專(zhuān)利名稱(chēng)：增益誤差估計(jì)方法及校正方法以及模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，尤其是關(guān)于模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的增益誤差
^f古i十(gain error estimation)及校正方 去。
背景技術(shù)：
請(qǐng)參照?qǐng)D1，圖1所示為依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的管線(xiàn)(pipelined)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換 器(analog-to-digital converter, ADC) 100的方塊圖。管線(xiàn)ADC 100將模擬 輸入信號(hào)Vin由模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，以由此獲得數(shù)字轉(zhuǎn)換值D。ut作為輸 出。管線(xiàn)ADC 100包含由101至IOM的M個(gè)轉(zhuǎn)換級(jí)(stage)以及增益誤差 校正模塊(gain error correction module) 100，其中由101至10M的M個(gè)轉(zhuǎn)換
級(jí)為串聯(lián)。第一轉(zhuǎn)換級(jí)101由模擬輸入信號(hào)Vin導(dǎo)出數(shù)字輸出值d。p并且產(chǎn)
生指示模擬輸入信號(hào)Vin與數(shù)字輸出值d。i之差的殘余信號(hào)(residual signal) Rla 102 10M轉(zhuǎn)換級(jí)分別接收前面的101 10(M-l)轉(zhuǎn)換級(jí)的殘余信號(hào)&
RM-作為輸入信號(hào)，并且分別由此輸入信號(hào)導(dǎo)出數(shù)字輸出值d。2 d。m。相應(yīng)地，
102 10(M-l)轉(zhuǎn)換級(jí)也產(chǎn)生殘余信號(hào)R2 Rm^其中殘余信號(hào)R2 Rm^分別
指示相應(yīng)輸入的殘余信號(hào)R廣RM.2與數(shù)字輸出值d。2 d。,)之差。增益誤差
校正模塊110隨后依據(jù)101 10M轉(zhuǎn)換級(jí)的數(shù)字輸出值d^ d。m，計(jì)算數(shù)字轉(zhuǎn) 換值D。ut,作為管線(xiàn)ADC100的輸出信號(hào)。
在將當(dāng)前轉(zhuǎn)換級(jí)的殘余信號(hào)輸出至下一轉(zhuǎn)換級(jí)以作為輸入信號(hào)之前，殘 余信號(hào)是依據(jù)當(dāng)前轉(zhuǎn)換級(jí)的預(yù)設(shè)增益而被放大。請(qǐng)參照?qǐng)D2A，圖2A為依據(jù) 現(xiàn)有技術(shù)的第k轉(zhuǎn)換級(jí)250的方塊圖。第k轉(zhuǎn)換級(jí)250包含子模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換 器252、子數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(sub digital-to-analog converter, sub DAC)254、求 和級(jí)(summing stage) 256以及放大器258。子ADC 252首先將第k轉(zhuǎn)換級(jí) 250之前的第(k-l)轉(zhuǎn)換級(jí)的殘余信號(hào)R^由模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，以獲得 數(shù)字輸出值d。k。子DAC 254隨后將數(shù)字輸出值d。k由數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換回模擬信 號(hào)，以獲得信號(hào)Xk。求和級(jí)256隨后由殘余信號(hào)R^中減去信號(hào)Xk以獲得信 號(hào)Yk，其中信號(hào)Yk表示殘余信號(hào)與數(shù)字輸出值d。k之差。放大器258隨 后依據(jù)預(yù)設(shè)增益G放大信號(hào)Yk，以獲得第k轉(zhuǎn)換級(jí)250的殘余信號(hào)Rk。
盡管在此方法中，預(yù)設(shè)增益G被假定為常數(shù)(constant),但是，隨著溫 度的改變以及電路制造變化，放大器258的實(shí)際增益會(huì)偏離預(yù)設(shè)增益G。實(shí) 際增益與預(yù)設(shè)增益之間的差被定義為轉(zhuǎn)換級(jí)的增益誤差(gainerror)。當(dāng)當(dāng)前 轉(zhuǎn)換級(jí)的實(shí)際增益偏離預(yù)設(shè)增益時(shí)，發(fā)生增益誤差，并且當(dāng)前轉(zhuǎn)換級(jí)輸出的 殘余信號(hào)具有放大誤差(amplitude error),該放大誤差會(huì)引起后續(xù)轉(zhuǎn)換級(jí)數(shù)字 輸出值的誤差。因此，增益誤差校正模塊110必須估計(jì)增益誤差，并且依據(jù) 增益誤差校準(zhǔn)數(shù)字轉(zhuǎn)換值D。ut。否則，數(shù)字轉(zhuǎn)換值D。ut的精確度以及分辨率
(resolution)就會(huì)降低。
在圖1中，增益誤差校正模塊110對(duì)第一轉(zhuǎn)換級(jí)101應(yīng)用一系列校正數(shù)
