数模转换器静态误失配误差的估计的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本非临时专利申请根据35USC§ 119(e)接收于2014年4月7日提交的、美国临 时专利申请序列号 61/976224 和标题为"ESTIMATIONOFDIGITAL-TO-ANALOGCONVERTER STATICMISMATCHERR0RS"（代理人案卷号26256. 0262-P)的权益或请求其优先权，在此通 过引用以其整体并入本文。
技术领域
[0003] 本公开一般涉及数据转换器，并且更具体地涉及数模转换器的静态失配误差的估 计。
【背景技术】
[0004] 数据转换器在电子产品中是无处不在的。一些数据转换器（例如，模数转换器 (ADC)和数模转换器（DAC))使我们可在数字域和模拟域之间转换信号。各种风格的数据转 换器可用于无数应用程序，例如，高速应用、高精度应用、关键任务系统、消费电子、娱乐、媒 体系统、电信、医疗设备，等等。根据不同的应用，数据转换器可被设计或选择，以适应各种 规格：精度、分辨率、采样速率、带宽、功率、尺寸和值。
【发明内容】
[0005] 数模转换器（DAC)广泛用于电子产品。这些DAC通常不理想并通常表现出误差， 例如静态失配误差。本发明描述用于在连续时间A-2调制器的DAC静态失配（CTDSM)的 数字校准技术。该方法利用DAC单元元件（UE)自己来衡量对方的不匹配。还有，除了DAC 驱动内部的逻辑设计，没有多余的设计电路。该方法是用于高性能CTDSM的有吸引力的校 准技术，特别适用于具有低过采样率（0SR)的多千兆赫兹范围内的高速系统。
【附图说明】
[0006] 图1是不例性A-2调制器的系统图；
[0007]图2是示例性的连续时间A -2多级噪声成形模数转换器的系统图；
[0008] 图3是如图2所示的示例性的连续时间A- 2多级噪声成形模数转换器的示例性 功率谱；
[0009] 图4是用于图2所示的示例性连续时间A-2多级噪声成形模数转换器的示例性 集成带内噪声图；
[0010] 图5是根据本公开的一些实施例表示在连续时间A-2调制器中的数模转换器的 单元元件的示意框图；
[0011] 图6示出根据本公开的一些实施例，用于获得数模转换器单元元件误差配置信息 的示例性主要方法的流程图；
[0012] 图7示出根据本公开的一些实施例，用于获得数模转换器单元元件的误差配置信 息的示例性辅助方法的流程图；
[0013] 图8示出根据本公开的一些实施例，用于获得数模转换器单元元件的误差配置信 息的另一示例性辅助方法的流程图；
[0014] 图9示出根据本公开的一些实施例，用于获得数模转换器单元元件的误差配置信 息的又一示例性辅助方法的流程图；
[0015] 图10是示出根据本公开的一些实施例的具有纠错的连续时间A-2调制器的示 例性框图；
[0016] 图11示出根据本公开的一些实施例，在图6和9中示出的方法的示例性结果；
[0017]图12示出在校准前的示例性功率谱和示例性集成带内噪声图；
[0018] 图13示出根据本公开的一些实施例，使用在图6和9中所示的方法校准之后的示 例性功率谱和示例性集成带内噪声图；
[0019] 图14示出在校准之前的带内噪声的示例性概率图；和
[0020] 图15示出根据本公开的一些实施例使用在图6和9所示的方法校准之后的带内 噪声的示例性概率图。
【具体实施方式】
[0021] 模数转换器的基本信息
[0022] 在许多电子应用中，模数转换器（ADC)将模拟输入信号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，在精确的测量系统中，电子装置被设置有一个或多 个传感器以进行测量，并且这些传感器可以产生模拟信号。该模拟信号然后将被提供到模 数转换器（ADC)作为输入以产生数字输出信号，以便进一步处理。在另一种情况中，天线基 于在空气中携带信息/信号的所述电磁波产生模拟信号。由天线产生的模拟信号随后作为 输入提供到ADC以产生数字输出信号，以便进一步处理。
[0023] ADC可以用于许多地方，诸如宽带通信系统、音响系统、接收器系统等。ADC可以转 换表示现实世界现象的模拟电信号，例如，光，声，温度或压力，用于数据处理的目。模数转 换器用于广泛的应用，包括通信、能源、医疗、仪器仪表和测量、电机控制、工业自动化和航 空航天/国防。设计ADC是不平凡的任务，因为每个应用程序可具有在速度、性能、功率、成 本和尺寸上的不同需求。随着需要ADC的应用程序增长，对于准确而可靠转换性能的需要 也增长。
