JP2018520582A - アナログ−デジタル変換器システム - Google Patents

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Abstract

時間インターリーブアナログ−デジタル変換器(ADC)システムであって、アナログ信号を受信するように設定される入力ポートと、並列に配置構成される、M≧2であるM個のADCを備えるADCアレイとを備える、時間インターリーブADCシステムが提供される。各々のADCは、アナログ信号の一部分を受信して、サンプルレートfsでデジタル信号に変換するように設定される。ADCシステムは、アナログ信号を受信して、fsより低いアベレージサンプリングレートfrefでデジタル参照信号に変換するように設定される参照ADCをさらに備える。参照ADCの各々のサンプリング時点は、ADCのアレイ内のADCのサンプリング時点に対応し、各々の参照ADCサンプリング時点に対して選択すべきADCは、時間と共にランダム化される。ADCシステムはさらには、ADCアレイのデジタル信号出力を補正されたデジタル出力信号に調整することを、デジタル参照信号のサンプル、および、対応する選択されたADCからのデジタル信号に基づいて行うように設定される補正モジュールを備える。時間インターリーブアナログ−デジタル変換のための方法が、さらには提供される。【選択図】図2

Description

本開示は、アナログ−デジタル変換器(ADC)システムに関係する。本開示はさらには、インターリーブADCアレイでの誤差補正のシステムおよび方法に関係する。
多くのデジタルシステムでのボトルネックは、大きな帯域幅を取り扱う能力、および特に、大きな帯域幅を有するアナログ信号をアナログ−デジタル(AD)変換する能力である。システムの帯域幅を増大するための、1つの知られている方策は、アナログ信号をM個の並列ストリームにチョッピングし、並列に配置構成されたM個のAD変換器を使用してM倍低いレートでAD変換を行うことである。AD変換の後、ストリームは、真のサンプルレートを復元するために、時間的に連結され得る。そのような並列手法は、さらには、時間インターリーブAD変換と呼称される。時間インターリーブシステムの欠点は、各々のストリームが、AD変換器内での成分拡散に起因して、および、共通入力ポートからそれぞれのADCへの物理的パスの違いに起因して、異なる特性を有し得るということである。時間、ゲイン、DCオフセット、および非線形性での障害は、各々のストリーム上で独立して加算的に大きくなり、信号が連結されるときに歪みを引き起こし得る。
高帯域幅デジタル通信システムは、一般的には、高いスプリアスフリーダイナミックレンジ(SFDR)、および、低いノイズフロアを要する。時間インターリーブシステムにもたらされる歪みは、例えば、SFDRの低減に結び付き得る。
一部の既存の方法は、異なるストリームを製造中に較正することにより、時間インターリーブシステムでの歪みの問題に取り組む。しかしながらこれは、現在システム内にある誤差の静的な補正を提供するのみであり、歪みが変化し得ること、または、新しい誤差がシステムの動作中に生起し得るということは考慮に入れない。
別の手法は、適応的な較正方法を使用することであり、その場合、1つまたは複数の(N個の)ストリーム、およびAD変換器が追加され、M+N個の利用可能なAD変換器の中のアクティブAD変換器が、ランダム化パターンを使用して選択される。例えば、Tambaら「A method to improve SFDR with random interleaved sampling method」、ITC International Test Conference、2001、512〜520ページを確認されたい。ランダムインターリーブサンプリング方法の使用は、SFDRを改善する。しかしながら、ストリームのランダム化選択に伴う問題は、その選択が、歪みを、システム内により高いノイズフロアをもたらすランダムノイズに変換するということである。そのことは、拡散スペクトルシステムと等価であり、すなわち、信号は、ランダム信号によって、信号処理ブロックの前および後で変調される。例えばスプリアスが、周波数平面内に広がってスミアリングされる。
同じ影響が、Jinら、「Time−Interleaved A/D Converter with Channel Randomization」ISCAS’97、6月9〜12日、1997、425〜428ページにより例解され、この場合、時間インターリーブAD変換器でのチャネルランダム化は、SFDRの改善に結び付くが、ノイズフロアの増加にも結び付く。
上記に鑑みて、ノイズフロアを増大することなくSFDRが増大され得る、ADCシステム、および特に、時間インターリーブAD変換システムを提供することが望ましい。
ADCシステムの、および、特に、時間インターリーブADCシステムの、上記で述べられた、および他の所望される特質に鑑みて、改善された誤差補正能力を有する、改善されたADCシステムを提供すること、およびさらには、ADCシステムでの誤差補正のための方法を提供することが、本技法の目的である。
第1の態様によれば、時間インターリーブアナログ−デジタル変換器(ADC)システムであって、アナログ信号を受信するように設定される入力ポートと、並列に配置構成される、M≧2であるM個のADCを備えるADCアレイとを備える、時間インターリーブADCシステムが提供される。各々のADCは、アナログ信号の一部分を受信して、サンプルレートfでデジタル信号に変換するように設定される。ADCシステムは、アナログ信号を受信して、fより低いアベレージサンプリングレートfrefでデジタル参照信号に変換するように設定される参照ADCをさらに備える。参照ADCの各々のサンプリング時点は、ADCのアレイ内のADCのサンプリング時点に対応し、各々の参照ADCサンプリング時点に対して選択すべきADCは、時間と共にランダム化される。ADCシステムはさらには、ADCアレイのデジタル信号出力を、補正されたデジタル出力信号に調整することを、デジタル参照信号のサンプル、および対応する選択されたADCからのデジタル信号に基づいて行うように設定される補正モジュールを備える。
