[发明专利]用于过采样数据转换的三层逻辑数据混洗的系统和方法

说明书

发明背景

本发明一般涉及∑-Δ噪声整形类型的混合信号转换器，尤其涉及使用均匀加权元素的混合信号数模转换器。

∑-Δ数模转换器(DAC)提供了一种以与常规Nyquist转换器相比相对较低的成本来实现高分辨率和低失真的手段。在典型的多位噪声整形过采样DAC中，首先按过采样比(OSR)对数字输入进行提升采样，并且对其进行滤波以抑制频带外的图像。然后，使用∑-Δ调制器以将字宽减小到可管理的大小，同时将频带内的噪声整形到更高的频率范围中。使用二进制到温度计编码器将二进制数据转换成温度计-代码数据。例如，美国专利5,404,142揭示了一种数据定向扰频技术，其中量化的经噪声整形的字首先被转换成温度计代码。然后，使用数据定向混洗器(shuffler)，以动态地选择输出级的一组元件。所选元件的个数等于有效的温度计代码的个数。然后，根据混洗器的决定，模拟输出级通过接通所选的那组元件，将混洗器的输出转换成模拟量。

现有技术的温度计代码DAC包括电流导引部分和I-V转换器，该I-V转换器包括用于控制BIT和(或BITB)信号的DAC单元驱动器。通过将BIT和BITB信号的交叉点设计成一个在普通模式电压之上的V_gs，DAC单元输出波形中的符号间干扰(ISI)将达到最小。V_gs被定义成当各自传导输出电流的一半时DAC开关的栅极-源极电压。

因为真实器件总有缺陷，所以电流单元将不会精确地匹配。这种失配问题使重新构造出的模拟信号中有谐波失真和噪声。由此，转换器的性能受限于这些元件的匹配。市售的硅处理工艺只能够提供12位的无需校准或修整的匹配。

已对这种元件失配进行了充分地研究并且提出了许多方法以将这种失配误差转换成频谱整形噪声。通过将这种失配误差整形成频带外的频率范围，转换器的信噪比(SNR)和动态范围(DNR)都得到了极大地提高。在这些方法中，使用混洗器(有时候也被称为扰频器)，以针对每一个数字输入代码动态地选择一组元件，使得随着时间的推移每一个元件都得到等同利用。这意味着每一对元件之间的差异的初积分是零，因此，等价于一阶噪声整形∑-Δ转换器。唯一的差别是，在正常的∑-Δ转换器中振幅误差经噪声整形，而在数据混洗器中该元件的使用过程中的误差经噪声整形。美国专利6,614,377揭示了现有技术蝶式混洗器的一个示例。然而，常规温度计代码电流导引DAC的缺点是热噪声性能。特别是，当数据是零时，一半的切换电流源中连接到I-V转换器的一个求和点，而另一半则连接到其它求和点。此外，顶部电流源总是连接到求和点。这些电流源是DAC输出中的主要噪声源并且指示了该转换器的SNR。

另一种没有上述噪声问题的常规DAC体系结构包括三层逻辑温度计电流导引DAC，它包括用于位0-15中的每一个的一对电流源(正的和负的)。因为每一对电流源可以以三种不同的方式连接到求和点，所以每一对可能贡献正的电荷量、负的电荷量、或根本没有贡献。当数据是零时，所有的电流源都连接到缓冲放大器以维持其恰当的漏极电压。因此，转换器的主要噪声源现在就来自I-V放大器，通过设计这比上述电流源的情况要小很多。因此，SNR得到了显著的提高。然而，这种体系结构的困难在于它同样会产生上述的元件失配。现有技术的元件混洗器不适用于这种体系结构，因为它们只能混洗“1”和“0”。

因此，需要一种能进一步减小元件失配的改进型∑-Δ噪声整形DAC。

发明内容

根据一个实施方式，本发明提供了一种用于在数据转换器中处理数字信号的系统。该系统包括用于接收带符号的二进制数据并用于提供带符号的温度计数据的温度计编码器。带符号的温度计数据包括正的温度计数据和负的温度计数据。该系统还包括混洗器，该混洗器接收响应于正温度计数据的正输入数据并且还接收响应于负温度计数据的负输入数据。该系统还包括解码器，用于接收来自混洗器的输出数据并将解码后的数据提供给模拟输出级。

根据另一个实施方式，本发明提供了一种用于在数据转换器中处理数字信号的系统，该系统包括温度计编码器、混洗器和解码器。该温度计编码器用于接收带符号的二进制数据，并且还用于提供带符号的温度计数据。该混洗器接收带符号的温度计数据并且提供三层逻辑输出，该输出包括正状态输出、负状态输出和零状态输出。该解码器用于接收来自混洗器的输出数据并且将解码后的数据提供到模拟输出级。