用于數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的失配噪聲整形的制作方法
【專利說明】用于數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的失配噪聲整形
[0001]相關(guān)申請(qǐng)
[0002]本申請(qǐng)要求于2013年I月3日提交的序號(hào)為13/733，301、名稱為MULTIPLEOUTPUT DYNAMIC ELEMENT MATCHING ALGORITHM WITH MISMATCH NOISE SHAPING FORDIGITAL TO ANALOG CONVERTERS的美國(guó)非臨時(shí)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)的權(quán)益，該申請(qǐng)的全部公開內(nèi)容通過該引用并入本文。
發(fā)明領(lǐng)域
[0003]本文公開的主題涉及動(dòng)態(tài)地選擇電路元件的系統(tǒng)和方法。更特別地，本文公開的主題涉及動(dòng)態(tài)地選擇電路元件以提高低噪聲、低功率增量(增量累加(△ Σ))數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)的線性度的系統(tǒng)和方法。
[0004]發(fā)明背景
[0005]在數(shù)字到模擬(D/A)的轉(zhuǎn)換期間，生成對(duì)應(yīng)于輸入數(shù)字采樣的溫度代碼。該溫度代碼則被用來選擇在模擬域中縮放輸入數(shù)字采樣的多個(gè)DAC元件。對(duì)于線性的D/A轉(zhuǎn)換過程，假設(shè)所有DAC元件都是相同的。然而，在現(xiàn)實(shí)中，失配存在于DAC元件之間，并且常規(guī)DAC元件選擇方案產(chǎn)生表現(xiàn)為轉(zhuǎn)換失真的代碼相關(guān)的誤差。
[0006]常規(guī)數(shù)據(jù)權(quán)重平均(DWA)算法通常被用來白噪聲化代碼相關(guān)的誤差以及提供一階失配噪聲整形，因此將大部分產(chǎn)生的白噪聲功率移動(dòng)超出了信號(hào)帶。(參見，例如R.T.Baird和T.S，F(xiàn)iez的在1995年5月的Proc.1EEE的電路和系統(tǒng)國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)的卷I第13-16 頁(yè)上的 “ Improved ΔΣ DAC linearity using data weighted averaging，，)。該算法的一階失配噪聲整形是要求多個(gè)選擇的DAC元件線性地縮放輸入數(shù)字采樣代碼的結(jié)果。因此，為了實(shí)現(xiàn)該帶有一階失配噪聲整形的算法，有符號(hào)的輸入代碼集合必須首先是線性地映射到非負(fù)代碼的集合，因?yàn)榇a符號(hào)的變化不能由常規(guī)DWA元件輪轉(zhuǎn)算法線性地處理。
[0007]例如，考慮輸入有符號(hào)的2位數(shù)字代碼的集合[_3，-1,+1，+3]要被轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的模擬輸出值[-3V，-1V, +IV，+3V]。圖1描繪了實(shí)現(xiàn)常規(guī)DWA算法的常規(guī)單端DAC配置100的示例性功能框圖。有符號(hào)代碼的集合最初被轉(zhuǎn)換為非負(fù)代碼，諸如
[0008][-3，-1, +1，+3] — [O, I, 2，3]
[0009]在圖1中的101，有符號(hào)的2位數(shù)字代碼的集合[-3，_1，+1，+3]已經(jīng)以已知的方式被轉(zhuǎn)換為非負(fù)代碼[0，I, 2，3]且未被示出。在102，實(shí)現(xiàn)常規(guī)DWA算法以提供動(dòng)態(tài)的元件匹配(DEM)。DAC103(其中示出了多個(gè)DAC元件中的僅僅一個(gè)DAC元件)由DEM102選擇而且非負(fù)代碼被轉(zhuǎn)換為