(correctionnumber) S，用以估計(jì)第一轉(zhuǎn)換級(jí)101的增益誤差。請(qǐng)參照?qǐng)D2B。 圖2B所示為依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于增益誤差估計(jì)的目標(biāo)級(jí)(target stage) 200 的方塊圖。除了子ADC202、子DAC 204、求和級(jí)206以及放大器208以外， 目標(biāo)級(jí)200更包括加法器212，其用于將校正數(shù)S與數(shù)字輸出值do,相加以獲 得信號(hào)Z^另外，由于目標(biāo)級(jí)200為ADC 100的第一轉(zhuǎn)換級(jí)101，故目標(biāo)級(jí) 200包含采樣及保持(sample and hold, S/H)電路2M，用于采樣輸入信號(hào)并 保持樣本。子DAC 204隨后將信號(hào)由數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)以獲得信號(hào)
X!，求和級(jí)206隨后由輸入信號(hào)Vin中減去信號(hào)X!以獲得信號(hào)Yp而且放大
器208放大信號(hào)Y!以獲得目標(biāo)級(jí)200的殘余信號(hào)R^因此，目標(biāo)級(jí)200 (即 第一轉(zhuǎn)換級(jí)IOI)的殘余信號(hào)R,以及后續(xù)轉(zhuǎn)換級(jí)102 10M的數(shù)字輸出值d。2 d。M隨校正數(shù)s而變化。
由于數(shù)字輸出值do2 d。M隨校正數(shù)S變化，增益誤差校正模塊110依據(jù)
數(shù)字輸出值d。2 doM以及校正數(shù)S，估計(jì)目標(biāo)級(jí)200 (即第一轉(zhuǎn)換級(jí)101)的 增益誤差。參照?qǐng)D1及圖2B，給出以下方程式(1):
<formula>formula see original document page 9</formula>方程式(1)
其中V^為目標(biāo)級(jí)200 (即第一轉(zhuǎn)換級(jí)101)的輸入信號(hào)，G為101 10M 轉(zhuǎn)換級(jí)的預(yù)設(shè)增益，M為轉(zhuǎn)換級(jí)數(shù)，s為應(yīng)用到目標(biāo)級(jí)的校正數(shù)，￡為目標(biāo) 級(jí)200 (即第一轉(zhuǎn)換級(jí)101)的增益誤差。同時(shí)可由方程式(1)導(dǎo)出方程式 (2):
<formula>formula see original document page 9</formula> 方程式(2 )
如果將方程式(2)除以校正數(shù)s，并且取N個(gè)樣本的平均值，則得到方 程式(3):
<formula>formula see original document page 9</formula> 方程式(3)
由于當(dāng)樣本數(shù)量N足夠大時(shí)，1f;^和H;^l等于零，增益誤差校正模塊IIO可依據(jù)方程式(3)對(duì)大量增益誤差估計(jì)(gain error estimates) v[n] 進(jìn)行平均以獲得目標(biāo)級(jí)200 (即第一級(jí)IOI)的增益誤差￡。
因此，依據(jù)方程式(3)，增益誤差校正模塊100首先計(jì)算對(duì)應(yīng)于每一樣 本指針(sample index) n的增益誤差估計(jì)v[n]，隨后，對(duì)大量增益誤差估計(jì) v[n]進(jìn)行平均以獲得目標(biāo)級(jí)200 (即第一轉(zhuǎn)換級(jí)101)的增益誤差。為增加數(shù) 字轉(zhuǎn)換值D。ut的有效比特?cái)?shù)(effective number of bits, ENOB)，被平均的增益 誤差估計(jì)v[n]的數(shù)量N必須足夠大，以使增益誤差￡的分辨率保持為高于可 容忍閾值。因此，增益誤差校正模塊110需要一個(gè)很大的存儲(chǔ)器空間以存儲(chǔ) 增益誤差估計(jì)v[n]。由增益誤差估計(jì)v[n]占據(jù)的很大的存儲(chǔ)器空間增加了管線(xiàn) ADC 100的成本。因此，需要一種能夠減少存儲(chǔ)器空間需求，用于管線(xiàn)模擬 數(shù)字轉(zhuǎn)換器的增益誤差估計(jì)方法。
幾明內(nèi)容
為了減少模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器中增益誤差估計(jì)所需的存儲(chǔ)器空間，本發(fā)明提 供了"種用于模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的增益誤差估計(jì)方法、增益誤差校正方法以及 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器。
一種用于模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的增益誤差估計(jì)的方法，其中該模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換 器包含多個(gè)轉(zhuǎn)換級(jí)，該方法包含將一系列校正數(shù)與一系列計(jì)算值進(jìn)行相關(guān)， 以產(chǎn)生一系列增益誤差估計(jì)，其中上述校正數(shù)應(yīng)用于由上述轉(zhuǎn)換級(jí)中選出的
