CN114095020B - 一种多通道模数转换器的失调误差校正系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种多通道模数转换器的失调误差校正系统及方法，包括：采样模式选择模块，用于根据选择的采样模式连接所述顺序时间交织采样模块和/或所述随机时间交织采样模块；顺序时间交织采样模块，用于对包含的多个第一采样通道中当前被选择的第一采样通道进行失调误差估计，获取第一误差估计值，根据所述第一误差估计值对所述当前被选择的第一采样通道进行误差校正；随机时间交织采样模块，用于对包含的多个第二采样通道中当前被选择的第二采样通道的前一个被选择的第二采样通道进行失调误差估计，获取第二误差估计值，根据所述第二误差估计值对所述当前被选择的第二采样通道进行误差校正。
Description
技术领域
本发明涉及模拟集成电路领域，尤其涉及一种多通道模数转换器的失调误差校正系统和方法。
背景技术
现有模数转换器为了达到更高的转换速率，往往采用了多通道交织的方案，从而能够达到采样率成倍的增加，但是采用多通道交织的结构设计会产生多种额外的误差，例如失调误差、增益误差、采样时间误差。失调误差是一种系统误差，其表现方式就是在输出数据上叠加一个固定偏移，但是该种误差会随着时间变化而变化，所以无法用前台校正的方式完成失调误差的校正，因此为了精确的完成失调误差的校正，需要实时进行失调误差的测量。
现有技术对于失调误差都是采用对输入数据累加求平均的方式进行估计再进行数据对失调误差的校正。
现有的前台校正方式采用对失调误差的估计值，实际运行时候就在数字域中减去相应的失调误差就可以实现校正，后台校正方式则通过一个累加器一直实时累加估计相应的失调误差，并在数字域中减去相应的失调误差。现有的技术实现方式都是将失调误差当作一个固定值来进行处理，无法处理变化的失调误差。
现有的时间交织结构为了追求高速度，其精度往往限制在12位左右，因此其对于失调误差的高阶效应并不敏感，但是对于高精度的通道交织结构模数转换器，由于模数转换器的精度要求比较高，其对失调误差的高阶效应就比较敏感，因此需要对失调误差的高阶效应进行处理。现有方法无法满足精度要求较高的模数转换器应用需求。
发明内容
鉴于以上现有技术存在的问题，本发明提出一种多通道模数转换器的失调误差校正系统和方法，主要解决现有方法无法针对高阶失调误差进行准确校正的问题。
为了实现上述目的及其他目的，本发明采用的技术方案如下。
一种多通道模数转换器的失调误差校正系统，包括：采样模式选择模块，顺序时间交织采样模块和随机时间交织采样模块；
采样模式选择模块，用于根据选择的采样模式连接所述顺序时间交织采样模块和/或所述随机时间交织采样模块；
顺序时间交织采样模块，用于对包含的多个第一采样通道中当前被选择的第一采样通道进行失调误差估计，获取第一误差估计值，根据所述第一误差估计值对所述当前被选择的第一采样通道进行误差校正；
随机时间交织采样模块，用于对包含的多个第二采样通道中当前被选择的第二采样通道的前一个被选择的第二采样通道进行失调误差估计，获取第二误差估计值，根据所述第二误差估计值对所述当前被选择的第二采样通道进行误差校正。
可选地，所述第一采样通道包括：一个模数转换器、一个第一失调误差估计单元，一个第一误差校正单元；所述第一失调误差估计单元与所述模数转换器的输出端连接，获取所述模数转换器的所述第一误差估计值；所述第一误差校正单元与所述第一失调误差估计单元连接，根据所述第一误差估计值对所述模数转换器的输出进行误差校正。
可选地，设所述随机时间交织采样模块包括n个所述第二采样通道，则每个所述第二采样通道包括：一个模数转换器、与所在第二采样通道以外的n-1个第二采样通道一一对应的n-1个第二失调误差估计单元和与所述n-1个第二失调误差估计单元一一对应的n-1个第二误差校正单元。
