模数转换器的比较器偏移的后台估计制造技术

本申请涉及模数转换器的比较器偏移的后台估计。流水线模数转换器(ADC)在几个阶段转换模拟输入信号，其中一个阶段为后续阶段产生残基进行数字化。残基通过粗量化模拟输入信号生成以产生数字码，它用于重建模拟输入信号，以及残基是模拟输入信号和模拟输入信号的重构版本之间的差异。粗量化可以有误差，这些都归功于比较偏移和带宽失配。为了估算比较偏移而不敏感于输入分布和/或带宽失配，峰值和波谷探测器用来跟踪残基的最大值和最小值或ADC的随时间的输出，与估算比较偏移的期望值可以基于最大和最小值来计算。预期值有利地“平均”出对偏移的带宽失配贡献。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成电路的领域，尤其是以不敏感于带宽失配和/或输入分布的方式模数转换器的比较器偏移的后台估计。
技术介绍
在许多电子应用中，使用模数转换器(ADC)将模拟输入信号转换为数字输出信号(例如，用于进一步的数字信号处理)。一般来说，ADC是将模拟信号携带的连续的物理量转换为代表该量的幅值(或携带该数字数值的数字信号)的数字编号的电子设备。ADC可以用于许多地方，诸如宽带通信系统、音响系统、接收器系统等。例如，在精密测量系统中，电子装置被设置有一个或多个传感器进行测量，并且这些传感器可产生的模拟信号。然后该模拟信号被提供到ADC的输入，以产生用于进一步处理的数字输出信号。在另一实例中，天线基于空气中携带信息/信号的电磁波产生模拟信号。然后，由天线产生的模拟信号被作为输入提供到ADC以产生用于进一步处理的数字输出信号。ADC典型地由构成成电路或芯片的许多电子元件组成，以及ADC可以由以下的应用要求来定义：其速度，其带宽(模拟信号，可以正确地转换为数字信号的频率范围)，其分辨率(离散电平的数量，最大模拟信号分为和表示在数字信号)，其信噪比(ADC可以如何准确测量相对于噪声ADC引入的信号)，等等。ADC被应用于广泛的应用，包括通信、能源、医疗、仪器仪表和计量、电机和电源控制、工业自动化及航天/国防。ADC具有许多不同的设计，其可根据应用的要求进行选择。模数转换器提供用于电子的必要功能，以及设计ADC是不平凡的任务，因为每个应用可以具有不同要求集。
技术实现思路
流水线模数转换器(ADC)在几个阶段转换模拟输入信号，其中一个阶段为后续阶段产生残基进行数字化。残基通过粗量化模拟输入信号生成以产生数字码，它用于重建模拟输入信号，以及残基是模拟输入信号和模拟输入信号的重构版本之间的差异。粗量化可以有误差，这些都归功于比较偏移和带宽失配。为了估算比较偏移而不敏感于输入分布和/或带宽失配，峰值和波谷探测器用来跟踪残基的最大值和最小值或ADC的随时间的输出，与估算比较偏移的期望值可以基于最大和最小值来计算。附图说明为了提供本公开内容和特征和优点的更完整理解，结合附图参考下面的描述，其中类似的参考数字表示相同的部件，其中：图1示出根据本公开的一些实施例的示例性流水线ADC；图2示出比较器偏移对于放大残基的影响；图3示出根据本公开的一些实施例，比较器偏移和带宽的失配对放大残基的影响；图4示出根据本公开的一些实施例，用于估计模拟数字转换器(ADC)的子模数转换器(子ADC)的比较偏移的后台方法的流程图，而不敏感于输入分布和/或子ADC的带宽匹配；图5示出根据本公开的一些实施例的具有慢攻击和慢泄露的漏槽检测器；图6示出根据本公开的一些实施例具有快速攻击和慢泄露的漏槽检测器；图7示出根据本公开的一些实施例，用于在图4所示的后台方法的示例性数据处理流程；图8示出根据本公开的一些实施例，具有电路用于估计子模数转换器的模数转换器(ADC)(子ADC)的比较偏移的流水线ADC的系统图，而不敏感于子ADC的输入分布和/或带宽匹配；和图9示出根据本公开的一些实施例，说明用于估计模数转换器(ADC)的子模数转换器(子ADC)的比较器偏移的后台方法的流程图；和图10示出根据本公开的一些实施例，示出用于在流水线的模数转换器(ADC)中阶段残基的下冲或过冲校正的快速补偿方法的流程图。