CN100479330C - 模数转换器 - Google Patents

模数转换器 Download PDF

Info

Publication number
CN100479330C
CN100479330C CNB2005101380371A CN200510138037A CN100479330C CN 100479330 C CN100479330 C CN 100479330C CN B2005101380371 A CNB2005101380371 A CN B2005101380371A CN 200510138037 A CN200510138037 A CN 200510138037A CN 100479330 C CN100479330 C CN 100479330C
Authority
CN
China
Prior art keywords
analog
digital
signal
converter
digital converter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB2005101380371A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1801627A (zh
Inventor
M·欣珀
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Intel Deutschland GmbH
Original Assignee
Infineon Technologies AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Infineon Technologies AG filed Critical Infineon Technologies AG
Publication of CN1801627A publication Critical patent/CN1801627A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100479330C publication Critical patent/CN100479330C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/06—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters
    • H03M1/0617—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters characterised by the use of methods or means not specific to a particular type of detrimental influence
    • H03M1/0634—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters characterised by the use of methods or means not specific to a particular type of detrimental influence by averaging out the errors, e.g. using sliding scale
    • H03M1/0656—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters characterised by the use of methods or means not specific to a particular type of detrimental influence by averaging out the errors, e.g. using sliding scale in the time domain, e.g. using intended jitter as a dither signal
    • H03M1/066—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters characterised by the use of methods or means not specific to a particular type of detrimental influence by averaging out the errors, e.g. using sliding scale in the time domain, e.g. using intended jitter as a dither signal by continuously permuting the elements used, i.e. dynamic element matching
    • H03M1/0673—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters characterised by the use of methods or means not specific to a particular type of detrimental influence by averaging out the errors, e.g. using sliding scale in the time domain, e.g. using intended jitter as a dither signal by continuously permuting the elements used, i.e. dynamic element matching using random selection of the elements
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/06—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters
    • H03M1/0617—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters characterised by the use of methods or means not specific to a particular type of detrimental influence
    • H03M1/0634—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters characterised by the use of methods or means not specific to a particular type of detrimental influence by averaging out the errors, e.g. using sliding scale
    • H03M1/0656—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters characterised by the use of methods or means not specific to a particular type of detrimental influence by averaging out the errors, e.g. using sliding scale in the time domain, e.g. using intended jitter as a dither signal
    • H03M1/066—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters characterised by the use of methods or means not specific to a particular type of detrimental influence by averaging out the errors, e.g. using sliding scale in the time domain, e.g. using intended jitter as a dither signal by continuously permuting the elements used, i.e. dynamic element matching
    • H03M1/0665—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters characterised by the use of methods or means not specific to a particular type of detrimental influence by averaging out the errors, e.g. using sliding scale in the time domain, e.g. using intended jitter as a dither signal by continuously permuting the elements used, i.e. dynamic element matching using data dependent selection of the elements, e.g. data weighted averaging
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12—Analogue/digital converters
    • H03M1/34—Analogue value compared with reference values
    • H03M1/36—Analogue value compared with reference values simultaneously only, i.e. parallel type
    • H03M1/361—Analogue value compared with reference values simultaneously only, i.e. parallel type having a separate comparator and reference value for each quantisation level, i.e. full flash converter type
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/66—Digital/analogue converters
    • H03M1/74—Simultaneous conversion
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M3/00—Conversion of analogue values to or from differential modulation
    • H03M3/30—Delta-sigma modulation
    • H03M3/39—Structural details of delta-sigma modulators, e.g. incremental delta-sigma modulators
    • H03M3/412—Structural details of delta-sigma modulators, e.g. incremental delta-sigma modulators characterised by the number of quantisers and their type and resolution
    • H03M3/422—Structural details of delta-sigma modulators, e.g. incremental delta-sigma modulators characterised by the number of quantisers and their type and resolution having one quantiser only
    • H03M3/424—Structural details of delta-sigma modulators, e.g. incremental delta-sigma modulators characterised by the number of quantisers and their type and resolution having one quantiser only the quantiser being a multiple bit one
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M3/00—Conversion of analogue values to or from differential modulation
    • H03M3/30—Delta-sigma modulation
    • H03M3/458—Analogue/digital converters using delta-sigma modulation as an intermediate step
    • H03M3/464—Details of the digital/analogue conversion in the feedback path

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Abstract

本发明提供一种模数转换器(100)，其具有：求和元件(102)，用于结合模数转换器的模拟输入信号(118)与反馈信号(116)以生成故障信号(120)；具有比较器(136)的量化器(106)，该比较器(136)用于比较故障信号与参考电压(142)以生成数字输出信号(124)；数模转换器(114)，用于把数字输出信号转换成反馈信号；控制装置(110)，用于根据数字输出信号生成控制信号(150)，以便以补偿元件的失配的方式控制数模转换器的元件的使用；用于生成随机数(156)的随机数生成装置(148)，在量化器中使用该随机数来切换向比较器的参考电压的分配，以消除在比较器输入端上偏移电压的影响；补偿装置(146)，用于根据与随机数有关的控制信号生成补偿的控制信号(152)以补偿参考电压的分配的切换。

