DAC开关失配误差的数字测量制造技术

对于使用反馈数模转换器(DAC)用于转换的模数转换器(ADC)，最终的模拟输出会受反馈DAC的误差影响或由于反馈DAC的误差而失真。可以实现数字测量技术来确定连续时间德尔塔西格玛调制器(CTDSM)或连续时间流水线调制器中的反馈DAC的开关失配误差。该方法强制每个DAC单位元件(UE)开关一定量的次数，然后使用调制器本身来测量分别由于那些开关活动所导致的误差。所获得的误差可以存储在查找表中且在数字域或模拟域内完全校正。

Digital measurement of mismatch error in DAC switching

For analog to digital converters (ADC) using feedback digital to analog converter (DAC), the final analog output will be affected by the feedback DAC error or distorted due to the feedback DAC error. Digital measurement techniques can be implemented to determine the switching mismatch error of the feedback DAC in a continuous time delta sigma modulator (CTDSM) or a continuous time pipelined modulator. This method forces each DAC unit (UE) to switch a certain number of times, and then uses the modulator itself to measure errors due to the switching activity, respectively. The errors obtained can be stored in the look-up table and fully corrected in a digital or analog domain.

【技术实现步骤摘要】
DAC开关失配误差的数字测量优先权数据本申请是受益于名称为DIGITALMEASUREMENTOFDACSWITCHINGMISMATCHERROR(DAC开关失配误差的数字测量)的美国临时专利申请(提交于2015年12月15日，序号为62/267,613)的非临时专利申请。该美国临时专利申请全文通过引用方式合并于此。
本公开一般涉及模数转换器(ADC)，更特别地涉及德尔塔西格玛调制器(deltasigmamodulator)或流水线调制器(pipelinemodulator)中的数模转换器开关失配误差的数字测量。
技术介绍
在许多电子应用中，模拟输入信号转换成数字输出信号(例如，用于进一步数字信号处理)。例如，在精确测量系统中，电子设备设有一个或多个传感器来进行测量，并且这些传感器可以生成模拟信号。模拟信号随后作为输入将提供给ADC以生成数字输出信号以便进一步处理。在另一实例中，天线基于在空中承载信息/信号的电磁波来生成模拟信号。通过天线所生成的模拟信号随后作为输入提供给ADC以生成数字输出信号以便进一步处理。ADC可见于许多地方，如宽带通信系统、音频系统、接收机系统等。ADC能够变换表示真实世界现象如光、声、温度或压力的模拟电信号以用于数据处理目的。ADC用于范围广泛的应用，包括通信、能源、健康、仪器与测量、电动机与动力控制、工业自动化和航空/防御。设计ADC绝非易事，因为每个应用可能具有速度、性能、功率、成本和尺寸方面的不同需要。由于需要ADC的应用增长，对于精确且可靠的转换性能的需要也增长。附图说明为了提供对本公开及其特征和优点的更完整的理解，参考以下结合附图给出的说明书，在附图中相似的附图标记表示相似的部件，其中：图1是德尔塔西格玛模数转换器(DSADC)的示例性的系统示意图；图2是根据本公开的一些实施方案的1-2连续时间多级德尔塔西格玛模数转换器(CTMASHADC)的示例性的系统示意图；图3A示出了根据本公开的一些实施方案的示出了开关边沿差和输送的误差电荷e(t)的两个DAC元件的当前输出；图3B示出了根据本公开的一些实施方案的由于开关失配误差引起而输送的误差电荷e(t)；图4示出了根据本公开的一些实施方案的开关失配误差测量方案的框图；图5是示出根据本公开的一些实施方案的用于数字估计和校准DAC元件的开关失配误差的方法的流程图。具体实施方式对于使用反馈数模转换器(DAC)用于转换的模数转换器(ADC)，最终的模拟输出会受反馈DAC的误差影响或者由于反馈DAC的误差而失真。数字测量技术能够实现以确定(连续时间)德尔塔-西格玛调制器(CTDSM)或(连续时间)流水线调制器中的反馈DAC的开关失配误差。该方法强制每个DAC单位元件(UE)开关一定量的次数且然后使用调制器自身来测量分别由于那些开关活动导致的误差。所获得的误差可以存储在查找表中。所获得的误差可以在数字域或模拟域中完全校正。模数转换器的设计考虑：来自反馈DAC的误差ADC是将模拟信号所载有的连续物理量转换成表示量的振幅的数位(或者转换成载有该数位的数字信号)的电子器件。转换涉及模拟输入信号的量化，因此其将引入小量的误差。通常，量化通过模拟输入信号的周期性采样而发生。结果是已经将连续时间和连续振幅模拟输入信号转换成离散时间和离散振幅数字信号的数字值序列(即，数字信号)。ADC能够由以下应用要求来限定：其带宽(其能够正确地转换成数字信号的模拟信号的频率范围)及其分辨率(最大模拟信号能够划分成数字信号且以数字信号表示的离散电平的数量)。ADC还具有用于量化ADC动态性能的各种规格，包括信噪失真比(SINAD)、有效位数(ENOB)、信噪比(SNR)、总谐波失真(THD)、总谐波失真加噪声(THD+N)和无杂散动态范围(SFDR)。ADC具有许多不同的设计，可以基于应用要求和性能规格来选择设计。基于德尔塔-西格玛(DS)调制器(下文称为“DSADC”)的ADC已经广泛地用于数字音频和高精度仪器系统。图1是德尔塔西格玛模数转换器(DSADC)的示例性的系统示意图，或者有时在本文称为德尔塔西格玛调制器。DSADC包括环路滤波器102、量化器104和反馈数模转换器(DAC)106(即，DSADC的反馈路径中的DAC)。DSADC通常提供了能够以高分辨率、低成本将模拟输入信号转换成数字信号的优点。通常，DSADC利用DS调制器对模拟信号u编码。量化器104可用于该目的，采用例如低分辨率ADC作为1位ADC、闪速ADC、闪速量化器等。然后，如果可应用，则DSADC能够将数字滤波器(未示出)应用于DS调制器(即，量化器104)的输出以形成更高分辨率的数字输出。具有一个或多个积分器的环路滤波器102可被包含以提供对DSADC的误差反馈以及帮助将来自量化器104的基带外的噪声整形成更高的频率。通常通过考虑原始模拟输入信号u与利用反馈DAC106生成的原始模拟输入信号的重构版本之间的差别而产生误差(其中数字化信号v转回模拟信号)。DSADC的一个关键特性是其将量化噪声q(来自量化器104)推到更高频率(也称为噪声整形)的能力。噪声整形的量取决于环路滤波器102的阶。结果，DSADC通常能够实现高分辨率模数转换。由于其普遍性，已经提出了DSADC和采用DSADC的结构的许多变型例。反馈DAC106典型地为具有模数转换器(ADC)的反馈构造。也即，ADC的数字输出“v”被馈送到反馈DAC106的输入，并且反馈DAC的输出被反馈给ADC的输入路径。一般而言，反馈DAC106是利用由反馈DAC的输入位控制的多个单位元件实现的多位DAC。每一个单位元件，例如，电流导引单元，由馈给反馈DAC106的输入数字代码v生成反馈DAC的模拟输出信号的部分。在一些情况下，这些单位元件被称为构成反馈DAC106的DAC元件。DAC元件在一些情况下称为单位元件，因为理想地向电流导引电路导引了与到输出的相同量的电流(即，DAC元件被相同加权或者具有相同的权重)。已经对DSADC提出了不同的变型来实现各种适合于各种系统的优点。在一些应用中，DSADC已经适于满足功率担忧，而一些其它DSADC已经适于降低复杂度。在一些情况下，DSADC已经适于通过提供对误差和/或噪声的增强的控制来满足精度担忧。例如，对于着重于噪声整形的应用，可以使用更高阶的DS调制器，即在环路滤波器使用更多的积分器和反馈路径，用于将甚至更多的量化噪声整形到高频。德尔塔-西格玛ADC(例如，图1)使用与过采样结合的量化噪声的整形来权衡分辨率与信号带宽。更高阶噪声整形和多位实现方式允许更进取的权衡，但是风险是导致ADC不稳定。已经引入了具有多个DSADC的多级噪声整形(MASH)ADC。一般而言，MASHADC具有多级，例如，多个DSADC。在一个实施例中，MASHADC可以具有两级，例如，前端和后端。每级接受相应的模拟输入且输出相应的数字输出。在一些情况下，各级接受相同的模拟输出。在一些情况下，各级接受不同的模拟输入。例如，一些MASHADC具有前端和后端，其中每个调制器的输入都不同。一些MASHADC具有其中级的实现方式不同的各级。MASHADC通过依赖于单独稳定的德尔塔-西格玛调制器的级联来解决不稳定本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于测量开关失配误差的方法，包括：将固定频率方波信号应用于反馈数模转换器(DAC)的测试中的元件的输入，其中所述反馈DAC具有输出和输入，所述输出与具有反馈环构造的模数转换器(ADC)的模拟输入耦合，所述输入与所述ADC的数字输出耦合；以及基于所述固定频率方波和所述ADC的数字输出来测量反馈数模转换器的测试中的元件的开关失配误差。

