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1、(10)申请公布号 CN 102687402 A (43)申请公布日 2012.09.19 C N 1 0 2 6 8 7 4 0 2 A *CN102687402A* (21)申请号 201080048688.0 (22)申请日 2010.08.24 61/256130 2009.10.29 US H03M 1/10(2006.01) (71)申请人北极硅设备公司 地址挪威蒂勒 (72)发明人伊瓦尔洛肯 O.莫尔兹沃尔 B.赫恩斯 (74)专利代理机构中国专利代理(香港)有限公 司 72001 代理人谢攀 王忠忠 (54) 发明名称 用于模数转换器的校准方案 (57) 摘要 一种模数转换器（。
2、ADC）装置包括输入信号连 接器、输出信号端口、两个或更多子ADC、数字信 号处理（DSP）块，其中，来自每个子ADC的结果被 DSP块使用，以便以提高的性能输出数据，并且独 立地执行每个子ADC的校准，而其他子ADC和DSP 块正常操作和输出数据。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2012.04.27 (86)PCT申请的申请数据 PCT/IB2010/002267 2010.08.24 (87)PCT申请的公布数据 WO2011/051763 EN 2011.05.05 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 (19)中华人民共和国国家知识产权局。
3、 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 1/1页 2 1.一种被配置成以提高的性能输出数据的模数转换器（ADC）装置，包括： 输入信号连接器； 输出信号端口； 两个或更多子ADC，每个子ADC具有输出；以及 数字信号处理（DSP）块，被配置成接收每个子ADC的输出，所述DSP被配置成独立地执 行每个子ADC的校准，而其他子ADC和DSP块被配置成正常操作和输出数据。 2.根据权利要求1所述的装置，其中，模拟输入信号在被应用于每个子ADC的输入之前 通过独立的块。 3.一种被配置成以提高的性能输出数据的模数转换器（ADC），包括： 输入信号连接器； 输出信号端口。
4、； 两个或更多子ADC，每个子ADC具有输出； 数字信号处理（DSP）块，被配置成接收每个子ADC的输出，所述DSP被配置成独立地执 行每个子ADC的校准，而其他子ADC和DSP块被配置成正常操作和输出数据；以及 控制机构，被配置成对每个信道的校准排序，以及在操作期间，被配置成连续保持所有 子ADC和DSP块的最优性能。 4.根据权利要求3所述的装置，其中，模拟输入信号在被应用于每个子ADC的输入之 前，通过独立的块。 权 利 要 求 书CN 102687402 A 1/4页 3 用于模数转换器的校准方案 0001 本申请要求2009年10月29日提交的美国临时申请序列号No. 61/256,。
5、130的优 先权。 技术领域 0002 本公开总体上涉及模数转换技术，更具体地说，涉及用于模数转换的校准方案。 背景技术 0003 若干电子系统为了其功能而需要模数转换器（ADC）。根据具体系统的特性，对于 ACD和该ACD的性能参数存在特定要求。就准确性、分辨率和线性而言，性能的提高是以由 基本物理定律所导致的功耗增加为代价的。此外，通过深亚微米芯片制造技术实现的数字 信号处理领域的发展和计算能力的迅速增加，已经使得数字域中可实现的准确性、速度和 性能几乎无限。这导致了对于它们的模拟对应物的高性能和速度的需求日益增加，在模拟 对应物中绝大多数系统中的ADC代表了这一瓶颈。 0004 与ADC。
6、相关联的准确性和速度的极限已经持续提升。然而，在某个阶段，在模拟电 路系统中能够获得的性能受限于用于制造所述电路的技术缺乏适当的准确性。 0005 通过诸如修整、求平均和各种形式的校准的若干技术，能够缓解在制造技术中的 有限准确性和失配误差的影响。然而，修整是有效但成本较高的过程。因此，其仅用于其中 绝对需要性能并且能够容忍成本增加的系统中。 0006 求平均是一项简单技术，并且具有减少随机噪声的额外益处。求平均除了缓解与 由所采用的制造技术所导致的有限准确性和失配误差有关的问题以外，还改善了ADC的信 噪比（SNR）。例如，图1的现有求平均技术可以被用于减少失配的影响，并且改善ADC中的 总。
