專(zhuān)利名稱(chēng)：用于a/d轉(zhuǎn)換器的校準(zhǔn)電路和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電路，所述電路包括模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和操作這種電路的 方法。
背景技術(shù)：
校準(zhǔn)是模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的重要方面。由于諸如制造擴(kuò)展、溫度影響和老 化等因素，這種電路模擬側(cè)的電路參數(shù)會(huì)改變。以不同的參數(shù)值，針對(duì)相 同的模擬信號(hào)會(huì)產(chǎn)生不同的數(shù)字轉(zhuǎn)換結(jié)果。在sigma delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器中可 以觀察到參數(shù)值變化的影響的示例。在這種電路中，參數(shù)變化導(dǎo)致頻譜上 量化噪聲分布的變化。
這種針對(duì)校準(zhǔn)的需要在MASH (多階噪聲整形)sigma delta轉(zhuǎn)換器中 尤其顯著，所述MASH sigma delta轉(zhuǎn)換器的操作依靠多個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器電路 的模擬電路參數(shù)之間存在的確定關(guān)系。為了減少對(duì)這種關(guān)系的依賴(lài)， MASH sigma delta轉(zhuǎn)換器一般提供某種形式的電路內(nèi)校準(zhǔn)，其中調(diào)整特定 數(shù)字信號(hào)處理參數(shù)，這影響了所轉(zhuǎn)換信號(hào)的數(shù)字后處理，以解釋不同的模 數(shù)轉(zhuǎn)換電路的所觀察的行為。
一種形式的校準(zhǔn)實(shí)施方式涉及對(duì)數(shù)字轉(zhuǎn)換電路施加預(yù)定測(cè)試信號(hào)，以 及選擇數(shù)字電路以確保在數(shù)字信號(hào)處理之后對(duì)測(cè)試信號(hào)的響應(yīng)與所需的 信號(hào)相對(duì)應(yīng)。US專(zhuān)利號(hào)6,873,281和6,873,281公開(kāi)了這種電路。然而， 產(chǎn)生和施加測(cè)試信號(hào)的需求使這種電路的設(shè)計(jì)復(fù)雜化，并增加了成本。
另一個(gè)不需要預(yù)定測(cè)試信號(hào)的校準(zhǔn)包括具有必須進(jìn)行校準(zhǔn)的模數(shù)電 路的高精度附加模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。這在例如A. Larsson以及S.Sonskusale,xxx 所著的名為"A background calibration scheme for pipelined ADC including non-linear operational amplifier gain and reference error correction"的文章中 進(jìn)行了公開(kāi)。在這種情況下，可以使用針對(duì)來(lái)自兩個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的相同 模擬信號(hào)的測(cè)量的比較來(lái)選擇數(shù)字電路參數(shù)。然而，附加高精確模數(shù)轉(zhuǎn)換電路增加了電路成本。此外，電路必須臨時(shí)停止處理正常的信號(hào)以施加測(cè) 試信號(hào)。
在另一實(shí)施例中，在校準(zhǔn)期間，通過(guò)提供附加模數(shù)轉(zhuǎn)換電路以保持電 路的可操作性，這臨時(shí)取代了施加測(cè)試信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。這種方法在
IEEE transactions on circuits and systems II: Analog and digital signal processing Vol. 47, No 7 2000年7月(621-628頁(yè))中Gert Cauwenberghs and Gabor C. Temes所著的"Adaptive Digital Correction of Analog Errors in MASH ADC，s-Part I: Off-line and Blind On-line Calibration"中進(jìn)行了描述。 然而，需要產(chǎn)生和施加測(cè)試信號(hào)仍然使這種電路的設(shè)計(jì)復(fù)雜化，并增加它 們的成本。
另一種解決方案是利用噪聲信號(hào)來(lái)執(zhí)行校準(zhǔn)。這在出版在IEEEJoumal of Solid-state circuits Vol. 39， No 12， 2004年12月，2152-2160頁(yè)的Lucien J. Breems, Robert Rutten禾卩Gunnar Wetzker所著的"A cascaded continuous time Sigma Delta Modulator with 67dB dynamic range in 10 Mhz bandwidth"
中進(jìn)行了描述。
