DE102007020477B4 - Sigma-delta modulator and method for generating a sigma-delta modulation signal - Google Patents

Sigma-delta modulator and method for generating a sigma-delta modulation signal Download PDF

Info

Publication number
DE102007020477B4
DE102007020477B4 DE200710020477 DE102007020477A DE102007020477B4 DE 102007020477 B4 DE102007020477 B4 DE 102007020477B4 DE 200710020477 DE200710020477 DE 200710020477 DE 102007020477 A DE102007020477 A DE 102007020477A DE 102007020477 B4 DE102007020477 B4 DE 102007020477B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
signal
unit
output
sigma
control
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE200710020477
Other languages
German (de)
Other versions
DE102007020477A1 (en
Inventor
Maurits Prof. Dr. Ortmanns
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Albert Ludwigs Universitaet Freiburg
Original Assignee
Albert Ludwigs Universitaet Freiburg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Albert Ludwigs Universitaet Freiburg filed Critical Albert Ludwigs Universitaet Freiburg
Priority to DE200710020477 priority Critical patent/DE102007020477B4/en
Publication of DE102007020477A1 publication Critical patent/DE102007020477A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102007020477B4 publication Critical patent/DE102007020477B4/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M3/00—Conversion of analogue values to or from differential modulation
    • H03M3/30—Delta-sigma modulation
    • H03M3/378—Testing
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M3/00—Conversion of analogue values to or from differential modulation
    • H03M3/30—Delta-sigma modulation
    • H03M3/39—Structural details of delta-sigma modulators, e.g. incremental delta-sigma modulators
    • H03M3/412—Structural details of delta-sigma modulators, e.g. incremental delta-sigma modulators characterised by the number of quantisers and their type and resolution
    • H03M3/422—Structural details of delta-sigma modulators, e.g. incremental delta-sigma modulators characterised by the number of quantisers and their type and resolution having one quantiser only
    • H03M3/424—Structural details of delta-sigma modulators, e.g. incremental delta-sigma modulators characterised by the number of quantisers and their type and resolution having one quantiser only the quantiser being a multiple bit one
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M3/00—Conversion of analogue values to or from differential modulation
    • H03M3/30—Delta-sigma modulation
    • H03M3/39—Structural details of delta-sigma modulators, e.g. incremental delta-sigma modulators
    • H03M3/436—Structural details of delta-sigma modulators, e.g. incremental delta-sigma modulators characterised by the order of the loop filter, e.g. error feedback type
    • H03M3/456—Structural details of delta-sigma modulators, e.g. incremental delta-sigma modulators characterised by the order of the loop filter, e.g. error feedback type the modulator having a first order loop filter in the feedforward path

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)

Abstract

Sigma-Delta-Modulator (1), insbesondere für einen Multibit-Sigma-Delta Analog-Digital-Umsetzer, mit einer Regelschleife, in der zumindest ein Multi-Level-Quantisierer (4) und ein Multilevel-Digital-Analog-Umsetzer (5) angeordnet sind, wobei der Multilevel-Digital-Analog-Umsetzer (5) mindestens drei erste elektrische Einheitsschaltungen (6a) hat, die jeweils ein erstes Einheitselement (7a) und ein damit verbundenes erstes Schaltelement (8a) zum Zu- oder Abschalten des ersten Einheitselements (7a) aufweisen, wobei das erste Schaltelement (8a) einen ersten Steuereingang hat, über den es durch Anlegen eines Steuersignals betätigbar ist, und wobei die ersten Steuereingänge mit einem Ausgang des Multi-Level-Quantisierers (4) in Steuerverbindung stehen, wobei der Multilevel-Digital-Analog-Umsetzer (5) eine zweite Einheitsschaltung (6b) mit einem zweiten Schaltelement (8b) und einem zweiten Einheitselement (7b) aufweist, wobei das zweite Schaltelement (8b) einen zweiten Steuereingang hat, wobei zum Erzeugen eines Testsignals eine Testsignalquelle (14) mit einem Quellenausgang für das Testsignal vorgesehen ist, wobei der Quellenausgang und der Ausgang des Multi-Level-Quantisierers (4) über eine Vertauschungseinrichtung (13) mit den ersten Steuereingängen und dem...Sigma-delta modulator (1), in particular for a multibit sigma-delta analog-to-digital converter, having a control loop in which at least one multi-level quantizer (4) and one multilevel digital-to-analog converter (5 ), wherein the multilevel digital-to-analog converter (5) has at least three first electrical unit circuits (6a) each having a first unit element (7a) and a first switching element (8a) connected thereto for connecting or disconnecting the first one Unitary element (7a), wherein the first switching element (8a) has a first control input, via which it can be actuated by applying a control signal, and wherein the first control inputs are in control connection with an output of the multi-level quantizer (4), wherein the multilevel digital-to-analog converter (5) has a second unit circuit (6b) with a second switching element (8b) and a second unit element (7b), the second switching element (8b) having a second control input, wherein a test signal source (14) with a source output for the test signal is provided for generating a test signal, wherein the source output and the output of the multi-level quantizer (4) via an interchangeable means (13) with the first control inputs and the ...

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft einen Sigma-Delta-Modulator nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren zum Erzeugen eines Sigma-Delta-Modulationssignals gemäß Anspruch 6.The The invention relates to a sigma-delta modulator according to the preamble of claim 1 and a method for generating a sigma-delta modulation signal according to claim 6th

Aus S. Yan, E. Sánchez-Sinencio, ”A Continuous-Time ΣΔ Modulator With 88-dB Dynamic Range and 1.1-MHz Signal Bandwidth, IEEE Journal of Solid-State Circ., Vol. 39, No. 1, Jan. 2004, Seiten 75–86 ist ein Sigma-Delta-Modulator bekannt, der eine Regelschleife aufweist, in der ein Subtraktionsglied, ein Schleifenfilter, ein Multi-Level-Quantisierer und ein Multilevel-Digital-Analog-Umsetzer angeordnet sind. Mit Hilfe des Subtraktionsglieds wird das von dem im Rückkopplungszweig der Regelschleife angeordneten Multilevel-Digital-Analog-Umsetzer erzeugte analoge Ausgangssignal von einem analogen Eingangssignal des Sigma-Delta-Modulators subtrahiert. Das so erhaltene analoge Differenzsignal wird mittels des Schleifenfilters tiefpassgefiltert und dann mit Hilfe des Multi-Level-Quantisierers in ein entsprechendes digitales Signal umgesetzt, das nachstehend auch als Regelschleifenausgangssignal bezeichnet wird. Das Regelschleifenausgangssignal wird an den Eingang des Multilevel-Digital-Analog-Umsetzers angelegt.Out S. Yan, E. Sánchez-Sinencio, "A Continuous-Time ΣΔ Modulator With 88-dB Dynamic Range and 1.1-MHz Signal Bandwidth, IEEE Journal of Solid-State Circ., Vol. 1, Jan. 2004, pages 75-86 a sigma-delta modulator is known which has a control loop, in which a subtractor, a loop filter, a multi-level quantizer and a multilevel digital-to-analog converter are arranged. With help of the subtraction member is that of the arranged in the feedback branch of the control loop Multilevel digital-to-analog converter generated analog output signal subtracted from an analog input signal of the sigma-delta modulator. The analog differential signal thus obtained is determined by means of the loop filter low-pass filtered and then using the multi-level quantizer converted into a corresponding digital signal, the below Also referred to as a control loop output signal. The control loop output signal becomes applied to the input of the multilevel digital-to-analog converter.

Durch den in den Rückkopplungszweig der Regelschleife geschalteten Multilevel-Digital-Analog-Umsetzer ist es möglich, einen Multilevel-Digital-Analog-Umsetzer mit mittlerer Auflösung und mittlerer Umsetzrate auch für Anwendungen mit hoher Auflösung und/oder hoher Umsetzrate einzusetzen, beispielsweise in hoch auflösenden Audioumsetzern und Front-End-Schaltungen von Mobilfunkgeräten sowie Schnittstellen in Kommunikations- und Informationseinrichtungen.By in the feedback branch the control loop switched multilevel digital-to-analog converter, it is possible to use a Multilevel digital-to-analog converter with medium resolution and average conversion rate also for High resolution applications and / or high conversion rate, for example in high-resolution audio converters and Front-end circuits of mobile devices as well as interfaces in Communication and information facilities.

Der Digital-Analog-Umsetzer hat eine Anzahl von Einheitsschaltungen, die jeweils eine Einheitsstromquelle als Einheitselement aufweisen. Jede Einheitsstromquelle ist jeweils mit Hilfe eines Schaltelements zu- oder abschaltbar. Zum Erzeugen eines dem Regelschleifenausgangssignal entsprechenden analogen Ausgangssignals werden die Schaltelemente in Abhängigkeit von dem Regelschleifenausgangssig nal betätigt, wobei sich das Ausgangssignal des Digital-Analog-Umsetzers aus der Überlagerung bzw. der Addition der Ströme der Einheitsstromquellen ergibt.Of the Digital-to-analog converter has a number of unit circuits, each having a unit current source as a unit element. Each unit current source is each by means of a switching element can be switched on or off. For generating a control loop output signal corresponding analog output signal become the switching elements dependent on operated by the Regelschleifenausgangssig signal, wherein the output signal of Digital-to-analog converter from the superposition or the addition the streams the unit current sources.

Da die Genauigkeit des Regelschleifenausgangssignals maßgeblich durch die Linearität des internen Digital-Analog-Umsetzers bestimmt wird, weist jede Einheitsstromquelle jeweils eine Hauptstromquelle und eine parallel dazu geschaltete, verstellbare Korrekturstromquelle auf. Der durch die Hauptstromquelle fließende Hauptstrom ist größerer als der durch die Korrekturstromquelle fließende Korrekturstrom. Um trotz der vorhandenen Toleranzen der Hauptstromquellen eine möglichst gute Linearität des Digital-Analog-Umsetzers zu erreichen, werden die einzelnen Einheitsstromquelle bei einem Kalibrierungsschritt nacheinander mit einer Referenzstromquelle in Reihe geschaltet, wobei die Korrekturstromquelle jeweils so eingestellt wird, dass die Summe aus dem Hauptstrom und dem Korrekturstrom einem von der Referenzstromquelle vorgegebenen Referenzstrom entspricht. Diese Vorgehensweise ermöglicht jedoch nur den Ausgleich statischer Fehler, d. h. es werden die relativen Fehler der eingeschwungenen Einheitsstromquellen kompensiert. Dynamische Fehler durch unterschiedliche Verzögerungszeiten sowie unterschiedliches Einschwingverhalten der Einheitsstromquellen werden nicht ausgeglichen. Ungünstig ist außerdem, dass die Korrekturstromquellen einen nicht unerheblichen zusätzlichen Schaltungsaufwand erfordern.There the accuracy of the control loop output signal relevant through the linearity the internal digital-to-analog converter is determined, assigns each Unit power source one main power source and one parallel connected, adjustable correction current source on. The through the main power source is flowing Main current is greater than the correction current flowing through the correction current source. In spite of it the existing tolerances of the main power sources as possible good linearity of the To achieve digital-to-analog converter, the single unit power source in a calibration step in succession with a reference current source connected in series, with the correction current source each set so is that the sum of the main current and the correction current one of the reference current source corresponds to the predetermined reference current. These Approach possible but only the compensation of static errors, d. H. it will be the compensated relative error of the steady-state unit current sources. Dynamic errors due to different delay times as well as different ones Transient response of the unit current sources are not compensated. Unfavorable in addition, that the correction current sources a not inconsiderable additional circuit complexity require.

Aus Craig Petrie and Matt Miller: A Background Calibration Technique for Multibit Delta-Sigma Modulators, in ISCAS 2000 – IEEE International Symposium an Circuits and Systems, 28.–31. Mai 2000, Genf, Schweiz, Seiten II-29 bis II-32 ist ein Sigma-Delta-Modulator mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt. Außerdem ist in dieser Druckschrift ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 6 beschrieben, bei dem das Testsignal so gewählt wird, dass es außerhalb des Frequenzbandes eines Nutzsignals liegt. Dies ergibt den Vorteil, dass das das Testsignal das Nutzsignal nicht überlagert und somit die Kenngrößen der Einheitsschaltungen während des laufenden Betriebs im Hintergrund ermittelt werden können. Das Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass das außerhalb des Nutzbandes liegende Testsignal von großen Rauschanteilen überlagert wird. Dies verringert die Genauigkeit der Analyse und die Zeit zur Korrektur vergrößert sich stark. Die Autoren schlagen deshalb vor, eine zusätzliche „Nullstelle” in die Rauschübertragungsfunktion einzubauen, die das Rauschen um das Testsignal reduziert.Out Craig Petrie and Matt Miller: A Background Calibration Technique for Multibit Delta Sigma Modulators, in ISCAS 2000 - IEEE International Symposium at Circuits and Systems, 28.-31. May 2000, Geneva, Switzerland, pages II-29 to II-32 is a sigma-delta modulator with the features of the preamble of claim 1 known. Besides that is in this document a method with the features of the preamble of claim 6, wherein the test signal is selected that it is outside the frequency band of a useful signal is located. This gives the advantage that the test signal does not superimpose the useful signal and thus the characteristics of the Unit circuits during of ongoing operations can be determined in the background. The However, the method has the disadvantage that the lying outside the useful tape Test signal from large Superimposed noise becomes. This reduces the accuracy of the analysis and the time to Correction increases strong. The authors therefore suggest adding an additional "zero" into the Noise transfer function which reduces the noise around the test signal.

Diese Lösung bringt aber den gravierenden Nachteil, dass die Ordnung der Regelschleife erhöht werden muss. Damit steigt aber auch das Risiko einer Instabilität, d. h. der Schaltungsaufwand wird höher und der Leistungsverbrauch steigt.These solution But brings the serious disadvantage that the order of the control loop increase got to. But this also increases the risk of instability, d. H. the circuit complexity becomes higher and the power consumption increases.

Es besteht deshalb die Aufgabe, einen Sigma-Delta-Modulator der eingangs genannten Art zu schaffen, der einen einfachen Aufbau aufweist und es ermöglicht, dynamische und statische Abweichungen, welche die einzelnen Einheitsschaltungen zueinander aufweisen, während des laufenden Betriebs zu bestimmen. Außerdem besteht die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem auf einfache Weise dynamische und statische Abweichungen der einzelnen Einheitsschaltungen während des laufenden Betriebs ermittelt werden können.It is therefore an object to provide a sigma-delta modulator of the type mentioned, which has a simple structure and makes it possible to determine dynamic and static deviations, which have the individual unit circuits to each other during operation. In addition, the object is to provide a method of the type mentioned, with the dynamic and stati in a simple manner deviations of the individual unit circuits during operation can be determined.

Diese Aufgabe wird bezüglich des Sigma-Delta-Modulators mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und bezüglich des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.These Task is relative the sigma-delta modulator having the features of claim 1 and in terms of the method with the features of claim 6 solved.

Der Digital-Analog-Umsetzer hat also ein scheinbar überflüssiges zusätzliches zweites Einheitselement, das vorzugsweise mit den ersten Einheitselementen bezüglich seines Ersatzschaltbilds übereinstimmt und insbesondere mit diesen baugleich ist. Das zweite Einheitselement kann von der Vertauschungseinrichtung als Ersatz für jedes erste Einheitselement des Digital-Analog-Umsetzers in den laufenden Betrieb eingeschaltet werden, wobei das betreffende erste Einheitselement jeweils aus dem laufenden Betrieb entfernt wird. Dies wird dadurch erreicht, dass das dem betreffenden ersten Einheitselement zugeordnete Steuersignal an den Steuereingang des zweiten Einheitselements angelegt wird und an den Steuereingang dieses ersten Einheitselements das veränderliche Testsignal angelegt wird. Das von der Testsignalquelle bereitgestellte Testsignal wird nun zu vorgegebenen Zeiten oder dauerhaft auf die aktuell separierte Einheitsschaltung gegeben, also entweder auf die zweite Einheitsschaltung oder auf die erste Einheitsschaltung, die gerade mit Hilfe der Vertauschungseinrichtung durch die zweite Einheitsschaltung im laufenden Betrieb ersetzt wird. Hierdurch wird in den Digital-Analog-Umsetzer eine Sequenz eingespeist, die nur von der aktuell separierten Einheitsschaltung und der Sequenz des Testsignals abhängt.Of the Digital-to-analog converter thus has an apparently superfluous additional second unit element, preferably with the first unit elements with respect to its Equivalent circuit diagram matches and in particular with these identical. The second unit element may be from the interchangeable device as a substitute for each first unit element of the digital-to-analog converter in the current Operation are turned on, wherein the relevant first unit element each removed from the current operation. This will be done achieves that associated with the respective first unit element Control signal applied to the control input of the second unit element and to the control input of this first unit element the variable Test signal is applied. The test signal provided by the test signal source is now at predetermined times or permanently on the currently separated Given unity circuit, so either the second unit circuit or to the first unit circuit, which is currently using the permutation device replaced by the second unit circuit during operation becomes. As a result, in the digital-to-analog converter, a sequence fed only from the currently separated unit circuit and the sequence of the test signal depends.

Diese Sequenz ist modifiziert in dem am Ausgang des Multilevel-Quantisierers anliegenden digitalen Regelschleifenausgangssignal oder einem daraus erzeugten Ausgangssignal des Sigma-Delta-Modulators wieder zu finden. Durch Korrelation des Regelschleifenausgangssignal oder des daraus erzeugten Ausgangssignals mit dem Testsignal kann ein für die betreffende erste Einheitsschaltung charakteristischer Wert gefunden werden. Dieser Wert oder diese Kenngröße ist abhängig vom statischen Ausgangssignal der Einheitsschaltung und von der Dynamik der Einheitsschaltung, also vom Ein- und Ausschaltzeitpunkt und vom Einschwingverhalten. Auf diese Weise kann nacheinander für jede separierte und mit dem Testsignal beaufschlagte Einheitsschaltung eine entsprechende Kenngröße gefunden werden, der proportional zum dynamischen und statischen Fehler der Einheitsschaltung ist. Das Einheitselement kann insbesondere eine Stromquelle, ein mit einer Spannungsquelle verbindbarer elektrischer Widerstand und/oder ein Kondensator sein.These Sequence is modified in the output of the multilevel quantizer applied digital control loop output signal or one of them to find the generated output signal of the sigma-delta modulator again. By correlation of the control loop output signal or the generated therefrom Output signal with the test signal can be a for the relevant first unit circuit characteristic value can be found. This value or this Characteristic depends on static output of the unit circuit and the dynamics the unit circuit, so from the on and off time and from the transient response. In this way, one after the other for each separated and the test signal supplied to the unit circuit corresponding Characteristic can be found, proportional to the dynamic and static error of the unit circuit is. The unit element may in particular be a power source with a voltage source connectable electrical resistance and / or be a capacitor.

Bei einem Sigma-Delta-Modulator, der in einen Sigma-Delta-Analog-Digitalumsetzer integriert ist, ist der Ausgang des Multi-Level-Quantisierers bevorzugt über einen Codewandler und/oder ein Dezimationsfilter indirekt mit dem ersten Eingang eines Differenzglieds verbunden. Das Testsignal wird also aus dem digitalen Ausgangssignal des Sigma-Delta-Modulators oder des Sigma-Delta-Analog-Digitalumsetzers herausgerechnet, damit es die Auflösung des Sigma-Delta-Modulators bzw. Sigma-Delta-Analog-Digitalumsetzers im laufenden Betrieb nicht Wesentlich stört. Somit können die Kenngrößen während des laufenden Betriebs im Hintergrund ermittelt werden.at a sigma-delta modulator integrated into a sigma-delta analog-to-digital converter, For example, the output of the multi-level quantizer is preferably one Code converter and / or a decimation filter indirectly with the first Input of a differential element connected. The test signal will be off the digital output signal of the sigma-delta modulator or the Sigma-delta analog to digital converter calculated out so that it is the resolution of the sigma-delta modulator or sigma-delta analog-to-digital converter during operation Essentially disturbs. Thus, you can the parameters during the ongoing operation in the background.

Die Testsignalquelle ist bevorzugt eine Rauschquelle, mit der insbesondere ein binäres, pseudo-zufälliges weißes Rauschen erzeugbar ist. Das aus dem analogen Eingangssignal erzeugte digitale Ausgangssignal des Sigma-Delta-Modulators bzw. Sigma-Delta-Analog-Digitalumsetzers wird dann noch weniger gestört, wenn das Testsignal während des laufenden Betriebs in den internen Multibit-Sigma-Delta Analog-Digital-Umsetzer eingespeist wird.The Test signal source is preferably a noise source, with the particular a binary, pseudo-random white noise can be generated. The digital generated from the analog input signal Output signal of the sigma-delta modulator or sigma-delta analog-to-digital converter will be disturbed even less if the test signal during running into the internal multibit sigma-delta analog-to-digital converter is fed.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Korrelationsausgang zum Speichern der Kenngrößen für die Abweichungen zumindest der ersten Einheitsschaltungen mit einem Datenspeicher verbunden, und an dem Datenspeicher ist eine Kompensationseinrichtung angeschlossen, die derart ausgestaltet ist, dass sie in Abhängigkeit von den Kenngrößen die durch die Abweichungen der Einheitsschaltungen in einem Ausgangssignal des Multi-Level-Quantisierers und/oder in einem am ersten Eingang des Differenzglieds anliegenden Digitalsignal auftretenden Fehler zumindest teilweise kompensiert. Dabei ist es sogar möglich, dass diese digitale Kompensation während des laufenden Betriebs des Sigma-Delta-Modulators bzw. Sigma-Delta-Analog-Digitalumsetzers vorgenommen wird, beispielsweise um eine durch eine Temperaturveränderung bewirkte Abweichung einer Einheitsquelle relativ zu den anderen Einheitsquellen auszugleichen.at a particularly advantageous embodiment of the invention the correlation output for storing the characteristics for the deviations at least the first unitary circuits connected to a data memory, and a compensation device is connected to the data memory, which is designed such that it depends on the characteristics of the by the deviations of the unit circuits in an output signal of the multi-level quantizer and / or in a voltage applied to the first input of the differential element Digital signal occurring error at least partially compensated. It is even possible that this digital compensation during operation the sigma-delta modulator or sigma-delta analog-to-digital converter is made, for example, by a temperature change caused deviation of one unit source relative to the others Balance out sources of unity.

Vorteilhaft ist, wenn die Kompensationseinrichtung mindestens eine dritte Einheitsschaltung für den Multilevel-Digital-Analog-Umsetzer umfasst, die ein drittes Einheitselement und ein damit verbundenes, einen drittes Steuereingang aufweisendes drittes Schaltelement zum Zu- oder Abschalten des Einheitselements aufweist, und wenn der dritte Steuereingang über eine Ansteuereinrichtung mit dem Datenspeicher und der Vertauschungseinrichtung in Steuerverbindung steht. Mit Hilfe der dritten Einheitsschaltung können dann Fehler im analogen Ausgangssignal des Multilevel-Digital-Analog-Umsetzer, die durch eine Abweichung eines ersten Einheitselements von dem zweiten Einheitselement und/oder durch eine Abweichung zweier erster Einheitselemente verursacht sind, zumindest teilweise kompensiert werden. Dabei unterscheidet sich die dritte Einheitsschaltung bevorzugt in der Weise von den ersten und zweiten Einheitsschaltungen, dass das Zu- oder Abschalten des dritten Einheitselements eine kleinere Veränderung des analogen Ausgangssignals des Multilevel-Digital-Analog-Umsetzers bewirkt als das Zu- oder Abschalten eines ersten oder zweiten Einheitselements.It is advantageous if the compensation device comprises at least a third unit circuit for the multilevel digital-to-analog converter having a third unit element and a third switching element having a third control input connected thereto for connecting or disconnecting the unit element, and if the third control input is in control connection with the data memory and the permutation device via a drive device. With the help of the third unit circuit then errors in the analog output signal of the multilevel digital-to-analog converter, by a deviation of a first unit element of the second unit element and / or caused by a deviation of two first unit elements are at least partially compensated. In this case, the third unit circuit preferably differs in the manner from the first and second unit circuits in that the connection or disconnection of the third unit element causes a smaller change in the analog output signal of the multilevel digital-to-analog converter than the switching on or off of a first or second second unit element.

Bei einer andern vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Kompensationseinrichtung ein Additionsglied auf, das einen mit dem Quellenausgang der Testsignalquelle verbundenen ersten Eingang und einen mit dem Datenspeicher verbundenen zweiten Eingang hat, wobei der Ausgang des Additionsglieds über die Einrichtung zur Nachbildung der Übertragungsfunktion mit dem zweiten Eingang des Differenzglieds verbunden ist. Der Einfluss, den statische und/oder dynamische Abweichungen, welche die ersten und zweiten Einheitsschaltungen relativ zueinander aufweisen, auf das digitale Ausgangssignal des Sigma-Delta-Modulators bzw. Sigma-Analog-Digitalumsetzers haben, kann also auch digital kompensiert werden.at another advantageous embodiment of the invention, the Compensation device on an addition member, the one with the Source output of the test signal source connected first input and has a second input connected to the data memory, wherein the output of the addition member over the device for simulating the transfer function with the second input of the differential element is connected. The influence, the static and / or dynamic deviations which are the first and second unit circuits relative to each other the digital output signal of the sigma-delta modulator or sigma analog-to-digital converter can be digitally compensated.

Die Erfindung ermöglicht also eine Charakterisierung der dynamischen und statischen Fehler der ersten Digital-Analog-Umwandler-Einheitsschaltungen relativ zueinander und/oder relativ zu einer zweiten Digital-Analog-Umwandler-Einheitsschaltung. Die Erfassung der Fehler kann im laufenden Betrieb erfolgen. Für die Fehlererkennung wird nur ein sehr geringer Schaltungs- und Rechenaufwand benötigt. Nach der Ermittlung und Speicherung der Kenngrößen für die Fehler ist eine analoge und/oder digitale Korrektur der Fehler nach Methoden des Standes der Technik einfach durchführbar.The Invention allows So a characterization of dynamic and static errors relative to the first digital-to-analog converter unit circuits to each other and / or relative to a second digital-to-analog converter unit circuit. The Capturing the errors can be done during operation. For error detection Only a very small circuit and computational effort is needed. To The determination and storage of the parameters for the errors is an analogous one and / or digital correction of errors by state-of-the-art methods technically feasible.

Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutern. Es zeigt:following are exemplary embodiments explain the invention with reference to the drawing. It shows:

1 ein Schaltbild eines Sigma-Delta-Modulators, 1 a circuit diagram of a sigma-delta modulator,

2 ein Schaltbild eines Sigma-Delta Analog-Digital-Umsetzers, 2 a circuit diagram of a sigma-delta analog-to-digital converter,

3 ein Schaltbild eines Sigma-Delta Analog-Digital-Umsetzers, der eine Kompensationseinrichtung zum analogen. Kompensieren von durch eine Nichtlinearität eines internen Digital-Analog-Umsetzers verursachten Fehlern in einem digitalen Ausgangssignal aufweist, und 3 a circuit diagram of a sigma-delta analog-to-digital converter, a compensation device to the analog. Compensating caused by a non-linearity of an internal digital-to-analog converter errors in a digital output signal, and

4 ein Schaltbild eines Sigma-Delta Analog-Digital-Umsetzers, der eine Kompensationseinrichtung zur digitalen Kompensation der Fehler aufweist. 4 a circuit diagram of a sigma-delta analog-to-digital converter having a compensation device for digital compensation of the error.

Ein in 1 im Ganzen mit 1 bezeichneter Sigma-Delta-Modulator weist eine Regelschleife auf, in der ein Subtraktionsglied 2, eine Tiefpasscharakteristik aufweisender Schleifenfilter 3, ein Multi-Level-Quantisierer 4 und ein Multilevel-Digital-Analog-Umsetzer 5 in Reihe geschaltet sind. Der Schleifenfilter 3 ist in 1 der Einfachheit halber als Filter 1. Ordnung dargestellt. Er kann jedoch auch eine höhere Ordnung aufweisen.An in 1 in the whole with 1 designated sigma-delta modulator has a control loop in which a subtraction element 2 , a low-pass characteristic loop filter 3 , a multi-level quantizer 4 and a multilevel digital-to-analog converter 5 are connected in series. The loop filter 3 is in 1 for the sake of simplicity, it is shown as a filter of the first order. However, it can also have a higher order.

Um die Zeichnung übersichtlich zu gestalten, ist der Multilevel-Digital-Analog-Umsetzer 5 in 1 nur als 2-bit, d. h. 4-Level Digital-Analog-Umsetzer dargestellt. Dem Kenner der Materie wird dies ausreichen, um die Erfindung auch auf alle anderen Realisierungsmöglichkeiten eines Multilevel-Digital-Analog-Umsetzer 5 innerhalb eines Sigma-Delta-Modulators 1 anzuwenden.To make the drawing clearer is the multilevel digital-to-analog converter 5 in 1 only as 2-bit, ie 4-level digital-to-analog converter shown. The connoisseur of the matter will be sufficient to the invention to all other implementation possibilities of a multilevel digital-to-analog converter 5 within a sigma-delta modulator 1 apply.

Der Digital-Analog-Umsetzer 5 hat eine der Anzahl seiner Quantisierungsniveaus entsprechende Anzahl von ersten elektrischen Einheitsschaltungen 6a, die jeweils ein erstes Einheitselement 7a und ein damit verbundenes erstes Schaltelement 8a aufweisen. Die Einheitsschaltungen 6a sind bis auf toleranzbedingte Abweichungen identisch zueinander. Jedes erste Einheitselement 7a hat jeweils eine erste Einheitsstromquelle. Ein erster Ausgangsanschluss jeder ersten Einheitsstromquelle ist jeweils mit einem Versorgungsanschluss und ein zweiter Ausgangsanschluss ist über das der ersten Einheitsstromquelle zugeordnete erste Schaltelement 8a mit einem Analogausgang des Digital-Analog-Umsetzers 5 verbunden.The digital-to-analog converter 5 has a number of first unitary electrical circuits corresponding to the number of its quantization levels 6a , each a first unit element 7a and a first switching element connected thereto 8a exhibit. The unit circuits 6a are identical except for tolerance-related deviations. Every first unit element 7a each has a first unit current source. A first output terminal of each first unit current source is each connected to a supply terminal, and a second output terminal is via the first switching element associated with the first unit current source 8a with an analogue output of the digital-to-analogue converter 5 connected.

Der Digital-Analog-Umsetzer 5 weist für jedes erste Schaltelement 8a jeweils einen in der Zeichnung nicht näher dargestellten ersten Steuereingang auf. Die ersten Schaltelemente 8a können durch Anlegen von binären Steuersignalen q1, q2, q3, q4 an die ersten Steuereingänge in Abhängigkeit von den Steuersignalen q1, q2, q3, q4 betätigt, also geöffnet oder geschlossen werden.The digital-to-analog converter 5 points for each first switching element 8a each one in the drawing not shown in detail first control input. The first switching elements 8a can be actuated by applying binary control signals q 1 , q 2 , q 3 , q 4 to the first control inputs in response to the control signals q 1 , q 2 , q 3 , q 4 , ie opened or closed.

Der Digital-Analog-Umsetzer 5 hat außerdem eine zweite elektrische Einheitsschaltung 6b, die ein zweites Einheitselement 7b und ein damit verbundenes zweites Schaltelement 8b aufweist. Das zweite Einheitselement 7b hat eine zweite Einheitsstromquelle. Ein erster Anschluss der zweiten Einheitsstromquelle ist mit dem Versorgungsanschluss und ein zweiter Anschluss über das zweite Schaltelement 8b mit dem Analogausgang des Digital-Analog-Umsetzers 5 verbunden. Die zweite Einheitsschaltung 6b stimmt bis auf toleranzbedingte Abweichungen mit den ersten Einheitsschaltungen 6a überein.The digital-to-analog converter 5 also has a second unitary electrical circuit 6b that is a second unit element 7b and a second switching element connected thereto 8b having. The second unit element 7b has a second unit current source. A first terminal of the second unit current source is connected to the supply terminal and a second terminal via the second switching element 8b with the analogue output of the digital-to-analogue converter 5 connected. The second unit circuit 6b agrees except for tolerance-related deviations with the first unit circuits 6a match.

Der Digital-Analog-Umsetzer 5 hat für das zweite Schaltelement 8b einen zweiten Steuereingang. Das zweite Schaltelemente 8b kann durch Anlegen eines binären Testsignals qT an den zweiten Steuereingang in Abhängigkeit von dem Testsignal betätigt werden.The digital-to-analog converter 5 has for the second switching element 8b a second control input. The second switching elements 8b can be actuated by applying a binary test signal q T to the second control input in response to the test signal.

In 1 ist erkennbar, dass das Subtraktionsglied 2 einen ersten Eingang 9 für ein zum modulierendes analoges Eingangssignal X und einen mit einem Ausgang des Multilevel-Digital-Analog-Umsetzers 5 verbundenen zweiten Eingang. 10 für ein analoges Rückkopplungssignal hat. Der erste Eingang 9 und der zweite Eingang 10 sind über einen Eingangswiderstand 11 miteinander verbunden. Am zweiten Eingang 10 ist außerdem eine Stromquelle 12 angeschlossen, die einen Konstantstrom in den zweiten Eingang 10 einspeist.In 1 it can be seen that the subtraction element 2 a first entrance 9 for a modulating analog input signal X and one with an output of the multilevel digital-to-analog converter 5 connected second input. 10 for an analogue feedback signal. The first entrance 9 and the second entrance 10 are via an input resistor 11 connected with each other. At the second entrance 10 is also a power source 12 connected to a constant current in the second input 10 feeds.

Ein Ausgangsanschluss des Subtraktionsglieds 2 ist indirekt über den Schleifenfilter 3 mit einem Analogeingang des Multi-Level-Quantisierers 4 verbunden. Dieser hat eine der Anzahl der ersten Einheitsschaltungen 6a des Multilevel-Digital-Analog-Umsetzers 5 entsprechende Anzahl Quantisierungsniveaus. Mit Hilfe des Multi-Level-Quantisierers 4 wird das analoge Ausgangssignal des Schleifenfilters 3 in ein am Ausgang des Multi-Level-Quantisierers 4 anliegendes digitales Schleifenausgangssignal Y umgesetzt, das im Thermometercode vorliegt.An output terminal of the subtraction element 2 is indirectly via the loop filter 3 with an analog input of the multi-level quantizer 4 connected. This has one of the number of first unit circuits 6a of the multilevel digital-to-analog converter 5 corresponding number of quantization levels. With the help of the multi-level quantizer 4 becomes the analog output signal of the loop filter 3 in on at the output of the multi-level quantizer 4 applied digital loop output signal Y, which is present in the thermometer code.

Der Sigma-Delta-Modulator 1 hat außerdem eine Testsignalquelle 14, an deren Quellenausgang als Testsignal qT ein binäres Rauschsignal ausgebbar ist. Der Quellenausgang und der Ausgang des Multi-Level-Quantisierers 4 sind über eine Vertauschungseinrichtung 13 mit den Steuereingängen des Multilevel-Digital-Analog-Umsetzers 5 verbunden.The sigma-delta modulator 1 also has a test signal source 14 , at whose source output as a test signal q T a binary noise signal can be output. The source output and the output of the multi-level quantizer 4 are via an interchangeable device 13 with the control inputs of the multilevel digital-to-analogue converter 5 connected.

In einem ersten Betriebszustand der Vertauschungseinrichtung 13 liegt jedes erste Steuersignal q1, q2, q3, q4 jeweils an dem ersten Steuereingang des ihm zugeordneten ersten Schaltelements 8a und das Testsignal qT am Steuereingang des zweiten Schaltelements 8b an.In a first operating state of the permutation device 13 each first control signal q 1 , q 2 , q 3 , q 4 is in each case at the first control input of the first switching element assigned to it 8a and the test signal q T at the control input of the second switching element 8b at.

In 1 ist erkennbar, dass der Sigma-Delta-Modulator 1 eine Korrelationseinrichtung 15 mit einem ersten und einem zweiten Korrelationseingang aufweist. Der erste Korrelationseingang ist mit dem Ausgang des Multi-Level-Quantisierers 4 und der zweite Korrelationseingang mit dem Quellenausgang der Testsignalquelle verbunden. Ein Korrelationsausgang der Korrelationseinrichtung 15 dient zur Ausgabe einer Kenngröße für die zweite Einheitsschaltung 6b und ist mit einem Datenspeicher 16 verbunden, in dem die Kenngröße abgelegt wird.In 1 it can be seen that the sigma-delta modulator 1 a correlation device 15 having a first and a second correlation input. The first correlation input is with the output of the multi-level quantizer 4 and the second correlation input connected to the source output of the test signal source. A correlation output of the correlation device 15 serves to output a parameter for the second unit circuit 6b and is with a data store 16 connected, in which the characteristic is stored.

In einer der Anzahl der ersten Einheitselemente 7a entsprechenden Anzahl zweiter Betriebszustände der Vertauschungseinrichtung 13 liegt jeweils ein eigentlich einem ersten Steuereingang zugeordnetes Steuersignal q1, q2, q3, q4 am zweiten Steuereingang und das Testsignal liegt an dem genannten ersten Steuereingang an. Die übrigen ersten Steuersignale liegen jeweils an dem ihnen zugeordneten ersten Steuereingang an. In jedem zweiten Betriebszustand ist also das zweite Einheitselement 7b als Ersatz für jeweils ein erstes Einheitselement 7a in den laufenden Betrieb eingeschaltet, das betreffende erste Einheitselement 7a dagegen aus dem laufenden Betrieb entfernt. Z. B. können die Steuersignale q1 und qT vertauscht werden. Damit wird:
q1 = q'T und qT = q'1 In one of the number of first unit elements 7a corresponding number of second operating states of the permutation device 13 in each case there is a control signal q 1 , q 2 , q 3 , q 4, which is actually assigned to a first control input, at the second control input and the test signal is applied to the said first control input. The remaining first control signals are respectively applied to the first control input assigned to them. In every second operating state, therefore, the second unit element 7b as a substitute for each a first unit element 7a switched on during operation, the relevant first unit element 7a on the other hand removed from the current operation. For example, the control signals q 1 and q T can be reversed. This will:
q 1 = q ' T and q T = q' 1

Somit wird also das vor dem Vertauschen von dem Steuersignal q1 angesteuerte erste Schaltelement 8a nach dem Vertauschen durch das Testsignal und das vor dem Vertauschen von dem Testsignal qT angesteuerte zweite Schaltelement 8b nach dem Vertauschen durch das Steuersignal q1 angesteuert. Durch diesen Tausch kann der laufende Betrieb des Multilevel-Digital-Analog-Umsetzers 5 immer aufrecht erhalten, aber jedes einzelne erstes Einheitselement 7a separiert und mit dem Testsignal beaufschlagt werden.Thus, therefore, the first switching element controlled by the control signal q 1 before the interchange becomes 8a After swapping by the test signal and the front of the swapping of the test signal T q driven second switching element 8b after the exchange by the control signal q 1 driven. This replacement allows the ongoing operation of the multilevel digital-to-analog converter 5 always upright, but every single first unit element 7a separated and subjected to the test signal.

Bei jedem zweiten Betriebszustand wird jeweils mittels der Korrelationseinrichtung 15 eine Kenngröße für die erste Einheitsschaltung 6a, die gerade separiert ist, ermittelt und im Datenspeicher 16 abgelegt. Die Reihenfolge, in der die einzelnen Einheitsschaltungen 6a, 6b separiert und mit dem Testsignal angesteuert werden, ist beliebig. Es muss lediglich jedes erste Einheitselement 7a und das zweite Einheitselement 7b mindestens jeweils einmal in Abhängigkeit vom Testsignal aktiviert bzw. deaktiviert werden. Bevorzugt werden für jedes Einheitselement 7a, 7b mehrere Korrelationswerte gebildet, aus denen jeweils die Kenngröße für das Einheitselement durch Mittelwertbildung bestimmt wird.In each second operating state is in each case by means of the correlation means 15 a characteristic for the first unit circuit 6a , which is currently separated, determined and in the data memory 16 stored. The order in which the individual unit circuits 6a . 6b separated and controlled with the test signal is arbitrary. It just has to be every first unit element 7a and the second unit element 7b at least once in each case depending on the test signal is activated or deactivated. Preferred are for each unit element 7a . 7b formed a plurality of correlation values, from each of which the parameter for the unit element is determined by averaging.

Damit die Einspeisung des Testsignals das Ausgangssignal des Sigma-Delta-Modulators 1 im laufenden Betrieb nicht wesentlich stört, wird das bekannte Testsignal aus dem digitalen Ausgang des Sigma-Delta-Modulators 1 wieder herausgerechnet. Der Sigma-Delta-Modulator 1 hat dazu eine Einrichtung zur digitalen Nachbildung der Übertragungsfunktion 17 vom Quellenausgang der Testsignalquelle 14 zu einem mit dem Ausgang des Multi-Level-Quantisierers 4 verbundenen ersten Eingang eines Differenzglieds 18. Ein zweiter Eingang des Differenzglieds 18 ist mit dem Quellenausgang der Testsignalquelle 14 verbunden. Das Ausgangssignal des Sigma-Delta-Modulators 1 liegt an einem Ausgang 24 des Differenzglieds 18 an.Thus, the feed of the test signal, the output signal of the sigma-delta modulator 1 does not interfere significantly during operation, the known test signal from the digital output of the sigma-delta modulator 1 calculated out again. The sigma-delta modulator 1 has a device for digital reproduction of the transfer function 17 from the source output of the test signal source 14 to one with the output of the multi-level quantizer 4 connected first input of a differential element 18 , A second input of the differential element 18 is with the source output of the test signal source 14 connected. The output signal of the sigma-delta modulator 1 is located at an exit 24 of the differential element 18 at.

Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Sigma-Delta-Modulator 1 in einen Multibit-Sigma-Delta Analog-Digital-Umsetzer integriert. Dazu ist der Ausgang des Multi-Level-Quantisierers 4 indirekt über einen Thermometer-Binärcodewandler 22 und einen damit in Reihe geschalteten Dezimationsfilter 23 mit dem ersten Eingang des Differenzglieds 18 verbunden. Im übrigen entspeicht der Aufbau des in 2 gezeigten Multibit-Sigma-Delta Analog-Digital-Umsetzers dem des Sigma-Delta-Modulators 1 nach 1.At the in 2 The embodiment shown is the sigma-delta modulator 1 into a multi integrated bit-sigma-delta analog-to-digital converter. This is the output of the multi-level quantizer 4 indirectly via a thermometer binary code converter 22 and a decimation filter connected in series therewith 23 with the first input of the differential element 18 connected. Incidentally, the structure of the in 2 shown multi-bit sigma-delta analog-to-digital converter that of the sigma-delta modulator 1 to 1 ,

Die im Datenspeicher 16 abgelegten Kenngrößen für die Nicht-Übereinstimmung der ersten und zweiten Einheitsschaltungen 6a, 6b können zu deren Korrektur verwendet werden. Diese Korrektur kann sowohl analog als auch digital erfolgen.The data store 16 stored characteristics for the non-conformity of the first and second unit circuits 6a . 6b can be used to correct them. This correction can be done both analog and digital.

Ein Beispiel für einen Multibit-Sigma-Delta Analog-Digital-Umsetzer mit analoger Korrektur ist in 3 abgebildet. Deutlich ist erkennbar, dass der Datenspeicher 16 über eine Korrektursignalleitung 19 mit dem Multilevel-Digital-Analog-Umsetzer 5 verbunden ist. Dieser weist in der Zeichnung nicht näher dargestellte Mittel zum Verändern (tunen) zumindest der ersten Einheitsschaltungen 6a in Abhängigkeit von den im Datenspeicher 16 abgelegten Kenngrößen auf. Anstelle dieser Mittel oder zusätzlich dazu kann der Digital-Analog-Umsetzer 5 mindestens eine dritte Einheitsschaltung aufweisen, die eine Stromquelle mit einer geringeren Stromstärke hat als die der ersten Einheitsstromquellen hat. Die Stromquelle der mindestens einen dritten Einheitsschaltung kann in Abhängigkeit von den im Datenspeicher 16 abgelegten Kenngrößen zwischen den Analogausgang des Digital-Analog- Umsetzers 5 und den Versorgungsanschluss geschaltet werden, um Nichtlinearitäten der Kennlinie des Digital-Analog-Umsetzers 5 zu kompensieren.An example of a multibit sigma-delta analog-to-digital converter with analog correction is shown in FIG 3 displayed. It can be clearly seen that the data memory 16 via a correction signal line 19 with the multilevel digital-to-analog converter 5 connected is. This has in the drawing not shown means for changing (tune) at least the first unit circuits 6a depending on the data store 16 stored characteristics. Instead of this means or in addition to it, the digital-to-analog converter 5 at least one third unit circuit having a current source with a lower current than that of the first unit current sources has. The power source of the at least one third unit circuit may be dependent on the data in the memory 16 stored characteristics between the analogue output of the digital-to-analogue converter 5 and the supply terminal are switched to nonlinearities of the characteristic of the digital-to-analog converter 5 to compensate.

4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines in einen Multibit-Sigma-Delta Analog-Digital-Umsetzer integrierten Sigma-Delta-Modulators 1, bei dem zumindest die Abweichungen, welche die ersten Einheitsschaltungen 6a relativ zueinander aufweisen, digital kompensiert werden. Ein Additionsglied 20 hat einen mit dem Quellenausgang der Testsignalquelle 14 verbundenen ersten Eingang und einen mit dem Datenspeicher 16 verbundenen zweiten Eingang. Ein Ausgang des Additionsglieds 20 ist über die Einrichtung zur Nachbildung der Übertragungsfunktion 17 mit dem zweiten Eingang des Differenzglieds 18 verbunden. Eine Datenleitung 21 verbindet die Vertauschungseinrichtung 13 mit dem Datenspeicher 16. 4 shows a further embodiment of a sigma-delta modulator integrated in a multi-bit sigma-delta analog-to-digital converter 1 in which at least the deviations which the first unit circuits 6a relative to each other, be digitally compensated. An addition element 20 has one with the source output of the test signal source 14 connected first input and one with the data memory 16 connected second input. An output of the adder 20 is via the device for simulating the transfer function 17 with the second input of the differential element 18 connected. A data line 21 connects the permutation device 13 with the data store 16 ,

Die im Datenspeicher 16 abgelegten Kenngrößen werden zu relativen Fehlern der Einheitsschaltungen zueinander umgerechnet. Werden nun diese bekannten Fehler abhängig von der aktuellen Eingangssequenz qi, i = 1 ... N, wobei N die Anzahl der ersten Einheitsschaltungen 6a bedeutet, invers zum Ausgangssignal Y des Sigma-Delta-Modulators 1 oder zum Ausgangssignal YD des Multibit-Sigma-Delta Digital-Analog-Umsetzers umgerechnet, so können die vorher durch den analogen Digital-Analog-Umsetzer 5 eingespeicherten Fehler digital wieder ausgelöscht werden.The data store 16 stored characteristics are converted to relative errors of the unit circuits to each other. Now, these known errors depend on the current input sequence q i , i = 1... N, where N is the number of first unit circuits 6a means inverse to the output Y of the sigma-delta modulator 1 or converted to the output signal YD of the multi-bit sigma-delta digital-to-analog converter, so the previously by the analog digital-to-analog converter 5 stored errors are erased digitally again.

Claims (9)

Sigma-Delta-Modulator (1), insbesondere für einen Multibit-Sigma-Delta Analog-Digital-Umsetzer, mit einer Regelschleife, in der zumindest ein Multi-Level-Quantisierer (4) und ein Multilevel-Digital-Analog-Umsetzer (5) angeordnet sind, wobei der Multilevel-Digital-Analog-Umsetzer (5) mindestens drei erste elektrische Einheitsschaltungen (6a) hat, die jeweils ein erstes Einheitselement (7a) und ein damit verbundenes erstes Schaltelement (8a) zum Zu- oder Abschalten des ersten Einheitselements (7a) aufweisen, wobei das erste Schaltelement (8a) einen ersten Steuereingang hat, über den es durch Anlegen eines Steuersignals betätigbar ist, und wobei die ersten Steuereingänge mit einem Ausgang des Multi-Level-Quantisierers (4) in Steuerverbindung stehen, wobei der Multilevel-Digital-Analog-Umsetzer (5) eine zweite Einheitsschaltung (6b) mit einem zweiten Schaltelement (8b) und einem zweiten Einheitselement (7b) aufweist, wobei das zweite Schaltelement (8b) einen zweiten Steuereingang hat, wobei zum Erzeugen eines Testsignals eine Testsignalquelle (14) mit einem Quellenausgang für das Testsignal vorgesehen ist, wobei der Quellenausgang und der Ausgang des Multi-Level-Quantisierers (4) über eine Vertauschungseinrichtung (13) mit den ersten Steuereingängen und dem zweiten Steuereingang derart verbindbar ist, dass in einem ersten Betriebszustand das Testsignal an den zweiten Steuereingang anlegbar ist und in zweiten Betriebszuständen jeweils ein für den Steuereingang einer ersten Einheitsschaltung (6a) vorgesehenes Steuersignal an den Steuereingang der zweiten Einheitsschaltung (6b) und das Testsignal an den Steuereingang der betreffenden ersten Einheitsschaltung (6a) anlegbar ist, und wobei eine Korrelationseinrichtung (15) vorgesehen ist, die einen ersten, mit dem Ausgang des Multi-Level-Quantisierers (4) direkt oder indirekt verbundenen Korrelationseingang, einen zweiten, mit dem Quellenausgang für das Testsignal verbundenen Korrelationseingang und einen Korrelationsausgang zur Ausgabe von Kenngrößen zumindest für die ersten Einheitsschaltungen (6a) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Sigma-Delta-Modulator (1) eine Einrichtung zur Nachbildung der Übertragungsfunktion (17) vom Quellenausgang der Testsignalquelle (14) zu einem mit dem Ausgang des Multi-Level-Quantisierers (4) direkt oder indirekt verbundenen ersten Eingang eines Differenzglieds (18) aufweist, und dass der Quellenaus gang über die Einrichtung zur Nachbildung der Übertragungsfunktion (17) mit einem zweiten Eingang des Differenzglieds (18) verbunden ist.Sigma-delta modulator ( 1 ), in particular for a multibit sigma-delta analog-to-digital converter, having a control loop in which at least one multi-level quantizer ( 4 ) and a multilevel digital-to-analog converter ( 5 ), wherein the multilevel digital-to-analog converter ( 5 ) at least three first electrical unit circuits ( 6a ), each having a first unit element ( 7a ) and an associated first switching element ( 8a ) for connecting or disconnecting the first unit element ( 7a ), wherein the first switching element ( 8a ) has a first control input via which it can be actuated by applying a control signal, and wherein the first control inputs are connected to an output of the multi-level quantizer ( 4 ) are in control connection with the multilevel digital-to-analog converter ( 5 ) a second unit circuit ( 6b ) with a second switching element ( 8b ) and a second unit element ( 7b ), wherein the second switching element ( 8b ) has a second control input, wherein for generating a test signal, a test signal source ( 14 ) with a source output for the test signal, the source output and the output of the multi-level quantizer ( 4 ) via a permutation device ( 13 ) is connectable to the first control inputs and the second control input in such a way that in a first operating state the test signal can be applied to the second control input and in second operating states in each case one for the control input of a first unit circuit ( 6a ) provided control signal to the control input of the second unit circuit ( 6b ) and the test signal to the control input of the respective first unit circuit ( 6a ) can be applied, and wherein a correlation device ( 15 ), which is a first, with the output of the multi-level quantizer ( 4 ) directly or indirectly connected correlation input, a second, connected to the source output for the test signal correlation input and a correlation output for outputting characteristics at least for the first unit circuits ( 6a ), characterized in that the sigma-delta modulator ( 1 ) means for simulating the transfer function ( 17 ) from the source output of the test signal source ( 14 ) to one with the output of the multi-level quantizer ( 4 ) directly or indirectly connected first input of a differential element ( 18 ), and that the source output via the means for simulating the transfer function ( 17 ) with a second input of the Difference element ( 18 ) connected is. Sigma-Delta-Modulator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Testsignalquelle (14) eine Rauschquelle ist, mit der insbesondere ein binäres, pseudo-zufälliges weißes Rauschen erzeugbar ist.Sigma-delta modulator ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the test signal source ( 14 ) is a noise source with which in particular a binary, pseudo-random white noise can be generated. Sigma-Delta-Modulator (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrelationsausgang zum Speichern der Kenngrößen für die Abweichungen zumindest der ersten Einheitsschaltungen (6a) mit einem Datenspeicher (16) verbunden ist, und dass an dem Datenspeicher (16) eine Kompensationseinrichtung angeschlossen ist, die derart ausgestaltet ist, dass sie in Abhängigkeit von den Kenngrößen die durch die Abweichungen der Einheitsschaltungen (6a) in einem Ausgangssignal des Multi-Level-Quantisierers (4) und/oder in einem am ersten Eingang des Differenzglieds (18) anliegenden Digitalsignal auftretenden Fehler zumindest teilweise kompensiert.Sigma-delta modulator ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the correlation output for storing the characteristics for the deviations of at least the first unit circuits ( 6a ) with a data memory ( 16 ) and that on the data memory ( 16 ) is connected to a compensation device, which is designed such that, in dependence on the characteristics by the deviations of the unit circuits ( 6a ) in an output signal of the multi-level quantizer ( 4 ) and / or in one at the first input of the differential element ( 18 ) adjacent digital signal error occurring at least partially compensated. Sigma-Delta-Modulator (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationseinrichtung mindestens eine dritte Einheitsschaltung für den Multilevel-Digital-Analog-Umsetzer (5) umfasst, die ein drittes Einheitselement und ein damit verbundenes, einen dritten Steuereingang aufweisendes drittes Schaltelement zum Zu- oder Abschalten des Einheitselements aufweist, und dass der dritte Steuereingang über eine Ansteuereinrichtung mit dem Datenspeicher (16) und der Vertauschungseinrichtung (13) in Steuerverbindung steht.Sigma-delta modulator ( 1 ) according to claim 3, characterized in that the compensation device at least one third unit circuit for the multilevel digital-to-analog converter ( 5 ), which has a third unit element and a third switching element having a third control input connected thereto for connecting or disconnecting the unit element, and in that the third control input is connected to the data memory (FIG. 16 ) and the interchangeable device ( 13 ) is in control connection. Sigma-Delta-Modulator (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationseinrichtung ein Additionsglied (20) aufweist, das einen mit dem Quellenausgang der Testsignalquelle (14) verbundenen ersten Eingang und einen mit dem Datenspeicher (16) verbundenen zweiten Eingang aufweist, und dass der Ausgang des Additionsglieds (20) über die Einrichtung zur Nachbildung der Übertragungsfunktion (17) mit dem zweiten Eingang des Differenzglieds (18) verbunden ist.Sigma-delta modulator ( 1 ) according to claim 3 or 4, characterized in that the compensation device is an addition element ( 20 ) which is connected to the source output of the test signal source ( 14 ) connected first input and one with the data memory ( 16 ) and that the output of the adder ( 20 ) on the means for simulating the transfer function ( 17 ) with the second input of the differential element ( 18 ) connected is. Verfahren zum Erzeugen eines Sigma-Delta-Modulationssignals aus einem analogen Eingangssignal, wobei aus dem Eingangssignal und einem analogen Rückkopplungssignal ein Differenzsignal gebildet und aus diesem Differenzsignal durch Quantisieren ein digitales Regelschleifenausgangssignal erzeugt wird, wobei ein Multilevel-Digital-Analog-Umsetzer (5) mit ersten elektrischen Einheitselementen (7a) bereitgestellt wird, wobei das Regelschleifenausgangssignal in ein entsprechendes Analogsignal umgesetzt wird, indem für jedes erste Einheitselement (7a) in Abhängigkeit vom Regelschleifenausgangssignal ein Steuersignal erzeugt und die ersten Einheitselemente (7a) derart angesteuert werden, dass sie in Abhängigkeit von den Steuersignalen aktiviert oder deaktiviert sind, und wobei das so erhaltene Analogsignal das Rückkopplungssignal bildet, a) wobei der Multilevel-Digital-Analog-Umsetzer (5) derart bereitgestellt wird, dass er zusätzlich zu den ersten Einheitselementen (7a) ein zweites Einheitselement (7b) aufweist, b) wobei ein sich änderndes Testsignal erzeugt wird, c) wobei das zweite Einheitselement (7b) mit dem Testsignal angesteuert wird, d) wobei das Regelschleifenausgangssignal oder ein daraus erzeugtes Signal zum Gewinnen einer Kenngröße für das zweite Einheitselement (7b) mit dem Testsignal korreliert wird, e) wobei mit einem der Steuersignale das zweite Einheitselement (7b) und mit dem Testsignal das diesem Steuersignal zugeordnete erste Einheitselement (7a) angesteuert werden, f) wobei das Regelschleifenausgangssignal oder ein daraus erzeugtes Signal zum Gewinnen einer Kenngröße zumindest für das erste Einheitselement (7a) mit dem Testsignal korreliert wird, g) und wobei die Schritte e) und f) zumindest für jedes erste Einheitselement (7a) jeweils mindestens einmal durchgeführt werden. dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe des Testsignals und einer Nachbildung des Signalwegs zwischen einer das Testsignal aufweisenden ersten Signalwegstelle und einem das Regelschleifenausgangssignal oder ein daraus gebildetes Signal aufweisenden zweiten Signalwegstelle ein Kompensationssignal erzeugt wird, und dass aus dem an der zweiten Signal wegstelle anliegenden Signal und dem Kompensationssignal die Differenz gebildet wird.A method for generating a sigma-delta modulation signal from an analog input signal, wherein a difference signal is formed from the input signal and an analog feedback signal and a digital control loop output signal is generated from this difference signal by quantizing, wherein a multilevel digital-to-analog converter ( 5 ) with first electrical unit elements ( 7a ), wherein the control loop output signal is converted into a corresponding analogue signal by (for each first unit element ( 7a ) generates a control signal in response to the control loop output signal and the first unit elements ( 7a ) are activated in such a way that they are activated or deactivated in dependence on the control signals, and wherein the analogue signal thus obtained forms the feedback signal, a) wherein the multilevel digital-to-analogue converter ( 5 ) is provided in such a way that in addition to the first unit elements ( 7a ) a second unit element ( 7b b) wherein a changing test signal is generated, c) wherein the second unit element ( 7b ) is driven with the test signal, d) wherein the control loop output signal or a signal generated therefrom for obtaining a parameter for the second unit element ( 7b ) is correlated with the test signal, e) wherein with one of the control signals the second unit element ( 7b ) and with the test signal the first unit element ( 7a ), f) wherein the control loop output signal or a signal generated therefrom for obtaining a characteristic at least for the first unit element ( 7a ) is correlated with the test signal, g) and wherein the steps e) and f) at least for each first unit element ( 7a ) are carried out at least once. characterized in that with the aid of the test signal and a simulation of the signal path between the test signal having a first signal path point and a control loop output signal or a signal formed therefrom second signal path, a compensation signal is generated, and that from the weggelegen the second signal signal and the signal Compensation signal, the difference is formed. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Testsignal ein binäres, pseudozufälliges weißes Rauschen verwendet wird.Method according to Claim 6, characterized that as test signal a binary, pseudorandom white Noise is used. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Einheitselemente (7a) in Abhängigkeit von den gewonnenen Kenngrößen derart verändert werden, dass eine durch die Abweichungen der ersten Einheitselemente (7a) verursachte Reduzierung der Auflösung des Sigma-Delta-Modulationssignals zumindest teilweise kompensiert wird.Method according to claim 6 or 7, characterized in that the first unit elements ( 7a ) are changed in dependence on the obtained parameters in such a way that a deviation caused by the deviations of the first unit elements ( 7a ) is at least partially compensated for by reducing the resolution of the sigma-delta modulation signal. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe des Testsignals und der gewonnenen Kenngrößen ein Korrektursignal erzeugt wird, und dass die durch die Abweichungen zumindest der ersten Einheitselemente (7a) im Regelschleifenausgangssignal und/oder dem daraus erzeugten Digitalsignal verursachten Fehler mit Hilfe des Korrektursignals zumindest teilweise kompensiert werden.Method according to one of claims 6 to 8, characterized in that with the aid of the test signal and the obtained characteristics a correction signal is generated, and that by the deviations of at least the first unit elements ( 7a ) caused in the control loop output signal and / or the digital signal generated therefrom are at least partially compensated with the aid of the correction signal.
DE200710020477 2007-04-27 2007-04-27 Sigma-delta modulator and method for generating a sigma-delta modulation signal Expired - Fee Related DE102007020477B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200710020477 DE102007020477B4 (en) 2007-04-27 2007-04-27 Sigma-delta modulator and method for generating a sigma-delta modulation signal