7、SNR。更具体地说，输入104被应用于能够被并联配置的任意数目的子ADC 100-102，以 使得每个子ADC 100-102表示一个ADC信道或者简单地说表示信道。子ADC 100-102可以 是完全独立的ADC或者多信道ADC的任何组合。每个ADC对输入104处的信号采样，并且 将其转换成具有给定准确性的数字字。来自每个子ADC的数字输出数据被数字信号处理块 103收集，并且以适当的格式在输出105处被呈现以用于进一步处理。数字信号处理块103 计算由每个子ADC 100-102提供的数据的平均值。计算平均值等同于对子ADC 100-102的 输出求和，并且，如果期望，将输出截短成适当的位。
8、数。 0007 假定在子ADC 100-102中的每一个中随机噪声不相关，每当子ADC 100-102的数 目加倍时，等效输出噪声以3 dB的因子减少。将单一子ADC 100-102的SNR表示为SNR subADC ， 在输出105处的总SNR，SNR total 变成 其中，N subADC 等于被使用的子ADC 100-102的数目。假定每个子ADC 100-102之间误差 是不相关的，则失配误差将遵循与随机噪声相同的等式。在许多情形中，不能保证在信道之 说 明 书CN 102687402 A 2/4页 4 间误差不相关。在这些情形中，可能需要校准。此外，校准可以比利用求平均可获得的更高。
9、 效地消除误差。 0008 存在两种不同的ADC校准方法，包括前台校准和后台校准。 0009 后台校准与ADC的正常操作同时执行。存在若干实施后台校准的现有技术。在绝 大多数情形中，通过将已知校准信号添加到传播通过ADC的信号，来执行校准。将这个校准 信号从ADC输出减去，以确保ADC的性能不下降。使用高级信号处理算法以在校准信号通 过电路系统时分析其属性，并且基于这些结果，调整用于补偿在电路中的不同类型误差或 不准确性的系数。 0010 目前已经提出的用于后台校准的所有解决方案具有至少两个主要问题。第一个是 高复杂性以及在模拟性能和数字校准逻辑之间非常紧密的耦合。这导致了设计过程非常复 杂并。
10、且难以管理。其他主要局限性是在校准算法中所需要的长收敛时间。在绝大多数公开 文献中，报告了校准信号所需要的收敛时间为数千万次的ADC转换。即使对于高速ADC，这 导致收敛时间太长，以致无法追踪可能由温度或供给电压的变化引起的参数的典型变化。 0011 对于前台校准，存在模拟和数字解决方案这二者。这些技术的共同之处是，需要 ADC停止正常操作，采用与在正常操作中所使用的相同电路系统执行校准序列，然后返回至 正常操作。对于许多电子系统，ADC在某些时间点不可用于正常操作是可接受的。然而，在 许多应用中，ADC连续运转，并且将必须在不中断正常操作的情况下被校准。这通常通过具 有当校准序列被执行时能够。
11、被使用的冗余电路系统来解决。这些解决方案的额外成本和复 杂性使得该使用不现实，并且很少应用于商业产品。 发明内容 0012 为了满足前述的需求，公开了一种具有提高的性能的模数转换器（ADC）。该ADC包 括若干子ADC、信号输入、数字信号处理（DSP）块和数字输出。每个子ADC以给定的准确性 转换输入信号，并且将输出传送至DSP块。计算来自每个子ADC的结果的平均值，以输出具 有较高信噪比（SNR）的单一数字输出字。每个子ADC分别具有用于从输入断开、执行校准 序列然后恢复正常操作的装置。在特定子ADC的校准期间，剩余子ADC将以略微降低的SNR 正常操作，因为用于求平均的子ADC数目较小。 。
12、0013 公开了被配置成以提高的性能输出数据的另一ADC装置。ADC装置包括输入信号 连接器、输出信号端口、两个或更多子ADC和DSP块。DSP块被配置成接收每个子ADC的输 出，并且被进一步配置成独立地执行每个子ADC的校准，而其他子DAC和DSP块被配置成正 常操作和输出数据。 0014 在一个优化实施例（refinement）中，模拟输入信号在被应用于每个子ADC的输入 之前通过独立的块。 0015 公开了被配置成以提高的性能输出数据的又另一ADC。ADC包括输入信号连接器、 输出信号端口、两个或更多子ADC、DSP块和控制机构。D SP块被配置成接收每个子ADC的 输出，并且被进一步配。
13、置成独立地执行每个子ADC的校准，而其他子ADC和DSP块被配置成 正常操作和输出数据。控制机构被配置对每个信道的校准排序（sequence）并且在操作期 间被配置成连续保持所有子ADC和DSP块的最优性能。 0016 在一个优化实施例中，模拟输入信号在被应用于每个子ADC的输入之前通过独立 说 明 书CN 102687402 A 3/4页 5 的块。 0017 当结合附图阅读时，其他优势和和特征从下文具体描述中将是显而易见的。 附图说明 0018 在附图中，对公开的模数转换器（ADC）装置或多或少进行了图解描述，其中： 图1是ADC装置的现有技术示意图；以及 图2是根据本公开的教导构造的示例。