Description

模数转换器
技术领域
本发明通常涉及模数转换器，特别涉及∑-Δ模数转换器。
背景技术
在许多电子传感器、控制与通信系统中，模数转换器是重要的部件。
目前存在两种基本类型的模数转换器(ADC)。具有开环的模数转换器和反馈的模数转换器。具有开环的模数转换器根据模拟输入信号直接生成数字代码，并且在操作方面通常是异步的。相反，反馈的模数转换器(DAC＝数模转换器)根据模拟输入信号生成数字代码，将该数字代码转换回模拟信号并将该模拟信号用作反馈信号。
反馈的转换器的一个实例是∑-Δ模数转换器。∑-Δ模数转换器借助于高时钟频率取代精确匹配电路内部部件而实现高分辨率，该部件是例如用在具有开环的模数转换器中的电阻和电容。∑-Δ模数转换器因此用在许多集成电路中。
∑-Δ模数转换器接收模拟输入信号并从输入信号中减去反馈信号以生成模拟故障信号。该故障信号由低通滤波器处理，然后在量化器中被量化，以便生成数字输出信号。具有反馈的数模转换器把数字输出信号转换成模拟信号或反馈信号。量化器通常具有用于生成参考电压的分压器和用于每一参考电压的各自的比较器。每个比较器比较模拟输入信号与各自的参考电压(量化阶段)并根据比较结果形成数字输出信号。用时钟频率或采样频率fs操作∑-Δ模数转换器，根据Nyquist(奈奎斯特)准则，采样频率fs至少是模拟输入信号的最高频率分量的两倍。实际上用于最小必需采样频率的采样频率fs的比率称为过采样比率。
在∑-Δ模数转换器中，非线性减少有用频率范围内的信噪比，在输出信号的输出频谱中生成谐波并改变在频率范围fs/20至fs/2内的噪声。非线性由量化器的量化级、量化器的比较器输入端的偏移误差或偏移电压VOS、以及诸如电阻的非理想分压器的元件和诸如功率源那样的具有反馈的数模转换器的元件的失配所造成。在比较器输入端的偏移电压VOS受处理内部的阈值电压失配所支配，并在减少信号摆幅或减少量化增量时变得愈发有问题。
可以通过增大采样频率或过采样比率来改善信噪比(SNR)和∑-Δ模数转换器的分辨率。量化器的量化噪声因而分布在较大的频率范围和有用频率范围上，并且可以通过在量化器下游使用常规的滤波器来充分地衰减量化噪声或将其消除在有用频率范围外。
解决偏移电压问题的已知的可能方法是使用校准算法校正∑-Δ模数转换器中比较器输入端的偏移电压。这种方法的缺点是成本高，而且在∑-Δ模数转换器接通前必须有充足的可用于校准的时间。
解决阻抗失配问题的已知的可能方法是提高量化器中部件的匹配。然而，这种解决方案的缺点是随着匹配的改善，寄生影响以及使用的表面积平方增加。
美国专利号US 6346898B1描述了解决上述问题的另一种可行的方法。
图2显示了在US 6346898B1中所描述并在那里的图2中所显示的已知的∑-Δ模数转换器。∑-Δ模数转换器200具有求和元件202、噪声形成滤波器204、量化器206、数字滤波器208、用于动态元件匹配(DEM)的控制装置210、开关装置212以及数模转换器214。∑-Δ模数转换器200的一个输入端连接到求和元件202的第一输入端。求和元件202的第二输入端连接到数模转换器214的输出端。求和元件202的一个输出端连接到噪声形成滤波器204的输入端。噪声形成滤波器204的一个输出端连接到量化器206的输入端。量化器206的一个输出端连接到数字滤波器208的输入端和用于动态元件匹配的控制装置210的输入端。用于动态元件匹配的控制装置210的一个输出端连接到开关装置212的输入端。开关装置212的一个输出端连接到数模转换器214的输入端。用于动态元件匹配的控制装置210、开关装置212以及数模转换器214形成到求和元件202的反馈回路。噪声形成滤波器204通常是低通滤波器。量化器206一般具有比较器阵列。数字滤波器208是抽取滤波器。
数模转换器214的模拟输出信号216与∑-Δ模数转换器200的模拟输入信号218通过求和元件202相结合而生成模拟故障信号220。故障信号220由噪声形成滤波器204滤波以生成滤波输出信号222，滤波输出信号222被送到量化器206。量化器206的数字多位输出信号224是数字滤波器208和用于动态元件匹配的控制装置210的输入信号。数字滤波器208把有用频率范围和多位输出信号224分开，并且把用于数字信号处理的所述范围作为∑-Δ模数转换器220的输出信号226来传递。用于动态元件匹配的控制装置210和开关装置212确定在数模转换器214中的元件的使用。例如，可以将用于动态元件匹配的控制装置210设计成确保以关于时间适当相等的方式使用数模转换器214的所有元件。
