专利名称：电子正交装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电子正交装置。
背景技术：
高分辨率s:-A模数转换器(ADC)通常在反馈通路中包括多位 数模转换器(DAC)。由于参数的失配，这种DAC受到非线性和噪声 的影响，这些参数是由DAC实现于其上的集成电路的物理量得出的。 虽然利用额外的位可以改善DAC的分辨率，然而这会增大这种失配问 题。因此，如果采用多位数模转换器，这种失配尤其出现在不同的 DAC元件之间。因此，2-A调制器可以包括多位量化器和D/A转换 器，以提供具有更高分辨率和更高带宽的A/D转换器，以增大音频和 通信系统中的集成度。
如果在正交装置中的I通路和Q通路中采用了S-A调制器，将 出现IQ图像泄漏。一种处理这种IQ泄漏的解决方案是采用动态元件 匹配DEM。
US6，909，754公开了 一种用于补偿并行通路中的失配的正交装 置。这种正交装置包括在I通路和Q通路中用于I信号和Q信号的数 据相关交换的切换电路。通过交替地开启I通路和Q通路，可以减小 由可能的失配引起的幅度和相位误差的不利影响。特别地，提供了反 馈通路中的2-A D/A转换器，其中，I和Q反馈信号是互换的。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种具有数模转换器的电子装置，该 数模转换器具有改进的失配误差的匹配。
通过根据权利要求1的电子装置可以实现这个目的。
因此，提供了一种电子正交装置，其包括至少一个I信号通路以及至少一个Q信号通路。在I信号通路中布置了至少一个第一2-
A调制器和至少一个第一数字/模拟转换单元。在Q信号通路中布置 了至少一个第二2-A调制器和至少一个第二数字/模拟转换单元。通
过至少一个复信号通路，将至少一个第一S-A调制器耦接至至少一
个第二s:-A调制器，以实现一种复滤波器。
因此，在特定的正(或负)频带内可以实现一种更有效的DAC 误差的噪声整形。
根据本发明的一个方面，电子正交装置包括布置在至少一个I 信号通路以及至少一个Q信号通路的每一个中的校正单元，该校正单 元用于校正2 - A调制器的输出。动态元件匹配单元通过对数字/模拟 转换器单元进行切换来执行动态元件匹配。校正单元的输出耦接至 IQ校正单元。在I信号通路中的校正单元的输出耦接至至少一个第
一数字/模拟转换单元。在Q信号通路中的校正单元的输出耦接至至
少一个第二数字/模拟转换单元。至少一个第一和第二数字/模拟转换
单元的输出和IQ校正单元的输出耦接至动态元件匹配单元。因此， 数字/模拟转换器用复共轭噪声整形滤波器实现了复DEM算法，该算 法用于在复多位2-A调制器中进行失配误差的复噪声整形。
根据本发明，通过由I通路中的S-A调制器和Q通路中的S-A调制器之间的复信号通路所实现的复滤波器，来实现不对称噪声整 形。用I通路和Q通路中的数字/模拟转换器的动态元件匹配来解决 IQ图像问题，该图像问题是由I通路和Q通路中的数字/模拟转换器 之间的失配引起的，I通路和Q通路在动态元件匹配和噪声整形上具 有负面影响。因此，减小IQ泄漏，以便改善针对I通路和Q通路的 图像压縮。而且，通过复滤波器，可以实现复噪声整形特性。
在所附权利要求中限定了本发明的其他方面。
参照附图，对本发明及其实施例进行更详细地说明。 图1示出了简单的2位数字模拟转换器DAC的框图2示出了 2位数字模拟转换器的框图；图3示出了具有校正算法单元CAU的2位D/A转换器；
图4示出了根据图3的转换器的输出频谱图5示出了根据第一个实施例的数字/模拟转换器的部分框图; 图6示出了图5的电路的输出频谱图7示出了根据第二个实施例的数字/模拟转换器的部分框图;
图8示出了图7的正交数字/模拟转换器的部分框图9示出了根据第三个实施例的数字/模拟转换器的部分框图;
以及
图IO示出了根据图9的数字/模拟转换器的输出频谱图。
具体实施例方式
下文描述的本发明的实施例涉及具有2-A调制器的数字/模拟 转换器DAC。