本明細書で開示される技法は、時間と共にランダム化される補正イベントによって、平均残余誤差を除去すること、および信号対ノイズ比(SNR)の低下を最小限にして、例えば、スプリアスフリーダイナミックレンジ(SFDR)を改善することが可能であるという認識に基づく。
一部の態様によれば、各々の参照ADCサンプリング時点に対して選択すべきADCは、擬似ランダムパターンに基づく。
一部のさらなる態様によれば、擬似ランダムパターンは、あらかじめ決定されたパターンである。
一部の態様によれば、補正モジュールは、出力信号と参照信号との間の差として計算されるフィードバック誤差を使用して更新されるように設定される。
一部の態様によれば、サンプリングレートfは、f=F/Mとして定義され、Fは、システムクロック周波数である。
一部のさらなる態様によれば、システムは、システムクロックレートをM倍低減してf=F/Mを得て、ADCアレイに対する連続的なサンプリングイベントをt=1/(f*M)だけ遅延させるように設定される時間遅延モジュールをさらに備える。
一部の態様によれば、システムは、参照ADCのサンプリング時点を制御するように設定される参照ADCクロック制御モジュールをさらに備える。参照ADCクロック制御モジュールは、参照ADCに対する2つの連続的なサンプルイベントの間の期間が、1/f+D/(f*M)であるように、サンプリングすべきADCを、基本期間1/fに加算されるオフセット時間toffset=D/(f*M)に基づいて選択するようにさらに設定される。サンプリング位相は、ADCの、M個の連続的なサンプリングイベントとして定義される。Dは、ランダム整数D=0…(M−1)である。
一部の態様によれば、Dは、擬似ランダムバイナリシーケンスから生成される。
一部の態様によれば、参照ADCは、因子Rによりアンダーサンプリングされ、Rは、正の整数R≧1であり、したがって、アベレージのアンダーサンプリングされるサンプリングレートfrefUは、frefU=fref/Rとして決定され、したがって、参照ADCに対する2つの連続的なサンプルイベントの間の期間は、R/f+D/(f*M)により得られ、式中、Dは、ランダム整数D=0…(M−1)である。
一部の態様によれば、補正モジュールは、DC誤差、ゲインオフセット誤差、時間オフセット誤差、および/または非線形性誤差を補正するように設定される。
一部の態様によれば、補正モジュールは、M個の補正ブロック(304a〜d)を備え、各々の補正ブロックは、ADCアレイの、それぞれのADCに対応する。
一部のさらなる態様によれば、時間インターリーブアナログ−デジタル変換器(ADC)システムは、アナログ信号を受信するように設定される入力ポート、並列に配置構成される、M≧2であるM個のADCを備えるADCアレイを備える。各々のADCは、アナログ信号の一部分を受信して、サンプルレートfでデジタル信号に変換するように設定される。ADCシステムは、サンプリング周波数f=F/Mを有するサンプルクロックモジュールであって、Fは、システムクロックであり、ADCに対する連続的なサンプリングイベントが、t=1/(f*M)だけ遅延させられる、サンプルクロックモジュールをさらに備える。ADCシステムは、ADCの各々に接続され、前記ADCからの出力信号を単一のデータストリームに連結するように設定される第1の多重化器、アナログ信号を受信して、fより低いアベレージサンプリングレートfrefでデジタル参照信号に変換するように設定される参照ADCであって、参照ADCの、各々のサンプリング時点は、ADCのアレイ内のADCのサンプリング時点に対応し、各々の参照ADCサンプリング時点に対して選択すべきADCは、時間と共にランダム化される、参照ADCをさらに備える。その上、ADCシステムは、参照ADCのサンプリング時点を制御するように設定される参照ADCクロック制御モジュールと、前記データストリームを受信するために第1の多重化器に接続される補正モジュールとを備える。補正モジュールは、M個の補正ブロックを備え、各々の補正ブロックは、対応するADCによりAD変換されるデータストリームの一部分を補正するように設定され、参照ADCからの出力信号は、参照ADCサンプリング時点が選択されるもとの、ADCからのデータストリームの一部分を補正するように設定される誤差補正ブロックに提供される。ADCシステムはさらには、補正ブロックの各々の、出力に接続され、誤差補正ブロックの各々からの出力信号を組み合わせて、ADCシステム出力信号を提供するように設定される第2の多重化器を備える。
上記で説述された目的は、さらには、並列に配置構成される、M≧2であるM個のADCを備えるADCアレイを有する、時間インターリーブアナログ−デジタル変換器(ADC)を備えるシステムにおけるアナログ−デジタル(AD)変換のための方法により得られる。方法は、アナログ信号を受信すること、信号をADCアレイによってサンプリングレートfを使用してAD変換することを含む。参照ADCで、アナログ信号は、fより低いアベレージサンプリングレートfrefでデジタル参照信号に変換され、参照ADCの各々のサンプリング時点は、ADCのアレイ内のADCのサンプリング時点に対応し、各々の参照ADCサンプリング時点に対して選択すべきADCは、時間と共にランダム化される。なおその上に、本方法は、ADCのアレイのデジタル信号出力を補正されたデジタル出力信号に調整することを、デジタル参照信号のサンプル、および、対応する選択されるADCからのデジタル信号に基づいて行うことを含む。
一部の態様によれば、各々の参照ADCサンプリング時点に対して選択すべきADCは、擬似ランダムパターンに基づく。
一部の態様によれば、擬似ランダムパターンは、あらかじめ決定されたパターンである。
一部のさらなる態様によれば、本方法は、補正モジュールを、出力信号と参照信号との間の差として計算されるフィードバック誤差を使用して更新することをさらに含む。
一部の態様によれば、サンプリングレートfは、f=F/Mとして定義され、Fは、システムクロック周波数である。
