一种用于高精度模数转换器中的抖动电路的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种用于高精度模数转换器中的抖动电路,包括可置位的伪随机序列产生器,产生与模拟输入信号Vi不相关且可置位的伪随机序列信号,取其中的n位信号作为数字抖动信号;修调模块,准确定位控制可修调的DAC电路的修调信号,以对可修调的DAC电路进行校准;可修调的DAC电路,受到修调信号的控制,将接收的数字抖动信号转化为模拟抖动信号;抖动信号引入电路,接收模拟抖动信号和模拟输入信号Vi,处理后输出模拟信号并引入模数转换器输入;抖动信号去除电路,接收数字抖动信号,并将抖动信号在模数转换器的输出中去除,得到最终数据输出结果DOUT。本发明能够有效降低高精度ADC转换器系统的复杂度,并适用于高精度ADC转换器中改善其动态非线性。
【专利说明】一种用于高精度模数转换器中的抖动电路
【技术领域】
[0001] 本发明属于模数转换器领域,具体涉及一种用于高精度模数转换器中的抖动电 路。
【背景技术】
[0002] 在通信系统中,无论是宽带还是窄带接收机,都需要经常处理远低于满幅度 的小信号,且要求模数转换器具有良好的无杂散动态范围(SpuriousFreeDynamic Range,SFDR)。
[0003] 在高速高精度模数转换器(AnalogtoDigitalConverter,ADC)中,SFDR性能主 要受两个因素限制:一是前端放大器和采样保持电路产生的失真;另外一个是ADC传递函 数的非线性引起的失真,即微分非线性误差(^Differentialnonlinearity,DNL)。当输入 信号幅度较小时,前端放大器和采样保持电路可以达到的很好的线性度,由前端放大器和 采样保持电路产生的失真可以忽略。而ADC传递函数即使很小的非线性也会导致谐波的增 加,特别地,当输入信号幅度与量化步长在相同数量级时,失真会非常严重,从而降低SFDR。 因此,小幅度输入信号时,要提高ADC的SFDR性能,就必须减小DNL误差。
[0004] 目前,一种已经开发的噪声抖动技术可以降低ADC的DNL误差并提高SFDR性能, 具体请参图1所示:在图1中,将ADC转换器系统作为一个"黑匣子",伪随机序列信号作为 抖动信号经过数模转换器(^DigitaltoAnalogConverter,DAC)输出模拟抖动信号,该信 号与模拟输入信号相加,然后一起送到ADC转换器系统被量化,在最终输出数字码之前,还 需将抖动信号在数字域中通过数字减法器去除。
[0005] 但是,本发明的发明人经过研宄发现,在实际电路中,抖动信号的有效去除是非常 困难的,要求被送入模拟前端的抖动信号,即经过DAC转换后的模拟量,与数字域去除的抖 动信号相当;否则,输出结果就会含有大量关于抖动信号的信息,会增加ADC的噪底。这无 疑提高了对DAC精度的要求,需要DAC转换器具有与ADC转换器相同的量化位数,相当于在 ADC转换器内集成一个与ADC转换器相同分辨率的DAC转换器,当ADC转换器具有很高的量 化位数时,会大大增加ADC转换器系统的复杂度,因此该技术在高精度模数转换器中应用 中受到限制。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术存在的技术问题,本发明提供一种用于高精度模数转换器中的抖动 电路,该抖动电路能改善高精度模数转换器的动态非线性,解决常规噪声抖动技术在高精 度模数转换器应用中的瓶颈,并降低了ADC转换器系统的复杂度。
[0007] 为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
[0008] 一种用于高精度模数转换器中的抖动电路,包括可置位的伪随机序列产生器、修 调模块、可修调的DAC电路、抖动彳目号引入电路和抖动彳目号去除电路;其中,
[0009] 所述可置位的伪随机序列产生器,用于产生与模拟输入信号Vi不相关且可置位的 伪随机序列信号,取其中的n位信号作为数字抖动信号Dd,且位数n小于等于模数转换器的 量化位数N,并将所述数字抖动信号Dd分别输出至所述可修调的DAC电路和抖动信号去除 电路;
