用于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的微處理器輔助校準(zhǔn)制造技術(shù)

本公開(kāi)涉及用于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的微處理器輔助校準(zhǔn)。模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)可具有影響其性能的誤差。為了改進(jìn)性能，許多技術(shù)已用于補(bǔ)償或校正誤差。當(dāng)ADC使用亞微米技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)，ADC可以容易并方便地配備片上微處理器，用于執(zhí)行多種數(shù)字功能。片上微處理器和任何合適的數(shù)字電路可以實(shí)現(xiàn)功能，用于減少這些誤差，使得減少某些不希望的偽像，并為高度可配置的ADC提供靈活的平臺(tái)。片上的微處理器對(duì)于隨機(jī)時(shí)間交錯(cuò)的ADC是特別有用的。此外，隨機(jī)抽樣的ADC可以并行地添加到主ADC，用于校準(zhǔn)目的。此外，整個(gè)系統(tǒng)可包括有效的實(shí)施方式，用于糾正ADC中的錯(cuò)誤。

Microprocessor aided calibration for analog to digital converters

The present disclosure relates to microprocessor assisted calibration for analog-to-digital converters. Analog to digital converters (ADC) can have errors that affect their performance. In order to improve performance, many techniques have been used for compensation or correction errors. When ADC uses submicron technology, the ADC can be easily and easily equipped with on-chip microprocessors for performing a variety of digital functions. The on-chip microprocessor and any suitable digital circuitry can perform functions for reducing these errors, reducing the number of spurious artifacts desired, and providing a flexible platform for highly configurable ADC. The on-chip microprocessor is particularly useful for random time interleaved ADC. In addition, random sampling of the ADC can be added to the master ADC in parallel to be used for calibration purposes. In addition, the entire system can include effective implementations for correcting errors in ADC.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
用于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的微處理器輔助校準(zhǔn)本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2015年12月17日、名稱(chēng)為“用于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的微處理器輔助校準(zhǔn)”、申請(qǐng)?zhí)枮?01510946480.5的專(zhuān)利技術(shù)專(zhuān)利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。優(yōu)先權(quán)數(shù)據(jù)本專(zhuān)利申請(qǐng)接收受益于或要求于2014年12月17日提交的題為“DIGITALLYASSISTEDTECHNIQUESFORANALOG-TO-DIGITALCONVERTERS”的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)62/093391的優(yōu)先權(quán)。該臨時(shí)申請(qǐng)通過(guò)引用整體結(jié)合到本文中。
本專(zhuān)利技術(shù)涉及集成電路的領(lǐng)域，尤其是用于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輔助技術(shù)。
技術(shù)介紹
