CN110943742B - 三角积分调变器的校正方法与校正电路 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种三角积分调变器的校正方法及校正电路。该三角积分调变器包含一回路滤波器、一量化器及一数位类比转换器，且该回路滤波器包含一谐振器。该校正电路包含一存储器以及一控制电路。存储器储存多个程序指令。控制电路用来执行该些程序指令以校正该三角积分调变器。三角积分调变器的校正程序包含以下步骤：输入一测试信号至该三角积分调变器；取得该三角积分调变器之一输出信号之一信号特征值；以及根据该信号特征值调整该谐振器。

Description

三角积分调变器的校正方法与校正电路

技术领域

本申请是关于三角积分调变器(sigma-delta modulator,SDM)，尤其是关于三角积分调变器的校正方法与校正电路。

背景技术

三角积分调变器可作为类比数位转换器(analog-to-digital converter,ADC)使用，其缺点之一为容易受制程(process)、电压(voltage)与温度(temperature)影响，导致类比数位转换的解析度变差或甚至出现错误。因此需要一种校正方法及校正电路来校正三角积分调变器，以确保三角积分调变器的效能及正确性。

发明内容

鉴于先前技术的不足，本申请的一目的在于提供一种三角积分调变器的校正方法与校正电路，以减轻或避免三角积分调变器受制程、电压与温度影响。

本申请公开了一种三角积分调变器的校正方法。该三角积分调变器包含一回路滤波器、一量化器及一数位类比转换器，且该回路滤波器包含一谐振器。该校正方法包含以下步骤：输入一测试信号至该三角积分调变器；取得该三角积分调变器的一输出信号的一信号特征值；以及根据该信号特征值调整该谐振器。

本申请另公开了一种三角积分调变器的校正电路。该三角积分调变器包含一回路滤波器、一量化器及一数位类比转换器，且该回路滤波器包含一谐振器。该校正电路包含一存储器以及一控制电路。存储器储存多个程序指令。控制电路用来执行该些程序指令以校正该三角积分调变器。三角积分调变器的校正程序包含以下步骤：输入一测试信号至该三角积分调变器；取得该三角积分调变器的一输出信号的一信号特征值；以及根据该信号特征值调整该谐振器。

本申请的三角积分调变器的校正方法与校正电路能够在晶片出厂时、电路操作前或电路操作期间对三角积分调变器进行校正。相较于传统技术，本申请能够弹性地调整三角积分调变器的噪声传递函数，使三角积分调变器在感兴趣的频段内有较高的信号信噪比或较低的误差向量幅度及噪音强度，而即时地针对当时的操作环境进行校正可以大幅降低制程、电压与温度对三角积分调变器的影响。

有关本申请的特征、实作与功效，兹配合图式作实施例详细说明如下。

附图说明

图1为本申请的三角积分调变器的校正方法的一实施例的流程图；

图2为本申请三角积分调变器的校正电路的一实施例的功能方块图；

图3为本申请的回路滤波器的一实施例的电路图；以及

图4为图3的某一谐振器的内部电路图。

具体实施方式

以下说明内容的技术用语系参照本技术领域的习惯用语，如本说明书对部分用语有加以说明或定义，该部分用语的解释系以本说明书的说明或定义为准。

本申请的公开内容包含三角积分调变器的校正方法与校正电路，用以减轻或避免三角积分调变器受制程、电压与温度影响。由于本申请的三角积分调变器的校正电路所包含的部分元件单独而言可能为已知元件，因此在不影响该装置实施例的充分公开及可实施性的前提下，以下说明对于已知元件的细节将予以节略。此外，本申请的三角积分调变器的校正方法的部分或全部流程可以是软体及/或韧体的形式，并且可藉由本申请的三角积分调变器的校正电路或其等效装置来执行，在不影响该方法实施例的充分公开及可实施性的前提下，以下方法案的说明将着重于步骤内容而非硬体。

图1为本申请的三角积分调变器的校正方法的一实施例的流程图，图2为本申请三角积分调变器的校正电路的一实施例的功能方块图。校正电路包含控制电路220及存储器230。控制电路220可以是具有程序执行能力的电路，例如中央处理单元、微控制器、微处理器或数位信号处理器。存储器230储存多个程序码或程序指令，控制电路220执行该些程序码或程序指令来校正三角积分调变器210。三角积分调变器210包含加法电路212、回路滤波器214、量化器216以及数模转换器(digital-to-analog converter,DAC)218。三角积分调变器210的动作原理为本技术领域具有通常知识者所熟知，故不再赘述。以下的说明请同时参阅图1及图2。

