DE102004031447A1 - Data-weighting device for a sigma-delta ADC, has scrambler rotating digital output of converter as function of computed current pointer determined using pipeline mechanisms from preceding pointer and output data - Google Patents

Data-weighting device for a sigma-delta ADC, has scrambler rotating digital output of converter as function of computed current pointer determined using pipeline mechanisms from preceding pointer and output data Download PDF

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Abstract

Scrambling devices (15) rotate the digital output signal of the sigma delta encoder (1) as a function of a computed current pointer. Pointer computation pipeline mechanisms (16) calculate the value of the current pointer P(n+1) as a function of a preceding pointer P(n) and preceding output data D(n). The preceding pointer and the preceding output data are delayed by at least one clock cycle. Preferably the current pointer is computed from the sum of the preceding pointer and preceding output data. Independent claims are included for : (1) a sigma-delta analog-digital converter for converting an applied analog input signal into digital output data; and (2) a method for calculating a current value pointer for a data-weighting device forming an average value within a sigma-delta analog-digital converter.

Description

Die Erfindung betrifft eine Mittelwert bildende Datengewichtungseinheit (DWA) für einen Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzer bzw. Wandler insbesondere für zeitkontinuierliche Tiefpass-Sigma-Delta-Umsetzer.The The invention relates to a mean value data weighting unit (DWA) for a sigma-delta analog-to-digital converter or converter in particular for continuous-time low-pass sigma-delta converter.

Sigma-Delta-Umsetzer bilden eine attraktive Lösung zur wirksamen Umsetzung eines analogen Eingangs- bzw. Eingabesignals in ein digitales Ausgangs- bzw. Ausgabesignal. Sigma-Delta-Umsetzer sampeln das analoge Signal bei einer viel höheren Rate als der Nyquist-Rate, was auch als Oversampling bezeichnet wird. Oversampling entspannt die Anforderungen von Anti-Alias-Filtern und ermöglicht ein Austauschen von Zeitauflösung in Amplitudenauflösung. Auf diese Weise wird hohe Geschwindigkeit ausgenutzt, die zu vielen Technologien gehört, wie beispielsweise VLSI-Technologie. Die Noise-Shaping-Eigenschaft von Sigma-Delta-Modulatoren ermöglicht es solchen Umsetzern hohe Auflösungen sogar bei Verwendung von einfachen Komponenten wie zum Beispiel 1-Bit-Quantisierern zu erreichen. Auf Grund der Robustheit der Bauteile des Sigma-Delta-Modulators und der wirksamen Anwendung von hoher Geschwindigkeit sind die Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzer zum Einsatz in vielen Anwendungen gut geeignet.Sigma-Delta converter make an attractive solution for the effective implementation of an analog input or input signal in a digital output signal. Sampling the sigma-delta converter the analog signal at a much higher rate than the Nyquist rate, which is also referred to as oversampling. Oversampling relaxed the requirements of anti-alias filters and allows swapping of time resolution in amplitude resolution. In this way, high speed is exploited, too many Belongs to technologies such as VLSI technology. The noise-shaping property of sigma-delta modulators allows such converters high resolutions even using simple components such as 1-bit quantizers to reach. Due to the robustness of the components of the sigma-delta modulator and the efficient application of high speed are the sigma-delta analog-to-digital converters well suited for use in many applications.

1 zeigt einen Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzer gemäß dem Stand der Technik. Der in 1 dargestellte Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzer weist einen Subtrahierer auf, welcher ein analoges Rückkopplungssignal von einem aufgebrachten analogen Eingangssignal subtrahiert, um ein analoges Differenzsignal zu erzeugen. Das aufgebrachte Analogsignal ist das Signal, welches von dem Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzer in ein digitales Signal umgesetzt werden soll. Ein Schleifenfilter ist zur Filterung des Ausgabedifferenzsignals von dem Subtrahierer vorgesehen. 1 shows a sigma-delta analog-to-digital converter according to the prior art. The in 1 The illustrated sigma-delta analog-to-digital converter includes a subtractor which subtracts an analog feedback signal from an applied analog input signal to produce an analog difference signal. The applied analog signal is the signal to be converted by the sigma-delta analog-to-digital converter into a digital signal. A loop filter is provided for filtering the output difference signal from the subtracter.

Ein an dem Ausgang des Schleifenfilters angeschlossener Quantisierer bzw. Analog-Digitalwandler wird von einem Tatksignal getaktet und quantisiert das gefilterte Ausgabedifferenzsignal von dem Schleifenfilter, um das digitale Ausgabesignal des Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzers zu erzeugen. Der Quantisierer wird von einem Analog-Digitalwandler (ADC) gebildet. In vielen Anwendungen ist der Quantisierer als ein sehr grober Quantisierer ausgebildet, welcher nur eine Auflösung von einem Bit ausgibt.One quantizer connected to the output of the loop filter or analog-to-digital converter is clocked by a Tatksignal and quantized the filtered output difference signal from the loop filter to generate the digital output signal of the sigma-delta analog-to-digital converter. The quantizer is formed by an analog-to-digital converter (ADC). In many applications, the quantizer is designed as a very coarse quantizer, which only one resolution outputs from a bit.

Der Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzer weist weiterhin einen Digital-Analogwandler (DAC) auf, welcher auch von dem Taktsignal getaktet wird und das von dem Quantisierer ausgegebene digitale Ausgabesignal umwandelt, um das analoge Rückkopplungssignal zu erzeugen, das dem Subtrahierer zugeführt wird. In dieser Ausgestaltung weist die Rückkopplungsschleife die Wirkung auf, die akkumulierende Differenz des Schleifenfilterausgangs auf Null zu zwingen.Of the Sigma-delta analog-to-digital converter also has a digital-to-analog converter (DAC), which is also clocked by the clock signal and the converted by the quantizer output digital signal, around the analogue feedback signal to be generated, which is supplied to the subtractor. In this embodiment has the feedback loop the effect on, the accumulating difference of the loop filter output to force to zero.

Sigma-Delta-Modulatoren besitzen eine Noise-Shaping-Eigenschaft. Das Noise-Shaping verringert nicht die Größenordnung der Störung, aber ändert die Spektraldichte des Quantisierungsfehlers dadurch, dass es seine Energie zu höheren Frequenzen verschiebt. Wenn Oversampling eingesetzt worden ist, können die höheren Frequenzanteile des Modulatorausgangs durch Verwendung eines digitalen Tiefpassfilters herausgefiltert werden. Auf diese Weise können Störungen innerhalb des Signalbandes bedeutend reduziert werden.Sigma-delta modulators have a noise-shaping property. Noise shaping does not reduce the magnitude of the glitch, but does change that Spectral density of the quantization error in that it is its Energy to higher Shifts frequencies. If oversampling has been used, can the higher ones Frequency components of the modulator output by using a digital low-pass filter be filtered out. In this way, disturbances within the signal band can be significant be reduced.

In den letzten paar Jahren wurde eine ständig anwachsende Aufmerksamkeit auf die zeitkontinuierliche Annäherung für Sigma-Delta-Modulatoren gelenkt, da sie entweder sehr niedrige Energieverbrauchseigenschaften oder eine höherer Signalbandbreite aufweisen. Auf Grund der niedrigen Energieverbrauchseigenschaften sind die zeitkontinuierlichen Sigma-Delta-Modulatoren für alle drahtlosen Empfänger attraktiv. Eine höhere Signalbandbreite ist vorteilhaft für alle xDSL AFE Übertrager bzw. Transceiver.In The last couple of years have been receiving ever-increasing attention on the time-continuous approach steered for sigma-delta modulators, because they have either very low energy consumption properties or a higher one Have signal bandwidth. Due to the low energy consumption characteristics For example, the time-continuous sigma-delta modulators are attractive to all wireless receivers. A higher one Signal bandwidth is beneficial for all xDSL AFE transmitters or transceiver.

