KR20090085283A

KR20090085283A - Apparatus and method of compensating the error of analog to digital converter

Info

Publication number: KR20090085283A
Application number: KR1020080011092A
Authority: KR
Inventors: 양병훈; 김광섭
Original assignee: 주식회사 포스콘
Priority date: 2008-02-04
Filing date: 2008-02-04
Publication date: 2009-08-07

Abstract

An apparatus and a method for compensating an error of an analog to digital converter are provided to compensate a gain error and an offset error of the analog to digital converter by calculating the gain error and the offset error from a first digital output about the first reference voltage and a second digital output about the second reference voltage. A reference voltage generator(110) generates a first reference voltage and a second reference voltage for compensating an error of an analog to digital converter. An analog to digital converter(120) converts the analog input signal into the digital output. The analog to digital converter receives the first and second reference voltages and generates the first digital output and the second digital output. A calculator(140) calculates the gain and offset errors of the analog to digital converter by detecting the first and second digital outputs. An error compensating unit(130) compensates for the error of the digital output generated in the analog to digital converter based on the calculated gain and offset error.

Description

Apparatus and method of compensating the error of analog to digital converter}

본 발명은 아날로그 디지털 변환기의 오차 보정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제1 기준 전압에 대한 제1 디지털 출력 및 제2 기준 전압에 대한 제2 디지털 출력으로부터 게인 오차 및 오프셋 오차를 연산하고 이를 기초로 아날로그 디지털 변환기의 게인 오차 및 오프셋 오차를 보정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an error correction apparatus and method for an analog-to-digital converter, and more particularly, to calculate a gain error and an offset error from a first digital output for a first reference voltage and a second digital output for a second reference voltage. The present invention relates to an apparatus and method for correcting a gain error and an offset error of an analog-to-digital converter.

아날로그 디지털 변환기(analog to digital converter)는 아날로그 디지털 컨버터, AD 컨버터, 또는 AD 변환기로 불리는 장치이다. 아날로그 디지털 변환기는 입력된 아날로그 신호를 일정한 샘플링 주기에 따라 디지털 신호로 변환하는 장치로서, 연속적인 값으로 표현되는 아날로그 신호를 외부로부터 입력받아 이산적인 양으로 표현되는 디지털 신호로 변환하여 출력하는 장치이다.An analog to digital converter is a device called an analog to digital converter, an AD converter, or an AD converter. An analog-to-digital converter is a device that converts an input analog signal into a digital signal according to a predetermined sampling period. The analog-to-digital converter receives an analog signal expressed as a continuous value from the outside and converts it into a digital signal expressed in discrete quantities. .

일반적으로 아날로그 디지털 변환기는 자체 특성 및 입력 신호의 특성 차이로 게인 오차(gain error) 및 오프셋 오차(offset error)를 가진다. 게인 오차란 아날로그 입력 신호에 대한 이상적인 디지털 출력과 비교하여 실제의 디지털 출력 이 일정한 비율만큼 벗어나는 오차를 말하는 것으로서, 아날로그 입력 범위의 중심부에서 정확하게 맞던 값이 아날로그 입력 범위의 최저치와 최고치에 근접함에 따라 발생하는 오차이다. 한편, 오프셋 오차란 아날로그 입력에 대한 이상적인 디지털 출력에 대하여 실제의 디지털 출력이 일정한 양만큼 벗어나는 오차를 말하는 것으로서, 사용자가 알고 있는 신호를 계측하였을 때 측정값이 전체적으로 높거나 또는 낮게 나오는 정도를 의미한다.In general, analog-to-digital converters have gain and offset errors due to differences in their characteristics and characteristics of the input signal. A gain error is an error in which the actual digital output deviates by a certain percentage compared to the ideal digital output for the analog input signal. It occurs when the exact value at the center of the analog input range approaches the lowest and highest values of the analog input range. That's an error. On the other hand, the offset error refers to an error in which the actual digital output deviates by a certain amount with respect to the ideal digital output for the analog input, and means the degree to which the measured value is generally high or low when the user knows the measured signal. .

디지털 시스템에서는 연속적인 변화량의 함수인 아날로그 신호를 그에 대응하는 이산적인 양의 신호인 디지털 값으로 변환하여 제어에 사용한다. 제어에 관련된 알고리즘이 뛰어난 성능을 보여도 입력되는 아날로그 신호를 아날로그 디지털 변환기에 의해 최대한 정확하게 디지털 신호로 변환할 수 없다면, 디지털 시스템에서의 제어성능은 보장될 수 없다.In digital systems, analog signals, which are a function of continuous variation, are converted to digital values, which are equivalent discrete signals, for control. Even if the algorithms involved in the control show excellent performance, the control performance in the digital system cannot be guaranteed unless the analog signal input can be converted to the digital signal as accurately as possible by the analog-to-digital converter.

따라서, 디지털 시스템에서 더욱 정밀한 제어성능을 보장하기 위해서는 기존의 아날로그 디지털 변환기의 게인 오차 및 오프셋 오차를 보정하는 것이 필요하다.Therefore, in order to guarantee more precise control performance in the digital system, it is necessary to correct the gain error and the offset error of the existing analog-to-digital converter.

