CN111327326B - 一种模数转换器信号幅度校正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及模数转换器技术领域，具体为一种模数转换器信号幅度校正方法，其能够保证输入模拟信号与输出数字信号之间的幅度差异在可以接受的范围中，在Sigma‑Delta模数转换器的输入端输入校正信号，Sigma‑Delta模数转换器的输出端输出峰峰值为模数转换器参考电压值的数字信号，将该数字信号的峰峰值与标准参考电压值进行比较得到误差值，将误差值送入校正电路对Sigma‑Delta模数转换器的参考电压值进行调整，对幅值误差进行校正。
Description
技术领域
本发明涉及模数转换器技术领域，具体为一种模数转换器信号幅度校正方法。
背景技术
在芯片应用领域，经常会出现需要模数转换器芯片将模拟信号转换成数字信号的应用。这种转换过程中，模拟信号经过转换后的数字信号幅度保持与原有模拟幅度的一致性非常重要，否则就会产生幅度上的差异，以下简称“幅度误差”。
传统的Sigma-Delta模拟数字转换器的架构如图1所示，信号通过积分器（101）进行积分，然后经过量化器（102）完成从模拟到数字的转换，之后通过数字模拟转换（104）反馈到差分环节（105），而环路最终的结果经过数字滤波器（103）进行数字滤波和调理后完成最终的模拟数字转换。
其中量化器（102）可以分为单比特量化器（107）和多比特量化器（106），顾名思义，就是将输入的模拟信号转换为单比特数字信号：“0”或“1”，而多比特量化器则是转换为大于1比特的数字信号，如106中就是转换为2比特数字信号。通常来讲，在其它条件一致的情况下，Sigma-Delta模数转换器中，使用多比特量化器较之单比特量化器具有更高的转换性能，所以越来越得到广泛的应用。
如图1所示的Sigma-Delta模数转换器中如果使用多比特量化器（106），则反馈回路中的数模转换器（104）就必须使用多比特数模转换器。但是多比特数模转换器本身由于器件精度的限制，通常会呈现出不同程度的非线性特性。如：常用半导体工艺中，如果使用电容来搭建多比特数模转换器，会存在1‰~1%不等的匹配误差，这些误差就会导致相当程度的数模转换非线性。这个非线性会导致输入模拟信号与输出数字信号之间幅度的差异，差异的大小与非线性的大小相关。这个差异也可以称之为“幅度误差”。
发明内容
为了解决现有Sigma-Delta模数转换器存在幅度误差的问题，本发明提供了一种模数转换器信号幅度校正方法，其能够保证输入模拟信号与输出数字信号之间的幅度差异在可以接受的范围中。
其技术方案是这样的：一种模数转换器信号幅度校正方法，在Sigma-Delta模数转换器的输入端输入校正信号，Sigma-Delta模数转换器的输出端输出峰峰值为模数转换器参考电压值的数字信号，将该数字信号的峰峰值与标准参考电压值进行比较得到误差值，将误差值送入校正电路对Sigma-Delta模数转换器的参考电压值进行调整，对幅值误差进行校正。
其进一步特征在于，所述校正电路包括模数转换器、校正模块和驱动器。
采用本发明后，增加了校正电路，输入校正信号后让Sigma-Delta模数转换器的输出端输出的方波信号经过校正电路不断进行校正，最终确保幅度差异在可接受的范围内。
附图说明
图1为Sigma-Delta模数转换器原理图；
图2为本发明原理图；
图3为校正电路原理图；
图4为校正信号与时序原理图；
图5为校正算法原理。
具体实施方式
见图2所示，一种模数转换器信号幅度校正方法，在Sigma-Delta模数转换器的输入端输入校正信号，Sigma-Delta模数转换器的输出端输出峰峰值为模数转换器参考电压值的数字信号，将该数字信号的峰峰值与标准参考电压值进行比较得到误差值，将误差值送入校正电路对Sigma-Delta模数转换器的参考电压值进行调整，对幅值误差进行校正。
具体如下：通过控制时序201向Sigma-Delta模数转换器输入特定的校正信号202，然后在Sigma-Delta模数转换器的输出端采用特定数字算法203计算方波信号的峰峰值与标准参考电压值进行比较得到误差值，即数字信号幅值的实际值与标准值之间的误差，并将误差通过校正电路204对Sigma-Delta模数转换器的参考电压值进行调整，从而达到对幅值误差的校正。具体校正原理见图5所示，进入校正模式，输入特定的校正信号，得到峰峰值为模数转换器参考电压值的数字信号，本实施例中采用方波信号，比较该方波信号的峰峰值与标准参考电压值的大小，如果大于标准参考电压值，则减小Sigma-Delta模数转换器的参考电压值，如果小于标准参考电压值，则增大Sigma-Delta模数转换器的参考电压值。