In einem zeitkontinuierlichen Sigma-Delta-Modulator ist das Schleifenfilter ein analoges Schleifenfilter und könnte mindestens einen Integrator aufweisen. Ein allgemeines Problem bei zeitkontinuierlichen Sigma-Delta-Modulatoren ist die Linearität des Rückkopplungs-DAC für Mehrbitimplementierungen, da er die Linearität des gesamten System begrenzt. Die von dem DAC eingebrachte Verzerrung wird hauptsächlich von der Fehlanpassung zwischen seinen Einheitsbauteilen bestimmt.In a continuous-time sigma-delta modulator is the loop filter an analog loop filter and could be at least one integrator exhibit. A common problem with continuous-time sigma-delta modulators is the linearity of the feedback DAC for multi-bit implementations, because he's the linearity limited to the entire system. The distortion introduced by the DAC becomes main determined by the mismatch between its unitary components.

Zur Behebung dieses Nachteils wurde ein Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzer wie in 2 gezeigt vorgeschlagen. Dieser Sigma-Delta-ADC weist eine Mittelwert bildende Datengewichtungseinheit (DWA) in dem Rückkopplungszweig auf. Diese Mittelwert bildende Datengewichtungseinheit wird von einem Barrel-Shifter gebildet. Ein Barrel-Shifter ist ein Hardware-Bauteil, welches ein Datenwort um irgendeine Zahl von Bits in einem Befehlszyklus verschiebt oder rotiert.To remedy this disadvantage, a sigma-delta analog-to-digital converter as in 2 shown proposed. This sigma-delta ADC has an averaging data weighting unit (DWA) in the feedback branch. This averaging data weighting unit is formed by a barrel shifter. A barrel shifter is a hardware component that shifts or rotates a data word by any number of bits in a command cycle.

Das rückgekoppelte Digitalwort wird kontinuierlich von der DWA-Einheit rotiert, wobei die Schaltreihenfolge der DAC-Bauteile innerhalb des Digital-Analogwandlers zufällig erfolgt. Die DAC-Bauteile sind entweder Kondensatoren oder geschaltete Stromquellen. Auf diese Weise wird die mit der Fehlanpassung der DAC-Bauteile verbundene Verzerrungsenergie in eine außerhalb des Bandes liegende geformte Störenergie transformiert, und das Betriebsverhalten des Sigma-Delta-Modulators ist gesteigert.The feedback digital word is continuously rotated by the DWA unit, with the switching order of the DAC components occurring randomly within the digital-to-analog converter. The DAC components are either capacitors or switched current sources. In this way, the with the Mismatch of the DAC components transforms distorted energy into out-of-band shaped perturbation energy, and the performance of the sigma-delta modulator is enhanced.

3 zeigt eine 4-Bit-Implementation eines Digital-Analogwandlers (DAC) und den Rückkopplungssignalweg mit 15 Bauteilen wie zum Beispiel Kondensatoren oder Stromquellen. 3 Figure 4 shows a 4-bit implementation of a digital-to-analog converter (DAC) and the feedback signal path with 15 components such as capacitors or current sources.

3A zeigt den Zustand bei ausgeschalteter DWA-Einheit. Das Beispiel stellt eine Folge von Ausgabedaten dar: 4134245631. Die Thermometer-kodierten Ausgabedaten des Quantisierers werden auf den DAC gegeben und aktivieren die DAC-Bauteile. Wie aus 3A ersichtlich ist, ist das erste DAC-Bauteil immer aktiviert und erhöht somit die Fehlanpassung. 3A shows the status when the DWA unit is switched off. The example represents a sequence of output data: 4134245631. The thermometer-coded output data of the quantizer is applied to the DAC and activates the DAC components. How out 3A can be seen, the first DAC component is always activated, thus increasing the mismatch.

Der Barrel-Shifter oder die DWA-Einheit randomisiert die bzw. erzeugt eine zufällige Schaltfolge, indem ein Pointer bzw. Zeiger berechnet wird, der in jedem Taktzyklus das zu verwendende Anfangsbauteil in Abhängigkeit von den Thermometer-kodierten Daten wie folgt auswählt: P[n+1] = P[n] + D[n] (1) The barrel shifter or DWA unit randomizes or generates a random switching sequence by computing a pointer that selects, in each clock cycle, the starting component to be used, based on the thermometer-coded data, as follows: P [n + 1] = P [n] + D [n] (1)

Wie aus Gleichung (1) ersichtlich ist, wird der Zeiger P des nächsten Taktzyklus einfach als die Summe des vorhergehenden Zeigers und der vorhergehenden Daten errechnet. Wie in dem Beispiel nach 3B zu sehen ist, aktiviert der zweite aufgebrachte Datenteil (eins) das fünfte Bauteil des DAC als das erste Bauteil. In der gleichen Weise aktiviert der nächste Datenteil (drei) die nächsten drei Bauteile innerhalb des DAC (das heißt die Bauteil sechs bis acht).As can be seen from equation (1), the pointer P of the next clock cycle is simply calculated as the sum of the previous pointer and the previous data. As in the example below 3B 2, the second applied data portion (one) activates the fifth component of the DAC as the first component. In the same way, the next data part (three) activates the next three parts within the DAC (that is, part six to eight).

4 zeigt die Implementierung der Mittelwert bildenden Datengewichtungseinheit (DWA) gemäß dem Stand der Technik, wie sie in dem Sigma-Delta-ADC in 2 implementiert ist. Die DWA-Einheit weist eine Scrambling- bzw. Verwürfelungseinheit und eine Zeigerberechnungslogik auf. Die Zeigerberechnungslogik führt die in Gleichung (1) ausgedrückte Berechnung aus und wählt den exakten Betrag von Bauteilrotation aus, den die Scramblingeinheit auszuführen hat. 4 shows the implementation of the prior art averaging data weighting unit (DWA) as described in the sigma-delta ADC in FIG 2 is implemented. The DWA unit has a scrambling unit and a pointer calculation logic. The pointer calculation logic performs the calculation expressed in Equation (1) and selects the exact amount of component rotation that the scrambling unit has to perform.

5 zeigt eine Simulation der Ausführung eines Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzers gemäß dem Stand der Technik nach 2, wenn die wie in 4 gezeigte DWA-Einheit ausgeschaltet ist. Die Fehlanpassung der Bauteile innerhalb des DAC wird von der DWA-Einheit nicht korrigiert. Der Zeiger zeigt immer auf das erste Bauteil, das heißt P = 0. Bei dem in 5 dargestellten vorgegebenen Beispiel ist die Datenfolge der Daten D 44655445544454464 wie in 5B gezeigt. 5 shows a simulation of the implementation of a sigma-delta analog-to-digital converter according to the prior art after 2 if the like in 4 shown DWA unit is turned off. The mismatch of components within the DAC is not corrected by the DWA unit. The pointer always points to the first component, ie P = 0 5 The given example shown is the data sequence of the data D 44655445544454464 as in 5B shown.

5A stellt die Energie in Spektraldichte PSD für das gegebene Beispiel dar. Wenn ein CMOS-Schwingungseingangssignal angelegt wird, weist der Sigma-Delta-ADC eine PSD mit einer Spitzenamplitude bei der jeweiligen Frequenz auf. Wie aus 5A ersichtlich ist, werden in dem höheren Frequenzband mehr Spitzen bzw. Peaks erzeugt, die die Leistungsfähigkeit des Sigma-Delta-ADC herabsetzen. 5A represents the energy in spectral density PSD for the given example. When a CMOS oscillation input signal is applied, the sigma-delta ADC has a PSD with a peak amplitude at the respective frequency. How out 5A As can be seen, more peaks are produced in the higher frequency band which degrade the performance of the sigma-delta ADC.

