DE4311259A1

DE4311259A1 - Analog/Digital-Wandler mit Kalibrierung

Info

Publication number: DE4311259A1
Application number: DE4311259A
Authority: DE
Inventors: Charles D Thompson; Nicholas Richard Van Bavel; Salvador Rosario Bernadas; Eric J Swanson
Original assignee: Crystal Semiconductor Corp
Current assignee: Crystal Semiconductor Corp
Priority date: 1992-04-17
Filing date: 1993-04-06
Publication date: 1993-10-21
Anticipated expiration: 2013-04-07
Also published as: GB9305126D0; DE4311259C2; GB2266205B; JPH06224772A; GB2266205A; US5257026A

Description

Diese Erfindung betrifft allgemein Analog/Digital-Wandler und inbesonders ein Ka libriersystem zur Kalibrierung eines Delta-Sigma-Analogmodulators und eines Ana log/Digital-Wandlers, die gewissen Nichtlinearitäten unterworfen sind.

Delta-Sigma-Analog/Digital-Wandler hoher Ordnung weisen einen Anzahl von Rauschquellen, Offsets, usw. auf, die deren Gesamtleistungsfähigkeit verschlechtern, inbesonders dann, wenn sehr kleine Eingangsspannungspegel aufgelöst werden. Gleichspannungsoffsets und Verstärkungsfehler waren die Fehlerquellen in solchen ADC′s, und diese Fehler sind mit Selbstkalibriersystemen angegangen worden, wie sie in dem US-Patent Nr. 4,943,807 offenbart wurden, das an Early am 24. Juli 1990 erteilt wurde. Eine andere Fehlerquelle ist die Nichtlinearität des Delta-Sigma-Mo dulators, die teilweise auf den Rückkopplungs-DAC zurückzuführen ist.

Die Nichtlinearität des Rückkopplungs-DAC′s ist in einem Delta-Sigma-Modulator mit Mehrfachpegelausgang im Vergleich zu einem Ein-Bit Delta-Sigma-Modulator von größerer Bedeutung. Der Ein-Bit-Modulator benötigt nur eine Zwei-Zustands- Rückkopplung, die inhärent linear ist. Der Ein-Bit-Modulator weist jedoch insofern einen Nachteil auf, daß dann, wenn sich das Eingangssignal nahe um den Mittenbe reich bewegt, während jeder Abtastperiode große Fehlerbeträge zur Schleife hinzu addiert werden. Bei Verwendung eines Mehrfachpegelmodulators und eines oder mehrerer zusätzlicher DAC-Pegel ist der Zustand des Rückkopplungs-DAC′s der ei nes "nichts tun "-Zustands, wenn sich die Eingangspannung nahe um den Mittenbe reich bewegt, was die Quantisierungsfehler-RMS-Spannung minimiert. Eine derarti ge DAC-Topologie ist in J. J. Paulos, G. T. Brauns, M. B. Steer und S. H. Ardalan, "Im proved Signal-To-Noise Ratio Using Tri-Level Delta-Sigma-Modulation", IEEE Pro ceedings ISCAS, Seite 463-466, Mai 1987, offenbart. Ein Nachteil für einen Mehrfach pegel-Rückkopplungs-DAC besteht darin, daß die Mehrfachpegel-Rückkopplung nicht mehr die inhärente Linearität der zwei Zustände bietet, wie es bei einem Ein- Bit-Modulator der Fall war. Im allgemeinen muß der Rückkopplungs-DAC in einem Mehrfach-Pegel-Delta-Sigma-Modulator bis zur vollen Genauigkeit des Gesamt wandlers linear sein. Das Justieren sogar des dritten Rückkopplungszustands auf ei ne ppm-Genauigkeit kann schwierig sein. Für Audio-Anwendungen wurde die sorg fältige Auswahl von Widerständen versucht, wie es in R.W. Adams, "Design and Im plementation of an Audio 18-Bit Analog-to-Digital Converter Using Oversampling Techniques", J. Audio Eng. Soc., Band. 34, Seite 153-166, März 1986, offenbart ist. Ei ne andere Technik verwendet einen dynamischen Elementabgleich durch ein wech selweises Einschalten unpräziser DAC-Elemente, um Linearitätsfehler in Rauschen umzuwandeln, was in L. R. Carley, "A Noise Shaping Coder Topology for 15+ Bit Converters", IEEE J. Solid-State Circuits, Band SC-24, Seite 267-273, April 1989, offen bart worden ist.

Diese zuvor genannten Techniken erfordern die Rekonfigurationen analoger Schal tungstopologien und Änderungen bei den digitalen Steuersignalformen, die im all gemeinen in jeder selbstkalibrierten Architektur unerwünscht sind. In die Analog schaltung eingekoppelte digitale Interferenzen können durch Kalibrierung entfernt werden, aber alle Unterschiede in der Interferenz zwischen dem Kalibriermodus und dem Normalbetriebsmodus resultieren in Fehlern, die nicht durch die Kalibrierung entfernt werden. Demzufolge besteht ein Bedarf an einem Kalibriersystem, das die Nichtlinearitäten in einem Mehrfach-Pegel-Rückkopplungs-DAC vor dem Einsatz der herkömmlichen Delta-Sigma-Kalibrierprozeduren zur Elimination der Gesamt verstärkung- und Offsetfehler kalibriert.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Verfahren und eine Vorrichtung zur Kom pensation der Nichtlinearitäten in einem Anlog/Digital-Wandler mit einem Delta- Sigma-Modulator mit Mehrfachpegelausgang. Der Delta-Sigma-Modulator weist ei nen m-Pegel-Ausgang mit m größer als zwei auf, dessen Ausgangssignal in ein Digi talfilter eingegeben wird. Das Digitalfilter arbeitet gemäß Filterkoeffizienten, die in einem Speicher gespeichert sind. Der Speicher ist auch in der Lage, die Nichtlinea ritäts-Kompensationsparameter zu speichern. Der Betrieb des Digitalfilters wird so gesteuert, daß es die Nichtlinearitäten kompensiert, die in dem Delta-Sigma-Modula tor während des Betriebs des Digitalfilters auftreten.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Digitalfilter mit dem m-Pegel-Ausgangssignal des Delta-Sigma-Modulators angesteuert. Die Kompen sationeinrichtung ist in der Lage, m-2 von den m-Pegeln zu kompensieren, die zur Ansteuerung des Digitalfilters gemäß den gespeicherten Nichtlinearitätsparametern eingesetzt werden. In der bevorzugten Ausführungsform ist der Wert von m gleich 3.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht der Mehrfachpe gelausgang des Delta-Sigma-Modulators aus einem "-1"-Pegel, einem "nichts-tun"- Pegel und einem "+1"-Pegel. Das Filter besteht aus ersten und zweiten Prozessoren zur Bearbeitung der "+1"-Pegel bzw. "-1"-Pegel, wobei jeder Prozessor die gespei cherten Filterkoeffizienten aufnimmt und einen Satz akkumulierter Filterkoeffi zienten erzeugt, die als Funktion der zugeordneten Pegel akkumuliert werden, die von dem Delta-Sigma-Analogmodulator ausgegeben werden. Eine Summiereinrich tung ist in der Lage, das Ausgangssignal der ersten und zweiten Prozessoren aufzu nehmen und deren Differenz zu summieren. Die Kompensationseinrichtung kom pensiert das Ausgangssignal eines der ersten und zweiten Prozessoren gemäß den gespeicherten Nichtlinearitäts-Kompensationsparametern, bevor die Summenbil dung mit der Summiereinrichtung durchgeführt wird.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Kalibrierein richtung zur Bestimmung der Nichtlinearitätsparameter als Reaktion auf den Emp fang eines Kalibriersignals geschaffen. Die Kalibriereinrichtung ist in der Lage, den Betriebsmodus von einem normalen Betriebsmodus in einen Kalibriermodus umzu schalten. Im Kalibriermodus werden die Nichtlinearitätsparameter bestimmt und dann in dem Speicher abgespeichert. Danach wird das System wieder in einen nor malen Betriebsmodus zurückgeschaltet.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht die Kalibrierein richtung aus einem Kalibriermultiplexer, um den Eingang mit einem Null-Eingang spegel anzusteuern. Ein Nichtlinearitäts-Anpassungsprozessor steht für den Ver gleich des Ausgangssignals des Digitalfilters mit einem gewünschten Wert zur Ver fügung, um ein Fehlersignal zu definieren. Dann wird eine Wiederholung ausge führt, wobei die Nichtlinearitäts-Kompensationsparameter für einen Zeitraum wie derholt werden, der ausreicht, das Fehlersignal unter einen vorgegebenen Wert zu drücken. Dann werden die Nichtlinearitätsparameter in dem Speicher abgespeichert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein allgemeines Blockschaltbild eines kalibrierten Analog/Digital-Wandlers mit Selbstkalibriermöglichkeit der Nichtlinearitäten in dem Delta-Sigma-Modulator;