在許多電子應(yīng)用中，模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字輸出信號(hào)(例如，用于進(jìn)一步的數(shù)字信號(hào)處理)。例如，在精度測(cè)量系統(tǒng)中，電子裝置被設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)傳感器以進(jìn)行測(cè)量，并且這些傳感器可以產(chǎn)生模擬信號(hào)。該模擬信號(hào)然后將被提供到模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)作為輸入，以產(chǎn)生數(shù)字輸出信號(hào)，以便進(jìn)一步處理。在另一種情況中，天線(xiàn)基于在空氣中攜帶信息/信號(hào)的電磁波產(chǎn)生模擬信號(hào)。由天線(xiàn)產(chǎn)生的模擬信號(hào)隨后作為輸入提供到ADC以產(chǎn)生數(shù)字輸出信號(hào)，以便進(jìn)一步處理。ADC可以應(yīng)用于許多地方，諸如寬帶通信系統(tǒng)、音響系統(tǒng)、接收器系統(tǒng)等。ADC可以轉(zhuǎn)換表示現(xiàn)實(shí)世界的現(xiàn)象(例如，光，聲，溫度或壓力)的模擬電信號(hào)，用于數(shù)據(jù)處理的目的。設(shè)計(jì)ADC是不平凡的任務(wù)，因?yàn)槊總€(gè)應(yīng)用程序可在性能、功耗、成本和尺寸具有不同的需求。ADC用于廣泛的應(yīng)用，包括通信、能源、醫(yī)療、儀器儀表和測(cè)量、電機(jī)和電源控制、工業(yè)自動(dòng)化和航空航天/國(guó)防。隨著需要ADC的應(yīng)用增長(zhǎng)，需要準(zhǔn)確而可靠的轉(zhuǎn)換性能也隨之增加。一般而言，ADC是將由模擬信號(hào)攜帶的連續(xù)物理量轉(zhuǎn)換為表示該量的振幅(或攜帶該數(shù)字值的數(shù)字信號(hào))的數(shù)字值的電子設(shè)備。ADC典型地由構(gòu)成集成電路或芯片的許多設(shè)備組成。ADC通常由下述應(yīng)用要求定義：它的帶寬(它可以正確地轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的頻率范圍)，其分辨率(最大模擬信號(hào)可劃分并表示數(shù)字信號(hào)的離散電平的數(shù)目)，其信號(hào)對(duì)噪聲比(相對(duì)于所述ADC引入的噪聲信號(hào)，ADC如何準(zhǔn)確測(cè)量)。ADC具有許多不同的設(shè)計(jì)，其可根據(jù)應(yīng)用的要求來(lái)選擇。在許多情況下，設(shè)計(jì)滿(mǎn)足應(yīng)用要求并同時(shí)提供足夠性能的ADC是不平凡的。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)可具有影響其性能的誤差，特別是它們的(有效)解析。速度和分辨率通常存在折衷，其中，更高速的ADC傾向于具有較低的分辨率。當(dāng)ADC的速度變快時(shí)，需要采取措施以補(bǔ)償或校正這些錯(cuò)誤更高，從而ADC不獲得速度而損失分辨率。為了改進(jìn)性能，許多技術(shù)已用于補(bǔ)償或校正錯(cuò)誤。當(dāng)ADC用亞微米技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以容易并方便地配備片上微處理器，用于執(zhí)行多種數(shù)字功能。片上微處理器和任何合適的數(shù)字電路可以實(shí)現(xiàn)豐富的功能用于減少這些誤差，使某些不希望的偽像被減少，并提供高度可配置的ADC的靈活平臺(tái)。片上微處理器特別有用于隨機(jī)時(shí)間交錯(cuò)ADC。此外，隨機(jī)抽樣的ADC可以并行地添加到主ADC(例如，隨機(jī)時(shí)間交錯(cuò)ADC)，用于校準(zhǔn)目的。此外，整個(gè)系統(tǒng)可包括有效的實(shí)施方式，用于校正ADC(例如，多級(jí)ADC)中的誤差。附圖說(shuō)明為了提供本公開(kāi)內(nèi)容和其特征和優(yōu)點(diǎn)的更完整理解，可結(jié)合附圖參考下面的描述，其中，類(lèi)似的參考數(shù)字表示相同的部件，其中：圖1示出根據(jù)本公開(kāi)的一些實(shí)施例的示例性逐次逼近ADC；圖2示出根據(jù)本公開(kāi)的一些實(shí)施例，用于SARADC的示例性?xún)?nèi)部DAC；圖3示出根據(jù)本公開(kāi)的一些實(shí)施例的示例性分級(jí)ADC；圖4示出根據(jù)本公開(kāi)的一些實(shí)施例的兩個(gè)示例性流水線(xiàn)型ADC；圖5示出根據(jù)本公開(kāi)的一些實(shí)施例的示例性Σ-△調(diào)制器；圖6示出根據(jù)本公開(kāi)的一些實(shí)施例的示例性的二階Σ-△調(diào)制器；圖7A示出具有兩個(gè)子ADC的示例性時(shí)間交錯(cuò)ADC，以及圖7B示出示出用于圖7A的示例性時(shí)間交錯(cuò)ADC的采樣邊緣的時(shí)序圖。