校正开始时，测试信号Vt被输入至三角积分调变器210(步骤S110)。测试信号Vt可以例如是单音信号(tone signal or single tone signal)，或是三角积分调变器210于一般的运行期间所收到的信号。换言之，本申请的测试方法可以在三角积分调变器210运行之前执行，或是在三角积分调变器210正在运行时执行。

接下来，控制电路220取得三角积分调变器210的输出信号Dout在感兴趣的频段内的信号特征值(步骤S120)。感兴趣的频段可以是预设的，例如三角积分调变器210的操作频段。信号特征值可以是输出信号Dout的信号信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)、误差向量幅度(error vector magnitude,EVM)或噪音强度等。在一些实施例中，信号信噪比、误差向量幅度及噪音强度可以分别利用三角积分调变器210所在的晶片中的信号信噪比量测计、误差向量幅度量测计及噪音估计器(noise estimator)量测，控制电路220再从该量测计或估计器取得信号特征值(以图中的信号Dr表示)。在一些实施例中，控制电路220具有执行快速傅立叶转换(Fast Fourier Transform,FFT)的能力，控制电路220可以藉由对输出信号Dout执行快速傅立叶转换运算，并根据转换结果来计算出输出信号Dout的信号特征值。根据信号的快速傅立叶转换结果计算该信号的信号信噪比、误差向量幅度或噪音强度为本技术领域具有通常知识者所熟知，故不再赘述。控制电路220可以将信号特征值储存在本身的记忆电路(例如暂存器)中，或是储存至存储器230。所得的信号特征值对应回路滤波器214的当前的参数组合，回路滤波器214的参数组合于下一段中配合图3及图4做说明。

图3为本申请的回路滤波器214的一实施例的电路图。回路滤波器214包含n个串接的谐振器310(310-1、310-2、…、310-n，n为正整数)。此n个谐振器310分别受到n个控制信号(Ctrl-1、Ctrl-2、…、Ctrl-n，整体可由图2的控制信号Ctrl代表)控制。图4为图3的某一谐振器310的内部电路图。谐振器310-k(k大于等于1且小于等于n)包含积分器410、积分器420及阻抗430。积分器410及积分器420各包含电阻R、电容C及运算放大器OP，该些元件的连接方式如图4所示，而积分器410及积分器420的动作原理为本技术领域具有通常知识者所熟知，故不再赘述。阻抗430位于谐振器310-k的回授路径上，其一端耦接积分器420的运算放大器OP的输出端，另一端耦接积分器410的运算放大器OP的其中一输入端。在一些实施例中，阻抗430包含可变电阻432，其电阻值由控制信号Ctrl-k控制。在其他的实施例中，阻抗430可以包含电阻、电容及电感的至少其中之一，且电阻、电容及电感的至少其中一者为可调。假设图3的每一个谐振器310的可变电阻432皆有5个电阻值可供选择，则回路滤波器214有5ⁿ种参数组合。在一些实施例中，回路滤波器214的部分谐振器310为可调，部分为不可调。在一些实施例中，控制电路220使用穷举法来列举所有参数组合，但本申请不以此为限。以下的说明以穷举法为例。

回到图1，接下来，控制电路220判断是否已执行完回路滤波器214的所有参数组合(步骤S130)。若否，则执行步骤S140；若是，则执行步骤S150。

当步骤S130的判断结果为否，接下来在步骤S140中控制电路220藉由选择回路滤波器214的谐振器尚未使用过的参数组合来调整回路滤波器214的谐振器。调整后，控制电路220再次执行步骤S110至S130。

当步骤S130的判断结果为是，代表控制电路220已得到每个参数组合的信号特征值。接下来在步骤S150中，控制电路220根据多个信号特征值决定回路滤波器214的参数。更明确地说，针对不同的信号特征值控制电路220有不同的参数决定方式──对信号信噪比来说，控制电路220以对应最大信号信噪比的参数组合来作为回路滤波器214最终的参数组合；对误差向量幅度及噪音强度来说，控制电路220以对应最小误差向量幅度或噪音强度的参数组合来作为回路滤波器214最终的参数组合。在回路滤波器214的参数决定后，控制电路220结束三角积分调变器210的校正流程(步骤S160)。

当三角积分调变器210受制程、电压与温度影响而无法根据原先设计的噪声传递函数(noise transfer function,NTF)操作时，本申请的校正方法及校正电路可以藉由调整回路滤波器214的谐振器来调整噪声传递函数的零点位置(例如将零点移到感兴趣的频段)，以在该频段制造陷波(notch)，进而提高该频段的信号信噪比或降低该频段的误差向量幅度及噪音强度。换言之，虽然三角积分调变器210在实际操作时可能受制程、电压与温度影响，但是如果在晶片出厂时或三角积分调变器210每次操作前或操作中，使用图1的校正流程对三角积分调变器210进行校正，则校正后的三角积分调变器210将会有更好的表现(亦即获得较佳的噪声传递函数)，而得以克服制程、电压与温度的影响。

