CN1671053A - 校正数字模拟转换器的直流偏移的方法与相关装置 - Google Patents

Abstract

本发明揭露一种用以校正数字模拟转换器的直流偏移的方法与相关装置，该方法包含有以下步骤：输入一第一数值至该数字模拟转换器以产生一第一量测值；输入一第二数值至该数字模拟转换器以产生一第二量测值；以不使用一预设校正参数的方式，依据该第一、第二数值以及该第一、第二量测值计算出一直流补偿值；以及，使用该直流补偿值来校正该数字模拟转换器的直流偏移。

Description

校正数字模拟转换器的直流偏移的方法与相关装置

技术领域

本发明相关于数字模拟转换器，尤指一种可校正数字模拟转换器的直流偏移效应的方法与相关装置。

背景技术

在一般的通讯系统中，不论使用的是何种调变技术，基本上都必须透过数字模拟转换器(digital to analog converter，DAC)将调变后的信号传送出去。对于系统设计者来说，一般可以将数字模拟转换器视为理想的元件，也就是可以无失真地将数字信号转换为模拟信号的元件。

然而，数字模拟转换器还是难免会有一些不理想的效应，其中一种不理想的效应称为「直流偏移」(DC offset)效应。在忽略量化效应(quantizationeffect)的影响时，数字模拟转换器的转换曲线会如图1所示，其中，x是输入至数字模拟转换器的数字值，y则是数字模拟转换器所输出的模拟信号的大小。在理想的情形下，数字模拟转换器的信号转换曲线应该要像图1所示的实线一样，亦即要通过原点，然而，由于直流偏移效应的影响，真正的转换曲线却会如图1所示的虚线一样，并没有通过原点，也就是说，即使输入数字模拟转换器的数字值x是0，其所输出的模拟信号y却会具有不为0的直流偏移成分y_D。而直流偏移效应会影响通讯系统的传输品质，对于一些需要高传输品质的系统而言，必须想办法解决直流偏移效应的问题。

对于数字模拟转换器的直流偏移现象，可以选择针对输入数字模拟转换器的数字信号或其所输出的模拟信号进行补偿，而一般的作法多是在数字信号尚未转变成模拟信号之前，对于数字信号中的每一个样本(sample)增/减一个偏移量，来消除掉直流偏移现象。使用此种作法的主要原因，是因为数字补偿方式会较模拟补偿方式更为准确及稳定。

基本上，数字模拟转换器的直流偏移量可能会随着不同的IC而有所改变，所以较佳的作法，是在每次开机的时候，或是在每一次要传送资料之前，量测出直流偏移量，然后再依据量测所的得结果进行补偿。若系统本身即兼具收发功能，则可以将传送路径中的数字模拟转换器与接收路径中的模拟数字转换器(analog to digital converter，ADC)对接，利用接收路径中的模拟数字转换器当成量测器来得到数字模拟转换器直流偏移量。

然而并非只有数字模拟转换器才有直流偏移的不理想效应，模拟数字转换器亦会有直流偏移的现象，因此数字模拟转换器实际的转换公式以及模拟数字转换器实际的转换公式会分别如以下的方程式1、2所示。

方程式1：y＝ρ_YX(x-x_C)

方程式2：z＝ρ_ZYy+z_D

其中x是输入至数字模拟转换器的数字值、y是数字模拟转换器所输出(或是输入至模拟数字转换器)的模拟信号的大小、ρ_YX是数字模拟转换器的转换曲线的斜率、ρ_ZY是模拟数字转换器的转换曲线的斜率、x_C与z_D则分别表示了数字模拟转换器与模拟数字转换器的直流偏移效应。

对于模拟数字转换器而言，z_D是一个可以轻易量测出来的值。举例来说，只要将模拟数字转换器的输入端接地，量测其所输出的数字值，即可得出z_D的大小。至于要量测x_C的时候，现有技术的作法首先会将在数字模拟转换器与模拟数字转换器对接，然后输入等于0的数字值至数字模拟转换器，并量测模拟数字转换器所输出的数字值zE。由方程式1、2可得出，z_E与其它各个值的关系会如方程式3所示。

方程式3：z_E＝ρ_ZYρ_YX(0-x_c)+z_D＝-ρ_ZXX_c+z_D

其中ρ_ZX＝ρ_ZYρ_YX。

由于在不同的芯片上，ρ_ZX可能会具有不相同的值，因此在现有技术的作法中，必须要量测许多样本芯片的ρ_ZX值，并将计算出的ρ_ZX的平均值内建于各个芯片之中。而使用内建的ρ_ZX值，以及已知的z_E、z_D值，各个单独的系统即可计算出其数字模拟转换器的直流偏移值x_C，再由计算出的直流偏移值x_C对输入至数字模拟转换器的数字信号进行补偿，即可消除掉数字模拟转换器的直流偏移现象。其中，x_C的计算方式如方程式4所示。