目標(biāo)級(jí)，上迷計(jì)算值是依據(jù)上述轉(zhuǎn)換級(jí)的多個(gè)數(shù)字輸出值計(jì)算；對(duì)每一第一 數(shù)量的上述增益誤差估計(jì)進(jìn)行平均，以獲得一系列第一平均值；以及對(duì)每一 第二數(shù)量的上述第一平均值進(jìn)行平均，以獲得該目標(biāo)級(jí)的一系列增益誤差。
一種模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，包含多個(gè)轉(zhuǎn)換級(jí)，用于分別產(chǎn)生一系列數(shù)字輸
出值，其中選擇上述轉(zhuǎn)換級(jí)中的一個(gè)作為用于產(chǎn)生增益誤差估計(jì)的目標(biāo)級(jí)，
以及使用一系列校正數(shù)對(duì)該目標(biāo)級(jí)進(jìn)行處理；以及增益誤差校正模塊，用于 依據(jù)上述轉(zhuǎn)換級(jí)的上述數(shù)字輸出值計(jì)算一系列計(jì)算值，將上述校正數(shù)與上述 計(jì)算值進(jìn)行相關(guān)以產(chǎn)生一系列增益誤差估計(jì)，對(duì)每一第一數(shù)量的上述增益誤 差進(jìn)行平均以獲得一系列第一平均值，以及對(duì)每一第二數(shù)量的上述第一平均 值進(jìn)行平均以獲得該目標(biāo)級(jí)的一系列增益誤差。
一種用于模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器中的增益誤差校正方法，其中該模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換
器接收模擬輸入信號(hào)并包含多個(gè)轉(zhuǎn)換級(jí)，該方法包含估計(jì)目標(biāo)級(jí)的增益誤
差，其中該目標(biāo)級(jí)是由該多個(gè)轉(zhuǎn)換級(jí)中選擇；通過(guò)將上述轉(zhuǎn)換級(jí)的多個(gè)數(shù)字 輸出值乘以該增益誤差的多項(xiàng)式，由上述轉(zhuǎn)換級(jí)的上述數(shù)字輸出值中導(dǎo)出該 模擬輸入信號(hào)的數(shù)字轉(zhuǎn)換值。
本發(fā)明提供了一種用于模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的增益誤差估計(jì)方法、增益誤差 校正方法以及模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，能夠減少模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器中增益誤差估計(jì)所 需的存儲(chǔ)器空間。


圖1為依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的管線(xiàn)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的方塊圖。
圖2A為依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的管線(xiàn)ADC的普通轉(zhuǎn)換級(jí)(ordinary stage)的方 塊圖。
圖2B為依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)用于增益誤差估計(jì)的管線(xiàn)ADC的目標(biāo)級(jí)的方塊圖。 圖3所示為依據(jù)本發(fā)明利用兩個(gè)階段平均增益誤差估計(jì)的管線(xiàn)ADC的兩
個(gè)存儲(chǔ)器的示意圖。
圖4所示為依據(jù)本發(fā)明利用多個(gè)平均階段平均增益誤差估計(jì)的管線(xiàn)ADC
的多個(gè)存儲(chǔ)器的示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下所描述的為實(shí)施本發(fā)明的較佳實(shí)施例。此描述為舉例說(shuō)明本發(fā)明普 遍精神的目的，并非用來(lái)限制本發(fā)明。本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求為準(zhǔn)。
對(duì)于用于管線(xiàn)ADC的估計(jì)目標(biāo)級(jí)增益誤差的傳統(tǒng)方法來(lái)說(shuō)，增益誤差校 正模塊首先對(duì)應(yīng)用于目標(biāo)級(jí)的一系列校正數(shù)s[n]與一系列第一值u[n]進(jìn)行相 關(guān)操作以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于樣本指針n的一系列增益誤差估計(jì)v[n]，其中一系列第 一值u[n]是依據(jù)各轉(zhuǎn)換級(jí)的數(shù)字輸出值而計(jì)算出。如下列方程式(4)、 (5) 所示<formula>formula see original document page 11</formula> 方程式(4)
<formula>formula see original document page 11</formula>方程式(5)
其中，n為樣本指針，s[n]為校正數(shù)，M為轉(zhuǎn)換級(jí)數(shù)，G為各轉(zhuǎn)換級(jí)的預(yù) 設(shè)增益，d。!為目標(biāo)級(jí)的數(shù)字輸出值，d。2[n]、 d。3[n]……d。M[n]為方程式(3) 的目標(biāo)級(jí)的后續(xù)各轉(zhuǎn)換級(jí)的數(shù)字輸出值。增益誤差控制模塊隨后對(duì)一系列增 益誤差估計(jì)v[n]進(jìn)行平均以獲得目標(biāo)級(jí)的增益誤差￡,如下列方程式(6)所