一部の態様によれば、本方法は、ADCアレイに対する連続的なサンプリングイベントをt=1/(fs*M)だけ遅延させることをさらに含む。
一部の態様によれば、本方法は、2つの連続的なサンプルイベントの間の期間が、1/f+D/(f*M)であるように、サンプリングすべきADCを、基本期間1/fに加算されるオフセット時間toffset=D/(f*M)に基づいて選択することをさらに含み、式中、Dは、ランダム整数D=0…(M−1)である。
一部の態様によれば、本方法は、Dを、擬似ランダムバイナリシーケンスに基づいて生成することをさらに含む。
一部の態様によれば、本方法は、DC誤差、ゲインオフセット誤差、時間オフセット誤差、および/または非線形性誤差を補正することをさらに含む。
上記で説述された目的は、時間インターリーブアナログ−デジタル変換器(ADC)モジュールであって、アナログ信号を受信するための入力ポート、サンプリングレートfでの信号のアナログ−デジタル変換のためのADCアレイモジュール、アナログ信号を、デジタル参照信号に、fsより低いアベレージサンプリングレートfrefで変換するための参照ADCモジュールを備える、時間インターリーブADCモジュールによりさらに得られる。参照ADCの、各々のサンプリング時点は、ADCのアレイ内のADCのサンプリング時点に対応し、各々の参照ADCサンプリング時点に対して選択すべきADCは、時間と共にランダム化される。ADCモジュールは、ADCのアレイのデジタル信号出力を、補正されたデジタル出力信号に調整することを、デジタル参照信号のサンプル、および、対応する選択されるADCからのデジタル信号に基づいて行うための補正モジュールをさらに備える。
加えて、本明細書で開示されるのは、アナログ−デジタル変換器(ADC)システムであって、アナログ信号を受信するように設定される入力ポートと、M=1であり、アナログ信号を受信して、サンプルレートfでデジタル信号に変換するように設定される、単一のADCを備えるADCアレイとを備える、ADCシステムである。ADCシステムは、アナログ信号を受信して、fより低いアベレージサンプリングレートfrefでデジタル参照信号に変換するように設定される参照ADCであって、参照ADCの、各々のサンプリング時点は、単一のADCのサンプリング時点に対応し、参照ADCのサンプリング時点は、時間と共にランダム化される、参照ADCと、単一のADCのデジタル信号出力を、補正されたデジタル出力信号に調整することを、デジタル参照信号のサンプルに、および、単一のADCからの対応するサンプルに基づいて行うように設定される補正モジュールとをさらに備える。
単一のADCを備えるADCシステムに関係する、本明細書で開示される技法は、時間と共にランダム化される補正イベントによって、平均残余誤差を除去することを、および、例えば、スプリアスフリーダイナミックレンジ(SFDR)を改善することを、信号対ノイズ比(SNR)を低下させることなく行うことが可能であるという認識に基づく。
一般的には、特許請求の範囲で使用されるすべての用語は、本明細書で別段に明示的に定義されない限り、当技術分野での、それらの用語の通常の意味によって解釈されることになる。「ある(a/an)/その(the)エレメント、装置、構成要素、手段、ステップ、その他」へのすべての言及は、別段に明示的に説述されない限り、エレメント、装置、構成要素、手段、ステップ、その他の、少なくとも1つの実例を指すと、オープンに解釈されることになる。本明細書で開示される任意の方法のステップは、明示的に説述されない限り、開示される厳密な順序で実行される必要はない。本技法のさらなる特徴、および、本技法に伴う利点は、添付される特許請求の範囲、および、後に続く説明を考究すれば明らかとなるであろう。当業者は、以下に説明される実施形態以外の実施形態を創出するために、本技法の異なる特徴が、本技法の範囲から逸脱することなく組み合わされ得るということを認識する。
本技法は今から、例ということで、付随する図面を参照して説明される。
(従来技術)従来技術の時間インターリーブADCシステムの概略的な例解の図である。 本技法の実施形態による時間インターリーブADCシステムの概略的な例解の図である。 本技法の実施形態による時間インターリーブADCシステムの概略的な例解の図である。 本技法の実施形態のサンプリング原理を概略的に例解するクロックタイミング線図である。 本技法の実施形態に備えられるクロック制御ブロックの概略的な例解の図である。 本技法の実施形態に備えられる誤差補正ブロックの概略的な例解の図である。 (従来技術)従来技術の時間インターリーブADCシステムに対する入力および出力信号を概略的に例解するグラフである。 本技法の実施形態による時間インターリーブADCシステムに対する入力および出力信号を概略的に例解するグラフである。 本技法の実施形態による方法の全体的な特徴を概説するフローチャートである。 本技法の実施形態による単一のADCを有するADCアレイの特殊な事例の概略的な例解の図である。
本技法は今から、より十分に、本明細書で以降、本技法の所定の実施形態が示される、付随する図面を参照して説明されることになる。本技法は、しかしながら、多くの異なる形式で実施され得るものであり、本明細書で論述される実施形態に制限されると解されるべきではなく、むしろ、これらの実施形態は、この開示が、綿密な、および徹底的なものとなり、技法の範囲を、当業者に十分に伝えることになるように、例として提供される。説明の全体を通して同様の番号は同様の要素を指す。
後に続く詳細な説明では、アナログ−デジタル変換器システム(ADCシステム)の様々な実施形態は、主に、ADCアレイを形成するために並列に配置構成される4つのADCを備える時間インターリーブADCシステムを参照して説明される。本技法の原理は、任意の数のADCを備えるADCシステムに適用可能であるということが理解されるべきである。特に、図10とのつながりで、下記で論考されるように、本技法の変形が、さらには、単一のADCのみを備えるADCアレイの特殊な事例で適用可能である。
