在多级Δ‑Σ模数转换器中的信号传递函数均衡制造技术

本公开在多级Δ‑Σ模数转换器中的信号传递函数均衡。通常，复杂系统在模数转换器(ADC)的输出处需要单独且昂贵的均衡器。并非提供单独的均衡器，多级态噪声整形(MASH)ADC的有效信号传递函数(STF)可以通过利用用于量化噪声消除所需的可用数字滤波硬件来修改。修改可以包括在之前经提供用于计算数字量化噪声消除滤波器系数的软件中添加计算，其中添加计算也考虑均衡。因此，可以修改信号传递函数以满足ADC或系统级信号链规格，而无需额外的均衡硬件。该方法对于其中幅度和相位响应更难以满足的高速应用特别有吸引力。

The signal in the multilevel delta sigma analog-to-digital converter transfer function in equilibrium

The public signal in the multilevel delta sigma analog-to-digital converter transfer function in equilibrium. Typically, complex systems require separate and expensive equalizers at the output of an analog-to-digital converter (ADC). Instead of providing separate equalizers, the multilevel state noise shaping (MASH) ADC's effective signal transfer function (STF) can be modified by using the available digital filtering hardware needed for quantizing noise cancellation. Modifications may include adding calculations before adding software for calculating digital quantization noise, eliminating filter coefficients, in which additional calculations are also considered balanced. As a result, the signal transfer function can be modified to meet the ADC or system level signal chain specifications without the need for additional equalization hardware. The method is particularly attractive for high-speed applications where amplitude and phase responses are more difficult to meet.

【技术实现步骤摘要】
在多级Δ-Σ模数转换器中的信号传递函数均衡优先权数据本申请是一种非临时专利申请，其受益于标题为“SIGNALTRANSFERFUNCTIONEQUALIZATIONINMULTI-STAGEDELTA-SIGMAANALOG-TO-DIGITALCONVERTERS”(于2015年12月15日提交，序列号62/267,330)的美国临时专利申请的权益。该美国临时专利申请的全部内容通过引用并入本文。
本公开一般涉及模数转换器(ADC)，更具体地涉及多级Δ-Σ模数转换器(MASHADC)中的信号传递函数均衡。
技术介绍
在许多电子应用中，模拟输入信号被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，在精密测量系统中，电子设备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生成模拟信号。然后，模拟信号将被提供给模数转换器(ADC)作为输入，以生成数字输出信号用于进一步处理。在另一种情况下，天线基于携带空气中的信息/信号的电磁波产生模拟信号。然后由天线产生的模拟信号作为输入提供给ADC，以产生数字输出信号用于进一步处理。ADC可以在诸如宽带通信系统，音频系统，接收器系统等许多地方找到。ADC可以转换表示真实世界现象(例如，光，声音，温度或压力)的模拟电信号，用于数据处理目的。ADC用于广泛的应用，包括通信、能源、医疗保健、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。设计ADC是一项非常重要的任务，因为每个应用在速度、性能、功耗、成本和尺寸方面可能有不同的需求。随着需要ADC的应用的增长，对精确和可靠的转换性能的需求也在增长。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，参考结合附图进行的以下描述，其中相同的附图标记表示相同的部分，其中：图1是Δ-Σ模数转换器(DSADC)的示例性系统图；图2示出了具有数字量化噪声消除的示例性两级MASHADC；图3是在ADC的输出处具有单独均衡器的无线接收器系统；图4A示出了具有数字量化噪声消除的示例性两级MASHADC；图4B示出根据本公开的一些实施例的具有数字量化噪声消除和均衡的示例性两级MASHADC；和图5示出根据本公开的一些实施例的用于生成数字噪声量化消除和均衡滤波器的示例性方法；图6示出了根据本公开的一些实施例的示例性DSTF2和DNTF1示例；图7示出根据本公开的一些实施例的实现期望的STF的期望STF和均衡器响应；图8示出了根据本公开的一些实施例的示例性可编程滤波器响应；图9示出根据本公开的一些实施例的用于数字噪声量化消除和均衡的示例性方法；图10A-C示出根据本公开的一些实施例的用于数字噪声量化消除和均衡的方法；和图11示出根据本公开的一些实施例的用于数字噪声量化消除和均衡的示例性方法。具体实施方式通常，复杂系统在模数转换器(ADC)的输出处需要单独且昂贵的均衡器。并非提供单独的均衡器，多级噪声整形(MASH)ADC的有效信号传递函数(STF)可以通过利用用于量化噪声消除所需的可用数字滤波硬件来修改。修改可以包括在先前提供用于计算数字量化噪声消除滤波器系数的软件中添加计算，其中添加计算以考虑均衡。因此，可以修改信号传递函数以满足ADC或系统级信号链规格，而无需额外的均衡硬件。该方法对于其中幅度和相位响应更难以满足的高速应用特别有吸引力。设计模数转换器。ADC是将由模拟信号携带的连续物理量转换为表示该量的幅度的数字值(或携带该数字值的数字信号)的电子设备。该转换涉及模拟输入信号的量化，因此它将引入少量的误差。通常，通过模拟输入信号的周期性采样来进行量化。结果是将连续时间和连续幅度模拟输入信号转换为离散时间和离散幅度数字信号的数字值序列(即，数字信号)。ADC可以通过以下应用要求来定义：其带宽(其可以适当地转换为数字信号的模拟信号的频率范围)及其分辨率(离散电平的数量，最大模拟信号可以被划分并表示为数字信号)。ADC还具有用于量化ADC动态性能的各种规范，包括信号与噪声和失真比(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，可以根据应用要求和性能规格进行选择。基于Δ-Σ(DS)调制(本文称为“DSADC”)的ADC已经广泛地用于数字音频和高精度仪器系统中。图1是Δ-Σ模数转换器(DSADC)的示例性系统图，或者在本文中有时称为Δ-Σ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，在DSADC的反馈路径中的DAC)。DSADC通常提供能够以低成本以高分辨率将模拟输入信号转换为数字信号的优点。通常，DSADC使用DS调制器对模拟信号u进行编码。量化器104可以用于该目的，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，如果适用，DSADC可以应用数字滤波器(未示出)到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。可以包括具有一个或多个积分器的环路滤波器102，以为DSADC提供误差反馈，并帮助将来自量化器104的噪声形成从基带到较高频率。通常通过取原始模拟输入信号u和使用反馈DAC106(其中数字化信号v被转换回模拟信号)产生的原始模拟输入信号的重建版本之间的差来产生误差。DSADC的一个关键特性是其将量化噪声q(来自量化器104)推送到较高频率(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的阶数。结果，DSADC通常能够实现高分辨率模数转换。由于其流行性，已经提出了DSADC和采用DSADC的结构的许多变形。多级噪声整形模数转换器(MASHADC)已经提出了对DSADC的不同变化以实现适合于各种系统的各种优点。在一些应用中，DSADC已经适应于满足功率关注，而一些其他DSADC已经适应以降低复杂度。在某些情况下，DSADC已经通过提供对错误和/或噪声的增强的控制来适应于满足精度关注。例如，对于强调噪声整形的应用，可以使用更高阶的DS调制器，即在环路滤波器中使用更多的积分器和反馈路径，用于将更多的量化噪声整形为高频。三角积分ADC(例如，图1)使用与过采样组合的量化噪声的整形来折衷具有信号带宽的分辨率。高阶噪声整形和多位实现允许更积极的权衡，但是存在使ADC不稳定的风险。已经引入了具有多个DSADC的多级噪声整形(MASH)ADC。一般来说，MASHADC具有多个级，例如多个DSADC。在一个示例中，MASHADC可以具有两个级，例如前端和后端。每个级接收相应的模拟输入并输出相应的数字输出。在某些情况下，级接收相同的模拟输出。在一些情况下，级接收不同的模拟输入。例如，一些MASHADC具有前端和后端，其中每个调制器的输入不同。一些MASHADC具有阶段的实现可能不同的阶段。MASHADC通过依靠单独稳定的Δ-Σ调制器的级联来解决不稳定性的问题。然而，MASHADC依赖于量化噪声的消除，这需要模拟和数字传递函数之间的精确匹配。一般来说，MASHADC可包括用于数字化系统的信号和误差的多个级(级联Δ-Σ调制器)，以便满足与带宽，分辨率和信噪比相关的设计要求。MASHADC的一个优点是，设计级联稳定的低阶环路本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于具有多级噪声整形模数转换器(MASH ADC)的系统的数字量化噪声消除和均衡的方法，所述方法包括：确定所述MASH ADC中的特定级的数字传递函数响应；确定均衡滤波器响应；和将所述数字传递函数响应和所述均衡滤波器响应组合成组合数字滤波器。

