专利名称：转换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及转换器领域，特别地而不是唯一地，涉及一种在连续的转换周期向多 比特数据转换器的一系列DAC元件赋值的方法。
背景技术：
统称为德尔塔西格玛数据转换器的德尔塔西格玛模数转换器(ADC)和数模转换 器(DAC)广泛用于高精度低带宽应用中。多比特DAC和ADC相比单一比特设计具有包括噪声整形函数的更好选择的优势， 尽管多比特转换器的缺点是要求在元件之间进行匹配以便实现线性和低噪声。US 6，384，761 (Melanson)公开了一种多比特数据转换器。US 6，沈6，002 (Gong等人)公开了一种匹配多比特数据转换器的二阶噪声整形动 态元件。现有已公开文献和说明书中的任何背景技术中的列举和讨论不应该看作承认所 述文件或背景技术是现有技术或公知常识的一部分。
发明内容
根据本发明的第一方面，提出了一种向转换器中的元件序列的每一个元件提供值 的方法，所述值用于所述转换器操作时的当前转换周期，其中指针位置识别了针对转换周 期的所述元件序列中的元件，所述方法包括基于针对N个在先转换周期(Pi至Pi^))的指针位置，根据N阶噪声整形函数来 计算针对当前转换周期(Pw)的指针位置；确定针对当前转换周期(Pw)的指针位置是否超过所述序列中的元件个数；向所有所述元件赋予第一分量值，包括如果针对当前转换周期(Pw)的指针位置超过所述序列中元件的个数，赋予+1的
第一分量值；如果针对当前转换周期(Pi+1)的指针位置没有超过所述序列中元件的个数，赋 予-1的第一分量值；通过执行求模运算并且用余数值代替新指针位置(Pi+1)来更新所述新指针位置 (Pi+l)；根据(N-I)阶算法向所述元件赋予第二分量值；根据用于在先转换周期的第二分量值的逆所述元件赋予第三分量值；以及针对每一个元件对所述第一、第二和第三分量值求和，以便针对当前转换周期向 每一个所述元件提供值。与这种方法相关联的优点是当与现有技术比较时，可以利用所要求处理量的减 少实现高阶动态元件匹配(DEM)算法。这使得可以使用较大的量化器，并且因此改进了所 述转换器的噪声性能。进而，这可以使得先前不可能的方法能够处理较大带宽的数据。这种方法可以使得车载无线电接收到的信号的整个带宽(例如具有20MHz至27MHz量级的带 宽)能够被满意地处理。向与新指针位置相关联的元件赋予第三分量值(所述第三分量值是针对当前指 针位置的第二分量值的逆)的优点是每两个时钟周期用相反的符号选择所述元件，并且这 可以减小任何失配的效果，因为可以将各种变化看作是随时间抵消/平均。所述方法可以使得实现更加完善的噪声函数(例如针对高带宽系统的二阶或更 高阶函数)，以前这对于非常高的采样频率是不可能的。所述N阶噪声整形函数可以是一阶函数，并且 计算新指针位置可以包括将在先指针位置(Pi)加上指数；以及向所述元件赋予第二分量值可以包括向小于或等于所述新指针位置的位置处的所有元件赋予-1的值；以及向大于所述指针位置的位置处的所有元件赋予+1的值。所述N阶噪声整形函数 可以是二阶函数，并且计算所述新指针位置(Pi+1)可以包括将所述当前指针位置(Pi)乘以2，加上指数 并且减去所述在先指针位置(Ph)；以及向所述元件赋予第二分量值可以包括向所述当前指针位置(Pi)和所述新指针位置(Pw)之间的位置处的所述元件赋予 +1的值，并且向所有其他元件赋予-ι的值。向所述元件赋予第三分量值可以包括向所述在先指针位置(Pg)和所述当前指针位置(Pi)之间的位置处的所述元件赋 予-1的值，并且向所有其他元件赋予+1的值。此外，作为针对任意二阶(或更高)阶噪声整形函数的初始子步骤，应该消除在两 个在先转换周期(例如PjP Ph)之间发生的任何溢位，使得在针对在先转换周期的处理期 间执行求模运算之前，将针对所述在先转换周期的指针位置恢复到它们的初始值。