6 zeigt den gleichen Sigma-Delta-ADC bei eingeschalteter DWA-Einheit. 6 shows the same sigma-delta ADC with the DWA unit turned on.

Der Zeiger P(n+1) der nächsten Stufe wird immer aus der Summe der vorhergehenden Daten D(n) und dem vorhergehenden Zeiger P(n) berechnet, wie aus 6B ersichtlich ist. Wie 6A zeigt, sind die Verzerrungsfrequenzpeaks oberhalb des Hauptpeaks stark abgeschwächt, wodurch das Verhältnis Signal zu Störung SNR des Sigma-Delta-ADC vergrößert wird.The pointer P (n + 1) of the next stage is always calculated from the sum of the previous data D (n) and the previous pointer P (n), as shown 6B is apparent. As 6A shows that the distortion frequency peaks above the main peak are greatly attenuated, thereby increasing the signal-to-noise ratio SNR of the sigma-delta ADC.

Der herkömmliche Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzer mit einer DWA-Einheit wie in 2 gezeigt weist den hauptsächlichen Nachteil auf, dass der innerhalb der DWA-Einheit von der Zeigerberechnungslogik ausgeführte digitale Vorgang innerhalb weniger als der Hälfte eines Taktzyklus des aufgebrachten Taktsignals CLK ausgeführt sein muss. Der Grund dafür liegt darin, dass die Komparatoren in dem Quantisierer nicht unverzüglich entscheiden, sondern mindestens einen halben Taktzyklus für ihre Entscheidung benötigen. Die Daten D(n) für die Berechnung des Zeigers sind somit erst am Ende dieses halben Taktzyklus' verfügbar, aber der nächste Zeiger P(n+1) muss einen halben Taktzyklus später berechnet und verfügbar sein, wenn die nächste Entscheidungsphase beginnt. Ansonsten ändert sich die Einstellung der Scramblingeinheit während der Entscheidungsphase, und dieses kann zu unvereinbaren bzw. gegensätzlichen Daten des Rückkopplungseingangs des DAC führen.The conventional sigma-delta analog-to-digital converter with a DWA unit as in 2 The main disadvantage is that the digital operation performed within the DWA unit by the pointer calculation logic must be performed within less than half of a clock cycle of the applied clock signal CLK. The reason for this is that the comparators in the quantizer do not decide immediately but need at least half a clock cycle for their decision. The data D (n) for calculating the pointer is therefore available only at the end of this half clock cycle, but the next pointer P (n + 1) must be calculated and available half a clock cycle later when the next decision phase begins. Otherwise, the setting of the scrambling unit changes during the decision phase, and this can lead to incompatible data of the feedback input of the DAC.

Sehr hohen Taktraten zufolge muss die Zeigerberechnungslogik auf einer Hochgeschwindigkeitslogik implementiert sein, welche nicht einfach aufzubauen ist und welche keine niedrige Energieversorgung zulässt.Very According to high clock rates, the pointer calculation logic on a Implemented high-speed logic, which is not easy to build is and which does not allow low energy supply.

Dementsprechend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Mittelwert bildende Datengewichtungseinheit (DWA) für einen Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzer zu schaffen, welche sehr hohe Taktfrequenzen ermöglicht und gleichzeitig die Verwendung einer Logik mit vergleichsweise niedriger Geschwindigkeit zulässt, welche leicht aufzubauen ist und keine hohe Versorgungsspannung benötigt.Accordingly, it is the object of the present invention to provide an averaging data weighting unit (DWA) for a sigma-delta analog-to-digital converter which enables very high clock frequencies while allowing the use of relatively low-speed logic which is easy to set up is and does not require a high supply voltage.

Diese Aufgabe wird durch eine Mittelwert bildende Datengewichtungseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.These Task is by a mean-forming data weighting unit solved with the features of claim 1.

Die Erfindung schafft eine Mittelwert bildende Datengewichtungseinheit für einen von einem Taktsignal getakteten, welcher ein aufgebrachtes analoges Eingangssignal in ein digitales Ausgabesignal umwandelt, wobei er Folgendes aufweist:

  • (a) Scrambling- bzw. Verwürfelungseinrichtungen zur Rotation des digitalen Ausgabesignals des Sigma-Delta-Analog- Digital-Umsetzers in Abhängigkeit von einem berechneten aktuellen Zeiger; und
  • (b) Zeigerberechnungs-Pipelineeinrichtungen zur Berechnung des aktuellen Zeigers P(n+1) in Abhängigkeit von einem vorhergehenden Zeiger P(n) und vorhergehenden Ausgabedaten D(n); wobei der vorhergehende Zeiger P(n) und die vorhergehenden Ausgabedaten D(n) durch mindestens einen (α) Taktzyklus des Taktsignals verzögert sind.
The invention provides an averaged data weighting unit for a clock signal clocked which converts an applied analog input signal to a digital output signal, comprising:
  • (a) scrambling means for rotating the digital output signal of the sigma-delta analog-to-digital converter in response to a calculated current pointer; and
  • (b) pointer calculation pipeline means for calculating the current pointer P (n + 1) in response to a previous pointer P (n) and previous output data D (n); wherein the previous pointer P (n) and the previous output data D (n) are delayed by at least one (α) clock cycle of the clock signal.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Mittelwert bildenden Datengewichtungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung wird der aktuelle Zeiger als eine Summe des vorhergehenden Zeigers und der vorhergehenden Ausgabedaten berechnet.In a preferred embodiment averaging data weighting unit according to the present invention Invention becomes the current pointer as a sum of the preceding one Pointer and the previous output data.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die digitalen Ausgabedaten Thermometer-kodierte Daten.In a preferred embodiment the digital output data is thermometer-coded data.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Mittelwert bildenden Datengewichtungseinheit des Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzers weist dieser Folgendes auf:
einen Subtrahierer, der das analoge Rückkopplungssignal von dem analogen Eingangssignal subtrahiert, um ein analoges Differenzsignal zu bilden,
ein Schleifenfilter zur Filterung des von dem Subtrahierer ausgegebenen Differenzsignals,
einen von dem Taktsignal getakteten Quantisierer, der das von dem Schleifenfilter ausgegebene gefilterte Differenzsignal quantisiert, um das digitale Ausgabesignal des Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzers zu erzeugen;
einen von dem Taktsignal getakteten Analog-Digitalwandler, der das von dem Quantisierer ausgegebene und an den Analog-Digitalwandler rückgekoppelte digitale Ausgabesignal zur Erzeugung des analogen Rückkopplungssignals für den Subtrahierer umwandelt.
In a preferred embodiment of the averaging data weighting unit of the sigma-delta analog-to-digital converter, it comprises:
a subtractor that subtracts the analog feedback signal from the analog input signal to form an analog difference signal,
a loop filter for filtering the difference signal output from the subtractor,
a quantizer clocked by the clock signal that quantizes the filtered difference signal output from the loop filter to produce the digital output signal of the sigma-delta analog-to-digital converter;
an analog-to-digital converter clocked by the clock signal that converts the digital output signal output from the quantizer and fed back to the analog-to-digital converter to produce the analog feedback signal for the subtractor.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Mittelwert bildenden Datengewichtungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzer ein zeitkontinuierlicher Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzer.In a preferred embodiment averaging data weighting unit according to the present invention Invention, the sigma-delta analog-to-digital converter is a time-continuous sigma-delta analog-to-digital converter.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Mittelwert bildenden Datengewichtungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzer ein Diskretzeit-Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzer.In a preferred embodiment averaging data weighting unit according to the present invention Invention, the sigma-delta analog-to-digital converter is a discrete-time sigma-delta analog-to-digital converter.