図1は、並列に配置構成されるM+N個のADCからなるADCアレイ102を備える、従来技術の時間インターリーブADCシステム100を概略的に例解する。入力信号104が、ADCアレイ102のADCの各々に接続される。ランダム選択ブロック106は、多重化器108に接続されることが、出力信号をM+N個のADCの1つからランダムに選択して、結果的に生じる出力信号110を形成するために行われ、選択されるADCは、アクティブADCと指示される。ランダム選択ブロックは、システムクロック112により制御され、ADCアレイのサンプリングレートは、Mで除算されるシステムクロックであり、そのことは、ADCアレイ内の各々の個々のADCに対するサンプリングレートfは、Mで除算されるシステムクロック周波数Fと等しい、すなわち、f=F/Mであるということを意味する。
説明された従来技術のADCシステム100は、各々のストリームが、構成要素ばらつきに起因して、異なる特性を有し得るものであり、そのことが、結果的に生じる出力信号110に歪みを持ち込むという問題に対処することを、1つまたは複数の(N≧1個の)ストリームを追加し、並列に配置構成されるM+N個のADCの中のアクティブADCを、ランダム化されるパターンを使用して選択することにより行う。しかしながら、ストリームのこのランダム化される選択に伴う問題は、その選択が、上記で述べられた歪みを、システムでのより高いノイズフロアをもたらすランダムノイズに変換するということである。この影響は、図7とのつながりで、下記でさらに論考されることになる。図1で示される従来技術のADCシステム100の根底にある原理は、符号分割多重アクセス(CDMA)通信システムなどの拡散スペクトルシステムの原理と同様であり、すなわち、信号は、ランダム信号により、信号処理ブロックの前および後で変調され、または拡散させられ、そのことが、例えば、ADCシステムのスプリアス放射が、周波数平面内に広がってスミアリングされるということを結果的に生じさせる。この影響は、図7とのつながりで、下記でさらに論考されることになる。
周波数を論考するとき、製造物ばらつきおよび許容差レベルが、実装形態での周波数と、本明細書で定義されるような周波数との間のわずかな不一致のもとになり得るということが察知される。かくして、周波数fは、f=F/Mとして定義されるが、必ずしも実装形態ではF/Mと厳密に等しくはない。
図2は、本技法の実施形態によるADCシステム200を概略的に例解する。ADCシステム200は、アナログ入力信号を受信するように設定される入力ポート202を備える。入力ポート202は、ADCアレイ204内の各々のADCに接続される。ここでは4つのADC(ADC〜ADC)が例解され、すなわち、M=4である。ADCアレイ内のADCのサンプリングは、時間遅延モジュール210により制御され、その時間遅延モジュール210は、システムクロックレートFをM倍低減してfs=F/Mを得て、図4との関係でさらに詳細に論考されることになるように、ADCに対する連続的なサンプリングイベントを遅延させるように設定される。M倍ダウンサンプリングされたシステムクロックは、さらには、参照ADC206に結合され、その参照ADC206は、参照ADCクロックモジュール212により制御される。ADCアレイ204の各々のADCの出力、ならびに参照ADC206の出力は、補正モジュール208に接続される。
参照ADC206は、アナログ入力信号を受信して、fより低いアベレージサンプリングレートfrefでデジタル参照信号に変換するように設定され、参照ADC206の、各々のサンプリング時点は、ADCアレイ204内のADCのサンプリング時点に対応する。特に、本技法の一般原理は、参照ADC206のサンプル時間のランダム化される選択にある。図2の実施形態では、frefがfと等しくあるべきであるならば、同じADCが、各々のサンプリングイベントに対してサンプリングされることになり、図4との関係でさらに詳細に詳述されることになるような、サンプリングすべきADCの選択に対するランダム化は存しないことになる。その上、frefは、大きな数のサンプリングイベントにわたって決定される、参照ADCに対するアベレージサンプリング周波数であるということが留意されるべきである。補正モジュール208は、ADCアレイ204のADCの各々のデジタル信号出力を、各ADCの対応する補正されたデジタル出力信号に調整することを、デジタル参照信号のサンプル、および、対応する選択されたADCからのデジタル信号に基づいて行うように設定される。
図3は、本技法の実施形態によるADCシステム300を概略的に例解する。図2を参照して説明された特徴に加えて、図3がさらに例解するのは、ADCアレイ204からのデジタル出力信号、すなわちデータストリームが、第1の多重化器(MUX)302に接続され、今度はその第1の多重化器302が、補正モジュール208内のM個のミスマッチ補正ブロック304a〜dの対応する1つに接続されるということである。第1の多重化器302は、ADCからの出力信号を、対応するミスマッチ補正ブロックに、順序1、2…Mで結合する。今度はミスマッチ補正ブロック304a〜dからの出力が、第2の多重化器306に接続され、その第2の多重化器306は、補正されたデータストリームを、前と同じ順序(1、2…M)で、単一の出力信号308に連結するためのものである。第1および第2の多重化器はさらには、第1および第2のシリアライザと呼称され得る。
その上、図3は、参照サンプルが、デジタル参照信号に対しての出力信号の誤差を計算するために使用されるということを例解する。特に、参照ADC206からの出力は、減算器310に接続され、その減算器310は、誤差信号312と呼称され得る出力信号を、参照ADC206からの出力信号と、第2の多重化器306からの出力信号308との間の差として形成し、その場合、結果的に生じる誤差信号312は、誤差逆多重化器314に接続される。誤差逆多重化器314は、減算器310からの誤差信号312を、参照ADC206がサンプリングされたADCに対応するミスマッチ補正ブロックに結合する。例として、参照ADC206が、ADCと同じサンプリング時点でサンプリングされたならば、誤差逆多重化器314は、誤差信号312をミスマッチ補正ブロック304bに結合する。誤差信号312は、対応するミスマッチ補正ブロックの補正アルゴリズムを更新するために使用される。それゆえに、説明された誤差補正ブロック208は、適応的なミスマッチ補正ブロック304a〜dを備える。