所述方法在计算针对当前转换周期的指针位置之前还可以包括更新所述N个在先指针位置以消除连续指针位置之间的任何溢位。应该在计算所述新指针Pw之前消除所述在先的两个指针Pi和Pp1的溢位，并且 所述新指针位置应该大于所述旧指针。例如P2 > P1^P3 > P2等等。确定针对当前转换周期(Pi+1)的指针位置是否超过所述序列中的元件个数可以包 括确定针对当前转换周期(Pi+1)的指针位置和针对在先转换周期(Pi)的指针位置之 间的差是否超过所述序列中元件的个数；所述方法在赋予所述第一分量值之后还可以包括对于所述N个在先指针位置执行求模运算，并且用余数值代替所述N个在先指针 位置。确定针对当前转换周期(Pw)的指针位置是否超过所述序列中元件的个数可以包 括识别所述指针位置是否将在所述元件的序列周围翻转/重叠。所述方法可以是动态元件匹配/数字加权平均的方法。所述元件可以是数字模拟(DAC)元件/单元。所述元件可以配置用于从中提供多个离散值之一。所述转换器可以是DAC或ADC。所述方法可以用于DAC元件和ADC (量化器)元 件。例如，这种量化器可以具有电阻器梯以提供15个不同的参考电平，由于这15个单独电 阻器之间的失配，这也可能引入失配。所述转换器可以是西格玛德尔塔转换器的一部分。所述DAC可以是西格玛德尔塔 转换器的反馈回路的一部分。针对每一个元件对第一、第二和第三分量值求和的步骤可以产生多个不同的值， 并且所述方法还可以包括通过在当前转换周期向元件提供临时的子值序列，在所述当前转换周期向所述元 件的每一个提供所述值，其中所述子值序列是对称的。已经发现使用对称的子值序列可以减小转换器性能中的任何非线性。可以提供一种配置用于实现这里所公开的任意方法的转换器。所述转换器可以是 多比特数据转换器。所述转换器可以是开关电容器-数模转换器(SC-DAC)。可以将其看作是本发明实 施例的有利实现，因为由于SC-DAC不必完全解决以便正确操作的事实，可以迅速地处理信号。可以提供一种西格玛-德尔塔转换器，包括在所述西格玛-德尔塔转换器的反馈回路中对这里公开的任意数模转换器的数 字实现；和/或在所述西格玛-德尔塔转换器的反馈回路中对这里公开的任意数模转换器的模 拟实现。可以提供一种西格玛-德尔塔转换器，包括配置用于在数字域执行这里公开的任意方法的一个或多个部件；和/或配置用于在模拟域执行这里公开的任意方法的一个或多个部件。可以提供一种包括这里公开的任意转换器的集成电路。可以提供一种计算机程序，当在计算机上运行所述计算机程序时，引起所述计算 机配置任何设备，所述设备包括这里公开的转换器、电路、系统或装置，或者配置用于执行 这里公开的任何方法。作为非限制示例，所述计算机程序可以是软件实现，并且可以将所 述计算机看作是任意合适的硬件，包括数字信号处理器、微控制器以及按照只读存储器 (ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)或者电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)的实 现。所述软件可以是汇编程序。可以将所述计算机程序设置在诸如盘或存储器装置之类的计算机可读介质上，或 者可以将其具体化为瞬态信号。这种瞬态信号可以是网络下载，包括因特网下载。
现在参考附图只作为示例进行描述，其中图1示出了现有技术的西格玛-德尔塔模数转换器(DAC)；图2示出了数字DEM部件和DAC的另外细节；图3示意性地示出了在连续转换周期内向元件赋予由数字编码器产生的值；
图4示出了两个仿真输出谱；图5表示了调制器的仿真理想输出谱；图6示意性地示出了根据本发明实施例的一阶DEM算法；图7示意性地示出了根据本发明实施例的二阶DEM算法；图8用图表示出了没有利用DEM、利用一阶DEM和利用二阶DEM的相同西格玛-德 尔塔调制器的输出谱的比较；图9用图表示出了具有输出节点的不同精确度级别的转换器性能的比较
图IOa至IOc示意性地示出了根据本发明实施例的多个元件值的选择；