본 발명은 제1 기준 전압에 대한 제1 디지털 출력 및 제2 기준 전압에 대한 제2 디지털 출력을 이용하여 아날로그 디지털 변환기의 게인과 오프셋 오차를 연산하고, 이를 기초로 아날로그 디지털 변환기의 게인 오차 및 오프셋 오차를 보정하는 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention calculates the gain and offset error of the analog-to-digital converter using the first digital output for the first reference voltage and the second digital output for the second reference voltage, and based on the gain and offset error of the analog-to-digital converter. It is an object of the present invention to provide an apparatus and method for correcting errors.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 특징에 따른 아날로그 디지털 변환기의 오차 보정 방법은, (a) 아날로그 디지털 변환기의 오차 보정을 위한 제1 기준 전압 및 제2 기준 전압을 생성하여 아날로그 디지털 변환기에 제공하는 단계; (b) 아날로그 디지털 변환기에 의해 제1 및 제2 기준 전압이 디지털 형태로 변환되어 출력된 제1 디지털 출력과 제2 디지털 출력을 검출하는 단계; (c) 제1 및 제2 디지털 출력으로부터 아날로그 디지털 변환기의 게인을 연산하는 단계; (d) 제1 디지털 출력 및 연산된 게인으로부터 아날로그 디지털 변환기의 오프셋 오차를 연산하는 단계; (e) 연산된 게인과 연산된 오프셋 오차를 기초로 아날로그 디지털 변환기의 아날로그 입력 신호에 대한 디지털 출력의 오차를 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. According to an aspect of the present invention, an error correction method for an analog-to-digital converter includes: (a) generating a first reference voltage and a second reference voltage for error correction of the analog-to-digital converter and providing the analog-to-digital converter; Making; (b) detecting the first digital output and the second digital output by converting the first and second reference voltages into a digital form by an analog-digital converter; (c) calculating the gain of the analog to digital converter from the first and second digital outputs; (d) calculating an offset error of the analog to digital converter from the first digital output and the calculated gain; (e) correcting the error of the digital output with respect to the analog input signal of the analog-to-digital converter based on the calculated gain and the calculated offset error.

바람직하게는, 상기 (c) 단계는 제1 및 제2 디지털 출력의 차분과 제1 및 제2 기준 전압에 대한 이상적인 디지털 출력의 차분의 비로부터 아날로그 디지털 변환기의 게인을 연산할 수 있다.Preferably, step (c) may calculate the gain of the analog-to-digital converter from the ratio of the difference between the first and second digital outputs and the difference between the ideal digital outputs with respect to the first and second reference voltages.

바람직하게는, 상기 (d) 단계는 제1 디지털 출력으로부터 연산된 게인과 제1 기준 전압에 대한 이상적인 디지털 출력의 곱을 차감하여 아날로그 디지털 변환기의 오프셋 오차를 연산할 수 있다. Preferably, the step (d) may calculate the offset error of the analog-to-digital converter by subtracting the product of the gain calculated from the first digital output and the ideal digital output to the first reference voltage.

바람직하게는, 상기 (e) 단계는: (e1) 아날로그 입력 신호에 대한 아날로그 디지털 변환기의 디지털 출력으로부터 연산된 오프셋 오차를 차감하는 단계; 및 (e2) 연산된 오프셋 오차만큼 차감된 디지털 출력에 연산된 게인의 역수를 곱하는 단계를 포함할 수 있다.Preferably, step (e) comprises: (e1) subtracting an offset error calculated from the digital output of the analog to digital converter for the analog input signal; And (e2) multiplying the inverse of the calculated gain by the digital output subtracted by the calculated offset error.

또한, 본 발명의 다른 특징에 따른 아날로그 디지털 변환기의 오차 보정 장치는 아날로그 디지털 변환기의 오차 보정을 위한 제1 기준 전압 및 제2 기준 전압을 생성하는 기준 전압 생성부; 아날로그 입력 신호를 디지털 출력으로 변환하며, 생성된 제1 및 제2 기준 전압을 입력받아 제1 디지털 출력 및 제2 디지털 출력을 생성하는 아날로그 디지털 변환기; 제1 및 제2 디지털 출력을 검출하여 아날로그 디지털 변환기의 게인 및 오프셋 오차를 연산하는 연산부; 및 연산된 게인 및 오프셋 오차를 기초로 아날로그 디지털 변환기에서 생성된 디지털 출력의 오차를 보정하는 오차 보정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the error correction apparatus of the analog-to-digital converter according to another aspect of the present invention includes a reference voltage generator for generating a first reference voltage and a second reference voltage for error correction of the analog-to-digital converter; An analog-digital converter for converting an analog input signal into a digital output and receiving the generated first and second reference voltages to generate a first digital output and a second digital output; A calculation unit for detecting first and second digital outputs and calculating gain and offset errors of the analog-to-digital converter; And an error correction unit that corrects an error of a digital output generated by the analog-to-digital converter based on the calculated gain and offset error.

바람직하게는, 상기 연산부는 제1 및 제2 기준 전압 값 및 검출된 제1 및 제2 디지털 출력 간의 관계에 기초하여 아날로그 디지털 변환기의 게인 및 오프셋 오차를 연산하며, 상기 게인은 제1 및 제2 디지털 출력의 차분과 제1 및 제2 기준 전압에 대한 이상적인 디지털 출력의 차분의 비로부터 얻어지고, 상기 오프셋 오차는 제1 디지털 출력으로부터 연산된 게인과 제1 기준 전압에 대한 이상적인 디지털 출 력의 곱을 차감함으로써 얻어질 수 있다.Preferably, the calculator calculates a gain and an offset error of the analog-to-digital converter based on the relationship between the first and second reference voltage values and the detected first and second digital outputs, the gain being the first and second gains. Obtained from the ratio of the difference of the digital output and the difference of the ideal digital output to the first and second reference voltages, the offset error being the product of the gain calculated from the first digital output and the ideal digital output to the first reference voltage. Can be obtained by subtracting.