[0010] 所述修调模块,用于准确定位控制所述可修调的DAC电路的修调信号&、X2、…、 Xm,以对所述可修调的DAC电路进行校准;
[0011] 所述可修调的DAC电路,受到所述修调信号&、X2、…、Xm的控制,将接收的所述数 字抖动信号Dd转化为模拟抖动信号Ad并输出至所述抖动信号引入电路;
[0012] 所述抖动信号引入电路,用于接收所述模拟抖动信号Ad和模拟输入信号¥1,处理 后输出模拟信号并引入模数转换器输入;
[0013] 所述抖动信号去除电路,用于接收所述数字抖动信号Dd,并将抖动信号在模数转 换器的输出中去除,得到最终数据输出结果Dott。
[0014] 本发明提供的用于高精度模数转换器中的抖动电路中,包括可置位的伪随机序列 产生器,可以产生n位数字抖动信号Dd,且位数n小于等于模数转换器的量化位数N(即 n<N),因而可以采用低分辨率DAC转换器代替传统结构中具有与ADC转换器相同量化位 数的DAC转换器,能够有效降低ADC转换器系统的复杂度;同时还包括修调模块和可调修的 DAC电路,通过所述修调模块,可以对可调修DAC电路的修调信号U、…、Xm进行准确定 位,以对所述可修调的DAC电路进行校准,从而保证模拟域中添加的抖动电压信号与数字 域中的抖动数字信号相匹配,且抖动信号在模数转换器的输出中能够被准确地去除,而这 些模块额外功能的实现不会提升电路的复杂度,但能够提高模数转换器的SFDR性能达到 10dB,因而本发明提供的抖动电路能够适用于高精度的模数转换器中改善其动态非线性。
[0015] 进一步,所述可置位的伪随机序列产生器包括对产生的伪随机序列信号进行置位 的信号产生控制模块。
[0016] 进一步,所述信号产生控制模块包括n个控制单元,每个控制单元包括一个与非 门和一个2选1选择器,每个所述与非门的一端均连接控制信号Z1,另一端连接伪随机序列 产生器的一位输出,与非门的输出连接到对应所述选择器的一个输入端,所述选择器的另 一个输入端连接低电平"〇 ",所述选择器的控制信号为Z2,选择器的输出作为所述可置 位的伪随机序列产生器的最终输出。
[0017] 进一步,所述可修调的DAC电路包括第一输入端、第二输入端、第三输入端和输出 端,所述第一输入端接收所述数字抖动信号Dd,所述第二输入端接收外部输入的修调信号 &、X2、…、Xm,所述第三输入端接收模数转换器的基准电压VMf,所述输出端输出转化后的模 拟抖动信号Ad,且Ad=VrefXDdXf(Tx);
[0018] 其中,Tx表示修调信号X^X2、…、Xm的值;f(Tx)为一次线性函数,且会随着修调 信号的值Tx线性地增加或减小。
[0019] 进一步,所述可修调的DAC电路包括基准电流产生模块、基准电压修调模块和DAC 模块,所述基准电流产生模块用于产生与模数转换器基准电压相关的基准电流IMf,所 述基准电压修调模块用于根据所述基准电流IMf和修调信号Xi、X2、…、Xm产生DAC电路的 基准电压VF,所述DAC模块用于根据所述DAC电路的基准电压%和数字抖动信号Dd产生模 拟抖动信号Ad。
[0020] 进一步,所述基准电流产生模块包括第一分压电阻和第二分压电阻、负载电阻、运 算放大器和NMOS晶体管,所述运算放大器的正向输入端连接于串联的第一分压电阻和第 二分压电阻之间,所述运算放大器的输出端连接NM0S晶体管的栅极,所述NM0S晶体管的漏 极连接基准电压修调模块,所述NM0S晶体管的源极和运算放大器的负向输入端连接于负 载电阻的一端,所述负载电阻的另一端接地。
[0021] 进一步,所述基准电压修调模块包括电流基准源、电流镜模块和第四电阻,所述电 流镜模块包括第一PM0S晶体管以及多组并联的电流镜子电路,每组电流镜子电路包括若 干组并联的电流镜子单元,所述每组并联的电流镜子单元包括一个第二PM0S晶体管和第 三PM0S晶体管;所述电流基准源与第一PM0S晶体管的栅极和漏极连接,所述第二PM0S晶 体管的栅极与第一PM0S晶体管的栅极连接,所述第二PM0S晶体管的源极与第一PM0S晶体 管的源极连接,所述第二PM0S晶体管的漏极与第三PM0S晶体管的源极连接,所述第三PM0S 晶体管的栅极连接对应的修调信号&、X2、…、Xm,所述第三PM0S晶体管的漏极连接第四电 阻的一端,第四电阻的另一端接地。