图1示出了简单的2位数字模拟转换器DAC的框图。该转换器 包括4个DAC单元DACC0-DACC3。数字信号D<0: 3〉分别被输入单元 DACC0-DACC3，并控制单元DACC0-DACC3。在加法单元SU中将DAC单 元DACC0-DACC3的输出信号(例如可以是电流)相加，以产生模拟输 出信号Y。理想上，所有单元DACC0-DACC3是相同的。然而，由于工 艺的不完美，可能在DAC单元之间可能会出现失配误差，这会导致 DAC单元DACC0-DACC3的非线性性能。
由数字噪声整形器控制参考源，来减小失配的影响。这种失配 整形的技术是数据加权平均(DWA)，在Norsworthy等人发表在IEEE press, 1997中的"Delta-Sigma Data Converters"中对该技术进行了描 述，在本文中通过引用合并了该文的内容。
图2示出了 2位数字模拟转换器的框图。这里，出现了 4个DAC 单元DACC，其中，在加法单元SU中将它们的输出加在一起以产生模 拟输出信号Y。数字2-A调制器DS画与DAC单元DACC的每一个输 出相关。这里，采用二阶l位2-A调制器DSDM，以执行失配误差上 的噪声整形。数字2:-A调制器DSDM控制每一个自由运行的单元 DACC。结果，所有的2-A调制器DSDM均产生已经过噪声整形的1位输出信号。然而，为了产生正确的对应于数字输入代码D〈0，3〉的 输出信号Y，就必须对数字2:-A调制器的输出代码A〈0，3〉进行校正， 以便A和D的和是相等的。
图3示出了具有校正算法单元CAU的图2的2位D/A转换器。 该校正算法单元CAU被分别布置在数字S-A调制器DS躍和相关的 DAC单元DACC之间。该校正算法单元CAU基于输入代码Q〈0〉-Q<3〉 和D〈0〉-D〈3〉实现了校正算法，并输出代码D，<0〉-D，<3〉。执行代码 A〈0，3〉的校正，以对数字S-A调制器的噪声整形产生尽可能小的影 响。通过增大量化器输入信号幅度Q〈0,3〉来对数字s:-A调制器进行 排序，从而执行该校正。假定以下的例子
Q<0， 3>=[-0. 01 -0.4 0.25 -0.3]
A<0， 3〉=
D<0， 3〉=
由数字S-A调制器产生的代码A具有三个"0"和一个"1"。 D/A转换器的输入代码D具有两个"0"和两个"1"。因此，为了校 正代码A<0，3〉，代码A中的一个"0"需要被改变为"1"，以具有 与D〈0，3〉相同数量的"0"和"1"。通过利用最小量化器输入幅值
(绝对值)来改变数字S-A调制器的输出代码，从而使噪声整形的 影响最小。在该示例中，Q〈0〉具有最小的输入幅值(0.01)。在校正 之后，代码A〈0，3〉变成[1 0 1 O]，现在，它包括两个"0"和两个
"1"。因此，执行了动态元件匹配技术。
图4示出了根据图3的转换器的输出频谱图。在频率范围F(MHz) 上示出了具有DAC失配误差的二阶噪声整形的DEM算法产生的输出频 谱0。
图5示出了根据第一个实施例的数字/模拟转换器的部分框图。 这里，示出了具有正交架构中的两个2-△调制器DS醒I、 DSDMQ的正 交系统。应当注意的是，图5仅示出了 I通路的一个参考单元和Q 通路的一个参考单元，即，如果与图l进行比较，只示出了类似单元 DACCO的一个单元。相应地，在图1的2位DAC的情况下，对于每一 个DAC单元，图5的系统将被实现四次。校正单元CU分别串联至该正交架构的2-A调制器DSDMI、 DSDMQ。在I信号通路中，提供了数 字/模拟转换器单元DACI，在Q信号通路中，提供了数字/模拟转换 器单元DACQ。为了实现动态元件匹配DEM算法，以对2-A调制器中 的多位DAC转换器进行线性化，正交架构中的2-A调制器的D/A转 换器的每一个单元MCI、 DACQ均由数字2-A调制器DSDMI、 DS画Q 控制。实现来自量化器单元QU之前至数字S-△调制器DSDM的加法 单元SU的反馈环，从而提供I通路反馈环FBI。在Q信号通路中， 从量化器单元QU之前至加法单元SU也提供了另一个反馈FBQ。 I通 路的反馈通路FBI包括反馈系数CI，Q信号通路的反馈通路FBQ包括 反馈系数CQ。
