本發(fā)明涉及自愈(self-healing)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。

背景技術(shù)：

對可重構(gòu)系統(tǒng)甚至自愈系統(tǒng)日益增加的需求源于多方面的原因和因素。首先，一旦被部署，該種系統(tǒng)將無法再夠及或召回；例如航天飛機(jī)、太空中的衛(wèi)星、火星漫游車，一旦他們被發(fā)射到太空將無法構(gòu)及。其次，恢復(fù)或維修該種系統(tǒng)例如位于北極的設(shè)備、遙遠(yuǎn)沙漠的蜂窩基站、孤立區(qū)域中的裝備和器具過于昂貴。第三，確定根本原因和恢復(fù)系統(tǒng)所需的時間過長將導(dǎo)致?lián)p害已經(jīng)發(fā)生。除此之外，一些設(shè)備例如半導(dǎo)體制造設(shè)備或自動測試設(shè)備(ate)被全天候充分使用，生產(chǎn)線上的任何宕機(jī)都是損失。此外，自動駕駛車輛、智能裝置和智能器具也要求該種系統(tǒng)能夠快速地自我學(xué)習(xí)適應(yīng)環(huán)境變化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

第一方面，一種自愈數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)包括：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器；參數(shù)功能模塊，耦合至數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，用以接收數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的目標(biāo)性能要求并產(chǎn)生一組功能值至數(shù)據(jù)處理器；輔助模塊，用以在一個或多個應(yīng)力條件下捕獲數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器性能；以及處理模塊，耦合至數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，用以根據(jù)一個或多個預(yù)定參數(shù)并基于該目標(biāo)性能要求和該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器性能，向數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器施加應(yīng)力，其中處理模塊基于自愈演算法確定新的參數(shù)，并應(yīng)用這些新的參數(shù)為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生一組新的功能值，直到自適應(yīng)地自愈數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器滿足預(yù)定的閾值條件。

第二方面，采用參數(shù)功能模塊、輔助模塊和處理模塊與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器一起形成一閉環(huán)自愈數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。該自愈過程執(zhí)行初始化步驟以載入默認(rèn)參數(shù)，之后在應(yīng)力測試步驟期間建立相關(guān)于過度的(overstretched)電壓和溫度的性能矩陣表。最后，該過程在自適應(yīng)調(diào)整步驟期間計(jì)算并應(yīng)用最優(yōu)參數(shù)。

該轉(zhuǎn)換器可以具有以下一個或多個優(yōu)點(diǎn)。自愈數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器根據(jù)工藝、供給電壓和溫度變化相應(yīng)地調(diào)整參數(shù)。自愈數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器適應(yīng)環(huán)境變化以滿足目標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器性能。自愈數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器采用降低的性能來維持轉(zhuǎn)換以避免突發(fā)環(huán)境變化發(fā)生在器件上時的系統(tǒng)失效。因?yàn)閿?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器(adcs和dacs)是電子系統(tǒng)中轉(zhuǎn)換真實(shí)世界或“模擬”信號至數(shù)字域或者是自數(shù)字域轉(zhuǎn)換成模擬信號的關(guān)鍵構(gòu)件。自愈系統(tǒng)使得數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器能夠評估自己的性能、自我學(xué)習(xí)、檢測環(huán)境變化、適應(yīng)這些環(huán)境變化并重新配置自己以滿足所需的系統(tǒng)性能。

本發(fā)明更完整的理解及其改進(jìn)可以通過參考附圖獲得，其將簡要概述在本發(fā)明示意性實(shí)施例的下述詳細(xì)說明和所附權(quán)利要求中。

附圖說明

圖1為自愈數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)模塊示意圖。

圖2為自愈模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(adc)的功能模塊示意圖。

圖3為自愈n位adc的一個示意性實(shí)施例的模塊示意圖。

圖4為自愈n位dac的一個示意性實(shí)施例的模塊示意圖。

圖5為自愈n位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器子系統(tǒng)的一個示意性實(shí)施例的模塊示意圖。

圖6為溫度模塊的詳細(xì)框圖。

圖7為soc中溫度模塊的一個示意性實(shí)施例的放置示意圖。

圖8a為自愈數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器工作過程的流程圖。

圖8b為自愈數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器工作過程的初始化步驟的詳細(xì)流程圖。