图11用图表示出了转换器性能之间的比较；
图12示出了转换器的输出谱；
图13示出了根据本发明实施例的转换器；
图14示出了根据本发明另一个实施例的转换器；
图15示出了根据本发明实施例的数模转换器；
图16示出了根据本发明实施例的转换器；
图17示出了根据本发明实施例的转换器；
图18用图表示出了转换器性能之间的比较；
图19示出了根据本发明实施例的转换器；以及
图20示出了图19的转换器的仿真结果。
具体实施例方式这里公开的一个或多个实施例可以提供可以在模拟域或数字域实现的算法，使得 能够在西格玛-德尔塔转换器的反馈回路的DAC中方便地实现高阶噪声函数。可以将这种 算法看作是便捷的实现，可以足够快地执行所要求的处理，使其所述处理可以用于令人满 意地处理大带宽信号。动态元件匹配(DEM)是可以应用于过采样多比特数模转换器(DAC)的技术，已知 其可以用作西格玛-德尔塔模数转换器的一部分。现有技术的西格玛-德尔塔模数转换器 (DAC)的示例如图1所示。图1的西格玛-德尔塔ADC 100接收模拟信号χ 102，将所述模拟信号χ 102作为 输入提供给加法器104。加法器104的输出提供给回路滤波器106，并且回路滤波器106的 输出提供给M-比特量化器108。M-比特量化器108的输出是所述转换器的数字信号输出 信号Y，并且也将其反馈回数字DEM部件112。数字DEM部件112的输出提供个数模转换器 (DAC) 114，所述数模转换器的输出作为负输入提供给加法器104。如在现有技术中已知的，数字元件匹配(DEM)可以改进西格玛-德尔塔ADC 100 的失配诱导非线性，并且这可以通过施加噪声整形函数对失配误差进行随机化来实现。图2示出了数字DEM部件212和DAC 214的另外细节。在该示例中，DAC214包括 多个1比特DAC，所述1比特DAC可以独立地操作，使得1比特DAC214的输出之和配置为信 号y(t)216，所述信号y(t)表示接收到的数字信号218的模拟等价物。可以将每一个1比 特DAC 214称作元件。图3示意性地示出了在连续的转换周期赋予元件由数字编码器产生的值。
在图3的示例中，示出了 4比特DAC，从而包括由图3中的参考符号302所标识的 15个独立元件。图3示出了 7个连续转换周期的元件值，用图3中的参考符号304示出其 指数。每一个所述元件可以具有或者为+1或者为-1的值，+1的值用图3中的实心框306 表示，-1的值用图3中的空白框308表示。图3a的示例表示没有利用DEM的4比特DAC，而图北表示利用一阶DEM的4比特 DAC。表1中示出了输出代码值和+1元件的个数之间的关系。
权利要求
1.一种向转换器中的元件序列的每一个元件提供值的方法，所述值用于所述转换器操 作时的当前转换周期，其中指针位置识别了针对转换周期的所述元件序列中的元件，所述 方法包括基于针对N个在先转换周期(Pi至Pi^))的指针位置，根据N阶噪声整形函数来计算 针对当前转换周期(Pw)的指针位置；确定针对当前转换周期(Pw)的指针位置是否超过所述序列中的元件个数； 向所有所述元件赋予第一分量值，包括如果针对当前转换周期(Pw)的指针位置超过所述序列中元件的个数，赋予+1的第一 分量值；如果针对当前转换周期(Pi+1)的指针位置没有超过所述序列中元件的个数，赋予-ι的第一分量值；通过执行求模运算并且用余数值代替新指针位置(Pi+1)来更新所述新指针位置 (Pi+i)；根据(N-I)阶算法向所述元件赋予第二分量值；根据针对在先转换周期的第二分量值的逆向所述元件赋予第三分量值；以及 针对每一个元件对所述第一、第二和第三分量值求和，以便针对当前转换周期向每一 个所述元件提供值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述N阶噪声整形函数是一阶函数，并且 计算新指针位置(Pi+1)包括将所述在先指针位置(Pi)加上指数；以及向所述元件赋予第二分量值包括向小于或等于所述新指针位置(Pw)的位置处的所有元件赋予-ι的值；以及 向大于所述指针位置(Pw)的位置处的所有元件赋予+1的值。