(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-10-26
(45)【発行日】2023-11-06
(54)【発明の名称】時間インターリーブされるアナログ-デジタル変換器における、チョッピングスイッチの時間スキュー校正
(51)【国際特許分類】
H03M 1/10 20060101AFI20231027BHJP
H03M 1/08 20060101ALI20231027BHJP
H03M 1/12 20060101ALI20231027BHJP
【FI】
H03M1/10 A
H03M1/08 A
H03M1/12 C
(21)【出願番号】P 2020546321
(86)(22)【出願日】2019-03-06
(86)【国際出願番号】 US2019021052
(87)【国際公開番号】W WO2019173540
(87)【国際公開日】2019-09-12
【審査請求日】2022-02-28
(32)【優先日】2018-03-07
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】591025439
【氏名又は名称】ザイリンクス インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】XILINX INCORPORATED
(74)【代理人】
【識別番号】110001195
【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】バーブルッゲン,ボブ・ダブリュ
(72)【発明者】
【氏名】エルドマン,クリストフ
(72)【発明者】
【氏名】バズ,ブルーノ・ミゲル
【審査官】及川 尚人
(56)【参考文献】
【文献】米国特許第08830094(US,B1)
【文献】特開2013-031055(JP,A)
【文献】米国特許出願公開第2013/0241755(US,A1)
【文献】米国特許第09172388(US,B1)
【文献】特開2008-312211(JP,A)
【文献】米国特許第09584145(US,B1)
【文献】米国特許第06900750(US,B1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H03M 1/00-1/88
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
時間スキュー校正回路であって、前記時間スキュー校正回路は、
複数の第1の回路を備え、前記第1の回路の各々は、アナログ-デジタル変換器(ADC:An analog-to-digital converter)のチャネルからデジタル入力を受信するように構成されており、各前記第1の回路は、
遅延回路、および、前記デジタル入力の遅延されたバージョンを前記デジタル入力から減算するように構成されている遅延減算器と、
前記遅延減算器の出力に結合され、当該入力の差の絶対値を出力するように構成されている絶対値回路と、
前記絶対値回路の出力に結合され、ナイキスト領域の信号により決定される1または-1を前記絶対値に乗算し、前記絶対値の第1の修正されたバージョンまたは前記絶対値の第2の修正されたバージョンを出力するように構成されている乗算器と、
前記絶対値の
前記第1の修正されたバージョンを受信するように構成されている第1の累算器、および、前記絶対値の
前記第2の修正されたバージョンを受信するように構成されている第2の累算器とを含み、前記受信する累算器は、チョッピング信号の値により決定され、
各前記第1の回路は、さらに、
前記複数の第1の回路の
各前記第1および
各前記第2の累算器の前記それぞれの出力に結合され、前記複数の第1の回路にわたって
各累算器の出力を平均するように構成されている平均回路とを含み、
前記時間スキュー校正回路は、さらに、
対応する第1の回路に各々がそれぞれ結合される複数の第2の回路を備え、各前記第2の回路は、
前記第1の累算器および前記第2の累算器の出力に結合される第1の加算器と、
前記第1の累算器および前記第2の累算器の前記出力に結合される第1の減算器と、
前記第1の加算器の出力と前記平均回路との出力の差を前記第1の減算器の出力と組み合わせ、コモンモード出力および差動出力を生成するように構成されている決定回路とを含む、時間スキュー校正回路。
【請求項2】
各前記決定回路は、
前記第1の加算器の出力に結合される第2の減算器と、
前記第2の減算器の出力に結合される第1の乗算器と、
前記第1の減算器の出力に結合される第2の乗算器とを備える、請求項1に記載の時間スキュー校正回路。
【請求項3】
各前記決定回路は、
前記第1および第2の乗算器の出力に結合される第3の累算器と、
