DE102005011916A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Kalibrierung des Gleichspannungs-Offset eines Digital/Analog-Wandlers - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Kalibrierung des Gleichspannungs-Offset eines Digital/Analog-Wandlers Download PDF

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Abstract

Diese Erfindung offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kalibrierung eines Gleichspannungs-Offsets eines Digital/Analog-Wandlers (220). Das offenbarte Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Zunächst werden ein erster Wert und ein zweiter Wert an den Digital/Analog-Wandler (220) angelegt, um jeweils einen ersten Messwert und einen zweiten Messwert zu erzeugen. Anschließend wird ein Gleichspannungs-Kompensationswert entsprechend des ersten Werts, des zweiten Werts, des ersten Messwerts und des zweiten Messwerts bestimmt, ohne einen vorbestimmten Parameter zu verwenden. Der Gleichspannungs-Kompensationswert wird verwendet, um den Digital/Analog-Wandler (220) zu kalibrieren.

Description

  • Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kalibrierung des Gleichspannungs-Offsets eines Digital/Analog-Wandlers nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 9.
  • Unabhängig von der Art eines in einem Kommunikationssystem verwendeten Modulationsschemas wird für die Übertragung allgemein immer ein Digital/Analog-Wandler verwendet, um ein digitales moduliertes Signal in ein analoges Signal zu wandeln. Aufgrund von Umgebungstemperaturänderungen oder Variationen des Herstellungsverfahrens können die meisten real existierenden Digital/Analog-Wandler nicht als ideale Bauelemente angenommen werden. Ein nicht idealer Effekt, den ein realer Digital/Analog-Wandler aufweist, wird "Gleichspannungs-Offset-Effekt" genannt, wodurch die Wandlungskurve des Digital/Analog-Wandlers fehlerhaft wird. Insbesondere bewirkt der Gleichspannungs-Offset-Effekt, dass die Wandlungskurve des Digital/Analog-Wandlers von dem Koordinatenursprung abweicht. In anderen Worten ist der analoge Ausgangswert y des realen Digital/Analog-Wandlers auch bei einem digitalen Eingangswert x des realen Digital/Analog-Wandlers gleich Null ein von Null abweichender Wert. Der von Null abweichende Wert wird als Gleichspannungs-Offset-Wert yD des realen Digital/Analog-Wandlers bezeichnet. Der Gleichspannungs-Offset-Wert yD stört die Signalübertragungsqualität und verschlechtert die Leistungsfähigkeit des den realen Digital/Analog-Wandler verwendenden Kommunikationssystems. Für einige Arten von Kommunikationssystemen, die eine hohe Signalübertragungsqualität benötigen, ist der Gleichspannungs-Offset-Effekt ein Problem, das gelöst werden muss.
  • Um die von dem Gleichspannungs-Offset-Effekt verursachten Probleme zu vermeiden, wird bei dem Verfahren nach dem Stand, der Technik eine Kompensation bezüglich des digitalen Ein gangssignals des Digital/Analog-Wandlers ausgeführt, um den Gleichspannungs-Offset-Effekt zu eliminieren. Insbesondere testet das Verfahren nach dem Stand der Technik viele Proben-Chips, um einen durchschnittlichen charakteristischen Wert der Digital/Analog-Wandler in den Proben-Chips zu bestimmen. Anschließend setzt das Verfahren nach dem Stand der Technik den durchschnittlichen charakteristischen Wert als einen vorbestimmten Kalibrierungsparameter in jedem Chip. Jeder Chip verwendet den einzigen vorbestimmten Kalibrierungsparameter, um seinen Gleichspannungs-Offset-Effekt des Digital/Analog-Wandlers zu kompensieren.
