数/模转换器及操作方法技术

本发明专利技术涉及数/模转换器及操作方法。一种数/模转换器(506)包含加法器(504)，所述加法器(504)具有多个输入及耦合到所述转换器的输出的输出。所述转换器(506)进一步包含多个数/模DAC元件(640)，每一DAC元件(640)具有耦合到所述加法器(504)的输入的输出，且每一DAC元件(640)具有DAC元件输入。多个比较器(620)具有耦合到DAC元件输入的输出。每一比较器(620)的第一输入耦合到所述转换器的所述输入。每一比较器的第二输入选择性地耦合到经预先确定电压及伪随机位序列(PRBS[n])中的一者。

【技术实现步骤摘要】
数/模转换器及操作方法
本专利技术涉及数/模转换，且特定来说，涉及数/模转换器及操作方法。
技术介绍
增量总和(Δ∑、DS、总和增量、∑Δ)调制是用于将模拟信号编码成数字信号且实施于一些模/数转换器(ADC)中的方法。Δ∑调制还用于将高位计数低频数字信号转换成低位计数更高频数字信号，作为一些数/模转换器(DAC)中将数字信号转换成模拟信号的过程的部分。Δ∑ADC已经发展到其现在适用于转换广泛范围频率内(例如从DC到若干兆赫)的模拟信号的地步。一般来说，Δ∑ADC由过取样调制器接着是数字/抽取滤波器组成，过取样调制器与数字/抽取滤波器一起产生在广泛频率范围内的高分辨率数字流。Δ∑调制器对Δ∑ADC很重要。Δ∑调制器数字化模拟输入信号且在低频率下减少噪声。Δ∑ADC实施噪声整形功能，其将低频噪声推向较高频率，其中所述噪声在所关注频带外。噪声整形是Δ∑ADC良好适用于低频高准确度测量的原因中的一个原因。在常规ADC中，模拟信号经集成或使用取样频率取样且随后在多级量化器中经量化成数字信号，这引入量化误差噪声。Δ∑调制中的第一步骤是Δ调制，借此模拟信号中的变化(其Δ)经编码，而非编码模拟信号的绝对值。结果是脉冲流，如与脉冲码调制情形中的数字流相对照。在Δ∑调制中，调制的准确度通过使数字输出通过1位DAC且将所得模拟信号添加(∑)到输入模拟信号来改进，借此减少由Δ调制引入的误差。在多位连续时间Δ∑调制器中，DAC静态非匹配及符号间干扰(ISI)引起背景噪声(noisefloor)及谐波性能降级。通常，动态元件匹配(DEM)/数据加权平均化(DWA)方案经实施以整形所期望频带外的此噪声。然而，在高速Δ∑ADC中，DEM/DWA块中的额外延迟产生额外环路延迟且引起调制器中的不稳定。
技术实现思路
一种数/模转换器包含加法器，所述加法器具有多个输入及耦合到所述转换器的输出的输出。所述转换器进一步包含多个数/模(DAC)元件，每一DAC元件具有耦合到所述加法器的输入的输出，且每一DAC元件具有DAC元件输入。多个比较器具有耦合到DAC元件输入的输出。每一比较器的第一输入耦合到所述转换器的所述输入。每一比较器的第二输入选择性地耦合到经预先确定电压及伪随机位序列(PRBS[n])中的一者。附图说明图1是实施于模/数转换器(ADC)内的多位Δ∑调制器的框图。图2是图1的Δ∑调制器的框图。图3是图2的Δ∑调制器中的ADC的框图。图4是展示由于图3的DAC中的动态误差及非匹配的依据时钟循环变化的输出信号中的误差的曲线图。图5是克服图4的曲线图中详细描述的问题的Δ∑调制器的实例的框图。图6是图5的Δ∑调制器中的DAC的实例的框图。图7是图5的Δ∑调制器中的估计器的实例的框图。图8是校正动态误差的Δ∑调制器的实例的框图。图9是实施于图8的Δ∑调制器中的DAC的实例的框图。图10是说明校准数/模转换器的方法的流程图。具体实施方式如先前所述，增量总和(Δ∑、DS、总和增量、∑Δ)调制是用于将模拟信号编码成数字信号且实施于包含模/数转换器(ADC)及数/模转换器(DAC)的许多应用中的方法。本文的描述专注于实施于ADC中的Δ∑调制，所述ADC称之为Δ∑ADC。