【技术特征摘要】
2015.12.15 US 62/267,613;2016.11.23 US 15/360,6171.用于测量开关失配误差的方法，包括：将固定频率方波信号应用于反馈数模转换器(DAC)的测试中的元件的输入，其中所述反馈DAC具有输出和输入，所述输出与具有反馈环构造的模数转换器(ADC)的模拟输入耦合，所述输入与所述ADC的数字输出耦合；以及基于所述固定频率方波和所述ADC的数字输出来测量反馈数模转换器的测试中的元件的开关失配误差。2.如权利要求1所述的方法，还包括：将所述ADC的模拟输入与地短接。3.如权利要求1所述的方法，其中所述开关失配误差的测量包括累加所述ADC的数字输出的样本。4.如权利要求1所述的方法，其中：所述开关失配误差的测量包括将所述ADC的数字输出的样本之和除以跃迁数量；以及所述跃迁数量是所述固定频率方波的频率乘以所述固定频率方波应用于测试中的元件的输入的时间段。5.如权利要求1所述的方法，还包括：在所述固定频率方波信号应用于测试中的元件的输入的同时，所述ADC的数字输出应用于所述反馈DAC的其它元件。6.如权利要求1所述的方法，还包括：强制所述反馈DAC的一个或多个其它元件输出值，其中所述值被选为使得当正在测量所述开关失配误差时测试中的元件不切换。7.用于测量开关失配的电路，包括：测量块，当固定频率方波正在驱动反馈数模转换器(DAC)中的元件的输入时，所述测量块累加具有反馈DAC的模数转换器(ADC)的数字输出的样本；以及除法块，其基于累加的数字输出的样本和通过所述固定频率方波引入测试中的元件的输入的跃迁的数量来确定开关失配误差。8.如权利要求7所述的电路，其中：所述跃迁数量是所述固定频率方波的频率乘以所述固定频率方波应用于所述测试中的元件的输入的时间段。9.如权利要求7所述的电路，还包括：缓冲器，其用于存储当伪随机抖...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵嘉林，
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