【技术特征摘要】
2015.12.15 US 62/267,330;2016.11.22 US 15/359,2401.一种用于具有多级噪声整形模数转换器(MASHADC)的系统的数字量化噪声消除和均衡的方法，所述方法包括：确定所述MASHADC中的特定级的数字传递函数响应；确定均衡滤波器响应；和将所述数字传递函数响应和所述均衡滤波器响应组合成组合数字滤波器。2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：通过所述组合数字滤波器对所述MASHADC中的不同级的数字输出进行滤波。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述特定级的数字传递函数是估计所述特定级的实际信号传递函数的数字信号传递函数。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述特定级的数字传递函数是估计所述特定级的实际噪声传递函数的数字噪声传递函数。5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：确定具有所述MASHADC的系统的期望信号传递函数响应。6.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述均衡滤波器响应包括基于所述MASHADC的信号路径中的期望信号传递函数响应和传递函数来确定所述均衡滤波器响应。7.根据权利要求1所述的方法，其中，组合所述数字传递函数响应和所述均衡滤波器响应包括：在时域中将所述数字传递函数响应与所述均衡滤波器响应进行卷积，以确定所述组合数字滤波器的滤波器系数。8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：将所述组合数字滤波器的滤波器系数写入到可编程有限脉冲响应滤波器。9.一种具有数字量化噪声消除和均衡的系统，所述系统包括：多级噪声整形模数转换器(MASHADC)；用于估计所述MASHADC的特定级的传递函数响应的电路；用于对所述MASHADC的另一级进行滤波的可编程滤波器；和用于基于所估计的传递函数响应和所确定的均衡滤波器响应来计算所述可编程滤波器的系数的逻辑。10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述MASHADC是连续时间MASHADC。11.根据权利要求9所述的系统，其中：所述MASHADC包括至少第一级和随后的第二级；特定级是MASHADC中的随后的第二级；和用于估计传递函数响应的电路包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·B·谢尔瓦，D·W·帕特森，
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