增強(qiáng)的二階噪聲整形分路和動(dòng)態(tài)元件匹配技術(shù)的制作方法
【專利說明】増強(qiáng)的二階噪聲整形分路和動(dòng)態(tài)元件匹配技術(shù)
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)請(qǐng)求于2012年11月30日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)序列號(hào)61/731970的優(yōu)先權(quán)的權(quán)益，其全部?jī)?nèi)容通過引用并入本文。
[0003]【背景技術(shù)】的描述
[0004]本申請(qǐng)的主題涉及西格瑪-代爾塔(Σ Δ)噪聲整形類型的混合信號(hào)轉(zhuǎn)換器，更具體地，涉及采用均勻加權(quán)元件的混合信號(hào)數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)。
[0005]多位Σ-Λ數(shù)模轉(zhuǎn)換器廣泛用于在獨(dú)立的數(shù)模轉(zhuǎn)換中重建高精度的模擬信號(hào)，或者作為模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的一部分。均勻模擬元件的失配(如電路缺陷引起)在這種類型的DAC中引入諧波畸變，嚴(yán)重降低轉(zhuǎn)換器的性能。動(dòng)態(tài)元件匹配(DEM)技術(shù)已用于通過頻譜平坦化或者更好地將諧波畸變轉(zhuǎn)換成高通噪聲而改進(jìn)轉(zhuǎn)換器信噪比，這超出了信號(hào)的帶寬。其結(jié)果是，轉(zhuǎn)換器的信噪比(SNR)和總諧波失真(THD)也大大提高。
[0006]然而，現(xiàn)有的數(shù)模轉(zhuǎn)換方法仍然受到二階DEM，其不能整形高階噪聲，因此需要較高的過采樣率(OSR)，并且不能夠有效地處理低電平信號(hào)。此外，現(xiàn)有的2階DEM邏輯占用大量的空間，并且不操作三電平單位元件。
[0007]因此，本發(fā)明人已經(jīng)確定了本領(lǐng)域需要增加高階DEM的有效性，其可以即使在低信號(hào)電平實(shí)現(xiàn)更高階噪聲，其是區(qū)域有效的以及其能夠操作三電平單位元件。
【附圖說明】
[0008]因此，可以理解，本發(fā)明的特征，多個(gè)附圖的說明如下。但應(yīng)注意，所附附圖僅示出本發(fā)明的特定實(shí)施例，并且因此不應(yīng)被視為限制其范圍，因?yàn)楸景l(fā)明可包括其它同等有效的實(shí)施例。
[0009]圖1A-1C示出常規(guī)的多位噪聲整形過采樣ADC和能在DAC中使用的不同單位元件。
[0010]圖2示出通用的二階DEM邏輯。
[0011]圖3示出根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例可應(yīng)用于應(yīng)用的示例性分路電路的方塊圖。
[0012]圖4示出根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例可應(yīng)用于DEM DAC電路的示例性DEM DAC電路的結(jié)構(gòu)。
[0013]圖5和6示出根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例可應(yīng)用于DEM DAC電路的示例性分路電路。
[0014]圖7示出由圖5和6中所示的分路電路所處理的輸入信號(hào)的樹圖。圖。
[0015]圖8示出根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例可應(yīng)用的多層DEM DAC電路的架構(gòu)。
[0016]圖9示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例對(duì)輸入信號(hào)執(zhí)行噪聲整形分路的方法。
【具體實(shí)施方式】
[0017]本發(fā)明實(shí)施例包括方法和電路以使用多層執(zhí)行數(shù)字輸入信號(hào)的噪聲狀分路。在使用兩層的實(shí)施例中，在第一層中，輸入信號(hào)的最高有效位可以被分配到多個(gè)支路。動(dòng)態(tài)元件匹配可以使用輸入信號(hào)的最低有效位來執(zhí)行?；趧?dòng)態(tài)元件匹配的結(jié)果，值可以被添加到所述多個(gè)支路。輸入信號(hào)經(jīng)分析以確定是否有足夠的數(shù)據(jù)活動(dòng)。如果存在不足的數(shù)據(jù)活動(dòng)，動(dòng)態(tài)增強(qiáng)可被執(zhí)行以增加數(shù)據(jù)活動(dòng)。第一層中多條支路的的輸出信號(hào)可以被提供給第二層，其中，這些步驟可以在每個(gè)輸出信號(hào)上重復(fù)。第二層的輸出可被提供給多個(gè)三級(jí)單位元件。根據(jù)每一個(gè)輸出的輸出值，多個(gè)三電平單位元件可以正選擇、負(fù)選擇或不選擇。