方種式(6)
其中，N為被平均的增益誤差估計(jì)的數(shù)量。然而，傳統(tǒng)方法需要巨大的 存儲(chǔ)器空間以存儲(chǔ)這些要平均的增益誤差估計(jì)。例如，產(chǎn)生增益誤差￡需要 2^的增益誤差估計(jì)v[n]，這需要2"的存儲(chǔ)器單元(memory cell)。所需的存 儲(chǔ)器空間增加了管線(xiàn)ADC的成本。
本發(fā)明所提供的增益誤差校正模塊并非直接對(duì)增益誤差估計(jì)v[n]進(jìn)行估 計(jì)。相反地，將增益誤差估計(jì)v[n]的平均分為多個(gè)平均階段(averagephase)， 當(dāng)前平均階段的輸出值隨后在后續(xù)平均階段中被平均。在多個(gè)平均階段之后， 通過(guò)最終平均階段最終產(chǎn)生增益誤差e 。盡管依據(jù)本發(fā)明提供的方法所獲得 的增益誤差￡等于依據(jù)傳統(tǒng)方法所獲得的增益誤差，但是，相比較傳統(tǒng)方法 而言，本發(fā)明所提供的方法所需的存儲(chǔ)器空間被大大減少。
例如，對(duì)增益誤差估計(jì)v[n]的平均可分為兩個(gè)平均階段。增益i^差校正 模塊依據(jù)下述方程式(7)在兩個(gè)平均階段中對(duì)增益誤差估計(jì)進(jìn)行平均，以計(jì) 算目標(biāo)級(jí)的增益誤差
其中，e為目標(biāo)級(jí)的增益誤差，v[n]為對(duì)應(yīng)于樣本指針n的增益誤差估 計(jì)，P為預(yù)設(shè)第一數(shù)量，Q為預(yù)設(shè)第二數(shù)量，以及預(yù)設(shè)第一數(shù)量P與預(yù)設(shè)第二 數(shù)量Q的乘積等于數(shù)量N,其中數(shù)量N為在方程式(3)中要被平均的增益 誤差估計(jì)v[n]的數(shù)量N。增益誤差校正模塊首先在第一平均階段中對(duì)每一第一
數(shù)量(P個(gè))的增益誤差估計(jì)v[n]進(jìn)行平均，以獲得一系列平均值丄f咖]。第
二平均階段中在計(jì)算第二數(shù)量(Q個(gè))的平均值之后，依據(jù)方程式(7)對(duì)Q個(gè) 第二值進(jìn)行平均以獲得增益誤差￡。第一平均階段僅需要存儲(chǔ)P個(gè)增益誤差 估計(jì)v[n]的存儲(chǔ)器空間，第二平均階段僅需要存儲(chǔ)Q個(gè)平均值的存儲(chǔ)器空間。 因此，依據(jù)方程式(7)，計(jì)算增益誤差￡總共需要(P+Q)個(gè)存儲(chǔ)器單元。
方程式(7)
由于方程式(7)所需的存儲(chǔ)器單元數(shù)(P+Q)遠(yuǎn)小于方程式(6)所需的存儲(chǔ) 器單元數(shù)N,所以本發(fā)明所提供的方程式(7)大大地減少了增益誤差估計(jì)所 需的存儲(chǔ)器空間。
請(qǐng)參照?qǐng)D3，圖3所示為依據(jù)本發(fā)明管線(xiàn)ADC的兩個(gè)存儲(chǔ)器300以及320 利用兩個(gè)階段平均增益誤差估計(jì)的示意圖。第一存儲(chǔ)器300包含P個(gè)存儲(chǔ)器 單元，以及第二存儲(chǔ)器320包含Q個(gè)存儲(chǔ)器單元，其中P與Q的乘積等于數(shù) 量N, N為在方程式(3)中要被平均的增益誤差估計(jì)v[n]的數(shù)量N。增益誤 差校正模塊首先依據(jù)方程式(4)以及方程式(5)計(jì)算增益誤差估計(jì)v[n]。 每當(dāng)計(jì)算出一個(gè)增益誤差估計(jì)v[n]，則將其存儲(chǔ)在第一存儲(chǔ)器300的存儲(chǔ)器 單元中。因此，增益誤差估計(jì)v[l] 、 v[2]、……v[P-l]、以及v[P]依次被存 儲(chǔ)在第一存儲(chǔ)器300的存儲(chǔ)器單元301、 302、……30(P-1)以及30P中。
在第一平均階段，每當(dāng)?shù)谝淮鎯?chǔ)器300存儲(chǔ)P個(gè)增益誤差估計(jì)v[n]時(shí)， 則對(duì)P個(gè)增益誤差估計(jì)v[n]進(jìn)行平均以獲得平均值，并且第一存儲(chǔ)器300的P 個(gè)存儲(chǔ)器單元將被清空以存儲(chǔ)另外P個(gè)增益誤差估計(jì)v[n]。在第一平均階段
產(chǎn)生的平均值隨后依次存儲(chǔ)在第二存儲(chǔ)器320的存儲(chǔ)器單元321、 322、……32(Q-l)以及32Q中。在第二平均階段中，每當(dāng)?shù)诙鎯?chǔ)器320存 儲(chǔ)Q個(gè)平均值時(shí)，則對(duì)Q個(gè)平均值進(jìn)行平均以獲得增益誤差￡，并且第二存 儲(chǔ)器320的Q個(gè)存儲(chǔ)器單元將被清空以存儲(chǔ)第一平均階段產(chǎn)生的另外Q個(gè)平 均值。因此，與傳統(tǒng)方法中方程式(6)需要(PxQ)個(gè)存儲(chǔ)器單元相比，本 發(fā)明只需(P+Q)個(gè)存儲(chǔ)器單元。例如，如果方程式(6)所需的存儲(chǔ)器單元 數(shù)量N為22Q，并且第一存儲(chǔ)器300以及第二存儲(chǔ)器320所需的存儲(chǔ)器單元數(shù) P與Q均為2" (21QX21Q=22())，則所需的存儲(chǔ)器單元數(shù)量減少了 (22Q-2")。 類(lèi)似地，增益誤差估計(jì)v[n]的平均也可分為兩個(gè)以上的平均階段。換句
