一种使用∑－Δ调制将数字信号转换为模拟信号的系统，并且该系统包括将在编码器处接收的多个带符号二进制数据转换为多个带符号温度计数据的带符号温度计编码器和接收多个带符号二进制数据和多个带符号温度计数据的旋转动态元件匹配（ＤＥＭ）装置。该旋转ＤＥＭ装置进一步包含接收一个周期的正温度计数据的第一桶式移位器，该第一桶式移位器具有指示下一个正温度计数据的开始位置的第一指针，以及接收一个周期的负温度计数据的第二桶式移位器，该第二移位器具有指示下一个负温度计数据的开始位置的第二指针，其中第一指针与正二进制数据相关地循环移位而第二指针与负二进制数据相关地循环移位。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及Σ -Δ (sigma-delta)转换器。特别是，本专利技术涉及对三级带符号温度计编码器的输出使用面积高效的动态元件匹配(DEM)方案的Σ -Δ转换器。
技术介绍
Σ -Δ数模转换器(DAC)被广泛地用于高分辨率和低失真的数字至模拟信号转换。相比传统的奈奎斯特(Nyquist)转换器，他们具有成本效率。图1显示了典型的多位噪声整形过采样DAC系统100。首先，可以通过上采样器102按照过采样率(OSR)(例如从 48kHz、24位字宽的信号到128X48kHz、相同字宽的信号)对数字输入进行上采样。接下来， 可以在104过滤上采样的信号以抑制带外镜像。Σ-Δ调制器106可以跟随在滤波器之后以减小字宽，例如，从24位宽度到N位，其中Ν<24。Σ -Δ调制器还可以将带内噪声整形到更高的频率范围。接下来，二进制到温度计编码器108可以将例如N位的二进制数据转换为例如2Ν级的温度计编码数据以将二进制编码转换为模拟信号。然而，多位(即，对于N >2)DAC可能导致如美国专利5，404，142 (’ 142专利)所述的模拟信号输出中的不希望的线性误差。一种减少模拟输出中的线性误差的技术可以是使用混洗器110 (或者加扰器)来混洗温度计编码数据。例如，’ 142专利公开了一种数据定向加扰技术，其中量化的经噪声整形的字首先被转换为温度计编码。接下来，使用数据定向的混洗器在输出级动态地选择一组元件。所选元件的个数可以等于活动温度计编码的个数。最后，通过激活所选的一组元件，温度计编码DAC 112可以将混洗器的输出转换为模拟量。温度计编码DAC可以包括电流导引部分和电流-电压(I-V)转换器，该I-V转换器包括控制BIT和⑩(或者BITB)信号的DAC单元驱动器(参见，例如图2)。通过将BIT 和BITB信号的交叉点设计成一个共模电压之上的Vgs，可以最小化DAC单元输出波形中的符号间干扰(ISI)。当各自传导输出电流的一半时，Vgs被定义成DAC开关的栅极-源极电压。由于实践中设备的不完善性，所以可能无法精确地匹配电流单元。这种失配问题可能导致重构模拟信号中的谐波失真和噪声。因而，转换器的性能受限于这些元件的失配。 基于这个原因，市售的硅工艺仅可以提供最多12位的无需校准或修整的匹配。已经对这种元件失配进行了充分研究并且提出了多种方法来将这种失配误差整形为频谱整形的噪声。例如，将失配误差整形到带外频率区域内可以极大地提高转换器的信噪比(SNR)和动态范围(DNR)。一种方案可以使用混洗器(或者加扰器)来针对每个数字输入编码动态地选择一组元件，从而随着时间的推移每个元件都得到等同利用。这意味着每对元件之间的差异的初积分接近于零，因此，等价于一阶噪声整形Σ -Δ转换器。唯一的区别是，在通常的Σ-Δ转换器中对量值(magnitude)误差进行噪声整形，而在数据混洗器中，对元件使用中的误差进行噪声整形。美国专利6，614，377揭示了示例性蝶式混洗器。参考图2，传统温度计编码电流导引DAC的一个缺点是热噪声性能。特别是，当数据为零时，开关电流源的一半可能连接至ι-ν转换器的一个求和结点，而另一半可能连接至其它求和结点。此外，顶部电流源可能总是连接至求和结点。这些电流源是DAC输出中的主要热噪声源并且决定了转换器的SNR。一种克服上述热噪声问题的技术使用三级逻辑温度计电流导引DAC，它包括用于例如位0-7中每一个的一对电流源(正和负)(参见例如图3)。因为每对电流源可以以三种不同的方式连接至求和点，所以每一对可以贡献正电荷量、负电荷量或者根本没有贡献。 当数据为零时，所有的电流源都连接至缓冲放大器以维持其适当的漏极电压。因此，主要噪声源来自放大器，通过设计其比电流源的情况要小得多。因此，可以显著地提高SNR。图4 显示了图3所示的控制信号ζ的真值表。