用于模数转换器的微处理器辅助校准制造技术

本公开涉及用于模数转换器的微处理器辅助校准。模数转换器(ADC)可具有影响其性能的误差。为了改进性能，许多技术已用于补偿或校正误差。当ADC使用亚微米技术实现时，ADC可以容易并方便地配备片上微处理器，用于执行多种数字功能。片上微处理器和任何合适的数字电路可以实现功能，用于减少这些误差，使得减少某些不希望的伪像，并为高度可配置的ADC提供灵活的平台。片上的微处理器对于随机时间交错的ADC是特别有用的。此外，随机抽样的ADC可以并行地添加到主ADC，用于校准目的。此外，整个系统可包括有效的实施方式，用于纠正ADC中的错误。

Microprocessor aided calibration for analog to digital converters

The present disclosure relates to microprocessor assisted calibration for analog-to-digital converters. Analog to digital converters (ADC) can have errors that affect their performance. In order to improve performance, many techniques have been used for compensation or correction errors. When ADC uses submicron technology, the ADC can be easily and easily equipped with on-chip microprocessors for performing a variety of digital functions. The on-chip microprocessor and any suitable digital circuitry can perform functions for reducing these errors, reducing the number of spurious artifacts desired, and providing a flexible platform for highly configurable ADC. The on-chip microprocessor is particularly useful for random time interleaved ADC. In addition, random sampling of the ADC can be added to the master ADC in parallel to be used for calibration purposes. In addition, the entire system can include effective implementations for correcting errors in ADC.