Breems等描述了具有第一和第二 sigma delta級(jí)的sigma delta模數(shù)轉(zhuǎn) 換器。第一級(jí)執(zhí)行輸入信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換，以及第二級(jí)執(zhí)行代表第一級(jí)量化 誤差的模擬信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換。根據(jù)第二級(jí)的數(shù)字輸出信號(hào)得到與第一級(jí)的 數(shù)字輸出信號(hào)相加的校正信號(hào)。通過(guò)將數(shù)字濾波操作應(yīng)用到第二級(jí)的數(shù)字 輸出信號(hào)獲取該校正信號(hào)。
選擇數(shù)字濾波操作的參數(shù)，從而在來(lái)自第一級(jí)的信號(hào)和校正信號(hào)的所 產(chǎn)生的和中，使相關(guān)頻帶中的量化噪聲最小化。最小化噪聲的參數(shù)集合依 據(jù)兩個(gè)級(jí)的模擬電路參數(shù)。使用校準(zhǔn)測(cè)量選擇該參數(shù)集合，其中sigma delta 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的整體輸入被短路。這在輸出時(shí)產(chǎn)生數(shù)字噪聲信號(hào)。選擇數(shù)字 濾波參數(shù)以在預(yù)定相關(guān)頻帶中使該噪聲信號(hào)的功率最小化。
該電路的一個(gè)問(wèn)題是它花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間來(lái)選擇數(shù)字濾波的參數(shù)。如果使 用短時(shí)間隔來(lái)測(cè)量噪聲功率，則所產(chǎn)生的功率測(cè)量受噪聲影響，這使數(shù)字 濾波器的參數(shù)接近最佳值十分困難?？梢酝ㄟ^(guò)更長(zhǎng)的時(shí)間間隔對(duì)功率求平 均來(lái)減少功率測(cè)量中的噪聲，但這增加校準(zhǔn)所需要的時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容
尤其，本發(fā)明的目的是提供實(shí)現(xiàn)形式校準(zhǔn)(form calibration)的模數(shù) 轉(zhuǎn)換電路，其中，使用噪聲用于選擇電路參數(shù)，以及需要更少的時(shí)間來(lái)選 擇電路參數(shù)。
提供了根據(jù)權(quán)利要求l的電路。這里，通過(guò)對(duì)于公共信號(hào)應(yīng)用將利 用相互不同的具有至少一個(gè)濾波系數(shù)的集合進(jìn)行編程的第一和第二噪聲 消除濾波器，以及計(jì)算通過(guò)使用第一和第二噪聲消除濾波器、應(yīng)用噪聲消 除而獲得的信號(hào)的方差之差(或更一般地，所獲得的信號(hào)的平均(例如求 和)大小(例如絕對(duì)值或平方)之差)來(lái)執(zhí)行校準(zhǔn)。這里所使用的術(shù)語(yǔ)"平 均大小之差"包括通過(guò)對(duì)大小之差求平均(例如求和)所計(jì)算得到的數(shù)字、 以及通過(guò)減去大小的平均所獲得的數(shù)字。依據(jù)平均大小之差選擇針對(duì)正常 操作的具有至少一個(gè)濾波系數(shù)的集合。
值之差表明方差中的梯度。當(dāng)值之差是零、或接近零時(shí)，發(fā)現(xiàn)具有至 少一個(gè)系數(shù)的最優(yōu)集合。優(yōu)選地，使用值之差執(zhí)行連續(xù)的搜索循環(huán)。通過(guò) 針對(duì)相同信號(hào)并行使用具有不同系數(shù)的多個(gè)噪聲消除濾波器，不需要使用 長(zhǎng)期的求平均時(shí)段來(lái)消除信號(hào)對(duì)于示值的平均之差的影響。
在一個(gè)實(shí)施例中，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路包括sigmadelta轉(zhuǎn)換器，并且使用第 一噪聲消除濾波器，根據(jù)根據(jù)sigma delta轉(zhuǎn)換器的數(shù)字化量化誤差獲取 sigma delta轉(zhuǎn)換結(jié)果的校正。
在一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種正交調(diào)制電路，其中將一個(gè)正交分支的 噪聲消除濾波器臨時(shí)應(yīng)用到來(lái)自與另一個(gè)分支的信號(hào)，以選擇該分支的濾 波系數(shù)，其中正交分支的噪聲消除濾波器與另一分支的噪聲消除濾波器并 行。因而，不需要另外的噪聲消除濾波器，確定平均大小之差。


結(jié)合附圖，根據(jù)示例性實(shí)施例的描述，本發(fā)明的這些和其它目的和優(yōu) 點(diǎn)將變得顯而易見(jiàn)。
圖l示出了模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。
圖2示出了校準(zhǔn)配置。
圖3示出了正交信號(hào)處理電路。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，包括第一 sigma delta轉(zhuǎn)換器10、第二sigma delta轉(zhuǎn)換器12、耦合電路14、噪聲消除濾波器16以及輸出電路18。該 電路具有與第一 sigma delta轉(zhuǎn)換器IO耦合的模擬輸入11，以及通過(guò)輸出 電路18與第一 sigma delta轉(zhuǎn)換器10耦合的數(shù)字輸出17。數(shù)字輸出17可 以與處理所產(chǎn)生的信號(hào)的另一電路(未示出)耦合。第一 sigma delta轉(zhuǎn)換 器10通過(guò)耦合電路14與第二 sigma delta轉(zhuǎn)換器12的輸入耦合。第二 sigma delta轉(zhuǎn)換器12的輸出通過(guò)噪聲消除濾波器16與輸出電路18的校正輸入
稱(chēng)合o