方程式4：x_c＝(z_D-z_E)/ρ_ZX

而上述的作法却有一些缺点存在，首先，此种作法必须先对大量的样本芯片量测参数ρ_ZX的大小，以将得出平均值内建于各个芯片之中。而且此一内建的斜率值对于每一个不同的芯片而言不一定是准确的，因此使用现有技术的作法，不一定能够针对各个具有不同特性的芯片确实地消除掉数字模拟转换器的直流偏移现象。

发明内容

因此本发明的目的之一，在于提供一种可以不使用内建的参数即计算出数字模拟转换器的直流偏移值，并进行补偿的方法与相关装置。

本发明所揭露的方法用来校正一数字模拟转换器的直流偏移效应，其包含有以下步骤：输入一第一数值至该数字模拟转换器以产生一第一量测值；输入一第二数值至该数字模拟转换器以产生一第二量测值；以不使用一预设校正参数的方式，依据该第一、第二数值以及该第一、第二量测值计算出一直流补偿值；以及，使用该直流补偿值来校正该数字模拟转换器的直流偏移。该方法可应用于一发射器(transmitter)或收发器(transceiver)中。

另外，本发明还揭露一种用来校正一数字模拟转换器的直流偏移效应的装置，其包含有一计算模组以及一补偿模组。该计算模组连接于数字模拟转换器，用来以不使用一预设校正参数的方式，依据一第一数值与一第二数值以及一第一量测值与一第二量测值计算出该数字模拟转换器的一直流补偿值。该补偿模组连接于数字模拟转换器以及该计算模组，用来使用该直流补偿值来校正该数字模拟转换器的直流偏移。该装置以及该数字模拟转换器设置于一发射器(transmitter)或收发器(transceiver)之中。

附图说明

图1为数字模拟转换器的转换曲线的示意图。

图2为本发明量测数字模拟转换器的直流偏移值时的装置架构图的一个例子。

图3为本发明所提出的方法的一实施例流程图。

符号说明

220    数字模拟转换器

230    模拟数字转换器

240    计算模组

具体实施方式

为了避免在对数字模拟转换器进行校正时，由于使用了内建的参数而造成校正上的不精确以及其它方面的问题，本发明的作法将使用两点内插的方式，来求出数字模拟转换器精确的直流偏移，并针对其进行校正，而不需如现有技术一般，事先量测大量的样本以得出所需的参数(例如前述的斜率值ρ_ZX)，亦不需将得出的参数内建于各个系统之中，故可避免掉现有技术所面临的问题。

在欲校正一数字模拟转换器220的直流偏移时(其中，数字模拟转换器220可以是位于一通讯装置中的发射路径上的数字模拟转换器)，本发明的作法可以先将数字模拟转换器220的输出端连接至一模拟数字转换器230的输入端(其中，若该通讯装置兼具收发功能，则模拟数字转换器230可以是该通讯装置中位于接收路径上的模拟数字转换器，然而本发明并不以此为限)，并将模拟数字转换器230的输出端连接至一计算模组240，此时各装置的连接方式会如图2所示。

图3为本发明校正数字模拟转换器的方法的一实施例流程图，以下将配合图2的装置架构详细说明图3中的各个步骤。

首先，于步骤310中，输入一第一数值x₁至数字模拟转换器220，并量测模拟数字转换器230所输出的一第一量测值z₁。于步骤320中，输入一第二数值x₂至数字模拟转换器220，并量测模拟数字转换器230所输出的一第二量测值z₂。透过这两个步骤，即可得出以下的方程式5、6。

方程式5：z₁＝ρ_ZX(x₁-x_c)+z_D

方程式6：z₂＝ρ_ZX(x₂-x_c)+z_D

上述两个方程式共包含有两个未知数，分别是ρ_ZX以及x_C，故透过这两个方程式即可以解出x_C以及ρ_ZX的值。因此，于步骤330中，计算模组240可以在不使用预设校正参数的方式，依据第一、第二数值x₁、x₂以及第一、第二量测值z₁、z₂计算出一直流补偿值x_C。此处计算模组240可以有两种计算方式，第一种方式是直接使用以下的方程式7计算出x_C的值。

方程式7：x_c＝[(z₂-z_D)x₁-(z₁-z_D)x₂]/(z₂-z₁)

第二种方式则是计算模组240先计算出斜率值ρ_ZX再将得出的斜率值ρ_ZX代入方程式5(或方程式6，或甚至代入由其它输入输出输出值所构成的方程式)之中以得出直流补偿值x_C，此时计算的过程则如以下两个方程式所示。

方程式8：ρ_ZX＝(z₂-z₁)/(x₂-x₁)

方程式9：x_c＝x₁-[(z₁-z_D)/ρ_ZX]

由于在本发明的作法中并未使用到可能不准确的预设参数，因此计算模组240最终所求出的直流补偿值x_C可以精确地代表数字模拟转换器220的直流偏移现象，因此，于步骤340中，将各装置切换回正常模式下所在的位置之后(例如，将数字模拟转换器220切换回该通讯装置的发射路径中，以及将模拟数字转换器230切换回该通讯装置的接收路径中)，即可使用位于数字模拟转换器220前端的一补偿模组(可以是一加法器)，依据计算模组240所求出的直流补偿值x_C进行补偿，亦即，将正常模式下输入至数字模拟转换器220的各个数字值皆减去所计算出的直流补偿值x_C，即可达到校正数字模拟转换器220的直流偏移的功效。