話(huà)說(shuō)，方程式(7)的平均值士f 可進(jìn)一步分為兩個(gè)以上的階段。在一個(gè) 實(shí)施例中，增益誤差校正模塊依據(jù)下面的方程式(8)在m個(gè)平均階段對(duì)增益
誤差估計(jì)進(jìn)行平均，以計(jì)算目標(biāo)級(jí)的增益誤差￡: <formula>formula see original document page 14</formula>… 方程式(8)
其中￡為增益誤差，v[n]為對(duì)應(yīng)于樣本指針n的增益誤差估計(jì)，m為平 均階段數(shù)，N。 N2、 N3……Nm為預(yù)設(shè)數(shù)目，并且N。 N2、 N3……Nm的乘積 等于N，其中N為方程式(3)中要進(jìn)行平均的增益誤差估計(jì)v[n]的數(shù)量N。 在一個(gè)實(shí)施例中，數(shù)目N,、 N2、 N3……Nm為自然數(shù)(natural number)。增益 誤差校正模塊首先在第一平均階段對(duì)M個(gè)增益誤差估計(jì)v[n]進(jìn)行平均，以獲
得一系列第一平均值;fx"]。增益誤差校正模塊隨后在第二平均階段對(duì)每
N2個(gè)平均值進(jìn)行平均，以獲得一系列第二平均值。第三、……第m個(gè)平均階 段隨后相應(yīng)地對(duì)先前平均階段產(chǎn)生的平均值進(jìn)行平均，由此獲得一系列平均 值。依據(jù)方程式(8)，計(jì)算增益誤差￡僅需要總共(Ni+N2+……+^^+1) 個(gè)存儲(chǔ)器單元。
請(qǐng)參照?qǐng)D4，圖4所示為依據(jù)本發(fā)明利用m個(gè)平均階段平均增益誤差估 計(jì)的管線(xiàn)ADC的存儲(chǔ)器400、 420、 440、……、460以及480的示意圖。在 圖4中，存儲(chǔ)器400 480分別包含存儲(chǔ)器單元401 40N。421 42N2、、441
44N3、 461 46Nw......、 481 48Nm。存儲(chǔ)器400、 420、……、460以及480
分別包含N,、 N2、 N3、 、 Nm個(gè)存儲(chǔ)器單元。其中，Np N2、 N3、 、
Nm的乘積等于數(shù)量N, N為方程式(3)中要進(jìn)行平均的增益誤差估計(jì)v[n] 的數(shù)量N。增益誤差校正模塊依據(jù)方程式(4)以及方程式(5)每計(jì)算一個(gè) 增益誤差估計(jì)v[n]時(shí)，增益誤差估計(jì)v[n]被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器400的存儲(chǔ)器單元中。
在第一平均階段，每當(dāng)存儲(chǔ)器400存儲(chǔ)]^個(gè)增益誤差估計(jì)v[n]時(shí)，則對(duì) !^個(gè)增益誤差估計(jì)v[n]進(jìn)行平均以獲得平均值，并且存儲(chǔ)器400的存儲(chǔ)器單 元隨后被清空以存儲(chǔ)另外N,個(gè)增益誤差估計(jì)v[n]。在第一平均階段產(chǎn)生的平 均值隨后依次存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器420的存儲(chǔ)器單元421、 422、……、42N2中。類(lèi)
似地，在后續(xù)平均階段，每當(dāng)存儲(chǔ)器420、……、460、 480存儲(chǔ)N2、 N3、……、 Nm個(gè)平均值時(shí)，則將對(duì)N3、……、Nm個(gè)平均值進(jìn)行平均以獲得存儲(chǔ)到后續(xù) 存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)器單元的平均值。因此，由第m個(gè)平均階段產(chǎn)生的平均值為一 系列增益誤差e ，并且傳統(tǒng)方法所提供的方程式(6)所需的存儲(chǔ)器單元數(shù)量 為(NlXN2x……xNm.,xNm)，相比較而言，本發(fā)明所提供的方法僅需要 ……+Nm.1+Nm)個(gè)存儲(chǔ)器單元。 在獲得目標(biāo)級(jí)的增益誤差￡之后，增益誤差校正模塊依據(jù)該增益誤差￡ 計(jì)算模擬輸入信號(hào)Vin的數(shù)字轉(zhuǎn)換值D。ut。在傳統(tǒng)方法中，增益誤差校正模塊 依據(jù)以下方程序(9)計(jì)算數(shù)字轉(zhuǎn)換值D。<formula>formula see original document page 15</formula>
其中D。ut為數(shù)字轉(zhuǎn)換值，s為應(yīng)用于目標(biāo)級(jí)的校正數(shù)，dd為目標(biāo)級(jí)的數(shù)字
輸出值，d。2、 do3、……、d。(M.D以及d。M為目標(biāo)級(jí)的后續(xù)轉(zhuǎn)換級(jí)的數(shù)字輸出值， G為各轉(zhuǎn)換級(jí)的預(yù)設(shè)增益，M為轉(zhuǎn)換級(jí)數(shù)，￡為增益誤差。
然而，方程式(9)包含在分母當(dāng)中的多項(xiàng)式(1+￡)。因此，依據(jù)傳統(tǒng)
方法，若要計(jì)算數(shù)字轉(zhuǎn)換值D。ut，則增益誤差校正模塊必須使用除法器電路 (divider circuit),將數(shù)字輸出值d。2、 d。3、……、d。(m.,)以及d福除以增益誤 差的多項(xiàng)式(1+￡)。然而，除法器電路具有復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)并且增加管線(xiàn) ADC的成本。為減少管線(xiàn)ADC成本，本發(fā)明提供了一種新的方法，該方法 可以不使用除法器電路而計(jì)算數(shù)字轉(zhuǎn)換值D。ut，如方程式(10)所示