Δ∑调制器首先使用高频Δ∑调制编码模拟信号。接着，Δ∑调制器应用数字滤波器以生成更高分辨率但具有较低取样频率的数字输出。相反地，Δ∑DAC将高分辨率数字输入信号编码成较低分辨率，但更高取样频率信号被映射到电压。使用模拟滤波器使信号平滑以生成模拟输出信号。在两种情况中，暂时使用较低分辨率信号简化了电路设计并提高了效率。图1是实施多位Δ∑调制器102的Δ∑模/数转换器(ADC)100的框图。ADC100包含输入104，其在ADC100的操作期间从信号或电压源108接收模拟信号VIN。ADC100具有输出110，其中数字输出信号VOUT在ADC100的操作期间存在。输出信号VOUT是表示模拟信号VIN的数字信号。在图1的实例中，Δ∑调制器102生成信号120，其是基于正弦模拟信号VIN。信号120具有与模拟信号VIN的振幅成比例的脉冲。举例来说，Δ∑调制器102可使用脉冲密度调制以基于输入104处的输入信号生成信号120。在此实例中，信号120可具有与输入信号的振幅成比例的脉冲密度或平均值。在单位Δ∑调制中(具有仅一个DAC及量化器)，信号120包括脉冲，因为Δ∑调制器102具有仅两个量化电平，其与输入信号VIN的振幅成比例。在多位Δ∑调制中，信号120具有多个量化电平，所以信号120切换接近输出110处的信号电平。本文描述的Δ∑调制器克服由Δ∑调制器中的DAC生成的信号120中的误差。Δ∑调制器102的输出耦合到数字抽取滤波器124的输入，数字抽取滤波器124包含数字滤波器126及抽取器128。数字滤波器126将信号120转换成模拟输入信号VIN的经取样信号，如由信号130展示。以十分高的速率取样信号130，在许多实例中，所述速率比输入信号VIN的尼奎斯特(Nyquist)速率高得多。抽取器128降低取样速率以生成输出信号134，在图1的实例中，输出信号134是ADC的输出信号VOUT。如图1中展示，输出信号134具有比信号130更低的取样速率。因此，抽取滤波器124通过将输出信号134中的噪声推出输出信号134的频带来减少输出信号134中的噪声。图2是Δ∑调制器的实例的框图，Δ∑调制器可包含图1的Δ∑调制器102。Δ∑调制器102包含输入202，其耦合到图1的ADC100的输入104以便接收输入信号VIN。输入202耦合到加法器206，其从输入信号VIN减去信号V21。信号V21可为脉冲式信号，其具有与由调制器102输出的信号V22成比例的振幅。图1的信号120是信号V22的实例。由加法器206生成的信号V23表示输入信号VIN在某一周期内的改变量。更具体来说，输入信号VIN由Δ∑调制器102处理，且从输入信号VIN减去具有与信号V22成比例的振幅的信号V21。因此，信号V23表示输入信号VIN在处理期间或在某一周期期间发生的变化量。加法器206的输出耦合到Δ∑环路滤波器210的输入，Δ∑环路滤波器210在量化器214之前。滤波器210与量化器214的组合生成具有与信号V23的振幅成比例的振幅的信号。Δ∑调制器102是多位装置，所以其具有若干数据线，每一者表示输出信号VOUT的位。量化器214的输出耦合到DAC220的输入。DAC220将从量化器214输出的信号转换成模拟电压V21。前面提及的组件构成负反馈环路，其在所关注频带中在滤波器210中具有高增益，这导致电压V21在所关注频带中几乎等于输入电压VIN。因为电压V22是电压V21的数字表示，所以电压V22在所关注频带中是输入电压VIN的精确数字表示。应注意，电压V22与电压V21匹配的准确度取决于DAC220的准确度。图3是图2的多位DAC220的实例的框图。DAC220具有耦合到电压V22的输入300，其是经量化信号。DAC220具有耦合于两个电压V31与V32之间的电阻器网络304。