一種應(yīng)用于σδ模數(shù)轉(zhuǎn)換器調(diào)制器的動態(tài)元件匹配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于Σ Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器中針對反饋數(shù)模轉(zhuǎn)換器的動態(tài)元件匹配方法，屬于Σ Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器調(diào)制器的數(shù)字校準(zhǔn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]Σ Δ 模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Σ Δ Analog-to-Digital Converter,以下簡稱 Σ Δ ADC)由于其過采樣和噪聲整形的特點(diǎn)能夠達(dá)到一般奈奎斯特ADC所不能達(dá)到的精度。圖1是傳統(tǒng)Σ AADC調(diào)制器結(jié)構(gòu)框圖，主要模塊包括環(huán)路濾波器、內(nèi)部量化器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器(Digital-to-Analog Converter，以下簡稱DAC)，輸入的模擬信號與反饋的DAC信號相減，經(jīng)過環(huán)路濾波器，最后經(jīng)內(nèi)部量化器得到輸出。值得注意的是，Σ AADC調(diào)制器的輸出精度與其反饋DAC的輸出精度密切相關(guān)，因?yàn)榉答丏AC的失配噪聲不能被整形。若是一位的內(nèi)部量化器，反饋DAC始終是線性的，反饋DAC對ΣΔ精度不產(chǎn)生影響。但是一旦內(nèi)部量化器不是一位的，反饋DAC元件之間由于生產(chǎn)過程中各種因素影響，必然存在失配，尤其是電流反饋類型比電容反饋類型的失配更加嚴(yán)重。而當(dāng)今設(shè)計(jì)過程中由于精度以及環(huán)路穩(wěn)定性的考慮，Σ △ ADC的內(nèi)部量化器往往存在多位的情況，這就對反饋DAC進(jìn)行精確的設(shè)計(jì)。
[0003]對反饋DAC的校準(zhǔn)方法很多，分為模擬校準(zhǔn)和數(shù)字校準(zhǔn)。在Σ Δ ADC中用的比較多的是數(shù)字校準(zhǔn)，因?yàn)槠洳恍枰嘤嗟哪M電路，并且實(shí)現(xiàn)方式也比較簡單。圖2是一種典型的動態(tài)元件匹配(Dynamic Element Matching，以下簡稱DEM)數(shù)字校準(zhǔn)方法，這種方法被稱為數(shù)據(jù)加權(quán)平均(Data Weighted Averaging，以下簡稱DWA)，其思想不是按照輸入碼選擇固定的反饋DAC的元件，而是一種輪轉(zhuǎn)的方式選擇反饋DAC的元件。以圖2所示八個(gè)元件為例簡述一下DWA的邏輯方法，時(shí)刻t。、V t2、序相連:t。時(shí)為初始態(tài)；時(shí)刻t:輸入為十進(jìn)制3，對應(yīng)反饋DAC選擇元件0、元件1和元件2有效接入電路；時(shí)刻t2輸入為十進(jìn)制4，對應(yīng)反饋DAC選擇元件3、元件4、元件5和元件6有效接入電路；時(shí)刻1:3時(shí)輸入為2，對應(yīng)反饋DAC選擇元件7和元件0有效接入電路。由于全部元件選擇時(shí)反饋的相對誤差和為0，所以該方法在時(shí)域上輪轉(zhuǎn)選擇元件，相當(dāng)于在頻域上對失配誤差進(jìn)行了一階整形。但是該方法不能很好地抑制與信號相關(guān)的諧波分量，其根本原因在于輪轉(zhuǎn)的方式單一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種Σ Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器調(diào)制器的動態(tài)元件匹配方法，是一種能夠?qū)Ζ?Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器中反饋DAC失配誤差進(jìn)行一階整形，并且能夠抑制諧波分量的DEM校準(zhǔn)方法，通過該校準(zhǔn)方法能夠有效提高Σ Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器的信噪比。
[0005]技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0006]—種應(yīng)用于Σ Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器調(diào)制器的動態(tài)元件匹配方法，輸入的模擬信號與反饋的DAC信號相減，經(jīng)過環(huán)路濾波器，最后經(jīng)多位內(nèi)部量化器輸出數(shù)字信號；多位內(nèi)部量化器輸出的數(shù)字信號首先經(jīng)過旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)加權(quán)平均方法處理，再經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后作為反饋的DAC信號；