前記第1および第2の乗算器の前記出力に結合される第4の累算器とをさらに備える、請求項2に記載の時間スキュー校正回路。
【請求項4】
前記複数の第1の回路の各々は、
前
記乗算器の出力に結合される入力、ならびに前記第1および第2の累算器の入力に結合される出力を有するデマルチプレクサとをさらに含む、請求項2または3に記載の時間スキュー校正回路。
【請求項5】
前記平均回路は、前記第2の減算器の入力にさらに結合される、請求項2~4のいずれか1項に記載の時間スキュー校正回路。
【請求項6】
前記複数の第2の回路の各々は、
前記第3および第4の累算器の出力にそれぞれ結合される、第1および第2の丸め回路を備える、請求項
3のいずれか1項に記載の時間スキュー校正回路。
【請求項7】
前記複数の第2の回路の各々のコモンモードおよび差動モード出力に結合され、デジタル出力を出力するように構成されている訂正回路をさらに備える、請求項1~6のいずれか1項に記載の時間スキュー校正回路。
【請求項8】
アナログ-デジタル変換器(ADC)であって、前記アナログ-デジタル変換器は、
各々がチョッピング回路を含む複数のチャネルと、
前記複数のチャネルに結合される時間スキュー校正回路とを備え、当該時間スキュー校正回路は、請求項1~3のいずれか1項に記載の時間スキュー校正回路である、時間スキュー校正回路。
【請求項9】
各前記決定回路は、
前記第1の加算器の出力に結合される第2の減算器と、
前記第2の減算器の出力に結合される第1の乗算器と、
前記第1の減算器の出力に結合される第2の乗算器とを備える、請求項8に記載のアナログ-デジタル変換器。
【請求項10】
各前記決定回路は、
前記第1および第2の乗算器の出力に結合される第3の累算器と、
前記第1および第2の乗算器の前記出力に結合される第4の累算器とをさらに備える、請求項8に記載のアナログ-デジタル変換器。
【請求項11】
時間インターリーブされるアナログ-デジタル変換器(ADC)のための時間スキュー校正の方法であって、前記方法は、
前記アナログ-デジタル変換器のチャネルにおけるチョッピング回路に適用されるチョッピングシーケンスを同期させることを含み、前記チョッピングシーケンスを同期させることは、時間スキュー校正観測窓において整数回数、前記チョッピングシーケンスを繰り返すことにより、前記チョッピングシーケンスを同期させることを含み、
前記方法は、さらに、
前記時間スキュー校正観測窓の中の途中で前記チョッピングシーケンスの極性を反転させることと、
複数の第1の回路および第2の回路を通じて前記チャネルの各々における前記チョッピング回路の出力信号を処理することにより、前記アナログ-デジタル変換器の前記チャネルの出力に関する、二重ループの時間スキュー校正を実行することとを含み、
前記複数の第1の回路の各々は、チャネルからデジタル入力を受信するように構成されており、各前記第1の回路は、
遅延回路、および、前記デジタル入力の遅延されたバージョンを前記デジタル入力から減算するように構成されている遅延減算器と、
前記遅延減算器の出力に結合され、前記減算された入力の絶対値を出力するように構成されている絶対値回路と、
前記絶対値回路の出力に結合され、ナイキスト領域の信号により決定される1または-1を前記絶対値に乗算し、前記絶対値の第1の修正されたバージョンまたは前記絶対値の第2の修正されたバージョンを出力するように構成されている乗算器と、
前記絶対値の第1の修正されたバージョンを受信するように構成されている第1の累算器、および、前記絶対値の第2の修正されたバージョンを受信するように構成されている第2の累算器と含み、前記受信する累算器は、前記チョッピングシーケンスの値により決定され、
各前記第1の回路は、さらに、
前記複数の第1の回路の各前記第1および各前記第2の累算器の前記それぞれの出力に結合され、前記複数の第1の回路にわたって各累算器の出力を平均するように構成されている平均回路とを含み、
前記複数の第2の回路の各々は、
前記第1の累算器および前記第2の累算器の出力に結合される第1の加算器と、
前記第1の累算器および前記第2の累算器の前記出力に結合される第1の減算器と、
前記第1の加算器の出力と前記複数の第1の回路にわたる前記累算器の出力の平均との差を前記第1の減算器の出力と組み合わせ、コモンモード出力および差動出力を生成するように構成されている決定回路とを含む、方法。
【請求項12】
前記複数の第1の回路のうち各前記第1の回路の前記第1および第2の累算器の前記それぞれの出力を、
前記平均回路において受信して、前記平均回路において、前記複数の第1の回路にわたる前記累算器の出力の平均を生成することをさらに含む、請求項11に記載の方法。
【請求項13】