圖8示出具有專(zhuān)用和專(zhuān)門(mén)的模擬或數(shù)字處理電路的常規(guī)ADC芯片的示例性布局；圖9示出根據(jù)本公開(kāi)的一些實(shí)施例，具有片上微處理器的ADC芯片的示例性布局；圖10示出根據(jù)本公開(kāi)的一些實(shí)施例，具有轉(zhuǎn)換器和片上微處理器的系統(tǒng)圖；圖11示出根據(jù)本公開(kāi)的一些實(shí)施例，具有轉(zhuǎn)換器、片上微處理器和時(shí)鐘發(fā)生器的系統(tǒng)圖；圖12示出根據(jù)本公開(kāi)的一些實(shí)施例的流水線(xiàn)ADC的示例性階段；圖13-18示出根據(jù)本公開(kāi)的一些實(shí)施例的一系列示例性電壓曲線(xiàn)，其示出流水線(xiàn)ADC內(nèi)的操作以及一個(gè)或多個(gè)可能的誤差源；圖19示出根據(jù)本公開(kāi)的一些實(shí)施例，具有6個(gè)階段，配備有抖動(dòng)注入的示例性流水線(xiàn)ADC；圖20示出根據(jù)本公開(kāi)的一些實(shí)施例，可用于校準(zhǔn)的關(guān)聯(lián)方案；圖21示出根據(jù)本公開(kāi)的一些實(shí)施例的增益誤差校正方案；圖22示出根據(jù)本公開(kāi)的一些實(shí)施例的另一增益誤差校正方案；圖23A-B示出根據(jù)本公開(kāi)的一些實(shí)施例，適于由片上uP執(zhí)行的示例性校準(zhǔn)功能；圖24示出根據(jù)本公開(kāi)的一些實(shí)施例，具有片上uP的示例性交錯(cuò)ADC的示例性系統(tǒng)圖；圖25示出根據(jù)本公開(kāi)的一些實(shí)施例，用于閃速ADC校準(zhǔn)和流水線(xiàn)級(jí)校準(zhǔn)的示例性硬件流；圖26示出根據(jù)本公開(kāi)的一些實(shí)施例，用于脈動(dòng)減法和示例性積累和抽取塊的示例性硬件流；圖27示出根據(jù)本公開(kāi)的一些實(shí)施例的相鄰子ADC的采樣；圖28示出根據(jù)本公開(kāi)的一些實(shí)施例的參考和相鄰子ADC的采樣；和圖29示出根據(jù)本公開(kāi)的一些實(shí)施例，示例性片上uP與所述芯片的連接以與其余部分進(jìn)行通信。具體實(shí)施方式理解模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)具有許多種類(lèi)的ADC，每個(gè)旨在輸出提供到ADC的模擬輸入的數(shù)字表示。下面的段落討論幾個(gè)這樣的種類(lèi)。ADC的一個(gè)示例種類(lèi)是逐次逼近寄存器模數(shù)轉(zhuǎn)換器(SARADC)。SARADC通常用于數(shù)據(jù)采集應(yīng)用，特別是其中多個(gè)信道被數(shù)字化。圖1示出根據(jù)本公開(kāi)的一些實(shí)施例的示例性逐次逼近ADC。在一個(gè)示例中，在斷言CONVERTSTART命令時(shí)，取樣與保持(SHA)置于保持模式，以及除了設(shè)置為“1”的MSB，逐次逼近寄存器(SAR)的所有位都復(fù)位為“0”。SAR輸出驅(qū)動(dòng)內(nèi)部數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)。如果DAC輸出大于模擬輸入，在SAR中的該位復(fù)位，否則它留下設(shè)置。下一個(gè)最高有效位然后被設(shè)置為“1”。如果DAC輸出大于模擬輸入，在SAR中的該位復(fù)位，否則它留下設(shè)置。該過(guò)程依次對(duì)于每個(gè)位重復(fù)。當(dāng)所有的位已在適當(dāng)時(shí)確定、測(cè)試、重置，SAR的內(nèi)容對(duì)應(yīng)于模擬輸入的值，以及轉(zhuǎn)換完成。這些比特“試驗(yàn)”可以形成基于串行輸出版本SARADC的基礎(chǔ)。除了這個(gè)的其他算法可用于產(chǎn)生模擬輸入的數(shù)字表示。SARADC的精度可受內(nèi)部DAC的精度的影響。圖2示出根據(jù)本公開(kāi)的一些實(shí)施例，用于SARADC的示例性?xún)?nèi)部DAC。示例性?xún)?nèi)部DAC(使用開(kāi)關(guān)電容或電荷再分配技術(shù)所示)可確定SARADC的整體精度和線(xiàn)性。即使采用精確光刻，電容器的匹配并不總是完美的，并且如果未被剪掉會(huì)降低SARADC的性能。ADC的另一個(gè)示例種類(lèi)是流水線(xiàn)ADC，其通常歸類(lèi)為高速ADC(例如，具有高于5每秒百萬(wàn)樣本(MSPS)或甚至高于10MSPS的取樣速率)。流水線(xiàn)型ADC通常用于視頻、抽樣無(wú)線(xiàn)電應(yīng)用、儀器儀表(數(shù)字示波器，數(shù)字頻譜分析儀)等。流水線(xiàn)ADC具有在其子區(qū)域ADC中的起源。圖3示出根據(jù)本公開(kāi)的一些實(shí)施例的示例性分級(jí)ADC。