[0010][O, 1,2, 3] - [6Vr/R, 4Vr/R, 2Vr/R, 0]，
[0011]其中，V,是參考電壓，V ,/R是對(duì)應(yīng)于參考電壓V,的參考電流。即，DAC元件103輸出分別對(duì)應(yīng)于在104處的非負(fù)代碼[O, I, 2，3]的電流[6Vr/R, 4Vr/R, 2Vr/R, 0]。非負(fù)代碼的集合通過添加由電流源105提供的DC偏移而重新定中心。在107處，濾波器106輸出重新定中心的代碼[-3V" -Vr, +Vr, +3VJ。
[0012]雖然常規(guī)DWA算法通過一階噪聲整形增加DC偏移(如圖1中所示)將不必要的噪聲添加到DAC輸出來減少帶內(nèi)失配噪聲。進(jìn)一步地，由于執(zhí)行DC偏移的電路不是DAC的輸出信號(hào)的一部分，所以額外的功率被浪費(fèi)。
[0013]對(duì)于高性能的DAC系統(tǒng)，兩個(gè)相同的DAC通常被用來形成偽差分DAC。圖2描繪了常規(guī)偽差分DAC配置200的示例性功能框圖。在圖2中的201處，有符號(hào)的輸入2位數(shù)字代碼的集合[_3，-1，+1，+3]已經(jīng)被以已知的方式被轉(zhuǎn)換為兩個(gè)非負(fù)代碼的集合[0，I, 2, 3]和[3，2，I, O]而且未被示出。在202a和202b將常規(guī)DWA算法實(shí)現(xiàn)兩次以提供動(dòng)態(tài)的元件匹配(DEM)。DAC 203a和203b(其中在每種情況中，示出了多個(gè)DAC元件中的僅僅一個(gè)DAC元件)分別在 204a 和 204b 處提供 DAC 電流[3Vr/R，2Vr/R，Vr/R，O]和[0，Vr/R，2Vr/R，3Vr/R]o兩個(gè)非負(fù)代碼的集合分別通過在205a和205b處增加DC偏移來重新定中心。在207處，差分濾波器206輸出重新定中心的代碼[-31，-Vr, +Vr, +3VJ作為偽差分DAC輸出。
[0014]與圖1中的常規(guī)單端DAC配置相似，常規(guī)偽差分DAC配置不是功率高效或面積優(yōu)化的，并且偏移電流降低信號(hào)路徑的噪聲性能。此外，提供DC偏移的常規(guī)電路將額外的熱噪聲添加到信號(hào)路徑中。
[0015]附圖簡(jiǎn)述
[0016]通過示例的方式并且不限于【附圖說明】了本文公開的主題，在附圖中相似的附圖標(biāo)記表示相似的元件，并且在附圖中:
[0017]圖1描繪了實(shí)現(xiàn)常規(guī)DWA算法的常規(guī)單端DAC配置的示例性功能框圖；
[0018]圖2描繪了常規(guī)偽差分DAC配置的示例性功能框圖；
[0019]圖3根據(jù)本文公開的主題描繪了真實(shí)的差分輸出DAC配置的示例性實(shí)施例的功能框圖；
[0020]圖4根據(jù)本文公開的主題描繪了示出了 DEM的更多細(xì)節(jié)的真實(shí)差分輸出DAC的示例性實(shí)施例的功能框圖；
[0021]圖5根據(jù)本文公開的主題描繪了在接收到+3的示例性輸入代碼之后的2位差分輸出DAC的DEM的狀態(tài)的快照；
[0022]圖6描繪了與具有真實(shí)差分輸出配置和具有I %元件失配的4位聲頻帶Δ XDAC一起使用的常規(guī)DWA算法的3kHz輸入數(shù)字采樣序列的模擬輸出頻譜；
[0023]圖7描繪了與具有真實(shí)差分輸出配置和具有I%的元件失配的4位聲頻帶Δ XDAC 一起使用的DEM算法的3kHz輸入數(shù)字采樣序列的模擬輸出頻譜；
[0024]圖8根據(jù)本文公開的主題描繪了 DEM過程的示例性實(shí)施例的流程圖；
[0025]圖9根據(jù)本文公開的主題描繪了能夠可觸知地包括設(shè)備和/或電路用于為各種類型的電路動(dòng)態(tài)地選擇電路元件的信息處理系統(tǒng)的示例性功能框圖；
[0026]圖10根據(jù)本文公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例描繪了可選地可以包括觸摸屏的、圖9的信息處理系統(tǒng)的示例性實(shí)施例的等距視圖；以及