具体实施方式理解模数转换器(ADC)ADC有许多不同特点，每个都具有自己的优点和缺点。特点包括Δ-Σ模数转换器、子区域ADC、流水线ADC等。根据不同的应用，特定的种类可被选择以满足一组要求。例如，流水线ADC通常归类为高速ADC(例如，每秒一百万样本(MSPS)或甚至高于10MSPS采样率)。因此，流水线型ADC经常用于宽带、通信、视频、软件无线电应用、仪器仪表(数字示波器，数字频谱分析仪)等。图1示出根据本公开的一些实施例的示例性流水线ADC。流水线ADC分阶段转换模拟输入信号。子ADC102粗略地转换在IN提供的模拟输入信号，并产生数字输出码。子ADC的示例包括闪速ADC、2位ADC、3位ADC、4位ADC，和任何合适的低分辨率ADC。子ADC102可包括多个比较器，其比较输入IN和多个不同的参考电压，并且相应产生代表输入IN的数字输出(例如，输出代码)。数字输出代码(这是模拟输入信号的粗略转换)由子DAC104被转换回模拟，以生成模拟输入信号的重构版本。模拟输入信号的重构版本由求和(或差)节点106从(手持)模拟输入信号减去。模拟输入信号和模拟输入信号的重构版本之间的差然后由残基放大器108放大，以产生残基信号VR。残基信号VR然后提供在后端110的进一步阶段，用于数字化。从多个阶段的数字输出码被组合，以提供流水线ADC的最终或整体数字输出。为了提供高的采样率(即，高速转换)，每两个阶段上的数据进行操作转换周期的一半，然后事先于采样时钟的下一个阶段，将它的残基输出到下一级“流水线”。流水线ADC的术语“流水线”指的是在任何给定的时钟周期一个阶段处理前一级的数据的能力。在特定时钟周期的每个阶段结束时，使用跟踪/保持功能，给定阶段的输出被传递到下一个阶段，并且新数据被移入阶段。除了“流水线”的最后一级的所有数字输出可以存储在适当数量的移位寄存器，使得到达校正逻辑的数字数据对应于相同的样本。通常，乘法DAC(MDAC)112(其可以包括可包括采样和保持电路(未示出)、分DAC104、求和/差值节点106以及残基放大器108)被用来提供级间的适当量增益以及减法功能。由本领域技术人员所理解的，有许多不同的实现或设计用于流水线ADC。例如，一些流水线ADC使用闪存器作为构建块，其中，所述闪速转换器利用并行比较器，每个操作由一电阻梯形网络确定的稍微不同的基准电压(阈值)。在某些其他实例中，一些模数转换器利用其它架构用于各个ADC。在流水线ADC的子ADC的错误和测量误差挑战理想地，残基VR应具有相对于模拟输入信号的常规锯齿图案，例如，具有值范围从-FS/4至FS/4(FS代表“满刻度”，例如，该范围可以从Vref/2到-Vref/2)。然而，流水线级的子ADC(例如，图1的子ADC102)是不理想的，以及残基VR可表现出在锯齿图案不完善步进。例如，如果子ADC的比较器具有偏置(即，比较器使用的阈值不再在理想/预期值)，将残基物VR可在ADC阈值过冲或下冲。残基物VR的过冲或下冲可以成为一个问题，因为正确的转换通常要求被提供给下一阶段的残基信号VR被限制在可接受电压的范围内。向下一阶段提供残基VR在可接受电压的范围之外(“过度测距”)会导致(灾难性)转换错误。图2示出比较器对放大残基偏移的效果。由于比较器的比较器偏移量负责代码0001和0010，放大残基MDAC输出VR达到-FS/4和-FS/2之间的范围内。