[发明专利]低杂散低失真数字模拟转换器

说明书

技术领域

本专利申请涉及提高模拟数字转换器的性能，并且更为具体地说，涉及提高整个频率宽带上的无杂散动态范围。

背景技术

数字模拟转换器(DAC)将数字输入码转换成模拟输出信号。由于制造过程中的变化因素和数字模拟转换过程中的各种源的不精确性，DAC的输出可能会偏离理想输出。DAC的传递函数是作为输入码的函数的DAC输出端所生成的信号的图示。这种图示不是连续的，而是2N阶的图示，其中N为DAC的比特分辨率。对于理想的DAC，从图示的原点开始，通过每个码转换边界上的点可以画出一条直线。

图1示出了图示10，针对3比特DAC的参考点位于码转换边界的理想传递函数12的例子。本例中的DAC产生总共8个阶，每一个阶代表数字输入码的值。输出信号在码零(000)达到最小值，并且在码(111)达到最大值。因此，最大输出转换不出现在电压基准V_ref。转换出现在一个码宽度，它等于最低有效位(LSB)。LSB为V_ref/2N。

在制造中所使用的材料的限制和转换过程本身内在的不精确性使得DAC的实际传递函数偏离理想传递函数。

DAC的传递函数偏离直线被称之为非线性。图2以3比特DAC为例描述了理想传递函数12和实际传递函数22之间的非线性偏差的图示20。码转换出现的理想电压电平和实际电压之差称为非线性误差。非线性误差可以用LSB来表示(例如，1.3LSB)。

非线性影响性能，性能通常用从频域分析得到的参数来表征，并且典型地通过对DAC的模拟输出执行快速傅立叶变换(FFT)来测量。图3示出了频域中的DAC输出的图示30。基频等于数字输入的频率(例如，DAC测量的信号)。所有其它频率分量都是由谐波失真、热噪声、1/f噪声和量化噪声所导致的无用信号。某些噪声源并非来自DAC自身。例如，失真和热噪声来源于输入到DAC的外部电路。

当在频域中进行分析时，数据转换器的非线性导致谐波失真。如图3所示，这种失真在对测量信号的谐波进行FFT时作为“杂散”被观察到。非线性也会在DAC的奈奎斯特频率内的非基频的谐波的频率处产生杂散。测量信号的幅度和它的最高杂散峰之比称为“无杂散动态范围”(SFDR)，并且通常用分贝(dB)表示。根据应用，最高杂散可以是测量信号的谐波或者非谐波分量。SFDR取决于输入信号的基频。随着基频的增加，SFDR减小。

发明内容

本发明提供了包括计算机程序产品的、用于将输入信号转换成输出信号的方法和系统。

总体上，在一个方面，本发明是包括第一转换器、第二转换器和频率复用器的系统：第一转换器具有第一性能指标，用于高于频率阈值的频率；第二转换器具有第二性能指标，用于低于频率阈值的频率；并且频率复用器耦合到第一和第二转换器。频率复用器包括耦合到第一转换器的高通交叉滤波器，其中高通交叉滤波器被构造成将输入信号的高频分量发送给第一转换器，并且将输入信号的低频分量衰减至预定电平，以使低频分量可用于校正由第一转换器引入的非线性误差。高频分量在频率阈值之上，并且低频分量在频率阈值之下。频率复用器还包括耦合到第二转换器的低通交叉滤波器，其中低通交叉滤波器被构造成将输入信号的低频分量发送给第二转换器，并且将输入信号的高频分量衰减至预定电平，以使高频分量可用于校正由第二转换器引入的非线性误差；以及耦合第一和第二转换器的组合器，被构造成组合从第一和第二转换器所接收的第一和第二转换信号以形成输出信号。