用于数字到模拟以及模拟到数字转换器的数字补偿的系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及一种数字地补偿信号转换器并且具体是数字模拟转换器的系统和方法，包括：接收用于数字模拟转换器的数字输入数据，并提供从数字模拟转换器的误差函数推导出来并与数字输入数据相对应的反函数数字系数，将反函数数字系数施加到数字输入数据以预处理数字输入数据，从而补偿数字模拟转换器的误差函数。本发明专利技术可扩展到模拟数字转换器。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种利用反函数(anti-function)校正数字地补偿信号转换器的方法和系统，具体地，涉及数字模拟转换器。本专利技术还延伸到模拟数字转换器。
技术介绍
转换器，例如数字模拟转换器(DAC)，可以通过具有校正DAC的混合信号模拟解决方案来校准校正线性误差，从而补偿随机和系统误差。在该方法中，将主DAC的输出与基准或理想输出进行比较。两者之间的差值产生了被传送到校正DAC的信号，使其输出来驱动该差值趋向于零。尽管该方法对误差的减小有所作用，但其引入了其它缺点。其需要利用模拟和数字元件的混合信号解决方案，这就增加了复杂性。此外，必须严密地监测这两个DAC，以使环境条件能够对这两个DAC起到相似的影响，例如对于温度的变化具有相同的改变。由于设计的互连和分区(partition)，还使得系统的规模更大。对于模拟数字转换器(ADC)存在相同的问题。图9示出了用于补偿数字模拟转换器误差的一种典型现有技术系统，其中主DAC90附加有校正DAC92、比较器94、求和电路96和SAR(逐次近似寄存器)逻辑98。在操作中，比较器94将DAC90的输出与理想参考值进行比较。SAR逻辑向校正DAC92提供输入以驱动求和电路96，使比较器94检测到的差值最小。在求和器96中将DAC92的输出与DAC90的输出相加并送回比较器94。如之前的背景中所述，该方法的问题之一在于DAC92和90必须匹配，以便它们对相同的外界条件有相似的响应，例如处理、电压、温度(PVT)等条件。此外，还存在附加的DAC及其相关电路的费用和复杂性的问题。再有其还使用了混合信号的方法，这增加了复杂性和成本。美国专利号US6,292,125公开了一种用于数字模拟转换的系统和方法，其提供了一种准确和可靠的数字模拟转换方案。还系统公开了一种DAC，包括具有相关数字规模的多个模拟权重。通过接收二进制输入、从模拟权重中搜索所选定权重来进行转换，所述转换具有相关联的数字规模，然后输出所选定模拟权重的总和。该美国专利的问题在于由于利用不同权重的部件限制了构成。本领域的技术人员均知道，采用不同的规模用于匹配目的是不成功的实践。该限制导致二次影响的退化，例如温度和电压系数不匹配，这对于高性能设计也很重要。还存在较大存储器的需要，以存储用于每一个组件的权重，这对于具有许多构成组件的构造尤其如此，例如具有2N个组件的串行DAC，或如另一个美国专利文献US5,969,657所公开的，这使得转换器的权重(weight)过于庞大和复杂。权重的变换也变得更加复杂。另一个美国专利号US6,456,112公开了一种用于校准数据转换器的系统，使用预数字误差校正码，直接反映了模拟数字转换器的每一级的作用。由从输入信号提供一个或多个预数字误差校正码来操作系统，通过使用0或1输出将所述预数字误差校正码与转移电压表达式进行比较，以改进模拟数字转换器的精度和标度(calibration)。然而，该专利的问题在于，误差码没有表示信号中的完整误差。此外，该系统对模拟数字转换器的输出数字信号的误差直接进行补偿。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种具有反函数校准的改进的数字补偿的数字模拟转换器(DAC)系统和方法。本专利技术还针对提供一种具有反函数校准的改进的数字补偿模拟数字转换器(ADC)系统和方法。本专利技术的另一个目的是提供一种改进的数字补偿的数字模拟转换器(DAC)系统和方法，以完全数字地校正误差函数。本专利技术的另一个目的是提供一种改进的数字补偿的数字模拟转换器(DAC)系统和方法，其成本较低，需要较少的互连组件和模拟元件，并且极大的减少对匹配元件的需要，以避免由于不同元件对变化条件响应而引起的误差。