图3显示了在US 6346898B1中所描述并在那里的图4中所显示的另一个已知的∑-Δ模数转换器。∑-Δ模数转换器300具有求和元件300、噪声形成滤波器304、具有用于动态元件匹配(DEM)的控制装置的量化器328、数字滤波器308以及数模转换器314。∑-Δ模数转换器300的一个输入端连接到求和元件302的第一输入端。求和元件302的第二输入端连接到数模转换器314的输出端。求和元件302的一个输出端连接到噪声形成滤波器304的输入端。噪声形成滤波器304的一个输出端连接到量化器328的输入端。量化器328的一个输出端连接到数字滤波器308的输入端和数模转换器314的输入端。噪声形成滤波器304通常是级联的积分器。量化器328具有比较器。数字滤波器308通常具有抽取器，其输出具有适于系统的采样率的输出信号326。数字滤波器308例如是低通滤波器。
∑-Δ模数转换器300的模拟输入信号318被加到反馈信号或数模转换器314的模拟输出信号316上，以便生成送到噪声形成滤波器304的故障信号320。噪声形成滤波器304的滤波输出信号322被送到生成数字多位输出信号324的量化器328。量化器328利用比较器来选择最接近噪声形成滤波器304的滤波输出信号322的多位输出信号324。量化器328中用于动态元件匹配(DEM)的控制装置确定比较器的使用。数字多位输出信号324被送到数字滤波器308并被滤波以消除由量化器328引起的存在于有用频率范围之外的量化噪声，以便生成用于进一步数字信号处理的数字输出信号326。输出信号326是∑-Δ模数转换器300的输出信号。多位输出信号324也被送到数模转换器314，数模转换器314把多位输出信号324转换成模似输出信号316。应当注意，噪声形成滤波器304的采样率和输出信号326的输出采样率之间的比率是过采样比率。
图4显示了在US 6346898B1中所描述并在那里的图5中所显示的图3中的量化器。量化器328具有一连串的电阻330、开关装置332、用于动态元件匹配的控制装置334以及一连串的比较器336。开关装置332包含多个开关338，开关338把所述开关装置332的各自输入端连接到开关装置332的选定输出端340。
来自噪声形成滤波器304(图3)的滤波输出信号322被送到一连串的比较器336。由将电压V+/V-划分为参考电压342的一连串电阻330生成到比较器336的其他信号。一般以相等的间隔隔开这些参考电压342。比较器336生成多位输出信号324。由开关装置332执行动态元件匹配，由用于动态元件匹配(DEM)的控制装置334借助控制信号344控制开关装置332。以多位输出信号324为基础，由这些控制信号344切换开关338。为了清楚起见，仅示出了开关装置332的一种构造。然而，在控制信号344的控制下，借助于开关338可以将任一参考电压342连接到任一输出端340。应当注意，每一参考电压342仅被送到一个比较器336。
当控制装置用于图2和4中的动态元件匹配210和334时，从数模转换器214或量化器328的元件总数n中确定最多的必需元件m，然后使用最多的必需元件。以随着时间的使用为基础，更新用于下一次选择的需求的程度。在动态第一级元件匹配的情况下，需求的程度是基于使用的每一元件的总数，以及最多的必需元件，最多的必需元件是被最少使用的元件。在动态第二级元件匹配的情况下也考虑使用定时控制。
如上所述，由比较器输入端在判定阈值上的偏移电压特别确定量化器328中的线性误差。另一方面，通过所述数模转换器214的所有有源元件的失配来确定数模转换器214中的线性误差。因为仅有一个比较器，特别地是，其参考电压仍恰好在将被数字化的电压之下的该比较器曾确定量化器328中的线性，并且多个元件确定在数模转换器214中的线性，上述已知的DEM方法在数模转换器和量化器中具有不同的效果。
在美国专利号US 6346898B1中所描述的装置和方法的一个缺点是∑-Δ模数转换器输出信号的第二和第三谐波仅被轻微衰减。输出信号的输出频谱也呈现出在区域fs/20到fs/2中的测量上的增加。
Eric Fogleman和Ian Galton于2001年2月在IEEE Transaction onCircuits and Systems-II：Analogue and Digital Signal Processing第48卷第2期上发表的文章“A Dynamic Element Matching Technique forReduced-Distortion Multibit Quantization in sigma-delta-ADCs”(在∑-ΔADC中用于减少失真的多位量化的动态元件匹配技术)描述了已知的另一种可能解决比较器输入端偏移电压问题的方法。
在Fogleman等人的文章中，通过利用随机位序列调制每一偏移电压VOS的符号来减少在比较器输入端由偏移电压引入的干扰。在Fogleman等人的文章中称这种方法为比较器偏移DEM。
图5显示了在Eric Fogleman和Ian Galton发表的文章中所描述并在那里的图3中所显示的已知的比较器。在每一比较器k的模拟输入端和模拟输出端使用交换单元S1和S2在∑-Δ模数转换器中实现比较器偏移DEM。在图5中，Vin[n]是模拟输入信号的瞬时值，refk是上游连接的分压器的参考电平，r[n]是控制信号并且yk[n]是数字输出信号序列。控制信号r[n]是±伪随机1位序列。如果r[n]＝1，则选择穿过S1和S2的直接通路，并且如果r[n]＝-1，则选择穿过S1和S2的交换通路。该交换导致由伪随机序列r[n]的值所选择的每一比较器的两个量化阈值。