可选地，所述随机时间交织采样模块随机选择一个所述第二采样通道作为当前被选择的第二采样通道后，从所述被选择的第二采样通道的n-1个第二失调误差估计单元和n-1个第二误差校正单元中选择前一个被选择的第二采样通道对应的第二失调误差估计单元和第二误差校正单元，获取对应的第二误差估计值对所述当前被选择的第二采样通道进行误差校正。
可选地，根据所述第一误差估计值对所述当前被选择的第一采样通道进行误差校正包括：在对应第一采样通道输出数据的基础上减去所述第一误差估计值。
可选地，根据所述第二误差估计值对所述当前被选择的第二采样通道进行误差校正，包括：
在对应第二采样通道输出数据的基础上减去所述第二误差估计值。
可选地，所述采样模式包括：顺序采样和随机采样。
一种多通道模数转换器的失调误差校正方法，包括：
根据选择的采样模式连接所述顺序时间交织采样模块和/或所述随机时间交织采样模块；
对多个第一采样通道中当前被选择的第一采样通道进行失调误差估计，获取第一误差估计值，根据所述第一误差估计值对所述当前被选择的第一采样通道进行误差校正；
对多个第二采样通道中当前被选择的第二采样通道的前一个被选择的第二采样通道进行失调误差估计，获取第二误差估计值，根据所述第二误差估计值对所述当前被选择的第二采样通道进行误差校正。
如上所述，本发明一种多通道模数转换器的失调误差校正系统及方法，具有以下有益效果。
针对顺次时间交织采样的每一个第一采样通路进行失调误差校正，以适应失调误差随输入采样条件的变化误差，提高误差校正的准确性；针对随机时间交织采样的前次采样状态对当前第二采样通道的采样状态的影响，引入失调误差估计进行第二采样通道校正，有效提高随机采样误差校正的准确性。
附图说明
图1为本发明一实施例中顺序时间交织采样模块的结构示意图。
图2为本发明一实施例中随机时间交织采样模块的结构示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
经发明人研究发现：在时间交织架构的模数转换器中，由于前端通道采样时周围未采样通道关掉后，导致其每个通道采样时候其周围环境并不一致，这会导致整个模数转换器每个通道采样时引入的失调误差不一致，也就是说通道交织采样会使得失调误差变成一种随输入采样条件变化的误差，这种失调误差的变化使得失调误差不再是一个恒定值，因此无法使用现有技术完成失调误差的校正。
尤其当采用通道随机采样技术时，由于通道进行了随机采样，每次失调误差不光与本次采样通道内部引入的失调误差相关，还与前次采样状态有关系，因此其失调误差模式会十分复杂。现有的技术实现方式都是将失调误差当作一个固定值来进行处理，无法处理变化的失调误差。
针对上述问题，本发明提供一种多通道模数转换器的失调误差校正系统，包括采样模式选择模块，顺序时间交织采样模块和随机时间交织采样模块；
采样模式选择模块，用于根据选择的采样模式连接所述顺序时间交织采样模块和/或所述随机时间交织采样模块；
顺序时间交织采样模块，用于对包含的多个第一采样通道中当前被选择的第一采样通道进行失调误差估计，获取第一误差估计值，根据所述第一误差估计值对所述当前被选择的第一采样通道进行误差校正；
随机时间交织采样模块，用于对包含的多个第二采样通道中当前被选择的第二采样通道的前一个被选择的第二采样通道进行失调误差估计，获取第二误差估计值，根据所述第二误差估计值对所述当前被选择的第二采样通道进行误差校正。
具体地，采样模式可包括顺序采样和随机采样。采样模式选择模块可采用选择开关，当选择顺序采样时控制该开关连接顺序时间交织采样模块；当选择随机采样时控制该开关连接随机时间交织采样模块。分别通过对应的模块对输入数据进行采样。在另一实施例中，也可选择同时采用两种采样模式对输入数据进行采样，采样模式的选择可根据实际应用需求进行设置这里不作限制。