圖8c為自愈數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器工作過程中的初始化步驟期間的pvt校正的詳細(xì)流程圖。

圖8d為自愈數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器工作過程的應(yīng)力測試步驟的詳細(xì)流程圖。

圖8e為自愈數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器工作過程的自適應(yīng)調(diào)整步驟的詳細(xì)流程圖。

具體實(shí)施方式

下面將參考特定實(shí)施例和一些附圖來描述本發(fā)明，但本發(fā)明并不以此為限。所描述的附圖僅僅是示意性的而非用來限制本發(fā)明。在這些附圖中，出于說明性的目的，部分元件的尺寸可能被夸大而未依比例繪制。

在下述描述和權(quán)利要求中使用的第一、第二、第三及類似術(shù)語是用來區(qū)分相似元件而非用來描述其先后順序?？梢岳斫獾氖牵@些術(shù)語在適當(dāng)情況下可以互換以及本發(fā)明描述于此的實(shí)施例能夠以其他不同于此處描述或示意的順序進(jìn)行操作。

此外，需要指出的是，使用在權(quán)利要求中的術(shù)語“包括”不應(yīng)解釋為被限制在其后所列的手段，其不排除其他元件或步驟。所以，“裝置包括手段a和b”之表述的范圍不應(yīng)限制為該裝置僅僅由元件a和b構(gòu)成，其意思是就本發(fā)明而言，該裝置僅僅相關(guān)的元件是a和b。

同樣地，需要指出的是，術(shù)語“耦合”表示直接和間接耦合而不應(yīng)解釋為僅僅限制在直接耦合。因此，“裝置a耦合至裝置b”之表述的范圍為不應(yīng)限制設(shè)備或系統(tǒng)中的裝置a的輸出直接連接至裝置b的輸入，其意思是在a的輸出和b的輸入之間存在一路徑，且該路徑可能存在其他裝置或手段。

被披露的具有不同功能模塊的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器能夠偵測包含工藝角、供給電壓和溫度信息的環(huán)境變化?；谧杂椒?，這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器能夠評估數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器性能和適應(yīng)該環(huán)境變化。這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器還可以調(diào)節(jié)性能以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的健壯性和避免系統(tǒng)故障。

圖1為自愈數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器100的系統(tǒng)模塊示意圖。該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器110、參數(shù)功能模塊120、輔助模塊130和處理模塊140構(gòu)成。參數(shù)功能模塊120提供功能參數(shù)至數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器110。輔助模塊130與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器110交互信息以獲取數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器性能指標(biāo)(performancemetrics)。處理模塊140使用該性能指標(biāo)計(jì)算最優(yōu)功能參數(shù)。參數(shù)功能模塊120之后傳送更新后的參數(shù)至數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器110以改善數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器性能。處理模塊140通過特定接口150與外部系統(tǒng)160進(jìn)行通信以改變目標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器性能。

如圖1所示，每一個模塊被繪制成不同的形狀以代表它們各自的功能。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器110為虛線矩形，參數(shù)功能模塊120為實(shí)線矩形，輔助模塊130為弧形矩形，以及處理模塊150為六邊形。每一個模塊的功能將描述如下。

處理模塊140通過接口150與外部系統(tǒng)160連接并從外部系統(tǒng)160接收目標(biāo)性能要求。處理模塊140發(fā)送默認(rèn)(default)參數(shù)至參數(shù)功能模塊120，參數(shù)功能模塊120產(chǎn)生一組功能值至數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器110。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器110的性能由輔助模塊130進(jìn)行捕獲和分析。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的性能的分析結(jié)果送至處理模塊140?；趤碜酝獠肯到y(tǒng)160的所需性能和來自輔助模塊130的分析結(jié)果，處理模塊140基于自愈演算法(self-healingalgorithm)計(jì)算新的參數(shù)。參數(shù)功能模塊120使用這些新的參數(shù)并為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生一組新的功能值，其將導(dǎo)致數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的性能改變。該性能改變再次被輔助模塊130收集并傳遞至處理模塊140。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的性能跟隨這些更新的參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。處理模塊140繼續(xù)在外部系統(tǒng)160、參數(shù)功能模塊120和輔助模塊130之間進(jìn)行信息交換以形成一自我學(xué)習(xí)自適應(yīng)的自愈數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)。