<formula>formula see original document page 15</formula> 方程式(10)
在方程式(10)中，方程式(9)中的除數(shù)(1+￡)被一乘數(shù)取代，該乘 數(shù)為增益誤差￡的多項(xiàng)式(l-e + ￡2-s3—, + (-l)Y)，其中k為預(yù)設(shè)數(shù)。因此， 依據(jù)方程式(10)，增益誤差校正模塊可以通過(guò)將數(shù)字輸出值d。2、 d。3、……、 d。(M-D以及d。M與增益誤差￡的多項(xiàng)式簡(jiǎn)單地相乘，來(lái)計(jì)算數(shù)字轉(zhuǎn)換值D。ut，
并且由于省略了除法器電路，管線(xiàn)ADC的成本降低了。
假設(shè)系統(tǒng)包含依據(jù)本發(fā)明而操作的ADC，則在該系統(tǒng)進(jìn)入休眠模式或關(guān) 閉之前，所有存儲(chǔ)在ADC的存儲(chǔ)器(例如圖3中的第一存儲(chǔ)器300與第二存 儲(chǔ)器320，以及存儲(chǔ)器400、 420、 440、 460與480)中的值可以提前保存(save)。 當(dāng)該系統(tǒng)回到啟動(dòng)(wakeup)模式或重新開(kāi)啟時(shí)保存值可以恢復(fù)(restore)至 ADC的存儲(chǔ)器中。因此，依據(jù)本發(fā)明，ADC可以由存儲(chǔ)器中的恢復(fù)值導(dǎo)出數(shù) 字轉(zhuǎn)換值D。ut。
本發(fā)明所提供的方法適用于ADC中多個(gè)轉(zhuǎn)換級(jí)中任意轉(zhuǎn)換級(jí)的增益誤差 估計(jì)。另外，盡管本發(fā)明提供的方法采用管線(xiàn)ADC作為舉例說(shuō)明，但由于循 環(huán)式ADC (cyclic ADC)除了其各轉(zhuǎn)換級(jí)共享公共電路(common circuit)以 外，具有與管線(xiàn)ADC相類(lèi)似的結(jié)構(gòu)，所以，本發(fā)明所提供的方法也可應(yīng)用于 循環(huán)式ADC。
實(shí)時(shí)本發(fā)明的較佳實(shí)施例已經(jīng)揭露如上，應(yīng)當(dāng)理解，上述說(shuō)明并非用以 限制本發(fā)明。相對(duì)地，本發(fā)明應(yīng)當(dāng)涵蓋各種變化與類(lèi)似地設(shè)計(jì)，而這些改動(dòng) 對(duì)熟悉本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)是顯而易見(jiàn)的。因此，本發(fā)明所涵蓋的范圍應(yīng)當(dāng) 以權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種增益誤差估計(jì)的方法，用于模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器包含多個(gè)轉(zhuǎn)換級(jí)，其特征在于，所述方法包含將一系列校正數(shù)與一系列計(jì)算值進(jìn)行相關(guān)，以產(chǎn)生一系列增益誤差估計(jì)，其中所述校正數(shù)應(yīng)用于由所述轉(zhuǎn)換級(jí)中選出的目標(biāo)級(jí)，所述計(jì)算值是依據(jù)所述轉(zhuǎn)換級(jí)的多個(gè)數(shù)字輸出值而計(jì)算出；對(duì)每一第一數(shù)量的所述增益誤差估計(jì)進(jìn)行平均，以獲得一系列第一平均值；以及對(duì)每一第二數(shù)量的所述第一平均值進(jìn)行平均，以獲得所述目標(biāo)級(jí)的一系列增益誤差。
2. 如權(quán)利要求1所述的增益誤差估計(jì)的方法，其特征在于，對(duì)每一第一數(shù) 量的所述增益誤差估計(jì)進(jìn)行平均的步驟包含-對(duì)每一第三數(shù)量的所述增益誤差估計(jì)進(jìn)行平均，以獲得一系列第二平均 值；以及對(duì)每一第四數(shù)量的所述第二平均值進(jìn)行平均，以獲得所述第一平均值； 其中，所述第三數(shù)量與所述第四數(shù)量的乘積等于所述第一數(shù)量。
3. 如權(quán)利要求1所述的增益誤差估計(jì)的方法，其特征在于，所述方法更 包含在系統(tǒng)進(jìn)入休眠模式或關(guān)閉之前，保存所述增益誤差估計(jì)以及所述第一 平均值，其中所述系統(tǒng)包含所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器；以及在所述系統(tǒng)回到啟動(dòng)模式或重新開(kāi)啟后，恢復(fù)所述增益誤差估計(jì)以及所 述第一平均值，用以進(jìn)一步對(duì)所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器進(jìn)行增益誤差估計(jì)。
4. 如權(quán)利要求1所述的增益誤差估計(jì)的方法，其特征在于，所述第一平均 值是依據(jù)下式獲得 <formula>formula see original document page 3</formula>其中，p為第一平均值，n為樣本指針，v[n]為所述增益誤差估計(jì)， N2、 N3、……、Nm為數(shù)目，并且數(shù)目Ni、 N2、 N3、……、Nm的乘積等于所 述第一數(shù)量。'