如由這個(gè)例子示出，分級(jí)ADC有兩個(gè)階段：MSB子ADC(SADC)中N1位的“粗”轉(zhuǎn)換，接著在本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種隨機(jī)交錯(cuò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括：兩個(gè)或更多個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，根據(jù)偽隨機(jī)序列對(duì)隨機(jī)交錯(cuò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的模擬輸入進(jìn)行時(shí)間交錯(cuò)采樣，并產(chǎn)生相應(yīng)數(shù)字輸出；數(shù)字組合器，基于偽隨機(jī)序列組合所述兩個(gè)或更多個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的相應(yīng)數(shù)字輸出，以產(chǎn)生隨機(jī)交錯(cuò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸出；參考模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于基于隨機(jī)采樣周期對(duì)所述模擬輸入進(jìn)行隨機(jī)采樣，并產(chǎn)生表示所述兩個(gè)或更多個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸出的參考數(shù)字輸出；以及校準(zhǔn)邏輯，用于基于所述兩個(gè)或更多個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的相應(yīng)數(shù)字輸出和所述參考數(shù)字輸出，測(cè)量所述兩個(gè)或更多個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的交錯(cuò)錯(cuò)誤。

【技術(shù)特征摘要】
2014.12.17 US 62/093,391;2015.12.01 US 14/955,916;1.一種隨機(jī)交錯(cuò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括：兩個(gè)或更多個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，根據(jù)偽隨機(jī)序列對(duì)隨機(jī)交錯(cuò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的模擬輸入進(jìn)行時(shí)間交錯(cuò)采樣，并產(chǎn)生相應(yīng)數(shù)字輸出；數(shù)字組合器，基于偽隨機(jī)序列組合所述兩個(gè)或更多個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的相應(yīng)數(shù)字輸出，以產(chǎn)生隨機(jī)交錯(cuò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸出；參考模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于基于隨機(jī)采樣周期對(duì)所述模擬輸入進(jìn)行隨機(jī)采樣，并產(chǎn)生表示所述兩個(gè)或更多個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸出的參考數(shù)字輸出；以及校準(zhǔn)邏輯，用于基于所述兩個(gè)或更多個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的相應(yīng)數(shù)字輸出和所述參考數(shù)字輸出，測(cè)量所述兩個(gè)或更多個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的交錯(cuò)錯(cuò)誤。2.如權(quán)利要求1所述的隨機(jī)交錯(cuò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中每當(dāng)參考模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)所述模擬輸入進(jìn)行采樣時(shí)，參考模數(shù)轉(zhuǎn)換器與正在對(duì)所述模擬輸入進(jìn)行采樣的模數(shù)轉(zhuǎn)換器之一一起對(duì)所述模擬輸入進(jìn)行采樣。3.如權(quán)利要求1所述的隨機(jī)交錯(cuò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中，參考模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣頻率分散到一定范圍的頻率。4.如權(quán)利要求1所述的隨機(jī)交錯(cuò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，還包括：時(shí)鐘發(fā)生器，用于為參考模數(shù)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生具有一定范圍的時(shí)鐘周期的時(shí)鐘信號(hào)，以對(duì)所述模擬輸入進(jìn)行隨機(jī)采樣。5.如權(quán)利要求1所述的隨機(jī)交錯(cuò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，還包括：一個(gè)或多個(gè)時(shí)鐘分頻器電路，輸出時(shí)鐘信號(hào)的邊緣以用于在輸入時(shí)鐘的每X個(gè)時(shí)鐘周期驅(qū)動(dòng)參考模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)所述模擬輸入進(jìn)行采樣；以及隨機(jī)化引擎，隨機(jī)化由所述一個(gè)或多個(gè)時(shí)鐘分頻器電路使用的X。6.如權(quán)利要求1所述的隨機(jī)交錯(cuò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中：所述兩個(gè)或更多個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的任何一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的第一分辨率高于參考模數(shù)轉(zhuǎn)換器的第二分辨率。7.如權(quán)利要求1所述的隨機(jī)交錯(cuò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中參考模數(shù)轉(zhuǎn)換器用作附加信號(hào)路徑，所述附加信號(hào)路徑用于與所述兩個(gè)或更多個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器并行地轉(zhuǎn)換模擬輸入信號(hào)。8.一種用于校準(zhǔn)隨機(jī)交錯(cuò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的方法，包括：由時(shí)鐘發(fā)生器產(chǎn)生第一時(shí)鐘信號(hào)，第一時(shí)鐘信號(hào)用于控制隨機(jī)交錯(cuò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的兩個(gè)或更多個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器根據(jù)偽隨機(jī)序列對(duì)所述隨機(jī)交錯(cuò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的模擬輸入進(jìn)行時(shí)間交錯(cuò)采樣；由時(shí)鐘發(fā)生器產(chǎn)生第二時(shí)鐘信號(hào)，第二時(shí)鐘信號(hào)用于觸發(fā)參考模數(shù)轉(zhuǎn)換器以隨機(jī)周期對(duì)所述模擬輸入進(jìn)行隨機(jī)采樣并產(chǎn)生數(shù)字輸出，其中，當(dāng)參考模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)所述模擬輸入進(jìn)行采樣時(shí)，所述兩個(gè)或更多個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器之一也在大致相同的時(shí)間對(duì)所述模擬輸入進(jìn)行采樣；在一段時(shí)間上處理所述兩個(gè)或更多個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的相應(yīng)數(shù)字輸出和參考模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸出以產(chǎn)生測(cè)量結(jié)果；基于所述測(cè)量結(jié)果，確定和所述兩個(gè)或更多個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器相關(guān)的交錯(cuò)錯(cuò)誤。9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，處理所述兩個(gè)或更多個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的相應(yīng)數(shù)字輸出和參考模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸出以產(chǎn)生測(cè)量結(jié)果包括：對(duì)于所述兩個(gè)或更多個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的每個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，確定特定模數(shù)...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：C·C·斯皮爾，E·奧特，N·拉庫(kù)理紀(jì)克，J·P·博雷，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：美國(guó)亞德諾半導(dǎo)體公司，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：美國(guó),US