第一 sigma delta轉(zhuǎn)換器10包括減法器100、循環(huán)濾波器102、采樣電 路104以及量化器106的一系列裝置。此夕卜，sigma delta轉(zhuǎn)換器10包括從 量化器106的輸出耦合至減法器100的減法輸入的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路108?？?以理解，第一 sigma delta轉(zhuǎn)換器10的所示組件主要表示sigma delta轉(zhuǎn)換 器執(zhí)行的功能的功能性說(shuō)明。在實(shí)踐中，子電路可以實(shí)現(xiàn)這些功能的組合。 在一個(gè)實(shí)施例中，量化器106是單比特量化器，所述量化器只是將它的輸 入信號(hào)與參考電平比較。在另一個(gè)實(shí)施例中，量化器106可以是具有多比 特輸出的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，用于執(zhí)行從模擬信號(hào)到多比特?cái)?shù)字的轉(zhuǎn)換。相對(duì) 應(yīng)地，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路108可以僅是具有二進(jìn)制輸出的電路，或具有多比特 數(shù)字輸入的電路，用于執(zhí)行從多比特?cái)?shù)字到相對(duì)應(yīng)的模擬電平的轉(zhuǎn)換。
第一 sigma delta轉(zhuǎn)換器10的操作是傳統(tǒng)的減法器100形成來(lái)自模 擬輸入11的輸入信號(hào)與根據(jù)來(lái)自量化器106的先前產(chǎn)生的數(shù)字而形成的 模擬信號(hào)之間的模擬差信號(hào)。循環(huán)濾波器102對(duì)由此產(chǎn)生的差信號(hào)進(jìn)行濾 波。采樣電路104在采樣時(shí)鐘信號(hào)的控制下對(duì)濾波后的信號(hào)進(jìn)行采樣。量 化器106將采樣后的信號(hào)轉(zhuǎn)換為下一個(gè)數(shù)位。眾所周知，通過(guò)循環(huán)濾波器 102將由于量化器106的低分辨率精度而導(dǎo)致的量化噪聲整形至與進(jìn)一步 處理不相關(guān)的頻帶。
輸出電路18包含延遲電路180、加法器182以及抽取單元184的一系 列裝置。延遲電路180用于補(bǔ)償噪聲消除濾波器16造成的時(shí)延。加法器 182將校正與來(lái)自第一 sigma delta轉(zhuǎn)換器10的數(shù)字相加，以及對(duì)所校正的結(jié)果進(jìn)行濾波并進(jìn)行二次采樣，以在數(shù)字輸出17處形成數(shù)字輸出信號(hào)。
耦合電路14包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器140和減法器142。數(shù)模轉(zhuǎn)換器140具有 與量化器106的輸出相耦合的輸入。減法器142具有與采樣電路104的輸 入和數(shù)模轉(zhuǎn)換器140的輸出相耦合的輸入。因而，減法器142產(chǎn)生表示由 采樣電路104、量化器106和數(shù)模轉(zhuǎn)換器140所產(chǎn)生的誤差的模擬差信號(hào)。 第二 sigma delta轉(zhuǎn)換器12與第一 sigma delta轉(zhuǎn)換器類(lèi)似，具有減法 器120、循環(huán)濾波器122、采樣電路124、量化器126以及數(shù)模轉(zhuǎn)換電足各 128。第二 sigma delta轉(zhuǎn)換器12的輸入與耦合電路14的減法器142的輸 出相耦合，以及第二 sigma delta轉(zhuǎn)換器12的輸出與噪聲消除濾波器16的 輸入相耦合。
噪聲消除濾波器16被設(shè)計(jì)用于產(chǎn)生用來(lái)校正第一 sigma delta轉(zhuǎn)換器 IO產(chǎn)生的誤差的輸出信號(hào)。
誤差如下所示。由于在量化器106輸出處的量化誤差Ql(s)，所以通 過(guò)來(lái)自第一 sigma delta轉(zhuǎn)換器10的輸入信號(hào)X(s)的貢獻(xiàn)(contribution) X(s) Ul(s)加上量化噪聲來(lái)確定第一 sigma delta轉(zhuǎn)換器10的輸出信號(hào) Yl(s)。在第一 sigma delta轉(zhuǎn)換器12的輸出信號(hào)Yl(s)中的量化噪聲可以 表示為
Ql(S)(l-Ul(S))
這里Ul(s)是第一 sigma delta轉(zhuǎn)換器10的傳遞函數(shù)，可以根據(jù) Ul(s)=Ll(s)/(l+Ll(s))，以循環(huán)濾波器102的傳遞函數(shù)Ll(s)來(lái)表示。
類(lèi)似關(guān)系式適用第一 sigma delta轉(zhuǎn)換器12的第二的輸出信號(hào)Y2(s)， (其中量化誤差Ql(s)取代輸入信號(hào)X(s)作為輸入信號(hào))，以及傳遞函數(shù) L2(s)和U2(s)。
噪聲消除濾波器16的輸出信號(hào)是H(z)*Y2(z)。這里是噪聲消除濾、波 器16的傳遞函數(shù)，以及使用復(fù)數(shù)"z"而不是頻率"s"來(lái)表示噪聲消除、濾 波器16的信號(hào)處理的離散性質(zhì)。針對(duì)基帶頻率，抽取濾波器184是透明 的，并且結(jié)果輸出電路18針對(duì)基帶頻率產(chǎn)生輸出信號(hào)
Yl(z)+H(z)*Y2(z)。
在適當(dāng)選擇傳遞函數(shù)H(z)的情況下，可以使第一 sigma delta轉(zhuǎn)換器 10的輸出信號(hào)Y1中的量化噪聲最小化。原則上，這需要H(z)=-(1-Ul(z))/U2(z)。
