DE102015122635B4

DE102015122635B4 - Selbstreferenzierter Digital-Analog-Wandler

Info

Publication number: DE102015122635B4
Application number: DE102015122635.9A
Authority: DE
Inventors: Dennis A. Dempsey
Original assignee: Analog Devices International ULC
Current assignee: Analog Devices International ULC
Priority date: 2015-01-09
Filing date: 2015-12-22
Publication date: 2023-03-23
Anticipated expiration: 2035-12-23
Also published as: CN105790762B; US9325337B1; CN105790762A; DE102015122635A1

Abstract

Selbstreferenzierendes Digital-Analog-Wandler- (DAC-) System, das umfasst:einen DAC (120);eine Digitalsignalverarbeitungs-Schaltungsanordnung;einen Integrator (210); undeinen Komparator (220);wobei der Integrator (210):einen ersten und einen zweiten Ausgang aus dem DAC (120) empfängt und verarbeitet; undAusgangssignale zu dem Komparator (220) liefert; undwobei der Komparator (220):den ersten und den zweiten Ausgang in der analogen Umgebung vergleicht; undeine Differenz zwischen dem ersten und den zweiten Ausgang als ein digitales Rückführungssignal zu der Digitalsignalverarbeitungs-Schaltungsanordnung liefert.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER OFFENLEGUNG
Die Offenlegung betrifft das Gebiet der integrierten Schaltungen, insbesondere einen Digital-Analog-Wandler (digital to analog converter - DAC), der selbstreferenziert oder selbstkalibriert ist.
HINTERGRUND
In der realen Welt vorhandene analoge Signale, wie z. B. Temperatur, Druck, Ton oder Bilder, werden routinemäßig in eine digitale Darstellung umgewandelt, die leicht in modernen digitalen Systemen verarbeitet werden können. In vielen Systemen müssen zum Durchführen einiger in der realen Welt vorkommenden Funktionen diese digitalen Informationen wieder in eine analoge Form umgewandelt werden. Die Schaltungen, die diesen Schritt durchführen, sind Digital-Analog-Wandler (DACs), und ihre Ausgänge werden zum Treiben einer Vielzahl von Vorrichtungen verwendet. Lautsprecher, Videoanzeigen, Motoren, mechanische Servoeinrichtungen, Funkfrequenz- (radio frequency - RF-) Sender und Temperaturregler sind nur einige unterschiedliche Beispiele. DACs sind häufig in digitale Systeme eingebaut, in denen in der realen Welt vorhandene Signale von Analog-Digital-Wandlern (ADCs) digitalisiert, verarbeitet und dann von DACs wieder in eine analoge Form umgewandelt werden. Bei diesen Systemen kann die Leistung der DACs von den Fähigkeiten und Erfordernissen der anderen Komponenten in dem System beeinflusst werden. Es sei angemerkt, dass es in Zusammenhang mit DACs Erfordernisse hinsichtlich einer hohen Präzision bei stochastischen oder zufälligen und deterministischen nicht idealen Zuständen gibt und diese und weitere Faktoren ein Schlüsselmotivator für eine Präzisionsabstimmung und/oder -kalibrierung in Digital-Analog-Wandlern sind.
Ein DAC produziert einen quantifizierten (diskreter Schritt) analogen Ausgang in Reaktion auf einen binären digitalen Eingangscode, und der analoge Ausgang ist normalerweise eine Spannung oder ein Strom. Zum Erzeugen des Ausgangs wird eine Referenzgröße (üblicherweise die oben genannte Spannung oder der oben genannte Strom) in binäre und/oder lineare Teile unterteilt. Dann treibt der digitale Eingang Schalter, die eine geeignete Anzahl dieser Teile kombinieren, um den Ausgang zu produziert. Die Anzahl und die Größe der Teile spiegelt die Anzahl von möglichen digitalen Eingangscodes, die eine Funktion einer Wandlerauflösung ist, oder die Anzahl von Bits (N) in dem Eingangscode wider. Für N Bits gibt es 2^N mögliche Codes. Der analoge Ausgang des DAC-Ausgangs ist der digitale Teil, der als Verhältnis des digitalen Eingangscodes dividiert durch 2^N (oder 2^N-1, abhängig von der spezifischen verwendeten Definition) multipliziert mit dem analogen Referenzwert dargestellt ist.
Zum Sicherstellen, dass die DAC-Leistung mit den Erwartungen übereinstimmt, kann der DAC so kalibriert werden, dass sichergestellt ist, dass die ausgegebenen analogen Werte dem eingegebenen digitalen Code entsprechen. Herkömmlicherweise wird diese Kalibrierung durch Anwenden vollständiger Systemtypkalibrierungen erreicht, dies kann jedoch eine komplexe externe Schaltungsanordnung erforderlich machen.
Der Artikel von Y. Manoli: „A self-calibration method for fast, high resolution A/D and D/A converters“, IEEE International Symposium on Circuits and Systems, 1989, 272-275, Vol. 1, betrifft das Problem, dass monolithische A/D-Wandler und D/A-Wandler unter der begrenzten Genauigkeit der verfügbaren Schaltungskomponenten leider. Ein darin offenbartes, neues Selbstkalibrierungsverfahren ermöglicht die Korrektur der Linearitätsfehler von binär gewichteten Stromquellenarrays, die üblicherweise in Hochgeschwindigkeitswandlern verwendet werden. Um eine hohe Kalibrierungsgenauigkeit zu erreichen, wird eine modifizierte Dual-Slope-Methode verwendet. Dies ermöglicht die Implementierung von A/D- und D/A-Wandlern mit einer Auflösung von 14 Bit oder mehr bei einer Wandlungszeit von weniger als 15 µs.
ÜBERBLICK
Eine einzigartige DAC-Architektur umfasst Kalibrierungskomponenten in Form eines Built-in-Self-Test (BIST) und ein Kalibrierungssystem, das einen intrinsischen oder „Null“-Referenzfaktor bereitstellen kann. Der Referenzfaktor kann zum Selbstreferenzieren von DAC-Linearitätsmessungen verwendet werden, wodurch eine Selbstkalibrierung ermöglicht wird. Der BIST und das Kalibrierungssystem sind so ausgeführt, dass sie jeweilige Ausgänge aus dem DAC zur Selbstkalibrierung des DAC verwenden. Auf diese Weise besteht kein Bedarf an externen Referenzierungskomponenten zur Verwendung bei einer Kalibrierung der DAC-Übertragungsfunktion.
Der erste und der zweite Ausgang aus dem DAC werden in der analogen Umgebung verglichen, und dieser Vergleich wird dann als Rückführung zu einer Digitalsignalprozessor- (DSP-) Komponente der DAC-Architektur verwendet. Der DSP umfasst eine Digitalsignalverarbeitungs-Schaltungsanordnung, die so ausgeführt ist, dass sie die DAC-Eingangscodes bereitstellt und in einer digitalen Umgebung Rückführungssignale, die aus diesen Codes resultieren, als Teil einer Kalibrierungsroutine vergleicht. Ein DSP-Funktionsblock kann Schaltungselemente umfassen, die so ausgeführt sind, dass sie eine mathematische Manipulation eines digitalen Signals ermöglichen, um dieses zu modifizieren oder zu verbessern. Ein DSP kann ferner Zeitsteuerungs- oder andere Steuerschaltungselemente, z. B. zu Testzwecken, aufweisen.
Der erste und der zweite Ausgang können zeitlich begrenzt sein, d. h. ein Ausgang zu einer ersten Zeit T1 und ein zweiter Ausgang zu einer zweiten Zeit T2. Bei einer weiteren Konfiguration können der erste und der zweite Differenzausgang aus dem DAC, die gleichzeitig entnommen werden, integriert werden, und ihre Differenz kann geprüft werden. Auf jeden Fall wird die DAC-Linearität mit nur einem Komparator funktionell getestet und/oder kalibriert. Durch Verwenden einer digitalen getriebenen Architektur ist es über eine digitale Kalibrierung möglich, einen Gleitkomma-zu-Festkomma-Umwandlungs- (floating-point to fixedpoint conversion - FFC-) Prozess zu minimieren und die Präzision zu verbessern.
Figurenliste
Um ein vollständiges Verständnis der Offenlegung und der Merkmale und Vorteile derselben zu ermöglichen, wird auf die folgende Beschreibung in Zusammenhang mit den beiliegenden Figuren Bezug genommen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile darstellen und in denen:

1 eine schematische Darstellung einer Blockarchitektur, in der ein DAC-System implementiert ist, gemäß einigen Ausführungsformen der Offenlegung ist;
2 ein Detail von Komponenten des Kalibrierungsblocks aus 1 gemäß einigen Ausführungsformen der Offenlegung zeigt;
3 eine beispielhafte Methodologie gemäß einigen Ausführungsformen der Offenlegung zeigt;
4 weitere Schritte, die in dem Prozessablauf von 3 enthalten sein können, gemäß einigen Ausführungsformen der Offenlegung zeigt; und
5 zeigt, wie ein Puffer in die Architektur von 2 erweitert werden kann, gemäß einigen Ausführungsformen der Offenlegung.

BESCHREIBUNG VON BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER OFFENLEGUNG
Verstehen der Nichtlinearität in Digital-Analog-Wandlern
DACs weisen generell eine Integrale-Nichtlinearität- (INL-) Empfindlichkeit auf, und diese Nichtlinearität oder ‚relative Genauigkeit‘ ist eine Schlüssel-DAC-Präzisions-Spezifizierung. Typischerweise kann bei einer Kalibrierung des DAC eine vollständige Systemkalibrierung unter Verwendung extern verbundener digitaler Voltmesser oder dergleichen implementiert werden. Solche Techniken basieren auf der Kalibrierung des DAC in der digitalen Umgebung.
Andere Kalibrierungstechnik
Im Gegensatz zu einigen bestehenden Techniken werden bei einer hier beschriebenen Kalibrierungstechnik mehrere Ausgänge, die zum Beispiel aufeinanderfolgende oder unterschiedliche Ausgänge aus dem DAC sein können, in einer analogen Umgebung verglichen und werden die Differenzen zwischen mindestens zwei Ausgängen in einer analogen Umgebung bestimmt. Ein Rückführungssignal wird in der digitalen Umgebung bereitgestellt, um einen internen oder Selbstkalibrierungsverlauf zu ermöglichen. Das digitale Rückführungssignal wird zu einer DSP-Komponente der Kalibrierungsschaltungsanordnung geliefert, die das Rückführungssignal zum Bestimmen geeigneter, zu dem DAC zu liefernder Eingangscodes verwendet.
Derselbe DAC kann sowohl zu Signalerzeugungs- als auch zu Rückführungs-DAC-Zwecken verwendet werden, und dies ermöglicht eine Selbstkalibrierung der DAC-Leistung, die typischerweise auf die INL-Charakteristiken der DAC-Übertragungsfunktion bezogen ist.
Der DSP kann so ausgeführt sein, dass er eine Analyse der DAC-Leistung, zum Beispiel Nichtlinearitäten, auf der Basis einer Vielzahl von Datenpunkten ermöglicht, die auf digitalen Rückführungssignalen basieren, welche aus dem Komparator empfangen werden. Bei Aspekten einer solchen Konfiguration ist ein DSP so ausgeführt, dass er die Datenpunkte auf der Basis der empfangenen digitalen Rückführungssignale mit einem vorbestimmten Bereich von erwarteten Ansprecheigenschaften vergleicht. Dieser vorbestimmte Bereich von erwarteten Ansprecheigenschaften resultiert aus einer Analyse der erwarteten DAC-Leistung. Zum Beispiel können Teile oder Schaltungselemente vor dem Test charakterisiert werden, um zu identifizieren, was die erwarteten Leistungseigenschaften wären. Abweichungen von diesen erwarteten Leistungseigenschaften identifizieren mögliche Mängel oder Fehler in dem jeweiligen DAC.
Dieser Vergleich bietet eine Built-in-Self-Test- (BIST-) Funktionalität innerhalb der Architektur, wobei die Schaltungskomponenten selbst eine Analyse der DAC-Leistung ermöglichen und anhand dessen, was von einem solchen DAC erwartet würde, Anomalitäten oder Mängel in den DAC-Ansprecheigenschaften identifizieren können. Wenn dies auf einem Chip erfolgt, wird der vorbestimmte Bereich von erwarteten Ansprecheigenschaften gespeichert und ist für den DSP als Teil der Kalibrierungsroutine zugänglich. Diese Speicherung kann auf einem flüchtigen oder nichtflüchtigen Speicher erfolgen, der mit dem DSP gekoppelt ist. Bei weiteren Konfigurationen kann der Bereich von Werten fest kodiert sein, zum Beispiel auf der Basis der Vorcharakterisierung der Teile.
Beispielhafte Blockarchitektur
1 zeigt eine beispielhafte Blockarchitektur 100 gemäß einigen Ausführungsformen der Offenlegung. Bei dieser Architektur ist ein Kalibrierungsblock 110 in einen Rückführungsweg zwischen einem DAC 120 und der Treiber-DSP-Komponente, DSP 130 eingebaut. Der Kalibrierungsblock weist eine Funktionalität auf, mit der mehrere DAC-Ausgänge integriert und ihre Differenzen geprüft werden können, um Ziel-Betriebspunkte des DAC oder die DAC-Übertragungsfunktion digital zu kalibrieren.
Beispiele solcher Zielpunkte umfassen, welcher DAC-Eingangscode am besten einer Mid-Scale-Leistung des DAC entspricht. Zum Initialisieren der Kalibrierung können ideale Werte, wie diejenigen, die 2* Mid-Scale größer als Full-Scale liefern, anfangs gewählt werden. Wenn der Ausgang nicht diesem gewünschten Betriebsbereich entspricht, dann kann der DAC-Eingangscode, der aus dem DSP 130 stammt, vergrößert werden und kann der Prozess erneut ablaufen. Die Schrittgrößen, die getestet werden, können variieren. Eine Vielzahl von unterschiedlichen Vorgehensweisen, wie z. B. Anwendung eines binären Suchprozesses, Sub-Radix-2 oder einzelne Codeschrittinkrementierungen können in Betracht gezogen werden.
Eine Überabtastung kann ferner zum Erweitern der Auflösung und Präzision dieser Kalibrierung angewendet werden. Eine solche Überabtastung kann durch Verwendung eines 1-Bit-Sigma-Delta-Analog-Digital-Wandlers (Sigma-Delta-ADC) ermöglicht werden. Die Architektur kann zwischen Punkten linear interpoliert (PWL) kalibriert werden, oder es können komplexere Systeme verwendet werden. Folglich ist es möglich, eine digital fokussierte Architektur mit niedriger Analogmischsignal- (AMS-) Empfindlichkeit, die zum Verarbeiten von Minderung und Migration geeignet ist, vorzusehen, wodurch die Gesamt-Herstellkosten verringert werden und die Präzision durch digitales Kalibrieren verbessert wird und dadurch die Leistung verbessert wird.
Durch spezifisches Integrieren oder Summieren des Ausgangs des Kern-DAC-Funktionsblocks in der analogen Umgebung unter Verwendung des Kalibrierungsblocks 110 und Verwenden des Ergebnisses dieser mathematischen Funktion als Rückführungssteuerung zu dem DSP 130 in der digitalen Umgebung ermöglicht die einzigartige Kalibrierungstechnik die Verwendung eines internen oder relativen Kalibrierungsverlaufs, um eine DAC-Selbstkalibrierungsmethodologie zu bieten, die zum Optimieren der DAC-Linearität angewendet werden kann, so dass zum Beispiel 2*1/4 Scale = 1/2 Scale.
Beispielhafte Schaltungsanordnung für die Kalibrierung
2 zeigt ein Beispiel einer Schaltungsanordnung, die als Teil der in 1 gezeigten Blockfunktionalität verwendet werden kann. Das System kann einen DSP 130 und einen DAC 120 aufweisen und kann ferner einen Multiplexer 200, einen Integrator 210 und einen Komparator 220 aufweisen.
Bei einigen Beispielen wird ein Differenzausgang aus dem DAC 120 entnommen und zu einem Multiplexer 200 geliefert, der mit einem Integrator 210 gekoppelt ist. Es sei im Kontext der Offenlegung angemerkt, dass die Funktionalität des Integrators diejenige einer Summierung ist, und daher sind die Ausdrücke „Summierer“ oder „Integrator“ innerhalb der Offenlegung austauschbar. In diesem Kontext kann der Ausdruck „Summierer“ als für die Verarbeitung von Signalen in diskreten Zeitintervallen geeignet angesehen werden, wohingegen „Integrator“ für „Echtzeit-“ oder gleichzeitig gelieferte Signale geeigneter sein kann.
Es sei ferner angemerkt, dass die Funktionen eines Multiplexers und eines Integrators zu spezifischen Funktionselementen kombiniert werden können, aus Gründen einer einfacheren Erläuterung innerhalb der Offenlegung ist deren Funktion jedoch separat dargestellt. Auf im Wesentlichen gleiche Weise können Schaltungselemente, die eine kombinierte Integrator- und Komparatorfunktionalität bieten, für die einzelnen Blöcke, die hier dargestellt sind, implementiert sein.
Der DSP 130 ist mit jedem des Multiplexers 200 und des Integrators 210 digital gekoppelt und kann zum Steuern von deren Funktionalität verwendet werden. Sequenzielle DAC-Ausgänge werden unter Verwendung des Integrators 210 summiert, und deren Differenzen werden dann einem Komparator 220 zugeführt, der ebenfalls digital mit dem DSP gekoppelt ist. Der Komparator 210 liefert einen digitalen Ausgang, der zu dem DSP 130 zurückgeführt werden kann und zum digitalen Kalibrieren der Zielpunkte oder der DAC-Übertragungsfunktion verwendet werden kann. Der DSP 130 kann so ausgeführt sein, dass er einzelne der digitalen Rückführungssignale als Datenpunkte speichert und mehrere Datenpunkte prüft, um einen digitalen Eingangscode zu modifizieren, der zu dem DAC 120 geliefert wird.
Auf diese Weise ist es möglich zu prüfen, welcher DAC-Eingangscode, der von dem DSP 130 geliefert wird, am besten der Mid-Scale-Leistung des DAC 120 entspricht. Dieser Idealwert kann dann als Teil eines Kalibrierungsverlaufs, wie z. B. des in 3 gezeigten, verwendet werden.
Beispielhafter Kalibrierungsverlauf
Wie in der Methodologie von 3 gezeigt ist, wird ein Eingangscode bereitgestellt (300). Mehrere Ausgänge aus dem DAC werden dann integriert oder summiert, und deren Differenz kann von dem Komparator geprüft werden (310). Das Prüfen durch den Komparator wird manchmal als Vergleichsschritt bezeichnet. Es versteht sich, dass die mehreren Ausgänge sequenzielle oder Differenzausgänge aus demselben DAC-Kanal sein können oder unterschiedliche Ausgänge aus unterschiedlichen DAC-Kanälen sein können. Diese Differenz zwischen den mehreren Ausgängen wird dann als digitales Rückführungssignal zu dem DSP verwendet (320). Die Ansprecheigenschaften werden dann mit dem Eingangscode in Beziehung gesetzt, um einen internen selbstreferenzierenden Kalibrierungsverlauf zu ermöglichen, wobei der Ausgang des Vergleichsschritts in der analogen Umgebung zu der digitalen Eingangsseite der Architektur zurückgeführt wird und zum Berechnen verwendet wird, welche Werte der Eingangscodes für spezifische Ausgangswerte benötigt werden (330).
Anders ausgedrückt, zeigt 3 ein Verfahren zum Selbstkalibrieren eines Digital-Analog-Wandlers (DAC), wobei das Verfahren umfasst: Liefern eines digitalen Eingangscodes zu dem DAC (300), Integrieren von mehreren DAC-Ausgängen in einer analogen Umgebung (310); Liefern eines digitalen Rückführungssignals in Reaktion auf die Integration der mehreren DAC-Ausgänge (320); und Verwenden des Rückführungssignals zum Kalibrieren des DAC (330). Ein erster und ein zweiter analoger Ausgang, die von dem DAC erzeugt werden, können zum Liefern eines Rückführungssignals zu demselben DAC verwendet werden.
Es sei angemerkt, dass jeder Startverlauf in Betracht gezogen werden kann. Zum Beispiel ist es möglich, ein ideales Szenario als Ausgangspunkt zu verwenden. Der DAC-Ausgangserfassungspunkt, den der Komparator über den Multiplexer erfasst, ist für die Präzision einer solchen Kalibrierung wichtig. Es sei angemerkt, dass zwar ein einstufiger Multiplexer oder ein einstufiges Schaltkonzept gezeigt ist, jedoch komplexere Multiplexervariationen verwendet werden können.
Ein solches ideales Szenario liegt dann vor, wenn zweimal die Mid-Scale-Werte größer sind als der Full-Scale-Bereich des DAC. Wenn der Vergleichsschritt nicht anzeigt, dass dies wahr ist, dann ist es möglich, den DAC-Eingangscode zu vergrößern und den Prozess zu wiederholen. Wie oben diskutiert worden ist, können die Schrittgrößen des Kalibrierungsverlaufs variiert werden, zum Beispiel durch Anwendung einer binären Suche, Sub-Radix-2, Einzelcodeschritte etc.
Beispielhafte weitere Verarbeitung
4 zeigt Beispiele einer weiteren Verarbeitung, die als Teil von 310 von 3 implementiert werden können. Bei diesem Beispiel setzt der DSP den DAC- (Eingangs-) Code (400). Für jeden DAC-Code „N“ führt der DSP eine digitale Auswahl (oder Steuerung durch Liefern eines Auswahlsignals) des Multiplexers für diesen Code durch (410). Der DSP führt ferner eine digitale Steuerung des Integrators für diesen Code „N“ durch, so dass der DSP eine Sicht auf den Multiplexer und den Integrator für jeden Code, der in den DAC eingegeben wird, aufweist. Wenn der/die DAC-Ausgang/Ausgänge für einen ersten Code integriert worden ist/sind (420), führt der Integrator eine Ausgabe an den Komparator durch, der ein Rückführungssignal erzeugt (z. B. 320 von 3). Gleichzeitig kann der Integrator zurückschleifen, um ein Steuersignal aus dem DSP für den nächsten DAC-Code abzuwarten.
Architekturerwägungen
Eine geeignete Architektur mit einer selbstreferenzierten Kalibrierung für einen DAC ist effektiv von den spezifischen Details des DAC der Architektur unabhängig. Da die Schaltungsanordnung so ausgeführt ist, dass sie selbstkalibrierend ist, führt die Schaltungsanordnung eine spezifische Kompensation der inhärenten Leistungseigenschaften jedes DAC-Typs durch. Es sei jedoch angemerkt, dass, da die Architektur am besten im Kontext eines DAC angewendet wird, der keine signifikante Übertragungsfunktionslücken aufweist, die aufgrund einer großen positiven differenziellen Nichtlinearität (DNL) entstehen, ein geeigneter DAC im Kontext der Offenlegung eine hohe Auflösung aufweisen kann. Ein Fachmann auf dem Sachgebiet würde normalerweise eine 12-Bit-Auflösung als mittlere Auflösung ansehen, so dass eine größere als eine 12-Bit-Auflösung als hohe Auflösung angesehen würde. In diesem Kontext ist eine 16-Bit-Auflösung ein gängiger Hochauflösungs-DAC, wie er von 2 Bytes Eingangsdaten ermöglicht wird.
Es können weitere Modifikationen an der Schaltungsarchitektur durchgeführt werden. Zum Beispiel kann, wie in 5 gezeigt ist, ein Puffer 500 wahlweise zwischen dem DAC 120 und dem Integrator 210 vorgesehen sein. Es sei angemerkt, dass der DAC 120 und der wahlweise vorgesehene Puffer 500 von 5 für einen vorgegebenen DAC-Kanal charakteristisch sein kann, es können jedoch auch anderer Funktionselemente über eine Vielzahl von DAC-Kanälen gemultiplext oder gemeinsam genutzt werden.
Der DAC- 120 Ausgang der Schaltung wird typischerweise vor dem Integrator 210 von einem Knotenpunkt abgegriffen, so dass bei Normalbetrieb im Gegensatz zur Kalibrierung der DAC-Ausgang die weitere Integrator- 210 und Komparator- 220 Funktionalität umgeht.
Die spezifischen Details des Integrators 210 und des Komparators 220 können gemäß der besten Auslegungspraxis implementiert werden, wie für Fachleute auf dem Sachgebiet offensichtlich ist. Zum Beispiel können die Integrator- 210 und Komparator- 220 Funktionalitäten im Kontext einer Sukzessive-Approximation-Register- (SAR-) Konfiguration bereitgestellt werden, und eine im Wesentlichen gleiche Logikauslegung kann im Kontext einer Schaltung implementiert sein, die gemäß den hier offengelegten Ausführungsformen vorgesehen ist. Zum Beispiel kann eine Johnson-Zähler-Implementierung angewendet werden, wenn die Anzahl von Zuständen angemessen niedrig ist. Korrelierte Doppelabtastung (correlated double sampling - CDS), Chopping und Auto-Null-Techniken können gegebenenfalls ebenfalls angewendet werden.
Beispielhafte Vorteile und weitere Erwägungen
Es sei angemerkt, dass, da der Komparator eine selbstreferenzierende Komparatorfunktion bietet, dieser keine externen Referenzquellen benötigt und um einen Gleichtakt herum arbeiten kann. Zum Beispiel kann er als Mittelversorgungs-Gleichtakt-Schwellwert-Komparator vorgesehen sein, und dieser Schwellwert kann durch Auto-Nullung des Komparators gesetzt werden.
Eine beispielhafte Anordnung einer Built-in-Self-Test- (BIST-) und Kalibrierungsarchitektur ist oben beschrieben worden mit Bezug auf das Verwenden einer intrinsischen (oder Null-) Referenz durch Selbstreferenzierung der DAC-Linearitätsmessungen (z. B. 2* % Scale = ½ Scale), so dass die DAC-Linearität mit (nur) einem Komparator und unter Verwendung einer digitalen getriebenen Architektur funktional geprüft und/oder kalibriert wird, um die Präzision über eine digitale Kalibrierung zu verbessern. Es können Modifikationen an der hier beschriebenen beispielhaften Anordnung durchgeführt werden, ohne dass dadurch vom Geist und Schutzumfang der Offenlegung abgewichen wird. Hier beschriebene Architekturen weisen eine niedrige Analogmischsignal- (AMS-) Empfindlichkeit auf und sind, da sie digital fokussierte Architekturen sind, zum Verarbeiten von Minderung, Migration, Verringerung von Herstellkosten und Verbessern der Leistung geeignet.
Es sei angemerkt, dass bei der hier beschriebenen Architektur derselbe DAC zum Treiben der Eingangsspannung sowohl zu Normalsignalerzeugungs- als auch zu Rückführungs-DAC-Zwecken verwendet werden kann. Entsprechend kann derselbe DAC sowohl zu Signalerzeugungs- als auch zu Rückführungs-DAC-Zwecken verwendet werden. Dadurch, dass es nicht erforderlich ist, dass ein separater DAC in der Rückführungs-Kalibrierungsfunktion vorgesehen ist, ist die DAC-Kalibrierung selbstreferenziert im Gegensatz zu dem Erfordernis nach sekundären Elementen, die Probleme mit Leistung und Präzision hervorrufen können. Durch die Verwendung eines ersten und eines zweiten Signals aus dem DAC zum Bilden der Basis einer relativen Kalibrierung in der analogen Umgebung wird keine weitere externe Schaltungsanordnung benötigt, wie sie bei bekannten Kalibrierungstechniken, bei denen eine Referenzierung auf eine externe Quelle erfolgt, erforderlich ist. Es sei angemerkt, dass bei Kalibrierungslösungen häufig eine redundante Analogmischsignal- (AMS-) Schaltungsanordnung innerhalb von Teilblöcken der Digital-Analog-Wandler und somit die gängige „Kalibrierungs-DAC-" Phrase verwendet wird. Solche DACs werden zum Auskalibrieren von sowohl systematischen als auch Pro-Vorrichtung-Nichtidealitäten versus einer Referenz verwendet. In dieser Hinsicht wird bei den hier beschriebenen Ausführungsformen generell keine weitere interne AMS-Schaltungsanordnung benötigt und wird auch keine weitere externe Schaltungsanordnung benötigt.
Ausgewählte Beispiele
Beispiel 1 ist eine selbstreferenzierende Digital-Analog-Wandler- (DAC-) Architektur (oder System), die umfasst: einen DAC (oder eine Digital-Analog-Schaltungsanordnung); einen Digitalsignalprozessor (DSP) (oder eine Digitalsignalverarbeitungs-Schaltungsanordnung), einen Integrator; und einen Komparator; wobei der Integrator so ausgeführt ist, dass er: einen ersten und einen zweiten Ausgang aus dem DAC (in einer analogen Umgebung) empfängt und verarbeitet; und ein Ausgangssignal zu dem Komparator liefert, der das Ausgangssignal in der analogen Umgebung funktionell verarbeitet und ein digitales Rückführungssignal zu dem DSP liefert.
Bei Beispiel 2 kann bei der Architektur von Beispiel 1 wahlweise vorgesehen sein, dass der erste und der zweite Ausgang zeitlich begrenzt sind, so dass der Integrator so ausgeführt ist, dass er einen Ausgang zu einer ersten Zeit (z. B. T1) und einen zweiten Ausgang zu einer zweiten Zeit (z. B. T2) empfängt. Dieses Merkmal führt auf vorteilhafte Weise zu einem sequenziellen Verfahren (kann die Komplexität verringern).
Bei Beispiel 3 kann bei der Architektur von Beispiel 1 oder 2 wahlweise vorgesehen sein, dass der erste und der zweite Ausgang ein erster und ein zweiter Differenzausgang aus dem DAC sind, die von dem Integrator gleichzeitig empfangen und integriert werden.
Bei Beispiel 4 kann bei der Architektur von einem der Beispiele 1-3 wahlweise vorgesehen sein, dass der Komparator so ausgeführt ist, dass er einen Vergleich der integrierten Differenzausgänge bietet.
Bei Beispiel 5 kann bei der Architektur von einem der Beispiele 1-4 wahlweise vorgesehen sein, dass das Rückführungssignal eine Anzeige der DAC-Linearität liefert.
Bei Beispiel 6 kann bei der Architektur von einem der Beispiele 1-5 wahlweise vorgesehen sein, dass der DSP so ausgeführt ist, dass er: ein digitales Eingangssignal zu dem DAC liefert; und das digitale Rückführungssignal aus dem Komparator empfängt.
Bei Beispiel 7 kann bei der Architektur von einem der Beispiele 1-6 wahlweise vorgesehen sein, dass der DSP so ausgeführt ist, dass er: das digitale Rückführungssignal relativ zu dem digitalen Eingangssignal prüft; und ein zweites digitales Eingangssignal auf der Basis der Prüfung modifiziert, um die DAC-Übertragungsfunktion zu kalibrieren.
Bei Beispiel 8 kann bei der Architektur von einem der Beispiele 1-7 wahlweise vorgesehen sein, dass der DSP so ausgeführt ist, dass er: (eine Vielzahl von digitalen Rückführungssignalen empfängt); einzelne der digitalen Rückführungssignale als Datenpunkte speichert; und mehrere Datenpunkte prüft, um einen digitalen Eingangscode, der zu dem DAC geliefert wird, zu modifizieren.
Bei Beispiel 9 kann bei der Architektur von einem der Beispiele 1-8 wahlweise vorgesehen sein, dass der DSP mit dem Integrator digital gekoppelt ist.
Bei Beispiel 10 kann bei der Architektur von einem der Beispiele 1-9 wahlweise vorgesehen sein, dass der DSP mit einem Multiplexer digital gekoppelt ist, wobei der Multiplexer zwischen dem DAC und dem Integrator vorgesehen ist.
Bei Beispiel 11 kann bei der Architektur von einem der Beispiele 1-10 wahlweise vorgesehen sein, dass der DSP so ausgeführt ist, dass er die Operation jedes des Multiplexers und des Integrators steuert.
Bei Beispiel 12 kann bei der Architektur von einem der Beispiele 1-11 wahlweise vorgesehen sein, dass der Integrator und der Komparator im Anschluss an die Kalibrierung der DAC-Übertragungsfunktion funktionell von dem DAC entkoppelt werden.
Bei Beispiel 13 kann bei der Architektur von einem der Beispiele 1-12 wahlweise ein Puffer zwischen einem Ausgangsknotenpunkt des DAC und dem Integrator vorgesehen sein.
Bei Beispiel 14 kann bei der Architektur von einem der Beispiele 1-13 wahlweise vorgesehen sein, dass die Kalibrierung ohne eine weitere interne Analogmischsignal-Schaltungsanordnung oder eine weitere externe Schaltungsanordnung zum Liefern einer Referenz für die Kalibrierung vorgesehen ist. Dieses Merkmal bietet dahingehend einen Vorteil, dass es in der Lage ist, die Kosten und Komplexität des Systems potenziell zu verringern, während es eine adäquate Leistung des DAC ermöglicht.
Bei Beispiel 15 kann bei der Architektur von einem der Beispiele 1-14 wahlweise vorgesehen sein, dass derselbe DAC sowohl zu Signalerzeugungs- als auch zu Rückführungs-DAC-Zwecken verwendet wird. Dadurch werden auf vorteilhafte Weise die Komponenten verringert und bestehende Komponenten auf dem Chip für eine Selbstkalibrierung verwendet.
Bei Beispiel 16 kann bei der Architektur von einem der Beispiele 1-15 wahlweise vorgesehen sein, dass der DSP so ausgeführt ist, dass er eine Analyse der DAC-Leistung auf der Basis einer Vielzahl von digitalen Rückführungssignalen, die aus dem Komparator empfangen werden, ermöglicht.
Bei Beispiel 17 kann bei der Architektur von einem der Beispiele 1-16 wahlweise vorgesehen sein, dass der DSP so ausgeführt ist, dass er Datenpunkte auf der Basis der empfangenen digitalen Rückführungssignale mit einem vorbestimmten Bereich von erwarteten Ansprecheigenschaften vergleicht.
Bei Beispiel 18 kann bei der Architektur von einem der Beispiele 1-17 wahlweise vorgesehen sein, dass der vorbestimmte Bereich von erwarteten Ansprecheigenschaften gespeichert wird (z. B. in einem Speicher).
Beispiel 19 ist ein Verfahren zum Selbstkalibrieren eines Digital-Analog-Wandlers (DAC), wobei das Verfahren umfasst: Liefern eines digitalen Eingangscodes zu dem DAC; Integrieren von mehreren DAC-Ausgängen in einer analogen Umgebung; Liefern eines digitalen Rückführungssignals in Reaktion auf die Integration der mehreren DAC-Ausgänge; und Verwenden des Rückführungssignals zum Kalibrieren des DAC; wobei der erste und der zweite analoge Ausgang, die von dem DAC erzeugt werden, zum Liefern eines Rückführungssignals zu demselben DAC verwendet werden.
Bei Beispiel 20 kann das Verfahren von Beispiel 19 wahlweise das Bereitstellen eines Digitalsignalprozessors (DSP) umfassen, der so ausgeführt ist, dass er den digitalen Eingangscode liefert und das digitale Rückführungssignal empfängt.
Bei Beispiel 21 kann das Verfahren von Beispiel 19 oder 20 wahlweise das Puffern eines Ausgangssignals des DAC vor dem Integrieren der mehreren DAC-Ausgänge umfassen.
Bei Beispiel 22 kann das Verfahren von einem der Beispiele 19-21 wahlweise umfassen, dass die mehreren DAC-Ausgänge einen ersten und einen zweiten Ausgang aufweisen, die zeitlich so begrenzt sind, dass ein erster Ausgang zu einer ersten Zeit (z. B. T1) bereitgestellt wird und ein zweiter Ausgang zu einer zweiten Zeit (z. B. T2) bereitgestellt wird.
Bei Beispiel 23 kann das Verfahren von einem der Beispiele 19-22 wahlweise umfassen, dass die mehreren DAC-Ausgänge ein erster und ein zweiter Differenzausgang aus dem DAC sind, die gleichzeitig empfangen und integriert werden.
Bei Beispiel 24 kann das Verfahren von einem der Beispiele 19-23 wahlweise das Bereitstellen eines Komparators zum Liefern eines digitalen Rückführungssignals in Reaktion auf die Integration der mehreren DAC-Ausgänge umfassen.
Bei Beispiel 25 kann das Verfahren von einem der Beispiele 19-24 wahlweise umfassen, dass das Rückführungssignal bei Nichtvorhandensein einer weiteren internen Analogmischsignal-Schaltungsanordnung oder einer weiteren externen Schaltungsanordnung geliefert wird.
Jedes der oben genannten Beispiele 19-25 kann Merkmale aufweisen, die in Zusammenhang mit der Realisierung der in einem oder mehreren der Beispiele 1-18 genannten Architektur beschrieben sind.
Beispiel A weist ein oder mehrere maschinenlesbare Medien auf, die einen Code aufweisen, der bei Ausführung bewirkt, dass der Digitalsignalprozessor die beschriebenen Selbstkalibrierungsfunktionalitäten (z. B. einschließlich Steuerung des Integrators und des Komparators, Verarbeiten der Rückführungssignale etc.) bietet.
Beispiel B ist eine Vorrichtung, die eine Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Beispiele 1-18 umfasst.
Beispiel C ist ein Verfahren zum Selbstkalibrieren einer Digital-Analog-Umwandlungs-Schaltungsanordnung, wobei das Verfahren umfasst: Liefern von Eingangscodes zum Umwandeln der Eingangscodes in mehrere analoge Ausgänge; Integrieren der mehreren analogen Ausgänge in einer analogen Umgebung; Empfangen von digitalen Rückführungssignalen auf der Basis der Integration der mehreren analogen Ausgänge; und Bestimmen weiterer Eingangscodes, die spezifischen Ausgangswerten entsprechen, auf der Basis der digitalen Rückführungssignale.
Bei Beispiel D kann das Verfahren von Beispiel C wahlweise das Identifizieren von Fehlern in Ansprecheigenschaften der Digital-Analog-Umwandlungs-Schaltungsanordnung auf der Basis der digitalen Rückführungssignale umfassen.
Beispiel E ist ein Verfahren zum Selbstkalibrieren eines Digital-Analog-Wandlers (DAC), wobei das Verfahren umfasst: Liefern eines digitalen Eingangscodes zu dem DAC; Liefern von Eingangscodes durch die Digitalsignalverarbeitungs-Schaltungsanordnung zu dem DAC; Integrieren mehrerer DAC-Ausgänge durch einen Integrator in einer analogen Umgebung; Liefern von digitalen Rückführungssignalen durch einen Komparator zu der Digitalsignalverarbeitungs-Schaltungsanordnung in Reaktion auf die Integration der mehreren DAC-Ausgänge; und Kalibrieren des DAC unter Verwendung der digitalen Rückführungssignale, wobei ein erster und ein zweiter analoger Ausgang, die von dem DAC erzeugt werden, zum Liefern eines Rückführungssignals zu demselben DAC verwendet werden.
Bei Beispiel F kann das Verfahren von Beispiel E wahlweise das Analysieren der Leistung des DAC durch Vergleichen von Datenpunkten auf der Basis der digitalen Rückführungssignale mit einem vorbestimmten Bereich von erwarteten Ansprecheigenschaften umfassen.
Beispielhafte Anwendungen und Variationen
Solche Systeme, Einrichtungen und/oder Verfahren können in verschiedenen elektronischen Vorrichtungen implementiert sein. Beispiele der elektronischen Vorrichtungen können umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf, Verbraucher-Elektronikprodukte, Teile der Verbraucher-Elektronikprodukte, elektronische Prüfausrüstung, Drahtlos-Kommunikations-Infrastruktur, industrielle Steuerung und Steuerungs-Schaltungsanordnung im Allgemeinen und andere Anwendungen, die für Durchschnittsfachleute offensichtlich sind. Beispiele der elektronischen Vorrichtungen können ferner Schaltungen von optischen Netzen oder anderen Kommunikationsnetzen und Treiberschaltungen umfassen. In bestimmten Kontexten können die hier diskutierten Merkmale auf medizinische Systeme, wissenschaftliche Geräteausrüstung, drahtlose und drahtgebundenen Kommunikation, Radar, industrielle Prozesssteuerung, Audio- und Videoausrüstung, Stromerfassung, Geräteausrüstung und andere digitalverarbeitungsbasierte System anwendbar sein. Ferner können bestimmte oben diskutierte Ausführungsformen in Digitalsignalverarbeitungs-Technologien für die medizinische Bildgebung, Patientenüberwachung, medizinische Geräteausrüstung und häusliche medizinische Versorgung vorgesehen sein. Dies kann Lungenmonitore, Beschleunigungsmesser, Herzfrequenzmonitore, Schrittmacher etc. umfassen. Weitere Anwendungen können Automobiltechnologien für Sicherheitssysteme umfassen (z. B. Stabilitätskontrollsystem, Fahrerassistenzsysteme, Bremssysteme, Infotainment und interne Anwendungen jeder Art). Ferner können bei Antriebsstrangsystemen (zum Beispiel in Hybrid- und Elektrofahrzeugen) hochpräzise Datenumwandlungsprodukte bei Batterieüberwachung, Steuerungssystemen, Meldungskontrollen, Wartungsaktivitäten etc. verwendet werden. Bei noch weiteren beispielhaften Szenarien können die Lehren der Offenlegung in den industriellen Märkten anwendbar sein, in denen Prozesssteuerungssysteme zur Anwendung kommen, die das Vorwärtsbringen der Produktivität, Energieeffizienz und Zuverlässigkeit unterstützen. Bei Verbraucheranwendungen können die Lehren der oben diskutierten Signalverarbeitungsschaltungen für die Bildverarbeitung, Autofokus und Bildstabilisierung (z. B. für Digitalkameras, Camcorders etc.) verwendet werden. Weitere Verbraucheranwendungen können Audio- und Videoprozessoren für Heimkinosysteme, DVD-Rekorder und hochauflösende Fernseher umfassen. Noch weitere Verbraucheranwendungen können weiter entwickelte Touchscreen-Steuerungseinrichtungen (z. B. jeden Typ von tragbarerer Medienvorrichtung) umfassen. Somit können solche Technologien Teil von Smartphones, Tablets, Sicherheitssystemen, PCs, Spieletechnologien, virtueller Realität, Simulationstraining etc. sein. Die Verbraucher-Elektronikprodukte können umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf, Messgeräte, medizinische Vorrichtungen, drahtlose Vorrichtungen, ein Mobiltelefon (zum Beispiel ein Smartphone), Funk-Basisstationen, ein Telefon, einen Fernseher, einen Computermonitor, einen Computer, einen Handcomputer, einen Tablet-Computer, einen persönlichen digitalen Assistenten (PDA), eine Mikrowelle, einen Kühlschrank (oder andere Haushaltsgeräte), ein Stereosystem, einen Kassettenrekorder oder -player, einen DVD-Player, einen CD-Player, einen digitalen Videorekorder (DVR), einen VCR, einen MP3-Player, ein Radio, einen Camcorder, eine Kamera, eine Digitalkamera, einen tragbaren Speicherchip, eine Waschmaschine, einen Trockner, einen Waschtrockner, einen Kopierer, einen Scanner, eine Multifunktions-Peripherievorrichtung, eine Armbanduhr, eine Wand-/Standuhr etc. Ferner kann die elektronische Vorrichtung unfertige Produkte umfassen.
Sofern in dem Kontext nicht eindeutig etwas Anderes gefordert ist, sind in der Beschreibung und den Patentansprüchen durchgängig die Ausdrücke „umfassen“, „umfassend“, „aufweisen“, „aufweisend“ und dergleichen in einem einschließenden Sinn im Gegensatz zu einem ausschließenden oder erschöpfenden Sinn auszulegen; das heißt im Sinn von „einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf“. Die Ausdrücke „gekoppelt“ oder „verbunden“, wie sie hier generell verwendet werden, beziehen sich auf zwei oder mehr Elemente, die entweder direkt verbunden oder mittels eines oder mehrerer Zwischenelemente verbunden sein können. Des Weiteren beziehen sich die Ausdrücke „hier“, „oben“, „unten“ und Ausdrücke mit einer im Wesentlichen gleichen Bedeutung, wie sie in dieser Anmeldung verwendet werden, auf diese Anmeldung als Ganzes und nicht auf spezielle Teile dieser Anmeldung. Wo es der Kontext zulässt, können Ausdrücke, die im Singular oder Plural verwendet werden, auch jeweils den Plural oder Singular umfassen. Der Ausdruck „oder“ in Bezug auf eine Aufzählung von zwei oder mehr Artikeln deckt sämtliche der folgenden Interpretationen des Ausdrucks ab: jeden der Artikel in der Aufzählung, sämtliche Artikel in der Aufzählung und jede Kombination aus den Artikeln in der Aufzählung. Sämtliche numerischen Werte, die hier verwendet werden, umfassen im Wesentlichen gleiche Werte innerhalb einer Messabweichung.
Die hier dargelegten Lehren der Erfindungen können auf andere Systeme und nicht notwendigerweise nur auf die oben beschriebenen Schaltungen angewendet werden. Die Elemente und Vorgänge der verschiedenen oben beschriebenen Ausführungsformen können kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen zu bilden. Die Vorgänge der hier diskutierten Verfahren können in jeder geeigneten Reihenfolge durchgeführt werden. Ferner können die Vorgänge der hier diskutierten Verfahren auf geeignete Weise seriell oder parallel durchgeführt werden.
Bei den vorstehenden Diskussionen der Ausführungsformen können sämtliche der elektronischen Komponenten, wie z. B. Integratoren und Komparatoren, ohne Weiteres ausgetauscht, ersetzt oder anderweitig modifiziert werden, um spezielle Erfordernisse hinsichtlich der Schaltungsanordnung zu berücksichtigen. Ferner sei darauf hingewiesen, dass die Verwendung von komplementären elektronischen Vorrichtungen, Hardware, Software (falls vorhanden) etc. eine gleichermaßen praktikable Option zum Implementieren der Lehren der Offenlegung bietet.
Teile von verschiedenen Einrichtungen zum Ermöglichen einer Selbstkalibrierung eines DAC können eine elektronische Schaltungsanordnung zum Durchführen der hier beschriebenen Funktionen aufweisen. In einigen Fällen können ein oder mehrere Teile der Einrichtungen, z. B. der DSP, durch einen Prozessor bereitgestellt werden, der insbesondere so ausgeführt ist, dass er die hier beschriebenen Funktionen durchführt. Beispielsweise kann der Prozessor eine oder mehrere anwendungsspezifische Komponenten aufweisen oder kann programmierbare logische Gatter aufweisen, die so ausgeführt sind, dass sie die hier beschriebenen Funktionen durchführen. Die Schaltungsanordnung kann in einem analogen Bereich, digitalen Bereich oder in einem Mischsignalbereich arbeiten. In einigen Fällen kann der Prozessor so ausgeführt sein, dass er die hier beschriebenen Funktionen durch Ausführen einer oder mehrerer Anweisungen, die auf einem nichttransitorischen Computermedium gespeichert sind, durchführt.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann jede Anzahl von elektrischen Schaltungen in den Figuren auf einer Platte einer dazugehörigen elektronischen Vorrichtung implementiert sein. Die Platte kann eine normale Leiterplatte sein, die verschiedene Komponenten des internen elektronischen Systems der elektronischen Vorrichtung halten kann und ferner Konnektoren für andere Peripheriegeräte bereitstellen kann. Insbesondere kann die Platte die elektrischen Anschlüsse bereitstellen, über die die anderen Komponenten des Systems elektrisch kommunizieren können. Alle geeigneten Prozessoren (einschließlich Digitalsignalprozessoren, Mikroprozessoren, unterstützende Chipsätze etc.), computerlesbare nichttransitorische Speicherelemente etc. können auf der Basis spezieller Konfigurationserfordernisse, Verarbeitungsanforderungen, Computerauslegungen etc. auf geeignete Weise mit der Platte gekoppelt sein. Weitere Komponenten, wie z. B. eine externe Speicherungseinrichtung, weitere Sensoren, Steuerungseinrichtungen für Audio-/Videoanzeige und Peripherievorrichtungen können als Steckkarten über Kabel mit der Platte verbunden sein oder in die Platte selbst integriert sein. Bei verschiedenen Ausführungsformen können die hier beschriebenen Funktionalitäten in Emulationsform als Software oder Firmware implementiert sein, die in einem oder mehreren konfigurierbaren (z. B. programmierbaren) Elementen laufen, welche in einer Struktur angeordnet sind, die diese Funktionen unterstützt. Die Software oder Firmware, die die Emulation ermöglicht, kann auf einem nichttransitorischen computerlesbaren Speicherungsmedium vorgesehen sein, das Anweisungen aufweist, die es einem Prozessor ermöglichen, diese Funktionalitäten durchzuführen.
Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform können die elektrischen Schaltungen der Figuren als eigenständige Module (z. B. eine Vorrichtung mit dazugehörigen Komponenten und Schaltungsanordnung, die so ausgeführt sind, dass sie eine spezifische Anwendung oder Funktion durchführen) implementiert sein oder als Steckmodule in einer anwendungsspezifischen Hardware von elektronischen Vorrichtungen implementiert sein. Es sei darauf hingewiesen, dass spezielle Ausführungsformen der Offenlegung auf einfache Weise entweder teilweise oder vollständig in einem System-on-Chip- (SoC-) Paket implementiert sein können. Ein SoC stellt eine IC dar, die Komponenten eines Computers oder eines anderen elektronischen Systems auf einem einzelnen Chip integriert. Es kann digitale, analoge Mischsignal- und häufig Funkfrequenzfunktionen umfassen: diese können alle auf einem einzelnen Chipsubstrat vorgesehen sein. Weitere Ausführungsformen können ein Mehr-Chip-Modul (MCM) mit einer Vielzahl von separaten ICs aufweisen, die sich in einem einzelnen elektronischen Paket befinden und so ausgeführt sind, dass sie über das elektronische Paket eng miteinander interagieren. Bei verschiedenen Ausführungsformen können die Selbstkalibrierungsfunktionalitäten in einem oder mehreren Siliziumkernen in anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (application specific integrated circuits - ASICs), feldprogrammierbaren Gate-Arrays (FPGAs) und anderen Halbleiterchips implementiert sein.
Es ist ferner zwingend erforderlich darauf hinzuweisen, dass sämtliche der hier dargelegten Spezifikationen, Abmessungen und Beziehungen (z. B. die Anzahl von Prozessoren, logischen Operationen etc.) nur als Beispiel und zu Lehrzwecken dargelegt worden sind. Solche Informationen können beträchtlich variieren, ohne dass dadurch von Wesen der Offenlegung oder dem Schutzumfang der beiliegenden Patentansprüche abgewichen wird. Die Spezifikationen gelten nur für ein nicht als Einschränkung anzusehendes Beispiel und entsprechend sollten sie auch so ausgelegt werden. In der vorstehenden Beschreibung sind beispielhafte Ausführungsformen mit Bezug auf spezielle Prozessor- und/oder Komponentenanordnungen beschrieben worden. Verschiedene Modifikationen und Veränderungen können an solchen Ausführungsformen durchgeführt werden, ohne dass dadurch vom Schutzumfang der beiliegenden Patentansprüche abgewichen wird. Die Beschreibung und die Zeichnungen sind entsprechend nur in einem erläuternden und nicht in einen einschränkenden Sinn zu verstehen.
Es sei darauf hingewiesen, dass bei den zahlreichen hier vorgesehenen Beispielen eine Interaktion mit Bezug auf zwei, drei, vier oder mehr elektrischen Komponenten beschrieben sein kann. Dies erfolgt jedoch nur zum Zweck der Klarheit und Veranschaulichung. Es sei angemerkt, dass das System auf jede geeignete Weise zusammengesetzt sein kann. Entsprechend im Wesentlichen gleichen Auslegungsalternativen können sämtliche der dargestellten Komponenten, Module und Elemente der Figuren zu verschiedenen möglichen Konfigurationen kombiniert werden, die alle eindeutig in den weitgefassten Schutzumfang dieser Patentschrift fallen. In bestimmten Fällen kann es einfacher sein, eine oder mehrere der Funktionalitäten eines vorgegebenen Satzes von Abläufen nur unter Bezugnahme auf eine begrenzte Anzahl von elektrischen Elementen zu beschreiben. Es sei angemerkt, dass die elektrischen Schaltungen der Figuren und die dazugehörigen Lehren leicht skalierbar sind und eine große Anzahl von Komponenten aufnehmen sowie kompliziertere/technisch ausgefeiltere Anordnungen und Konfigurationen annehmen können. Entsprechend dürfen die dargelegten Beispiele nicht den Schutzumfang einschränken oder die weitgefassten Lehren bezüglich der elektrischen Schaltungen, die potenziell auf Myriaden anderer Architekturen angewendet werden, einengen.
Es sei darauf hingewiesen, dass in dieser Patentschrift Bezugnahmen auf verschiedene Merkmale (z. B. Elemente, Strukturen, Module, Komponenten, Schritte, Operationen, Eigenschaften etc.), die in „einer einzigen Ausführungsform“, „einer beispielhaften Ausführungsform“, „einer Ausführungsform“, „einer weiteren Ausführungsform“, „einigen Ausführungsformen“, „verschiedenen Ausführungsformen“, „weiteren Ausführungsformen“, „einer alternativen Ausführungsform“ und dergleichen enthalten sind, bedeuten, dass solche Merkmale in einer oder mehreren Ausführungsformen der Offenlegung enthalten sind, jedoch in denselben Ausführungsformen kombiniert sein können oder nicht notwendigerweise kombiniert zu sein brauchen.