因此，由校正单元CU对每个噪声整形数字S-A调制器DSDM的 输出进行校正，以便输出D'〈0:n〉对应于输入信号D〈0:n〉。在 X, M. Gong等人(Cirrus)所著的"A 120dB Multi-bit SC Audio DAC with Second-Order Noise Shaping", IEEE ISSCC 2000, p.344-345， Feb. 2000
中对这种校正算法进行了详细的描述，在此通过引用将该文并入本文。
图6示出了图5的电路的输出频谱在频率上的图。这里，频谱0 是关于直流分量(F=0MHz)对称的。凹槽出现在负频带和正频带中。 通过反馈通路FBI、 FBQ的局部反馈系数d和Cq实现这些凹槽。
图7示出了根据第二个实施例的数字/模拟转换器的部分框图。 与图5中一样，根据图7的数字/模拟转换器组成了具有正交架构中 的两个数字2-A调制器DSDMI、 DSDMQ的正交系统。每一个数字2-△调制器DSDMI、DSDMQ均耦接至正交单元CU和I信号通路中的数字 /模拟转换器单元DACI和Q信号通路中的数字/模拟转换器单元 DACQ。在该第二实施例中，正交通路Cl-C4在两个MC单元DACI、 DACQ的数字2-A调制器DSDMI、 DSDMQ之间被叠加。在系数C1-C4 的情况下，通过两个数字i: - A调制器DSDMI 、 DSDMQ可以实现不对称 复噪声整形特性(Dq<n〉 + j*Di<n>)。可以对所有的正交DAC单元对 执行这种处理。因此，通过具有它们的系数的复通路，可以在特定的 正(或负)频带内实现DAC转换器误差的更有效的噪声整形。然而，由于DAC单元114和ni之间的失配而被破坏掉的复噪声整 形特性以及I通路和Q通路DAC的单元具有由图像波段泄漏进信号波 段引起的失配和噪声(反之亦然)，根据图7的DEM方案有一些缺点。
图8示出了图7的正交数字-模拟转换器的输出频谱，该转换器 具有在DACI和DACQ单元之间的失配。输出频谱中有很多噪声，通过 正交通路Cl-C4所实现的复噪声整形由于上述的图像泄漏问题而被 破坏。
图9示出了根据第三个实施例的数字/模拟转换器的部分框图。 与根据图5和图7的数字/模拟转换器一样，这里示出了两个数字2:-A调制器DSDMI、 DS腿Q，其被分别耦接至校正单元。这两个校正单 元CU的输出耦接至异或单元EX0R。而且，校正单元CU的输出分别 连接至数字/模拟转换器单元DACIn和DACQd。如根据图3所描述的 那样执行校正单元CU内的数字2-A调制器的输出的校正。两个数字 /模拟转换器单元DACIn和DACQn的输出和异或EX0R的输出耦接至动 态元件匹配单元DEMU。然而，由于D/n〉和D,〈n〉是一位数据流，利 用在EP1 183 841-B1 (特别是在段落
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)中描述的DEM 方法可以解决图像泄漏问题，在此通过引用将该文并入本文。因此， 示出了用以补偿并行通路中的失配的正交装置。该正交装置包括切换 电路，该切换电路用于I和Q通路中的I和Q信号的数据相关交换。 交替地开启I通路和Q通路，可以减小由可能的失配引起的幅值和相 位误差的不利影响。从而，示出了生成的复D EM方案，该方案具有 复D E M，以解决图像泄漏问题。如果1位信号D/n〉和Di〈n〉相等(两 个都是0或者两个都是1)，那么，DAC单元nq和m交叉耦合。如 果信号D/n〉和D,〈n〉不同，那么，DAC单元nq和m直接耦合。这样， 还可以对两个DAC单元之间的失配进行噪声整形。
在I通路和Q通路中的与复信号通路连接的数字2-A调制器 DS丽I、 DSDMQ作为噪声整形器，以便每个2-A调制器输出一位数据 流。校正单元的输出控制数字/模拟转换器DACI、 DACQ。在由复信号 通路提供了复滤波器的情况下，用在正频带或负频带中的一个或多个 凹槽可以实现不对称的频谱。图10示出了根据图9的数字/模拟转换器的输出频谱图。具体
地，描述了误差的频谱。因此，图9的生成的DEM方案使能够在多位 复S-A调制器中对不对称正交噪声进行高效整形。