[0018]常規(guī)的多位噪聲整形過采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器100示于圖1A。該ADC 100可包括加法器105、環(huán)路濾波器110、量化器120、動(dòng)態(tài)元件匹配(DEM)邏輯塊130和反饋DAC 140。反饋DAC 140可以包括多個(gè)單位元件144.1-144.N和加法器146。該ADC 100可以接收模擬輸入信號(hào)y(t)并生成N值數(shù)字輸出y[n]，輸入信號(hào)y(t)的數(shù)字表示。該輸入信號(hào)y(t)可比較于DAC 140通過加法器105的輸出ya(t)。從加法器105的輸出信號(hào)可以由環(huán)路濾波器110進(jìn)行濾波，其可以對(duì)來自加法器105的信號(hào)輸出有效地進(jìn)行集成。環(huán)路濾波器110的輸出可以被饋送到量化器120，所述量化器120提供N值數(shù)字輸出y[n]。
[0019]DEM邏輯塊130可以將N值數(shù)字輸出y [η]映射成N I位序列，標(biāo)為Ysi [n]-ySN[n]。DEM邏輯塊130的輸出可被路由到單位元件144.1-144.N。每個(gè)單位元件144.1-144.N可以將從DEM邏輯塊130接收的信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，以及每個(gè)單位元件144.1-144.N的輸出可經(jīng)由加法器146被求和以產(chǎn)生輸出信號(hào)ya⑴。
[0020]該ADC 100包括DEM邏輯塊130，以線性化元件到元件不匹配。DEM邏輯塊130對(duì)元件144.1-144.N失配誤差施加高通功能，從而產(chǎn)生非常小的頻帶內(nèi)失配噪聲，以免降低轉(zhuǎn)換器的SNR。到目前為止，已經(jīng)有許多出版物以文字呈現(xiàn)實(shí)現(xiàn)具有二電平單位元件的DEM的不同方式。
[0021]ADC設(shè)計(jì)中的主要噪聲貢獻(xiàn)者之一是反饋DAC 140。減少來自DAC 140的熱噪聲貢獻(xiàn)將大大提高ADC 100的信噪比(SNR)。在單獨(dú)的DAC應(yīng)用中，三電平單位元件多位結(jié)構(gòu)用于減少該元件的熱噪聲貢獻(xiàn)，從而提高DAC的總SNR。
[0022]圖1B和IC示出常規(guī)的兩電平和三電平單位元件。如圖1B所示，兩電平單位元件僅產(chǎn)生2個(gè)模擬量“+I”和“-1”。然而，如圖1C所示，三電平元件可產(chǎn)生“1”，“O”和“-1”。I位字是足以代表兩電平數(shù)據(jù)，而2-位字被需要代表三電平數(shù)據(jù)。解碼值“p”、“n”和“z”分別代表它們可被用于三電平元件的正、負(fù)和零的數(shù)字輸入。如圖1C所示，使用數(shù)字“O”輸入，三電平電流源沒有連接到輸出。因此，當(dāng)使用數(shù)字“O”輸入時(shí)，三電平電流源沒有向輸出貢獻(xiàn)噪聲。與此相反，使用兩電平單位元件，電流源的噪聲總是存在在輸出中。在ADC設(shè)計(jì)中使用三電平單位元件DAC將極大地提高ADC的SNR。其它優(yōu)點(diǎn)包括降低在連續(xù)時(shí)間積分器的電容的大小，以及由于較高輸入ADC阻抗的輕松驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度要求。
[0023]已對(duì)三電平單位元件提出DEM技術(shù)。這些技術(shù)實(shí)現(xiàn)一階DEM，對(duì)元件失配誤差執(zhí)行一階高通功能。對(duì)于有效的任何一階DEM技術(shù)，過采樣率(OSR)、調(diào)制器的采樣率和奈奎斯特速率之間的比率必須是足夠高的(例如，至少64倍)。否則，整形的失配誤差可開始降低轉(zhuǎn)換器的SNR。然而，操作具有高時(shí)鐘速率的調(diào)制器由于多個(gè)原因是不理想的，諸如較高的功耗，數(shù)字抽取濾波器上的更高工作時(shí)鐘頻率，以及對(duì)調(diào)制器中模擬組件的更嚴(yán)格要求，諸如運(yùn)算放大器或比較器。因此，理想的是操作具有低級(jí)OSR的調(diào)制器，以避免這些缺點(diǎn)。使用較低的0SR，應(yīng)使用高階數(shù)字高程模型，因?yàn)樵诘?SR，一階DEM變得無效使用。因此，需要一種操作三電平單位元件的二階DEM邏輯，這并不需要很高的0SR。
[0024]圖2示出通用二階DEM邏輯200。二階DEM邏輯200可以包括矢量量化器210和過濾器220。量化器210可包括元件選擇器212和分類器214。量化器210接收數(shù)字輸入并提供矢量，其為單位元件提供信號(hào)(例如，三電平單位元件的_1，0或I)。缺點(diǎn)之一在于量化器210占用大量的硅區(qū)域，由于與分類器214的排序算法相關(guān)聯(lián)的復(fù)雜性。美國(guó)專利5684482教導(dǎo)了一種技術(shù)，以將N個(gè)元件分段為二進(jìn)制樹形狀，因此消除了矢量量化器。然而，該方法的問題在于，對(duì)于高輸入電平，二階DEM邏輯恢復(fù)到I階DEM，由于與個(gè)別調(diào)制器相關(guān)聯(lián)的二階積分器的飽和度。因此，樹狀結(jié)構(gòu)基本上只產(chǎn)生元件失配誤差的一階高通整形。此外，它不操作三電平單位元件。
[0025]另外，三電平單位元件上的2階DEM邏輯的現(xiàn)有實(shí)施方式不在低輸入電平有效。在低輸入電平，當(dāng)僅使用少數(shù)單位元件時(shí)，DEM具有非常少的選項(xiàng)以校正不匹配。因此，DEM很容易受到元件失配的較差噪聲整形。
[0026]因此，在本領(lǐng)域中需要增加較高階DEM的有效性，從而即使在低信號(hào)電平可以實(shí)現(xiàn)更高階噪聲整形，其是區(qū)域高效的，并且其能夠操作三電平單位元件。
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