前記コモンモード出力および前記差動出力を訂正回路に与えることをさらに含み、前記訂正回路は、デジタル出力を出力するように構成されている、請求項11に記載の方法。
【請求項14】
各前記決定回路は、前記第1の加算器の出力に結合される第2の減算器と、前記第2の減算器の出力に結合される第1の乗算器と、前記第1の減算器の出力に結合される第2の乗算器とを備える、請求項11に記載の方法。
【請求項15】
各前記決定回路は、前記第1および第2の乗算器の出力に結合される第3の累算器と、前記第1および第2の乗算器の前記出力に結合される第4の累算器とをさらに備える、請求項14に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
政府契約
本発明は、アメリカ国防高等研究計画局により認可された契約番号HR0011-16-3-0004の下で部分的に政府支援を伴ってなされた。この発明において、政府は、一定の権利を有する。
【0002】
技術分野
本開示の例は、一般的に、電子回路に関し、特に、時間インターリーブされるアナログ-デジタル変換器(ADC:analog-to-digital converter)における、チョッピングスイッチの時間スキュー校正に関する。
【背景技術】
【0003】
背景
時間インターリーブは、アナログ-デジタル変換回路(ADC)をサンプリングする無線周波数(RF:radio frequency)において、ほぼ例外なく用いられる。時間インターリーブされるADCは、サンプリング点と並列に数個のADCチャネルを例示し、当該サンプリング点は、当該チャネルにわたって一様に広げられる。主な利点は、全体のADCサンプリングレートが、単一のチャネルを用いるときよりもN倍高いことである(ここで、Nはチャネルの数である)。
【0004】
時間インターリーブの限界は、不可避な不整合の存在下で、出力スペクトルが損なわれることである。オフセット、利得およびタイミング不整合誤差は、それらを許容可能なレベルまで低減させるために校正され得る。しかしながら、ADCチャネルにおけるフリッカノイズがアップコンバートされ、オフセットスパーの辺りで現れる。このフリッカノイズは、校正されることができず、深くスケールされる相補型金属酸化膜半導体(CMOS:complementary metal oxide semiconductor)装置において増加している問題である。
【0005】
チョッピングは、回路性能への影響を最小化する目標を伴う、周波数変換回路の非理想性に対する技法である。時間インターリーブされるADCに適用されると、チョッピングは、周波数にわたってオフセット誤差またはフリッカノイズを分散でき、ADCオフセット周波数に近くのスペクトルが深刻に損なわれることを防止する。このチョッピングは、サンプリングスイッチの元々のセットとは反対の極性で信号をサンプリングするサンプリングスイッチの第2のセットを加えることにより、任意のADCアーキテクチャに加えられ得る。1つまたは他のセットのスイッチを用いて入力信号を選択的に入手することにより、および適当なときに出力信号を反転させることにより、チョッピング動作は達成される。チョッピングが要求されないとき、追加的なスイッチは、単に無効になり得、いかなる方法においても性能に不都合に影響を及ぼさない。しかしながら、この技法の1つの欠点は、新たに加えられるスイッチがサンプリング時間の不整合に左右され、変換器のノイズフロアの深刻な劣化に至り得ることである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
概要
時間インターリーブされるアナログ-デジタル変換器における、チョッピングスイッチの時間スキュー校正のための技法が開示される。ある例において、時間スキュー校正回路は、複数の第1の回路を含み、各第1の回路は、第1の累算器および第2の累算器を含み、時間スキュー校正回路は、さらに、複数の第2の回路を含み、各第2の回路は、第1の累算器および第2の累算器の出力に結合される第1の加算器と、第1の累算器および第2の累算器の出力に結合される第2の加算器と、第1の加算器の出力に結合される第3の加算器と、第3の加算器の出力に結合される第1の乗算器と、第2の加算器の出力に結合される第2の乗算器と、第1および第2の乗算器の出力に結合される第3の累算器と、第1および第2の乗算器の出力に結合される第4の累算器と、第1および第2の累算器の出力、ならびに第3の加算器の入力に結合される平均回路とを含む。
【0007】