[0024] ADC通常由下面的应用要求定义：它的带宽（它可以正确地转换为数字信号的 模拟信号的频率范围），其分辨率（可分为并表示为数字信号的最大模拟信号的离散级数 量），以及它的信噪比（相对于所述ADC的引入噪声，ADC如何可以准确测量信号）。模数 转换器（ADC)有许多不同的设计，其可根据应用的要求进行选择。
[0025] ADC是将由模拟信号携带的连续物理量转换为代表该量的幅度的数字号码（或携 带该数字数的数字信号）的设备。转化通常涉及量化模拟输入信号，所以该量化处理将引 入少量误差。通常，量化通过将模拟输入信号的周期性采样而发射。结果是已转换连续时 间和连续振幅模拟输入信号到离散时间和离散幅度的数字信号的数字值序列（即，数字信 号）。
[0026] 具有反馈/前馈数樽转换器的樽数转换器
[0027] ADC可具有各种架构。对于一些ADC，用于输出数字信号的结构实际上可还例如在 反馈和/或前馈路径上包括数模转换器（DAC)，以改进所述数字输出信号的质量。其中具有 DAC的这些ADC的例子包括A-2模数转换器、多级噪声成形（MASH)ADC、逐次逼近寄存器 (SAR)ADC和流水线型ADC。在许多这些应用中，在这些ADC中的DAC的精度和性能对ADC 的整体准确度和性能非常重要。
[0028] 对于其中功率效率、速度和性能是至关重要的一些应用，系统设计者们经常选择 使用A-2模数转换器（DSADC)，以满足应用的要求。特别是，系统设计者可以选择使用连 续时间2-A模数转换器，也被称为连续时间A-2调制器（CTDSM)。基于A-2 (DS)调制 的ADC(在本文中称为"DSADC"）已被广泛用于数字音频和高精度仪器系统。
[0029] 图1是示例性（连续时间）A-2调制器（DSM)的系统图。连续时间2-A调制器 (CTDSM)对他们在离散时间实现A-2调制器的优势一直在设计界受到关注。所述CTDSM 包括环路滤波器102、量化器104和反馈数模转换器（DAC) 106。CTDSM通常提供以高分辨 率、以低成本、高性能和高功率效率将模拟输入信号转换成数字信号的优点。通常情况下， CTDSM使用量化单元104编码模拟信号u，使用例如低分辨率ADC，作为1位ADC、快闪型ADC、 闪存量化等。然后，如果适用的话，CTDSM可以应用数字滤波器（未示出）到量化器104的 输出，以形成更高分辨率的数字输出。环路滤波器1〇2(也在连续时间中实施）可以被提供 以提供用于CTDSM的误差反馈，其中通过使用反馈DAC106获取原始模拟输入信号u和原 始模拟输入信号产生的重构版本之间的差异而产生误差（其中，数字化的信号被转换回成 模拟信号）。A-2调制器中的一个关键特征是以更高的频率推进量化噪声q(从量化器 104)的能力，也称为噪声成形（由环路滤波器102所提供的效果）。其结果是，CTDSMs- 般都能够实现高分辨率模数转换。
[0030] 在连续时间A- 2调制器中的数模转换器的误差反馈
[0031] 如示于图1，在CTDSM中，模拟输入u被转换为数字代码v的序列，其接近于窄带中 的输入频谱，而量化误差q是形状路程。比较其单个比特对应，多比特CTDSM可以达到更好 的信号量化噪声比（SQNR)，因为较小的量化步长和高带外增益可行性。遗憾的是，多比特量 化器的使用还需要反馈路径中的多位DAC。在某些情况下，反馈数模转换器（例如，图1的 DAC106)不理想。虽然2-A调制器（特别是，环路滤波器102)能够从量化器104成形 噪声，所述A-2调制器不正确用于从反馈DAC106成形误差e。结果，来自DAC106的误 差e在输出v向上示出。换句话说，DAC的非线性直接添加到输入信号并且不经噪声成形。 因此，DAC的非线性需要和调制器本身一样好。
[0032] 多级矂声成形樽数转换器中伸用的连续时间A 调制器转换器中的反馈数樽 转换器的误差
[0033] 图1的CTDSM或其变形已用于作为较大ADCDS的一部分。对于重点放在噪声成 形的应用中，更高阶的DS调制器可被使用，也就是，更多积分器和反馈路径可用于环路滤 波器，用于成形量化噪声进一步甚至更高的频率。对于DSADC已经提出一组结构-多级噪 声成形（MASH)ADC-具有前端和后端的一些变型，其中到每个阶段的输入不同，和/或的执 行阶段可以不同。MASH型ADC的一个优点是它能在多阶段中使用更稳定的较低阶的DS调 制器以实现更高阶DSADC噪声成形性能的能力。在上一节中所描述的反馈DAC误差保持 在MASHADC中的问题。
[0034] 一般来说，MASHADC可包括用于数字化信号和系统误差的多个阶段，以满足相关 带宽、分辨率和信号噪声比的