In einer bevorzugten Ausführung weisen die Zeigerberechnungs-Pipelineeinrichtungen mindestens zwei Berechnungsstufen zur Berechnung des aktuellen Zeigers auf.In a preferred embodiment have the pointer calculation pipeline facilities at least two calculation stages for calculating the current pointer on.

In einer bevorzugten Ausführung weist jede Berechnungsstufe eine Zeigerberechnungslogik und eine Verzögerungseinheit auf, welche in Serie miteinander verbunden sind.In a preferred embodiment For example, each calculation stage has a pointer calculation logic and a delay unit which are connected in series.

In einer bevorzugten Ausführung ist jede Verzögerungseinheit durch mindestens ein für Taktflanken sensitives Speicherbauteil gebildet.In a preferred embodiment is every delay unit by at least one for Clock edges sensitive memory component formed.

In einer bevorzugten Ausführung ist die Taktfrequenz des Taktsignals höher als 200 MHz.In a preferred embodiment the clock frequency of the clock signal is higher than 200 MHz.

In einer bevorzugten Ausführung weisen die Scramblingeinrichtungen Schiebeblöcke auf.In a preferred embodiment the scrambling devices have sliding blocks.

Die Erfindung sieht weiterhin einen Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzer zur Umsetzung eines aufgebrachten analogen Eingangssignals in digitale Ausgabedaten vor, welcher Folgendes aufweist:

  • (a) Subtrahiereinrichtungen zur Subtraktion des analogen Rückkopplungssignals von dem analogen Eingangssignal zur Bildung eines analogen Differenzsignals;
  • (b) ein Schleifenfilter zur Filterung des von den Subtrahiereinrichtungen ausgegebenen Differenzsignals;
  • (c) einen von einem Taktsignal getakteten Quantisierer zur Quantisierung des von dem Schleifenfilter ausgegebenen gefilterten Differenzsignals zur Erzeugung der digitalen Ausgabedaten des Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzers;
  • (d) einen von dem Taktsignal getakteten Digital-Analogwandler, der das von dem Quantisierer ausgegebene und an den Digital-Analogwandler rückgekoppelte digitale Ausgabesignal zur Erzeugung des analogen Rückkopplungssignals für die Subtrahiereinrichtungen umwandelt;
  • (e) eine Mittelwert bildende Datengewichtungseinheit, welche Folgendes aufweist:
  • (e1) Scramblingeinheiten zur Rotation des an den Digital-Analogwandler rückgekoppelten digitalen Ausgabesignals in Abhängigkeit von einem berechneten Zeiger zur Randomisierung bzw. zufälligen Erzeugen der Schaltfolge von Umsetzbauteilen innerhalb des Digital-Analogwandlers;
  • s(e2) Zeigerberechnungs-Pipelineeinrichtungen zur Berechnung des aktuellen Zeigers P(n+1) in Abhängigkeit von dem vorhergehenden Zeiger und den vorhergehenden Ausgabedaten, wobei der vorhergehende Zeiger und die vorhergehenden Ausgabedaten durch mindestens einen Taktzyklus des Taktsignals verzögert sind.
The invention further provides a sigma-delta analog-to-digital converter for converting an applied analog input signal to digital output data, comprising:
  • (a) subtracting means for subtracting the analog feedback signal from the analog input signal to form an analog differential signal;
  • (b) a loop filter for filtering the difference signal output from the subtracting means;
  • (c) a quantizer clocked by a clock signal for quantizing the filtered difference signal output by the loop filter to produce the digital output data of the sigma-delta analog-to-digital converter;
  • (d) a digital-to-analog converter clocked by the clock signal that converts the digital output signal output from the quantizer and fed back to the digital-to-analog converter to produce the analog feedback signal for the subtracting means;
  • (e) a mean value data weighting unit comprising:
  • (e1) scrambling units for rotating the digital output signal fed back to the digital-to-analog converter in response to a calculated pointer for randomizing the switching sequence of conversion components within the digital-to-analog converter;
  • s (e2) pointer calculation pipeline means for calculating the current pointer P (n + 1) in response to the previous pointer and the previous output data, the previous pointer and the previous output data being delayed by at least one clock cycle of the clock signal.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzer ein Tiefpass-Analog-Digital-Umsetzer.In a preferred embodiment is the sigma-delta analog-to-digital converter a low-pass analog-to-digital converter.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Schleifenfilter mindestens einen Integrator auf.In a preferred embodiment the loop filter has at least one integrator.

Die Erfindung schafft weiterhin ein Verfahren zum Berechnen eines aktuellen Zeigers einer Mittelwert bildenden Datengewichtungseinheit innerhalb eines Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzers, welcher von einem Taktsignal getaktet wird und ein aufgebrachtes analoges Signal in Ausgabedaten umsetzt, wobei der aktuelle Zeiger in Abhängigkeit von einem vorhergehenden berechneten Zeiger und vorhergehenden Ausgabedaten des Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzers berechnet wird und wobei der vorhergehende Zeiger und die vorhergehenden Ausgabedaten durch mindestens einen Taktzyklus des Taktsignals verzögert werden.The The invention further provides a method for calculating a current one Pointer of an averaging data weighting unit within a Sigma-delta analog-to-digital converter, which is clocked by a clock signal and an applied converts analog signal into output data, wherein the current pointer dependent on from a previous calculated pointer and previous output data the sigma-delta analog-to-digital converter is calculated and where the previous pointer and the previous output data delayed at least one clock cycle of the clock signal.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Ausgabedaten des Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzers kontinuierlich in Abhängigkeit von dem berechneten aktuellen Zeiger rotiert, um eine zufällige Schaltfolge von Umsetzbauteilen eines Digital-Analogwandlers (DAC) zu erzeugen, der in einem Rückkopplungspfad des Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzers angeordnet ist.In a preferred embodiment the method according to the invention The output data of the sigma-delta analog-to-digital converter are continuously in dependence from the calculated current pointer rotates to a random switching sequence of Convert components of a digital-to-analog converter (DAC), in a feedback path the sigma-delta analog-to-digital converter is arranged.

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Mittelwert bildenden Datengewichtungseinheit für einen Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzer gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen dargestellt.in the The following are preferred embodiments averaging data weighting unit for a Sigma-delta analog-to-digital converter according to the present Invention with reference to the accompanying drawings.

1 zeigt einen Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzer gemäß dem Stand der Technik; 1 shows a sigma-delta analog-to-digital converter according to the prior art;

2 zeigt einen weiteren Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzer gemäß dem Stand der Technik mit einer DWA-Einheit; 2 shows a further sigma-delta analog-to-digital converter according to the prior art with a DWA unit;

3 zeigt ein Diagramm zur Darstellung der Funktionalität eines Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzers gemäß dem Stand der Technik nach 2; 3 shows a diagram for illustrating the functionality of a sigma-delta analog-to-digital converter according to the prior art after 2 ;

4 zeigt eine DWA-Einheit gemäß dem Stand der Technik wie in einem herkömmlichen Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzer eingesetzt; 4 shows a DWA unit according to the prior art as used in a conventional sigma-delta analog-to-digital converter;

5 zeigt ein Diagramm zur Darstellung der Funktionalität eines Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzers mit ausgeschalteter DWA-Einheit; 5 shows a diagram illustrating the functionality of a sigma-delta analog-to-digital converter with disabled DWA unit;

6 zeigt die Funktionalität eines herkömmlichen Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzers mit eingeschalteter DWA-Einheit; 6 shows the functionality of a conventional sigma-delta analog-to-digital converter with DWA unit switched on;

7 stellt eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzers mit einer erfindungsgemäßen DWA-Einheit dar; 7 represents a preferred embodiment of the sigma-delta analog-to-digital converter according to the invention with a DWA unit according to the invention;

8 zeigt eine Realisierung einer Scramblingeinheit gemäß der vorliegenden Erfindung; 8th shows an implementation of a scrambling unit according to the present invention;

9 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Zeigerberechnungs-Pipelineeinheit gemäß der vorliegenden Erfindung; 9 shows a preferred embodiment of the pointer calculation pipeline unit according to the present invention;

10 zeigt ein Diagramm zur Darstellung der Funktionalität des Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzers gemäß der vorliegenden Erfindung; 10 shows a diagram illustrating the functionality of the sigma-delta analog-to-digital converter according to the present invention;

11 zeigt ein weiteres Diagramm zur Darstellung der Funktionalität des Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzers gemäß der vorliegenden Erfindung; 11 shows another diagram illustrating the functionality of the sigma-delta analog-to-digital converter according to the present invention;

12 stellt die Fehlanpassungs-Noise-Shaping-Übertragungsfunktion für eine herkömmliche DWA-Einheit und unterschiedliche Ausführungen der DWA-Einheit gemäß der vorliegenden Erfindung dar. 12 illustrates the mismatch noise shaping transfer function for a conventional DWA unit and different embodiments of the DWA unit according to the present invention.