別の実施形態において、アナログ-デジタル変換器(ADC)は、各々がチョッピング回路を含む複数のチャネルと、当該複数のチャネルに結合される時間スキュー校正回路とを含み、当該時間スキュー校正回路は、複数の第1の回路を備え、各第1の回路は、第1の累算器および第2の累算器を含み、時間スキュー校正回路は、さらに、複数の第2の回路を備え、各第2の回路は、第1の累算器および第2の累算器の出力に結合される第1の加算器と、第1の累算器および第2の累算器の出力に結合される第2の加算器と、第1の加算器の出力に結合される第3の加算器と、第3の加算器の出力に結合される第1の乗算器と、第2の加算器の出力に結合される第2の乗算器と、第1および第2の乗算器の出力に結合される第3の累算器と、第1および第2の乗算器の出力に結合される第4の累算器と、第1および第2の累算器の出力、ならびに第3の加算器の入力に結合される平均回路とを含む。
【0008】
別の例において、時間インターリーブされるアナログ-デジタル変換器(ADC)のための時間スキュー校正の方法は、時間スキュー校正の観測窓への、ADCのチャネルにおいてチョッピング回路に適用されるチョッピングシーケンスを同期させことと、時間スキュー校正の観測窓の中の途中でチョッピングシーケンスの極性を反転させることと、ADCのチャネルの出力に関する、二重ループの時間スキュー校正を実行することとを含む。
【0009】
これらの態様および他の態様は、以下の詳細な説明を参照して理解され得る。
上述された特徴が詳細に理解され得るような方法で、上記において簡潔に要約された、より特定的な説明が、例示的な実施形態への参照によりなされる。実施形態のいくつかは、添付される図面に例示される。しかしながら、添付される図面は、典型的な例示的な実施形態のみを例示するため、その範囲の限定をするとは考えられないことに注意されたい。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【
図1】ある例に従う、アナログ-デジタルシステムを示すブロックダイアグラムである。
【
図2】ある例に従う、ADC回路を示すブロックダイアグラムである。
【
図3】ある例に従う、ADCチャネルを示すブロックダイアグラムである。
【
図4A】チョッピングスイッチに適用される、疑似乱数のシーケンスについての信号を例示するタイミングダイアグラムである。
【
図4B】チョッピングスイッチに適用される、疑似乱数のシーケンスについての信号を例示するタイミングダイアグラムである。
【
図5A】サンプリングされる例示的な波形を示す図である。
【
図5B】チョッピング回路を用いてサンプリングされる例示的な波形を示す図である。
【
図6】ある例に従う、チョッピングサンプリングを用いる、時間インターリーブされるADCのバックグラウンド校正の方法を示すフローダイアグラムである。
【
図7A】ある例に従う、TSC回路を示すブロックダイアグラムである。
【
図7B】ある例に従う、より詳細にTSC回路の一部を示すブロックダイアグラムである。
【
図8】本明細書で説明される技法が用いられるプログラマブル集積回路(IC:integrated circuit)を示すブロックダイアグラムである。
【
図9】本明細書で説明される技法が用いられるフィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA:field programmable gate array)アーキテクチャの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
理解を容易にするために、図に共通する同一の要素を指し示すために、可能であれば、同一の参照番号が用いられる。ある例の要素が他の例に有益に組み込まれ得ることが意図される。
【0012】
詳細な説明
図を参照して、以下、種々の特徴が説明される。図は、正寸で描かれているか、または正寸で描かれていないことがあり、同様の構造または機能の要素は、図面全体を通じて同様の参照番号により表されることに注意されるべきである。図は、特徴の説明を容易にすることを意図されているにすぎないことに注意されるべきである。図は、請求される発明の排他的な説明として、または、請求される発明の範囲に関する限定として意図されていない。加えて、示される例は、示される全ての態様または利点を有する必要はない。特定の例と併せて説明される態様または利点は、必ずしもその例に限定されず、そのように例示されていない場合、またはそのように明確に説明されていない場合であっても、任意の他の例において実施され得る。
【0013】
