[发明专利]过采样模数转换器及其反馈数模转换器动态误差校准方法

说明书

本发明提出一种连续过采样模数转换器及其中动态误差的数字校准方法。该校准方法属于前台校准，先在动态误差检测模式下把模数转换器的模拟输入设为零，连接额外的校准DAC单元组，同时加入固定的数字信号，测算出该模数转换器中反馈数模转换器的动态误差，并且将该动态误差以数字的形式输出和保存；然后在动态误差消除模式下断开额外的校准DAC单元组，模数转换器正常连接模拟输入，转换的数字输出减去动态误差检测模式下保存的动态误差，即可得到校准后的不带动态误差的数字输出。该发明通过增加简单的硬件成本和操作，可以有效消除过采样模数转换器的动态误差，极大改善其性能，适用于各种性能指标的连续过采样模数转换器。

技术领域

本发明涉及属于混合信号电路领域，特别涉及一种校准过采样模数转换器及其中反馈数模转换器动态误差的数字前台校准方法。

背景技术

在电子电路中，模数转换器(ADC)是一个重要的模块，它负责把声音、图像和无线电波等模拟信号转换成数字信号传递给后面的数字电路进行各种信号处理。衡量模数转换器的指标主要有带宽(速度)、精度和功耗。

过采样模数转换器是模数转换器中一种重要的结构，其基本结构如图1所示，由环路滤波器1.1、量化器1.2和反馈DAC(数模转换器)1.3构成。连续时间过采样模数转换器和其他类型模数转换器相比具有内生的抗混叠滤波功能，可以极大降低前端模拟滤波器的设计难度和功耗。过采样模数转换器的带宽由采样速率(Fs)和过采样率(over-samplingratio，OSR)共同确定；其精度由过采样率OSR、量化比特数B和噪声整形阶数L等因素共同决定。在图1中，前端滤波器和前端反馈DAC的精度同时也直接限制了整个过采样模数转换器的精度，所以尽管反馈DAC的位数为B，其精度要求不低于整个过采样ADC的精度。目前连续时间过采样模数转换器中常用的反馈DAC为电流舵型(current-steering)DAC，根据其输出电流波形可以分为不归零型(non return-to-zero,NRZ)DAC和归零型(return-to-zero,RZ)DAC。DAC有很多非理想因素限制其精度，主要的有多比特DAC的静态失配、DAC的动态误差和DAC时钟噪声(clock jitter noise)。RZ DAC由于其电流波形一般只占50％时钟周期，而且在每个时钟周期内都会归零，故其相比NRZ RZ DAC会引入较大的时钟噪声，所以RZDAC一般只能用在后端反馈环路中。NRZ DAC由于其电流波形占100％时钟周期，其时钟噪声只依赖于两个相邻周期输出电流的差值，故多比特NRZ DAC相比RZ DAC能够极大改善时钟噪声。但NRZ DAC由于DAC输出端的负载和寄生电容，其输出电流值不能瞬间改变，也就是说其输出电流波形上升沿有限，会引入动态误差。