Fig. 2 ein detailliertes Blockschaltbild des Kalibriersystemanteils, der zur Auskalibrierung der Nichtlinearitäten im Delta-Sigma-Modu lator verwendet wird;

Fig. 3 ein Blockschaltbild des allgemeinen m-Bit-Delta-Sigma-Modula tors;

Fig. 4 ein detaillierters Blockschaltbild eines Dreifachpegel Delta-Sig ma-Modulators;

Fig. 5 das Ausgangsspektrum des idealen Modulators;

Fig. 6 die Digitalfilterantwort für das Modulatorausgangsspektrum von Fig. 5;

Fig. 7 das nichtideale Modulatorausgangsspektrum;

Fig. 8 den Verlauf des DAC-Ausgangssignals und des Modulatoraus gangssignals für den nichtidealen DAC;

Fig. 9 ein durch einen Mehrfachpegel-Delta-Sigma-Modulator ange steuertes konventionelles Dezimierungsfilter;

Fig. 10 eine bevorzugte Ausführungsform des Dezimierungsfilters;

Fig. 11 ein Blockschaltbild für den Gesamtkalibriervorgang im Digital filterbereich; und

Fig. 12 den Normalbetrieb, nachdem der Wert von δ gesetzt wurde.

Fig. 1 ist ein detailliertes Blockschaltbild eines gesamten Analog/Digital-Wandlers, der eine Kalibrierung für die Verstärkungs- und Offsetfehler und auch eine Kalibrie rung der Nichtlinearitäten in einem Mehrfach-Bit-Delta-Sigma-Modulator verwen det. Ein Kalibriermultiplexer 10 ist vorgesehen, der in der Lage ist, ein analoges Ein gangssignal und drei Referenzspannungen, eine positive Referenzspannung, eine ne gative Referenzspannung und eine Null-Referenzspannung zu empfangen. Die posi tiven und negativen Referenzspannungen werden zur Gesamt-Verstärkungs- und Offsetkalibrierung eingesetzt, während die Null-Referenzspannung für die Nichtline aritätskalibrierung eingesetzt wird, wie es später genauer beschrieben wird. Das Ausgangssignal des Multiplexers 10 wird in den Eingang des Delta-Sigma-Modula tors 12 eingespeist, der an seinem Ausgang ein Mehrfachpegel-Ausgangssignal er zeugt. In der bevorzugten Ausführungsform ist das Ausgangssignal ein Zwei-Bit- Ausgangssignal mit drei Pegeln, nämlich "+1", "0", "-1".

Das Ausgangssignal des Delta-Sigma-Modulators 12 wird in eine Kompensations schaltung 14 eingespeist, die in der Lage ist, die Pegel "+1" und "0" passieren zu las sen und den "-1"-Ausgangspegel mit einem δ-Offsetkoeffizienten zu kalibrieren. Der δ-Offsetkoeffizient ist in einem δ-Koeffizientenblock 16 abgespeichert, der ein Regi ster darstellt, und dieser wird in die Kompensationschaltung 14 für die Verwendung im Normalbetriebsmodus eingegeben, wie es später noch genauer beschrieben wer den wird. Das Ausgangssignal der Kompensationsschaltung 14 wird in ein Digital filter 18 eingespeist, das typischerweise ein Filter mit begrenzter Impulsantwort (FIR - Finite Impuls Response) ist. In der bevorzugten Ausführungsform sind, wie es hier später beschrieben werden wird, die Kompensationschaltung 14 und das Digitalfilter 18 kombiniert.

Das Ausgangssignal des Digitalfilters 18 wird in ein Kalibriermodul 20 eingegeben, das in der Lage ist, Verstärkungs- und Offsetfehler gemäß dem US-Patent Nr. 4,943,807 zu kalibrieren. Das Kalibriermodul 20 wird durch eine Kalibriersteuer schaltung 22 gesteuert, die mit ihm über einen bidirektionalen Bus 23 verbunden ist. Das Kalibriermodul 20 ist unter der Steuerung der Kalibriersteuerschaltung 22 in der Lage, die Offset/Verstärkungs-Kalibrierparameter zu bestimmen und sie in einem Block 24, der einen Speicher darstellt, abzuspeichern. Während des Normalbetriebs werden diese Parameter von dem Kalibriermodul zur Durchführung der aktuellen Offset-Verstärkungskorrektur verwendet. Die Kalibriersteuerung 22 steuert auch über den Bus 26 den Kalibriervorgang, der zur Erzeugung des d-Koeffizienten im Block 16 eingesetzt wird, wie später noch beschrieben werden wird.

Der Kalibriermultiplexer 10 wird bei allen Kalibriervorgängen durch die Kalibrier steuerung 22 gesteuert und ist zu diesem Zweck über einen Bus 28 damit verbunden. Die Kalibriersteuerung 22 kann auch in einem Automatikmodus arbeiten, was in der bevorzugten Ausführungsform bei einem Einschaltvorgang der Fall ist. Desweiteren kann über eine Steuerleitung 30 ein externes Kalibriersignal empfangen werden, um den Kalibriervorgang periodisch als Antwort auf externe Anregungen auslösen zu können. Da sich die Parameter des Hochauflösungs-Analog/Digital-Wandlers als Funktion der Zeit, der Temperatur usw. ändern werden, ist es erforderlich, das Sy stem periodisch zu rekalibrieren.