请参阅图1，在一实施例中，所述第一采样通道包括：一个模数转换器、一个第一失调误差估计单元，一个第一误差校正单元；所述第一失调误差估计单元与所述模数转换器的输出端连接，获取所述模数转换器的所述第一误差估计值；所述第一误差校正单元与所述第一失调误差估计单元连接，根据所述第一误差估计值对所述模数转换器的输出进行误差校正。
请参阅图2，在一实施例中，设所述随机时间交织采样模块包括n个所述第二采样通道，则每个所述第二采样通道包括：一个模数转换器、与所在第二采样通道以外的n-1个第二采样通道一一对应的n-1个第二失调误差估计单元和与所述n-1个第二失调误差估计单元一一对应的n-1个第二误差校正单元。
在一实施例中，所述随机时间交织采样模块随机选择一个所述第二采样通道作为当前被选择的第二采样通道后，从所述被选择的第二采样通道的n-1个第二失调误差估计单元和n-1个第二误差校正单元中选择前一个被选择的第二采样通道对应的第二失调误差估计单元和第二误差校正单元，获取对应的第二误差估计值对所述当前被选择的第二采样通道进行误差校正。
在一实施例中，根据所述第一误差估计值对所述当前被选择的第一采样通道进行误差校正包括：在对应第一采样通道输出数据的基础上减去所述第一误差估计值。
在一实施例中，根据所述第二误差估计值对所述当前被选择的第二采样通道进行误差校正，包括：在对应第二采样通道输出数据的基础上减去所述第二误差估计值。
具体地，失调误差指在输入为零电压时，采集获得的数字信号不为零，并且与转移函数的零点总是差一个固定的量，这个量就是失调误差。失调误差是由信号调理电路、ADC内部转移电路和电源电压等多方面因素造成的。
对于顺序时间交织采样模块中的模数转换器，其失调误差用O表示，如果只是单通道模数转换器，则其失调误差就只有一个就是O；如果采用双通道进行采样，则失调误差会出现两种情况，即通道1采样后通道2采样，或者通道2采样后通道1采样，即O12和O21；如果三个通道时间交织采样后，会出现三种失调误差模式，即通道1采后通道2采样、通道2采后通道3采样和通道3采后通道1采样，即O12、O23、O31三种；如果是三个通道的随机采样，则失调误差会有C1 3×C1 2即6种模式，因此需要估计6种失调误差。
以此类推，N个通道如果顺序交织组成多通道时分交织系统，则其失调误差模式由N种，如果N个通道随机采样则其失调误差有N*(N-1)种，因此为了完成失调误差的校正，需要区分模数转换器所采集的数据，失调误差有几种模式就需要完全区分输出信号有几种模式，例如如果是三个通道的随机采样，则失调误差会有C1 3×C1 2等6种模式，则需要将输入信号相应分成6种模式，分别对每种模式下的模数转换器转换结果进行累加估计，从而能够对每种采样转换模式下的失调误差进行估计，从而最终估计出所有采样模式下的失调误差，在最后对每种采样模式下的数据完成相应的失调误差校正。
本发明还提供了一种多通道模数转换器的失调误差校正方法，用于执行前述系统实施例中所述的多通道模数转换器的失调误差校正方法。由于方法实施例的技术原理与前述系统实施例的技术原理相似，因而不再对同样的技术细节做重复性赘述。
在一实施例中，一种多通道模数转换器的失调误差校正方法，包括：根据选择的采样模式连接所述顺序时间交织采样模块和/或所述随机时间交织采样模块；对多个第一采样通道中当前被选择的第一采样通道进行失调误差估计，获取第一误差估计值，根据所述第一误差估计值对所述当前被选择的第一采样通道进行误差校正；对多个第二采样通道中当前被选择的第二采样通道的前一个被选择的第二采样通道进行失调误差估计，获取第二误差估计值，根据所述第二误差估计值对所述当前被选择的第二采样通道进行误差校正。
综上所述，本发明一种多通道模数转换器的失调误差校正系统和方法，能够在不同采样通道切换时准确校正高阶失调误差，针对不同采样模式配置对应的失调误差估计单元和误差校正单元，可跟踪不同采样模式下的失调误差变化，实施完成失调误差校正，提高失调误差校正的准确性。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (6)