Eric Fogleman和Ian Galton所述方法的缺点是结果只能减少∑-Δ模数转换器的输出信号中诸如第二、第四和第六谐波那样的偶数谐波。而不减少诸如第三、第五和第七谐波那样的奇数谐波。
发明内容
本发明的一个目标是提供具有低信噪比的模数转换器，并且允许简单而有效地减少所述模数转换器的输出信号中的谐波。
利用依据权利要求1的模数转换器达到该目的。
本发明基于的概念是把模数转换器中比较器输入端的偏移电压转换成频谱白噪声，并把具有反馈的数模转换器的元件的失配转换成模数转换器中的第一级噪声、即线性地依赖于频率的噪声。为此目的，使用不同的方法实现比较器输入端的偏移电压的校正以及数模转换器元件的失配的校正。
本发明提供一种模数转换器，其具有：求和元件，用于结合模数转换器的模拟输入信号与模拟反馈信号以生成模拟故障信号；具有比较器的量化器，比较器用于比较故障信号与参考电压以生成数字输出信号；数模转换器，用于把数字输出信号转换成模拟反馈信号；用于动态元件匹配的控制装置，用于根据数字输出信号生成控制信号，以便以补偿元件失配的方式来控制数模转换器的元件的使用；用于生成随机数的随机数生成装置，在量化器中使用随机数来切换将参考电压分配给比较器，以消除在比较器输入端上偏移电压的影响；补偿装置，当数模转换器的元件使用受到控制时，根据与随机数有关的控制信号生成补偿控制信号，以补偿参考电压的分配的切换。
本发明的一个优点是借助于随机数，使用量化器置乱，减少了上述∑-Δ模数转换器的量化器的静态或元件相关的按序恒定的非线性影响、。
本发明的另一个优点是所述发明完全补偿量化器的非线性结果并且因而完全抑制谐波。
本发明的另一个优点是借助于所述发明可以减少进行比较器的匹配的要求，导致较小的面积和减少的寄生影响。
可以在从属权利要求中找到权利要求1说明的模数转换器的有利发展和改进。
依据本发明的优选的发展，以将元件的失配转换成第一级噪声的方式来控制数模转换器的元件的使用。
依据本发明的进一步优选的发展，量化器中的随机数用来将比较器输入端的偏移电压转换成白噪声。
依据进一步优选的发展，控制装置具有用于动态元件匹配的模计数器。
依据进一步优选的发展，随机数是在0与N-1之间的整数，其中N是比较器的数目。
依据进一步优选的发展，随机数生成装置具有用于生成随机数的线性反馈移位寄存器。
依据进一步优选的发展，模数转换器具有开关装置，该开关装置用于在数模转换器的元件的使用受到控制时在补偿控制信号的控制下，根据输出信号生成修正的输出信号以补偿参考电压的切换。
依据进一步优选的发展，量化器具有开关装置，开关装置具有用于施加参考电压的输入端和用于向比较器输出切换的参考电压的输出端，开关装置根据随机数切换输入端到输出端的分配。
依据进一步优选的发展，量化器还具有用于生成参考电压的参考电压生成装置。
依据进一步优选的发展，参考电压生成装置具有一连串的电阻或功率源。
附图说明
以下参考附图更详细地解释本发明的优选实施例，其中：
图1显示了依据本发明的一个模数转换器；
图2显示了一个已知的模数转换器；
图3显示了另一个已知的模数转换器；
图4显示了图3中量化器的细节；以及
图5显示了一个已知的具有比较器偏移DEM的比较器。
在这些图中，由作为最高数字的图号和作为较低数字的相同数字组成的相同的一个或多个参考标记指示相同或功能相同的部件。
具体实施方式
图1显示了依据本发明的模数转换器。模数转换器100具有求和元件102、噪声形成滤波器104、量化器106、数字滤波器108、用于动态元件匹配(DEM)的控制装置110、补偿装置146、开关装置112、数模转换器114以及随机数生成装置148。量化器106具有参考电压生成装置130、开关装置132和比较器136。
模数转换器100的输入端连接到求和元件102的第一输入端。模数转换器100的输入端用来施加输入信号118。求和元件102的第二输入端连接到数模转换器114的输出端。数模转换器114的输出端用来输出模拟输出信号116或反馈信号。求和元件102的一个输出端连接到噪声形成滤波器104的输入端。求和元件102的输出端用来输出故障信号120。噪声形成滤波器104的一个输出端连接到比较器136的第一输入端。噪声形成滤波器104的输出端用来输出滤波输出信号122。比较器136的输出端连接到数字滤波器108的输入端、连接到用于动态元件匹配的控制装置110的输入端和开关装置112的第一输入端。比较器136的输出端用来输出数字多位输出信号124。数字滤波器108的一个输出端连接到模数转换器100的输出端，并用来输出模数转换器100的输出信号126。用于动态元件匹配的控制装置110的一个输出端连接到补偿装置146的第一输入端。