Wie aus 7 ersichtlich ist, weist der zur Umsetzung eines aufgebrachten analogen Signals in das digitale Ausgabesignal Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzer 1 gemäß der vorliegenden Erfindung eine Analogsignaleingang 2 und einen Datenausgang 3 auf. Das aufgebrachte analoge Signal wird über eine interne Signalleitung 4 Subtrahiereinrichtungen 5 zugeleitet, welche ein analoges Rückkopplungssignal von dem analogen Eingabe- bzw. Eingangssignal subtrahieren, um ein analoges Differenzsignal zu erzeugen. Das analoge Differenzsignal wird über eine interne Leitung 6 einem Schleifenfilter 7 zur Filterung des von den Subtrahiereinrichtungen 5 ausgegebenen Differenzsignals geleitet. Der Ausgang des Schleifenfilters 7 ist über eine Leitung 8 an einen Quantisierer 9 angeschlossen, der das von dem Schleifenfilter 7 ausgegebene Filtersignal quantisiert, um das digitale Ausgangs- bzw. Ausgabesignal des Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzers 1 zu erzeugen. Der Quantisiererausgang ist über eine interne Leitung 10 an den Digitalausgang 3 des Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzers angeschlossen. An einem Verzweigungsknoten 11 wird das digitale Ausgangssignal über eine interne Leitung 12 an einen Eingang 13 einer erfindungsgemäßen Mittelwert bildenden Datengewichtungseinheit 14 zurückgekoppelt.How out 7 As can be seen, has the implementation of an applied analog signal in the digital output signal sigma-delta analog-to-digital converter 1 According to the present invention, an analog signal input 2 and a data output 3 on. The applied analog signal is transmitted via an internal signal line 4 subtracters 5 which subtract an analog feedback signal from the analog input signal to produce an analog difference signal. The analog differential signal is sent via an internal line 6 a loop filter 7 for filtering the subtracting means 5 passed difference signal passed. The output of the loop filter 7 is over a line 8th to a quantizer 9 connected, that of the loop filter 7 outputted filter signal to the digital output signal of the sigma-delta analog-to-digital converter 1 to create. The quantizer output is via an internal line 10 to the digital output 3 of the sig ma-Delta analog-to-digital converter connected. At a branching node 11 The digital output signal is sent via an internal line 12 to an entrance 13 a mean value data weighting unit according to the invention 14 fed back.

Der Quantisierer 9 wird durch einen Analog-Digitalwandler gebildet, der von einem Taktsignal CLK getaktet wird. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Ausgabedaten des Quantisierers 9 Thermometer-kodierte Daten.The quantizer 9 is formed by an analog-to-digital converter which is clocked by a clock signal CLK. In a preferred embodiment, the output data of the quantizer 9 Thermometer-coded data.

Die Mittelwert bildende Datengewichtungseinheit 14 weist eine Scrambling- bzw. Verwürfelungseinheit 15 und eine Zeigerberechnungs-Pipelineeinheit 16 auf. Die Eingänge der Scramblingeinheit 15 und der Zeigerberechnungs-Pipelineeinheit 16 sind über Leitungen 17, 18 an den Eingang 13 der DWA-Einheit 14 angeschlossen. Der Ausgang der Scramblingeinheit 15 ist über eine interne Leitung 19 mit einem Datenausgang 20 der DWA-Einheit 14 verbunden. Die Zeigerberechnungs-Pipelineeinheit 16 ist zur Berechnung eines aktuellen Zeigers in Abhängigkeit von einem vorhergehenden Zeiger und von vorhergehenden Ausgabedaten vorgesehen, wobei der vorhergehende Zeiger und die vorhergehenden Ausgabedaten von mindestens einem Taktzyklus des Taktsignals CLK verzögert werden.The mean value data weighting unit 14 has a scrambling unit 15 and a pointer calculation pipeline unit 16 on. The inputs of the scrambling unit 15 and the pointer calculation pipeline unit 16 are over lines 17 . 18 to the entrance 13 the DWA unit 14 connected. The output of the scrambling unit 15 is via an internal line 19 with a data output 20 the DWA unit 14 connected. The pointer calculation pipeline unit 16 is provided for calculating a current pointer in response to a previous pointer and previous output data, the preceding pointer and the previous output data being delayed by at least one clock cycle of the clock signal CLK.

Wie aus 7 ersichtlich ist, weist die Zeigerberechnungs-Pipelineeinheit 16 verschiedene Berechnungsstufen 21-1, 21-2, ..., 21-N auf. Jede Berechnungsstufe 21-i weist eine Zeigerberechnungslogik 22-i und eine Verzögerungseinheit 23-i auf, welche in Serie miteinander verbunden sind. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Verzögerungseinheit 23-i von einem auf Taktflanken sensitiven Speicherbauteil wie beispielsweise einem Flip-Flop gebildet. Der Ausgang jeder Zeigerberechnungsstufe ist an den Eingang der nächsten Zeigerberechnungsstufe 21-i angeschlossen. Der Ausgang des Verzögerungsbauteils 23-N der letzten Zeigerberechnungsstufe 21-N ist über Steuerleitungen 24 an den Steuereingang der Scramblingeinheit 15 angeschlossen. Die Zeigerberechnung des aktuellen Zeigers P wird von der Zeigerberechnungs-Pipelineeinheit 16 in einem Pipelineberechnungsvorgang ausgeführt, welcher die Implementation von höheren Taktraten mit einer Berechnungslogik ermöglicht, die nur eine niedrige Versorgungsleistung benötigt, wie beispielsweise eine CMOS-Logik.How out 7 can be seen, the pointer calculation pipeline unit 16 different calculation levels 21-1 . 21-2 , ..., 21-N on. Each calculation level 21-i has a pointer calculation logic 22-i and a delay unit 23-i which are connected in series. In a preferred embodiment, the delay unit becomes 23-i formed by a clock edge sensitive memory device such as a flip-flop. The output of each pointer calculation stage is at the input of the next pointer calculation stage 21-i connected. The output of the delay component 23-N the last pointer calculation stage 21-N is via control lines 24 to the control input of the scrambling unit 15 connected. The pointer calculation of the current pointer P is performed by the pointer calculation pipeline unit 16 in a pipeline computation process that allows the implementation of higher clock rates with computation logic that requires only a low supply power, such as CMOS logic.

Der Datenausgang 20 der DWA-Einheit 14 ist über eine interne Leitung 25 an den Digital-Analogwandler 26 angeschlossen, welcher die gescrambelten bzw. verwürfelten Daten in ein analoges Rückkopplungssignal umwandelt. Das analoge Rückkopplungssignal wird über eine interne Leitung 27 an den Subtrahierknoten 5 geleitet.The data output 20 the DWA unit 14 is via an internal line 25 to the digital-to-analog converter 26 connected, which converts the scrambled or scrambled data into an analog feedback signal. The analogue feedback signal is sent via an internal line 27 at the subtraction node 5 directed.