  • Jedoch haben Digital/Analog-Wandler auf unterschiedlichen Chips manchmal unterschiedliche Gleichspannungs-Offset-Werte. Es ist sogar auch für einen einzigen Digital/Analog-Wandler möglich, dass der Digital/Analog-Wandler zu unterschiedlichen Zeiten unterschiedliche Gleichspannungs-Offset-Werte aufweist. Demzufolge ist es möglich, dass der durchschnittliche charakteristische Wert kein geeigneter Kalibrierungsparameter für alle Chips ist. Die Verwendung des möglicherweise ungenauen durchschnittlichen charakteristischen Werts als den vorbestimmten Kalibrierungsparameter kann bewirken, dass der Gleichspannungs-Offset-Effekt des Digital/Analog-Wandlers nicht genau eliminiert wird.
    •
  • Dies berücksichtigend zielt diese Erfindung darauf ab, ein Verfahren zur Kalibrierung des Gleichspannungs-Offsets eines Digital/Analog-Wandlers anzugeben, das keinen vorbestimmten Kalibrierungsparameter verwendet und demzufolge den Gleichspannungs-Offset des Digital/Analog-Wandlers akkurat eliminiert.
  • Dies wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kalibrierung des Gleichspannungs-Offsets eines Digital/Analog-Wandlers nach den Patentansprüchen 1 und 9 erreicht. Die ab hängigen Patentansprüche beziehen sich auf korrespondierende Weiterentwicklungen und Verbesserungen.
  • Wie aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung klarer erkannt werden kann, eliminiert das beanspruchte Verfahren zur Kalibrierung des Gleichspannungs-Offsets eines Digital/Analog-Wandlers den Gleichspannungs-Offset-Effekt eines Digital/Analog-Wandlers ohne einen vorbestimmten Kalibrierungsparameter zu verwenden; es folgt, dass kein fehlerhaftes Ergebnis erzeugt wird, und dass der Gleichspannungs-Offset-Effekt eines Digital/Analog-Wandlers akkurat eliminiert wird.
    •
  • Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen weiter beispielhaft dargestellt. Es zeigen:
  • 1 ein Blockschaltbild, das zeigt, wie Komponenten verbunden sind, wenn das Verfahren nach dieser Erfindung ausgeführt wird, und
  • 2 ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Kalibrierung des Gleichspannungs-Offsets eines Digital/Analog-Wandlers nach dieser Erfindung darstellt.
  • Um das Problem einer nicht akkuraten Kalibrierung zu vermeiden, das durch die Verwendung von vorbestimmten Parametern entsteht, kalibriert diese Erfindung den Gleichspannungs-Offset-Effekt eines Digital/Analog-Wandlers ohne die Verwendung eines vorbestimmten Parameters. Insbesondere verwendet diese Erfindung ein Interpolationsverfahren, um den Gleichspannungs-Offset-Wert des Digital/Analog-Wandlers zu bestimmen und verwendet den genau bestimmten Gleichspannungs-Offset-Wert, um den Digital/Analog-Wandler zu kalibrieren. Da kein vorbestimmter Parameter benötigt wird, müssen nach der Erfindung keine Tests mit vielen Proben-Chips ausgeführt werden, um die benötigten Parameter zu bestimmen (wie z.B. der zuvor angegebene Kalibrierungsparameter ρZX). Zusätzlich ergibt sich, dass nicht in jedem System ein vorbestimmter Parameter vorgespeichert werden muss; hierdurch wird weiter Speicherplatz eingespart.
  • Um den Gleichspannungs-Offset-Effekt eines Digital/Analog-Wandlers 220 zu kalibrieren, wird nach dieser Erfindung der Ausgangsanschluss des Digital/Analog-Wandlers 220 mit dem Eingangsanschluss eines Analog/Digital-Wandlers 230 verbunden und der Ausgangsanschluss des Analog/Digital-Wandlers 230 wird mit einem Berechnungsmodul 240 verbunden. Die untereinander bestehenden Verbindungen zwischen diesen drei Komponenten sind in der 1 gezeigt. In der 1 können der Digital/Analog-Wandler 220 und der Analog/Digital-Wandler 230 ein Digital/Analog-Wandler in dem Sendezweig eines Senders und ein Analog/Digital-Wandler in dem Empfangszweig eines Senders sein, sie sind aber nicht darauf begrenzt.