圖1所示為一個概念性系統(tǒng)模塊示意圖，圖2為自愈adc200的更詳細(xì)的功能模塊示意圖。類似于圖1，不同的模塊被繪制成不同的形狀以表示它們各自的功能。此處具有三個參數(shù)功能模塊：參考模塊220.1，電源模塊220.2和溫度模塊220.3。此外，具有兩個輔助模塊：輸入源模塊230.1和輸出分析模塊230.2。adc210的參考和電源供給分別由參考模塊220.1和電源模塊220.2提供。輸入源模塊230.1提供輸入信號至adc210，以及輸出分析模塊230.2捕獲adc的輸出。處理模塊240通過接口250與外部系統(tǒng)260進(jìn)行通信。包括溫度模塊220.3在內(nèi)的所有模塊均連接至處理模塊240。基于自愈演算法，來自不同模塊的信息在處理模塊240中進(jìn)行分析和處理。

首先，處理模塊240通過接口250從外部系統(tǒng)260載入目標(biāo)adc性能和adc默認(rèn)參數(shù)。參考模塊220.1、電源模塊220.2和溫度模塊220.3從處理模塊240接收初始參數(shù)并產(chǎn)生所需的參考、供給電壓和溫度至adc210。處理模塊240還命令輸入源模塊230.1發(fā)送已知的輸入信號至adc。輸出分析模塊230.2捕獲adc的輸出并回傳分析結(jié)果至處理模塊240。處理模塊240比較輸入信號和分析結(jié)果的差異，然后基于嵌入的自愈演算法開始計(jì)算這些新的參數(shù)。這些新的參數(shù)被傳遞至參數(shù)功能模塊也即參考模塊220.1、電源模塊220.2和溫度模塊220.3。這三個模塊產(chǎn)生更新的參考、供給電壓和溫度以調(diào)整adc的性能。

圖3為自愈n位(n-bit)adc300的一個示意性實(shí)施例的模塊示意圖。類似于前面的附圖，參數(shù)功能模塊被繪制成實(shí)線矩形，輔助模塊被繪制成弧形矩形、以及處理模塊為六邊形。

adc310由一些功能模塊構(gòu)成。adcanalog310.1和adcdigital310.2分別代表adc的模擬部分和adc的數(shù)字部分。adc310的內(nèi)部具有五個參數(shù)功能模塊：reg_a310.3、reg_d310.4、clock310.5、bias_ref310.6和temp310.7。reg_a310.3和reg_d310.4代表adcanalog310.1和adcdigital310.2的電壓供給調(diào)節(jié)器。clock310.5代表adc的時鐘產(chǎn)生。bias_ref310.6代表偏置電流/電壓產(chǎn)生和參考電壓/電流產(chǎn)生電路。temp310.7代表能夠調(diào)節(jié)硅溫度的溫度模塊。

此處具有五個輔助模塊：輸入源330.1、fft330.2、auxdac330.3、auxadc330.4和工藝監(jiān)控器(processmonitor)330.5。輸入源330.1代表輸入信號產(chǎn)生。fft330.2代表快速傅里葉變換算法。auxdac330.3代表一個(n+1)位低速輔助dac。auxadc330.4代表一個(n+1)位低速輔助adc。工藝監(jiān)控器330.5代表追蹤工藝角(processcorner)信息的監(jiān)控電路。