相较于现有技术，本发明的作法确实有其优点存在，首先，本发明并不需要使用额外的存储空间来储存用于直流偏移校正的预设参数(因为本发明的作法并不会使用到任何的预设参数)，此外，对于各个可能会具有不同特性的芯片，本发明都可以准确地计算出其数字模拟转换器的直流偏移量，并以数字方式进行精准的补偿。还有一点就是即使在同一个芯片当中，有可能会因为温度或其它因素的变化造成芯片的特性改变，而本发明的作法即使在芯片特性改变的情形下，依旧可以准确地补偿掉数字模拟转换器的直流偏移效应，这些都是本发明优于现有技术的地方。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (16)

1、一种校正数字模拟转换器的直流偏移的方法，其特征在于，包含有：

输入一第一数值至该数字模拟转换器以产生一第一量测值；

输入一第二数值至该数字模拟转换器以产生一第二量测值；

以不使用一预设校正参数的方式，依据该第一、第二数值以及该第一、第二量测值计算出一直流补偿值；以及

使用该直流补偿值来校正该数字模拟转换器的直流偏移。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使用该直流补偿值来调整输入至该数字模拟转换器的数字值。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该第一、第二量测值分别对应于以该第一、第二数值输入该数字模拟转换器时，该数字模拟转换器所输出的信号。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，另包含有：

将该数字模拟转换器的输出端连接于一模拟数字转换器的输入端；

其中该第一、第二量测值分别对应于以该第一、第二数值输入该数字模拟转换器时，该模拟数字转换器所输出的信号。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，该模拟数字转换器的直流偏移值为z_D，而该方法使用以下公式来计算出该直流补偿值：

x_C＝[(z₂-z_D)x₁-(z₁-z_D)x₂]/(z₂-z₁)；

其中x_C为该直流补偿值，x₁为该第一数值，x₂为该第二数值，z₁为该第一量测值，z₂为该第二量测值。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，计算出该直流补偿值的步骤包含有：

依据该第一、第二数值以及该第一、第二量测值计算出一斜率值；以及

依据该斜率值、该第一数值、以及该第一量测值计算出该直流补偿值。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，该模拟数字转换器的直流偏移值为z_D，该方法分别使用以下公式来计算出该斜率值以及该直流补偿值：

ρ_ZX＝(z₂-z₁)/(x₂-x₁)；以及

x_C＝x₁-[(z₁-z_D)/ρ_ZX]；

其中ρ_ZX为该斜率值，x_C为该直流补偿值，x₁为该第一数值，x₂为该第二数值，z₁为该第一量测值，z₂为该第二量测值。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，应用于一发射器或收发器中。

9.一种校正数字模拟转换器的直流偏移的装置，其特征在于，包含有：

一计算模组，连接于数字模拟转换器，用来以不使用一预设校正参数的方式，依据一第一数值与一第二数值以及一第一量测值与一第二量测值计算出该数字模拟转换器的一直流补偿值；以及

一补偿模组，连接于数字模拟转换器以及该计算模组，用来使用该直流补偿值来校正该数字模拟转换器的直流偏移。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，该补偿模组使用该直流补偿值来调整输入该数字模拟转换器的数字值。

11.如权利要求9所述的装置，其特征在于，该第一、第二量测值分别对应于以该第一、第二数值输入该数字模拟转换器时，该数字模拟转换器所输出的信号。

12.如权利要求9所述的装置，其特征在于，另包含有：

一模拟数字转换器，其输入端连接于该数字模拟转换器的输出端，其输出端则连接于该计算模组；

其中该第一、第二量测值分别对应于以该第一、第二数值输入该数字模拟转换器时，该模拟数字转换器所输出的信号。

13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，该模拟数字转换器的直流偏移值为z_D，而该计算模组使用以下公式来计算出该直流补偿值：

x_C＝[(z₂-z_D)x₁-(z₁-z_D)x₂]/(z₂-z₁)；

其中x_C为该直流补偿值，x₁为该第一数值，x₂为该第二数值，z₁为该第一量测值，z₂为该第二量测值。

14.如权利要求12所述的装置，其特征在于，该计算模组先依据该第一、第二数值以及该第一、第二量测值计算出一斜率值，再依据该斜率值、该第一数值、以及该第一量测值计算出该直流补偿值。

15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，该模拟数字转换器的直流偏移值为z_D，该计算模组分别使用以下公式来计算出该斜率值以及该直流补偿值：

ρ_ZX＝(z₂-z₁)/(x₂-x₁)；以及

x_C＝x₁-[(z₁-z_D)/ρ_ZX]；

其中ρ_ZX为该斜率值，x_C为该直流补偿值，x₁为该第一数值，x₂为该第二数值，z₁为该第一量测值，z₂为该第二量测值。

16.如权利要求9所述的装置，其特征在于，该装置以及该数字模拟转换器设置于一发射器或收发器之中。

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