In Fig. 2 ist ein Blockschaltbild des Teils des Kalibriervorgangs dargestellt, der sich auf die Kalibrierung der Nichtlinearitäten in dem Delta-Sigma-Modulator 12 bezieht. Das Ausgangssignal des Delta-Sigma-Modulators 12 wird in einen "+1"-Prozessor 32 und auch in einen "-1"-Prozessor 34 eingespeist. Das Ausgangssignal des Prozessors 32 wird in dem positiven Eingang eines Summenknotens 36 eingegeben. Das Aus gangssignal des "-1"-Prozessors 34, dessen Wert durch den δ-Koeffizienten in Block 16 offsetverschoben ist, wird in die Kompensationsschaltung 14 eingegeben. Dieser kompensierte Wert wird dann in dem Minus-Eingang des Summenknotens 36 einge speist. Der Ausgang des Summenknotens 36 liefert das gesamte digitale Ausgangs signal auf einem Bus 38, das das digitale Ausgangssignal des Dezimierungsfilters darstellt. Die Filterkoeffizienten für die Prozessoren 32 und 34 sind in einem Filter koeffizientenspeicher 35 abgespeichert, der typischerweise ein ROM ist.

Während der Kalibrierung steht eine Steuerschaltung 40 für die Nichtlinearitäts-Kali brierung zur Verfügung, die ein integraler Bestandteil der Kalibriersteuerschaltung 22 ist. Die Nichtlinearitäts-Steuerschaltung 40 ist in der Lage, den Kalibriermultiple xer 10 so zu steuern, daß ein Masse- oder Null-Eingangssignal ausgewählt wird. Das digitale Ausgangssignal auf dem digitalen Bus 38 wird dann in einen δ-Prozessor eingespeist, der eine Iterationstechnik zur Minimierung des Fehlers anwendet. So bald der Fehler minimiert ist, wird der Wert von δ in dem δ-Koeffizientenblock für den Normalbetrieb eingefroren. Man kann sehen, daß dieser Kalibriervorgang außer halb des Delta-Sigma-Modulators 12 stattfindet, so daß die Kalibrierung unabhängig von der Schaltung ist. Desweiteren ist zu sehen, daß bei m Pegeln nur m-2-Pegel kompensiert werden müssen. In der vorliegenden Ausführungsform mit drei Pegeln muß nur einer der Pegel, der "-1"-Pegel, kompensiert werden, um die Nichtlinearitä ten zu entfernen.

In Fig. 3 ist ein Blockschaltbild eines m-Pegel-Delta-Sigma-Modulators dargestellt. Der Delta-Sigma-Modulator besteht aus einer Eingangsintegrationsstufe 50 mit ei nem positiven und einem negativen Eingang, wobei der positive Eingang mit Masse und der negative Eingang mit einem Summenknoten 52 verbunden ist. Ein Rückkop plungskondensator 54 ist zwischen dem Eingangsknoten und dem Ausgang des In tegrators 50 angeschlossen. Eine Stromquelle 56 liefert den Eingangsstrom für den Analog/Digital-Wandler. Es sollte jedoch auf der Hand liegen, daß auch ein Span nungseingang mit einem zusätzlichen, digital geschalteten Eingangskondensator verwendet werden könnte. Der Ausgang des Integrators 50 ist mit dem Eingang ei ner Rauschunterdrückungsschaltung 58 verbunden, die typischerweise aus mehre ren Integratoren besteht, wie es später noch beschrieben werden wird. Die Rausch unterdrückungsschaltung 58 besitzt eine Übertragungsfunktion H′(z). Der Ausgang der Rauschunterdrückungsschaltung 58 ist mit einem Eingang eines eingebetteten Analog/Digital-Wandlers (ADC) 60 mit m-1-Schwellen verbunden.

Der Ausgang des eingebetteten ADC′s 60 ist ebenfalls mit dem Steuereingang eines m-Pegel-Digital/Analog-Wandlers (DAC) 64 verbunden. Der m-Pegel-DAC liefert drei normierte Pegel, "+1", "0" und "-1", wobei der "0"-Pegel einen "nichts tun"-Pegel darstellt. Dem m-Pegel-DAC 64 sind mehrere Ausgangsspannungen zur Definition verschiedener Rückkopplungspegel zusätzlich zu einem "nichts tun"-Ausgangs signal zugeordnet.

In Fig. 4 ist ein genaueres Blockschaltbild des Delta-Sigma-Modulators von Fig. 3 dargestellt, das einen Zwei-Bit-Ausgang, der drei Zustände liefert, zeigt. Der einge bettete ADC 60 besteht aus zwei Komparatoren, einem Komparator 66 und einem Komparator 68. Der Komparator 66 hat seinen positiven Eingang mit einer Schwel lenspannung V₁ und seinen negativen Eingang mit dem Ausgang der Rauschunter drückungsschaltung 58 verbunden. Der Komparator 68 hat seinen positiven Eingang mit dem Ausgang der Rauschunterdrückungsschaltung 58 und seinen negativen Ein gang mit einer Schwellenspannung V₂ verbunden. Die Ausgangssignale der beiden Komparatoren 66 und 68 bilden das Zwei-Bit-Ausgangssignal, das in das Digitalfilter 18 und auch in dem DAC 64 eingespeist wird. Wenn demzufolge die Spannung V_A an der Rauschunterdrückungsschaltung 58 kleiner als V₁ und größer als V₂ ist, dann ist der Ausgangszustand ein "11"-Zustand, während der Ausgangszustand ein "01"- Zustand ist, wenn V_A größer als V₁ ist, und der Ausgangszustand ein "10"-Zustand ist, wenn V_A kleiner als V₂ ist. Dieses ergibt drei getrennte Zustände. Der erste Zu stand ist jedoch der "nichts tun"-Zustand, wobei das Ausgangssignal "11" ist.

Der DAC 64 besteht aus einem geschalteten Kondensator 70, dessen einer Anschluß mit dem Schaltarm eines Schalters 72 verbunden ist, wobei der Schalter 72 zwischen Masse und dem Eingangsknoten 52 umschalten kann. Die andere Platte des Konden sators 70 ist mit dem Schaltarm eines Schalters 74 verbunden, wobei der Schalter 74 zwischen den Referenzspannungen -V_R und +V_R umschalten kann. Die Schalter wer den so gesteuert, da der "nichts tun"-Zustand immer dann auftritt, wenn der Schalter 72 für eine volle Abtastperiode auf Masse geschaltet ist. Der "+1"-Zustand tritt immer dann auf, wenn der Kondensator 70 geladen wird, wobei der Schalter so geschaltet ist, daß er in Kontakt mit der Referenzspannung -V_R steht, und der Schalter 72 in einer ersten Phase der Abtastperiode auf Masse liegt. Dann werden in einer zweiten Phase der Abtastperiode beide Schalter 72 und 74 umgeschaltet. In dem "-1"-Zustand wird der Kondensator 70 durch Verbindung des Schalters 72 mit Masse und des Schalters 72 mit +V_R in einer ersten Abtastperiode aufgeladen. Dann werden die Schalter 72 und 74 in einer zweiten Phase der Abtastperiode umgeschaltet.

In Fig. 5 ist die Frequenzantwort als Diagramm dargestellt, welche das Ausgangs spektrum für einen idealen Modulator zeigt. Es ist zu sehen, daß die Rauschpegel in nerhalb des interessierenden Bandes, zwischen 0 und einer Eckfrequenz f_B, signifi kant reduziert sind. Anschließend steigt der Rauschpegel steil an.

In Fig. 6 ist eine Frequenzgangdarstellung der Antwort des Digitalfilters gezeigt, das, wie aus dem Frequenzgang zu ersehen ist, ein sehr scharfes Ziegelwandfilter ist, das einen sehr steilen Abfall bei f_B aufweist. Demzufolge wird primär das interessie rende Band bis zur Frequenz f_B durchgelassen, während alle Spektralanteile über f_B im wesentlichen ausgefiltert werden. Dieses ist eine konventionelle Filterungstechnik für Analog/Digital-Wandler, die ein FIR-Filter verwenden.