用于动态元件匹配的控制装置110的输出端用来输出控制信号150。补偿装置146的一个输出端连接到开关装置112的第二输入端。补偿装置146的输出端用来输出补偿的控制信号152。开关装置112的一个输出端连接到数模转换器114的输入端。开关装置112的输出端用来输出修正的多位输出信号154。随机数生成装置148的一个输出端连接到补偿装置146的第二输入端和量化器106中开关装置132的第一输入端。随机数生成装置148的输出端用来输出随机数156。参考电压生成装置130的输出端连接到开关装置132的第二输入端。参考电压生成装置130的输出端用来输出参考电压142。开关装置132的输出端连接到比较器136的输入端。开关装置132的输出端用采输出参考电压158，参考电压158被切换地与参考电压生成装置130的参考电压142相比较。开关装置112和数模转换器114形成到求和元件112的反馈回路。
噪声形成滤波器104通常具有级联的积分器并且优选是低通滤波器。比较器136优选具有比较器阵列。参考电压生成装置130优选具有一连串的电阻和功率源或者电容网络。数字滤波器108通常是抽取滤波器并且优选是低通滤波器。用于动态元件匹配的控制装置110优选具有模计数器。随机数生成装置148优选是具有例如多个线性反馈移位寄存器(LSFR)的数字随机发生器。开关装置112和132是在任何要求的组合中其输入端和输出端可以彼此单独连接的切换矩阵。补偿装置146优选是减法器，例如模减法器。
当模数转换器100工作时，通过求和元件102结合数模转换器114的模拟输出信号116和模数转换器100的模拟输入信号118以生成模拟故障信号120，例如从模数转换器100的模拟输入信号118中减去数模转换器114的模拟输出信号116。故障信号120由噪声形成滤波器104滤波以生成送到量化器106和的滤波输出信号122。滤波器104用来抑制有用频率范围内的量化噪声。量化器106利用比较器选择最接近噪声形成滤波器104的滤波输出信号122的数字多位输出信号124。为此目的，参考电压生成装置130为比较器136生成参考电压142，可以以常规方式设置比较器136的阈值。量化器106的多位输出信号124被送到数字滤波器108，数字滤波器108滤波多位输出信号124并生成输出信号126，输出信号126具有适于在随后的系统中进一步数字信号处理的采样率。数字滤波器108从多位输出信号124中提取有用频率范围或者消除由量化器106造成的并存在于有用频率范围之外的量化噪声。
随机数生成装置148优选用来生成在0与N-1之间的随机整数序列156。这里N是量化器106中比较器136的数目。在开关装置132中使用随机数156来移位或旋转由参考电压生成装置130送到开关装置132的参考电压142，并且输出切换的参考电压158到比较器136。为此目的，在新的量化结果出现之后开关装置132根据随机数156切换其输入端与输出端的分配。参考电压142是否旋转1或2或N-1取决于随机数156。参考电压142的随机移位或置乱使量化器106线性化并校正在比较器136输入端上的偏移电压。这里，将比较器136输入端上的偏移电压所造成的非线性转换成频谱白噪声。
作为用于数模转换器114的元件的动态元件匹配，随机旋转或移位不是足够的。然而，数模转换器114的线性对于模数转换器100的功能是决定性的。为了节约面积和功率，优选地在具有反馈的数模转换器114中应用第一级失配整形方法以校正数模转换器114的元件(例如功率源)的非线性。然而，也可以使用更复杂的方法。
用于动态元件匹配的控制装置110根据多位输出信号124中的最后量化结果计算分配给数模转换器114的元件的旋转值，旋转值致使数模转换器114中的第一级(线性)失配整形并由控制信号150表示。用于动态元件匹配的控制装置110优选具有模计数器，模计数器从0到N-1计数然后重新跳回开始、即到0，N是比较器136的数目。在补偿装置146中，从控制信号150的旋转值或用于动态元件匹配的控制装置110的计数值中减去来自随机数生成装置148的随机数156，以取消随机数156并生成补偿的控制信号152。开关装置112改变在量化器106的比较器136与数模转换器114的元件之间的分配。更精确地，开关装置112根据补偿的控制信号152，以通过数模转换器114上游的量化器106中的开关装置132局部补偿参考信号142的切换的方式来切换其输入端和输出端的分配，并输出修正的多位输出信号154。因此以将元件失配转换成第一级噪声的方式将多位输出信号124中温度计式编码的量化结果分配到数模转换器114的元件。用于动态元件匹配的控制装置110、补偿装置146和开关装置类似于实现第一级失配整形的桶形移位器。应当注意，不管量化置乱，数模转换器114输入端的数据是相等的。
尽管上面参考优选的示范性实施例描述了本发明，但本发明不应当被限制到示范性实施例，而是相反地，可以以各种方式被修正。