注意这个改变只是影响Sigma-Delta模数转换器中使用的标准参考电压。通过反复的校正，即可以获得更加精确的标准参考电压的方波，此时校正过程结束。需要注意的是，当校正算法结束时，校正效果如图5所示，其中虚线波形502为标准参考电压值（即：目标值）；实线波形501为Sigma-Delta模数转换器的数字输出值；可以看出501会围绕502进行微幅的波动，这种波动的幅度与系统校正调整标准参考电压的幅度步长相关（即：图2中数模转换器204的最小分辨率），只要这个步长足够小，则校正就可以满足需要的精度。
校正电路如图3所示，其包括提供参考电压的数模转换器301，该数模转换器接受从校正模块302中给出的数字参考电压信号，将其转换为与之对应的模拟参考电压信号，并经过驱动器303的驱动，成为可以提供电路系统使用的参考电压。在没有幅度误差的条件下，归一化的校正数字信号为1；归一化的幅度误差为-Δ1的时候，归一化的校正数字信号为1 + δ1；归一化的幅度误差为+Δ2时，则归一化的校正数字信号为1 – δ2；需要说明的是，以上的归一化值是标准参考电压的归一化值，即数字信号1代表一个标准参考电压值；同理，δ也是相对于参考电压值的归一化电压偏量。
见图4所示，在校正时，输入信号的通路被断开。施加到Sigma-Delta模数转换器输入端的是三种信号状态：正向标准参考电压401、负向标准参考电压402和零输入403，其中零输入由一个短接正负输入端的开关完成，如403所示；
以上三种信号状态在控制逻辑405控制下，通过选通开关404，分时与Sigma-Delta模数转换器的输入端相连接，以达到需要的输入信号状态；
如果选通正向标准参考电压401、负向标准参考电压402和零输入403的开关控制信号分别为：+1、-1和0的话，则如控制逻辑405的时序则会在Sigma-Delta模数转换器输出端获得如406所示的峰峰值为一个标准参考电压方波形式的数字输出信号。其中控制时序405中的脉冲宽度小于或等于Sigma-Delta模数转换器的输入信号采样周期宽度。输入信号的控制波形，即图4中的405的占空比决定了Sigma-Delta模数转换器的输出波形峰峰值图4中406，在以上描述中采用峰峰值为一个标准参考电压值，但通过调整405的占空比，可以获得小于两倍的标准电压参考值的任意峰峰值，所以可以根据用户的需求任意调整。
本发明通过增加较少的电路器件，以及与之配合的电路时序，将以上幅度误差校正过来，从而保证输入模拟信号与输出数字信号之间的幅度差异在可以接受的范围中。
Claims (1)
1. 一种模数转换器信号幅度校正方法，其特征在于，在Sigma-Delta模数转换器的输入端输入校正信号，Sigma-Delta模数转换器的输出端输出峰峰值为模数转换器参考电压值的数字信号，将该数字信号的峰峰值与标准参考电压值进行比较得到误差值，将误差值送入校正电路对Sigma-Delta模数转换器的参考电压值进行调整，对幅值误差进行校正；具体控制如下：通过控制时序向Sigma-Delta模数转换器输入特定的校正信号，然后在Sigma-Delta模数转换器的输出端采用特定数字算法计算方波信号的峰峰值与标准参考电压值进行比较得到误差值，即数字信号幅值的实际值与标准值之间的误差，并将误差通过校正电路对Sigma-Delta模数转换器的参考电压值进行调整，从而达到对幅值误差的校正；进入校正模式，输入特定的校正信号，得到峰峰值为模数转换器参考电压值的数字信号，比较该数字信号的峰峰值与标准参考电压值的大小，如果大于标准参考电压值，则减小Sigma-Delta模数转换器的参考电压值，如果小于标准参考电压值，则增大Sigma-Delta模数转换器的参考电压值；通过反复的校正，即可以获得更加精确的标准参考电压的波形，此时校正过程结束；所述校正电路包括模数转换器、校正模块和驱动器；数模转换器接受从校正模块中给出的数字参考电压信号，将其转换为与之对应的模拟参考电压信号，并经过驱动器的驱动，成为可以提供电路系统使用的参考电压，在没有幅度误差的条件下，归一化的校正数字信号为1；归一化的幅度误差为-Δ1的时候，归一化的校正数字信号为1 + δ1；归一化的幅度误差为+Δ2时，则归一化的校正数字信号为1 – δ2；以上的归一化值是标准参考电压的归一化值，即数字信号1代表一个标准参考电压值，δ也是相对于参考电压值的归一化电压偏量。
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