Es ist ferner wichtig darauf hinzuweisen, dass die Funktionen, die sich auf die Selbstkalibrierung eines DAC beziehen, nur einige der möglichen Funktionen darstellen, die von oder in den in den Figuren dargestellten Systemen ausgeführt werden können. Einige dieser Operationen können gegebenenfalls gelöscht oder entfernt werden, oder diese Operationen können beträchtlich modifiziert oder verändert werden, ohne dass dadurch vom Schutzumfang der Offenlegung abgewichen wird. Des Weiteren kann die Zeitsteuerung dieser Operationen beträchtlich verändert werden. Die vorhergehenden Operationsabläufe sind zum Zweck der Veranschaulichung und Diskussion dargelegt worden. Die hier beschriebenen Ausführungsformen bieten dahingehend eine beträchtliche Flexibilität, dass jede geeignete Anordnung, Chronologie, Konfiguration und Zeitsteuerungsmechanismus vorgesehen sein können, ohne dass dadurch von den Lehren der Offenlegung abgewichen wird.
Zahlreiche weitere Veränderungen, Ersetzungen, Variationen, Änderungen und Modifikationen sind für einen Fachmann auf dem Sachgebiet offensichtlich, und es ist vorgesehen, dass die Offenlegung alle diese Veränderungen, Ersetzungen, Variationen, Änderungen und Modifikationen als in den Schutzumfang der beiliegenden Patentansprüche fallend umfasst. Es sei darauf hingewiesen, dass sämtliche optionalen Merkmale der oben beschriebenen Einrichtung auch hinsichtlich des hier beschriebenen Verfahrens oder des hier beschriebenen Prozesses implementiert werden können und spezifische Details in den Beispielen an jeder Stelle in einer oder mehreren Ausführungsformen verwendet werden können.

Claims

Selbstreferenzierendes Digital-Analog-Wandler- (DAC-) System, das umfasst: einen DAC (120); eine Digitalsignalverarbeitungs-Schaltungsanordnung; einen Integrator (210); und einen Komparator (220); wobei der Integrator (210): einen ersten und einen zweiten Ausgang aus dem DAC (120) empfängt und verarbeitet; und Ausgangssignale zu dem Komparator (220) liefert; und wobei der Komparator (220): den ersten und den zweiten Ausgang in der analogen Umgebung vergleicht; und eine Differenz zwischen dem ersten und den zweiten Ausgang als ein digitales Rückführungssignal zu der Digitalsignalverarbeitungs-Schaltungsanordnung liefert.
System nach Anspruch 1, wobei der erste und der zweite Ausgang zeitlich begrenzt sind, so dass der Integrator (210) so ausgeführt ist, dass er einen Ausgang zu einer ersten Zeit und einen zweiten Ausgang zu einer zweiten Zeit empfängt.
System nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste und der zweite Ausgang ein erster und ein zweiter Differenzausgang aus dem DAC (120) sind, die von dem Integrator (210) gleichzeitig empfangen und integriert werden.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei: der DAC (120) mehrere DAC-Kanäle aufweist; und der erste und der zweite Ausgang unterschiedliche Ausgänge aus den mehreren DAC-Kanälen umfassen.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Rückführungssignal eine Anzeige der DAC-Linearität liefert.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Digitalsignalverarbeitungs-Schaltungsanordnung: ein digitales Eingangssignal zu dem DAC (120) liefert; und das digitale Rückführungssignal aus dem Komparator (220) empfängt.
System nach Anspruch 6, wobei die Digitalsignalverarbeitungs-Schaltungsanordnung: das digitale Rückführungssignal relativ zu dem digitalen Eingangssignal prüft; und ein zweites digitales Eingangssignal auf der Basis der Prüfung modifiziert, um eine DAC-Übertragungsfunktion zu kalibrieren.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Digitalsignalverarbeitungs-Schaltungsanordnung: eine Vielzahl von digitalen Rückführungssignalen empfängt; einzelne der digitalen Rückführungssignale als Datenpunkte speichert; und mehrere Datenpunkte prüft, um einen digitalen Eingangscode, der zu dem DAC (120) geliefert wird, zu modifizieren.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Digitalsignalverarbeitungs-Schaltungsanordnung mit dem Integrator (210) digital gekoppelt ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Digitalsignalverarbeitungs-Schaltungsanordnung mit einem Multiplexer (200) digital gekoppelt ist, wobei der Multiplexer (200) zwischen dem DAC (120) und dem Integrator (210) vorgesehen ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Integrator (210) und der Komparator (220) im Anschluss an die Kalibrierung der DAC-Übertragungsfunktion funktionell von dem DAC (120) entkoppelt werden.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner einen Puffer (500) umfasst, der zwischen einem Ausgangsknotenpunkt des DAC (120) und dem Integrator (210) vorgesehen ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das System keine weitere interne Analogmischsignal-Schaltungsanordnung oder weitere externe Schaltungsanordnung zum Bereitstellen einer Referenz zum Kalibrieren des DAC (120) aufweist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei derselbe DAC (120) sowohl zu Signalerzeugungs- als auch zu Rückführungs-DAC-Zwecken verwendet wird.
System nach Anspruch 6 oder einem der Ansprüche mit Rückbezug auf Anspruch 6, wobei die Digitalsignalverarbeitungs-Schaltungsanordnung die DAC-Leistung auf der Basis einer Vielzahl von digitalen Rückführungssignalen, die aus dem Komparator (220) empfangen werden, analysiert.
System nach Anspruch 15, wobei die Digitalsignalverarbeitungs-Schaltungsanordnung Datenpunkte auf der Basis der empfangenen digitalen Rückführungssignale mit einem in einem mit der Digitalsignalverarbeitungs-Schaltungsanordnung verbundenen Speicher gespeicherten, vorbestimmten Bereich von erwarteten Ansprecheigenschaften vergleicht.
Verfahren zum Selbstkalibrieren eines Digital-Analog-Wandlers, DAC (120), wobei das Verfahren umfasst: Liefern von digitalen Eingangscodes durch die Digitalsignalverarbeitungs-Schaltungsanordnung zu dem DAC (120); Integrieren von mehreren DAC-Ausgängen durch einen Integrator (210) in einer analogen Umgebung; Vergleichen der mehreren DAC-Ausgänge in der analogen Umgebung und Liefern von Differenzen zwischen den mehreren DAC-Ausgängen als digitale Rückführungssignale durch einen Komparator (220) zu der Digitalsignalverarbeitungs-Schaltungsanordnung in Reaktion auf die Integration der mehreren DAC-Ausgänge; und Kalibrieren des DAC (120) unter Verwendung der digitalen Rückführungssignale.
Verfahren nach Anspruch 17, das ferner umfasst: Analysieren der Leistung des DAC (120) durch Vergleichen von Datenpunkten auf der Basis der digitalen Rückführungssignale mit einem in einem mit der Digitalsignalverarbeitungs-Schaltungsanordnung verbundenen Speicher gespeicherten, vorbestimmten Bereich von erwarteten Ansprecheigenschaften.
Verfahren zum Selbstkalibrieren einer Digital-Analog-Umwandlungs-Schaltungsanordnung, wobei das Verfahren umfasst: Liefern von Eingangscodes zum Umwandeln der Eingangscodes in mehrere analoge Ausgänge; Integrieren der mehreren analogen Ausgänge in einer analogen Umgebung; Vergleichen der mehreren analogen Ausgänge auf der Basis der Integration der mehreren analogen Ausgänge in der analogen Umgebung und Liefern von Differenzen zwischen den mehreren DAC-Ausgängen als digitale Rückführungssignale; Empfangen der digitalen Rückführungssignalen; und Bestimmen von weiteren Eingangscodes, die spezifischen Ausgangswerten entsprechen, auf der Basis der digitalen Rückführungssignale.
Verfahren nach Anspruch 19, das ferner umfasst: Identifizieren von Fehlern in Ansprecheigenschaften der Digital-Analog-Umwandlungs-Schaltungsanordnung auf der Basis der digitalen Rückführungssignale.