电压V31对应于信号V22中的最高电压(例如，由量化器214产生的最高电压)，且电压V32对应于信号V22中的最低电压(例如，由量化器214产本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种数/模转换器，其包括：加法器，其具有多个输入及一个输出；所述加法器的所述输出耦合到所述转换器的输出；多个数/模DAC元件，每一DAC元件具有耦合到所述加法器的输入的输出，且每一DAC元件具有DAC元件输入；及多个比较器，每一比较器的输出耦合到单个DAC元件输入，每一比较器的第一输入耦合到所述转换器的所述输入，每一比较器的第二输入选择性地耦合到经预先确定电压输入及伪随机位序列(PRBS[n])输入中的一者。

【技术特征摘要】
2017.04.28 US 15/582,3551.一种数/模转换器，其包括：加法器，其具有多个输入及一个输出；所述加法器的所述输出耦合到所述转换器的输出；多个数/模DAC元件，每一DAC元件具有耦合到所述加法器的输入的输出，且每一DAC元件具有DAC元件输入；及多个比较器，每一比较器的输出耦合到单个DAC元件输入，每一比较器的第一输入耦合到所述转换器的所述输入，每一比较器的第二输入选择性地耦合到经预先确定电压输入及伪随机位序列(PRBS[n])输入中的一者。2.根据权利要求1所述的转换器，其进一步包括处理器，所述处理器可操作以选择所述多个比较器第二输入中的哪一比较器第二输入选择性地耦合到所述经预先确定电压或所述PRBS[n]。3.根据权利要求2所述的转换器，其中所述处理器可操作以将所述多个比较器中的一者的第二输入耦合到所述PRBS[n]同时将所述一个比较器的所述第二输入从所述经预先确定电压解耦。4.根据权利要求2所述的转换器，其中所述处理器可操作以选择性地将第一比较器的第二输入耦合到所述PRBS[n]且同时选择性地将第二比较器的所述第二输入耦合到所述PRBS[n]的补集。5.根据权利要求1所述的转换器，其进一步包括电阻性网络，所述电阻性网络具有多个节点，每一节点提供选择性地耦合到所述多个比较器的所述第二输入中的每一者的经预先确定电压。6.根据权利要求5所述的转换器，其进一步包括多个开关，每一开关与所述电阻性网络中的个别电阻器并联耦合，其中个别开关可操作以使耦合到比较器的第二输入的个别电阻器分流。7.根据权利要求1所述的转换器，其进一步包括电阻性网络，所述电阻性网络可操作以提供所述多个经预先确定电压，其中每一比较器的所述第二输入选择性地耦合到：所述电阻性网络的至少一个经预先确定电压、所述PRBS[n]或所述PRBS[n]的所述补集。8.根据权利要求7所述的转换器，其进一步包括多个开关，每一开关与所述电阻性网络中的个别电阻器并联耦合，其中所述个别开关可操作以使耦合到比较器的第二输入的个别电阻器分流，所述比较器具有耦合到所述PRBS[n]或所述PRBS[n]的所述补集的第二输入。9.一种ΔΣ调制器，其包括：环路滤波器，其具有滤波器输入及滤波器输出；数字信号发生器，其可操作以生成数字信号；数/模转换器DAC，其包括：数字输入，其耦合到所述滤波器输出；模拟输出，其耦合到所述滤波器输入；多个比较器，每一比较器具有耦合到所述数字输入的第一输入，且每一比较器具有选择性地耦合到所述数字信号及经预先确定电压中的一者的第二输入；多个DAC元件，每一DAC元件的输入耦合到所述多个比较器中的一者的输出，且所述多个DAC元件的所述输出耦合到所述模拟输出；及校正器，其耦合到所述滤波器输出，所述校正器可操作以将校正系数应用于所述滤波器输出；及估计器，其耦合到所述校正器及所述数字信号发生器，所述估计器可操作以响应于比较器耦合到所述数字信号及从所述经预先...

【专利技术属性】
技术研发人员：约刚内森·文卡塔拉曼，易莎恩·米格拉尼，卡蒂科扬·古奈斯卡伦，
申请(专利权)人：德州仪器公司，
类型：发明
国别省市：美国,US