In Fig. 7 ist die Frequenzantwort für ein nichtideales Modulatorausgangsspektrum dargestellt. Man kann sehen, daß die Frequenzamplitude zwischen Null und B signifikant höher ist als bei der idealen Antwort von Fig. 5. Das ist durch das ther mische Rauschen und die Nichtlinearitätsfehler des Rückkopplungs-ADC′s begrün det. Das System der vorliegenden Erfindung entfernt diese, auf den Nichtlinearitäten im Rückkopplungs-DAC beruhenden Fehler.

Fig. 8 ist ein Diagramm des DAC-Ausgangssignals über dem Modulatorausgangs signal, das die drei Zustände des Drei-Pegel-Delta-Sigma-Modulators 12 repräsen tiert. Der "0" oder "nichts tun"-Zustand ist durch einen Punkt 76 repräsentiert, der am Schnittpunkt der zwei Achsen liegt. Diese Situation tritt in einem Fall auf, bei dem die Verstärkungs- und Offsetfehler bereits kompensiert wurden. Der "+1"-Zu stand ist durch einen Punkt 78 repräsentiert, während der "-1"-Zustand durch ein Punkt 80 repräsentiert wird. Es ist zu sehen, daß die Punkte 76, 78 und 80 nicht auf einer geraden Linie liegen, wobei der gerade Linienpfad durch eine Linie 82 reprä sentiert wird. Da es zwei Punkte gibt, die inhärent die Linearität darstellen, ist es nur erforderlich, die lineare Beziehung mit zwei Punkten, wie z. B. den Punkten 76 und 78, zu definieren, was dann die Linie 82 definiert. Der Punkt 80 weicht von dem ge raden Linienpfad um einen kleinen Betrag ab, wobei dieses die Nichtlinearität in dem Delta-Sigma-Modulator 12 repräsentiert.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird, anstelle der Ansteuerung des Digitalfilters mit den Pegeln "-1", "0" und "+1", das Digitalfilter mit den Pegeln "δ", "0" und "1" an gesteuert. Der Parameter δ wird während eines Kalibriervorgangs abgeglichen, wo bei der Modulatoreingangspegel auf "0"-Pegel gehalten wird. Der Parameter δ wird solange abgeglichen, bis das Quantisierungsrauschen am Digitalfilterausgang mini miert ist. Simulationen des Delta-Sigma-Modulators haben ergeben, daß das optima le Rauschverhalten erzielt wird, wenn der δ-Parameter den Linearitätsfehler des Rückkopplungs DAC′s präzise kompensiert. Demzufolge ist keine "a"-Kennt nis der DAC-Nichtlinearität notwendig.

In Fig. 9 ist ein Blockschaltbild eines konventionellen FIR-Dezimierungsfilters dar gestellt, das mit den Modulatorausgangspegeln "δ", "0" und "+1" angesteuert wird, wobei diese Pegel die unvollkommenen Rückkopplungspegel des Modulator-DAC′s abbilden müssen. Zu beachten ist, daß der Wert von δ bis zur vollen Auflösung des Analog/Digital-Wandlers bekannt sein muß, und daß eine Präzision in der Größen ordnung von 20 Bits für Hochauflösungs-Anwendungen erforderlich sein kann. Das Filter besteht aus mehreren Verzögerungsstufen oder Verzögerungsblocks 78 mit der Übertragungsfunktion z^-1. Das Eingangssignal x(k) wird in den ersten der Verzöge rungsblöcke 78 eingegeben, während das Eingangssignal x(k) und das Ausgangs signal von jedem der Verzögerungsblöcke über die Multiplikationsblöcke 82, zur Multiplikation jeden Ausgangssignals der Verzögerungsblöcke 78 und des Eingangs signals x(k) mit einem der N Filterkoeffizienten a₀ bis a_N-1, in einen Akkumulator 81 eingegeben wird. Das digitale Ausgangssignal y(k) läßt sich durch die folgende Glei chung darstellen:

Das Filter von Fig. 9 ist ein konventionelles Filter und erfordert nur die Erzeugung des Wertes von δ zum Zwecke der Ansteuerung des Digitalfilters. Die Abgriffswich tungen (a_i) definieren die Übertragungsfunktion des Dezimierungsfilters. Die Ab griffswichtungen sind typischerweise in einem ROM gespeichert, und Dezimie rungsfilter mit hoher Qualität können eine Koeffizientenpräzision im Extremfall bis zu 20 Bits erfordern. Demzufolge wird ein 20×20 Bit Hardware-Multiplikator benö tigt. In den meisten integrierten FIR-Filtern ist jedoch die Multiplikations/Akkumu lations-Funktion zeitlich gemultiplext, um den Hardwareaufwand zu reduzieren. In dem in Fig. 9 dargestellten Filter sind Multiplikationen bei einer Frequenz von N*f_S/M erforderlich, wobei N die Anzahl der Filterabgriffe und M das Dezimie rungsverhältnis ist.

In Fig. 10 ist ein Dezimierungsfilter ohne Multiplikator gezeigt, was die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Dieser Systemtyp ist zum ersten Mal in J. J. van der Kam, "A Digital ′Decimation′ Filter for Analog/Digital Con version for High-Fi Audio Signals", Philips Tech. Rev. 42, No. 6/7, Seite 239-238, April 1986 offenbart worden. Bei Verwendung einer solchen Struktur benötigt das System keinen Hardwaremultiplikator (a_i*δ) mit der Frequenz der Oversamplin grate. Dieses wird durch die Vertauschung der Vorgänge der δ-Skalierung und der Dezimierungsfilterung erreicht.

Das Eingangssignal x(k) wird auf eine Kaskade von Verzögerungsblöcken 84 gege ben, deren Ausgangssignale jeweils in einen der zwei Schalter 86 und 88 eingegeben werden, wobei x(k) ebenfalls in einen der zwei Schalter 86 und 88 zu deren Steue rung eingeben wird. Die Schalter 86 und 88 werden so gesteuert, daß sie an ihren Eingängen eine Abgriffswichtung a₀ bis a_N oder Masse empfangen. Das Eingangs signal x(k) ist ein Modulatorausgangssignal mit den Pegeln "-1", "0" und "+1". Der "+1"-Pegel steuert die Schalter 86 und der "-1"-Pegel steuert den Betrieb der Schalter 88, um zwischen Masse und der Abgriffswichtung (Filterkoeffizient) umzuschalten. Der Ausgang aller Schalter 86 ist mit einem "+1"-Akkumulator 90 verbunden, und die Ausgänge aller Schalter 88 werden in einen der mehreren Anschlüsse eines "-1"- Akkumulators 92 eingegeben. Wenn demzufolge das Datum der Verzögerungs leitung einen "+1"-Pegel aufweist, wird der entsprechende Koeffizient zum "+1"-Ak kumulator 90 addiert und nichts wird zum "-1"-Akkumulator 92 addiert. Wenn das Verzögerungsleitungsdatum auf "-1"-Pegel liegt, wird der entsprechende Koeffi zient zum "-1"-Akkumulator 92 addiert und nichts wird zum "+1"-Akkumulator 90 addiert. Wenn das Datum auf "0"-Pegel liegt, addiert weder der Akkumulator 90 noch der Akkumulator 92 irgendetwas. Die Schalter 86 und der Akkumulator 90 bil den den "+1"-Prozessor 32 während die Schalter 88 und der Akkumulator 92 den in Fig. 2 dargestellten "-1"-Prozessor 34 bilden.

Das Ausgangssignal des Akkumulators 90 wird in den positiven Eingang des Sum menknotens 36 eingespeist, während das Ausgangssignal des Akkumulators 92 in die Kompensationschaltung 14 eingegeben, und deren Ausgangssignal in dem nega tiven Eingang des Summenknotens 36 eingespeist wird. Die Abgriffswichtungen a₀ bis a_N sind in dem Filterkoeffizientenblock 35 gespeichert, der typischerweise ein ROM ist. Die δ-Korrektur wird bei der dezimierten Ausgangsrate (f_S′) hinzugefügt, die eine viel niedrigere Frequenz als die Abtastfrequenz f₉ ist; typischerweise ist f_S′<2f_B. Die Kompensationschaltung 14 ist eine relativ einfache bitserielle Multiplika tions/Akkumulations-Vorrichtung.

In Fig. 11 ist ein Blockschaltbild dargestellt, das die Prozessoren 32 und 34 beim Kalibriervorgang zeigt. Die in dem Koeffizienten-ROM 35 gespeicherten Koeffizien ten werden durch einen Adressengenerator 94 gesteuert, der sicherstellt, daß die richtigen Koeffizienten zum richtigen Zeitpunkt auf die richtigen Daten einwirken. Es sind zwei Differentiatorblöcke 96 und 98 vorgesehen, wobei der Differentia torblock 96 zwischen dem Ausgang des "-1"-Prozessors 34 und dem Eingang der Kompensationsschaltung 14 angeschlossen ist und der Differentiatorblock 98 zwi schen dem Ausgang des "+1"-Prozessors 32 und dem positiven Eingang des Sum menknotens 36 angeordnet ist. Beide Differentiatorblöcke 96 und 98 haben eine Übertragungsfunktion von 1-z^-1. Die Differentiatorblöcke 96 und 98 verhindern, daß Gleichspannungsoffsets die Kalibriervorgänge beeinflussen. Diese Blöcke werden nach Abschluß der Kalibrierung umgangen.

Der Kalibriervorgang verwendet den δ-Prozessor 39, der das Ausgangssignal des Differentialblocks 96 z(j) und auch das Ausgangssignal des Summierblockes 36 empfängt. Der δ-Prozessor 39 setzt ein iteratives Verfahren ein, um die δ_j-Koeffizien ten zur Abspeicherung in dem δ-Koeffizientenblock 16 zu erzeugen.

Die Kalibrierprozedur setzt ein iteratives Verfahren ein, um den Wert von δ heraus zufinden, der das digitale Ausgangssignal e(j) minimiert. Das Ausgangssignal wird während der Kalibrierung mit e(j) benannt, da das Modulatoreingangssignal gleich Null gesetzt ist, so daß jedes anwesende Signal am Filterausgang Rausch- und/oder Modulatorfehler repräsentiert. Der Wert von δ in der (j+1)-ten Iteration, δ_j+1, ändert sich von seinem Wert δ_j in der j-ten Iteration gemäß der folgenden Beziehung:

δ_j+1 = δ_j+β z(j) e(j).

In dieser Gleichung steuert β die Geschwindigkeit, mit der δ auf seinen Endwert konvergiert, und bestimmt gleichzeitig die Stabilität der Konvergenz bei der Anwe senheit von Rauschen. Kleine Werte von β verbessern die Rauschunempfindlichkeit, erhöhen aber die Kalibrierzeit. Natürlich konvergiert δ gegen einen konstanten Wert (δ_j+1=δ_j), sobald e(j) auf Null geschaltet wird. Die Konvergenz reduziert effektiv das von den DAC-Nichtlinearitäten verursachte Rauschen im interessierenden Frequenz band.

Die anhand von 11 beschriebene Topologie filtert das Hochfrequenzrauschen, also das Rauschen bei Frequenzen über f_B, aus e(j) aus. Der Einsatz einer im Normalbe trieb erforderlichen Tiefpass-Filterung reduziert im hohen Maße e(j) und liefert eine bessere und schnellere Konvergenz von δ. Im allgemeinen kann die Bandbreite des Tiefpaßfilters im aktuellen Fall während der Kalibrierung kleiner als die Bandbreite während der Wandlung sein, um e(j) weiter zu reduzieren, und um die Wandlung zu verbessern. Es muß jedoch die Filterkomplexität erhöht werden, obwohl die er höhte Komplexität im Normalbetrieb nicht erforderlich ist.

Obwohl das System unter Verwendung eines Drei-Pegel-Delta-Sigma-Modulators und eines Drei-Pegel-Rückkopplungs-DAC′s beschrieben wurde, können iterative Multi-Parameter Suchläufe für Delta-Sigma-Modulatorsysteme mit Werten von m eingesetzt werden, die größer als Drei bei den Rückkopplungs-DAC-Pegel sind. Das würde m-2 einstellbare Parameter zur Entfernung der digitalen Fehler eines m-Pegel- DAC′s erfordern.

Der iterative Prozeß zur Bestimmung von ist in Widrow and Stearns, "Adaptive Signal Processing", Prentice Hall, Englewood Cliffs, N. J., 1985 Kapitel 1 beschrieben. Nach der Ausführung des iterativen Suchlaufs werden das Modulatoreingangssignal mit dem Kalibriermultiplexer 10 von Null weggeschaltet, der Wert von d eingefroren und die Differentiatorblöcke 96 und 98 umgangen. Dieses ergibt die in Fig. 12 dar gestellte Topologie. Das durch die DAC-Nichtlinearitäten verursachte überschüssige In-Band-Rauschen ist im Normalbetrieb vollständig entfernt. Nach der Kalibrierung der Nichtlinearitäten werden die Verstärkungsfehler und die Gleichspannungsoff sets entsprechend der Gesamtkalibrierung, die oben mit Bezug auf Fig. 1 beschrie ben wurde, kalibriert.

Zusammengefaßt wurde ein Verfahren zur Kalibrierung der Nichtlinearitäten in ei nem Multi-Pegel-Delta-Sigma-Modulator geschaffen. Der Delta-Sigina-Modulator enthält einen Multi-Pegel-Rückkopplungs DAC, der inhärente Linearitäten aufweist. Die Nichtlinearitäten werden durch das Ändern der Ansteuerpegel, die in den Digi talfilterbereich eingegeben werden, kompensiert. Bei einem m-Pegel-DAC müssen nur m-2 der m-Pegel kompensiert werden, um die Nichtlinearitäten in dem Delta- Sigina-Modulator herauszukalibrieren. Während des Kalibriervorgangs wird der Eingang des Delta-Sigma-Modulator auf Null gesetzt und der Wert der in die Digi talfilterbereiche eingegebenen variablen Parameter variiert, um die Fehler zu mini mieren. Dieser Wert wird dann eingefroren, und im Normalbetrieb wird dieser Wert zur Kompensation von einem der Pegel in dem Eingangssignal zu dem Digitalfilter bereich verwendet. Diese Verfahren erfordert keine "a priori"-Kenntnis der DAC- Nichtlinearitäten.