[0007]旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)加權(quán)平均方法中使用到動態(tài)元件匹配邏輯電路，設(shè)多位內(nèi)部量化器內(nèi)部有η個(gè)比較器輸出，則動態(tài)元件匹配邏輯電路控制的反饋DAC元件的個(gè)數(shù)為Ν = η+1個(gè)，反饋DAC元件0連接一根始終為低的電平線，反饋DAC元件1?η分別連接η個(gè)比較器輸出，Ν個(gè)反饋DAC元件共形成η !個(gè)旋轉(zhuǎn)環(huán)，旋轉(zhuǎn)環(huán)中的各個(gè)元件位置按如下方式確定:第一個(gè)元件為反饋DAC元件0，第二個(gè)元件為剩余η個(gè)反饋DAC元件中的任意一個(gè)，第三個(gè)元件為剩余η-1個(gè)反饋DAC元件中的任意一個(gè)，依次類推直至確定第η+1個(gè)元件；
[0008]所述旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)加權(quán)平均方法首先從η !個(gè)旋轉(zhuǎn)環(huán)隨機(jī)選擇出一個(gè)旋轉(zhuǎn)環(huán)，然后采用輪轉(zhuǎn)的方式從旋轉(zhuǎn)環(huán)中選擇反饋DAC元件與輸入的模擬信號相減。
[0009]—種具體的應(yīng)用于Σ Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器調(diào)制器的動態(tài)元件匹配方法，輸入的模擬信號與反饋的DAC信號相減，經(jīng)過環(huán)路濾波器，最后經(jīng)多位內(nèi)部量化器輸出數(shù)字信號；多位內(nèi)部量化器輸出的數(shù)字信號首先經(jīng)過旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)加權(quán)平均方法處理，再經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后作為反饋的DAC信號；
[0010]旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)加權(quán)平均方法中使用到動態(tài)元件匹配邏輯電路，所述多位內(nèi)部量化器內(nèi)部有3個(gè)比較器輸出，動態(tài)元件匹配邏輯電路控制的反饋DAC元件的個(gè)數(shù)為4個(gè)，反饋DAC元件0連接一根始終為低的電平線，反饋DAC元件1、2和3分別連接3個(gè)比較器輸出，4個(gè)反饋DAC元件共形成6個(gè)旋轉(zhuǎn)環(huán)，具體為:
[0011 ] 旋轉(zhuǎn)環(huán)1:元件0至元件1至元件2至元件3再至元件0重復(fù)循環(huán)；
[0012]旋轉(zhuǎn)環(huán)2:元件0至元件2至元件1至元件3再至元件0重復(fù)循環(huán)；
[0013]旋轉(zhuǎn)環(huán)3:元件0至元件1至元件3至元件2再至元件0重復(fù)循環(huán)；
[0014]旋轉(zhuǎn)環(huán)4:元件0至元件3至元件1至元件2再至元件0重復(fù)循環(huán)；
[0015]旋轉(zhuǎn)環(huán)5:元件0至元件2至元件3至元件1再至元件0重復(fù)循環(huán)；
[0016]旋轉(zhuǎn)環(huán)6:元件0至元件3至元件2至元件1再至元件0重復(fù)循環(huán)；
[0017]旋轉(zhuǎn)環(huán)1內(nèi)，指針信號為元件0時(shí)，旋轉(zhuǎn)環(huán)1與旋轉(zhuǎn)環(huán)2、旋轉(zhuǎn)環(huán)3相鄰；指針信號為元件1時(shí)，旋轉(zhuǎn)環(huán)1與旋轉(zhuǎn)環(huán)3、旋轉(zhuǎn)環(huán)4相鄰；指針信號為元件2時(shí)，旋轉(zhuǎn)環(huán)1與旋轉(zhuǎn)環(huán)
4、旋轉(zhuǎn)環(huán)5相鄰；指針信號為元件3時(shí)，旋轉(zhuǎn)環(huán)1與旋轉(zhuǎn)環(huán)2、旋轉(zhuǎn)環(huán)5相鄰；
[0018]旋轉(zhuǎn)環(huán)2內(nèi)，指針信號為元件0時(shí)，旋轉(zhuǎn)環(huán)2與旋轉(zhuǎn)環(huán)1、旋轉(zhuǎn)環(huán)3相鄰；指針信號為元件2時(shí)，旋轉(zhuǎn)環(huán)2與旋轉(zhuǎn)環(huán)3、旋轉(zhuǎn)環(huán)6相鄰；指針信號為元件1時(shí)，旋轉(zhuǎn)環(huán)2與旋轉(zhuǎn)環(huán)
5、旋轉(zhuǎn)環(huán)6相鄰；指針信號為元件3時(shí)，旋轉(zhuǎn)環(huán)2與旋轉(zhuǎn)環(huán)5、旋轉(zhuǎn)環(huán)1相鄰；
[0019]旋轉(zhuǎn)環(huán)3內(nèi)，指針信號為元件0時(shí)，旋轉(zhuǎn)環(huán)3與旋轉(zhuǎn)環(huán)1、旋轉(zhuǎn)環(huán)2相鄰；指針信號為元件2時(shí)，旋轉(zhuǎn)環(huán)3與旋轉(zhuǎn)環(huán)2、旋轉(zhuǎn)環(huán)6相鄰；指針信號為元件3時(shí)，旋轉(zhuǎn)環(huán)3與旋轉(zhuǎn)環(huán)4、旋轉(zhuǎn)環(huán)6相鄰；指針信號為元件1時(shí)，旋轉(zhuǎn)環(huán)3與旋轉(zhuǎn)環(huán)4、旋轉(zhuǎn)環(huán)1相鄰；