[0022] 进一步,所述电流镜模块包括m组并联的电流镜子电路,其第1组电流镜子电路包 括1组并联的电流镜子单元,并受到修调信号&控制;第2组电流镜子电路包括2组并联 的电流镜子单元,并受到修调信号X2控制;第3组电流镜子电路包括4组并联的电流镜子 单元,并受到修调信号X3控制;依次类推,第m组电流镜子电路包括2 -1组并联的电流镜子 单元,并受到修调信号Xm控制。
[0023] 进一步,所述抖动彳目号引入电路为加法电路,所述抖动彳目号去除电路为减法电路; 或者,所述抖动彳目号引入电路为减法电路,所述抖动彳目号去除电路为加法电路。
[0024] 进一步,所述修调模块包括以下修调步骤:
[0025] S21、将N位模数转换器的模拟输入信号\置固定电平或断开模拟输入;
[0026] S22、将所述可置位的伪随机序列产生器的输出置全0,统计多次最终数据输出结 果DOTT并进行平均值计算,得到数字量化结果D^
[0027] S23、将所述可置位的伪随机序列产生器的输出置固定输出Dt;
[0028] S24、设置修调信号的值Tx=Ti,统计多次最终数据输出结果DOTT并进行平均值计 算,得到数字量化结果D1;
[0029] S25、设置修调信号的值Tx=T2,T2#Ti,统计多次最终数据输出结果DQUT并进行 平均值计算,得到数字量化结果D2;
[0030] S26、根据比例关系,通过D。、DpD2、、和T2确定修调码Tc的值,其中所述比例关
【权利要求】
1. 一种用于高精度模数转换器中的抖动电路,其特征在于,包括可置位的伪随机序列 产生器、修调模块、可修调的DAC电路、抖动信号引入电路和抖动信号去除电路;其中, 所述可置位的伪随机序列产生器,用于产生与模拟输入信号\不相关且可置位的伪随 机序列信号,取其中的η位信号作为数字抖动信号Dd,且位数η小于等于模数转换器的量化 位数Ν,并将所述数字抖动信号0 (1分别输出至所述可修调的DAC电路和抖动信号去除电路; 所述修调模块,用于准确定位控制所述可修调的DAC电路的修调信号XpX2、…、Xm,以 对所述可修调的DAC电路进行校准; 所述可修调的DAC电路,受到所述修调信号XnX2、…、Xm的控制,将接收的所述数字抖 动信号Dd转化为模拟抖动信号A d并输出至所述抖动信号引入电路; 所述抖动信号引入电路,用于接收所述模拟抖动信号Ad和模拟输入信号V i,处理后输 出模拟信号并引入模数转换器输入; 所述抖动信号去除电路,用于接收所述数字抖动信号Dd,并将抖动信号在模数转换器 的输出中去除,得到最终数据输出结果Dott。
2. 根据权利要求1所述的用于高精度模数转换器中的抖动电路,其特征在于,所述可 置位的伪随机序列产生器包括对产生的伪随机序列信号进行置位的信号产生控制模块。
3. 根据权利要求2所述的用于高精度模数转换器中的抖动电路,其特征在于,所述信 号产生控制模块包括η个控制单元,每个控制单元包括一个与非门和一个2选1选择器,每 个所述与非门的一端均连接控制信号Ζ1,另一端连接伪随机序列产生器的一位输出,与非 门的输出连接到对应所述选择器的一个输入端,所述选择器的另一个输入端连接低电平" 〇 ",所述选择器的控制信号为Ζ2,选择器的输出作为所述可置位的伪随机序列产生器的 最终输出。
4. 根据权利要求1所述的用于高精度模数转换器中的抖动电路,其特征在于,所述可 修调的DAC电路包括第一输入端、第二输入端、第三输入端和输出端,所述第一输入端接收 所述数字抖动信号D d,所述第二输入端接收外部输入的修调信号XnX2、…、Xm,所述第三输 入端接收模数转换器的基准电压V Mf,所述输出端输出转化后的模拟抖动信号Ad,且Ad= VrefXDdXf(Tx); 其中,Tx表示修调信号X i、X2、…、Xm的值;f(T x)为一次线性函数,且会随着修调信号 的值Tx线性地增加或减小。
5. 根据权利要求4所述的用于高精度模数转换器中的抖动电路,其特征在于,所述可 修调的DAC电路包括基准电流产生模块、基准电压修调模块和DAC模块,所述基准电流产生 模块用于产生与模数转换器基准电压相关的基准电流I Mf,所述基准电压修调模块用于 根据所述基准电流IMf和修调信号X η X2、…、Xm产生DAC电路的基准电压V F,所述DAC模 块用于根据所述DAC电路的基准电压Vf和数字抖动信号D d产生模拟抖动信号A d。
6. 根据权利要求5所述的用于高精度模数转换器中的抖动电路,其特征在于,所述基 准电流产生模块包括第一分压电阻和第二分压电阻、负载电阻、运算放大器和NMOS晶体 管,所述运算放大器的正向输入端连接于串联的第一分压电阻和第二分压电阻之间,所述 运算放大器的输出端连接NMOS晶体管的栅极,所述NMOS晶体管的漏极连接基准电压修调 模块,所述NMOS晶体管的源极和运算放大器的负向输入端连接于负载电阻的一端,所述负 载电阻的另一端接地。
7. 根据权利要求5所述的用于高精度模数转换器中的抖动电路,其特征在于,所述基 准电压修调模块包括电流基准源、电流镜模块和第四电阻,所述电流镜模块包括第一 PMOS 晶体管以及多组并联的电流镜子电路,每组电流镜子电路包括若干组并联的电流镜子单 元,所述每组并联的电流镜子单元包括一个第二PMOS晶体管和第三PMOS晶体管;所述电 流基准源与第一 PMOS晶体管的栅极和漏极连接,所述第二PMOS晶体管的栅极与第一 PMOS 晶体管的栅极连接,所述第二PMOS晶体管的源极与第一 PMOS晶体管的源极连接,所述第二 PMOS晶体管的漏极与第三PMOS晶体管的源极连接,所述第三PMOS晶体管的栅极连接对应 的修调信号Xp X2、…、Xm,所述第三PMOS晶体管的漏极连接第四电阻的一端,第四电阻的 另一端接地。
8. 根据权利要求7所述的用于高精度模数转换器中的抖动电路,其特征在于,所述电 流镜模块包括m组并联的电流镜子电路,其第1组电流镜子电路包括1组并联的电流镜子 单元,并受到修调信号X 1控制;第2组电流镜子电路包括2组并联的电流镜子单元,并受到 修调信号X2控制;第3组电流镜子电路包括4组并联的电流镜子单元,并受到修调信号X 3 控制;依次类推,第m组电流镜子电路包括2-1组并联的电流镜子单元,并受到修调信号X m 控制。
9. 根据权利要求1所述的用于高精度模数转换器中的抖动电路,其特征在于,所述抖 动信号引入电路为加法电路,所述抖动信号去除电路为减法电路;或者,所述抖动信号引入 电路为减法电路,所述抖动?目号去除电路为加法电路。
10. 根据权利要求1所述的用于高精度模数转换器中的抖动电路,其特征在于,所述修 调模块包括以下修调步骤: 521、 将N位模数转换器的模拟输入信号\置固定电平或断开模拟输入; 522、 将所述可置位的伪随机序列产生器的输出置全0,统计多次最终数据输出结果Dqut 并进行平均值计算,得到数字量化结果Dci; 523、 将所述可置位的伪随机序列产生器的输出置固定输出Dt; 524、 设置修调信号的值Tx= T1,统计多次最终数据输出结果Dtot并进行平均值计算,得 到数字量化结果D 1; 525、 设置修调信号的值Tx= T 2, T2# T i,统计多次最终数据输出结果Dott并进行平均 值计算,得到数字量化结果D2; 526、 枏据比例关系,通过Dtl、D1、D2、T1、和T 2确定修调码T c的值,其中所述比例关系为:
【文档编号】H03M1/10GK104518797SQ201510038151
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2015年1月26日 优先权日:2015年1月26日
【发明者】王妍, 胡刚毅, 刘涛, 王育新, 王健安, 付东兵, 李婷, 陈光炳 申请人:中国电子科技集团公司第二十四研究所