Claims (10)

1.一种模数转换器(100)，具有：
-求和元件(102)，用于结合所述模数转换器(100)的模拟输入信号(118)与模拟反馈信号(116)以生成模拟故障信号(120)；
-具有比较器(136)的量化器(106)，所述比较器(136)用于比较所述故障信号(120)与参考电压(142)以生成数字输出信号(124)；
-数模转换器(114)，用于把所述数字输出信号(124)转换成模拟反馈信号(116)；以及
-用于动态元件匹配的控制装置(110)，用于根据所述数字输出信号(124)生成控制信号(150)，以便以补偿元件的失配的方式控制数模转换器(114)的元件的使用，特征在于
-用于生成随机数(156)的随机数生成装置(148)，在所述量化器(106)中使用所述随机数(156)来切换对所述比较器(136)的参考电压(142)的分配，以消除在所述比较器(136)输入端上偏移电压的影响；以及
-补偿装置(146)，用于在所述数模转换器(114)的元件的使用受到控制时根据与所述随机数(156)有关的所述控制信号(150)生成补偿的控制信号(152)，以补偿所述参考电压(142)的分配的切换。
2.依据权利要求1所述的模数转换器(100)，其特征在于，以将所述元件的失配转换成第一级噪声的方式来控制所述数模转换器(114)的元件的使用。
3.依据权利要求1或2所述的模数转换器(100)，其特征在于，使用所述量化器(106)中的随机数(156)来把所述比较器(136)输入端的偏移电压转换成白噪声。
4.依据权利要求1所述的模数转换器(100)，其特征在于，所述控制装置(110)具有用于动态元件匹配的模计数器。
5.依据权利要求1所述的模数转换器(100)，其特征在于，所述随机数是在0与N-1之间的整数，其中N是所述比较器(136)的数目。
6.依据权利要求1所述的模数转换器(100)，其特征在于，所述随机数生成装置(148)具有用于生成所述随机数(156)的线性反馈移位寄存器。
7.依据权利要求1所述的模数转换器(100)，其特征在于，所述模数转换器(100)具有开关装置(112)，所述开关装置用于在所述数模转换器(114)的元件的使用受到控制时，在所述补偿的控制信号(152)的控制下根据所述数字输出信号(124)生成修正的输出信号(154)，以补偿所述参考电压(142)的切换。
8.依据权利要求1所述的模数转换器(100)，其特征在于，所述量化器(106)具有开关装置(132)，所述开关装置具有用于施加所述参考电压(142)的输入端和用于将切换的参考电压(158)输出到所述比较器(136)的输出端，所述开关装置(132)根据所述随机数(156)切换输入端到输出端的分配。
9.依据权利要求1所述的模数转换器(100)，其特征在于，所述量化器(106)还具有用于生成所述参考电压(142)的参考电压生成装置(130)。
10.依据权利要求9所述的模数转换器(100)，其特征在于，所述参考电压生成装置(130)具有一连串的电阻(330)或功率源。
CNB2005101380371A 2004-10-11 2005-10-10 模数转换器 Expired - Fee Related CN100479330C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102004049481A DE102004049481B4 (de) 2004-10-11 2004-10-11 Analog-Digital-Wandler
DE102004049481.9 2004-10-11

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1801627A CN1801627A (zh) 2006-07-12
CN100479330C true CN100479330C (zh) 2009-04-15

Family

ID=36144695

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2005101380371A Expired - Fee Related CN100479330C (zh) 2004-10-11 2005-10-10 模数转换器

Country Status (3)

Country Link
US (1) US7176822B2 (zh)
CN (1) CN100479330C (zh)
DE (1) DE102004049481B4 (zh)