本申请可以针对三角积分调变器210不同的操作模式进行校正，三角积分调变器210的操作模式包含但不限于以下属性的组合：取样频率、频宽及过取样率(oversamplingratio,OSR)。举例来说，在一些实施例中，取样频率及过取样率为定值，而控制电路220针对不同的频宽进行三角积分调变器210的调整或最佳化(亦即针对不同的频宽执行图1的校正流程)；或是在另一些实施例中，取样频率为定值，而控制电路220针对不同的过取样率与频宽的组合进行三角积分调变器210的调整或最佳化。

本申请的校正方法为晶片上(on-chip)自动校正流程，意谓电路启动后可自动地针对电路当时的操作环境(温度、电压等)及操作模式(取样频率、频宽及过取样率等的组合)对电路进行校正，因此具有即时校正的优点。再者，由于许多晶片内建有前述的信号信噪比量测计、误差向量幅度量测计及信噪估计器量测，因此在此种情况下本申请的校正方法无需额外的硬体，使本申请容易实作且具有成本上的优势。

由于本技术领域具有通常知识者可藉由本申请的装置实施例的公开内容来了解本申请的方法实施例的实施细节与变化，因此，为避免赘文，在不影响该方法实施例的公开要求及可实施性的前提下，重复的说明在此予以节略。请注意，前揭图示中，元件的形状、尺寸、比例以及步骤的顺序等仅为示意，系供本技术领域具有通常知识者了解本申请之用，非用以限制本申请。

虽然本申请的实施例如上所述，然而该些实施例并非用来限定本申请，本技术领域具有通常知识者可依据本申请的明示或隐含的内容对本申请的技术特征施以变化，凡此种种变化均可能属于本申请所寻求的专利保护范畴，换言之，本申请的专利保护范围须视本说明书的申请专利范围所界定者为准。

符号说明

210 三角积分调变器

212 加法电路

214 回路滤波器

216 量化器

218 数位类比转换器

220 控制电路

230 存储器

Vt 测试信号

Dout 输出信号

Dr 信号

Ctrl、Ctrl-1、Ctrl-2、Ctrl-k、Ctrl-n 控制信号

310、310-1、310-2、310-k、310-n 谐振器

410、420 积分器

R 电阻

C 电容

OP 运算放大器

430 阻抗

432 可变电阻

S110～S160 步骤。

Claims (8)

1.一种三角积分调变器的校正方法，该三角积分调变器包含一回路滤波器、一量化器及一数位类比转换器，该回路滤波器包含一谐振器，该校正方法包含以下步骤：

输入一测试信号至该三角积分调变器；

取得该三角积分调变器的一输出信号的一信号特征值；以及

根据该信号特征值调整该谐振器。

2.如权利要求1所述的校正方法，其中该谐振器包含一第一积分器、一第二积分器及一阻抗，并且该根据该信号特征值调整该谐振器的步骤为调整该阻抗。

3.如权利要求1所述的校正方法，其中该信号特征值为该输出信号的信号信噪比、误差向量幅度或噪音强度。

4.如权利要求1所述的校正方法，其中该取得该三角积分调变器的该输出信号的该信号特征值的步骤是在该三角积分调变器的操作频段内取得该信号特征值。

5.一种三角积分调变器的校正电路，该三角积分调变器包含一回路滤波器、一量化器及一数位类比转换器，该回路滤波器包含一谐振器，该校正电路包含：

一存储器，储存多个程序指令；以及

一控制电路，耦接该存储器，用来执行该些程序指令以校正该三角积分调变器；

其中该三角积分调变器的校正程序包含以下步骤：

输入一测试信号至该三角积分调变器；

取得该三角积分调变器的一输出信号的一信号特征值；以及

根据该信号特征值调整该谐振器。

6.如权利要求5所述的校正电路，其中该谐振器包含一第一积分器、一第二积分器及一阻抗，并且该根据该信号特征值调整该谐振器的步骤为调整该阻抗。

7.如权利要求5所述的校正电路，其中该信号特征值为该输出信号的信号信噪比、误差向量幅度或噪音强度。

8.如权利要求5所述的校正电路，其中该取得该三角积分调变器的该输出信号的该信号特征值的步骤为在该三角积分调变器的操作频段内取得该信号特征值。

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