바람직하게는, 상기 오차 보정부는 아날로그 디지털 변환기의 디지털 출력에 연산된 게인을 차감하여 오프셋 오차를 보정한 디지털 출력을 생성하는 오프셋 오차 보정부; 및 오프셋 오차가 보정된 디지털 출력에 연산된 게인의 역수를 곱하여 아날로그 디지털 변환기의 게인 오차를 보정한 디지털 출력을 생성하는 게인 오차 보정부를 포함할 수 있다.Preferably, the error correction unit offset offset correction unit for generating a digital output correcting the offset error by subtracting the gain calculated on the digital output of the analog-to-digital converter; And a gain error correcting unit generating a digital output correcting the gain error of the analog-to-digital converter by multiplying the digital output of which the offset error is corrected by the inverse of the calculated gain.

본 발명에 따르면, 아날로그 디지털 변환기의 게인 오차 및 오프셋 오차를 보정함으로써 더욱 향상된 정밀도로 아날로그 입력 신호를 디지털 출력으로 변환할 수 있다. According to the present invention, an analog input signal can be converted into a digital output with further improved accuracy by correcting the gain error and the offset error of the analog to digital converter.

또한 본 발명에 따르면, 아날로그 입력 신호를 생성하는 간단한 회로와 게인 및 오프셋 오차를 연산하고 보정하는 간단한 알고리즘을 이용함으로써 편리하고 간편하게 아날로그 디지털 변환기의 오차를 보정할 수 있다.In addition, according to the present invention, by using a simple circuit for generating the analog input signal and a simple algorithm for calculating and correcting the gain and offset errors, it is possible to conveniently and simply correct the error of the analog-to-digital converter.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 디지털 변환기의 오차 보정 장치를 나타낸 블록도이다. 1 is a block diagram illustrating an error correction apparatus of an analog-digital converter according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 아날로그 디지털 변환기의 보정 장치는 기준 전압 생성부(110), 아날로그 디지털 변환기(120), 오차 보 정부(130) 및 연산부(140)를 포함한다.Referring to FIG. 1, an apparatus for calibrating an analog-digital converter according to an exemplary embodiment of the present invention includes a reference voltage generator 110, an analog-digital converter 120, an error compensator 130, and an operation unit 140. .

기준 전압 생성부(110)는 제1 기준 전압을 생성하는 제1 기준 전압 생성부(112)와 제2 기준 전압을 생성하는 제2 기준 전압 생성부(114)를 포함한다. 제1 기준 전압 및 제2 기준 전압은 아날로그 디지털 변환기(120)에 제공되는 아날로그 입력 신호로서, 아날로그 디지털 변환기(120)의 게인 및 오프셋 오차를 연산하는데 이용된다. The reference voltage generator 110 includes a first reference voltage generator 112 for generating a first reference voltage and a second reference voltage generator 114 for generating a second reference voltage. The first reference voltage and the second reference voltage are analog input signals provided to the analog-to-digital converter 120 and are used to calculate gain and offset errors of the analog-to-digital converter 120.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 디지털 변환기의 오차 보정 장치에서 기준 전압 생성부(110)를 좀 더 상세히 나타낸 도면이다.2 is a view showing in more detail the reference voltage generator 110 in the error correction apparatus of the analog-to-digital converter according to an embodiment of the present invention.

기준 전압 생성부(110)에는 2개의 저항(R₁, R₂)이 직렬로 연결되어 있고, 각 저항과 접지 단자 간에 캐패시터(C₁,C₂)가 병렬로 연결된다. 입력 전압(Vcc)은 저항(R₁, R₂) 크기에 따라 제1 기준 전압(V₁)과 제2 기준 전압(V₂)으로 각각 분리된다. 아날로그 디지털 변환기(120)에 입력되는 아날로그 입력 신호 값의 범위는 아날로그 디지털 변환기(120)의 규격에 따라 미리 규정되어 있으므로, 입력 전압(Vcc) 및 저항(R₁, R₂)의 크기를 조정함으로써 아날로그 입력 신호 값의 범위에 맞는 제1 기준 전압 및 제 2 기준 전압을 생성할 수 있다. 여기서, 기준 전압 생성부(120)의 구성은 상기 구성에 한정되지 않으며 서로 상이한 2개의 아날로그 입력 신호를 생성할 수 있는 회로면 된다. Two resistors R ₁ and R ₂ are connected in series to the reference voltage generator 110, and capacitors C ₁ and C ₂ are connected in parallel between each resistor and the ground terminal. The input voltage Vcc is separated into a first reference voltage V ₁ and a second reference voltage V ₂ according to the sizes of the resistors R ₁ and R ₂ . Since the range of the analog input signal value input to the analog-to-digital converter 120 is predefined according to the standard of the analog-to-digital converter 120, by adjusting the magnitude of the input voltage Vcc and the resistors R ₁ and R ₂ . A first reference voltage and a second reference voltage that match the range of analog input signal values may be generated. Here, the configuration of the reference voltage generator 120 is not limited to the above configuration and may be a circuit capable of generating two different analog input signals.

다시 도 1로 되돌아와 설명하도록 한다.It will be back to FIG. 1 to explain.

아날로그 디지털 변환기(analog to digital converter, 120)는 아날로그 입력 신호를 입력받고, 입력받은 아날로그 입력신호를 디지털 형태로 변환하여 출력한다. 아날로그 디지털 변환기(120)는 다수의 아날로그 입력 신호가 입력되는 다수의 입력 채널과 다수의 입력 신호를 디지털 형태로 변환하여 출력하는 출력 채널을 구비한다. The analog to digital converter 120 receives an analog input signal, converts the received analog input signal into a digital form, and outputs the digital input signal. The analog-to-digital converter 120 includes a plurality of input channels to which a plurality of analog input signals are input, and an output channel for converting and outputting the plurality of input signals into digital form.

