[發(fā)明專利]模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的數(shù)字誤差校正

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201280052651.4
• 申請日: 2012-10-26
• 公開（公告）號: CN103891149A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發(fā)明（設計）人: J·E·密勒瑞;R·F·帕耶納爾
• 申請（專利權(quán)）人: 德克薩斯儀器股份有限公司
• 主分類號: H03M1/12
• 分類號: H03M1/12
• 代理公司: 北京紀凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 趙蓉民

技術(shù)領域

本發(fā)明一般涉及模數(shù)轉(zhuǎn)換器電路，并且更具體地，涉及這種電路中的誤差校正和補償。

背景技術(shù)

盡管近幾年來電子電路和系統(tǒng)的數(shù)字化的趨勢在繼續(xù)，現(xiàn)代電子系統(tǒng)仍然必須經(jīng)常處理和產(chǎn)生模擬域中的電信號。例如，在許多現(xiàn)代通信技術(shù)中，模擬信號被發(fā)送和接收，并且模擬信號應用于儀器儀表和控制系統(tǒng)中。因此，要求數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器電路提供數(shù)字和模擬域之間的接口，特別是在應用數(shù)字信號處理的那些系統(tǒng)中。作為本領域中基本的，模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)將模擬測量值或信號轉(zhuǎn)換成應用數(shù)字信號處理的數(shù)字數(shù)據(jù)。相反地，數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)將數(shù)字數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬信號，用于物理裝置的傳動或致動。

現(xiàn)代數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器電路中的進展已產(chǎn)生極準確、高速的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能。例如，具有12到24位的分辨率，采樣率高達每秒幾十兆次采樣的ADC現(xiàn)在從Texas?Instruments(德州儀器)公司可以買到。這種性能等級不僅需要非常快速的切換速度，而且需要極高程度的精度。因此，在設計現(xiàn)代數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器電路中存在艱難權(quán)衡。通常，設計者和制造商面臨著電路復雜性和成本、采樣率和準確度的三方權(quán)衡。

一種已知類型的模數(shù)轉(zhuǎn)換器被稱為流水線ADC，其現(xiàn)在將相對于圖1描述。在該示例中，流水線ADC具有三級10₀到10₂，其中每一級將產(chǎn)生一個或更多個對應于模擬輸入信號的幅值的數(shù)字位。首先，或最顯著地，流水線級10₀在終端ANALOG_IN(模擬輸入)接收輸入模擬信號，在輸出端D0上產(chǎn)生一個或更多個數(shù)字位，并且還產(chǎn)生被提供給下一流水線級10₁的模擬余量。流水線級10₁類似地根據(jù)來自級10₁的這個余量在輸出端D1上產(chǎn)生一個或更多個數(shù)字位，并產(chǎn)生被轉(zhuǎn)發(fā)到下一流水線級10₂的模擬余量。級10₂在輸出端D2上產(chǎn)生對應于來自級10₁的余量的一個或更多個數(shù)字位，如果模擬余量存在，則將余量轉(zhuǎn)發(fā)到下一級(未示出)。通過D2的數(shù)字輸出端D0連接到數(shù)字校正功能件11，其將來自ADC3的數(shù)字位加和到線路DIGITAL_OUT(數(shù)字輸出)上的最后的數(shù)字輸出。

流水線級10₀到10₂類似地構(gòu)造為彼此。在這種常規(guī)的構(gòu)造中，通過示例的方式參考級10₀，到所述級的輸入端連接到采樣保持電路2的輸入端，其被計時以接收并存儲對應于該輸入端的電壓的模擬電壓。采樣保持2的輸出施加到模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)3的輸入端，并且也施加到模擬加法器4的輸入端。ADC3在輸出端線路D0上產(chǎn)生包含一位或更多位的數(shù)字輸出；該數(shù)字輸出也施加到數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)5的輸入端。在許多普遍情況下，流水線ADC每級10產(chǎn)生“1.5”位，指的是每個ADC3產(chǎn)生兩位輸出，但一些位通過數(shù)字校正功能件11數(shù)字地組合以獲得數(shù)字誤差校正的目的，如本領域中已知的。DAC5也接收該數(shù)字值，并以常規(guī)方式產(chǎn)生模擬信號，該模擬信號由加法器4從模擬輸入信號中減去，以產(chǎn)生被轉(zhuǎn)發(fā)到下一級10₁的余量信號。該余量相當于輸入模擬信號本身和對應數(shù)字“整數(shù)”的模擬信號之間的差，其中該數(shù)字“整數(shù)”接近輸入模擬信號的幅值；因此下一級10₁數(shù)字化此余量值以產(chǎn)生最高有效位(一位或更多位)。增益級7“增益”來自加法器4的余量，使得余量模擬信號在下一級10₁的整個輸入動態(tài)范圍上改變，以避免級到級的靈敏度損失。

對于給定精度水平(即，輸出字中的位數(shù))，圖1的常規(guī)流水線ADC方法在模數(shù)轉(zhuǎn)換過程中提供某種程度的誤差校正，如每級產(chǎn)生的數(shù)字位數(shù)量和級的數(shù)量所定義的。然而，為了改進誤差校正性能，設計者必須要么增加流水線級的數(shù)目，要么增加每一級產(chǎn)生的數(shù)字位的數(shù)目，兩者中的任何一個都會增加電路的復雜性以及成本，并且會降低電路的采樣率性能。