所有的模塊均連接至管理系統(tǒng)運(yùn)作并通過接口350與soc(片上系統(tǒng))360通信的處理模塊340。處理模塊340通過從soc載入adc默認(rèn)參數(shù)開始該運(yùn)作。這些默認(rèn)參數(shù)首先被傳送至所有的參數(shù)功能模塊，每一個模塊產(chǎn)生相關(guān)功能值至adcanalog和adcdigital。這些功能值可以是adc所需用以執(zhí)行模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換的電壓、電流、時序信息或溫度系數(shù)。接下來，處理模塊通知輸入源330.1產(chǎn)生輸入信號，adc310輸出碼d[n-1:0]被送至fft330.2進(jìn)行輸出信號分析。同時，auxdac、auxadc和工藝監(jiān)控器從adc收集相關(guān)的信息包括：放大器電流、偏置電壓、參考、供給電壓、時鐘延遲、溫度和工藝角等。根據(jù)來自adc輸入、adc分析結(jié)果輸出和soc的收集信息，處理模塊中的算法分析、計(jì)算并產(chǎn)生一組新的參數(shù)。根據(jù)這些新的參數(shù)，這五個參數(shù)功能模塊產(chǎn)生更新的功能值以導(dǎo)致adc性能的改變。adc性能的改變再次由輔助模塊進(jìn)行采樣并發(fā)送至處理模塊。依賴于該算法，處理模塊可以繼續(xù)更新這些參數(shù)以調(diào)節(jié)adc性能直到目標(biāo)數(shù)已經(jīng)達(dá)到或者在一定標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)時凍結(jié)這些參數(shù)。

圖4為自愈n位dac400的一個示意性實(shí)施例的模塊示意圖。dac410由一些功能模塊構(gòu)成。dacdigital410.1和dacanalog410.2分別代表dac的數(shù)字部分和dac的模擬部分。dac410內(nèi)部有五個參數(shù)功能模塊：reg_d410.3代表dacdigital410.1的數(shù)字供給調(diào)節(jié)器，reg_a410.4代表dacanalog410.2的模擬供給調(diào)節(jié)器，clock410.5代表dac的時鐘產(chǎn)生，bias_ref410.7代表偏置電流/電壓產(chǎn)生和參考電壓/電流產(chǎn)生電路，以及temp410.6代表能夠調(diào)節(jié)硅溫度的溫度模塊。

fig.4中有五個輔助模塊：輸入源430.1代表輸入信號產(chǎn)生，頻譜分析器430.2代表用于諧波失真特征分析的片上頻譜分析器，auxdac430.3代表一個(n+1)位低速輔助dac，auxadc430.4代表一個(n+1)位低速輔助adc，以及工藝監(jiān)控器430.5代表追蹤晶圓(wafer)工藝信息的監(jiān)控電路。

系統(tǒng)通常將adc和dac放置在一起以形成一個數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器子系統(tǒng)。圖5為自愈n位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器子系統(tǒng)500的一個示意性實(shí)施例的模塊示意圖，其由n位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器510、處理模塊540和一些輔助模塊構(gòu)成。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器510由兩個主要元件構(gòu)成：n位adc和n位dac。adcanalog510.1代表adc模擬部分，adcdigital510.2代表adc數(shù)字部分。reg1_a510.3和reg1_d510.4為adcanalog和adcdigital的供給調(diào)節(jié)器。clock1510.5、temp1510.6和bias1_ref代表n位adc的時鐘產(chǎn)生、溫度模塊和參考。在dac部分，dacdigital510.11和dacanalog510.12代表dac數(shù)字部分和dac模擬部分。reg2_d510.13和reg2_a510.14為dacdigital和dacanalog的供給調(diào)節(jié)器。clock2510.15、temp2510.16和bias2_ref510.17代表n位dac的時鐘產(chǎn)生、溫度模塊和參考(references)。除了n位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器510之外，還有輸入源530.1、fft530.2和頻譜分析器530.3分別提供輸入信號和捕獲數(shù)字輸出及模擬輸出。auxdac530.4、auxadc530.5和工藝監(jiān)控器530.6分別為輔助adc、輔助dac和工藝追蹤功能電路。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器子系統(tǒng)500的一個獨(dú)特的特征是adc和dac形成一個回環(huán)配置(loopbackconfiguration)以實(shí)現(xiàn)在其正常的工作轉(zhuǎn)換率下進(jìn)行直接性能評估。通過配置dmux510.9，adc輸出do[n-1:0]可以成為dac的輸入di[n-1:0]。類似地，通過配置amux510.8，dac輸出ao可以成為adc的輸入ain。雖然auxdac和auxadc也可以用于監(jiān)控adc和dac的輸出，但是auxdac和auxadc的采樣率低于adc和dac的轉(zhuǎn)換率。因此，僅僅數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的靜態(tài)性能可以獲得。通常，要求2個額外位的[n+2]位輔助數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器被用來采樣[n]位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的信號以提供精確的采樣。該回環(huán)特征能夠?qū)崿F(xiàn)在它們的工作模式的相同轉(zhuǎn)換率下adc或dac性能的即時(on-the-fly)測量。使用回環(huán)配置，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的動態(tài)性能可以被直接測量而無需犧牲轉(zhuǎn)換速度。