아날로그 디지털 변환기(120)는 다수의 입력 채널 중 2개의 입력 채널을 통해 제1 기준 전압 및 제2 기준 전압을 입력받고, 이를 제1 디지털 출력 및 제2 디지털 출력으로 변환하여 출력한다. The analog-to-digital converter 120 receives a first reference voltage and a second reference voltage through two input channels among the plurality of input channels, converts the first reference voltage and the second reference voltage into a first digital output, and a second digital output.

연산부(140)는 아날로그 디지털 변환기(120)의 제1 디지털 출력 및 제2 디지털 출력을 검출하여 아날로그 디지털 변환기(120)의 게인 및 오프셋 오차를 연산한다. 연산부(140)의 동작에 대해서 좀 더 상세히 설명하도록 한다.The calculator 140 detects the first digital output and the second digital output of the analog to digital converter 120 to calculate a gain and an offset error of the analog to digital converter 120. The operation of the calculator 140 will be described in more detail.

일반적으로 아날로그 입력 신호를 디지털 출력으로 변환할 때, 아날로그 디지털 변환기에는 게인 오차 및 오프셋 오차가 발생한다. 아날로그 디지털 변환기는 디지털 변환 결과에 대하여 선형성을 가지므로, 아날로그 디지털 변환기의 상기 게인 오차 및 오프셋 오차를 보정하면 더욱 정밀하게 아날로그 디지털 변환을 수행할 수 있다.In general, when converting an analog input signal to a digital output, a gain error and an offset error occur in the analog-to-digital converter. Since the analog-to-digital converter has linearity with respect to the digital conversion result, the analog-to-digital conversion can be performed more precisely by correcting the gain error and the offset error of the analog-to-digital converter.

게인 오차와 오프셋 오차가 없는 이상적인 아날로그 디지털 변환기에서 아날로그 입력 신호와 그에 대한 디지털 출력 간의 관계는 다음의 [수학식 1]과 같다.In an ideal analog-to-digital converter without gain and offset errors, the relationship between the analog input signal and its digital output is shown in Equation 1 below.

여기서 Y_i는 아날로그 입력 신호에 대한 이상적인 디지털 출력이고, m_i는 아날로그 디지털 변환기의 이상적인 게인이며, D는 아날로그 입력에 대한 이론적인 디지털 변환 값. Where Y _i is the ideal digital output for the analog input signal, m _i is the ideal gain for the analog-to-digital converter, and D is the theoretical digital conversion value for the analog input.

이상적인 게인(m_i)은 1이기 때문에, 결론적으로 Y_i와 D는 같다. 이하에서는 D를 아날로그 입력에 대한 이상적인 디지털 출력으로 취급할 것이다.Since the ideal gain (m _i ) is 1, in conclusion, Y _i and D are equal. In the following, we will treat D as the ideal digital output for the analog input.

아날로그 입력 신호 V에 대한 이상적인 디지털 출력 D는 다음과 같다. The ideal digital output D for the analog input signal V is

여기서, D는 아날로그 입력 신호 V에 대한 이상적인 디지털 출력이고, V는 아날로그 입력 신호이고, n은 아날로그-디지털 변환시의 분해능(resolution) 비트(bit) 수이며, R은 아날로그 디지털 변환기의 처리가능한 아날로그 입력 신호의 범위 값이다.Where D is the ideal digital output for the analog input signal V, V is the analog input signal, n is the number of resolution bits in the analog-to-digital conversion, and R is the processable analog input of the analog-to-digital converter. The range value of the signal.

예를 들어, 아날로그 디지털 변환기가 처리할 수 있는 아날로그 입력 신호의 범위 값이 3.0V이고, 아날로그 디지털 변환기의 분해능이 12 비트(bit)이면, 아날로그 입력 신호가 2.0 V 인 경우 이상적인 디지털 출력은 2730(2730=2*(2¹²-1)/3)이 된다. For example, if the range of analog input signals that an analog-to-digital converter can handle is 3.0V, and the resolution of the analog-to-digital converter is 12 bits, then the ideal digital output would be 2730 ( 2730 = 2 * (2 ¹² -1) / 3).

그러나, 앞서 설명한 것처럼 실제의 아날로그 디지털 변환기는 게인 오차와 오프셋 오차가 존재한다. 실제의 아날로그 디지털 변환기에서의 아날로그 입력 신호 및 그에 대한 디지털 출력 간의 관계는 다음과 같다.However, as described above, the actual analog-to-digital converter has a gain error and an offset error. The relationship between the analog input signal and the digital output thereof in an actual analog to digital converter is as follows.

여기서, Y_a는 아날로그 디지털 변환기의 실제의 디지털 출력이고, m_a는 실제 게인이며, b는 오프셋 오차이다.Where Y _a is the actual digital output of the analog-to-digital converter, m _a is the actual gain, and b is the offset error.

따라서, 제1 및 제2 기준 전압에 대한 아날로그 디지털 변환기의 제1 및 제2 디지털 출력은 각각 다음과 같다.Accordingly, the first and second digital outputs of the analog-to-digital converter for the first and second reference voltages are as follows.

여기서, Y_a1는 제1 기준 전압에 대한 아날로그 디지털 변환기의 제1 디지털 출력이고, Y_a2는 제2 기준 전압에 대한 아날로그 디지털 변환기의 제2 디지털 출력이고, m_a는 아날로그 디지털 변환기의 게인이고, D₁는 제1 기준전압에 대한 아날로 그 디지털 변환기의 이상적인 디지털 출력이고, D₂는 제2 기준전압에 대한 아날로그 디지털 변환기의 이상적인 디지털 출력이고, b는 아날로그 디지털 변환기의 오프셋 오차이고, V₁은 제1 기준 전압이고, V₂는 제2 기준 전압이고, n은 아날로그 디지털 변환기의 분해능 비트 수이며, R은 아날로그 디지털 변환기의 처리가능한 아날로그 입력 신호의 범위 값이다.Where Y _a1 is the first digital output of the analog to digital converter for the first reference voltage, Y _a2 is the second digital output of the analog to digital converter for the second reference voltage, m _a is the gain of the analog to digital converter, D ₁ is the ideal digital output of the analog digital converter for the first reference voltage, D ₂ is the ideal digital output of the analog digital converter for the second reference voltage, b is the offset error of the analog digital converter, and V ₁ Is the first reference voltage, V ₂ is the second reference voltage, n is the number of resolution bits of the analog to digital converter, and R is the range value of the processable analog input signal of the analog to digital converter.

Y_a1, Y_a2, D₁, 및 D₂는 정해진 값이므로 [수학식 4]와 [수학식 5]를 연립하면, 아날로그 디지털 변환기의 게인인 m_a는 다음의 수학식으로 구할 수 있다.Since Y _a1 , Y _a2 , D ₁ , and D ₂ are fixed values, when [Equation 4] and [Equation 5] are combined, the gain m _a of the analog-to-digital converter can be obtained by the following equation.

[수학식 6]으로부터 구해진 아날로그 디지털 변환기의 게인(m_a)을 [수학식 4]나 [수학식 5]에 대입하여 풀면, 오프셋 오차(b)는 다음의 식처럼 구할 수 있다.When the gain m _a of the analog-to-digital converter obtained from Equation 6 is substituted into Equation 4 or Equation 5, the offset error b can be obtained as shown in the following equation.

연산부(140)는, 상기에서 설명한 것처럼, 제1 및 제2 기준 전압 값 및 검출된 제1 및 제2 디지털 출력 간의 관계에 기초하여 아날로그 디지털 변환기(120)의 게인 및 오프셋 오차를 연산한다. As described above, the calculator 140 calculates a gain and an offset error of the analog-to-digital converter 120 based on the relationship between the first and second reference voltage values and the detected first and second digital outputs.

여기서, 제1 및 제2 디지털 출력은 아날로그 디지털 변환기(120)로부터 제공 받고, 제1 및 제 2 기준 전압에 대한 정보는 외부로부터 제공받는다. 한편, 아날로그 입력 신호에 대한 이상적인 디지털 출력을 계산하기 위해서는 아날로그 디지털 변환기의 분해능 비트 수 및 아날로그 디지털 변환기의 처리가능한 아날로그 입력 신호의 범위 값 역시 필요하다. 이는 아날로그 디지털 변환기의 특성에 관계된 것으로서, 미리 연산부에 설정해 놓거나 외부로부터 제공받을 수 있다.Here, the first and second digital outputs are provided from the analog-to-digital converter 120, and information about the first and second reference voltages is provided from the outside. On the other hand, in order to calculate the ideal digital output for the analog input signal, the resolution bit number of the analog-to-digital converter and the range value of the analog input signal that can be processed are also required. This is related to the characteristics of the analog-to-digital converter, which may be set in advance or provided from the outside.

연산부(140)는, 상기 [수학식 6]에서처럼, 제1 및 제2 디지털 출력의 차분(Y_a1-Y_a2)과 제1 및 제2 기준 전압에 대한 이상적인 디지털 출력의 차분(D₁-D₂)의 비를 계산하여 아날로그 디지털 변환기의 게인(m_a)을 구할 수 있다. 또한, 연산부(140)는 제1 디지털 출력(Y_a1)으로부터 상기 연산된 아날로그 디지털 변환기의 게인(m_a)과 제1 기준 전압에 대한 아날로그 디지털 변환기의 이상적인 디지털 출력(D₁)의 곱을 차감함으로써, 아날로그 디지털 변환기(120)의 오프셋 오차(b)를 구할 수 있다. 이렇게 구해진 아날로그 디지털 변환기의 게인(m_a)과 오프셋 오차(b)는 후술할 오차 보정부(130)에 제공된다.The calculation unit 140, as shown in Equation 6, the difference (D ₁ -D) of the difference (Y _a1 -Y _a2 ) of the first and second digital output and the ideal digital output with respect to the first and second reference voltage The gain of the analog-to-digital converter (m _a ) can be obtained by calculating the ratio of ₂ ). Further, the operation unit 140 subtracts the product of the first digital output gain (m _a) and the ideal digital output of the analog-to-digital converter for a first reference voltage (D ₁₎ of the operation of the analog-to-digital converter from the (Y _a1) The offset error b of the analog-to-digital converter 120 may be obtained. The gain m _a and the offset error b of the analog-to-digital converter thus obtained are provided to the error correction unit 130 to be described later.

상기 [수학식 3]을 D에 대하여 정리하면 다음과 같다.Equation 3 is summarized as follows.

상기 [수학식 8]에서 볼 수 있는 것처럼, 아날로그 디지털 변환기의 실제 디 지털 출력(Y_a)에서 오프셋 오차(b)를 차감한 후, 그 결과에 아날로그 디지털 변환기의 게인의 역수(1/m_a)를 곱하면, 아날로그 입력 신호에 대한 이상적 디지털 출력과 동일해진다.As shown in Equation 8, the offset error b is subtracted from the actual digital output Y _a of the analog-to-digital converter, and the result is the inverse of the gain of the analog-to-digital converter (1 / m _a). Multiplying) equals the ideal digital output for the analog input signal.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 디지털 변환기의 오차 보정 장치에서 오차 보정부를 상세히 나타낸 블록도이다.3 is a block diagram illustrating an error correction unit in detail in an error correction apparatus of an analog-digital converter according to an embodiment of the present invention.

오차 보정부(130)는 연산된 게인(m_a) 및 오프셋 오차(b)를 기초로 아날로그 디지털 변환기(120)에서 생성된 모든 디지털 출력의 오차를 보정한다. 오차 보정부(130)는 오프셋 오차 보정부(132) 및 게인 오차 보정부(134)를 포함한다.The error corrector 130 corrects errors of all digital outputs generated by the analog-to-digital converter 120 based on the calculated gain m _a and the offset error b. The error correction unit 130 includes an offset error correction unit 132 and a gain error correction unit 134.

오프셋 오차 보정부(132)는 아날로그 디지털 변환기(120)의 모든 디지털 출력에서 상기 연산된 오프셋 오차(b)를 차감함으로써 아날로그 디지털 변환기(120)의 오프셋 오차를 보정한 디지털 출력을 생성한다. The offset error correction unit 132 generates the digital output correcting the offset error of the analog-to-digital converter 120 by subtracting the calculated offset error b from all the digital outputs of the analog-to-digital converter 120.

게인 오차 보정부(134)는 아날로그 디지털 변환기의 오프셋 오차가 보정된 디지털 출력에 상기 연산된 게인의 역수(1/m_a)를 곱함으로써 상기 아날로그 디지털 변환기의 게인 오차를 보정한 디지털 출력을 생성한다. The gain error correcting unit 134 generates a digital output correcting the gain error of the analog-to-digital converter by multiplying the calculated inverse (1 / m _a ) of the gain by the offset of the analog-to-digital converter. .

결국, 오차 보정부(130)에 의해 아날로그 디지털 변환기(120)의 오프셋 오차 및 게인 오차를 보정함으로써, 아날로그 입력 신호에 대하여 이상적인 디지털 출력에 가까운 디지털 출력을 얻을 수 있다.As a result, by correcting the offset error and the gain error of the analog-to-digital converter 120 by the error correction unit 130, it is possible to obtain a digital output close to the ideal digital output for the analog input signal.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 디지털 변환기의 오차 보정 장치는 저장부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 저장부는 연산부(140)에서 연산된 게인 및 오프셋 오차 등의 정보를 저장하고 이를 오차 보정부(130)에 제공해 준다.On the other hand, the error correction device of the analog-to-digital converter according to an embodiment of the present invention may further include a storage (not shown). The storage unit stores information such as a gain and an offset error calculated by the calculating unit 140 and provides the information to the error correcting unit 130.

본 발명에서, 제1 및 제2 기준 전압을 아날로그 디지털 변환기에 제공하고, 그에 대한 디지털 변환 값인 제1 및 제2 디지털 출력을 이용하여 아날로그 디지털 변환기의 게인 및 오프셋 오차를 연산하는 것은 본 발명에 따른 아날로그 디지털 변환기의 오차 보정 장치의 초기 동작 시 또는 게인 및 오프셋 오차의 재설정이 필요한 경우에만 수행되는 것이 바람직하다. 초기 동작 시 또는 게인 및 오프셋 오차의 재설정이 필요한 경우 외에는, 보정부(130)는 연산부(140)로부터 제공받은 이미 연산된 게인 및 오프셋 오차를 기초로 아날로그 디지털 변환기의 아날로그 입력 신호에 대한 디지털 출력의 오차를 보정하는 것이 바람직하다.In the present invention, providing the first and second reference voltages to the analog-to-digital converter, and calculating the gain and offset errors of the analog-to-digital converter using the first and second digital outputs, which are digital conversion values thereof, are in accordance with the present invention. It is preferably performed only at the time of initial operation of the error compensating device of the analog-to-digital converter or when a reset of the gain and offset errors is necessary. Except during the initial operation or when the gain and offset errors need to be reset, the correction unit 130 may be configured to determine the digital output of the analog input signal of the analog to digital converter based on the previously calculated gain and offset errors provided from the calculation unit 140. It is desirable to correct the error.

본 발명에서 연산부(140) 및 오차 보정부(130)는 디지털 회로로서 구현될 수 있다. 한편, DSP(digital signal processor, 100) 내에 포함되어 있는 아날로그 디지털 변환기를 이용하는 경우에는 연산부(140) 및 오차 보정부(130)는 상기 알고리즘을 수행하는 프로그램 모듈로 구현될 수 있다. 예를 들어, TI(Texas Instruments) 사의 DSP인 TMS320F2812 칩은 내부에 16 채널의 12 비트 분해능을 가지는 아날로그 디지털 변환기를 포함하고 있는데, 상기 MS320F2812 칩을 이용하는 경우 본 발명에 따른 연산부(140) 및 오차 보정부(130)는 상기 알고리즘을 수행하는 프로그램 모듈로서 구현될 수 있다.In the present invention, the operation unit 140 and the error correction unit 130 may be implemented as a digital circuit. On the other hand, when using an analog to digital converter included in the digital signal processor (DSP) 100, the operation unit 140 and the error correction unit 130 may be implemented as a program module for performing the algorithm. For example, the TMS320F2812 chip, which is a DSP of Texas Instruments, Inc., includes an analog-to-digital converter having 12-bit resolution of 16 channels therein. When the MS320F2812 chip is used, the operation unit 140 and the error compensation according to the present invention are used. The government 130 can be implemented as a program module that performs the algorithm.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 아날로그 디지털 변환기의 오차 보정 방법을 나타낸 흐름도이다. 4 is a flowchart illustrating an error correction method of an analog-digital converter according to another embodiment of the present invention.