  • 2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Kalibrierung des Gleichspannungs-Offsets eines Digital/Analog-Wandlers nach einer Ausführungsform dieser Erfindung. Die in 2 gezeigten Schritte sind wie folgt. Zunächst wird in einem Schritt 310 ein erster Wert x1 an den Digital/Analog-Wandler 220 angelegt und der Ausgangswert des Analog/Digital-Wandlers 230 wird als ein erster Messwert z1 gemessen. Danach wird in einem Schritt 320 ein zweiter Wert x2 an den Digital/Analog-Wandler 220 angelegt und der Ausgangswert des Analog/Digital-Wandlers 230 wird als ein zweiter Messwert z2 gemessen. Mittels dieser beiden Schritte werden die folgenden Gleichungen (1) und (2) erhalten: z1 = ρZX·(x1 – xC) + zD (1); z2 = ρZX·(x2 – xC) + zD (2);
  • In den Gleichungen (1) und (2) verbleiben zwei Werte unbekannt, nämlich ρZX und xc (wobei xc der Gleichspannungs-Offset- Wert des Digital/Analog-Wandlers 220 ist). Die beiden unbekannten Werte können durch die beiden Gleichungen bestimmt werden. Demzufolge kann das Berechnungsmodul 240 im Schritt 330 ohne Verwendung eines vorbestimmten Kalibrierungsparameters den Gleichspannungs-Kompensationswert xc entsprechend des ersten Werts x1, des zweiten Werts x2, des ersten Messwerts z1 und des zweiten Messwerts z2 auf vielfältige Art und Weise bestimmen. Im Schritt 330 ist eine erste Möglichkeit, dass das Berechnungsmodul 240 den Gleichspannungs-Kompensationswert xc entsprechend der folgenden Gleichung (3) bestimmt: xc = [(z2 – zD)·x1 – (z1 – zD)·x2]/(z2 – z1) (3).
  • Eine zweite Möglichkeit des Schritts 330 ist, dass das Berechnungsmodul 240 zunächst den Steigungswert ρZX bestimmt und anschließend den bestimmten Steigungswert ρZX in die Gleichung (1), die Gleichung (2) oder eine andere aus anderen Eingangs-/Ausgangswerten zusammengesetzte Gleichung substituiert, um den Gleichspannungs-Kompensationswert xc zu bestimmen. Die in der zweiten Lösung verwendeten Gleichungen sehen wie folgt aus: ρZX = (z2 – z1)/(x2 – x1) (4) xD = x1 – [(z1 – zD)/ρZX] (5).
  • Da kein möglicherweise ungenauer Kalibrierungsparameter verwendet wird, ist der von dem Berechnungsmodul 240 bestimmte Gleichspannungs-Kompensationswert xc ein Wert, der den Gleichspannungs-Offset-Effekt des Digital/Analog-Wandlers 220 korrekt repräsentiert. Schließlich wird im Schritt 340, nachdem jede der Komponenten zurück in ihre ursprüngliche Position in dem System geschaltet wurde, ein Kompensations-Modul (wie z.B. ein Addierer), der an den Eingangsanschluss des Digital/Analog-Wandlers 220 angeschlossen ist, verwendet, um den Digital/Analog-Wandler 220 entsprechend des bestimmten Gleichspannungs-Kompensatioswerts xc zu kalibrieren. Insbeson dere wird der Gleichspannungs-Kompensationswert xc von jedem digitalen Wert subtrahiert, bevor der digitale Wert an den Digital/Analog-Wandler 220 angelegt wird. Der Gleichspannungs-Offset-Effekt des Digital/Analog-Wandlers 220 ist dadurch eliminiert.
  • Zusammenfassend offenbart diese Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kalibrierung eines Gleichspannungs-Offsets eines Digital/Analog-Wandlers 220. Das offenbarte Verfahren umfasst die folgenden Schritte. Zunächst werden ein erster Wert und ein zweiter Wert an den Digital/Analog-Wandler 220 angelegt, um jeweils einen ersten Messwert und einen zweiten Messwert zu erzeugen. Anschließend wird ein Gleichspannungs-Kompensationswert entsprechend des ersten Werts, des zweiten Werts, des ersten Messwerts und des zweiten Messwerts bestimmt, ohne einen vorbestimmten Parameter zu verwenden. Der Gleichspannungs-Kompensationswert wird verwendet, um den Digital/Analog-Wandler 220 zu kalibrieren.
