的整數(shù)，并且其中生成所述估算(力。 () 的預(yù)定樣本包括在所述貢獻(xiàn)存在的樣本之前的-1樣本和在所述樣 本之后的iV一+l樣本。
7. 如權(quán)利要求6所述的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(1 ),其中所述校準(zhǔn)模塊(9) 是這樣的，即依據(jù)所述估算(在每個W—轉(zhuǎn)換周期中更新所述數(shù) 字增益(#)。
8. 如前述權(quán)利要求中任何一項所述的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(1 )，其中所 述反饋回路(2, 6, 7, 8 )還包括進(jìn)一步求和節(jié)點(diǎn)(6 ),該進(jìn)一步求 和節(jié)點(diǎn)(6)具有連接至所述取樣裝置(2)的輸出的第一輸入(6ii), 第二輸入(6i )和連接至所述模擬放大裝置(7 )的輸出，轉(zhuǎn)換器(1 ) 還包括模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(11 ),該數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(11 )具有連接至所述第二 輸入(6i )的輸出(和連接至所述轉(zhuǎn)換裝置(5 )的輸出中的輸 入(lli )。
9. 如權(quán)利要求8所述的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(1 ),其中所述反饋回路(2， 6， 7, 8)還包括轉(zhuǎn)換開關(guān)(8)，該轉(zhuǎn)換開關(guān)(8)連接至所述放大裝 置(7)的輸出(7u)以便選擇性地把所述輸出(7u)連接至所述取樣 電路(2)的輸入(2i)，在所述取樣電路(2)的輸入(2i)中排除所 述輸入信號(K )的應(yīng)用。
10. 如權(quán)利要求9所述的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(1 ),其中所述轉(zhuǎn)換開關(guān)(8 ) 是這樣的，即從第二步驟開始直到各個轉(zhuǎn)換周期的最后步驟為止，在 各個轉(zhuǎn)換周期的第一步驟以后排除所述輸入信號(已)到所述取樣電 路(2)的應(yīng)用以及把所述放大裝置(7)的輸出(7u)連接至所述取 樣裝置(2)的輸入(2i)。
11. 一種用于校準(zhǔn)多級模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(1 )的方法，所述方法包括部分轉(zhuǎn)換裝置(5),具有可控制數(shù)字增益； 反饋回路(2， 6, 7, 8),具有環(huán)路增益， 所述方法包括以下操作把偽隨機(jī)序列計和至在所述轉(zhuǎn)換器的輸入中接收的待轉(zhuǎn)換模擬信 號樣本的第一序列，以便從所述和生成第二序列；依靠所述部分轉(zhuǎn)換裝置(5)把所述第二序列轉(zhuǎn)換成多個步驟以便 從所述轉(zhuǎn)換器的輸出中生成數(shù)字碼；依據(jù)所述數(shù)字碼，估算所述增益之間的失配誤差，所述已估算的 誤差包含依賴于所述模擬信號的誤差貢獻(xiàn)；其特征在于所述第二序列(^)包括所述偽隨機(jī)序列(r^ )的作用不存在的預(yù)定樣本；并且其中所述估算操作包括以下操作依靠所述部分轉(zhuǎn)換裝置，從所述預(yù)定樣本的轉(zhuǎn)換生成的數(shù)字碼開 始生成所述輸入模擬信號的樣本的數(shù)字估算，依靠所述已生成的數(shù)字估算消除所述誤差貢獻(xiàn)。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述生成數(shù)字估算的操作包 括對從所述預(yù)定樣本的轉(zhuǎn)換生成的所述數(shù)字碼進(jìn)行插值。
全文摘要
一種在多級周期中把輸入信號(VIn)的模擬樣本(VJn)轉(zhuǎn)換為數(shù)字碼(Dout)的多級模數(shù)轉(zhuǎn)換器(1)，每個周期解析數(shù)字碼(Dout)的至少一位，轉(zhuǎn)換器(1)包括被計和到所述模擬樣本以獲得模擬樣本的第二序列(V+in)的偽隨機(jī)序列(Y′ts)的生成模塊(3)；帶可控制數(shù)字增益(g)的轉(zhuǎn)換裝置(5)，其接收第二序列(V+in)并且輸出所述數(shù)字碼(Dout)的位；帶環(huán)路增益(GLoop)的反饋回路(2，6，7，8)，其執(zhí)行所述多級轉(zhuǎn)換周期；數(shù)字校準(zhǔn)模塊(9)，其把數(shù)字增益(g)匹配至環(huán)路增益(GLoop)；所述第二序列(V+in)包括沒有所述偽隨機(jī)序列(γ-ts)的作用的預(yù)定樣本；預(yù)測模塊(10)，其生成所述輸入信號(VIn)的數(shù)字估算(Dout)。
文檔編號H03M1/10GK101390291SQ200680053504
公開日2009年3月18日 申請日期2006年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月27日
發(fā)明者G·A·塞素拉, R·G·馬索利尼 申請人:意法半導(dǎo)體股份有限公司