像圖5中的temp1或temp2的溫度模塊負(fù)責(zé)傳送硅內(nèi)部的指定溫度。圖6為溫度模塊600的一個詳細(xì)框圖，其由兩個元件構(gòu)成：上半部分是熱產(chǎn)生器610，以及下半部分為傳感器620。熱產(chǎn)生器610由reg610.1、vco610.2和反相器鏈610.3構(gòu)成。reg610.1為電壓調(diào)節(jié)器，其獲取vsupply輸入并產(chǎn)生調(diào)節(jié)后的vreg輸出。vco610.2為壓控振蕩器，其輸出時鐘頻率fclk隨輸入控制電壓vctrl改變。反相器鏈610.3為多個反相器鏈，其獲取fclk作為輸入并工作于vreg供給電壓。傳感器620為溫度傳感器，其能夠?qū)囟绒D(zhuǎn)換成數(shù)字碼。該數(shù)字碼代表溫度信息并被傳送至自愈演算法做進(jìn)一步處理。

溫度模塊用于改變硅溫度。熱源來自于反相器鏈的功耗。運(yùn)行在一定時鐘頻率的一個反相器的功耗可以表示為公式：p＝0.5*f*c*v²，其中p為功耗、f為時鐘頻率、c為電容以及v為供給電壓。

首先，溫度模塊載入默認(rèn)參數(shù)vsupply、vctrl和vreg，之后vco610.2產(chǎn)生時鐘fclk。多個反相器鏈工作在fclk頻率以對電容例如c1610.4進(jìn)行充放電。多個反相器鏈的功耗被轉(zhuǎn)變成硅內(nèi)的熱量。該多個反相器鏈的功耗越大，硅溫度就越高。自愈演算法可以通過增加vctrl電壓或vreg電壓來增加功耗和增加硅溫度。反之，減小vctrl電壓或vreg電壓將減少多個反相器鏈的功耗并導(dǎo)致溫度的降低。

在物理結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)時，溫度模塊必須放置在深n阱內(nèi)且鄰近于欲調(diào)整溫度的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。圖7為soc700內(nèi)溫度模塊的一個示意性實(shí)施例的放置示意圖。soc芯片可以由包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器710、存儲器720、cpu730、電源管理器740和接口750的不同功能模塊構(gòu)成。值得一提的是，模塊示意圖不是按比例繪制的。在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器710內(nèi)具有adc710.1和dac710.2。此處具有四個隔離深n阱710.4、710.6、710.8及710.10且被繪制成圓角矩形。此外，此處具有四個溫度模塊710.3、710.5、710.7及710.9且被繪制成實(shí)線矩形。如圖7所示，溫度模塊710.3、710.5、710.7及710.9被放置在相對應(yīng)的深n阱710.4、710.6、710.8及710.10內(nèi)。深n阱為完全隔離的阱，其能夠吸收反相器鏈產(chǎn)生的噪聲。若沒有這種深n阱，反相器鏈產(chǎn)生的噪聲將可能耦合至數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器而降低其snr(信噪比)性能。溫度模塊應(yīng)當(dāng)放置鄰近其對應(yīng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，以至于其產(chǎn)生的熱量能夠影響該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器電路且其感測的溫度也能夠反映該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器附近的溫度。

自愈數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)模塊示意圖和功能模塊示意圖已示出在圖1和圖2。自愈n位adc、n位dac和n位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器子系統(tǒng)的示意性實(shí)施例的模塊示意圖已分別示出在圖3、圖4和圖5。圖1至圖5為這些自愈數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的硬件功能示意圖。這些硬件功能模塊由以下描述的自愈演算法進(jìn)行控制和配置。

圖8a為自愈數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器算法800的流程圖。具有三個執(zhí)行步驟：初始化步驟810、應(yīng)力測試步驟820和自適應(yīng)調(diào)整步驟830。該算法開始于初始化步驟810以載入初始參數(shù)值；之后，其進(jìn)入應(yīng)力測試步驟，工作環(huán)境被施加應(yīng)力(stressed)以獲取相關(guān)于環(huán)境變化的轉(zhuǎn)換器性能；以及在應(yīng)力測試步驟后，其跳至自適應(yīng)調(diào)整步驟830，使得數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器性能適應(yīng)該環(huán)境變化。決策步驟840用于決定當(dāng)“soc改寫”為真(true)時返回初始化步驟810、或者停留在自適應(yīng)調(diào)整步驟830。決策步驟840“soc改寫”代表這些參數(shù)可以通過外部系統(tǒng)例如主機(jī)控制器被修改或改寫(overwritten)。

對于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器性能，具有各種不同的性能指標(biāo)，例如積分非線性(inl)、差分非線性(dnl)、無雜散動態(tài)范圍(sfdr)、信噪比(snr)、總諧波失真(thd)和有效位數(shù)(enob)。用戶基于系統(tǒng)和應(yīng)用的需求選擇特定的性能指標(biāo)。為了簡化說明，僅僅有效位數(shù)(effectivenumberofbits,enob)被用于評估后續(xù)討論的自愈演算法中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器性能。

圖8b為初始化步驟810的詳細(xì)流程圖。具體為：使用默認(rèn)enob(步驟810.3)或者從外部系統(tǒng)soc載入新的enob要求(步驟810.2)；之后，進(jìn)入pvt校正步驟810.4并在校正后再次檢查(check)。如果enob在校正后仍不滿足，目標(biāo)enob將被減小以加快循環(huán)收斂并結(jié)束初始化步驟。

圖8c為pvt校正步驟810.4的詳細(xì)流程圖。具體為：從工藝監(jiān)控器、auxadc和溫度傳感器分別讀取工藝角信息(步驟810.41)、調(diào)節(jié)器供給電壓(步驟810.42)和溫度(步驟810.43)。收集的工藝角、供給電壓和溫度條件與pvt查詢表進(jìn)行比較以便于為特定的工藝、電壓和溫度(process,voltage,temperature，縮寫為pvt)條件產(chǎn)生最優(yōu)參數(shù)值。pvt查詢表作為一個參考，其定義了enob性能與相關(guān)于工藝、電壓和溫度條件的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器電路參數(shù)之間的關(guān)系。該種pvt查詢表通過器件特征分析獲得。

圖8d為應(yīng)力測試步驟820的詳細(xì)流程圖。應(yīng)力測試為施加過度的(overstretched)電壓和溫度條件，記錄性能指標(biāo)以及確定供給電壓和溫度組合中的最弱設(shè)定(weakestsetting)。首先，其設(shè)定供給電壓至最小電壓vmin(步驟820.1)，之后逐步增大供給電壓直至達(dá)到最大電壓vmax。同時，溫度控制循環(huán)820.3掃描(sweep)該溫度從最低溫度tmin到最高溫度tmax。每一次測試的性能指標(biāo)enob被記錄以及性能矩陣表被建立。除此之外，在步驟820.5中，產(chǎn)生最差enob的條件被確定以及該最差enob的參數(shù)設(shè)定被記錄。

在初始化步驟810和應(yīng)力測試步驟820之后，自愈演算法進(jìn)入自適應(yīng)調(diào)整步驟830。圖8e為自適應(yīng)調(diào)整步驟830的詳細(xì)流程圖。首先，自此前的初始化步驟獲得工藝角信息；之后，測量器件上的當(dāng)前供給電壓和溫度(步驟830.2)。如果收集的工藝、電壓和溫度(pvt)條件匹配該最差enob條件(步驟830.3)，應(yīng)用該最差enob設(shè)定(步驟830.4)、測量enob并報(bào)告至主機(jī)(步驟830.5)、之后結(jié)束自適應(yīng)調(diào)整步驟。