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005012444B4 (de) * 2005-03-17 2006-12-07 Infineon Technologies Ag Steuervorrichtung und Verfahren zur Verwürfelung der Zuordnung der Referenzen eines Quantisierers in einem Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzer
US7362247B2 (en) * 2005-05-06 2008-04-22 Agere Systems Inc. Digital correction of nonlinearity errors of multibit delta-sigma digital to analog converters
US7286070B2 (en) * 2005-11-21 2007-10-23 Freescale Semiconductor, Inc. RF carrier generator and method thereof
US7358876B1 (en) * 2006-02-02 2008-04-15 Marvell International Ltd. Mixed-mode analog offset cancellation for data conversion systems
US7298305B2 (en) * 2006-03-24 2007-11-20 Cirrus Logic, Inc. Delta sigma modulator analog-to-digital converters with quantizer output prediction and comparator reduction
US7298306B2 (en) * 2006-03-24 2007-11-20 Cirrus Logic, Inc. Delta sigma modulators with comparator offset noise conversion
US7221303B1 (en) 2006-03-24 2007-05-22 Cirrus Logic, Inc. Delta sigma modulator analog-to-digital converters with multiple threshold comparisons during a delta sigma modulator output cycle
US7859441B2 (en) * 2007-04-11 2010-12-28 Mediatek Inc. Data readout system having non-uniform ADC resolution and method thereof
US7961125B2 (en) * 2008-10-23 2011-06-14 Microchip Technology Incorporated Method and apparatus for dithering in multi-bit sigma-delta digital-to-analog converters
JP4809450B2 (ja) * 2009-02-26 2011-11-09 パナソニック株式会社 デルタシグマａｄ変調器
US20100241679A1 (en) * 2009-03-17 2010-09-23 Guo Xing Li Signal conversion systems
DE102009032811A1 (de) * 2009-07-10 2011-02-17 KROHNE Meßtechnik GmbH & Co. KG Frequenzsynthesizer für ein Füllstandsmessgerät und Füllstandsmessgerät
WO2011071142A1 (ja) * 2009-12-11 2011-06-16 日本電気株式会社 Ａ／ｄ変換装置とその補正制御方法
CN101741387B (zh) * 2009-12-17 2013-03-27 上海贝岭股份有限公司 一种积分型模数转换器及其采样控制方法
JPWO2011118370A1 (ja) * 2010-03-26 2013-07-04 日本電気株式会社 時間インターリーブ方式ａ／ｄ変換装置
CN102025375B (zh) * 2010-12-07 2013-12-04 西安电子科技大学 模数转换器及其数字校准电路
CN102063262B (zh) * 2010-12-17 2012-09-05 北京控制工程研究所 一种多路模拟量自动采集控制电路
CN102158230A (zh) * 2011-03-11 2011-08-17 苏州易能微电子科技有限公司 Adc电路
US8810443B2 (en) * 2012-04-20 2014-08-19 Linear Technology Corporation Analog-to-digital converter system and method
US9007242B2 (en) * 2013-06-27 2015-04-14 Realtek Semiconductor Corp. Self-calibrated delta-sigma modulator and method thereof
CN105322968B (zh) * 2015-09-18 2018-07-06 东南大学 一种应用于σδ模数转换器调制器的动态元件匹配方法
CN105389544B (zh) * 2015-10-21 2018-04-17 深圳市汇顶科技股份有限公司 输出转换电路及指纹识别系统
CN106027049A (zh) * 2016-05-12 2016-10-12 西安电子科技大学昆山创新研究院 一种应用于逐次逼近型模数转换器的数据权重平均算法
US10897262B2 (en) * 2017-03-20 2021-01-19 Texas Instruments Incorporated Methods and apparatus to determine non linearity in analog-to-digital converters
CN109120265B (zh) * 2018-08-06 2021-09-14 张家港康得新光电材料有限公司 一种信号的校正方法、装置、芯片和存储介质
US11038522B1 (en) * 2020-02-03 2021-06-15 Nxp B.V. Offset compensation in ADC circuitry
US11522553B2 (en) * 2020-05-05 2022-12-06 Stmicroelectronics International N.V. Sigma-delta analog-to-digital converter circuit with real time correction for digital-to-analog converter mismatch error