对于三级逻辑温度计电流导引DAC，美国专利7，079，063 ('063专利)提出了使用三级元件来工作的动态元件匹配技术。参考图5，所提出的技术包括带符号温度计编码器 502、两个桶式移位器504、506和主数据混洗器508。主数据混洗器可以用来将失配误差整形到更高的频率区域内以保持基带SNR。数据混洗器的每个输出可以是具有输入基带的频谱和一阶高通整形噪声的三级信号。其结果是输出的任何一对元件之间的差异还可以是一阶高通的。这意味着还可以对两个元件之间的任何失配误差进行整形。主混洗器508可以包括以蝶形配置互连的混洗器单元网络(参见例如’ 063专利的图6和7)。每个混洗器单元可以对由单元输出所控制的一对元件所引入的误差执行一阶噪声整形功能。因为这些一阶调制器可能产生降低转换器的SNR和总体谐波失真(THD+N) 性能的闲音(idle tone)，所以’ 063专利使用由伪随机数发生器所控制的两个桶式移位器 504、506来中断主数据混洗器的输入流中的任何周期性行为以消除闲音问题。
技术实现思路
以上所述的多位、三级Σ -Δ调制技术可以具有如下缺点。首先，数据混洗器的面积在转换器整体面积中可以占相对较大的一部分。其次，在低功率应用中，数据混洗器可以代表Σ -Δ调制电路中重要的功耗源。对于高信道数的实现来说，这些缺点的影响可能变得非常突出。因此，需要面积和功率高效的动态元件匹配技术以及相关联的Σ -Δ调制的硬件实现。本专利技术的一个目标是设计无需使用与’ 063专利的图6和7中所示的那些混洗器相似的混洗器的面积和功率高效的Σ - Δ DAC。本专利技术的一个示例性实施例提供可以包括带符号温度计编码器和旋转动态元件匹配(DEM)逻辑的Σ -ΔDAC，带符号温度计编码器用于将带符号二进制数据编码为带符号温度计数据，旋转动态元件匹配逻辑用于输出混洗的带符号温度计数据。根据本专利技术的一个示例性实施例，旋转DEM逻辑可以进一步包括可以将带符号二进制数据输入转换为正和 /或负指针数据的DEM判决逻辑、基于正指针数据对正温度计数据输入进行移位的桶式移位器和基于负指针数据对负温度计数据输入进行移位的桶式移位器。本专利技术的另一个示例性实施例提供可以包括将带符号二进制数据编码为带符号量值温度计数据的带符号温度计编码器的Σ -ADAC0根据本专利技术的一个示例性实施例，旋转DEM逻辑可以进一步包括可以将带符号二进制数据输入转换为正和/或负指针数据的 DEM判决逻辑、基于正和负指针数据二者对带符号量值温度计数据进行移位的单桶式移位器和指示温度计数据的符号的符号位。附图说明图1显示了将数字输入信号转换为模拟输出信号的多位Σ -ADAC的系统图。图2显示了三位、两级逻辑温度计电流导引DAC的示意图。图3显示了三位、三级逻辑温度计电流导引DAC的示意图。图4显示了图3所示的方案的输出控制信号ζ的真值表。图5显示了用于对多位、三级Σ -ADAC的温度计数据进行混洗的混洗器的系统图。图6显示了根据本专利技术一个示例性实施例的使用对带符号温度计数据进行混洗的旋转DEM逻辑的混洗器的系统图。图7显示了根据本专利技术一个示例性实施例的使用两个桶式移位器对带符号温度计数据进行混洗的旋转DEM逻辑的详细系统图。图8例示了根据本专利技术一个示例性实施例的使用两个桶式移位器的8元件、三级旋转DEM逻辑混洗器的示例性操作。图9本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种使用∑－Δ调制将数字信号转换为模拟信号的系统，包含：带符号温度计编码器，用于将在所述编码器处接收的多个带符号二进制数据转换为多个带符号温度计数据；以及旋转动态元件匹配ＤＥＭ部件，用于接收所述多个带符号二进制数据和所述多个带符号温度计数据，所述旋转ＤＥＭ装置进一步包含：第一桶式移位器，用于在一个周期接收正温度计数据，所述第一桶式移位器具有指示下一个正温度计数据的开始位置的第一指针，以及第二桶式移位器，用于在一个周期接收负温度计数据，所述第二桶式移位器具有指示下一个负温度计数据的开始位置的第二指针，其中所述第一指针与正二进制数据相关地循环移位，并且所述第二指针与负二进制数据相关地循环移位。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：K·Q·恩古因，
申请(专利权)人：美国亚德诺半导体公司，
类型：发明
国别省市：US
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