當(dāng)循環(huán)傳遞函數(shù)Ll(z),L2(z)是多項(xiàng)式Nl(s)、 N2(s)、 Dl(s)以及D2(s) 的比Nl(s)/Dl(s)和N2(s)/D2(s)時(shí)，這等于
H(z)= -Dl(z)*(D2(z)+N2(z))/ N2(z)*(Dl(z)+Nl(z))，
或者，如果可以假定(Dl(z)+Nl(z》等于(D2(z)+N2(z))，貝U
H(z)= -Dl(z)/N2(z)。
在這種情況下，使用具有與Dl(z)相對(duì)應(yīng)的系數(shù)的FIR濾波器以及具 有與N2(z灘對(duì)應(yīng)的系數(shù)的遞歸IIR濾波器，可以實(shí)現(xiàn)噪聲消除濾波器16。 如果上述假設(shè)無(wú)效，則理想地需要具有更多系數(shù)的濾波器。
應(yīng)該注意，噪聲消除濾波器16的最佳濾波器系數(shù)取決于模擬循環(huán)濾 波器102、 122的參數(shù)。這出現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題。不能制造模擬循環(huán)濾波器，從 而這些參數(shù)預(yù)定具有有著無(wú)限精度的值。盡管可以設(shè)計(jì)電路實(shí)現(xiàn)平均特定 參數(shù)值，但是具體電路中的實(shí)際值會(huì)偏離平均數(shù)。因此，期望提供校準(zhǔn)電 路。
圖2示出了具有校準(zhǔn)電路的電路。該電路包含如圖1中所有的元件， 還具有控制電路20、輸入開(kāi)關(guān)22、另一噪聲消除濾波器26以及另一輸出 電路28。輸入開(kāi)關(guān)22在輸入11前耦合。另一輸出電路28接收來(lái)自第一 sigma delta轉(zhuǎn)換器10的數(shù)字輸出的輸入，以及來(lái)自第二 sigma delta轉(zhuǎn)換 器12的校正信號(hào)，后者通過(guò)另一噪聲消除濾波器26?？刂齐娐?0具有與 輸出電路28和另一輸出電路18的輸出耦合的輸入、以及具有與開(kāi)關(guān)22、 噪聲消除濾波器16和另一噪聲消除濾波器26的控制輸入耦合的輸出。
控制電路20用于調(diào)整噪聲消除濾波器16的濾波器參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)最 佳的噪聲消除。可以將控制電路20切換至正常操作模式，以及切換至校 準(zhǔn)模式。在正常操作模式中，控制電路20切換輸入開(kāi)關(guān)22，以允許輸入 信號(hào)傳遞至模擬輸入ll。在校準(zhǔn)模式中，控制電路20將電路切換至校準(zhǔn) 狀態(tài)，其中輸入開(kāi)關(guān)22使第一sigma delta轉(zhuǎn)換器12的輸入11短路。這 具有如下效果電路會(huì)空閑，產(chǎn)生表示零模擬輸入以及量化和熱噪聲的信 號(hào)。
在校準(zhǔn)模式中，控制電路20將噪聲消除濾波器16和另一噪聲消除、濾 波器26的濾波器系數(shù)設(shè)置至相應(yīng)的系數(shù)集合。控制電路20在集合之間引進(jìn)微小差異(即使輸入信號(hào)相同)，以及相同的轉(zhuǎn)換信號(hào)Y2(z)用作噪聲消 除濾波器16、 26的輸入。因而，將會(huì)從來(lái)自第二 sigma delta轉(zhuǎn)換器12的 輸出信號(hào)的濾波中產(chǎn)生細(xì)微不同的校正信號(hào)。接下來(lái)，控制電路20輸入 根據(jù)相同信號(hào)Y2(z)、使用細(xì)微不同的濾波器設(shè)置獲得的來(lái)自輸出電路18 和另一輸出電路28的輸出信號(hào)?？刂齐娐?0計(jì)算這些結(jié)果的平方，以及 對(duì)每個(gè)輸出電路18、 28的這些平方求和。最后得到的和表示兩個(gè)信號(hào)的 方差(variance),將這些方差進(jìn)行互相比較?？蛇x地，控制電路20從不 同的輸出電路18、 28中減去這些平方并將這些差相加。這針對(duì)總和需要 更少的比特。選擇用于總和的采樣數(shù)足夠大，從而針對(duì)隨機(jī)可能的輸入信 號(hào)在方差之差中的所預(yù)測(cè)的誤差(正)在下面要提到的閾值之下。應(yīng)該注 意，求和是平均的一種形式(在嚴(yán)格的意義上，求和可以包含針對(duì)總和中 項(xiàng)的數(shù)量使總和歸一化，但用在這里，平均也指在沒(méi)有這種歸一化的情況 下的求和)。
當(dāng)濾波器系數(shù)在噪聲消除濾波器16的最佳值左右時(shí)，方差之差會(huì)是 零、或接近零，所以最佳值將是兩個(gè)濾波器系數(shù)值的平均。當(dāng)濾波器系數(shù) 與最佳值之間有一定距離時(shí)，系數(shù)的集合之間相同的差將導(dǎo)致輸出信號(hào)方 差之間更大的差。
因此，控制電路20方差之差的大小與閾值進(jìn)行比較。當(dāng)系數(shù)集合足 夠接近最佳集合時(shí)，在會(huì)產(chǎn)生系數(shù)集合之間的給定差的方差之間的預(yù)測(cè)差 之上選擇閾值。當(dāng)系數(shù)集合不足夠接近最佳集合時(shí)，在產(chǎn)生系數(shù)集合之間 的給定差的方差之間的預(yù)測(cè)差之下選擇閾值。如果方差之間的差的大小小 于閾值或等于閾值，則控制電路返回正常模式。在校準(zhǔn)期間噪聲消除濾波 器16的濾波器系數(shù)可以從最后一個(gè)值保持不變，但是在一個(gè)實(shí)施例中， 當(dāng)切換至正常模式時(shí)，控制電路20將噪聲消除濾波器16的濾波器系數(shù)設(shè) 置為最后兩個(gè)集合的系數(shù)的平均數(shù)，以進(jìn)一步優(yōu)化噪聲消除。