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5187481A (en) * 1990-10-05 1993-02-16 Hewlett-Packard Company Combined and simplified multiplexing and dithered analog to digital converter
US6346898B1 (en) * 2000-08-07 2002-02-12 Audio Logic, Inc. Multilevel analog to digital data converter having dynamic element matching in a reference data path
US6462685B1 (en) * 2001-04-05 2002-10-08 Nokia Corporation Dither signal insertion inversely proportional to signal level in delta-sigma modulators
US6426714B1 (en) * 2001-06-26 2002-07-30 Nokia Corporation Multi-level quantizer with current mode DEM switch matrices and separate DEM decision logic for a multibit sigma delta modulator
US6744392B2 (en) * 2002-08-02 2004-06-01 Cirrus Logic, Inc. Noise shapers with shared and independent filters and multiple quantizers and data converters and methods using the same
US6738004B2 (en) * 2002-08-15 2004-05-18 Cirrus Logic, Inc. Method and system of integrating a mismatch noise shaper into the main loop of a delta-sigma modulator
US6674381B1 (en) * 2003-02-28 2004-01-06 Texas Instruments Incorporated Methods and apparatus for tone reduction in sigma delta modulators
US6768437B1 (en) * 2003-06-24 2004-07-27 Nokia Corporation Switched voltage-mode dither signal generation for a sigma-delta modulator
US6970120B1 (en) * 2004-06-12 2005-11-29 Nordic Semiconductor Asa Method and apparatus for start-up of analog-to-digital converters

Also Published As

Publication number Publication date
DE102004049481A1 (de) 2006-08-03
DE102004049481B4 (de) 2007-10-18
US7176822B2 (en) 2007-02-13
CN1801627A (zh) 2006-07-12
US20060077090A1 (en) 2006-04-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100479330C (zh) 模数转换器
Fu et al. A digital background calibration technique for time-interleaved analog-to-digital converters
CN106888018B (zh) Dac时序失配误差的数字测量
Miki et al. A 4.2 mw 50 ms/s 13 bit CMOS SAR ADC with SNR and SFDR enhancement techniques
EP2347509B1 (en) An adc
US7129874B2 (en) Method and apparatus for operating a pipelined ADC circuit
Rapuano et al. ADC parameters and characteristics
EP1182781B1 (en) Multistage converter employing digital dither
WO2013099114A1 (ja) 逐次比較型ａｄ変換器およびノイズ生成器
US8378869B2 (en) Fast data weighted average circuit and method
US7486210B1 (en) DWA structure and method thereof, digital-to-analog signal conversion method and signal routing method
Venca et al. A 0.076 mm2 12 b 26.5 mW 600 MS/s 4-Way Interleaved Subranging SAR-$\Delta\Sigma $ ADC With On-Chip Buffer in 28 nm CMOS
CN108900195B (zh) 过采样模数转换器及其反馈数模转换器动态误差校准方法
Ferragina et al. Gain and offset mismatch calibration in time-interleaved multipath A/D sigma-delta modulators
Zheng et al. A short review of some analog-to-digital converters resolution enhancement methods
US7199741B2 (en) Method for digital/analog conversion and corresponding digital/analog converter device
EP1665540B1 (en) Method for calibrating a multi-bit digital-to-analog converter, multi-bit digital-to-analog converter in which this method is applied and converter provided with such a multi-bit digital-to-analog converter
US11075646B2 (en) Σ-Δmodulator and method for reducing nonlinear error and gain error
US20240048146A1 (en) Circuit with two digital-to-analog converters and method of operating such the circuit
Song et al. Data Converters
US11817874B1 (en) Linear multi-level DAC
Be et al. A Timing Skew Correction Technique in Time-Interleaved ADCs Based on a DeltaSigma Digital-to-Time Converter
Li et al. A fast and accurate calibration method for high-speed high-resolution pipeline ADC
Yoo A background calibration technique and self testing method for the pipeline analog to digital converter
WO2024008312A1 (en) Successive approximation register-based reference analog-to-digital converter with low-complexity dynamic element matching

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: INFINEON TECHNOLOGIES AG

Free format text: FORMER OWNER: INFENNIAN TECHNOLOGIES AG

Effective date: 20120625

Owner name: INTEL MOBILE COMMUNICATIONS LTD.

Free format text: FORMER OWNER: INTEL MOBILE COMMUNICATIONS TECHNOLOGY LTD.

Effective date: 20120625

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
C56 Change in the name or address of the patentee

Owner name: INTEL MOBILE COMMUNICATIONS TECHNOLOGY LTD.

Free format text: FORMER NAME: INFINEON TECHNOLOGIES AG

CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: Neubiberg, Germany

Patentee after: Intel Mobile Communications GmbH

Address before: Neubiberg, Germany

Patentee before: Infineon Technologies AG

TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20120625

Address after: Neubiberg, Germany

Patentee after: Infineon Technologies AG

Address before: Munich, Germany

Patentee before: INFINEON TECHNOLOGIES AG

Effective date of registration: 20120625

Address after: Neubiberg, Germany

Patentee after: Intel Mobile Communications GmbH

Address before: Neubiberg, Germany

Patentee before: Intel Mobile Communications GmbH

C56 Change in the name or address of the patentee
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: Neubiberg, Germany

Patentee after: Intel Mobile Communications GmbH

Address before: Neubiberg, Germany

Patentee before: Intel Mobile Communications GmbH

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20090415

Termination date: 20171010

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee