專利名稱：用于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的校準(zhǔn)方案的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開總體上涉及模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)，更具體地說，涉及用于模數(shù)轉(zhuǎn)換的校準(zhǔn)方案。
背景技術(shù)：
若干電子系統(tǒng)為了其功能而需要模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。根據(jù)具體系統(tǒng)的特性，對(duì)于ACD和該ACD的性能參數(shù)存在特定要求。就準(zhǔn)確性、分辨率和線性而言，性能的提高是以由基本物理定律所導(dǎo)致的功耗增加為代價(jià)的。此外，通過深亞微米芯片制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)的數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域的發(fā)展和計(jì)算能力的迅速増加，已經(jīng)使得數(shù)字域中可實(shí)現(xiàn)的準(zhǔn)確性、速度和性能幾乎無限。這導(dǎo)致了對(duì)于它們的模擬對(duì)應(yīng)物的高性能和速度的需求日益増加，在模擬對(duì)應(yīng)物中絕大多數(shù)系統(tǒng)中的ADC代表了這ー瓶頸。與ADC相關(guān)聯(lián)的準(zhǔn)確性和速度的極限已經(jīng)持續(xù)提升。然而，在某個(gè)階段，在模擬電路系統(tǒng)中能夠獲得的性能受限于用于制造所述電路的技術(shù)缺乏適當(dāng)?shù)臏?zhǔn)確性。通過諸如修整、求平均和各種形式的校準(zhǔn)的若干技術(shù)，能夠緩解在制造技術(shù)中的有限準(zhǔn)確性和失配誤差的影響。然而，修整是有效但成本較高的過程。因此，其僅用于其中絕對(duì)需要性能并且能夠容忍成本增加的系統(tǒng)中。求平均是ー項(xiàng)簡單技術(shù)，并且具有減少隨機(jī)噪聲的額外益處。求平均除了緩解與由所采用的制造技術(shù)所導(dǎo)致的有限準(zhǔn)確性和失配誤差有關(guān)的問題以外，還改善了 ADC的信噪比(SNR)。例如，圖I的現(xiàn)有求平均技術(shù)可以被用于減少失配的影響，并且改善ADC中的總SNR。更具體地說，輸入104被應(yīng)用于能夠被并聯(lián)配置的任意數(shù)目的子ADC 100-102,以使得每個(gè)子ADC 100-102表示ー個(gè)ADC信道或者簡單地說表示信道。子ADC 100-102可以是完全獨(dú)立的ADC或者多信道ADC的任何組合。每個(gè)ADC對(duì)輸入104處的信號(hào)采樣，并且將其轉(zhuǎn)換成具有給定準(zhǔn)確性的數(shù)字字。來自每個(gè)子ADC的數(shù)字輸出數(shù)據(jù)被數(shù)字信號(hào)處理塊103收集，并且以適當(dāng)?shù)母袷皆谳敵?05處被呈現(xiàn)以用于進(jìn)一歩處理。數(shù)字信號(hào)處理塊103計(jì)算由每個(gè)子ADC 100-102提供的數(shù)據(jù)的平均值。計(jì)算平均值等同于對(duì)子ADC 100-102的輸出求和，并且，如果期望，將輸出截短成適當(dāng)?shù)奈粩?shù)。假定在子ADC 100-102中的每ー個(gè)中隨機(jī)噪聲不相關(guān)，每當(dāng)子ADC 100-102的數(shù)目加倍時(shí)，等效輸出噪聲以3 dB的因子減少。將單一子ADC 100-102的SNR表示為SNRsumdc,在輸出105處的總SNR，SNRtotal變成
SNR^t= SNKim, H) h$us N^ihwr，⑴
其中，NsubAD。等于被使用的子ADC 100-102的數(shù)目。假定每個(gè)子ADC 100-102之間誤差是不相關(guān)的，則失配誤差將遵循與隨機(jī)噪聲相同的等式。在許多情形中，不能保證在信道之間誤差不相關(guān)。在這些情形中，可能需要校準(zhǔn)。此外，校準(zhǔn)可以比利用求平均可獲得的更高效地消除誤差。存在兩種不同的ADC校準(zhǔn)方法，包括前臺(tái)校準(zhǔn)和后臺(tái)校準(zhǔn)。后臺(tái)校準(zhǔn)與ADC的正常操作同時(shí)執(zhí)行。存在若干實(shí)施后臺(tái)校準(zhǔn)的現(xiàn)有技術(shù)。在絕大多數(shù)情形中，通過將已知校準(zhǔn)信號(hào)添加到傳播通過ADC的信號(hào)，來執(zhí)行校準(zhǔn)。將這個(gè)校準(zhǔn)信號(hào)從ADC輸出減去，以確保ADC的性能不下降。使用高級(jí)信號(hào)處理算法以在校準(zhǔn)信號(hào)通過電路系統(tǒng)時(shí)分析其屬性，并且基于這些結(jié)果，調(diào)整用于補(bǔ)償在電路中的不同類型誤差或不準(zhǔn)確性的系數(shù)。目前已經(jīng)提出的用于后臺(tái)校準(zhǔn)的所有解決方案具有至少兩個(gè)主要問題。第一個(gè)是高復(fù)雜性以及在模擬性能和數(shù)字校準(zhǔn)邏輯之間非常緊密的耦合。這導(dǎo)致了設(shè)計(jì)過程非常復(fù)雜并且難以管理。其他主要局限性是在校準(zhǔn)算法中所需要的長收斂時(shí)間。在絕大多數(shù)公開文獻(xiàn)中，報(bào)告了校準(zhǔn)信號(hào)所需要的收斂時(shí)間為數(shù)千萬次的ADC轉(zhuǎn)換。即使對(duì)于高速ADC，這導(dǎo)致收斂時(shí)間太長，以致無法追蹤可能由溫度或供給電壓的變化引起的參數(shù)的典型變化。 對(duì)于前臺(tái)校準(zhǔn)，存在模擬和數(shù)字解決方案這二者。這些技術(shù)的共同之處是，需要ADC停止正常操作，采用與在正常操作中所使用的相同電路系統(tǒng)執(zhí)行校準(zhǔn)序列，然后返回至正常操作。對(duì)于許多電子系統(tǒng)，ADC在某些時(shí)間點(diǎn)不可用于正常操作是可接受的。然而，在許多應(yīng)用中，ADC連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，并且將必須在不中斷正常操作的情況下被校準(zhǔn)。這通常通過具有當(dāng)校準(zhǔn)序列被執(zhí)行時(shí)能夠被使用的冗余電路系統(tǒng)來解決。這些解決方案的額外成本和復(fù)雜性使得該使用不現(xiàn)實(shí)，并且很少應(yīng)用于商業(yè)產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容
為了滿足前述的需求，公開了ー種具有提高的性能的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。該ADC包括若干子ADC、信號(hào)輸入、數(shù)字信號(hào)處理(DSP)塊和數(shù)字輸出。每個(gè)子ADC以給定的準(zhǔn)確性轉(zhuǎn)換輸入信號(hào)，并且將輸出傳送至DSP塊。計(jì)算來自每個(gè)子ADC的結(jié)果的平均值，以輸出具有較高信噪比(SNR)的単一數(shù)字輸出字。每個(gè)子ADC分別具有用于從輸入斷開、執(zhí)行校準(zhǔn)序列然后恢復(fù)正常操作的裝置。在特定子ADC的校準(zhǔn)期間，剰余子ADC將以略微降低的SNR正常操作，因?yàn)橛糜谇笃骄淖覣DC數(shù)目較小。公開了被配置成以提高的性能輸出數(shù)據(jù)的另一 ADC裝置。ADC裝置包括輸入信號(hào)連接器、輸出信號(hào)端ロ、兩個(gè)或更多子ADC和DSP塊。DSP塊被配置成接收每個(gè)子ADC的輸出，并且被進(jìn)ー步配置成獨(dú)立地執(zhí)行每個(gè)子ADC的校準(zhǔn)，而其他子DAC和DSP塊被配置成正常操作和輸出數(shù)據(jù)。在一個(gè)優(yōu)化實(shí)施例(refinement)中，模擬輸入信號(hào)在被應(yīng)用于姆個(gè)子ADC的輸入之前通過獨(dú)立的塊。公開了被配置成以提高的性能輸出數(shù)據(jù)的又另ーADC。ADC包括輸入信號(hào)連接器、輸出信號(hào)端ロ、兩個(gè)或更多子ADC、DSP塊和控制機(jī)構(gòu)。DSP塊被配置成接收每個(gè)子ADC的輸出，并且被進(jìn)ー步配置成獨(dú)立地執(zhí)行每個(gè)子ADC的校準(zhǔn)，而其他子ADC和DSP塊被配置成正常操作和輸出數(shù)據(jù)。控制機(jī)構(gòu)被配置對(duì)每個(gè)信道的校準(zhǔn)排序(sequence)并且在操作期間被配置成連續(xù)保持所有子ADC和DSP塊的最優(yōu)性能。在一個(gè)優(yōu)化實(shí)施例中，模擬輸入信號(hào)在被應(yīng)用于每個(gè)子ADC的輸入之前通過獨(dú)立的塊。當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時(shí)，其他優(yōu)勢(shì)和和特征從下文具體描述中將是顯而易見的。


在附圖中，對(duì)公開的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)裝置或多或少進(jìn)行了圖解描述，其中
圖I是ADC裝置的現(xiàn)有技術(shù)示意圖；以及
圖2是根據(jù)本公開的教導(dǎo)構(gòu)造的示例性ADC裝置的示意圖。應(yīng)理解的是，附圖不一定按比例繪制，并且某些時(shí)候，通過圖形符號(hào)、假想線、圖形表示和片段視圖闡釋這些實(shí)施例。在某些實(shí)例中，對(duì)于理解本公開并非必要的細(xì)節(jié)或使得其他細(xì)節(jié)難以理解的細(xì)節(jié)可能已經(jīng)被省略。當(dāng)然，應(yīng)理解的是，本公開不限于此處所說明的具體實(shí)施例和方法。
具體實(shí)施例方式本公開的操作原理基于多個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)信道的求平均以便提高準(zhǔn)確性，并且同時(shí)允許在不中斷正常操作的情況下校準(zhǔn)每個(gè)信道。圖I的實(shí)施例示出了其中通過利用求平均配置或技術(shù)可以改善準(zhǔn)確性的現(xiàn)有技術(shù)解決方案。圖2的示例性實(shí)施例示出了其中可以利用求平均來提高信噪比(SNR)并且允許在不中斷正常ADC操作的情況下運(yùn)行校準(zhǔn)的ADC配置。更具體地說，輸入信號(hào)1004可以被應(yīng)用于并聯(lián)配置的任意數(shù)目的子ADC 1000-1002，其中，每個(gè)子ADC 1000-1002表示ー個(gè)信道。子ADC 1000-1002可以是完全獨(dú)立的ADC 1000-1002或者可以是多信道ADC1000-1002的任何組合。每個(gè)ADC 1000-1002可以對(duì)輸入1004處的信號(hào)采樣，并且將其轉(zhuǎn)換成具有給定準(zhǔn)確性的數(shù)字字。數(shù)字輸出數(shù)據(jù)可以由數(shù)字信號(hào)處理(DSP)塊1003收集，并且以適當(dāng)?shù)母袷剑诶巛敵龆衰?1005處被輸出，用于進(jìn)一歩處理。DSP 1003可以被配置成計(jì)算來自每個(gè)子ADC 1000-1002的數(shù)據(jù)的平均值。計(jì)算平均值可以等同于對(duì)子ADC 1000-1002的所有輸出求和，并且如果期望，將輸出截短成適當(dāng)?shù)奈粩?shù)。從ADC裝置得到的SNR可以通過例如等式(I)確定。每個(gè)子ADC 1000-1002可以進(jìn)ー步提供校準(zhǔn)輸入1006。例如，當(dāng)用于ー個(gè)信道的校準(zhǔn)輸入1006被激活時(shí)，信道可以從輸入1004斷開，執(zhí)行校準(zhǔn)序列，并且連接回至輸入1004，以恢復(fù)正常操作。用于每個(gè)ADC信道的校準(zhǔn)方案可以通過適合于在每個(gè)子ADC1000-1002中所使用的架構(gòu)的任何方式來實(shí)施。在一個(gè)信道的校準(zhǔn)期間，其余信道可以正常操作。在此期間，得到的SNR可以根據(jù)在該系統(tǒng)中的子ADC 1000-1002的總數(shù)目而略微降低。例如，等式(2)示出了在校準(zhǔn)期間得到的SNR，5M^Z，其中Nsumdc可以對(duì)應(yīng)于子ADC 1000-1002的數(shù)目并且Ic4z可以對(duì)應(yīng)于在校準(zhǔn)中子ADC 1000-1002的數(shù)目。
SNR^hutl IO I.寧.'Mf,t.(2|如從等式(2)所看出的，同時(shí)被校準(zhǔn)的子ADC 1000-1002的數(shù)目#可以是I。從等式(2)也可以看出，通過具有較高數(shù)目的子ADC 1000-1002，可以使得在校準(zhǔn)期間的SNR幾乎等于在正常操作中的SNR。然而，絕大多數(shù)應(yīng)用可以要求SNR在某個(gè)數(shù)目的樣本上平均是適合的。如果與下文方法結(jié)合使用，這可以允許使用較低數(shù)目的子ADC1000-1002?？赡苄枰舾葾DC樣本來執(zhí)行用于大多數(shù)ADC校準(zhǔn)方案的完全校準(zhǔn)。然而，這些樣本不需要是連續(xù)的。這可以允許校準(zhǔn)樣本被散布于較長時(shí)間段上。例如，如果當(dāng)所有子ADC 1000-1002以正常操作模式操作時(shí)執(zhí)行Mn個(gè)樣本，那么，Mcal個(gè)子ADC 1000-1002可以執(zhí)行ー個(gè)單一校準(zhǔn)樣本，隨后是正常操作的Mn個(gè)樣本的新序列。然后，第ニ子ADC 1000-1002執(zhí)行ー個(gè)校準(zhǔn)，隨后是正常操作的Mn個(gè)樣本的新序列。這種序列可以被重復(fù)，直到所有信道每個(gè)已經(jīng)執(zhí)行了所需數(shù)目的校準(zhǔn)樣本M。。平均SNR(SNRavg)以及校準(zhǔn)周期Tm可以如等式(3)中所示的那樣被確定。校準(zhǔn)周期可以是校準(zhǔn)特征能夠多快地追蹤通常由于變化的環(huán)境條件所引起的條件變化的度量。例如，可以通過時(shí)鐘循環(huán)的數(shù)目，測量電源電壓和溫度、Ti。
權(quán)利要求
1.一種被配置成以提高的性能輸出數(shù)據(jù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)裝置，包括 輸入信號(hào)連接器； 輸出信號(hào)端口； 兩個(gè)或更多子ADC，每個(gè)子ADC具有輸出；以及 數(shù)字信號(hào)處理(DSP)塊，被配置成接收每個(gè)子ADC的輸出，所述DSP被配置成獨(dú)立地執(zhí)行每個(gè)子ADC的校準(zhǔn)，而其他子ADC和DSP塊被配置成正常操作和輸出數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中，模擬輸入信號(hào)在被應(yīng)用于每個(gè)子ADC的輸入之前通過獨(dú)立的塊。
3.—種被配置成以提高的性能輸出數(shù)據(jù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，包括 輸入信號(hào)連接器； 輸出信號(hào)端口； 兩個(gè)或更多子ADC，每個(gè)子ADC具有輸出； 數(shù)字信號(hào)處理(DSP)塊，被配置成接收每個(gè)子ADC的輸出，所述DSP被配置成獨(dú)立地執(zhí)行每個(gè)子ADC的校準(zhǔn)，而其他子ADC和DSP塊被配置成正常操作和輸出數(shù)據(jù)；以及 控制機(jī)構(gòu)，被配置成對(duì)每個(gè)信道的校準(zhǔn)排序，以及在操作期間，被配置成連續(xù)保持所有子ADC和DSP塊的最優(yōu)性能。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中，模擬輸入信號(hào)在被應(yīng)用于每個(gè)子ADC的輸入之前，通過獨(dú)立的塊。
全文摘要
一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)裝置包括輸入信號(hào)連接器、輸出信號(hào)端口、兩個(gè)或更多子ADC、數(shù)字信號(hào)處理(DSP)塊，其中，來自每個(gè)子ADC的結(jié)果被DSP塊使用，以便以提高的性能輸出數(shù)據(jù)，并且獨(dú)立地執(zhí)行每個(gè)子ADC的校準(zhǔn)，而其他子ADC和DSP塊正常操作和輸出數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)H03M1/10GK102687402SQ201080048688
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2010年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月29日
發(fā)明者B.赫恩斯, O.莫爾茲沃爾, 伊瓦爾·洛肯 申請(qǐng)人:北極硅設(shè)備公司