如果方差之差大于閾值，則控制電路20針對(duì)噪聲消除濾波器16、 26 選擇一對(duì)新的幾乎相等的系數(shù)的集合，并重復(fù)先前的步驟。閾值的使用只 是終止針對(duì)系數(shù)值的搜索的方法的一個(gè)可能的實(shí)施例。在可選實(shí)施例中， 以預(yù)定次數(shù)簡(jiǎn)單重復(fù)步驟。設(shè)置該預(yù)定數(shù)大于達(dá)到閾值所需重復(fù)的平均 數(shù)。通過(guò)嘗試增加的次數(shù)直到在許多測(cè)試中發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生低于閾值的差的次數(shù)，可以容易地發(fā)現(xiàn)適合的預(yù)定數(shù)字。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)重復(fù)所需次數(shù)沒(méi)有很大z變 化。在預(yù)定次數(shù)的重復(fù)結(jié)束時(shí)，選擇來(lái)自步驟最后或倒數(shù)第二的重復(fù)的最 后或倒數(shù)第二的系數(shù)的集合，以作它用。在實(shí)踐中，當(dāng)搜索在預(yù)定數(shù)量的 循環(huán)中匯合時(shí)，這些系數(shù)集合與來(lái)自早期重復(fù)的系數(shù)集合是相同的。
控制電路20可以使用用于選擇噪聲消除濾波器16、 26的新的系數(shù)集 合的各種方法中的任何一個(gè)。例如，可以通過(guò)最小化質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的梯度，使 用從估計(jì)最佳模型參數(shù)領(lǐng)域獲知的技術(shù)，因?yàn)榭梢允褂盟阉魇褂盟?jì)算梯 度的函數(shù)的最大或最小值的另一示例己知方法，其中方差之差是梯度的一 部分。在簡(jiǎn)單的實(shí)施例中，再用產(chǎn)生最低方差的系數(shù)集合，以及以與產(chǎn)生 最高方差的系數(shù)集合相比的相反方式，產(chǎn)生不同于再用集合的另一個(gè)集 合。在另一個(gè)實(shí)施例中，使用兩個(gè)方差來(lái)預(yù)測(cè)系數(shù)集合和方差之差之間的 線性關(guān)系，以及使用使該線性產(chǎn)生零方差的系數(shù)集合的周?chē)男碌南禂?shù)集 合。
在一個(gè)實(shí)施例中，噪聲消除濾波器16、 26僅具有一個(gè)獨(dú)立可變系數(shù) (或多個(gè)系數(shù)，所述系數(shù)的值取決于單個(gè)控制值)，在方差之差降到閾《直 之下前，或可選地，在選擇系數(shù)集合的重復(fù)的預(yù)定次數(shù)之后，每次可以通 過(guò)針對(duì)獨(dú)立系數(shù)(或控制參數(shù))選擇新值來(lái)選擇每對(duì)新的系數(shù)集合。在該 實(shí)施例中，在噪聲消除濾波器16、 26中系數(shù)集合之差與獨(dú)立系數(shù)(或控 制參數(shù))的值之差相對(duì)應(yīng)。
在另一個(gè)實(shí)施例中，噪聲消除濾波器16、 26具有多個(gè)獨(dú)立可變系數(shù)。 在該實(shí)施例中，控制電路20優(yōu)選地連續(xù)使用噪聲消除濾波器16， 26中系 數(shù)集合之間的不同差矢量，從而計(jì)算方差間連續(xù)的差。在該實(shí)施例中，控 制電路20優(yōu)選地順著連續(xù)不同的矢量改變差集合，直到方差之差下降到 閾值之下，或直到執(zhí)行預(yù)定數(shù)量的更新。例如，可以使用來(lái)自模型參數(shù)估 計(jì)理論的技術(shù)來(lái)選擇連續(xù)矢量，或可以使用用于搜索多個(gè)自變量的函數(shù)的 最大最小值的基于已知梯度的搜索技術(shù)來(lái)選擇連續(xù)矢量。
盡管己示出其中使用方差(平方和)作為確定是否已經(jīng)獲得最佳系數(shù) 集合的方法的示例，但是可以理解，可選地可以使用其它方法，例如來(lái)自 輸出電路18、 28的輸出信號(hào)絕對(duì)值的和之差，輸出信號(hào)更高功率，或諸 如隨著輸出信號(hào)增加的絕對(duì)值而增加并針對(duì)更大值而飽和的飽和函數(shù)的輸出的其它函數(shù)。
可以理解，因?yàn)樵谠肼曄秊V波器16、 26和輸出電路18、 28中同時(shí) 使用相同的信號(hào)，所以所描述的技術(shù)不需要來(lái)自sigma delta轉(zhuǎn)換器10、 12 的信號(hào)的存儲(chǔ)和再現(xiàn)，或?qū)⑺鎯?chǔ)的測(cè)試信號(hào)應(yīng)用到輸入ll。因?yàn)閷⑾嗤?的信號(hào)應(yīng)用到噪聲消除濾波器16、 36，所以對(duì)隨機(jī)信號(hào)使用的影響以相同 的方式極大地影響兩個(gè)濾波器，從而根據(jù)方差之差大部分消除了這些隨^！ 信號(hào)的影響。這意味著可以使用相對(duì)較短的噪聲數(shù)量f古i十時(shí)間。
圖3示出了正交轉(zhuǎn)換電路，包括本地振蕩器30、 一對(duì)混頻器32、模 數(shù)轉(zhuǎn)換電路33、輸出電路18、 38、噪聲消除濾波器16、 36、控制電路20 以及另一電路39。每個(gè)混頻器32接收來(lái)自信號(hào)輸入和本地振蕩器30的相 應(yīng)正交輸出信號(hào)的輸入?；祛l器32具有與模數(shù)轉(zhuǎn)換電S各33耦合的輸出， 所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路33每個(gè)可以包括如圖1所示的第一和第二 sigma delta 轉(zhuǎn)換器以及耦合電路。每個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路33具有與相應(yīng)輸出電路18、 38 相耦合的一對(duì)輸出，其中一個(gè)輸出經(jīng)由相應(yīng)的噪聲消除濾波器16、 36。輸 出電路18、 38的輸出與另一電路39耦合，所述另一電路39配置用于在 正常操作期間執(zhí)行數(shù)字信號(hào)的另一處理。