比较器偏移通常在流水线ADC耐受性很好，因为导致在每个级输出的“校正范围”或“纠错预算”的阶段冗余。措辞不同地，如果残基不超过可接受的电压的范围到下一阶段，流水线ADC继续正常操作。在本实施例中，纠错预算允许电压范围高达-FS/2到FS/2的(例如，Vref至-Vref)。只要残基VR为修正范围内，它可以通过以下阶段校正，而不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于估计模数转换器(ADC)的子模数转换器(子ADC)的比较器偏移量的方法，该方法包括：确定数据样本(1)基于子ADC的输入信号和输入信号的重构版本生成的残基信号或(2)子ADC的输入信号，其中，所述数据样本对应于第一代码或邻近代码，第一代码或相邻代码关联于由子ADC的比较器进行的比较；随着时间，跟踪(1)对应于所述第一代码的数据样本的最大值和/或(2)对应于相邻代码的数据样本的最小值；和基于所述最大值和/或最小值，确定估算比较器的偏移量的期望值。

【技术特征摘要】
2015.07.07 US 14/793,5241.一种用于估计模数转换器(ADC)的子模数转换器(子ADC)的比较器偏移量的方法，该方法包括：确定数据样本(1)基于子ADC的输入信号和输入信号的重构版本生成的残基信号或(2)子ADC的输入信号，其中，所述数据样本对应于第一代码或邻近代码，第一代码或相邻代码关联于由子ADC的比较器进行的比较；随着时间，跟踪(1)对应于所述第一代码的数据样本的最大值和/或(2)对应于相邻代码的数据样本的最小值；和基于所述最大值和/或最小值，确定估算比较器的偏移量的期望值。2.如权利要求1所述的方法，进一步包括：基于所述预期值校准或校正偏移。3.如权利要求1所述的方法，其中，子ADC是流水线模数转换器的任何阶段的闪速ADC或量化器。4.如权利要求1所述的方法，其中：跟踪数据样本的最大值包括：基于当前最大值和数据样本和当前最大值的当前数据样本之间的第一差值生成新的最大值；和跟踪数据样本的最小值包括：基于当前最小值和数据样本的当前数据样本和当前最小值之间的第二差值生成新的最小值。5.如权利要求4所述的方法，其中：第一差值由第一系数调整，并与当前最大值相结合；和第二差值由第二系数调整，并与当前最大值相结合。6.如权利要求5所述的方法，其中：第一系数的值取决于所述第一差值是正还是负；和第二系数的值取决于所述第二差值是正还是负。7.如权利要求1所述的方法，其中：数据样本都基于残差信号；和基于最大值和/或最小值确定期望值，包含：随着时间，累加代表当前最大值和当前最小值之间的中点值；以及基于累加值确定预期值。8.如权利要求1所述的方法，其中：数据样本基于子ADC的输入；和基于最大值和/或最小值确定期望值，包含：随着时间，累加最大值和/或最小值；和基于累加值确定预期值。9.如权利要求1所述的方法，进一步包括：检测一个或多个数据样本越过预定阈值；和不管预期值，响应于检测到一个或多个数据样本越过预定阈值，施加校正到所述比较器。10.如权利要求1所述的方法，进一步包括：基于所述预期值和权重因子校准或校正比较器的偏移，所述权重因子控制比较器偏移的校准或校正的时间常数。11.如权利要求1所述的方法，进一步包括：注入抖动信号到子ADC；和/或混洗子ADC的比较器，以确保该子ADC的所有比较器用于随时间转换抖动信号。12.一种用于估计模数转换器(ADC)的子模数转换...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·M·A·阿里，P·博拉斯卡，H·迪恩克，A·S·摩根，
申请(专利权)人：美国亚德诺半导体公司，
类型：发明
国别省市：美国;US