図3で使用される誤差信号のタイプは、例の働きをするのみであるということが察知される。誤差信号の、多くの異なるタイプが、同じ、または同様の技術的効果を伴って使用され得る。実例として、減算器310の極性を逆にすること、または、差の対数、もしくは差の絶対値、もしくは二乗差をとることが、実現されるミスマッチ補正のタイプに依存して適用可能であり得る。
提案される技法は、ADCアレイ204からのM個の異なる時間インターリーブデータストリームを、AD変換の後の逐次選択スキームで保つ。第1の多重化器302での選択されるデータストリームの順序は、1、2、…M、1、2、…M、その他である。アンダーサンプリングされる、時間ランダム化されるクロックが、対応するデジタルストリームの補正で使用される参照値をサンプリングするための、参照ADC206サンプルイベントをトリガするために使用される。時間ランダム化シーケンスは、好ましくは、可能な限り白色のスペクトル特性を有し、すなわち、信号に対する自己相関は、好ましくは、0とは異なるずれに対して、可能な限り低い。擬似ランダム信号パターンが使用されることがあり、パターンの選択される周期性は、信号パターンの総シーケンス長に依存的であることになる。
参照ADC206からの参照サンプルが、出力信号からのフィードバック誤差を計算するために使用される。フィードバック誤差は、参照がサンプルイベントで有したのと同じ位相状態を伴う分岐で評価される。誤差は、システム内の1つまたは複数のミスマッチ補正ブロックを更新するために使用される。ミスマッチ補正ブロックは、システムサンプルクロック周波数F、すなわち、サンプルクロックfのM倍で動作する。ランダム化される補正イベントによって、平均残余誤差を有意に低減することを、または、完全に除去することさえも、下記でさらに例解されることになるように、信号対ノイズ比(SNR)を低下させることなく行うことが可能である。
図4は、本技法の一般原理を概説するクロック線図である。本明細書では、信号は常に、クロック信号の正の側部上で、すなわち、クロック信号が高くなる際にサンプリングされるということが想定される。最初に、システムがシステムクロック周波数Fで作動するということが想定される。ADCアレイの、各々の連続的なADCは、サンプルレートfで、先のADCのサンプリングからの遅延、1/Fのtを伴ってサンプリングされ、各々のADCの実効的なサンプリング周波数は、かくして、f=F/Mである。それゆえに、時間遅延モジュール210は、各々の連続的なサンプリングイベントをt=1/(f*M)=1/Fだけ遅延させるように設定される。
図4を参照すると、サンプリング位相の各々、P〜Pは、M個の連続的なサンプリングイベントとして定義される(ADCアレイのADCのすべてが1回サンプリングされたとき、位相は完了される)。さらには図4から、参照ADC206は、ADCアレイの、各々のADCとの比較でアンダーサンプリングされるということが確認され得るものであり、そのことは、参照ADCのアベレージサンプリングレートfrefが、fより低いということを意味する。実例として、参照サンプルは、サンプリング位相P3ではとられないということに留意されたい。
参照ADC206が、入力信号の、選択されるADCと同じ一部分を適正にサンプリングするために、各々の選択されるADCに対して、参照ADC206の期間は、ADCアレイのADCの期間、すなわち、1/fより決して短くあり得ない。換言すれば、参照ADCの期間は、ADC期間より短くあり得ない。かくして、参照ADCは、ADCのサンプルレートと比較してアンダーサンプリングされる。同じことが、単一のADCのみを有するADCアレイの特殊な事例に対して当てはまり、そのことは、図10とのつながりで、下記で論考されることになる。
図5は、2つ以上のADCを伴う、すなわちM≧2である、ADCアレイで使用される参照ADCに対するクロック制御ブロック212の概略的な例解である。図5で示されるクロック制御ブロックは、サンプリングレートfrefを、R≧1である因子Rによりさらに低減し得るものであり、ランダム時間オフセットを加算して、どの分岐が更新されるべきかを選択する。ランダム時間オフセットは、オフセットブロック502、および、D=0…(M−1)である場合、オフセットZ−D/Mにより表され、2つの連続的なサンプルイベントの間の期間が、R/f+D/(f*M)であるように、基本期間R/fに加算されるオフセット時間toffset=D/(f*M)を得る。オフセットブロック502での項Z−D/Mは、遅延のZトランスフォームを表し、その場合、Z−1は、単位遅延のZトランスフォームを表す。ランダマイザ504がさらには、Dに対する、適したランダム、擬似ランダム、または、あらかじめ決定された擬似ランダムシーケンスを提供し得るものであり、擬似ランダムシーケンスは例えば、擬似ランダムバイナリシーケンス(PRBS)であり得る。様々な擬似ランダムバイナリシーケンスが、電気通信の分野の中で知られており、PRBS7、PRBS15、PRBS23、およびPRBS31などである。ランダム化されるシーケンスに基づく信号パターンは、大きな数の選択にわたって、すなわち、1つの期間にわたってだけではなく、実質的に均一である確率分布を有するべきである。