此外，所述電路包括數(shù)字多路復(fù)用器34、 35，所述數(shù)字多路復(fù)用器 34、 35—個(gè)在模數(shù)轉(zhuǎn)換電路33和輸出電路18、 38之間耦合，另一個(gè)在模 數(shù)轉(zhuǎn)換電路33和噪聲消除濾波器16、 36之間耦合。i交置多路復(fù)用器34、 35，以在控制電路20的控制下(通過(guò)為了清楚而沒(méi)有示出的多路復(fù)用控 制連接)在三種模式之間進(jìn)行切換。在第一種模式中，第一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路 33具有與第一輸出電路18耦合的第一輸出，以及通過(guò)第一噪聲消除濾波 器16與第一輸出電路18的校正輸入耦合的第二輸出。在第一模式中，第 二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路33具有與第二輸出電路38耦合的第一輸出，以及通過(guò)第 二噪聲消除濾波器36與第二輸出電路38的校正輸入孝禺合的第二輸出。
在第二模式中，第一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路33具有與第一禾卩第二輸出電路18、 38耦合的第一輸出，以及分別通過(guò)第一和第二噪聲消除濾波器16、 36與 第一和第二輸出電路18、 38的校正輸入耦合的第二輸出。除了第二模數(shù) 轉(zhuǎn)換電路33取代了第一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路33之外，第三模式與第二模式類(lèi)似。
在操作中，在正常操作期間，電路在第一模式中操作。在校準(zhǔn)階段，控制電路20首先將電路從第一模式切換至第二模式，以針對(duì)第一噪聲消
除濾波器16選擇濾波器系數(shù)(正如圖2的上下文中所描述的)。然后，控 制電路20存儲(chǔ)所選擇的系數(shù)集合，并將電路切換至第三模式。在第三模 式中，控制電路20針對(duì)第二噪聲消除濾波器36選擇濾波器系數(shù)(正如圖 2的上下文中所描述的)。接下來(lái)控制電路20將噪聲消除濾波器16、 36 的系數(shù)設(shè)置為所選擇的集合，并將電路返回第一模式。
優(yōu)選地，在第二和第三模式期間，將第一和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路33的 輸入分別短路，從而在校準(zhǔn)期間相關(guān)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路33空閑。在一個(gè)實(shí)施 例中，第一和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路33包含圖1中所示的第一和第二 sigma delta轉(zhuǎn)換器以及耦合電路。可以理解，圖3的實(shí)施例具有以下優(yōu)勢(shì)不需 要另一的噪聲消除濾波器或輸出電路來(lái)最優(yōu)化濾波器系數(shù)。
應(yīng)該理解，己通過(guò)示例描述了己描述的實(shí)施例。各種變化都是可能的。 例如，不使用兩個(gè)sigma delta轉(zhuǎn)換器10、 12以及耦合電路14，可以使用 與相應(yīng)的耦合電路耦合的多于兩個(gè)sigma delta轉(zhuǎn)換器的級(jí)聯(lián)，輸出信號(hào)是 來(lái)自這些sigma delta轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)的總和，通過(guò)相應(yīng)噪聲消除濾波器 進(jìn)行濾波。在這種情況下，使用細(xì)微不同的濾波器從相同的信號(hào)中獲得具 有方差對(duì)之差的類(lèi)似校準(zhǔn)技術(shù)。在這種情況下，可以使用利用所有sigma delta轉(zhuǎn)換器獲得的方差之差，共同調(diào)整所有噪聲消除濾波器的系數(shù)?？蛇x 地，可以連續(xù)地針對(duì)噪聲消除濾波器調(diào)整連續(xù)噪聲消除濾波器的系數(shù)，用 于連續(xù)地更高階的校正，使用不同的系數(shù)獲得的方差對(duì)只用于最優(yōu)化下的 噪聲消除濾波器。
此外，盡管已示出對(duì)圖1的轉(zhuǎn)換電路的特定類(lèi)型的應(yīng)用，但是可以理 解，可以將類(lèi)似校準(zhǔn)技術(shù)應(yīng)用到任何其它模數(shù)校正電路中針對(duì)量化噪聲消 除濾波器的系數(shù)選擇。通過(guò)將當(dāng)前信號(hào)施加到具有細(xì)微不同系數(shù)的兩個(gè)噪 聲消除濾波器，計(jì)算所產(chǎn)生的輸出信號(hào)的方差之差，以及調(diào)整濾波器系數(shù)， 直到方差之差下降到閾值之下，或直到已經(jīng)執(zhí)行預(yù)定次數(shù)的更新循環(huán)，可 以確?？梢赃x擇系數(shù)的最佳集合。
