用于数字模拟转换器的失配噪声整形的制作方法
【专利说明】用于数字模拟转换器的失配噪声整形
[0001]相关申请
[0002]本申请要求于2013年I月3日提交的序号为13/733，301、名称为MULTIPLEOUTPUT DYNAMIC ELEMENT MATCHING ALGORITHM WITH MISMATCH NOISE SHAPING FORDIGITAL TO ANALOG CONVERTERS的美国非临时申请的优先权的权益，该申请的全部公开内容通过该引用并入本文。
发明领域
[0003]本文公开的主题涉及动态地选择电路元件的系统和方法。更特别地，本文公开的主题涉及动态地选择电路元件以提高低噪声、低功率增量(增量累加(△ Σ))数字模拟转换器(DAC)的线性度的系统和方法。
[0004]发明背景
[0005]在数字到模拟(D/A)的转换期间，生成对应于输入数字采样的温度代码。该温度代码则被用来选择在模拟域中缩放输入数字采样的多个DAC元件。对于线性的D/A转换过程，假设所有DAC元件都是相同的。然而，在现实中，失配存在于DAC元件之间，并且常规DAC元件选择方案产生表现为转换失真的代码相关的误差。
[0006]常规数据权重平均(DWA)算法通常被用来白噪声化代码相关的误差以及提供一阶失配噪声整形，因此将大部分产生的白噪声功率移动超出了信号带。(参见，例如R.T.Baird和T.S，Fiez的在1995年5月的Proc.1EEE的电路和系统国际学术会的卷I第13-16 页上的 “ Improved ΔΣ DAC linearity using data weighted averaging，，)。该算法的一阶失配噪声整形是要求多个选择的DAC元件线性地缩放输入数字采样代码的结果。因此，为了实现该带有一阶失配噪声整形的算法，有符号的输入代码集合必须首先是线性地映射到非负代码的集合，因为代码符号的变化不能由常规DWA元件轮转算法线性地处理。
[0007]例如，考虑输入有符号的2位数字代码的集合[_3，-1,+1，+3]要被转换为对应的模拟输出值[-3V，-1V, +IV，+3V]。图1描绘了实现常规DWA算法的常规单端DAC配置100的示例性功能框图。有符号代码的集合最初被转换为非负代码，诸如
[0008][-3，-1, +1，+3] — [O, I, 2，3]
[0009]在图1中的101，有符号的2位数字代码的集合[-3，_1，+1，+3]已经以已知的方式被转换为非负代码[0，I, 2，3]且未被示出。在102，实现常规DWA算法以提供动态的元件匹配(DEM)。DAC103(其中示出了多个DAC元件中的仅仅一个DAC元件)由DEM102选择而且非负代码被转换为
[0010][O, 1,2, 3] - [6Vr/R, 4Vr/R, 2Vr/R, 0]，
[0011]其中，V,是参考电压，V ,/R是对应于参考电压V,的参考电流。即，DAC元件103输出分别对应于在104处的非负代码[O, I, 2，3]的电流[6Vr/R, 4Vr/R, 2Vr/R, 0]。非负代码的集合通过添加由电流源105提供的DC偏移而重新定中心。在107处，滤波器106输出重新定中心的代码[-3V" -Vr, +Vr, +3VJ。
[0012]虽然常规DWA算法通过一阶噪声整形增加DC偏移(如图1中所示)将不必要的噪声添加到DAC输出来减少带内失配噪声。进一步地，由于执行DC偏移的电路不是DAC的输出信号的一部分，所以额外的功率被浪费。
[0013]对于高性能的DAC系统，两个相同的DAC通常被用来形成伪差分DAC。图2描绘了常规伪差分DAC配置200的示例性功能框图。在图2中的201处，有符号的输入2位数字代码的集合[_3，-1，+1，+3]已经被以已知的方式被转换为两个非负代码的集合[0，I, 2, 3]和[3，2，I, O]而且未被示出。在202a和202b将常规DWA算法实现两次以提供动态的元件匹配(DEM)。DAC 203a和203b(其中在每种情况中，示出了多个DAC元件中的仅仅一个DAC元件)分别在 204a 和 204b 处提供 DAC 电流[3Vr/R，2Vr/R，Vr/R，O]和[0，Vr/R，2Vr/R，3Vr/R]o两个非负代码的集合分别通过在205a和205b处增加DC偏移来重新定中心。在207处，差分滤波器206输出重新定中心的代码[-31，-Vr, +Vr, +3VJ作为伪差分DAC输出。