【技术实现步骤摘要】
用于模数转换器的微处理器辅助校准本申请是申请日为2015年12月17日、名称为“用于模数转换器的微处理器辅助校准”、申请号为201510946480.5的专利技术专利申请的分案申请。优先权数据本专利申请接收受益于或要求于2014年12月17日提交的题为“DIGITALLYASSISTEDTECHNIQUESFORANALOG-TO-DIGITALCONVERTERS”的美国临时申请62/093391的优先权。该临时申请通过引用整体结合到本文中。
本专利技术涉及集成电路的领域，尤其是用于模数转换器的数字辅助技术。
技术介绍
在许多电子应用中，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)。例如，在精度测量系统中，电子装置被设置有一个或多个传感器以进行测量，并且这些传感器可以产生模拟信号。该模拟信号然后将被提供到模数转换器(ADC)作为输入，以产生数字输出信号，以便进一步处理。在另一种情况中，天线基于在空气中携带信息/信号的电磁波产生模拟信号。由天线产生的模拟信号随后作为输入提供到ADC以产生数字输出信号，以便进一步处理。ADC可以应用于许多地方，诸如宽带通信系统、音响系统、接收器系统等。ADC可以转换表示现实世界的现象(例如，光，声，温度或压力)的模拟电信号，用于数据处理的目的。设计ADC是不平凡的任务，因为每个应用程序可在性能、功耗、成本和尺寸具有不同的需求。ADC用于广泛的应用，包括通信、能源、医疗、仪器仪表和测量、电机和电源控制、工业自动化和航空航天/国防。随着需要ADC的应用增长，需要准确而可靠的转换性能也随之增加。一般而言，ADC是将由模拟信号携带的连续物理量转换为表示该量的振幅(或携带该数字值的数字信号)的数字值的电子设备。ADC典型地由构成集成电路或芯片的许多设备组成。ADC通常由下述应用要求定义：它的带宽(它可以正确地转换为数字信号的频率范围)，其分辨率(最大模拟信号可划分并表示数字信号的离散电平的数目)，其信号对噪声比(相对于所述ADC引入的噪声信号，ADC如何准确测量)。ADC具有许多不同的设计，其可根据应用的要求来选择。在许多情况下，设计满足应用要求并同时提供足够性能的ADC是不平凡的。
技术实现思路
模数转换器(ADC)可具有影响其性能的误差，特别是它们的(有效)解析。速度和分辨率通常存在折衷，其中，更高速的ADC倾向于具有较低的分辨率。当ADC的速度变快时，需要采取措施以补偿或校正这些错误更高，从而ADC不获得速度而损失分辨率。为了改进性能，许多技术已用于补偿或校正错误。当ADC用亚微米技术实现时，模数转换器可以容易并方便地配备片上微处理器，用于执行多种数字功能。片上微处理器和任何合适的数字电路可以实现丰富的功能用于减少这些误差，使某些不希望的伪像被减少，并提供高度可配置的ADC的灵活平台。片上微处理器特别有用于随机时间交错ADC。此外，随机抽样的ADC可以并行地添加到主ADC(例如，随机时间交错ADC)，用于校准目的。此外，整个系统可包括有效的实施方式，用于校正ADC(例如，多级ADC)中的误差。附图说明为了提供本公开内容和其特征和优点的更完整理解，可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逐次逼近ADC；图2示出根据本公开的一些实施例，用于SARADC的示例性内部DAC；图3示出根据本公开的一些实施例的示例性分级ADC；图4示出根据本公开的一些实施例的两个示例性流水线型ADC；图5示出根据本公开的一些实施例的示例性Σ-△调制器；图6示出根据本公开的一些实施例的示例性的二阶Σ-△调制器；图7A示出具有两个子ADC的示例性时间交错ADC，以及图7B示出示出用于图7A的示例性时间交错ADC的采样边缘的时序图。图8示出具有专用和专门的模拟或数字处理电路的常规ADC芯片的示例性布局；图9示出根据本公开的一些实施例，具有片上微处理器的ADC芯片的示例性布局；图10示出根据本公开的一些实施例，具有转换器和片上微处理器的系统图；图11示出根据本公开的一些实施例，具有转换器、片上微处理器和时钟发生器的系统图；图12示出根据本公开的一些实施例的流水线ADC的示例性阶段；图13-18示出根据本公开的一些实施例的一系列示例性电压曲线，其示出流水线ADC内的操作以及一个或多个可能的误差源；图19示出根据本公开的一些实施例，具有6个阶段，配备有抖动注入的示例性流水线ADC；图20示出根据本公开的一些实施例，可用于校准的关联方案；图21示出根据本公开的一些实施例的增益误差校正方案；图22示出根据本公开的一些实施例的另一增益误差校正方案；图23A-B示出根据本公开的一些实施例，适于由片上uP执行的示例性校准功能；图24示出根据本公开的一些实施例，具有片上uP的示例性交错ADC的示例性系统图；图25示出根据本公开的一些实施例，用于闪速ADC校准和流水线级校准的示例性硬件流；图26示出根据本公开的一些实施例，用于脉动减法和示例性积累和抽取块的示例性硬件流；图27示出根据本公开的一些实施例的相邻子ADC的采样；图28示出根据本公开的一些实施例的参考和相邻子ADC的采样；和图29示出根据本公开的一些实施例，示例性片上uP与所述芯片的连接以与其余部分进行通信。具体实施方式理解模数转换器(ADC)具有许多种类的ADC，每个旨在输出提供到ADC的模拟输入的数字表示。下面的段落讨论几个这样的种类。ADC的一个示例种类是逐次逼近寄存器模数转换器(SARADC)。SARADC通常用于数据采集应用，特别是其中多个信道被数字化。图1示出根据本公开的一些实施例的示例性逐次逼近ADC。在一个示例中，在断言CONVERTSTART命令时，取样与保持(SHA)置于保持模式，以及除了设置为“1”的MSB，逐次逼近寄存器(SAR)的所有位都复位为“0”。SAR输出驱动内部数模转换器(DAC)。如果DAC输出大于模拟输入，在SAR中的该位复位，否则它留下设置。下一个最高有效位然后被设置为“1”。如果DAC输出大于模拟输入，在SAR中的该位复位，否则它留下设置。该过程依次对于每个位重复。当所有的位已在适当时确定、测试、重置，SAR的内容对应于模拟输入的值，以及转换完成。这些比特“试验”可以形成基于串行输出版本SARADC的基础。除了这个的其他算法可用于产生模拟输入的数字表示。SARADC的精度可受内部DAC的精度的影响。图2示出根据本公开的一些实施例，用于SARADC的示例性内部DAC。示例性内部DAC(使用开关电容或电荷再分配技术所示)可确定SARADC的整体精度和线性。即使采用精确光刻，电容器的匹配并不总是完美的，并且如果未被剪掉会降低SARADC的性能。ADC的另一个示例种类是流水线ADC，其通常归类为高速ADC(例如，具有高于5每秒百万样本(MSPS)或甚至高于10MSPS的取样速率)。流水线型ADC通常用于视频、抽样无线电应用、仪器仪表(数字示波器，数字频谱分析仪)等。流水线ADC具有在其子区域ADC中的起源。图3示出根据本公开的一些实施例的示例性分级ADC。如由这个例子示出，分级ADC有两个阶段：MSB子ADC(SADC)中N1位的“粗”转换，接着在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种随机交错模数转换器，包括：两个或更多个模数转换器，根据伪随机序列对随机交错模数转换器的模拟输入进行时间交错采样，并产生相应数字输出；数字组合器，基于伪随机序列组合所述两个或更多个模数转换器的相应数字输出，以产生随机交错模数转换器的数字输出；参考模数转换器，用于基于随机采样周期对所述模拟输入进行随机采样，并产生表示所述两个或更多个模数转换器的数字输出的参考数字输出；以及校准逻辑，用于基于所述两个或更多个模数转换器的相应数字输出和所述参考数字输出，测量所述两个或更多个模数转换器的交错错误。