図5のブロックで示されるランダムクロック制御は、かくして、少なくとも、M≧2である一部の態様によって、参照ADC206に対するサンプルイベントを生成するために使用される。各々の参照サンプルイベントは、R/fsより低い、または、R/fsと等しい期間を有し、レンジD/(fs*M)、D=0…(M−1)でのランダム時間オフセットを加算して、選択を均等にM個のADCの間で拡散させる。参照ADC206に対するサンプルレートは、R>1を選択することにより、より低くされ得るものであり、そのRは、frefU=fref/Rとして決定される、アベレージのアンダーサンプリングされるサンプリングレートfrefUを伴う、よりアンダーサンプリングされるシステムを与える。ランダムオフセットtoffsetは、かくして、toffset=R*D/(fs*M)となる。しかしながら、オフセットtoffsetはそれでもなお、1/(fs*M)=1/F分解能に合わせられることを必要とする。Rに対する、より高い値を選択することは、よりアンダーサンプリングされるシステムに結び付くことになる。なおその上に、参照ADCはタイムスライスされ得るものであり、そのことによって、その参照ADCは、他のADCアレイに対して使用されることが、その参照ADCが現在のADCアレイに対して使用されないときに行われ得る。実践的な用途では、Rは例えば、1<R<10として選択され得る。さらには、より低いクロックレートが、より低いエネルギー消費を与える。その上、参照ADC206は、ADCアレイ204のADCと比較して、より高い時間精度を有するということが望ましく、参照ADC206は、好ましくはさらには、より高い線形性を有するべきである。そのような改善された特質を有する参照ADC206は、参照ADC206が、ADCアレイ204のADCより低いレートでサンプリングすることを可能とされるならば、より容易に達成される。
再び図4を参照すると、選択されるADCのシーケンスは、参照サンプルが各々の位相に対してとられるか否かを決定するということが確認され得る。M=4を想定する、図4での例を参照すると、Dの例解されるシーケンスは、0、3、1、2、0、1である。参照ADCのサンプル期間が、ADCのサンプル期間より長く、または、ADCのサンプル期間と等しくなければならないという条件と一体で選択すべき、ADCのシーケンスは、どの位相で、選択されるADCがサンプリングされるかを決定する。Pでは、Dは0と等しく、そのことは、位相の開始からのオフセットが存せず、ADCrefは、ADCと同時に、Pの開始でサンプリングされるということを意味する。次にPでは、D=3であり、そのことは、Pの開始から3/(fs*4)=3/Fのオフセット時間を与え、したがって、ADCがサンプリングされる。Pでは、D=1であり、そのことは、ADCが、サンプリングされるために選択されるということを意味する。しかしながらADCは、ADCrefのサンプリングの期間が、ADCの期間より長い、または、ADCの期間と等しいという条件を維持しながらでは、Pでサンプリングされ得ない。それゆえに、ADCrefに対するサンプルは、Pでは取得されず、ADCは代わりに、Pでサンプリングされる。要約すると、連続的なADCは、第2のADCに対するDが、第1のADCに対するDより大きい、または、第1のADCに対するDと等しいならば、連続的な位相でサンプリングされるのみであり得る。図4から確認され得るように、選択シーケンスのランダム性質は、かくして、fref<fであるということを確実にする。
図6は、図3で示されるミスマッチ補正ブロックなどの、システム内の異なる誤差を補償するミスマッチ補正ブロック304の概略的な例解である。図6は、最初にタイミング誤差が補正され(602)、DC補正604、ゲイン補正606、および最後に、非線形性に対する補正608が後に続く、例ミスマッチ補正ブロックを示す。各々の補正ステップは適応的であり、誤差信号312を、補正アルゴリズムを適応させるための入力信号としてとる。しかしながら、補正が適用される順序は、どのように誤差がハードウェアにもたらされるかに依存する。その上、適応的更新はブロックベースのものであり、なぜならば、参照ADC206はアンダーサンプリングされ、アンダーサンプリング因子は、システム内の適応的ブロックの収束速度に作用するからである。それゆえに、より大きなアンダーサンプリング因子Rは、適応的ブロックの収束速度を低減する。タイミング誤差補正602、DC補正604、ゲイン補正606、および、非線形性に対する補正608のサブセットのみを備えるミスマッチ補正ブロックが、当然ながらさらには、本技法によるADCシステムで使用するために可能である。
図7は、データストリームのランダム化される選択を伴うアルゴリズムを使用する、図1で例解される従来技術のインターリーブADCアレイの入力信号および出力信号のコンピュータシミュレーションを概略的に概説する線図である。入力信号は、DCオフセット702a〜bに、ならびに、ゲインおよび時間オフセット704a〜cに対応するピークを示す。出力信号で確認される増大されるノイズフロア706は、図1とのつながりで、上記で論考されたように、障害ピークのスペクトル拡散により生成される。このアルゴリズムは、理想的にAD変換される信号と比較して、SFDRを約25dBによって改善するが、さらには、SNRを約20dBによって低下させる。
図8は、参照ADCのランダム化されるサンプリングを伴う本技法による、ADCシステム200、300の入力信号および出力信号のコンピュータシミュレーションを概略的に概説する線図である。確認され得るように、図8の入力信号は、同じ誤差ピーク702a〜bおよび704a〜cを含む、図7の入力信号と同一である。本例は、2トーン信号、および、4つのインターリーブADCに関係する。出力信号から、誤差ピークが効果的に除去されており、そのことは、SFDRを改善することを、SNRを低下させることなく行うということが確認され得る。
図9は、本技法の態様による全体的な方法ステップを概説するフローチャートである。最初に、アナログ信号が、時間インターリーブADCシステム200により受信される(902)。次に、受信される信号が、時間インターリーブADCアレイ204によりAD変換される(904)。ランダム化される参照信号が、形成され(906)、デジタル信号を、サンプリングされる参照信号を使用して調整する(908)ために使用される。