本专利技术的另一个目的是提供一种改进的数字补偿的数字模拟转换器(DAC)系统和方法，消除了附加校正DAC的需要以及需要匹配校正DAC和主DAC的特性以便补偿温度或其它条件变化的附件。本专利技术的另一个目的是提供一种改进的数字补偿的数字模拟转换器(DAC)系统，该系统能够集成为单一的单元，使对于例如晶片制作工艺梯度和封装应力效应的拓扑效应的设计敏感度最小，并且对于连通敏感度具有更高的可靠性。本专利技术的另一个目的是提供一种具有反函数校准的改进的数字补偿的信号转换器系统和方法。如所附的权利要求所述，本专利技术的特征在于一种数字补偿的数字模拟转换器系统，包括数字模拟转换器，以及用于存储与数字模拟转换器的误差函数相对应的反函数数字系数的存储设备。反函数处理器将反函数数字系数施加到数字模拟转换器的数字输入，从而对数字模拟转换器的误差函数进行数字补偿。在模拟的角度，以较低的复杂性即可实现本专利技术，并且通过将数字输入施加到DAC反函数数字处理器以预处理数字输入来补偿DAC的误差函数从而实现数字模拟转换器的更可靠的补偿，并且还实现通过测量具有已知输入的DAC的输出，从测量出的输出来确定DAC的误差函数，并将误差函数与适当的数学表达式相结合以产生反函数数字系数，能够产生这些数字系数。可以将多种数字化的基函数用于创建反(误差)函数，用于补偿DAC传递函数误差。在数学领域公知的多种数字化基函数，或能够从数学教科书例如Prentice Hall 1966出版的“Linear System Theory”，W.J.Rugh，第二版中推导得到。迄今，没有系统或方法依赖于以下事实通过使用单个数字基函数完全表示数字信号的误差，以产生数字反函数系数，从而在数字信号进入用于转换的DAC之前预处理数字信号。可以使用正交基函数来描述信号，其中最通常使用的正交基函数之一是傅立叶级数和傅立叶变换，快速傅立叶变换(FFT)技术广泛用于现实中的时域/频域信号分析。对于数字信号，Radamacher函数或Walsh函数更加有用。本申请所使用和所述的数字基函数是非基于时间的基函数，例如，非FFT，但是具体地是涉及到实际转换器传递函数，即，模拟转换器信号电平作为转换器码。在优选的实施例中，可以具有反函数系数产生器系统，用于产生反函数数字系数。反函数系数产生器系统可以包括反函数系数产生器和开关设备，以便在校正模式中将数字反函数处理器与数字模拟转换器互连，并在校准模式中将反函数系数产生器与数字模拟转换器互连。反函数系数产生器系统包括模拟数字转换器，其输入与数字模拟转换器的输出相连；以及反函数产生器，用于在校准模式中将选定的代码通过开关设备传送到数字模拟转换器，并接收来自模拟数字转换器的数字模拟转换器输出的模拟输出的数字表示。反函数产生器系统包括存储设备，用于存储所产生的反函数数字系数。反函数产生器系统包括微处理器。在一个实施例中，优选地，数字基函数是具有多部分输出电平的传递函数。在另一个实施例中，基函数是线性传递函数或正交基函数。理想地，通过模拟数字转换器测量与所述数字模拟转换器的输出相连的模拟电平来提供反函数系数，从而产生提供到所述反函数系数产生器的数字信号。在一个实施例中，反函数产生器包括算术逻辑单元(ALU)和控制逻辑，其中具有实现多个数字基函数以提供所述反函数数字系数的装置和具有反函数系数存储器的任意存储设备。控制逻辑包括装置，用于将控制信号提供到所述反函数系数产生器，以及将选通信号提供到所述模拟数字转换器。在另一个实施例中，系统包括用于使所述校准模式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字补偿的数字模拟转换器系统，包括：数字模拟转换器；存储设备，用于存储与数字模拟转换器的误差函数相对应的反函数数字系数；以及反函数处理器，用于将产生的反函数数字系数施加到数字模拟转换器的数字输入，从而数字地补偿数 字模拟转换器的误差函数。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼斯A登姆普西，托马斯G奥德怀尔，奥利弗詹姆士布伦男，艾伦沃尔什，都铎维内尔纳，
申请(专利权)人：阿纳洛格装置公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]