具体地，示出了 I通路和Q通路之间的误差的频谱。在 0MHz-20MHz的范围内，提供的复滤波器抑制了误差，而对于50MHz 以上的频率，误差增大。因此，对于0-20MHz的频率范围，可以有效 地执行I通路和Q通路之间的匹配。而且，由于误差频率中的凹槽出 现在0-2簡Hz之间，可以实现不对称噪声整形。而在图8中，由于I 通路和Q通路之间的图像泄漏，由复信号通路Cl-C4所实现的复滤波 器所导致的凹槽被噪声淹没，所以在图IO所述的频谱中，显著地降 低了这种泄漏。
上述数字/模拟转换器用复共轭噪声整形滤波器实现了一种复 DEM算法，以对复多位2-A调制器中的失配误差进行复噪声整形。 复DEM算法采用EP 1 183 841所述的IQ校正方案。基于交换的异或 用来将I通路和Q通路与DEM单元DEMU耦接起来，并执行IQ校正。 可替换地，还可以实现任何其他的IQ校正方案。
上述DEM算法可以应用于NZIF转换系统中，该系统采用了 (例 如用于车载无线电的)2-A调制器。
图9的生成的DEM方案在多位复2-A调制器中实现了高效不对 称正交噪声整形(图10)。
具有2-A调制器的上述DAC转换器可以以多种正交装置的形式
实现，例如，接收机、发射机、收发器、电话、调制器和解调器等。 上文中描述了一种用于复多位2-A调制器的线性化方法。
应当注意的是，上述实施例是为了说明而不是为了限制本发明， 在不脱离附属权利要求的范围的情况下，本领域技术人员可以设计出 很多可替换的实施例。在权利要求中，括号中的标号不应当被解释为 对本发明的限制。所用的词汇"包括"并不排除没有在权利要求中列 出的元件或步骤的出现。在元件之前的词汇"一个"或"一禾中"不排 除多个同样元件的出现。在列举了多种装置的装置权利要求中，可以 用同一个的硬件来实现多个这种装置。事实仅仅是在相互不同的从属权利要求中陈述的措施并不表示这些措施不能被结合起来以获得优 势。
而且，在权利要求中的任何参考标号不应当被限制为对权力要 求的范围的限制。
权利要求
1.一种电子正交装置，其包括至少一个I信号通路(I)以及至少一个Q信号通路(Q)；布置在所述至少一个I信号通路(I)中的至少一个第一∑-Δ调制器(DSDMI)和至少一个第一数字/模拟转换单元(DACI)；以及布置在所述至少一个Q信号通路(Q)中的至少一个第二∑-Δ调制器(DSDMQ)和至少一个第二数字/模拟转换单元(DACQ)；其中，通过至少一个复信号通路(C1-C4)，将所述至少一个第一∑-Δ调制器(DSDMI)耦接至所述至少一个第二∑-Δ调制器(DSDMQ)，以实现一种复滤波器。
2. 根据权利要求l所述的电子正交装置，其包括 校正单元(CU)，其被布置在所述至少一个I信号通路(I)以及所述至少一个Q信号通路(Q)的每一个中，用于校正2-A调制器 (DSDMI, DSDMQ)的输出；以及动态元件匹配单元(DEMU)，其通过对数字/模拟转换器单元 (DACI，DACQ)进行切换来执行动态元件匹配；其中，校正单元(CU)的输出耦接至IQ校正单元(EXOR); 其中，在所述I信号通路(I)中的校正单元(CU)的输出耦接 至所述至少一个第一数字/模拟转换单元(DACI)，以及其中，在所 述Q信号通路(Q)中的校正单元的输出耦接至所述至少一个第二数 字/模拟转换单元(DACQ);以及其中，所述至少一个第一和第二数字/模拟转换单元 (DACI;DACQ)的输出和所述IQ校正单元(EXOR)的输出耦接至所述 动态元件匹配单元(DEMU)。
全文摘要
提供了一种电子正交装置，其包括至少一个I信号通路(I)以及至少一个Q信号通路(Q)；在至少一个I信号通路(I)中布置的至少一个第一∑-Δ调制器(DSDMI)和至少一个第一数字/模拟转换单元(DACI)；以及在至少一个Q信号通路(Q)中布置的至少一个第二∑-Δ调制器(DSDMQ)和至少一个第二数字/模拟转换单元(DACQ)。通过至少一个复信号通路(C1-C4)，将至少一个第一∑-Δ调制器(DSDMI)耦接至至少一个第二∑-Δ调制器(DSDMQ)，以实现一种复滤波器。
文档编号H03M3/02GK101322316SQ200680045429
公开日2008年12月10日 申请日期2006年12月4日 优先权日2005年12月5日
发明者卢西恩·J·布里姆斯, 德克·雷夫曼, 罗伯特·A·J·A·吕藤 申请人:Nxp股份有限公司