[发明专利]一种应用于ΣΔ模数转换器调制器的动态元件匹配方法

说明书

本发明公开了一种应用于ΣΔ模数转换器调制器的动态元件匹配方法，输入的模拟信号与反馈的DAC信号相减，经过环路滤波器，最后经多位内部量化器输出数字信号；多位内部量化器输出的数字信号首先经过旋转数据加权平均方法处理，再经过数模转换器转换后作为反馈的DAC信号；旋转数据加权平均方法中使用到动态元件匹配逻辑电路，通过动态元件匹配逻辑电路对多位反馈数模转换器元件间失配误差进行整形。本发明基于旋转数据加权平均的数字校准方法，从而将原本相对固定的电流源失配或电容失配进行一阶整形，并且抑制与信号相关的谐波量，提高了ΣΔ模数转换器调制器的信噪比。

技术领域

本发明涉及一种应用于ΣΔ模数转换器中针对反馈数模转换器的动态元件匹配方法，属于ΣΔ模数转换器调制器的数字校准方法。

背景技术

ΣΔ模数转换器(ΣΔAnalog-to-Digital Converter，以下简称ΣΔADC)由于其过采样和噪声整形的特点能够达到一般奈奎斯特ADC所不能达到的精度。图1是传统ΣΔADC调制器结构框图，主要模块包括环路滤波器、内部量化器和数模转换器(Digital-to-Analog Converter，以下简称DAC)，输入的模拟信号与反馈的DAC信号相减，经过环路滤波器，最后经内部量化器得到输出。值得注意的是，ΣΔADC调制器的输出精度与其反馈DAC的输出精度密切相关，因为反馈DAC的失配噪声不能被整形。若是一位的内部量化器，反馈DAC始终是线性的，反馈DAC对ΣΔ精度不产生影响。但是一旦内部量化器不是一位的，反馈DAC元件之间由于生产过程中各种因素影响，必然存在失配，尤其是电流反馈类型比电容反馈类型的失配更加严重。而当今设计过程中由于精度以及环路稳定性的考虑，ΣΔADC的内部量化器往往存在多位的情况，这就对反馈DAC进行精确的设计。

对反馈DAC的校准方法很多，分为模拟校准和数字校准。在ΣΔADC中用的比较多的是数字校准，因为其不需要多余的模拟电路，并且实现方式也比较简单。图2是一种典型的动态元件匹配(Dynamic Element Matching，以下简称DEM)数字校准方法，这种方法被称为数据加权平均(Data Weighted Averaging，以下简称DWA)，其思想不是按照输入码选择固定的反馈DAC的元件，而是一种轮转的方式选择反馈DAC的元件。以图2所示八个元件为例简述一下DWA的逻辑方法，时刻t₀、t₁、t₂、t₃顺序相连：t₀时为初始态；时刻t₁输入为十进制3，对应反馈DAC选择元件0、元件1和元件2有效接入电路；时刻t₂输入为十进制4，对应反馈DAC选择元件3、元件4、元件5和元件6有效接入电路；时刻t₃时输入为2，对应反馈DAC选择元件7和元件0有效接入电路。由于全部元件选择时反馈的相对误差和为0，所以该方法在时域上轮转选择元件，相当于在频域上对失配误差进行了一阶整形。但是该方法不能很好地抑制与信号相关的谐波分量，其根本原因在于轮转的方式单一。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种ΣΔ模数转换器调制器的动态元件匹配方法，是一种能够对ΣΔ模数转换器中反馈DAC失配误差进行一阶整形，并且能够抑制谐波分量的DEM校准方法，通过该校准方法能够有效提高ΣΔ模数转换器的信噪比。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种应用于ΣΔ模数转换器调制器的动态元件匹配方法，输入的模拟信号与反馈的DAC信号相减，经过环路滤波器，最后经多位内部量化器输出数字信号；多位内部量化器输出的数字信号首先经过旋转数据加权平均方法处理，再经过数模转换器转换后作为反馈的DAC信号；