優(yōu)選地，在搜索濾波器系數(shù)期間，將數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入短路。這確保 輸出處的信號(hào)完全歸因于量化噪聲。然而，可以在校準(zhǔn)期間在輸入處使用 其它信號(hào)。例如可以使用恒定的非零信號(hào)。當(dāng)選擇針對(duì)不同噪聲消除濾波器的同時(shí)使用的濾波器系數(shù)集合之差，從而濾波器針對(duì)DC信號(hào)產(chǎn)生相同 的響應(yīng)時(shí)，這不影響搜索最佳系數(shù)。類(lèi)似地，當(dāng)同時(shí)使用的濾波器系數(shù)集 合之差不產(chǎn)生針對(duì)該信號(hào)的不同響應(yīng)時(shí)，可以在輸入處使用諸如帶寬受限 信號(hào)之類(lèi)的時(shí)變信號(hào)。
盡管已經(jīng)示出其中并行使用兩個(gè)噪聲消除濾波器以計(jì)算方差之間的 一個(gè)差的實(shí)施例，但是應(yīng)該理解可以并行使用多個(gè)噪聲消除濾波器。在這 種情況下，可以計(jì)算方差間更多數(shù)量的差。例如可以使用該更多數(shù)量的差 選擇濾波器系數(shù)更新的矢量，以搜索過(guò)濾器系數(shù)的最佳集合，或選擇將更 新哪一個(gè)過(guò)濾器系數(shù)作為搜索中的下一步。此外，在這種情況下不必使用 在正常操作中使用的噪聲消除濾波器作為在校準(zhǔn)中使用的多個(gè)噪聲消除 濾波器中的一個(gè)。
在一個(gè)實(shí)施例中，執(zhí)行了一次校準(zhǔn)(例如在制造之后)，之后將所選 擇的系數(shù)存儲(chǔ)在電路中(例如在非易失性存儲(chǔ)器中)。在另一個(gè)實(shí)施例中， 在每次針對(duì)電路重置(包括啟動(dòng))執(zhí)行校準(zhǔn)。在另一個(gè)實(shí)施例中，在操作 期間規(guī)律地執(zhí)行校準(zhǔn)。不必立即執(zhí)行對(duì)系數(shù)最佳集合的完全搜索?？蛇x地， 可以執(zhí)行被正常操作的時(shí)間間隔中斷的方差之差的不同測(cè)量。這減少了正
常操作需要中斷的時(shí)間的最大持續(xù)時(shí)間。這也具有調(diào)整(adaptation)可以 成為逐漸改變的電路參數(shù)的優(yōu)勢(shì)?？梢栽诶缃邮找阎c方差之差的測(cè)量 相兼容的輸入信號(hào)的一部分期間執(zhí)行校準(zhǔn)、或方差之差的單獨(dú)測(cè)量。
盡管示出控制電路20作為專(zhuān)門(mén)用于更新系數(shù)的獨(dú)立電路，但是可以 理解在實(shí)踐中可以使用也執(zhí)行其它功能的通用電路。在一個(gè)實(shí)施例中，使 用可編程電路，以用于執(zhí)行最佳系數(shù)集合的搜索的程序進(jìn)行編程。
權(quán)利要求
1. 一種電子電路，包括具有模擬輸入(11)和數(shù)字輸出(17)的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路；耦合在模擬輸入(11)和數(shù)字輸出(17)之間的第一數(shù)字噪聲消除濾波器(16)，用于消除來(lái)自模數(shù)轉(zhuǎn)換信號(hào)的噪聲；第二數(shù)字噪聲消除濾波器(26)，配置為至少臨時(shí)地耦合在第一數(shù)字噪聲消除濾波器(16)和另一數(shù)字輸出之間；控制電路(20)，配置為通過(guò)將彼此不同的、具有至少一個(gè)濾波器系數(shù)的各個(gè)集合編程到第一和第二數(shù)字噪聲消除濾波器(16，26)中，并計(jì)算利用相同輸入信號(hào)獲得的在數(shù)字輸出和另一數(shù)字輸出處的信號(hào)值的平均大小示值之差，來(lái)執(zhí)行噪聲消除的校準(zhǔn)；以及依據(jù)所述平均大小示值之差，針對(duì)正常操作來(lái)選擇具有至少一個(gè)濾波器系數(shù)的集合。
2. 如權(quán)利要求1所述的電子電路，包括與模擬輸入(11)耦合的切 換電路(22)，所述控制電路(20)設(shè)置為控制所述切換電路(22)在校準(zhǔn)期間將有 噪聲的標(biāo)稱(chēng)恒定的模擬信號(hào)施加到模擬輸入(11)。
3. 如權(quán)利要求l所述的電子電路，其中所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路包括-sigma delta轉(zhuǎn)換器(10);與所述sigma delta轉(zhuǎn)換器(10)耦合的誤差轉(zhuǎn)換電路(12),用于將 所述sigma delta轉(zhuǎn)換器(10)的量化誤差數(shù)字化，所述誤差轉(zhuǎn)換電路(12) 具有與第一數(shù)字噪聲消除濾波器(16)的輸入耦合的輸出；輸出電路(18)，耦合在sigma delta轉(zhuǎn)換器(10)的輸出和數(shù)字輸出 (17)之間，所述輸出電路(18)具有與所述第一數(shù)字噪聲消除濾波器(16) 的輸出耦合的校正輸入。
4. 如權(quán)利要求3所述的電子電路，包括另一輸出電路(28)，所述另 一輸出電路(28)具有與所述sigma delta轉(zhuǎn)換器(10)的輸出耦合的輸入、 與第二數(shù)字噪聲消除濾波器(26)的輸出耦合的校正輸入、以及與所述另 一數(shù)字輸出耦合的輸出。
5. 如權(quán)利要求4所述的電子電路，其中所述輸出電路(18)和所述另一輸出電路(28)的各自均包括抽取濾波器和子采樣單元(184)。
6. 如權(quán)利要求1所述的電子電路，其中所述控制電路(20)配置為 執(zhí)行重復(fù)的循環(huán)，每個(gè)循環(huán)包括將彼此不同的濾波器系數(shù)集合中的各個(gè) 集合對(duì)編程到所述第一和第二數(shù)字噪聲消除濾波器(16， 26)中，并計(jì)算 信號(hào)值的平均大小示值之差，所述控制電路(20)配置為在連續(xù)的循環(huán)中調(diào)整濾波器系數(shù)集合，直 到平均大小示值之差下降到閾值之下。