Die Scramblingeinheit 15 der DWR-Einheit 14 ist zur Rotation des an den Eingang 13 der DWA-Einheit 14 aufgebrachten digitalen Ausgabesignals in Abhängigkeit von dem berechneten aktuellen Zeiger so ausgebildet, dass die Schaltfolge der Umsetzbauteile innerhalb des Digital-Analogwandlers 26 zufällig erfolgt.The scrambling unit 15 the DWR unit 14 is to the rotation of the entrance 13 the DWA unit 14 applied digital output signal in response to the calculated current pointer designed so that the switching sequence of the Umsetzbauteile within the digital-to-analog converter 26 happens at random.

Die Zeigerberechnungs-Pipelineeinheit 16 berechnet den aktuellen Zeiger P wie folgt: P[n+1] = P[n-α] + D[n-α] (2)wobei α mindestens 1 beträgt: α ≥1 (3) The pointer calculation pipeline unit 16 calculates the current pointer P as follows: P [n + 1] = P [n-α] + D [n-α] (2) where α is at least 1: α ≥1 (3)

Der aktuelle Zeiger wird in Abhängigkeit von dem vorhergehenden Zeiger und vorhergehenden Ausgabedaten D berechnet. Der vorhergehende Zeiger und die vorhergehenden Ausgabedaten werden durch mindestens einen (α) Taktzyklus des Taktsignals CLK verzögert. Der digitale Vorgang, der den Zeiger innerhalb der Zeigerberechnungs-Pipelineeinheit 16 berechnet, kann mittels Pipelineoperationen in (α+1) Teilvorgängen erfolgen, so dass die auf dem Systemlevel gesehene Latenzzeit nur durch die Latenz der letzten Stufe 21-N der Pipeline gegeben ist. Beim Pipelining des digitalen Vorgangs ist es möglich, die Taktrate des Taktsignals CLK bedeutend zu erhöhen, welches dem Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzers 1 zugeführt wird. Dementsprechend ist es mit der Zeigerberechnungs-Pipelineeinheit 16 möglich, Taktsignale mit einer Frequenz größer als 200 MHz anzuwenden. Dieses ist ohne Erhöhung der notwendigen Berechnungsgeschwindigkeit der Berechnungslogikeinheiten 22-i möglich, so dass Berechnungslogik nur geringe Versorgungsleistung benötigt.The current pointer is calculated in response to the previous pointer and previous output data D. The previous pointer and the previous output data are delayed by at least one (α) clock cycle of the clock signal CLK. The digital process involving the pointer within the pointer calculation pipeline unit 16 can be pipelined in (α + 1) subprocesses so that the latency seen at the system level is only due to the latency of the last stage 21-N the pipeline is given. In pipelining the digital process, it is possible to significantly increase the clock rate of the clock signal CLK, which is the sigma-delta analog-to-digital converter 1 is supplied. Accordingly, it is with the pointer calculation pipeline unit 16 possible to use clock signals with a frequency greater than 200 MHz. This is without increasing the necessary computation speed of the computation logic units 22-i possible, so that calculation logic requires only low supply power.

8 zeigt eine Realisierung der Scramblingeinheit 15, welche einen mit 4 Bit binär kodierten Zeiger P über Steuerleitungen 24 erhält und ein Zufallsdatenwort mit einer Datenwortbreite von n erzeugt. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt n 15. Die Scramblingeinheit 15 ist von einer Kaskade von 4 binär kodierten Schiebeblöcken 15-1, 15-2, 15-3, 15-4 wie in 8 gezeigt ausgeführt. Auf diese Weise kann ein bedeutendes Ausmaß an Fläche auf dem Chip eingespart werden, wenn mit einer vollständigen Matrixausführung verglichen wird. 8th shows an implementation of the scrambling unit 15 which a 4-bit binary coded pointer P via control lines 24 and generates a random data word having a data word width of n. In a preferred embodiment, n is 15. The scrambling unit 15 is a cascade of 4 binary coded sliding blocks 15-1 . 15-2 . 15-3 . 15-4 as in 8th shown executed. In this way, a significant amount of area on the chip can be saved when compared to a full matrix design.

9 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Zeigerberechnungs-Pipelineeinheit 16 gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Vorgang wird in 3 Teilvorgänge aufgeteilt, das heißt Thermometer- zu binärer Kodierung, ein Modulo-16 binärer Summationsvorgang und Bildung der Summe des vorhergehenden Ergebnisses mit dem Carry-Bit, um insgesamt die für die 15-Zeilenmatrix der Scramblingeinheit 15 erforderliche Modulo-15-Summe zu erhalten. 9 shows a preferred embodiment of the pointer calculation pipeline unit 16 according to the present invention. The process is divided into 3 sub-operations, that is, thermometer-to-binary encoding, a modulo-16 binary summation, and forming the sum of the previous result with the carry bit to total that for the 15-row array of scrambling Ness 15 required modulo-15-sum.

Um diese drei notwendigen Berechnungsvorgänge in nur einem halben Taktzyklus des Taktsignals durchzuführen, wurde der Vorgang in der dargestellten Ausführung in zwei Pipelineberechnungsstufen 21-i aufgeteilt, die dabei die Zeigerberechnungs-Pipelineeinheit 16 verwirklichen, wobei der vorhergehende Zeiger und die vorhergehenden Ausgabedaten durch einen Taktzyklus des Taktsignals CLK (α = 1) verzögert werden.In order to perform these three necessary computations in only half a clock cycle of the clock signal, the process in the illustrated embodiment has become two pipeline computation stages 21-i the pointer calculation pipeline unit 16 wherein the previous pointer and the previous output data are delayed by one clock cycle of the clock signal CLK (α = 1).

Die erste Berechnungsstufe 21-1 wandelt 15-Bit-Thermometerkodierte Ausgabedaten in ein 4-Bit binär kodiertes Datenwort um. Ein 4-Bit binär kodiertes Datenwort kann einfacher zur Berechnung einer Summe benutzt werden. Der binäre Volladdierer innerhalb der ersten Berechnungsstufe 21-1 addiert den gespeicherten vorhergehenden Zeiger zu den aktuellen Daten. In der zweiten Berechnungsstufe 21-2 wird die verbleibende Summierung mit dem vorhergehenden Carry-Bit realisiert. Die Berechnungsstufen 21-i sind durch Flankensensitive Speicherbauteile, wie beispielsweise Flip-Flops, getrennt, welche mit dem vom Systemtakt abgeleiteten geeigneten Taktsignal CLK betrieben werden.The first calculation stage 21-1 converts 15-bit thermometer-coded output data into a 4-bit binary coded data word. A 4-bit binary coded data word can be used more easily to calculate a sum. The binary full adder within the first calculation stage 21-1 adds the stored previous pointer to the current data. In the second calculation stage 21-2 the remaining summation is realized with the previous carry bit. The calculation stages 21-i are separated by edge sensitive memory devices, such as flip-flops, which operate with the system clock derived appropriate clock signal CLK.

10 zeigt ein Simulationsergebnis für einen erfindungsgemäßen Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzer 1 mit zwei Berechnungsstufen, das heißt mit einer Verzögerung von eins (α = 1). Beim Vergleich von 10 mit 6 wird ersichtlich, dass das Verhältnis SNR Signal zu Störung leicht erhöht ist, wenn eine Zeigerberechnungseinheit 16 mit Pipeline zur Anwendung kommt. 10 shows a simulation result for a sigma-delta analog-to-digital converter according to the invention 1 with two calculation stages, ie with a delay of one (α = 1). When comparing 10 With 6 It will be seen that the SNR signal to interference ratio is slightly increased when a pointer calculation unit 16 with pipeline is used.