Claims

1. Analog/Digital-Wandler mit Kalibrierung gekennzeichnet durch:

- einen Delta-Sigma-Modulator (12) zur Wandlung eines analogen Eingangssignals in ein digitales m-Pegel-Ausgangssignal, das das Eingangssignal bei einer Abta strate repräsentiert, wobei der Delta-Sigma-Modulator (12) damit verbundene Nichtlinearitäten aufweist;
- ein digitales Dezimierungsfilter, das durch das m-Pegel-Ausgangssignal des Del ta-Sigma-Modulators (12) angesteuert wird, um die Frequenzkomponenten außer halb des Bandes auszufiltern, und um einen gefilterten digitalen Wert bei einer dezimierten Abtastrate auszugeben, wobei das Digitalfilter (18) entsprechend den gespeicherten Filterkoeffizienten arbeitet;
- eine Speichereinrichtung (16) zur Speicherung der Filterkoeffizienten und auch zur Speicherung der Nichtlinearitäts-Kompensationsparameter;
- eine Nichtlinearitäts-Kompensationseinrichtung (14) zur Steuerung des Digitalfil ters (18) um Nichtlinearitäten in dem Delta-Sigma-Modulator (12) entsprechend den gespeicherten Nichtlinearitäts-Kompensationsparametern zu kompensieren; und
- eine Kalibriereinrichtung zum Betrieb des Delta-Sigma-Analogmodulators (12) und des Digitalfilters (18) in einem Kalibriermodus und für die Bestimmung der Nichtlinearitäts-Kompensationsparameter zur Abspeicherung in der Speicherein richtung (16).

2. Analog/Digital-Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert von m gleich Drei ist.

3. Analog/Digital-Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationseinrichtung (14) in der Lage ist, m-2 von den durch den Delta-Sig ma-Modulator (12) ausgegebenen m-Pegeln, die das Digitalfilter (18) ansteuern, zu variieren, wobei die m-2 kompensierten Pegel der m-Pegel entsprechend den gespei cherten Nichtlinearitäts-Kompensationsparametern kompensiert werden.

4. Analog/Digital-Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Delta-Sigma-Modulator (12) aufweist:

- ein Schleifenfilter für den Empfang des Eingangssignals und zur Verarbeitung der Differenz zwischen dem Eingangssignal und einem Rückkopplungs-DAC-Signal, um ein gefiltertes Ausgangssignal zu erzeugen;
- einen Multi-Pegel-Quantisierer (60) mit m-1-Quantisier-Schwellenspannungen, wobei der Quantisierer (60) in der Lage ist, das Ausgangssignal des Schleifenfil ters zu empfangen und einen m-Pegel-Quantisierwert auszugeben; und
- einen m-Pegel-Digital/Analog-Wandler (64), um an dessen Ausgang das Aus gangssignal des Quantisierers (60) aufzunehmen, wobei dessen Ausgang das Rückkopplungs-DAC-Signal für die Eingabe in das Schleifenfilter liefert.

5. Analog/Digital-Wandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert von m gleich Drei ist.

6. Analog/Digital-Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert von m gleich Drei ist, wobei das Ausgangssignal des Delta-Sigma-Modula tors (12) einen "-1"-Pegel, einen "nichts tun"-Pegel und einen "+1"-Pegel aufweist, und das Digitalfilter (18) aufweist:

- erste und zweite Prozessoren (32, 34), die jeweils dem "+1"-Pegel bzw. dem "-1"- Pegel zugeordnet sind, damit jeder der Prozessoren (32, 34) die gespeicherten Fil terkoeffizienten empfängt und einen Satz akkumulierter Filterkoeffizienten liefert, die als Funktion der zugeordneten Pegel akkumuliert werden, die von dem Delta- Sigma-Analogmodulator (12) ausgegeben werden;
- eine Summiereinrichtung (36) zum Summieren der Differenz zwischen dem Aus gangssignal der ersten und zweiten Prozessoren (32, 34) und dem dezimierten Ab tastratensignal;
- wobei die Kompensationseinrichtung (14) das Ausgangssignal von einem der er sten und zweiten Prozessoren (32, 34) bei der dezimierten Abtastrate entspre chend den Nichtlinearitäts-Kompensationsparametern kompensiert, bevor es in die Summiereinrichtung (36) eingegeben wird.

7. Analog/Digital-Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kalibriereinrichtung (40) im Ansprechen auf den Empfang eines Kalibriersignals (30) arbeitet, wobei die Kalibriereinrichtung (40) aus einem normalen Betriebsmodus in den Kalibriermodus wechselt, nach der Bestimmung der Nichtlinearitäts-Kompen sationsparameter die ermittelten Nichtlinearitäts-Kompensationsparameter in dem Speicher speichert, und danach in den normalen Betriebsmodus zurückwechselt.

8. Analog/Digital-Wandler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kalibriersignal ein externes Kalibriersignal ist, das außerhalb erzeugt wird.

9. Analog/Digital-Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kalibriereinrichtung aufweist:

- einen Kalibriermultiplexer (10), um das Eingangssignal auf einen Null-Pegel um zuschalten;
- einen Prozessor für die Anpassung der Nichtlinearitätsparameter, um das Aus gangssignals des Digitalfilters (18) mit einem gewünschten Wert zu vergleichen, um einen Fehler zu definieren und iterativ den Wert der Nichtlinearitäts-Kompen sationsparameter zu ändern, bis der Fehler die vorbestimmten Kriterien erfüllt; und
- wobei der adaptive Prozessor (39) den Wert der Nichtlinearitäts-Kompensations parameter in dem Speicher (16) speichert, welcher aus dem Fehler resultierte, der die vorbestimmten Kriterien erfüllt.

10. Analog/Digital-Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Digitalfilter (18) aufweist:

- mehrere Prozessoren, von denen jeder einem ausgewählten der mindestens zwei m- Pegel zugeordnet ist, damit jeder Prozessor die gespeicherten Filterkoeffizienten empfängt und einen Satz akkumulierter Filterkoeffizienten liefert, die als Funktion der zugeordneten Pegel akkumuliert werden, die von dem Delta-Sigma-Analog modulator (12) ausgegeben werden;
- eine Summiereinrichtung zur Summenbildung der Ausgangssignaldifferenz zwi schen den Prozessoren bei der dezimierten Abtastrate;
- wobei die Kompensationseinrichtung (14) das Ausgangssignal eines der Prozesso ren bei der dezimierten Abtastrate entsprechend den Nichtlinearitäts-Kompensa tionsparametern kompensiert, bevor es in die Summiereinrichtung eingegeben wird.

11. Analog/Digital-Wandler mit Kalibrierung gekennzeichnet durch:

- einen Delta-Sigma-Modulator (12) zur Wandlung eines analogen Eingangssignals in ein digitales m-Pegel-Ausgangssignal, das das Eingangssignal bei einer Abta strate repräsentiert, wobei der Delta-Sigma-Modulator (12) damit verbundene Nichtlinearitäten aufweist;
- ein digitales Dezimierungsfilter, das durch das m-Pegel-Ausgangssignal des Del ta-Sigma-Modulators (12) angesteuert wird, um die Frequenzkomponenten außer halb des Bandes auszufiltern und um einen gefilterten digitalen Wert bei einer de zimierten Abtastrate auszugeben, wobei das Digitalfilter (18) entsprechend den gespeicherten Filterkoeffizienten arbeitet;
- eine Speichereinrichtung (16) zur Speicherung der Filterkoeffizienten und auch zur Speicherung der Nichtlinearitäts-Kompensationsparameter;
- eine Nichtlinearitäts-Kompensationseinrichtung (14) zur Steuerung des Digitalfil ters (18), um Nichtlinearitäten in dem Delta-Sigma-Modulator (12) entsprechend den gespeicherten Nichtlinearitäts-Kompensationsspeicher zu kompensieren, wo bei die Kompensationseinrichtung (14) bei der dezimierten Abtastrate entspre chend den gespeicherten Nichtlinearitäts-Kompensationsparameter arbeitet.