7. 如權(quán)利要求1所述的電子電路，其中所述控制電路(20)配置為 執(zhí)行重復(fù)的循環(huán)，每個(gè)循環(huán)包括將彼此不同的濾波器系數(shù)集合中的各個(gè) 集合對(duì)編程到所述第一和第二數(shù)字噪聲消除濾波器(16， 26)中，并計(jì)算 信號(hào)值的平均大小示值之差，所述控制電路(20)配置為在預(yù)定的時(shí)間段內(nèi)，在連續(xù)的循環(huán)中調(diào)整 濾波器系數(shù)集合，由此使用操作輸入信號(hào)切換利用了最后或倒數(shù)第二確定 的濾波器系數(shù)集合的操作。
8. 如權(quán)利要求1所述的電子電路，包括正交解調(diào)電路，具有用于數(shù) 字化各個(gè)正交信號(hào)分量的第一和第二分支，所述第一分支包括模數(shù)轉(zhuǎn)換電 路(33)以及第一數(shù)字噪聲消除濾波器(16)，所述第二分支包括另一模 數(shù)轉(zhuǎn)換電路(33)，所述控制電路(20)配置為在操作的正常模式和校準(zhǔn)模式之間切換電 子電路，在所述操作的正常模式中，所述第二數(shù)字噪聲消除濾波器(26) 與所述另一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(33)耦合，用于消除噪聲；在所述校準(zhǔn)模式中， 所述第二數(shù)字噪聲消除濾波器(26)與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(33)耦合，用 于確定平均大小示值之差。
9. 一種用于操作模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的方法，所述方法包括-提供第一數(shù)字噪聲消除濾波器(16)，所述第一數(shù)字噪聲消除濾波器(16)配置為提供信號(hào)以消除來(lái)自模數(shù)轉(zhuǎn)換輸出信號(hào)的量化噪聲；啟動(dòng)校準(zhǔn)階段，其中使用第二數(shù)字噪聲消除濾波器(26)，所述第二 數(shù)字噪聲消除濾波器(26)的輸入與所述第一數(shù)字噪聲消除濾波器(16) 的輸出耦合；將相互不同的具有至少一個(gè)濾波器系數(shù)的集合編程到所述第一和第二數(shù)字噪聲消除濾波器(16， 26)中；計(jì)算使用來(lái)自所述第一和第二數(shù)字噪聲消除濾波器(16， 26)的信號(hào)而獲得的數(shù)字輸出信號(hào)的平均大小示值之差，所述第一和第二數(shù)字噪聲消除濾波器(16， 26)使用了相同的輸入信號(hào)；根據(jù)平均大小示值之差，調(diào)整對(duì)具有至少一個(gè)濾波器系數(shù)的集合的更新。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，包括在校準(zhǔn)期間將有噪聲的標(biāo)稱(chēng)恒定 的模擬信號(hào)施加到模擬輸入。
11. 如權(quán)利要求9所述的方法，包括通過(guò)執(zhí)行連續(xù)循環(huán)搜索濾波器系 數(shù)的最佳集合，每個(gè)循環(huán)包括將彼此不同的具有至少一個(gè)濾波器系數(shù)的 集合的各個(gè)集合對(duì)編程到所述第一和第二數(shù)字噪聲消除濾波器(16， 26) 中；以及計(jì)算使用來(lái)自所述第一和第二數(shù)字噪聲消除濾波器(16， 26)的 信號(hào)而獲得的數(shù)字輸出信號(hào)的平均大小示值之差，所述第一和第二數(shù)字噪 聲消除濾波器(16， 26)使用了相同的輸入信號(hào)。
12. 如權(quán)利要求9所述的方法，包括使用具有第一和第二分支的正交解調(diào)電路，所述第一和第二分支分別 包括所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(30)以及另一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(33);在正常操作模式和校準(zhǔn)模式之間切換所述正交解調(diào)電路，在所述正常 操作模式中，所述第二數(shù)字噪聲消除濾波器(26)操作來(lái)消除所述第二分 支中的噪聲；以及在所述校準(zhǔn)模式中，所述第二數(shù)字噪聲消除濾波器(26) 操作來(lái)利用它與第一數(shù)字噪聲消除濾波器(16)的輸入耦合的輸入，計(jì)算 平均大小示值之差。
全文摘要
一種模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，包括第一數(shù)字噪聲消除濾波器(16)，配置用于提供信號(hào)以消除來(lái)自模數(shù)轉(zhuǎn)換輸出信號(hào)的量化噪聲。在校準(zhǔn)階段，第二數(shù)字噪聲消除濾波器(26)具有與所述第一數(shù)字噪聲消除濾波器(16)的輸入耦合的輸入。將相互不同的具有至少一個(gè)濾波器系數(shù)的集合編程至所述第一和第二數(shù)字噪聲消除濾波器(16，26)。計(jì)算使用來(lái)自所述第一和第二數(shù)字噪聲消除濾波器(16，26)的信號(hào)獲得的數(shù)字輸出信號(hào)的平均大小示值之差，所述第一和第二數(shù)字噪聲消除濾波器(16，26)使用了相同的輸入信號(hào)。根據(jù)平均大小示值之差調(diào)整對(duì)具有至少一個(gè)濾波器系數(shù)的集合的更新。
文檔編號(hào)H03M1/00GK101416394SQ200780011897
公開(kāi)日2009年4月22日 申請(qǐng)日期2007年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月31日
發(fā)明者亨德里克·范德普洛格, 呂西安·J·布里門(mén)斯, 羅伯特·魯滕 申請(qǐng)人:Nxp股份有限公司