[0020]旋轉(zhuǎn)環(huán)4內(nèi)，指針信號為元件0時(shí)，旋轉(zhuǎn)環(huán)4與旋轉(zhuǎn)環(huán)5、旋轉(zhuǎn)環(huán)6相鄰；指針信號為元件2時(shí)，旋轉(zhuǎn)環(huán)4與旋轉(zhuǎn)環(huán)1、旋轉(zhuǎn)環(huán)5相鄰；指針信號為元件1時(shí)，旋轉(zhuǎn)環(huán)4與旋轉(zhuǎn)環(huán)
1、旋轉(zhuǎn)環(huán)3相鄰；指針信號為元件3時(shí)，旋轉(zhuǎn)環(huán)4與旋轉(zhuǎn)環(huán)3、旋轉(zhuǎn)環(huán)6相鄰；
[0021]旋轉(zhuǎn)環(huán)5內(nèi)，指針信號為元件0時(shí)，旋轉(zhuǎn)環(huán)5與旋轉(zhuǎn)環(huán)4、旋轉(zhuǎn)環(huán)6相鄰；指針信號為元件2時(shí)，旋轉(zhuǎn)環(huán)5與旋轉(zhuǎn)環(huán)1、旋轉(zhuǎn)環(huán)4相鄰；指針信號為元件3時(shí)，旋轉(zhuǎn)環(huán)5與旋轉(zhuǎn)環(huán)
1、旋轉(zhuǎn)環(huán)2相鄰；指針信號為元件1時(shí)，旋轉(zhuǎn)環(huán)5與旋轉(zhuǎn)環(huán)2、旋轉(zhuǎn)環(huán)6相鄰；
[0022]旋轉(zhuǎn)環(huán)6內(nèi)，指針信號為元件0時(shí)，旋轉(zhuǎn)環(huán)6與旋轉(zhuǎn)環(huán)4、旋轉(zhuǎn)環(huán)5相鄰；指針信號為元件3時(shí)，旋轉(zhuǎn)環(huán)6與旋轉(zhuǎn)環(huán)3、旋轉(zhuǎn)環(huán)4相鄰；指針信號為元件2時(shí)，旋轉(zhuǎn)環(huán)6與旋轉(zhuǎn)環(huán)
2、旋轉(zhuǎn)環(huán)3相鄰；指針信號為元件1時(shí)，旋轉(zhuǎn)環(huán)1與旋轉(zhuǎn)環(huán)2、旋轉(zhuǎn)環(huán)5相鄰；
[0023]所述旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)加權(quán)平均方法首先從6個(gè)旋轉(zhuǎn)環(huán)隨機(jī)選擇出一個(gè)旋轉(zhuǎn)環(huán)，然后采用輪轉(zhuǎn)的方式從旋轉(zhuǎn)環(huán)中選擇反饋DAC元件與輸入的模擬信號相減。
[0024]所述旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)加權(quán)平均方法的路徑是由當(dāng)前環(huán)和指針信號隨機(jī)決定是否跳入相鄰環(huán)還是繼續(xù)保持在當(dāng)前環(huán)。
[0025]以反饋DAC元件的個(gè)數(shù)為4個(gè)為例，對本發(fā)明方法的工作流程進(jìn)行描述:初始態(tài)為旋轉(zhuǎn)環(huán)1，初始態(tài)時(shí)刻為t。，沒有輸入信號；四個(gè)反饋DAC元件的旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)加權(quán)平均方法以tn t2、t3、t4順序時(shí)刻輸入對應(yīng)十進(jìn)制碼分別為2、1、3、2的情況說明。t i時(shí)刻輸入為2，此時(shí)在旋轉(zhuǎn)環(huán)1內(nèi)元件0和元件1被選擇，在1:2時(shí)刻來臨前由一個(gè)隨機(jī)信號決定下一步選擇元件的環(huán)，本案選擇環(huán)的方式是由當(dāng)前環(huán)和相應(yīng)DWA的指針信號(此時(shí)指針定位元件1)決定是否跳入相鄰環(huán)還是繼續(xù)保持在當(dāng)前環(huán)，此時(shí)的相鄰環(huán)有環(huán)3和環(huán)4。t2時(shí)刻來臨前隨機(jī)信號選擇跳入旋轉(zhuǎn)環(huán)3。在t2時(shí)刻，輸入為1，此時(shí)元件3有效。13時(shí)刻來臨前，隨機(jī)信號選擇保持在環(huán)3。在t3時(shí)刻，輸入為3，元件2、元件0、元件1有效。14時(shí)刻來臨前，隨機(jī)信號選擇跳入環(huán)1。在t4時(shí)刻，輸入為2，元件2、元件3有效。
[0026]有益效果:本發(fā)明提供的應(yīng)用于Σ Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器調(diào)制器的動態(tài)元件匹配方法，能夠有效地抑制含有多位內(nèi)部量化器Σ Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出中與信號相關(guān)的諧波分量。
【附圖說明】
[0027]圖1為傳統(tǒng)Σ AADC調(diào)制器結(jié)構(gòu)框圖；
[0028]圖2為典型的DWA校準(zhǔn)方法