11 zeigt ein ähnliches Beziehungsresultat für eine Zeigerberechnungs-Pipelineeinheit mit drei Berechnungsstufen 21-i, das heißt mit einer Verzögerung von zwei Taktzyklen (α = 2). Es ist ersichtlich, dass das Verhältnis SNR Signal zu Störung fast so gut ist wie das des herkömmlichen Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzers ohne Verzögerung (α = 0), wie in 6 dargestellt. Folglich ergibt der Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzer 1 gemäß der vorliegenden Erfindung eine Datengewichtungseinheit 14 mit Pipeline-Zeigerberechnungseinheit 16 ähnliche Resultate, weist aber den Vorteil auf, dass viel höhere Taktraten des Taktsignals CLK verwendet werden können. 11 shows a similar relationship result for a pointer calculation pipeline unit with three calculation stages 21-i that is, with a delay of two clock cycles (α = 2). It can be seen that the ratio SNR signal to perturbation is almost as good as that of the conventional sigma-delta analog-to-digital converter without delay (α = 0), as in FIG 6 shown. Consequently, the sigma-delta analog-to-digital converter results 1 according to the present invention, a data weighting unit 14 with pipeline pointer calculation unit 16 Similar results, but has the advantage that much higher clock rates of the clock signal CLK can be used.

12 stellt die Fehlanpassungs-Noise-Shaping-Übertragungsfunktion MTF für unterschiedliche Verzögerungen (α) dar. In dem wichtigen Frequenzbereich, das heißt zwischen Null und der Bandbreite BW wird die Neigung der MTF bei Erhöhung der Verzögerung (α) leicht größer. 12 represents the mismatch noise shaping transfer function MTF for different delays (α). In the important frequency range, that is between zero and the bandwidth BW, the slope of the MTF slightly increases as the delay (α) increases.

Die Fehlanpassungs-Noise-Shaping-Übertragungsfunktion MTF ist gegeben durch: MTF (z) = 1 – z – (α+1) (4) The mismatch noise shaping transfer function MTF is given by: MTF (z) = 1 - z - (Α + 1) (4)

Für α > 0 ist zu erkennen, dass MTF eine Bandpassausführung wird. Außerdem ist aus 12 ersichtlich, dass die bandinterne Störung leicht zunimmt, wenn α erhöht wird. Jedoch ist der Vorteil einer höheren Taktrate maßgebend. In jedem Fall ist die bandinterne Störung noch für α = 1 und α = 2 akzeptabel, wie in 10, 11 dargestellt ist.For α> 0 it can be seen that MTF becomes a bandpass design. Besides, it is off 12 It can be seen that the in-band perturbation increases slightly as α is increased. However, the advantage of a higher clock rate is decisive. In any case, the in-band perturbation is still acceptable for α = 1 and α = 2, as in 10 . 11 is shown.

11
Sigma-Delta-Analog-Digital-UmsetzerSigma-delta analog-to-digital converter
22
Analogeinganganalog input
33
DigitalausgangDigital output
44
Interne Leitunginternal management
55
Subtrahierersubtractor
66
Interne Leitunginternal management
77
Schleifenfilterloop filter
88th
Leitungmanagement
99
Quantisiererquantizer
1010
Leitungmanagement
1111
Verzweigungsknotenbranch nodes
1212
Leitungmanagement
1313
Eingangentrance
1414
Mittelwert bildende DatengewichtungseinheitAverage forming data weighting unit
1515
ScramblingeinheitScramblingeinheit
1616
Zeigerberechnungs-PipelineeinheitPointer calculation pipeline unit
1717
Leitungmanagement
1818
Leitungmanagement
1919
Leitungmanagement
2020
Ausgangoutput
2121
Berechnungsstufecalculation stage
2222
Berechnungslogikcalculation logic
2323
Verzögerungseinheitdelay unit
2424
Steuerleitungencontrol lines
2525
Leitungmanagement
2626
Zusätzlicher Analogwandleradditional analog converter
2727
Leitungencables

Claims (16)