5. 如權(quán)利要求4所述的增益誤差估計(jì)的方法，其特征在于，所述數(shù)目M、 N2、 N3、……、Nm為自然數(shù)。
6. 如權(quán)利要求1所述的增益誤差估計(jì)的方法，其特征在于，所述計(jì)算值 是依據(jù)下式計(jì)算<formula>formula see original document page 3</formula>其中，u[n]為所述計(jì)算值，n為樣本指針，s[n]為校正數(shù)，M為轉(zhuǎn)換級(jí)數(shù)， G為各轉(zhuǎn)換級(jí)的預(yù)設(shè)增益，dQl為所述目標(biāo)級(jí)的所述數(shù)字輸出值，d。2[n]、 d。3[n]、……、doM[n]為所述目標(biāo)級(jí)的后續(xù)多個(gè)轉(zhuǎn)換級(jí)的所述數(shù)字輸出值。
7. 如權(quán)利要求6所述的增益誤差估計(jì)的方法，其特征在于，所述增益誤 差估計(jì)是依據(jù)下式產(chǎn)生<formula>formula see original document page 3</formula>剩.其中，v[n]為所述增益誤差估計(jì)，n為樣本指針，s[n]為所述校正數(shù)，以 及u[n]為相應(yīng)的所述計(jì)算值。
8. 如權(quán)利要求1所述的增益誤差估計(jì)的方法，其特征在于，所述模擬數(shù) 字轉(zhuǎn)換器為管線(xiàn)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器或循環(huán)式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器。
9. 一種模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器包含 多個(gè)轉(zhuǎn)換級(jí)，用于分別產(chǎn)生一系列數(shù)字輸出值，其中所述轉(zhuǎn)換級(jí)中的一個(gè)被選擇為用于產(chǎn)生增益誤差估計(jì)的目標(biāo)級(jí)，以及所述目標(biāo)級(jí)由一系列校正 數(shù)處理；以及 增益誤差校正模塊，用于依據(jù)所述轉(zhuǎn)換級(jí)的所述數(shù)字輸出值計(jì)算一系列 計(jì)算值，將所述校正數(shù)與所述計(jì)算值進(jìn)行相關(guān)以產(chǎn)生一系列增益誤差估計(jì)， 對(duì)每一第一數(shù)量的所述增益誤差進(jìn)行平均以獲得一系列第一平均值，以及對(duì)每一第二數(shù)量的所述第一平均值進(jìn)行平均以獲得所述目標(biāo)級(jí)的一系列增益誤差。
10. 如權(quán)利要求9所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述增益誤差校 正模塊對(duì)每一第三數(shù)量的所述增益誤差估計(jì)進(jìn)行平均，以獲得一系列第二平 均值，以及對(duì)每一第四數(shù)量的所述第二平均值進(jìn)行平均以獲得所述第一平均 值，其中所述第三數(shù)量與所述第四數(shù)量的乘積等于所述第一數(shù)量。
11. 如權(quán)利要求9所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述增益誤差校 正模塊對(duì)每一第五數(shù)量的所述第一平均值進(jìn)行平均，以獲得一系列第三平均 值，以及對(duì)每一第六數(shù)量的所述第三平均值進(jìn)行平均以獲得所述增益誤差， 其中所述第五數(shù)量與所述第六數(shù)量的乘積等于所述第二數(shù)量。
12. 如權(quán)利要求9所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述增益誤差校正模塊是依據(jù)下式產(chǎn)生所述第一平均值-<formula>formula see original document page 4</formula>其中，p為所述第一平均值，n為樣本指針，v[n]為所述增益誤差估計(jì)， N!、 N2、 N3、……、Nm為數(shù)目，并且數(shù)目N2、 N3、……、Nm的乘積等 于所述第一數(shù)量。
13, 如權(quán)利要求12所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述數(shù)目Ni、 N2、 N3、 、 Nm為自然數(shù)。
14. 如權(quán)利要求9所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述增益誤差校 正模塊是依據(jù)下式計(jì)算所述計(jì)算值"["〗=+剩+《2["〗xCT1 +《3["]xG-2 +... +<^["〗x;其中，u[n]為所述計(jì)算值，n為樣本指針，s[n]為校正數(shù)，M為轉(zhuǎn)換級(jí)數(shù)， G為各轉(zhuǎn)換級(jí)的預(yù)設(shè)增益，d。,為所述目標(biāo)級(jí)的所述數(shù)字輸出值，do2[n]、 d。3[n]、……、d。M[n]為所述目標(biāo)級(jí)的后續(xù)多個(gè)轉(zhuǎn)換級(jí)的所述數(shù)字輸出值。
15.如權(quán)利要求14所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述增益誤差 校正模塊是依據(jù)下式產(chǎn)生所述增益誤差估計(jì)-其中，v[n]為所述增益誤差估計(jì)，n為樣本指針，s[n]為所述校正數(shù)，以 及u[n]為相應(yīng)的所述計(jì)算值。
