[發明專利]用于模數轉換器的校準方案

無效

• 申請號: 201080048688.0
• 申請日: 2010-08-24
• 公開（公告）號: CN102687402A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 伊瓦爾·洛肯;O.莫爾茲沃爾;B.赫恩斯
• 申請（專利權）人: 北極硅設備公司
• 主分類號: H03M1/10
• 分類號: H03M1/10
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 謝攀;王忠忠

本申請要求2009年10月29日提交的美國臨時申請序列號No.?61/256,130的優先權。

技術領域

本公開總體上涉及模數轉換技術，更具體地說，涉及用于模數轉換的校準方案。

背景技術

若干電子系統為了其功能而需要模數轉換器（ADC）。根據具體系統的特性，對于ACD和該ACD的性能參數存在特定要求。就準確性、分辨率和線性而言，性能的提高是以由基本物理定律所導致的功耗增加為代價的。此外，通過深亞微米芯片制造技術實現的數字信號處理領域的發展和計算能力的迅速增加，已經使得數字域中可實現的準確性、速度和性能幾乎無限。這導致了對于它們的模擬對應物的高性能和速度的需求日益增加，在模擬對應物中絕大多數系統中的ADC代表了這一瓶頸。

與ADC相關聯的準確性和速度的極限已經持續提升。然而，在某個階段，在模擬電路系統中能夠獲得的性能受限于用于制造所述電路的技術缺乏適當的準確性。

通過諸如修整、求平均和各種形式的校準的若干技術，能夠緩解在制造技術中的有限準確性和失配誤差的影響。然而，修整是有效但成本較高的過程。因此，其僅用于其中絕對需要性能并且能夠容忍成本增加的系統中。

求平均是一項簡單技術，并且具有減少隨機噪聲的額外益處。求平均除了緩解與由所采用的制造技術所導致的有限準確性和失配誤差有關的問題以外，還改善了ADC的信噪比（SNR）。例如，圖1的現有求平均技術可以被用于減少失配的影響，并且改善ADC中的總SNR。更具體地說，輸入104被應用于能夠被并聯配置的任意數目的子ADC?100-102，以使得每個子ADC?100-102表示一個ADC信道或者簡單地說表示信道。子ADC?100-102可以是完全獨立的ADC或者多信道ADC的任何組合。每個ADC對輸入104處的信號采樣，并且將其轉換成具有給定準確性的數字字。來自每個子ADC的數字輸出數據被數字信號處理塊103收集，并且以適當的格式在輸出105處被呈現以用于進一步處理。數字信號處理塊103計算由每個子ADC?100-102提供的數據的平均值。計算平均值等同于對子ADC?100-102的輸出求和，并且，如果期望，將輸出截短成適當的位數。

假定在子ADC?100-102中的每一個中隨機噪聲不相關，每當子ADC?100-102的數目加倍時，等效輸出噪聲以3?dB的因子減少。將單一子ADC?100-102的SNR表示為SNR_subADC，在輸出105處的總SNR，SNR_total變成?

其中，N_subADC等于被使用的子ADC?100-102的數目。假定每個子ADC?100-102之間誤差是不相關的，則失配誤差將遵循與隨機噪聲相同的等式。在許多情形中，不能保證在信道之間誤差不相關。在這些情形中，可能需要校準。此外，校準可以比利用求平均可獲得的更高效地消除誤差。

存在兩種不同的ADC校準方法，包括前臺校準和后臺校準。

后臺校準與ADC的正常操作同時執行。存在若干實施后臺校準的現有技術。在絕大多數情形中，通過將已知校準信號添加到傳播通過ADC的信號，來執行校準。將這個校準信號從ADC輸出減去，以確保ADC的性能不下降。使用高級信號處理算法以在校準信號通過電路系統時分析其屬性，并且基于這些結果，調整用于補償在電路中的不同類型誤差或不準確性的系數。

目前已經提出的用于后臺校準的所有解決方案具有至少兩個主要問題。第一個是高復雜性以及在模擬性能和數字校準邏輯之間非常緊密的耦合。這導致了設計過程非常復雜并且難以管理。其他主要局限性是在校準算法中所需要的長收斂時間。在絕大多數公開文獻中，報告了校準信號所需要的收斂時間為數千萬次的ADC轉換。即使對于高速ADC，這導致收斂時間太長，以致無法追蹤可能由溫度或供給電壓的變化引起的參數的典型變化。

對于前臺校準，存在模擬和數字解決方案這二者。這些技術的共同之處是，需要ADC停止正常操作，采用與在正常操作中所使用的相同電路系統執行校準序列，然后返回至正常操作。對于許多電子系統，ADC在某些時間點不可用于正常操作是可接受的。然而，在許多應用中，ADC連續運轉，并且將必須在不中斷正常操作的情況下被校準。這通常通過具有當校準序列被執行時能夠被使用的冗余電路系統來解決。這些解決方案的額外成本和復雜性使得該使用不現實，并且很少應用于商業產品。

發明內容