[发明专利]无丢码的模数转换器系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无丢码的模数转换器系统和方法，其用于例如，SAR、流水线型、闪烁型和折叠型模数转换器。

背景技术

在模数转换器(ADC)中，传递函数是码相对于输入电压的函数，其中码是因变量且电压输入是自变量。理想地每个台阶是一个LSB宽。台阶的中心的位置与理想情况的偏差被称作集成非线性(INL)。通常用LSB的分数来表示INL。DNL是连续的台阶的INL之间的差值。理想情况是INL和DNL为零。例如，对于-.2 LSB和+.2LSB的相邻INL，DNL是：

DNL＝INL(N₁)-INL(N₂)

DNL＝-.2-(+.2)

DNL＝-.4LSB

这意味着台阶是-0.4LSB，小于其应当的值。在-1.0的DNL，将从传递函数丢失码，例如，该传递函数在数字闭环控制系统中是中断的。高度期望不会丢码(NMC)。

在现有的连续逼近寄存器(SAR)ADC中，由于元件值的制造变化出现这些遗漏码的情况。这需要在制造时非常小心的处理和/或校准。可在制造工艺中进行校准，但是一旦在野外，随着时间和温度的正常漂移能够再次引起丢码。由于该因素，很多SAR，流水线型、折叠型、闪烁型ADC目前限于12-16位的精度。对于超出的精度，可以使用∑ΔADC。一位∑ΔADC转换模拟输入为数字输出，然后转换数字输出为模拟信号并将其反馈以和模拟输入相加。模拟输入和模拟反馈中的任何差值导致ADC产生或多或少的数字脉冲。在任意时间的脉冲密度或者速率是模拟输入的数字表示。相同的工作原理应用于多位和更高阶∑ΔADC。∑Δ转换引入了主要在感兴趣的频带外的大量量化噪声。因此使用低通滤波器除去大部分该量化噪声是惯例。通常∑ΔADC相比SAR或者其他ADC需要更大的面积且效率更低。在所有类型的ADC中，过采样(大于两倍信号带宽的采样)具有优点。然而，在许多应用中，由过采样导致的芯片到芯片的高输出速率是不期望的。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于SAR，流水线型，闪烁型和折叠型模数转换器的改进的无丢码模数转换器系统和方法。

本发明的另外的目的是提供这种改进的无丢码模数转换器系统和方法，从而提供DNL的显著改进。

本发明的另外的目的是向这种改进的无丢码模数转换器系统和方法提供改进的无丢码性能。

本发明的另外的目的是提供这种改进的无丢码模数转换器系统和方法，其使用集成的芯片上数字滤波器，能够减少芯片到芯片数据速率并同时保持高的内部芯片上采样速率和精度。

本发明的另外的目的是提供这种改进的无丢码模数转换器系统和方法，其能够采用过采样速率来扩展噪声频谱，并随后使用限制频带的滤波器除去带外噪声，从而减少带内误差。

本发明的实现结果是能够实现具有增加、减小或者相同的分辨率的实质上无丢码的模数转换器，其中通过下面步骤来实现该模数转换器：利用比如热噪声的随机噪声或者有意地引入的噪声的高频振动，根据滤波器中抽头(tap)的数目的函数，来驱动作为模数转换器系统的集成部分的数字滤波器来恢复丢失的码，所述有意地引入的噪声例如是来自伪随机噪声发生器的噪声，并且本发明另外实现了也能够增加码的数目，并且呈现为后续且芯片外的组件的系统输出。

然而，在其他实施例中，本发明不必实现所有这些目标，且其权利要求不应该限于能够实现这些目标的结构或者方法。

本发明的特征在于SAR/流水线型/闪烁型/折叠型无丢码模数转换器系统，其包括模数转换器，具有与其LSB相关的显著的随机噪声分量且具有预定丢码性能。存在响应于高频振动提供n位输出的数字滤波器，且优于所述模数转换器的预定丢码性能，其中所述高频振动是由来自所述模数转换器的m位输入的所述随机噪声分量引入的。