[發(fā)明專利]用于Sigma－Delta A/D和D/A轉(zhuǎn)換器中多位量化器的非線性誤差校正方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710013856.2
• 申請日: 2007-03-27
• 公開（公告）號: CN101051840A
• 公開（公告）日: 2007-10-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馮暉;韓志剛;吳杰
• 申請（專利權(quán)）人: 上海凸現(xiàn)電子科技有限公司
• 主分類號: H03M1/06
• 分類號: H03M1/06
• 代理公司: 青島發(fā)思特專利商標代理有限公司
• 代理人: 翟國明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及Sigma-Delta?A/D和D/A轉(zhuǎn)換器，具體涉及一種在Sigma-Delta?A/D和D/A轉(zhuǎn)換器中采用多位量化器時由于電容失配所產(chǎn)生的非線性誤差的全數(shù)字校正方法。

背景技術(shù)

由于Sigma-DeltaA/D和D/A轉(zhuǎn)換器具有數(shù)字電路多模擬電路少的特點，因此，在當前集成電路制造工藝集成度越來越高的趨勢下，Sigma-Delta?A/D和D/A轉(zhuǎn)換器正向著高精度、高轉(zhuǎn)換速率的趨勢發(fā)展，被廣泛應用于消費類、工業(yè)控制、通信等領(lǐng)域。

Sigma-Delta?A/D和D/A轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)分別如圖1和圖2所示，為了提高調(diào)制器的穩(wěn)定性以及轉(zhuǎn)換器的信噪比(SNR)，多采用多位量化的方式。但采用多位量化器的同時就勢必要采用多位的DAC(Digital-Analog?Converter，數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器，簡稱數(shù)模轉(zhuǎn)換器)，對于由開關(guān)電容構(gòu)成的多位DAC如圖3所示，量化器的輸出經(jīng)過編碼來控制開關(guān)電容的開合，由于制造工藝的原因，使得每個單位電容很難精確地做得一樣大，這樣就會產(chǎn)生非線性誤差，在信號帶寬內(nèi)產(chǎn)生較大幅度的諧波，從而降低整個A/D、D/A轉(zhuǎn)換器的信噪比。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：針對Sigma-Delta?A/D和D/A轉(zhuǎn)換器中采用多位量化器時由于電容失配所產(chǎn)生的非線性誤差，提出一種全數(shù)字的誤差校正方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：用于Sigma-Delta?A/D和D/A轉(zhuǎn)換器中多位量化器的非線性誤差校正方法，其特征是：利用開關(guān)的隨機動作，隨機開合多位DAC中的開關(guān)電容，從而引入隨機噪聲來平滑由于電容元件失配引起的非線性失真，隨機噪聲的引入使得信號帶寬內(nèi)的本底噪聲升高，在此基礎(chǔ)上再進行噪聲整形，將信號帶寬內(nèi)的噪聲推向帶外，從而有效地提高系統(tǒng)的信噪比。

所述的開關(guān)的隨機動作和噪聲整形是通過在DAC前引入一個誤差校正環(huán)節(jié)來實現(xiàn)。

所述的誤差校正環(huán)節(jié)由一個開關(guān)控制信號產(chǎn)生模塊根據(jù)量化器的輸出產(chǎn)生一個帶有噪聲整形特性的隨機序列來隨機開合多位DAC中的開關(guān)電容。

所述的帶有噪聲整形特性的隨機序列由一個構(gòu)成誤差校正環(huán)節(jié)基本單位的零輸入的2階Sigma-delta調(diào)制器產(chǎn)生。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)比較，具有如下優(yōu)點：

1、本發(fā)明可以消除多位開關(guān)電容DAC中由于電容失配所帶來的非線性誤差，而且計算量小，非常易于電路實現(xiàn)。

2、本發(fā)明通過消除多位開關(guān)電容DAC中由于電容失配所帶來的非線性誤差，從而提高了整個Sigma-Delta?A/D、Sigma-Delta?D/A轉(zhuǎn)換器的信噪比。

附圖說明

圖1為Sigma-Delta?A/D轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)圖；

圖2為Sigma-Delta?D/A轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)圖；

圖3為多位開關(guān)電容DAC結(jié)構(gòu)圖；

圖4為本發(fā)明引入誤差校正環(huán)節(jié)的Sigma-Delta?A/D轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)圖；

圖5為本發(fā)明引入誤差校正環(huán)節(jié)的Sigma-Delta?D/A轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)圖；

圖6為本發(fā)明實施例的樹狀誤差校正環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)圖；

圖7為本發(fā)明實施例的開關(guān)控制信號產(chǎn)生模塊結(jié)構(gòu)圖；

圖8為本發(fā)明實施例的開關(guān)序列發(fā)生器結(jié)構(gòu)圖；

圖9(a)為Sigma-delta調(diào)制器輸出功率譜密度(PSD)

圖9(b)為電容失配率為0.5％時開關(guān)電容DAC輸出功率譜密度(PSD)

圖9(c)為加入校正環(huán)節(jié)后電容失配率為0.5％時開關(guān)電容DAC輸出功率譜密度(PSD)。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。

本發(fā)明為了消除多位開關(guān)電容DAC由于電容失配所帶來的非線性誤差，在DAC前引入一個誤差校正環(huán)節(jié)，引入誤差校正環(huán)節(jié)的Sigma-Delta?A/D轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)圖如圖4所示，引入誤差校正環(huán)節(jié)的Sigma-Delta?D/A轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖4和圖5中誤差校正環(huán)節(jié)的主要工作原理是：對量化器的輸出進行編碼，要求編碼輸出能夠隨機開合多位開關(guān)電容DAC中的電容，從而引入隨機噪聲來平滑由于元件失配引起的非線性失真，但是隨機噪聲的引入會使信號帶寬內(nèi)的本底噪聲升高，在此基礎(chǔ)上再利用噪聲整形(Noise-shaping)技術(shù)，將信號帶寬內(nèi)的噪聲推向帶外，從而有效地提高系統(tǒng)的信噪比。

為實現(xiàn)上述工作原理，誤差校正環(huán)節(jié)要實現(xiàn)的主要功能就是要根據(jù)量化器的輸出產(chǎn)生一個帶有噪聲整形特性的隨機序列。