16. 如權(quán)利要求9所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn) 換器為管線(xiàn)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器或循環(huán)式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器。
17. —種增益誤差校正方法，用于模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn) 換器接收模擬輸入信號(hào)并且包含多個(gè)轉(zhuǎn)換級(jí)，其特征在于，所述方法包含估計(jì)目標(biāo)級(jí)的增益誤差，其中所述目標(biāo)級(jí)是由所述轉(zhuǎn)換級(jí)中選擇； 通過(guò)將所述轉(zhuǎn)換級(jí)的多個(gè)數(shù)字輸出值乘以所述增益誤差的多項(xiàng)式，由所 述轉(zhuǎn)換級(jí)的所述數(shù)字輸出值中導(dǎo)出所述模擬輸入信號(hào)的數(shù)字轉(zhuǎn)換值。
18. 如權(quán)利要求17所述的增益誤差校正方法，其特征在于，所述多項(xiàng)式的 系數(shù)為(-1) k，其中k為所述多項(xiàng)式的單項(xiàng)式中所述誤差增益的階次。
19. 如權(quán)利要求17所述的增益誤差校正方法，其特征在于，所述多項(xiàng)式 為(1_"一—f3++ (—dy)，其中￡為所述增益誤差，以及k為預(yù)設(shè)數(shù)目。
20. 如權(quán)利要求17所述的增益誤差校正方法，其特征在于，所述數(shù)字轉(zhuǎn)換值是依據(jù)下式導(dǎo)出《u,《+"k2x(T' + KT2+…+ 4xG-H" -？+…+ (-l)V);其中doiit為所述數(shù)字轉(zhuǎn)換值，d。,為所述目標(biāo)級(jí)的所述數(shù)字輸出值，s為應(yīng)用于所述目標(biāo)級(jí)的校正數(shù)，do2、 do3、……、d。M為所述目標(biāo)級(jí)的后續(xù)多個(gè)轉(zhuǎn)換級(jí)的所述數(shù)字輸出值，G為所述轉(zhuǎn)換級(jí)的預(yù)設(shè)增益，M為轉(zhuǎn)換級(jí)數(shù)，以及￡為所述增益誤差。
21. 如權(quán)利要求17所述的增益誤差校正方法，其特征在于，所述增益誤 差是依據(jù)下式估計(jì)其中，￡為所述增益誤差，n為樣本指針，d。,為所述目標(biāo)級(jí)的所述數(shù)字 輸出值，s為應(yīng)用于所述目標(biāo)級(jí)的校正數(shù)，M為轉(zhuǎn)換級(jí)數(shù)，d。,為所述目標(biāo)級(jí) 的所述數(shù)字輸出值，d。2、 d。3、……、doM為所述目標(biāo)級(jí)的后續(xù)多個(gè)轉(zhuǎn)換級(jí)的所 述數(shù)字輸出值，G為所述轉(zhuǎn)換級(jí)的預(yù)設(shè)增益，N為樣本數(shù)量。
22. 如權(quán)利要求17所述的增益誤差校正方法，其特征在于，所述模擬數(shù) 字轉(zhuǎn)換器為管線(xiàn)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，或者循環(huán)式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種增益誤差估計(jì)方法及校正方法以及模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中該模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器包含多個(gè)轉(zhuǎn)換級(jí)，該增益誤差估計(jì)方法包含將一系列校正數(shù)與一系列計(jì)算值進(jìn)行相關(guān)，以產(chǎn)生一系列增益誤差估計(jì)，其中該多個(gè)校正數(shù)應(yīng)用于由該多個(gè)轉(zhuǎn)換級(jí)中選出的目標(biāo)級(jí)，該多個(gè)計(jì)算值是依據(jù)該多個(gè)轉(zhuǎn)換級(jí)的多個(gè)數(shù)字輸出值而計(jì)算出；對(duì)每一第一數(shù)量的該多個(gè)增益誤差估計(jì)進(jìn)行平均，以獲得一系列第一平均值；以及對(duì)每一第二數(shù)量的該多個(gè)第一平均值進(jìn)行平均，以獲得該目標(biāo)級(jí)的一系列增益誤差。本發(fā)明提供了一種用于模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的增益誤差估計(jì)方法、增益誤差校正方法以及模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，能夠減少模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器中增益誤差估計(jì)所需的存儲(chǔ)器空間。
文檔編號(hào)H03M1/10GK101373972SQ20081021041
公開(kāi)日2009年2月25日 申請(qǐng)日期2008年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月21日
發(fā)明者杜宇軒, 薛康偉 申請(qǐng)人:聯(lián)發(fā)科技股份有限公司