Mittelwert bildende Datengewichtungseinheit (DWA) für einen von einem Taktsignal (CLK) getakteten Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzer (1), welcher ein aufgebrachtes analoges Eingabesignal in ein digitales Ausgabesignal umsetzt, mit: (a) Scrambling- bzw. Verwürfelungseinrichtungen (15) zur Rotation des digitalen Ausgabesignals des Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzers (1) in Abhängigkeit von einem berechneten aktuellen Zeiger; und (b) Zeigerberechnungs-Pipelineeinrichtungen (16) zur Berechnung des aktuellen Zeigers P(n+1) in Abhängigkeit von einem vorhergehenden Zeiger P(n) und vorhergehenden Ausgabedaten D(n); wobei der vorhergehende Zeiger P(n) und die vorhergehenden Ausgabedaten D(n) durch mindestens einen (α) Taktzyklus des Taktsignals (CLK) verzögert sind.Averaging Data Weighting Unit (DWA) for a sigma-delta analog-to-digital converter clocked by a clock signal (CLK) ( 1 ) which converts an applied analog input signal to a digital output signal, comprising: (a) scrambling means (Fig. 15 ) for rotating the digital output signal of the sigma-delta analog-to-digital converter ( 1 ) in response to a calculated current pointer; and (b) pointer calculation pipeline facilities ( 16 ) for calculating the current pointer P (n + 1) in response to a previous pointer P (n) and previous output data D (n); wherein the previous pointer P (n) and the previous output data D (n) are delayed by at least one (α) clock cycle of the clock signal (CLK). Mittelwert bildende Datengewichtungseinheit nach Anspruch 1, wobei der aktuelle Zeiger P(n+1) als eine Summe des vorhergehenden Zeigers P(n) und der vorhergehenden Ausgabedaten D(n) berechnet wird.Averaging data weighting unit Claim 1, wherein the current pointer P (n + 1) is a sum of the previous pointer P (n) and the previous output data D (n) is calculated. Mittelwert bildende Datengewichtungseinheit nach Anspruch 1, wobei die digitalen Ausgabedaten Thermometer-kodierte Daten sind.Averaging data weighting unit Claim 1, wherein the digital output data thermometer-coded Data is. Mittelwert bildende Datengewichtungseinheit nach Anspruch 1, wobei der Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzer Folgendes aufweist: einen Subtrahierer (5), der das analoge Rückkopplungssignal von dem analogen Eingabesignal zur Bildung eines analogen Differenzsignals subtrahiert; ein Schleifenfilter (7) zur Filterung des von dem Subtrahierer (5) ausgegebenen Differenzsignals; einen von dem Taktsignal (CLK) getakteten Quantisierer (9), der das von dem Schleifenfilter (7) ausgegebene gefilterte Differenzsignal zur Erzeugung des digitalen Ausgabesignals des Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzers (1) quantisiert; einen von dem Taktsignal (CLK) getakteten Analog-Digitalwandler (26), der das von dem Quantisierer (9) ausgegebene und an den Analog-Digitalwandler (26) rückgekoppelte digitale Ausgabesignal zur Erzeugung des analogen Rückkopplungssignals für den Subtrahierer (5) umwandelt.The average data weighting unit of claim 1, wherein the sigma-delta analog-to-digital converter comprises: a subtractor ( 5 ) which subtracts the analog feedback signal from the analog input signal to form an analog differential signal; a loop filter ( 7 ) for filtering by the subtractor ( 5 ) output difference signal; a clocked by the clock signal (CLK) quantizer ( 9 ), that of the loop filter ( 7 ) outputted filtered differential signal for generating the digital output signal of the sigma-delta analog-to-digital converter ( 1 ) quantizes; a clocked by the clock signal (CLK) analog-to-digital converter ( 26 ), that of the quantizer ( 9 ) and to the analog-digital converter ( 26 ) feedback digital output signal for generating the analog feedback signal for the subtractor ( 5 ) converts. Mittelwert bildende Datengewichtungseinheit nach Anspruch 1, wobei der Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzer (1) ein zeitkontinuierlicher Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzer ist.Averaging data weighting unit according to claim 1, wherein the sigma-delta analog-to-digital converter ( 1 ) is a time-continuous sigma-delta analog-to-digital converter. Mittelwert bildende Datengewichtungseinheit nach Anspruch 1, wobei der Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzer (1) ein Diskretzeit-Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzer ist.Averaging data weighting unit according to claim 1, wherein the sigma-delta analog-to-digital converter ( 1 ) is a discrete-time sigma-delta analog-to-digital converter. Mittelwert bildende Datengewichtungseinheit nach Anspruch 1, wobei die Zeigerberechnungs-Pipelineeinrichtungen (16) mindestens zwei Berechnungsstufen (21-i) zur Berechnung des aktuellen Zeigers aufweisen.Averaging data weighting unit according to claim 1, wherein said pointer calculation pipeline means ( 16 ) have at least two calculation stages (21-i) for calculating the current pointer. Mittelwert bildende Datengewichtungseinheit nach Anspruch 7, wobei jede Berechnungsstufe (21-i) eine Zeigerberechnungslogik (22-i) und eine Verzögerungseinheit (23-i) aufweist, welche in Serie miteinander verbunden sind.Averaging data weighting unit according to claim 7, wherein each calculation stage ( 21-i ) a pointer calculation logic ( 22-i ) and a delay unit ( 23-i ), which are connected in series. Mittelwert bildende Datengewichtungseinheit nach Anspruch 8, wobei jede Verzögerungseinheit (23-i) durch mindestens ein für Taktflanken sensitives Speicherbauteil gebildet ist.Averaging data weighting unit according to claim 8, wherein each delay unit ( 23-i ) is formed by at least one memory component sensitive memory component. Mittelwert bildende Datengewichtungseinheit nach Anspruch 1, wobei die Taktfrequenz des Taktsignals (CLK) höher als 200 MHz ausgebildet ist.Averaging data weighting unit Claim 1, wherein the clock frequency of the clock signal (CLK) is higher than 200 MHz is formed. Mittelwert bildende Datengewichtungseinheit nach Anspruch 1, wobei die Scramblingeinrichtungen (15) Schiebeblöcke aufweisen.Averaging data weighting unit according to claim 1, wherein said scrambling means ( 15 ) Have sliding blocks. Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzer zur Umsetzung eines aufgebrachten analogen Eingangssignals in digitale Ausgabedaten mit: (a) einer Subtrahiereinrichtung (5) zur Subtraktion des Rückkopplungssignals von dem Eingangssignal zur Bildung eines Differenzsignals; (b) einem Schleifenfilter (7) zur Filterung des von der Subtrahiereinrichtung ausgegebenen Differenzsignals; (c) einem von einem Taktsignal (CLK) getakteten Quantisierer (9) zur Quantisierung des von dem Schleifenfilter (7) ausgegebenen gefilterten Differenzsignals zur Erzeugung der Ausgabedaten des Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzers (1); (d) einem von dem Taktsignal (CLK) getakteten Digital-Analogwandler (26), der die von dem Quantisierer (9) ausgegebenen und an den Digital-Analogwandler (26) rückgekoppelten Ausgabedaten zur Erzeugung des Rückkopplungssignals für die Subtrahiereinrichtung (5) umwandelt; (e) einer Mittelwert bildende Datengewichtungseinheit (14), welche Folgendes aufweist: (e1) Scramblingeinrichtungen (15) zur Rotation der an den Digital-Analogwandler (26) rückgekoppelten digitalen Ausgabedaten in Abhängigkeit von einem berechneten Zeiger zur Randomisierung bzw. zufälligen Erzeugen der Schaltfolge von Umsetzbauteilen innerhalb des Digital-Analogwandlers (26); (e2) Zeigerberechnungs-Pipelineeinrichtungen (16) zur Berechnung des aktuellen Zeigers in Abhängigkeit von dem vorhergehenden Zeiger und den vorhergehenden Ausgabedaten, wobei der vorhergehende Zeiger und die vorhergehenden Ausgabedaten durch mindestens einen (α) Taktzyklus (T) des Taktsignals (CLK) verzögert sind.A sigma-delta analog-to-digital converter for converting an applied analog input signal into digital output data comprising: (a) a subtracting device ( 5 ) for subtracting the feedback signal from the input signal to form a difference signal; (b) a loop filter ( 7 ) for filtering the difference signal output from the subtracting means; (c) a quantizer clocked by a clock signal (CLK) ( 9 ) for quantizing the of the loop filter ( 7 ) outputted filtered differential signal for generating the output data of the sigma-delta analog-to-digital converter ( 1 ); (d) a digital-to-analog converter clocked by the clock signal (CLK) ( 26 ), that of the quantizer ( 9 ) and to the digital-to-analog converter ( 26 ) feedback output data for generating the feedback signal for the subtracting device ( 5 ) converts; (e) an averaging data weighting unit ( 14 ), comprising: (e1) scrambling devices ( 15 ) for rotation to the digital-to-analog converter ( 26 ) feedback digital output data in response to a calculated pointer for randomizing or generating the switching sequence of Umsetzbauteilen randomly within the digital-to-analog converter ( 26 ); (e2) pointer calculation pipeline devices ( 16 ) for calculating the current pointer in response to the previous pointer and the previous output data, the preceding pointer and the previous output data being delayed by at least one (α) clock cycle (T) of the clock signal (CLK). Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzer nach Anspruch 12, wobei der Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzer (1) ein Tiefpass-Analog-Digital-Umsetzer.A sigma-delta analog-to-digital converter according to claim 12, wherein said sigma-delta analog-to-digital converter ( 1 ) a low-pass analog-to-digital converter. Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzer nach Anspruch 12, wobei das Schleifenfilter (7) mindestens einen Integrator aufweist.A sigma-delta analog-to-digital converter according to claim 12, wherein the loop filter ( 7 ) has at least one integrator. Verfahren zum Berechnen eines aktuellen Zeigers einer Mittelwert bildenden Datengewichtungseinheit (14) innerhalb eines Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzers (1), welcher von einem Taktsignal (CLK) getaktet wird und ein aufgebrachtes Eingabesignal in Ausgabedaten umsetzt, wobei der aktuelle Zeiger in Abhängigkeit von einem vorhergehenden berechneten Zeiger und vorhergehenden Ausgabedaten des Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzers (1) berechnet wird, und wobei der vorhergehende Zeiger und die vorhergehenden Ausgabedaten durch mindestens einen (α) Taktzyklus des Taktsignals (CLK) verzögert werden.Method for calculating a current pointer of an averaging data weighting unit ( 14 ) within a sigma-delta analog-to-digital converter ( 1 ), which is clocked by a clock signal (CLK) and converts an applied input signal into output data, wherein the current pointer in response to a previous calculated pointer and previous output data of the sigma-delta analog-to-digital converter ( 1 ), and wherein the previous pointer and the previous output th delayed by at least one (α) clock cycle of the clock signal (CLK). Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Ausgabedaten des Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzers (1) kontinuierlich in Abhängigkeit von dem berechneten aktuellen Zeiger rotiert, um eine zufällige Schaltfolge von Umsetzbauteilen eines Digital-Analogwandlers (26) zu erzeugen, der in einem Rückkopplungspfad des Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzers (1) angeordnet ist.The method of claim 15, wherein the output data of the sigma-delta analog-to-digital converter ( 1 ) is continuously rotated in response to the calculated current pointer to produce a random switching sequence of conversion components of a digital to analogue converter ( 26 ) in a feedback path of the sigma-delta analog-to-digital converter ( 1 ) is arranged.
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