  • Im Gegensatz zu dem herkömmlichen Verfahren weist diese Erfindung einige Vorteile auf. Ein Vorteil ist, dass kein vorbestimmter Kalibrierungsparameter verwendet wird, wodurch diese Erfindung keinen zusätzlichen Speicherplatz benötigt, um vorbestimmte Kalibrierungsparameter zu speichern. Ein anderer Vorteil ist, dass der Gleichspannungs-Offset-Wert für jeden einzelnen Chip akkurat bestimmt wird und anschließend eine digitale Kompensation ausgeführt wird, wodurch der Gleichspannungs-Offset-Effekt korrekt eliminiert wird. Auch wenn Umgebungsparameter bewirken, dass sich die Eigenschaften eines einzigen Chips ändern, kann diese Erfindung weiter immer noch leicht den Gleichspannungs-Offset-Effekt des einzelnen Chips eliminieren.

Claims (16)

  1. Ein Verfahren zur Kalibrierung des Gleichspannungs-Offsets zur Kalibrierung eines Digital/Analog-Wandlers (220), mit den Schritten: Anlegen eines ersten Werts an den Digital/Analog-Wandler (220), um einen ersten Messwert zu erzeugen; Anlegen eines zweiten Werts an den Digital/Analog-Wandler (220), um einen zweiten Messwert zu erzeugen; gekennzeichnet durch die Schritte: Bestimmen eines Gleichspannungs-Kompensationswerts entsprechend des ersten Werts, des zweiten Werts, des ersten Messwerts und des zweiten Messwerts ohne die Verwendung eines vorbestimmten Kalibrierungsparameters; und Kalibrieren des Digital/Analog-Wandlers (220) mit dem Gleichspannungs-Kompensationswert.
  2. Das Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Kalibrierens des Digital/Analog-Wandlers (220) umfasst: Verwenden des Gleichspannungs-Kompensationswerts, um digitale Eingangswerte des Digital/Analog-Wandlers (220) zu justieren, bevor die digitalen Eingangswerte an den Digital/Analog-Wandler (220) angelegt werden.
  3. Das Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Messwert und der zweite Messwert jeweils zu analogen Ausgangssignalen des Digital/Analog-Wandlers (220) korrespondieren, wenn der erste Wert und der zweite Wert an den Digital/Analog-Wandler (220) angelegt werden.
  4. Das Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, weiter gekennzeichnet durch den Schritt: Verbinden eines Ausgangsanschlusses des Digital/Analog-Wandlers (220) mit einem Eingangsanschluss eines Analog/Digital-Wandlers (230); wobei der erste Messwert und der zweite Messwert jeweils zu digitalen Ausgangswerten des Analog/Digital-Wandlers (230) korrespondieren, wenn der erste Wert und der zweite Wert an den Digital/Analog-Wandler (220) angelegt werden.
  5. Das Verfahren nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichspannungs-Kompensationswert entsprechend der folgenden Gleichung bestimmt wird: xc = [(z2 – zD)·x1 – (z1 – zD)·x2]/(z2 – z1)wobei zD ein Gleichspannungs-Offset-Wert des Analog/Digital-Wandlers (230) ist, xc der Gleichspannungs-Kompensationswert ist, x1 der erste Wert ist, x2 der zweite Wert ist, z1 der erste Messwert ist und z2 der zweite Messwert ist.
  6. Das Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Bestimmens des Gleichspannungs-Kompensationswerts weiter umfasst: Bestimmen eines Steigungswerts entsprechend des ersten Werts, des zweiten Werts, des ersten Messwerts und des zweiten Messwerts; und Bestimmen des Gleichspannungs-Kompensationswerts entsprechend des Steigungswerts, des ersten Werts und des ersten Messwerts.