기준 전압 생성부는 제1 기준 전압 및 제2 기준 전압을 생성하여(410) 아날로그 디지털 변환기(analog digital converter, "ADC")에 제1 기준 전압 및 제2 기준 전압을 제공한다(420). 제1 및 제2 기준 전압은 아날로그 디지털 변환기의 게인 오차 및 오프셋 오차를 연산하는데 이용된다.The reference voltage generator generates a first reference voltage and a second reference voltage (410) and provides a first reference voltage and a second reference voltage (420) to an analog digital converter (“ADC”). The first and second reference voltages are used to calculate the gain error and offset error of the analog to digital converter.

아날로그 디지털 변환기는 입력받은 제1 기준 전압 및 제2 기준 전압을 디지털 형태로 변환하여 제1 디지털 출력 및 제2 디지털 출력을 생성한다. The analog-to-digital converter converts the received first reference voltage and the second reference voltage into a digital form to generate a first digital output and a second digital output.

연산부는 아날로그 디지털 변환기에서 출력되는 제1 디지털 출력 및 제2 디지털 출력을 검출한다(430).The calculator detects the first digital output and the second digital output output from the analog-digital converter (430).

연산부는 검출된 제1 디지털 출력 및 제2 디지털 출력을 이용하여 아날로그 디지털 변환기의 게인과 오프셋 오차를 연산한다(440). The calculator calculates a gain and an offset error of the analog-to-digital converter using the detected first digital output and the second digital output (440).

연산부는 상기에서 설명한 것처럼 제1 및 제2 디지털 출력의 차분과 제1 및 제2 기준 전압에 대한 이상적인 디지털 출력의 차분의 비로부터 아날로그 디지털 변환기의 실제 게인을 연산할 수 있다. The calculating unit may calculate the actual gain of the analog-to-digital converter from the ratio of the difference between the first and second digital outputs and the difference between the ideal digital outputs with respect to the first and second reference voltages as described above.

또한, 연산부는 제1 디지털 출력으로부터 상기 연산된 아날로그 디지털 변환기의 게인과 제1 기준 전압에 대한 이상적인 디지털 출력의 곱을 차감하여 오프셋 오차를 연산할 수 있다.In addition, the operation unit may calculate an offset error by subtracting a product of the calculated gain of the analog-to-digital converter from the first digital output and the ideal digital output to the first reference voltage.

오차 보정부는 연산부에서 연산된 오프셋 오차와 게인을 기초로 아날로그 디지털 변환기의 아날로그 입력 신호에 대한 디지털 출력의 오차를 보정한다.The error corrector corrects the error of the digital output with respect to the analog input signal of the analog-to-digital converter based on the offset error and the gain calculated by the calculator.

오차 보정부의 오프셋 오차 보정부는 아날로그 입력 신호에 대한 아날로그 디지털 변환기의 디지털 출력으로부터 연산된 오프셋 오차를 차감함으로써 아날로 그 디지털 변환부의 오프셋 오차를 보정한다(450).The offset error correcting unit corrects the offset error of the analog digital converting unit by subtracting the offset error calculated from the digital output of the analog to digital converter with respect to the analog input signal (450).

오차 보정부의 게인 오차 보정부는 연산된 오프셋 오차만큼 차감된 디지털 출력에 연산된 게인의 역수를 곱함으로써 아날로그 디지털 변환기의 게인 오차를 보정한다(460).The gain error correction unit corrects the gain error of the analog-to-digital converter by multiplying the calculated gain by the inverse of the calculated gain by the calculated offset error (460).

5는 본 발명의 실시예에 따라 아날로그 디지털 변환기의 게인 오차 및 오프셋 오차가 보정되는 과정을 예시한 그래프이다. 5 is a graph illustrating a process of correcting the gain error and the offset error of the analog-to-digital converter according to an embodiment of the present invention.

도 5에서 가로축은 아날로그 입력 신호이며, 세로축은 아날로그 입력 신호가 아날로그 디지털 변환기에 의해 디지털 형태로 변환된 디지털 출력이다. 여기에서, 아날로그 디지털 변환기의 아날로그 입력 신호 값의 범위는 0 ~ 3.0 V 이고, 아날로그 디지털 변환기의 분해능(resolution)은 12 비트(bit)로서 0 ~ 4095 까지의 디지털 값을 가진다. 물론, 아날로그 디지털 변환기의 분해능 및 아날로그 입력 신호의 범위 값은 아날로그 디지털 변환기의 특성에 따라 변경될 수 있다.In FIG. 5, the horizontal axis is an analog input signal, and the vertical axis is a digital output in which the analog input signal is converted into a digital form by an analog-to-digital converter. Here, the range of the analog input signal value of the analog-to-digital converter is 0 ~ 3.0V, the resolution of the analog-to-digital converter is 12 bits (bit) has a digital value from 0 to 4095. Of course, the resolution of the analog-to-digital converter and the range value of the analog input signal may be changed according to the characteristics of the analog-to-digital converter.