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述N阶噪声整形函数是二阶函数，并且计算新指针位置(pi+1)包括将当前指针位置(Pi)乘以2、加上指数并且减去在先指针 位置(Ph)；以及向所述元件赋予第二分量值包括向当前指针位置(Pi)和新指针位置(Pw)之间的位置处的所述元件赋予+1的值，并且 向所有其他元件赋予-1的值；以及向所述元件赋予第三分量值包括向在先指针位置(Ph)和当前指针位置(Pi)之间的位置处向的所有元件赋予-1的值， 并且向所有其他元件赋予+1的值。
4.根据任一前述权利要求所述的方法，所述方法在计算针对当前转换周期的指针位置 之前还包括更新N个在先指针位置以消除连续指针位置之间的任何溢位；以及在赋予所述第一分量值之后，执行求模运算，并且用余数值代替所述N个在先指针位置。
5.根据任一前述权利要求所述的方法，其中确定针对当前转换周期(Pi+1)的指针位置 是否超过所述序列中的元件个数包括识别所述指针位置是否将翻转所述元件的序列。
6.根据任一前述权利要求所述的方法，其中针对每一个元件对第一、第二和第三分量 值求和的步骤产生多个不同的值，并且所述方法还包括通过针对当前转换周期向元件提供临时的子值序列，针对所述当前转换周期向所述元 件的每一个提供所述值，其中所述子值序列是对称的。
7.根据任一前述权利要求所述的方法，其中确定针对当前转换周期(Pi+1)的指针位置 是否超过所述序列中的元件个数包括确定针对当前转换周期(Pw)的指针位置和针对在 先转换周期(Pi)的指针位置之间的差是否超过所述序列中的元件个数。
8.根据任一前述权利要求所述的方法，包括动态元件匹配/数字加权平均方法。
9.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述元件是数字模拟单元。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述元件配置用于从中提供多个离散值之一。
11.一种转换器，配置用于实现根据任一前述权利要求所述的方法。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述转换器是开关电容器-数模转换器。
13.一种西格玛-德尔塔转换器，包括在所述西格玛-德尔塔转换器的反馈回路中对根据权利要求11或12所述的数模转换 器的数字实现；以及在所述西格玛-德尔塔转换器的反馈回路中对根据权利要求11或12所述的数模转换 器的模拟实现。
14.一种集成电路，包括根据权利要求11至13中任一项所述的转换器。
15.一种计算机程序，当在计算机上运行所述计算机程序时，引起所述计算机执行根据 权利要求1至10中任一项所述的方法、配置根据权利要求11至13中任一项所述的转换器、 或者配置根据权利要求14所述的集成电路。
全文摘要
一种向转换器中的元件序列的每一个元件提供值的方法，所述方法包括基于针对N个在先转换周期(Pi至Pi-(N-1))的指针位置，根据N阶噪声整形函数来计算针对当前转换周期(Pi+1)的指针位置；确定针对当前转换周期(Pi+1)的指针位置是否超过所述序列中的元件个数；向所有所述元件赋予第一分量值，通过执行求模运算并且用余数值代替新指针位置(Pi+1)来更新所述新指针位置(Pi+1)；根据(N-1)阶算法向所述元件赋予第二分量值；根据针对在先转换周期的第二分量值的逆向所述元件赋予第三分量值；以及针对每一个元件对所述第一、第二和第三分量值求和。
文档编号H03M1/00GK102111155SQ20101060301
公开日2011年6月29日 申请日期2010年12月21日 优先权日2009年12月23日
发明者吕西安·约翰内斯·布伦默斯, 胡晶晶 申请人:Nxp股份有限公司