[0014]与图1中的常规单端DAC配置相似，常规伪差分DAC配置不是功率高效或面积优化的，并且偏移电流降低信号路径的噪声性能。此外，提供DC偏移的常规电路将额外的热噪声添加到信号路径中。
[0015]附图简述
[0016]通过示例的方式并且不限于【附图说明】了本文公开的主题，在附图中相似的附图标记表示相似的元件，并且在附图中:
[0017]图1描绘了实现常规DWA算法的常规单端DAC配置的示例性功能框图；
[0018]图2描绘了常规伪差分DAC配置的示例性功能框图；
[0019]图3根据本文公开的主题描绘了真实的差分输出DAC配置的示例性实施例的功能框图；
[0020]图4根据本文公开的主题描绘了示出了 DEM的更多细节的真实差分输出DAC的示例性实施例的功能框图；
[0021]图5根据本文公开的主题描绘了在接收到+3的示例性输入代码之后的2位差分输出DAC的DEM的状态的快照；
[0022]图6描绘了与具有真实差分输出配置和具有I %元件失配的4位声频带Δ XDAC一起使用的常规DWA算法的3kHz输入数字采样序列的模拟输出频谱；
[0023]图7描绘了与具有真实差分输出配置和具有I%的元件失配的4位声频带Δ XDAC 一起使用的DEM算法的3kHz输入数字采样序列的模拟输出频谱；
[0024]图8根据本文公开的主题描绘了 DEM过程的示例性实施例的流程图；
[0025]图9根据本文公开的主题描绘了能够可触知地包括设备和/或电路用于为各种类型的电路动态地选择电路元件的信息处理系统的示例性功能框图；
[0026]图10根据本文公开的一个或多个实施例描绘了可选地可以包括触摸屏的、图9的信息处理系统的示例性实施例的等距视图；以及
[0027]图11描绘了包括其上存储有计算机可读指令的非暂时性的计算机可读存储介质的制品的示例性实施例，当由计算机类型的装置执行计算机可读指令时，实现根据本文公开的主题的各种技术和方法中的任何技术和方法。
[0028]详细描述
[0029]本文公开的主题涉及动态地为各种类型的电路(诸如数字模拟转换器(DAC)、增量累加(△ 2)DAC、模拟数字转换器(ADC)、Δ SADC、滤波器，等等)选择电路元件的系统和方法。更具体的是，本文公开的主题涉及为有符号的输入代码的集合的电路元件的动态元件匹配(DEM)生成多个选择器信号的技术。每个选择器独立地控制一组电路元件，使得来自选择组的电路元件的输出序列将具有一阶失配噪声整形。此外，对于差分输出DAC，与常规使用两列电路元件相比，本文公开的主题使用单列电路元件。此外，本文公开的主题不要求用于生成DC偏移的单独的电路。更进一步地，本文公开的技术提供对应的DEM-DAC系统，该DEM-DAC系统是面积优化的和功率高效的且具有低的热本底噪声。
[0030]虽然本文公开的主题涉及各种类型的电路，诸如数字模拟转换器(DAC)、增量累加(Δ X)DAC、模拟数字转换器(ADC)、Λ SADC、滤波器，等等，为了清晰起见，结合Λ XDAC的特定实例和配置对本文公开的主题的技术进行说明。本文公开的特定示例性实施例涉及使用两个选择器的4位高性能差分输出ΛΣ音频DAC;然而，应该理解的是，本文公开的DEM技术可以应用到其中使用附加的选择器的其它类型的DAC和ADC。
[0031]如本文中所使用的词语“示例性的”意思是“充当实例，例子或说明”。本文中描述为“示例性的”的任何实施例不被解释为必然优选的或优于其他实施例。此外，应该理解的是，为了说明的简洁和/或清晰，附图中示出的元件并不一定按照比例绘制。例如，为了说明清楚起见，相对于其他元件，元件中的一些元件的尺寸可能被放大。此外，在一些附图中，为了清楚地说明附图，由附图标记只标示多个相似元件中的一个或两个，然而并不是所有相似的元件都可能都由附图标记来标示。更进一步地，应该理解的是，为了说明的清晰起见，虽然已从附图中省略了本文公开的主题的组件和/或元件的一些部分，但是旨在良好地设计、建造和装配实践。
[0032]图3根据本文公开的主题描绘了真实差分输出DAC配置300的示例性实施例的功能框图。与在图2中示出的常规伪差分DAC配置200相比，DAC300在面积和功率方面更有效。DAC300包括耦合到多个DAC元件302的DEM301，只示出了多个DAC元件302的一个DAC元件。DAC元件302的输出端被耦合到滤波器303，这提供真实的差分输出。每个DAC元件302包括电流源304