  7. Das Verfahren nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Steigungswert und der Gleichspannungs-Kompensationswert entsprechend der folgenden Gleichungen bestimmt werden: ρZX = (z2 – z1)/(x2 – x1); und xC = x1 – [(z1 – zD)/ρZX]wobei zD ein Gleichspannungs-Offset-Wert des Analog/Digital-Wandlers (230) ist, ρZX der Steigungswert ist, xc der Gleichspannungs-Kompensationswert ist, x1 der erste Wert ist, x2 der zweite Wert ist, z1 der erste Messwert ist und z2 der zweite Messwert ist.
  8. Das Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in einem Sender oder Sendeempfänger verwendet wird.
  9. Eine Vorrichtung zum Kalibrieren eines Gleichspannungs-Offset-Effekts eines Digital/Analog-Wandlers, mit: einem Digital/Analog-Wandler (220); gekennzeichnet durch ein Berechnungsmodul (240), das elektrisch mit dem Digital/Analog-Wandler (220) verbunden ist, um einen Gleichspannungs-Kompensationswert entsprechend eines ersten Werts, eines zweiten Werts, eines ersten Messwerts und eines zweiten Messwerts zu bestimmen, ohne einen vorbestimmten Kalibrierungsparameter zu verwenden; und wobei die Vorrichtung den Gleichspannungs-Kompensationswert verwendet, um den Digital/Analog-Wandler zu kalibrieren.
  10. Die Vorrichtung nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung den Gleichspannungs-Kompensationswert verwendet, um an den Digital/Analog-Wandler (220) anzulegende digitale Werte zu justieren.
  11. Die Vorrichtung nach Patentanspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Messwert und der zweite Messwert jeweils zu analogen Ausgangssignalen des Digital/Analog-Wandlers (220) korrespondieren, wenn der erste Wert und der zweite Wert an den Digital/Analog-Wandler (220) angelegt werden.
  12. Die Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 9 bis 11, weiter gekennzeichnet durch: einen Analog/Digital-Wandler (230) mit einem elektrisch an einen Ausgangsanschluss des Digital/Analog-Wandlers (220) angeschlossenen Eingangsanschluss und einen elektrisch an das Berechnungsmodul (240) angeschlossenen Ausgangsanschluss; wobei der erste Messwert und der zweite Messwert jeweils zu digitalen Ausgangssignalen des Analog/Digital-Wandlers (230) korrespondieren, wenn der erste Wert und der zweite Wert an den Digital/Analog-Wandler (220) angelegt werden.
  13. Die Vorrichtung nach Patentanspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Berechnungsmodul (240) den Gleichspannungs-Kompensationswert entsprechend der folgenden Gleichung bestimmt: xc = [(z2 – zD)·x1 – (z1 – zD)·x2]/(z2 – z1)wobei zD ein Gleichspannungs-Offset-Wert des Analog/Digital-Wandlers (230) ist, xc der Gleichspannungs-Kompensationswert ist, x1 der erste Wert ist, x2 der zweite Wert ist, z1 der erste Messwert ist und z2 der zweite Messwert ist.
  14. Die Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Berechnungsmodul (240) einen Steigungswert entsprechend des ersten Werts, des zweiten Werts, des ersten Messwerts und des zweiten Messwerts bestimmt; und das Berechnungsmodul (240) den Gleichspannungs-Kompensationswert weiter entsprechend des Steigungswerts, des ersten Werts und des ersten Messwerts bestimmt.
  15. Die Vorrichtung nach Patentanspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Berechnungsmodul (240) den Steigungswert und den Gleichspannungs-Kompensationswert entsprechend den folgenden Gleichungen bestimmt: ρZX = (z2 – z1)/(x2 – x1); und xC = x1 – [(z1 – zD)/ρZX];wobei zD ein Gleichspannungs-Offset-Wert des Analog/Digital-Wandlers (230) ist, ρZX der Steigungswert ist, xC der Gleichspannungs-Kompensationswert ist, x1 der erste Wert ist, x2 der zweite Wert ist, der z1 der erste Messwert ist und z2 der zweite Messwert ist.
  16. Die Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung in einen Sender oder einen Sendeempfänger eingebaut ist.
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