図10は、本技法の実施形態による単一のADC920を有する、すなわちM=1である、ADCアレイを備えるADCシステム920の特殊な事例の概略的な例解である。2つ以上のADCを有する、すなわちM≧2である、ADCアレイとの関係で、上記で説明された技法が、さらには、単一のADCシステムの事例で適用可能であるということは認識されている。複数のADCを備えるADCシステムとの関係で、上記で論考されたのと同様の様式で、図10で例解されるADCシステムは、アナログ入力信号を受信するように設定される入力ポート922を備える。入力ポート922は、ADC924に、および、参照ADC926に接続され、その参照ADC926は、参照ADCクロックモジュール932により制御される。ADC924の出力、ならびに参照ADC926の出力は、補正モジュール928に接続される。参照ADC926は、アナログ入力信号を受信して、fより低いアベレージサンプリングレートfrefでデジタル参照信号に変換するように設定され、参照ADC926の、各々のサンプリング時点は、時間的にランダム化され、そのことは、サンプルの間の間隔(および補正更新)が無相関であるということを意味する。参照ADC926の、各々のサンプリング時点は、ADC924のサンプリング時点に対応し、そのことは、参照ADC926によるサンプルの間の間隔が、1/F分解能に合わせられるということを意味する。
本技法は、その特定の例示する実施形態を参照して説明されたものの、多くの異なる変更、修正等が、当技術での熟練した人々に対して、図面、開示、および、添付される特許請求の範囲の考究から明らかとなるであろう。加えて、開示される実施形態に対する変形が、熟練した者により、本技法を実践する際に、理解され、生み出され得る。

Claims (23)

  1. 時間インターリーブアナログ−デジタル変換器(ADC)システム(200)であって、
    アナログ信号を受信するように設定される入力ポート(202)と、
    並列に配置構成される、M≧2であるM個のADCを備えるADCアレイ(204)であって、各々のADCは、前記アナログ信号の一部分を受信して、サンプルレートfでデジタル信号に変換するように設定される、ADCアレイ(204)と、
    前記アナログ信号を受信して、fより低いアベレージサンプリングレートfrefでデジタル参照信号に変換するように設定される参照ADC(206)であって、前記参照ADCの各々のサンプリング時点は、ADCの前記アレイ内のADCのサンプリング時点に対応し、各々の参照ADCサンプリング時点に対して選択すべき前記ADCは、時間と共にランダム化される、参照ADC(206)と、
    前記ADCアレイのデジタル信号出力を補正されたデジタル出力信号に調整することを、前記デジタル参照信号のサンプル、および、対応する選択されたADCからのデジタル信号に基づいて行うように設定される補正モジュール(208)と
    を備える、時間インターリーブADCシステム。
  2. 各々の参照ADCサンプリング時点に対して選択すべき前記ADCは、擬似ランダムパターンに基づく、請求項1に記載のシステム。
  3. 前記擬似ランダムパターンは、あらかじめ決定されたパターンである、請求項2に記載のシステム。
  4. 前記補正モジュールは、前記出力信号と前記参照信号との間の差として計算されるフィードバック誤差を使用して更新されるように設定される、請求項1から3のいずれか一項に記載のシステム。
  5. 前記サンプリングレートfは、f=F/Mとして定義され、Fは、システムクロック周波数である、請求項1から4のいずれか一項に記載のシステム。
  6. システムクロックレートをM倍低減してf=F/Mを得て、前記ADCアレイに対する連続的なサンプリングイベントをt=1/(f*M)だけ遅延させるように設定される時間遅延モジュール(210)をさらに備える、請求項1から5のいずれか一項に記載のシステム。
  7. 前記参照ADCの前記サンプリング時点を制御するように設定される参照ADCクロック制御モジュール(212)をさらに備え、前記参照ADCクロック制御モジュールは、前記参照ADCに対する2つの連続的なサンプルイベントの間の期間が、1/f+D/(f*M)であるように、サンプリングすべき前記ADCを、基本期間1/fに加算されるオフセット時間toffset=D/(f*M)に基づいて選択するようにさらに設定され、式中、Dは、ランダム整数D=0…(M−1)である、請求項1から6のいずれか一項に記載のシステム。
  8. Dは、擬似ランダムバイナリシーケンスから生成される、請求項7に記載のシステム。
  9. 前記参照ADCは、因子Rによりアンダーサンプリングされ、Rは、正の整数R≧1であり、したがって、アベレージのアンダーサンプリングされるサンプリングレートfrefUは、frefU=fref/Rとして決定され、したがって、前記参照ADCに対する2つの連続的なサンプルイベントの間の前記期間は、R/f+D/(f*M)により得られ、式中、Dは、ランダム整数D=0…(M−1)である、請求項1から8のいずれか一項に記載のシステム。
  10. 前記補正モジュールは、DC誤差、ゲインオフセット誤差、時間オフセット誤差、および/または非線形性誤差を補正するように設定される、請求項1から9のいずれか一項に記載のシステム。
  11. 前記補正モジュールは、M個の補正ブロック(304a〜d)を備え、各々の補正ブロックは、前記ADCアレイのそれぞれのADCに対応する、請求項1から10のいずれか一項に記載のシステム。
  12. 時間インターリーブアナログ−デジタル変換器(ADC)システムであって、
    アナログ信号を受信するように設定される入力ポート(202)と、
    並列に配置構成される、M≧2であるM個のADCを備えるADCアレイ(204)であって、各々のADCは、前記アナログ信号の一部分を受信して、サンプルレートfでデジタル信号に変換するように設定される、ADCアレイ(204)と、
    サンプリング周波数f=F/Mを有するサンプルクロックモジュール(210)であって、Fは、システムクロックであり、前記ADCに対する連続的なサンプリングイベントが、t=1/(f*M)だけ遅延させられる、サンプルクロックモジュール(210)と、
    前記ADCの各々に接続され、前記ADCからの出力信号を単一のデータストリームに連結するように設定される第1の多重化器(302)と、