如果測量到的pvt不是記錄的最差enob條件，該算法基于來自先前應(yīng)力測試步驟的性能矩陣表計(jì)算一組最優(yōu)參數(shù)。這些參數(shù)為影響數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器性能的設(shè)計(jì)參數(shù)例如供給電圧、溫度、參考電流、參考電壓、定時延遲(timingdelay)、adc滿量程、運(yùn)放(opamp)電流、濾波器轉(zhuǎn)角頻率等。一旦這些參數(shù)被應(yīng)用至數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器(步驟830.6)，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的enob將通過輔助模塊進(jìn)行評估并與目標(biāo)enob進(jìn)行比較。如果enob要求(requirement)被滿足(步驟830.7)，算法將跳至設(shè)定持續(xù)監(jiān)控的步驟830.12且在之后結(jié)束自適應(yīng)調(diào)整。此處的監(jiān)控步驟分配一個預(yù)定時間來周期性檢查性能。如果因?yàn)槿魏卧蚨鴮?dǎo)致環(huán)境改變，例如溫度漂移或供給偏移，測量得到的enob不滿足目標(biāo)性能，該算法跳至步驟830.8。一個索引(index)n被初始化為0且迭代次數(shù)nmax被設(shè)定為指定數(shù)。在此步驟中，檢查計(jì)數(shù)器索引n的值以查看其是否達(dá)到指定的nmax；如果否，進(jìn)入調(diào)節(jié)電壓&溫度步驟830.9和調(diào)節(jié)采樣率步驟830.10。這兩個步驟830.9和830.10對供給電壓、溫度和采樣率進(jìn)行若干次迭代以改善enob。當(dāng)采樣率減小，信號有更多的時間穩(wěn)定以及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的動態(tài)性能得以改善。如果評估的enob在nmax次迭代后仍然不能滿足目標(biāo)enob，該目標(biāo)enob將被逐漸減小(步驟830.11)，且該目標(biāo)enob保持減小直至滿足測量到的enob。

檢查最差enob條件的步驟830.3快速地確定最差條件并應(yīng)用已經(jīng)記錄的設(shè)定。因?yàn)槠湟呀?jīng)獲知性能在此特定條件下無法滿足，因而能夠快速收斂并避免長時間的迭代和收斂問題發(fā)生。

系統(tǒng)可能會遇到暫時的異常干擾例如太空中的地磁風(fēng)暴或者系統(tǒng)受到黑客攻擊。這種突然變化或突發(fā)應(yīng)力會沖擊設(shè)備并造成系統(tǒng)偏離其正常運(yùn)行狀態(tài)。如果該算法不能收斂，與設(shè)備之間的連接會丟失并導(dǎo)致破壞性系統(tǒng)故障。降低采樣率和減小enob的步驟有助于該演算法的快速收斂，以至于系統(tǒng)能夠保持活性且與主機(jī)的連接能夠得以維持。當(dāng)系統(tǒng)從異常干擾恢復(fù)后，其重新獲取目標(biāo)enob并返回正常運(yùn)行狀態(tài)。

該自愈數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器由硬件實(shí)現(xiàn)(圖1至圖7)和自愈演算法(圖8a至圖8e)構(gòu)成。硬件功能模塊是基于自愈演算法進(jìn)行配置的。這些硬件功能模塊被分成三種類型的模塊：參數(shù)功能模塊120、輔助模塊130和處理模塊140。參數(shù)功能模塊提供設(shè)計(jì)參數(shù)至數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。輔助模塊提供輸入信號至數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器并捕獲數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器輸出以評估性能。處理模塊收集該輸入和輸出分析信息并基于自愈演算法計(jì)算最優(yōu)參數(shù)。該算法中有三個主要步驟：初始化810、應(yīng)力測試820和自適應(yīng)調(diào)整830。初始化步驟首先載入默認(rèn)目標(biāo)性能例如enob，之后進(jìn)行工藝、電壓和溫度(pvt)校正。應(yīng)力測試建立數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器性能和過度的供給電圧及溫度之間的關(guān)系矩陣表以及確定最差性能條件。根據(jù)pvt校正和矩陣表信息，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器能夠適應(yīng)環(huán)境變化例如電壓偏移和溫度漂移。此外，當(dāng)存在影響設(shè)備的突然變化時，該自愈數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器降低轉(zhuǎn)換率或目標(biāo)性能以避免系統(tǒng)失效從而保持系統(tǒng)的健壯性。

以上所述僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi),當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容做出些許更動或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。