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200710020477 DE102007020477B4 (en) 2007-04-27 2007-04-27 Sigma-delta modulator and method for generating a sigma-delta modulation signal

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102007020477A1 DE102007020477A1 (en) 2008-10-30
DE102007020477B4 true DE102007020477B4 (en) 2009-10-29

Family

ID=39777581

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE200710020477 Expired - Fee Related DE102007020477B4 (en) 2007-04-27 2007-04-27 Sigma-delta modulator and method for generating a sigma-delta modulation signal

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102007020477B4 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018103711A1 (en) 2018-02-20 2019-08-22 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Method and circuit for multilevel modulation

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
E. Sánchez-Sinencio: A Continuous-Time SigmaDelta Modulator With 88-dB Dynamic Range and 1.1-MHz Signal Bandwidth, IEEE Journal of Solid-State Circ., Vol. 39, No. 1, Jan. 2004, S. 75-86 *
Graig Petrie and Matt Miller: A Background Calibration Technique for Multibit Delta-Sigma Modulators. In ISCAS 2000-IEEE International Symposium on Circuits and Systems, 28.-31. Mai 2000 Genf, Schweiz, Seiten II-29 bis II-32 *
Graig Petrie and Matt Miller: A Background Calibration Technique for Multibit Delta-Sigma Modulators. In ISCAS 2000-IEEE International Symposium on Circuits and Systems, 28.-31. Mai 2000 Genf, Schweiz, Seiten II-29 bis II-32 E. Sánchez-Sinencio: A Continuous-Time ΣΔ Modulator With 88-dB Dynamic Range and 1.1-MHz Signal Bandwidth, IEEE Journal of Solid-State Circ., Vol. 39, No. 1, Jan. 2004, S. 75-86

Also Published As

Publication number Publication date
DE102007020477A1 (en) 2008-10-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE4003758C2 (en) Circuit arrangement for reducing the effects of mismatched impedance elements
DE102004039161B4 (en) Folding analogue / digital converter
DE2926900C2 (en)
DE102008048901B4 (en) Integrated circuit having a variety of multi-bit digital-to-analog converters, sigma-delta modulator circuitry and methods of calibrating a variety of multi-bit digital-to-analog converters
DE3202789C2 (en)
DE102015102769B4 (en) DIGITAL-ANALOG CONVERTER WITH CORRECTION OF PARASITAR ROUTING RESISTANCE
DE102014102860A1 (en) System and method for a power supply
DE2823214A1 (en) CIRCUIT ARRANGEMENT FOR COMPENSATING THE ZERO OFFSET OF THE OUTPUT SIGNAL OF A SUPERVISORY ARRANGEMENT PROCESSING AN ANALOG SIGNAL
DE102018107692B4 (en) Power scaling of a continuous time delta-sigma modulator
DE4311724A1 (en) Low-noise delta sigma modulator for analog / digital converters
DE60034435T2 (en) CONVENIENT CONFIGURATION FOR MONITORING AND CONTROLLING A PARAMETRIC MEASURING UNIT IN AN AUTOMATIC TEST UNIT
DE3329820A1 (en) CIRCUIT ARRANGEMENT WITH A COUNTERACTIVE VALUE ELEMENT
EP0452609A1 (en) High resolution monolithic integrated analog-digital converter
WO2000065789A1 (en) Digital gmsk filter
DE102008016204A1 (en) Readout of multilevel storage cells
DE3144649A1 (en) A SINUS GENERATOR FORMED TELEPHONE SYSTEMS, IN PARTICULAR TELEPHONE SYSTEMS, MADE OF DIGITAL CIRCUITS
DE10247133A1 (en) Controlled current source, especially for digital-to-analog converters in time-continuous sigma-delta modulators
DE102005028726A1 (en) Method and device for analog-to-digital conversion
DE60309812T2 (en) System and method for expanding the dynamic range of an analog-to-digital converter
DE102007020477B4 (en) Sigma-delta modulator and method for generating a sigma-delta modulation signal
DE102005015390B4 (en) Quantizer in a multilevel sigma-delta analog-to-digital converter
DE602004009781T2 (en) METHOD FOR CONTROLLING AN AMPLIFIER WITH VARIABLE AMPLIFICATION AND ELECTRONIC CIRCUIT
DE4135991C1 (en) Capacitance-frequency converter producing rectangular pulse train signal - has two changeover switches connected to respective plates of capacitor for connection to different potentials
DE69531088T2 (en) Selection device for selecting electrical cells and device for using such a device
DE2116765B2 (en) Circuit arrangement for converting an analog signal into a simultaneous digital signal

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8364 No opposition during term of opposition
R082 Change of representative

Representative=s name: HUWER, ANDREAS, DIPL.-ING. DR.-ING., DE

Representative=s name: ANDREAS HUWER, DE

R082 Change of representative

Representative=s name: HUWER, ANDREAS, DIPL.-ING. DR.-ING., DE

R081 Change of applicant/patentee

Owner name: ALBERT-LUDWIGS-UNIVERSITAET FREIBURG, DE

Free format text: FORMER OWNER: ALBERT-LUDWIGS-UNIVERSITAET FREIBURG, 79104 FREIBURG, DE

Effective date: 20130930

R082 Change of representative

Representative=s name: HUWER, ANDREAS, DIPL.-ING. DR.-ING., DE

Effective date: 20130930

Representative=s name: HUWER, ANDREAS, DIPL.-ING. DR.-ING., DE

Effective date: 20120926

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20141101