[0027]圖11描繪了包括其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)可讀指令的非暫時(shí)性的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)的制品的示例性實(shí)施例，當(dāng)由計(jì)算機(jī)類型的裝置執(zhí)行計(jì)算機(jī)可讀指令時(shí)，實(shí)現(xiàn)根據(jù)本文公開的主題的各種技術(shù)和方法中的任何技術(shù)和方法。
[0028]詳細(xì)描述
[0029]本文公開的主題涉及動(dòng)態(tài)地為各種類型的電路(諸如數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)、增量累加(△ 2)DAC、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)、Δ SADC、濾波器，等等)選擇電路元件的系統(tǒng)和方法。更具體的是，本文公開的主題涉及為有符號(hào)的輸入代碼的集合的電路元件的動(dòng)態(tài)元件匹配(DEM)生成多個(gè)選擇器信號(hào)的技術(shù)。每個(gè)選擇器獨(dú)立地控制一組電路元件，使得來自選擇組的電路元件的輸出序列將具有一階失配噪聲整形。此外，對(duì)于差分輸出DAC，與常規(guī)使用兩列電路元件相比，本文公開的主題使用單列電路元件。此外，本文公開的主題不要求用于生成DC偏移的單獨(dú)的電路。更進(jìn)一步地，本文公開的技術(shù)提供對(duì)應(yīng)的DEM-DAC系統(tǒng)，該DEM-DAC系統(tǒng)是面積優(yōu)化的和功率高效的且具有低的熱本底噪聲。
[0030]雖然本文公開的主題涉及各種類型的電路，諸如數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)、增量累加(Δ X)DAC、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)、Λ SADC、濾波器，等等，為了清晰起見，結(jié)合Λ XDAC的特定實(shí)例和配置對(duì)本文公開的主題的技術(shù)進(jìn)行說明。本文公開的特定示例性實(shí)施例涉及使用兩個(gè)選擇器的4位高性能差分輸出ΛΣ音頻DAC;然而，應(yīng)該理解的是，本文公開的DEM技術(shù)可以應(yīng)用到其中使用附加的選擇器的其它類型的DAC和ADC。
[0031]如本文中所使用的詞語(yǔ)“示例性的”意思是“充當(dāng)實(shí)例，例子或說明”。本文中描述為“示例性的”的任何實(shí)施例不被解釋為必然優(yōu)選的或優(yōu)于其他實(shí)施例。此外，應(yīng)該理解的是，為了說明的簡(jiǎn)潔和/或清晰，附圖中示出的元件并不一定按照比例繪制。例如，為了說明清楚起見，相對(duì)于其他元件，元件中的一些元件的尺寸可能被放大。此外，在一些附圖中，為了清楚地說明附圖，由附圖標(biāo)記只標(biāo)示多個(gè)相似元件中的一個(gè)或兩個(gè)，然而并不是所有相似的元件都可能都由附圖標(biāo)記來標(biāo)示。更進(jìn)一步地，應(yīng)該理解的是，為了說明的清晰起見，雖然已從附圖中省略了本文公開的主題的組件和/或元件的一些部分，但是旨在良好地設(shè)計(jì)、建造和裝配實(shí)踐。
[0032]圖3根據(jù)本文公開的主題描繪了真實(shí)差分輸出DAC配置300的示例性實(shí)施例的功能框圖。與在圖2中示出的常規(guī)偽差分DAC配置200相比，DAC300在面積和功率方面更有效。DAC300包括耦合到多個(gè)DAC元件302的DEM301，只示出了多個(gè)DAC元件302的一個(gè)DAC元件。DAC元件302的輸出端被耦合到濾波器303，這提供真實(shí)的差分輸出。每個(gè)DAC元件302包括電流源304