【技术特征摘要】
2014.12.17 US 62/093,391;2015.12.01 US 14/955,916;1.一种随机交错模数转换器，包括：两个或更多个模数转换器，根据伪随机序列对随机交错模数转换器的模拟输入进行时间交错采样，并产生相应数字输出；数字组合器，基于伪随机序列组合所述两个或更多个模数转换器的相应数字输出，以产生随机交错模数转换器的数字输出；参考模数转换器，用于基于随机采样周期对所述模拟输入进行随机采样，并产生表示所述两个或更多个模数转换器的数字输出的参考数字输出；以及校准逻辑，用于基于所述两个或更多个模数转换器的相应数字输出和所述参考数字输出，测量所述两个或更多个模数转换器的交错错误。2.如权利要求1所述的随机交错模数转换器，其中每当参考模数转换器对所述模拟输入进行采样时，参考模数转换器与正在对所述模拟输入进行采样的模数转换器之一一起对所述模拟输入进行采样。3.如权利要求1所述的随机交错模数转换器，其中，参考模数转换器的采样频率分散到一定范围的频率。4.如权利要求1所述的随机交错模数转换器，还包括：时钟发生器，用于为参考模数转换器产生具有一定范围的时钟周期的时钟信号，以对所述模拟输入进行随机采样。5.如权利要求1所述的随机交错模数转换器，还包括：一个或多个时钟分频器电路，输出时钟信号的边缘以用于在输入时钟的每X个时钟周期驱动参考模数转换器对所述模拟输入进行采样；以及随机化引擎，随机化由所述一个或多个时钟分频器电路使用的X。6.如权利要求1所述的随机交错模数转换器，其中：所述两个或更多个模数转换器中的任何一个模数转换器的第一分辨率高于参考模数转换器的第二分辨率。7.如权利要求1所述的随机交错模数转换器，其中参考模数转换器用作附加信号路径，所述附加信号路径用于与所述两个或更多个模数转换器并行地转换模拟输入信号。8.一种用于校准随机交错模数转换器的方法，包括：由时钟发生器产生第一时钟信号，第一时钟信号用于控制随机交错模数转换器的两个或更多个模数转换器根据伪随机序列对所述随机交错模数转换器的模拟输入进行时间交错采样；由时钟发生器产生第二时钟信号，第二时钟信号用于触发参考模数转换器以随机周期对所述模拟输入进行随机采样并产生数字输出，其中，当参考模数转换器对所述模拟输入进行采样时，所述两个或更多个模数转换器之一也在大致相同的时间对所述模拟输入进行采样；在一段时间上处理所述两个或更多个模数转换器的相应数字输出和参考模数转换器的数字输出以产生测量结果；基于所述测量结果，确定和所述两个或更多个模数转换器相关的交错错误。9.如权利要求8所述的方法，其中，处理所述两个或更多个模数转换器的相应数字输出和参考模数转换器的数字输出以产生测量结果包括：对于所述两个或更多个模数转换器中的每个模数转换器，确定特定模数...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·C·斯皮尔，E·奥特，N·拉库理纪克，J·P·博雷，
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