    前記アナログ信号を受信して、fより低いアベレージサンプリングレートfrefでデジタル参照信号に変換するように設定される参照ADC(206)であって、前記参照ADCの各々のサンプリング時点は、ADCの前記アレイ内のADCのサンプリング時点に対応し、各々の参照ADCサンプリング時点に対して選択すべき前記ADCは、時間と共にランダム化される、参照ADC(206)と、
    前記参照ADCの前記サンプリング時点を制御するように設定される参照ADCクロック制御モジュール(212)と、
    前記データストリームを受信するために前記第1の多重化器に接続される補正モジュール(208)であって、前記補正モジュールは、M個の補正ブロック(304a〜d)を備え、各々の補正ブロックは、対応するADCによりAD変換される前記データストリームの一部分を補正するように設定され、前記参照ADCからの出力信号は、前記参照ADCサンプリング時点が選択されるもとの、前記ADCからの前記データストリームの前記一部分を補正するように設定される前記誤差補正ブロックに提供される、補正モジュール(208)と、
    前記補正ブロックの各々の出力に接続され、前記誤差補正ブロックの各々からの出力信号を組み合わせて、ADCシステム出力信号(308)を提供するように設定される第2の多重化器(306)と
    を備える、時間インターリーブADCシステム。
  13. 並列に配置構成される、M≧2であるM個のADCを備えるADCアレイを有する、時間インターリーブアナログ−デジタル変換器(ADC)を備えるシステムにおけるアナログ−デジタル(AD)変換のための方法であって、
    アナログ信号を受信することと、
    前記信号を前記ADCアレイによってサンプリングレートfを使用してAD変換することと、
    参照ADCで、前記アナログ信号を、デジタル参照信号に、fsより低いアベレージサンプリングレートfrefで変換することであって、前記参照ADCの、各々のサンプリング時点は、ADCの前記アレイ内のADCのサンプリング時点に対応し、各々の参照ADCサンプリング時点に対して選択すべき前記ADCは、時間と共にランダム化される、変換することと、
    ADCの前記アレイのデジタル信号出力を、補正されたデジタル出力信号に調整することを、前記デジタル参照信号のサンプル、および、対応する選択されたADCからのデジタル信号に基づいて行うことと
    を含む、方法。
  14. 各々の参照ADCサンプリング時点に対して選択すべき前記ADCは、擬似ランダムパターンに基づく、請求項13に記載の方法。
  15. 前記擬似ランダムパターンは、あらかじめ決定されたパターンである、請求項14に記載の方法。
  16. 補正モジュールを、前記出力信号と前記参照信号との間の差として計算されるフィードバック誤差を使用して更新することをさらに含む、請求項13から15のいずれか一項に記載の方法。
  17. 前記サンプリングレートfは、f=F/Mとして定義され、Fは、システムクロック周波数である、請求項13から16のいずれか一項に記載の方法。
  18. 前記ADCアレイに対する連続的なサンプリングイベントをt=1/(fs*M)だけ遅延させることをさらに含む、請求項13から17のいずれか一項に記載の方法。
  19. 2つの連続的なサンプルイベントの間の期間が、R/f+D/(f*M)であるように、サンプリングすべき前記ADCを、基本期間R/fに加算されるオフセット時間toffset=D/(f*M)に基づいて選択することをさらに含み、式中、Dは、ランダム整数D=0…(M−1)である、請求項13から18のいずれか一項に記載の方法。
  20. Dを、擬似ランダムバイナリシーケンスに基づいて生成することをさらに含む、請求項19に記載の方法。
  21. DC誤差、ゲインオフセット誤差、時間オフセット誤差、および/または非線形性誤差を補正することをさらに含む、請求項13から20のいずれか一項に記載の方法。
  22. 時間インターリーブアナログ−デジタル変換器(ADC)モジュール(200)であって、
    アナログ信号を受信するための入力ポート(202)と、
    サンプリングレートfでの前記信号のアナログ−デジタル変換のためのADCアレイモジュール(204)と、
    前記アナログ信号を、fsより低いアベレージサンプリングレートfrefでデジタル参照信号に変換するための参照ADCモジュール(206)であって、前記参照ADCの各々のサンプリング時点は、ADCの前記アレイ内のADCのサンプリング時点に対応し、各々の参照ADCサンプリング時点に対して選択すべき前記ADCは、時間と共にランダム化される、参照ADCモジュール(206)と、
    ADCの前記アレイのデジタル信号出力を、補正されたデジタル出力信号に調整することを、前記デジタル参照信号のサンプル、および、対応する選択されたADCからのデジタル信号に基づいて行うための補正モジュール(208)と
    を備える、時間インターリーブADCモジュール(200)。
  23. アナログ−デジタル変換器(ADC)システム(920)であって、
    アナログ信号を受信するように設定される入力ポート(922)と、
    M=1であり、前記アナログ信号を受信して、サンプルレートfでデジタル信号に変換するように設定される、単一のADC(924)を備えるADCアレイと、
    前記アナログ信号を受信して、fより低いアベレージサンプリングレートfrefでデジタル参照信号に変換するように設定される参照ADC(926)であって、前記参照ADCの各々のサンプリング時点は、前記単一のADCのサンプリング時点に対応し、前記参照ADCの前記サンプリング時点は、時間と共にランダム化される、参照ADC(926)と、
    前記単一のADCの前記デジタル信号出力を補正されたデジタル出力信号に調整することを、前記デジタル参照信号のサンプル、および、前記単一のADCからの対応するサンプルに基づいて行うように設定される補正モジュール(928)と
    を備える、ADCシステム(920)。
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