12. Analog/Digital-Wandler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert von m gleich Drei ist.

13. Analog/Digital-Wandler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationseinrichtung (14) in der Lage ist, m-2 von den durch den Del ta-Sigma-Modulator (12) ausgegebenen m-Pegeln zu variieren, wobei die m-2 kom pensierten Pegel der m-Pegel entsprechend den gespeicherten Nichtlinearitäts-Kom pensationsparametern kompensiert werden.

14. Analog/Digital-Wandler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Delta-Sigma-Modulator (12) aufweist:

- ein Schleifenfilter für den Empfang des Eingangssignals und zur Verarbeitung der Differenz zwischen dem Eingangssignal und einem Rückkopplungs-DAC-Signal, um ein gefiltertes Ausgangssignal zu erzeugen;
- einen Multi-Pegel-Quantisierer (60) mit m-1-Quantisierungschwellenspannungen, wobei der Quantisierer (60) in der Lage ist, das Ausgangssignal des Schleifenfil ters zu empfangen und einen m-Pegel-Quantisierwert auszugeben; und einen m-Pegel-Digital/Analog-Wandler (64), um an dessen Ausgang das Aus gangssignal des Quantisierers (60) aufzunehmen, wobei dessen Ausgang das Rückkopplungs-DAC-Signal für die Eingabe in das Schleifenfilter liefert.

15. Analog/Digital-Wandler nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert von m gleich Drei ist.

16. Analog/Digital-Wandler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert von m gleich Drei ist, wobei das Ausgangssignal des Delta-Sigma-Mo dulators (12) einen "-1"-Pegel, einen "nichts tun"-Pegel und einen "+1"-Pegel auf weist, und das Digitalfilter (18) aufweist:

- erste und zweite Prozessoren (32, 34), die jeweils dem "+1"-Pegel bzw. dem "-1"-Pe gel zugeordnet sind, damit jeder der Prozessoren (32, 34) die gespeicherten Filter koeffizienten empfängt und einen Satz akkumulierter Filterkoeffizienten liefert, die als Funktion der zugeordneten Pegel akkumuliert werden, die von dem Delta- Sigma-Analogmodulator (12) ausgegeben werden;
- eine Summiereinrichtung (36) zum Summieren der Ausgangssignaldifferenz zwi schen den ersten und zweiten Prozessoren (32, 34) und dem dezimierten Abtastra tensignal; und
- wobei die Kompensationseinrichtung (14) das Ausgangssignal von einem der er sten und zweiten Prozessoren (32, 34) bei der dezimierten Abtastrate entspre chend den Nichtlinearitäts-Kompensationsparametern kompensiert, bevor es in die Summiereinrichtung (36) eingegeben wird.

17. Analog/Digital-Wandler nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch das zu sätzliche Vorhandensein einer Kalibriereinrichtung (40) zur Bestimmung der Nichtli nearitäts-Kompensationsparmeter für die Speicherung in dem Speicher (16) als Ant wort auf den Empfang eines Kalibriersignals (30), wobei die Kalibriereinrichtung (40) in der Lage ist, aus einem normalen Betriebsmodus in den Kalibriermodus zu wechseln und nach der Bestimmung der Nichtlinearitäts-Kompensationsparameter die ermittelten Nichtlinearitäts-Kompensationsparameter in dem Speicher (16) zu speichern und danach wieder in den normalen Betriebsmodus zurückzuwechseln.

18. Analog/Digital-Wandler nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Kalibriereinrichtung aufweist:

- einen Kalibriermultiplexer (10), um das Eingangssignal auf einen Null-Pegel um zuschalten;
- einen Prozessor für die Anpassung der Nichtlinearitätsparameter zum Vergleich des Ausgangssignals des Digitalfilters (18) mit einem gewünschten Wert, um ei nen Fehler zu definieren und iterativ den Wert der Nichtlinearitäts-Kompensa tionsparameter zu ändern, bis der Fehler unterhalb eines vorbestimmten Werts liegt;
- wobei der adaptive Prozessor (39) denjenigen Wert der Nichtlinearitäts-Kompen sationsparameter in dem Speicher (16) speichert, welcher aus dem Fehler resultier te, der unter den vorbestimmten Wert fällt,.

19. Analog/Digital-Wandler nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Kalibriersignal ein externes Kalibriersignal (30) ist, das außerhalb erzeugt wird.

20. Analog/Digital-Wandler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Digitalfilter (18) aufweist:

- mehrere Prozessoren, von den jeder einem ausgewählten der mindestens zwei m- Pegel zugeordnet ist, damit jeder Prozessor die gespeicherten Filterkoeffizienten empfängt und einen Satz akkumulierter Filterkoeffizienten liefert, die als Funktion der zugeordneten Pegel akkumuliert werden, die von dem Delta-Sigma-Analog modulator (12) ausgegeben werden;
- eine Summiereinrichtung zur Summenbildung der Ausgangssignaldifferenz der Prozessoren bei der dezimierten Abtastrate;
- wobei die Kompensationseinrichtung (14) das Ausgangssignal eines der Prozesso ren bei der dezimierten Abtastrate entsprechend den Nichtlinearitäts-Kompensa tionsparametern kompensiert, bevor es in die Summiereinrichtung eingegeben wird.

21. Verfahren zur Ausführung einer Analog/Digital-Wandlung eines Eingangs signals und zur Kompensierung der Nichtlinearitäten in dem Wandlungsprozeß, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

- Wandeln eines analogen Eingangssignals in ein digitales m-Pegel-Ausgangssignal in einem Wandlungsprozeß, wobei das digitale Ausgangssignal das analoge Ein gangssignal bei einer Abtastfrequenz repräsentiert, und der Schritt der Wandlung damit verbundene Nichtlinearitäten aufweist;
- Bereitstellen eines digitalen Dezimierungsfilters, das in der Lage ist, die Frequenz komponenten außerhalb des Bandes wegzufiltern, um einen gefilterten Digital wert bei einer dezimierten Abtastfrequenz auszugeben;
- Speichern der Filterkoeffizienten und der Nichtlinearitäts-Kompensationsparame ter in einem Speicher (16);
- Filtern des m-Pegel-Ausgangssignals des Wandlungsprozesses mit dem Digital filter (18), um das Digitalausgangssignal zu erzeugen;
- Kompensieren der Nichtlinearitäten in dem Wandlungsprozeß durch Steuerung des Digitalfilters (18), um die Nichtlinearitäten in dem Wandlungsprozeß entspre chend den gespeicherten Nichtlinearitäts-Kompensationsparametern zu kompen sieren, und
- Ausführen der Wandlungs- und Filterungsschritte in einem Kalibriermodus und Bestimmen der Nichtlinearitäts-Kompensationsparameter zur Abspeicherung in dem Speicher (16).