그래프(210)는 게인 오차 및 오프셋 오차를 가지는 아날로그 디지털 변환기에서의 아날로그 입력 신호에 대한 디지털 출력과의 관계를 나타내고, 그래프(200)는 이상적인 아날로그 디지털 변환기에서의 아날로그 입력 신호에 대한 디지털 출력과의 관계를 나타낸다. Graph 210 shows the relationship with the digital output for the analog input signal in the analog-to-digital converter with gain error and offset error, and graph 200 shows the relationship with the digital output for the analog input signal in the ideal analog-to-digital converter. Represents a relationship.

게인 오차 및 오프셋 오차를 가지는 아날로그 디지털 변환기의 디지털 출력(210)에서 오프셋 오차를 보정하고(212), 오프셋 오차가 보정된 디지털 출력(216)에 게인의 역수를 곱함으로써(216), 이상적인 아날로그 디지털 변환기에서의 디지털 출력(200)과 거의 동일한 디지털 출력을 얻을 수 있다.By correcting the offset error at the digital output 210 of the analog-to-digital converter having a gain error and an offset error (212) and multiplying the digital output 216 with the offset error corrected by the inverse of the gain (216), the ideal analog-digital A digital output that is nearly identical to the digital output 200 in the converter can be obtained.

본 발명에 따른 방법은 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터에 의해 읽혀지는 데이터가 저장되는 모든 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷 통한 전송) 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.The method according to the invention can also be embodied in computer readable code on a computer readable recording medium. The computer-readable recording medium includes all the recording devices in which data read by the computer is stored. Examples of computer-readable recording media include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, optical data storage, and the like, and also include a carrier wave (for example, transmission over the Internet). The computer readable recording medium can also be distributed over network coupled computer systems so that the computer readable code is stored and executed in a distributed fashion.

이상에서 실시예를 통해 설명한 본 발명의 기술적 범위는 상기 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 발명의 범위에 속한다 해야 할 것이다.The technical scope of the present invention described above through the embodiments is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and changes may be made without departing from the spirit and scope of the present invention. It is evident to those who have knowledge. Therefore, such modifications or variations will have to be belong to the scope of the invention described in the claims of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 디지털 변환기의 오차 보정 장치를 나타낸 블록도.1 is a block diagram showing an error correction apparatus of an analog-to-digital converter according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 디지털 변환기의 오차 보정 장치에서 기준 전압 생성부를 상세히 나타낸 도면.2 is a view showing in detail the reference voltage generator in the error correction device of the analog-to-digital converter according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 디지털 변환기의 오차 보정 장치에서 오차 보정부를 상세히 나타낸 블록도.Figure 3 is a block diagram showing in detail the error correction unit in the error correction device of the analog-to-digital converter according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 아날로그 디지털 변환기의 오차 보정 방법을 나타낸 흐름도.4 is a flowchart illustrating an error correction method of an analog-digital converter according to another embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 실시예에 따라 아날로그 디지털 변환기의 게인 오차 및 오프셋 오차가 보정되는 과정을 예시한 그래프.5 is a graph illustrating a process of correcting a gain error and an offset error of an analog-to-digital converter according to an embodiment of the present invention.

Claims

A method of correcting an error of an analog to digital converter that converts an analog input signal into a digital output,

(a) generating a first reference voltage and a second reference voltage for error correction of the analog to digital converter and providing the same to the analog to digital converter;

(b) detecting the first digital output and the second digital output by converting the first and second reference voltages into digital form by the analog to digital converter;

(c) calculating gain of the analog to digital converter from the first and second digital outputs;

(d) calculating an offset error of the analog-to-digital converter from the first digital output and the calculated gain; And

and (e) correcting an error of a digital output with respect to an analog input signal of the analog-to-digital converter based on the calculated gain and the calculated offset error.

The method of claim 1, wherein step (c)

And calculating the gain from a ratio of the difference between the first and second digital outputs and the difference between an ideal digital output with respect to the first and second reference voltages.

The method of claim 1, wherein step (d)

And calculating the offset error by subtracting the product of the calculated gain from the first digital output and an ideal digital output with respect to the first reference voltage.

The method according to any one of claims 1 to 3, wherein step (e)

(e1) subtracting the calculated offset error from the digital output of the analog to digital converter for an analog input signal; And

(e2) multiplying the digital output subtracted by the calculated offset error by the inverse of the calculated gain.

An apparatus for correcting an error of an analog to digital converter for converting an analog input signal into a digital output,

A reference voltage generator configured to generate a first reference voltage and a second reference voltage for error correction of the analog-digital converter;

An analog to digital converter converting an analog input signal into a digital output and receiving the generated first and second reference voltages to generate a first digital output and a second digital output;

A calculator configured to detect the first and second digital outputs and calculate gain and offset errors of the analog to digital converter; And

And an error correction unit for correcting an error of a digital output generated by the analog-to-digital converter based on the calculated gain and offset error.

The apparatus of claim 5, wherein the calculator calculates a gain and an offset error of the analog-to-digital converter based on the relationship between the first and second reference voltage values and the detected first and second digital outputs.

The gain is obtained from the ratio of the difference between the first and second digital outputs and the difference between an ideal digital output with respect to the first and second reference voltages,

And the offset error is obtained by subtracting a product of the calculated gain from the first digital output and an ideal digital output with respect to the first reference voltage.

The method of claim 5, wherein the error correction unit

An offset error correction unit for generating a digital output correcting the offset error by subtracting the calculated gain from the digital output of the analog to digital converter; And

And a gain error correcting unit to generate a digital output correcting the gain error of the analog-to-digital converter by multiplying the calculated digital output by the offset error to the inverse of the calculated gain. .

The method of claim 5, wherein the analog to digital converter is

An input channel for receiving a plurality of analog input signals and

And an output channel for outputting digital information in which the plurality of analog input signals are converted into digital forms, respectively.