1.一种多通道模数转换器的失调误差校正系统，其特征在于，包括：采样模式选择模块，顺序时间交织采样模块和随机时间交织采样模块；
采样模式选择模块，用于根据选择的采样模式连接所述顺序时间交织采样模块或所述随机时间交织采样模块；
顺序时间交织采样模块，用于对包含的多个第一采样通道中当前被选择的第一采样通道进行失调误差估计，获取第一误差估计值，根据所述第一误差估计值对所述当前被选择的第一采样通道进行误差校正；
随机时间交织采样模块，用于对包含的多个第二采样通道中当前被选择的第二采样通道的前一个被选择的第二采样通道进行失调误差估计，获取第二误差估计值，根据所述第二误差估计值对所述当前被选择的第二采样通道进行误差校正；所述随机时间交织采样模块包括n个所述第二采样通道，则每个所述第二采样通道包括：一个模数转换器、与自身以外的n-1个第二采样通道一一对应的n-1个第二失调误差估计单元和与所述n-1个第二失调误差估计单元一一对应的n-1个第二误差校正单元；所述随机时间交织采样模块随机选择一个所述第二采样通道作为当前被选择的第二采样通道后，从所述当前被选择的第二采样通道的n-1个第二失调误差估计单元和n-1个第二误差校正单元中选择前一个被选择的第二采样通道对应的第二失调误差估计单元和第二误差校正单元，获取对应的第二误差估计值对所述当前被选择的第二采样通道进行误差校正。
2.根据权利要求1所述的多通道模数转换器的失调误差校正系统，其特征在于，所述第一采样通道包括：一个模数转换器、一个第一失调误差估计单元，一个第一误差校正单元；所述第一失调误差估计单元与所述模数转换器的输出端连接，获取所述模数转换器的所述第一误差估计值；所述第一误差校正单元与所述第一失调误差估计单元连接，根据所述第一误差估计值对所述模数转换器的输出进行误差校正。
3.根据权利要求1所述的多通道模数转换器的失调误差校正系统，其特征在于，根据所述第一误差估计值对所述当前被选择的第一采样通道进行误差校正包括：在对应第一采样通道输出数据的基础上减去所述第一误差估计值。
4.根据权利要求1所述的多通道模数转换器的失调误差校正系统，其特征在于，根据所述第二误差估计值对所述当前被选择的第二采样通道进行误差校正，包括：
在对应第二采样通道输出数据的基础上减去所述第二误差估计值。
5.根据权利要求1所述的多通道模数转换器的失调误差校正系统，其特征在于，所述采样模式包括：顺序采样和随机采样。
6.一种多通道模数转换器的失调误差校正方法，其特征在于，包括：
根据选择的采样模式连接顺序时间交织采样模块或随机时间交织采样模块；
对多个第一采样通道中当前被选择的第一采样通道进行失调误差估计，获取第一误差估计值，根据所述第一误差估计值对所述当前被选择的第一采样通道进行误差校正；
对多个第二采样通道中当前被选择的第二采样通道的前一个被选择的第二采样通道进行失调误差估计，获取第二误差估计值，根据所述第二误差估计值对所述当前被选择的第二采样通道进行误差校正；所述随机时间交织采样模块包括n个所述第二采样通道，则每个所述第二采样通道包括：一个模数转换器、与自身以外的n-1个第二采样通道一一对应的n-1个第二失调误差估计单元和与所述n-1个第二失调误差估计单元一一对应的n-1个第二误差校正单元；所述随机时间交织采样模块随机选择一个所述第二采样通道作为当前被选择的第二采样通道后，从所述当前被选择的第二采样通道的n-1个第二失调误差估计单元和n-1个第二误差校正单元中选择前一个被选择的第二采样通道对应的第二失调误差估计单元和第二误差校正单元，获取对应的第二误差估计值对所述当前被选择的第二采样通道进行误差校正。
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