[发明专利]一种模数转换器及其数字校准方法

说明书

本发明公开了一种模数转换器及其数字校准方法，其中模数转换器包括环路滤波器、量化器、反馈DAC组件、双路选择开关、基准DAC单元和数字处理模块，反馈DAC组件包括多个并行连接的反馈DAC单元，从输入端到输出端之间环路滤波器、量化器和数字处理模块依次相互连接，反馈DAC组件的第一端和基准DAC单元的第一端分别以相反的极性接入环路滤波器，反馈DAC组件的第二端连接双路选择开关的第一端，双路选择开关的第二端可选择的两路中的第一路连接在量化器和数字处理模块之间，第二路连接第一数字序列信号；基准DAC单元的第二端连接第二数字序列信号。本发明能够有效、经济地消除模数转换器中的反馈DAC组件的动态误差和静态误差。

技术领域

本发明涉及混合信号电路领域，尤其涉及一种模数转换器及其数字校准方法。

背景技术

在通信系统中，由于处理的数据量变得越来越大，射频收发机的重点逐渐放在宽带数据的处理上，因此对作为模拟信号和数字信号接口的模数转换器(Analog DigitalConverter，ADC)提出了更高的要求。模数转换器是通信接收机中基带部分的核心电路，其性能(输入信号带宽、动态范围和功耗等)在很大程度上会决定整个系统的性能，所以其发展也越来越重要。

相比于其他类型的模数转换器，连续时间Delta-Sigma ADC以其中精度、纯阻性输入负载、可重构性以及自带抗混叠滤波器等特性被广泛应用于无线通信系统中，其基本框图如图1所示，由连续时间环路滤波器1.1、量化器1.2和反馈数模转换器(DAC)1.3、加法器1.4组成。Delta-Sigma ADC利用过采样和噪声整形技术降低信号带宽内量化器引入的量化噪声，从而可以用低比特的量化器1.2实现ADC中高精度。从图1可以看到，反馈DAC1.3(反馈型Delta-Sigma ADC中的最前端DAC)前端没有任何模拟滤波器，它的任何误差都会直接影响整个Delta-Sigma ADC的精度，因此将反馈DAC误差降低至一定的程度是设计Delta-Sigma ADC的关键之一。

传统的各种动态原件匹配技术(DEM)能够有效地消除Delta-Sigma ADC中反馈DAC的静态误差，但是不能消除其动态误差，而且会引入额外的环路延时，破坏Delta-SigmaADC的稳定性，见文献Y.Geerts,M.S.J.Steyaert,W.Sansen,A high-performancemultibit CMOS ADC.IEEE J.Solid-State Circuits 35(12),1829–1840(2000).Dec。文献T.He,M.Ashburn,S.Ho,Y.Zhang and G.Temes,A 50MHZ-BW continuous-timeΔΣADCwith dynamic error correction achieving 79.8dB SNDR and 95.2dB SFDR,2018IEEEInternational Solid-State Circuits Conference-(ISSCC),San Francisco,CA,2018,pp.230-232中的校准只是针对反馈DAC的动态误差(inter-symbol interference，ISI)，并不能消除DAC的静态误差，故其中的DAC还需要较大的面积以保证其静态误差较小；因此其中的校准依赖于模拟方式，对各种非理想因素较为敏感。文献J.G.Kauffman,P.Witte,J.Becker and M.Ortmanns,An 8.5mW Continuous-Time$\Delta\Sigma$Modulator With25MHz Bandwidth Using Digital Background DAC Linearization to Achieve 63.5dBSNDR and 81dB SFDR,in IEEE Journal of Solid-State Circuits,vol.46,no.12,pp.2869-2881,Dec.2011和文献M.De Bock,X.Xing,L.Weyten,G.Gielen,P.Rombouts,Calibration of DAC mismatch errors InΣΔADCs based on a sine-wavemeasurement.IEEE Trans.Circuits Syst.II Express Briefs 60(9),567–571(2013)中的数字校准只是针对反馈DAC的静态误差，并不能消除其动态误差，但是在高速Delta-Sigma ADC中，反馈DAC的动态误差越来越成为性能的瓶颈。而且文献M.De Bock,X.Xing,L.Weyten,G.Gielen,P.Rombouts,Calibration of DAC mismatch errors InΣΔADCsbased on a sine-wave measurement.IEEE Trans.Circuits Syst.II Express Briefs60(9),567–571(2013)中的数字校准需要一个非常精确的正弦波模拟信号作为ADC的校准输入信号。