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Kompensation die Kompensation der Werte von m-2 der vom Wandlungprozeß ausgegebenen m-Pegel beinhaltet, die zur Ansteuerung des Digitalfilters (18) ver wendet werden.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Wand lungsschritt folgende Schritte aufweist:

- Empfangen des Eingangssignals und Ausführen einer Schleifenfilteroperation daran, um die Differenz zwischen dem Eingangssignal und einem Rückkopp lungs-DAC-Signal zu verarbeiten, um ein gefiltertes Signal zu erzeugen;
- Bereitstellen eines Quantisierers (60) mit m-1-Quantisierungsschwellspannungen und Quantisieren des gefilterten Signals, um einen m-Pegel-Quantisierwert auszu geben, der das digitale m-Pegel-Ausgangssignal enthält;
- Wandeln des m-Pegel-Quantisierwerts in einen analogen Wert mittels eines Digi tal/Analogwandlers (64), um das Rückkopplungs-DAC-Signal zu erzeugen; und
- Subtrahieren des Rückkopplungs-DAC-Signals von dem Eingangssignal, bevor es von dem Schleifenfilter verarbeitet wird.

24. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert vom m gleich Drei ist.

25. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert von m gleich Drei ist und das m-Pegel-Ausgangssignal einen "-1"-Pegel, einen "nichts tun"-Pegel und eine "+1"-Pegel aufweist, wobei der Schritt des Filterns umfaßt:

- das Verarbeiten der "+1"-Pegel und der "-1"-Pegel in jeweils ersten bzw. zweiten Bearbeitungsschritten, damit jeder Bearbeitungsschritt die gespeicherten Filter koeffizienten empfängt und einen Satz akkumulierter Filterkoeffizienten erzeugt, die als Funktion der zugeordneten Pegel erzeugt werden, die von dem Schritt der Wandlung ausgegeben werden;
- das Summieren der Differenz zwischen den ersten und zweiten Bearbeitungs schritten bei der dezimierten Abtastrate;
- wobei der Schritt der Kompensation bei der dezimierten Abtastrate in der Lage ist, das Ausgangssignal des ersten Bearbeitungsschrittes vor der Summenbildung der Differenz zwischen den ersten und zweiten Verarbeitungsschritten entspre chend den gespeicherten Nichtlinearitäts-Kompensationsparametern zu kompen sieren.

26. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt zur Bestimmung der Nichtlinearitäts-Kompensationsparameter als Antwort auf den Empfang eines Kalibriersignals arbeitet und der Bestimmungsschritt in der Lage ist, zuerst den Betriebsmodus von einem normalen Betriebsmodus in den Kalibrier modus einzuschalten, und nach der Bestimmung der Nichtlinearitäts-Kompensa tionsparameter die ermittelten Nichtlinearitäts-Kompensationsparameter in dem Speicher (16) zu speichern, und danach von dem Kalibriermodus in den normalen Betriebsmodus zurückzuschalten.

27. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Empfangs des Kalibriersignals den Empfang eines extern erzeugten Kalibrier signals (30) einschließt.

28. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Bestim mungsschritt umfaßt:

- Umschalten des Eingangssignals auf einen Null-Pegel;
- Vergleichen des Ausgangssignals des Digitalfilters (18) mit einem gewünschten Wert, um einen Fehler zu definieren und iteratives Ändern des Wert der Nichtli nearitäts-Kompensationsparameter, bis der Fehler kleiner als ein vorbestimmter Wert ist; und
- Speichern des Werts der Nichtlinearitäts-Kompensationsparameter im Speicher (16), die im Iterationsvorgang vorliegen, nachdem der Fehler kleiner als der vorbe stimmte Wert geworden ist.

29. Verfahren zur Ausführung einer Analog/Digital-Wandlung eines Eingangs signals und zur Kompensierung der Nichtlinearitäten in dem Wandlungsprozeß, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

- Wandeln eines analogen Eingangssignals in ein digitales m-Pegel-Ausgangssignal in einem Wandlungsprozeß, wobei das digitale Ausgangssignal das analoge Ein gangssignal bei einer Abtastfrequenz repräsentiert und der Schritt der Wandlung damit verbundene Nichtlinearitäten aufweist;
- Bereitstellen eines digitalen Dezimierungsfilters, das in der Lage ist, die Frequenz komponenten außerhalb des Bandes herauszufiltern, um einen gefilterten Digital wert bei einer dezimierten Abtastfrequenz auszugeben;
- Speichern der Filterkoeffizienten und der Nichtlinearitäts-Kompensationsparame ter in einem Speicher (16);
- Filtern des m-Pegel-Ausgangssignals des Wandlungsprozesses mit dem Digital filter (18), um das Digitalausgangssignal zu erzeugen; und
- Kompensieren der Nichtlinearitäten in dem Wandlungsprozeß durch Steuerung des Digitalfilters (18), um die Nichtlinearitäten in dem Wandlungsprozeß bei der dezimierten Abtastrate entsprechend den gespeicherten Nichtlinearitäts-Kompen sationsparametern zu kompensieren.

30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet,. daß der Wert von m gleich Drei ist und das m-Pegel-Ausgangssignal einen "-1"-Pegel, einen "nichts tun"-Pegel und eine "+1"-Pegel aufweist, wobei der Schritt des Filterns umfaßt:

- Verarbeiten der "+1"-Pegel und der "-1"-Pegel in ersten bzw. zweiten Bearbei tungsschritten, damit jeder von den Bearbeitungsschritten die gespeicherten Fil terkoeffizienten empfängt und einen Satz akkumulierter Filterkoeffizienten er zeugt, die als Funktion der zugeordneten Pegel erzeugt werden, die von dem Schritt der Wandlung ausgegeben werden;
- Summieren der Differenz zwischen den ersten und zweiten Bearbeitungsschritten bei der dezimierten Abtastrate; und
- wobei der Schritt der Kompensation das Ausgangssignal des ersten Bearbeitungs schrittes bei der dezimierten Abtastrate vor der Summenbildung der Differenz zwischen den ersten und zweiten Verarbeitungsschritten entsprechend den ge speicherten Nichtlinearitäts-Kompensationsparametern kompensiert.

31. Verfahren nach Anspruch 29, gekennzeichnet durch den zusätzlichen Schritt der Bestimmung der Nichtlinearitäts-Kompensationsparameter als Antwort auf den Empfang eines Kalibriersignal, wobei dieser Bestimmungsschritt in der Lage ist, zuerst den Betriebsmodus von einem normalen Betriebsmodus in den Kalibrier modus Umzuschalten, und nach der Bestimmung der Nichtlinearitäts-Kompensa tionsparameter die ermittelten Nichtlinearitäts-Kompensationsparameter in dem Speicher (16) zu speichern, und danach von dem Kalibriermodus in den normalen Betriebsmodus zurückzuschalten.

32. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Empfangs des Kalibriersignals den Empfang eines extern erzeugten Kalibrier signals (30) einschließt.

33. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß der Bestim mungsschritt die Schritte umfaßt:

- Umschalten des Eingangssignals auf einen Null-Pegel;
- Vergleichen des Ausgangssignals des Digitalfilters (18) mit einem gewünschten Wert, um einen Fehler zu definieren und iteratives Ändern des Werts der Nichtli nearitäts-Kompensationsparameter, bis der Fehler kleiner als ein vorbestimmter Wert ist; und
- Speichern des Werts der Nichtlinearitäts-Kompensationsparameter im Speicher (16), die im Iterationsvorgang vorliegen, nachdem der Fehler kleiner als der vorbe stimmte Wert geworden ist.