14、性ADC装置的示意图。 0019 应理解的是，附图不一定按比例绘制，并且某些时候，通过图形符号、假想线、图形 表示和片段视图阐释这些实施例。在某些实例中，对于理解本公开并非必要的细节或使得 其他细节难以理解的细节可能已经被省略。当然，应理解的是，本公开不限于此处所说明的 具体实施例和方法。 具体实施方式 0020 本公开的操作原理基于多个模数转换器（ADC）信道的求平均以便提高准确性，并 且同时允许在不中断正常操作的情况下校准每个信道。 0021 图1的实施例示出了其中通过利用求平均配置或技术可以改善准确性的现有技 术解决方案。图2的示例性实施例示出了其中可以利用求平均来提高信噪比（SNR）并。
15、且允 许在不中断正常ADC操作的情况下运行校准的ADC配置。更具体地说，输入信号1004可 以被应用于并联配置的任意数目的子ADC 1000-1002，其中，每个子ADC 1000-1002表示 一个信道。子ADC 1000-1002可以是完全独立的ADC 1000-1002或者可以是多信道ADC 1000-1002的任何组合。每个ADC 1000-1002可以对输入1004处的信号采样，并且将其转 换成具有给定准确性的数字字。数字输出数据可以由数字信号处理（DSP）块1003收集，并 且以适当的格式，在例如输出端口1005处被输出，用于进一步处理。 0022 DSP 1003可以被配置成计算。
16、来自每个子ADC 1000-1002的数据的平均值。计算平 均值可以等同于对子ADC 1000-1002的所有输出求和，并且如果期望，将输出截短成适当 的位数。从ADC装置得到的SNR可以通过例如等式（1）确定。 0023 每个子ADC 1000-1002可以进一步提供校准输入1006。例如，当用于一个信道 的校准输入1006被激活时，信道可以从输入1004断开，执行校准序列，并且连接回至输 入1004，以恢复正常操作。用于每个ADC信道的校准方案可以通过适合于在每个子ADC 1000-1002中所使用的架构的任何方式来实施。 0024 在一个信道的校准期间，其余信道可以正常操作。在此期间，得。
17、到的SNR可以根据 在该系统中的子ADC 1000-1002的总数目而略微降低。例如，等式（2）示出了在校准期间 得到的SNR，SNR CAL ，其中N subADC 可以对应于子ADC 1000-1002的数目并且M CAL 可以对应于在 校准中子ADC 1000-1002的数目。 0025 如从等式（2）所看出的，同时被校准的子ADC 1000-1002的数目M CAL 可以是1。 0026 从等式（2）也可以看出，通过具有较高数目的子ADC 1000-1002，可以使得在校 准期间的SNR几乎等于在正常操作中的SNR。然而，绝大多数应用可以要求SNR在某个数 说 明 书CN 102687。
18、402 A 4/4页 6 目的样本上平均是适合的。如果与下文方法结合使用，这可以允许使用较低数目的子ADC 1000-1002。 0027 可能需要若干ADC样本来执行用于大多数ADC校准方案的完全校准。然而，这些 样本不需要是连续的。这可以允许校准样本被散布于较长时间段上。 0028 例如，如果当所有子ADC 1000-1002以正常操作模式操作时执行M N 个样本，那 么，M CAL 个子ADC 1000-1002可以执行一个单一校准样本，随后是正常操作的M N 个样本的 新序列。然后，第二子ADC 1000-1002执行一个校准，随后是正常操作的M N 个样本的新序 列。这种序列可以被重。
19、复，直到所有信道每个已经执行了所需数目的校准样本M C 。平均SNR （SNR AVG ）以及校准周期T CAL 可以如等式（3）中所示的那样被确定。校准周期可以是校准特 征能够多快地追踪通常由于变化的环境条件所引起的条件变化的度量。例如，可以通过时 钟循环的数目，测量电源电压和温度、T CAL 。 0029 在存在四个信道的情况下，其中，每个信道需要32个样本用于校准，并且其中，每 第16个样本是校准样本，M N =15，较之没有校准的四个信道，SNR的损失仅是0.05dB。校准 时间将是2048个样本，其比现有技术的校准解决方案所展现的要低几十倍。 0030 虽然仅描述了某些实施例，但从上文的描述中，可选和修改实施例对于本领域的 技术人员将是显而易见的。这些和其他可选实施例被认为是等效内容并且在本公开和随附 的权利要求的精神和范围内。 说 明 书CN 102687402 A 1/1页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图CN 102687402 A 。