上述されるように、時間インターリーブされる多くのアナログ-デジタル変換器(ADC)は、バックグラウンドにおける時間スキュー誤差を検知して当該誤差に対して誤りを訂正する時間スキュー校正回路のいくつかの形態を含む。種々の知られたアルゴリズムが存在するが、そのようなアルゴリズムは、チョッピングスイッチの時間スキューを校正するために簡単に拡張されることができない。4つのチャネルの、時間インターリーブされるADCを考えてほしい。そのようなADCにおける各チャネルは、順番に入力信号をサンプリングする。そのようなADCにおいて、サンプリングイベントのシーケンスは固定されており、チャネル1は、常にチャネル0に続き、チャネル2は、常にチャネル1に続き、他も同様である。各サンプリングスイッチは、固定された間隔(クロック周期あたり4回)で用いられる。各チャネルに対して、時間スキュー校正アルゴリズムは、現在のチャネルの出力と前のチャネルの出力との差の絶対値を決定し、この絶対値を累算器において累算する。全てのチャネルにわたる、これらの累算器の平均は、個々の累算器の出力の各々から減算され、結果として生じる差は、特定の利得を有する第2の累算器に順番に加えられる。第2の累算器の出力は、チャネル間の時間スキューに対する尺度であり、丸めの後に訂正回路(例えば、サンプリングエッジを遅らせるデジタル-時間変換器(DTC:digital-to-time converter))に適用され得る。このアルゴリズムは、第1(または任意の他の奇数)のナイキスト領域における信号に対して、引き続くサンプルの間の差の絶対値が、これらのサンプリング点の間の時間に比例するという事実を活用する。第2(または任意の他の偶数)のナイキスト領域における信号に対して、フィードバックの符号は、反転されることを単に必要とする。
【0014】
次に、チョッピングサンプリングスイッチを有する、4つのチャネルの時間インターリーブされるADCを考えてほしい。各チャネルは、順番に信号をなおサンプリングするが、各チャネルに対して、今度は、わずかに異なるサンプリング時間を有する2つの異なるサンプリングスイッチの間の(疑似)乱数の選択がある。チョッピングサンプリングスイッチの追加は、校正アルゴリズムに対して、(1)4つのチャネルの時間インターリーブされるADCにおいて、校正されるサンプリング時間の数が4から8に2倍になることと、(2)スイッチの各セットのサンプリング位置が、規則的な間隔において、もはや生じないこととの2つの重要な意義を有する。乱数生成器に応じて、あるサンプリング極性は、他のサンプリング極性のために、時間の延ばされる量に対して用いられないことがある。これは、入力信号とチョッピングシーケンスとの間に相互作用をもたらし、遂行される必要がある校正アルゴリズムに重大なノイズを加える。本明細書で説明される例示的な技法は、任意の入力信号の存在下での、信頼性があるバックグラウンド校正を可能にする。
【0015】
図1は、ある例に従う、アナログ-デジタルシステム100を示すブロックダイアグラムである。システム100は、1つまたは複数のアナログ回路102と、アナログ-デジタル変換(ADC)回路104と、1つまたは複数のデジタル回路106とを含む。アナログ回路102(複数可)は、出力(例えば、連続的な時間、連続的な振幅信号)として、1つまたは複数のアナログ信号を生成する。ADC回路104は、アナログ信号(複数可)を処理し、出力(例えば、離散的な時間、離散的な振幅信号)として、1つまたは複数のデジタル信号を生成する。デジタル回路106(複数可)は、さらに他の処理に対してデジタル信号(複数可)を受信する。例えば、アナログ回路(複数可)102は、温度センサ、電圧センサまたは電流センサなどの、集積回路(IC)上に配備されるセンサであり得る。ADC回路104およびデジタル回路(複数可)106は、当該センサにより出力されるアナログ信号を監視して種々の動作を行うように構成されている、監視回路またはその他同種の回路の一部であり得る。ADC回路104に対する無数の他のアプリケーションがあることが理解されるべきである。ある例において、ADC回路104は、時間スキュー校正(TSC:time-skew calibration)回路108を含む、時間インターリーブされるADCを備える。以下にさらに説明されるように、TSC回路108は、バックグラウンドにおける時間スキュー誤差を検知して訂正するように構成されている。
【0016】
図2は、ある例に従う、ADC回路104を示すブロックダイアグラムである。ある例において、ADC回路104は、差動アナログ信号を入力として受信する。差動アナログ信号は、正の構成要素Inpと、負の構成要素Innとを含む。ADC回路104は、複数のADCチャネル、例えば、ADCチャネル202
1...202
Nを含み、ここで、Nは、1よりも大きい整数である。ADC回路104は、利得校正(GC:gain calibration)回路204と、TSC回路108とをさらに含む。各ADCチャネル202
1...202
Nの入力は、差動アナログ入力信号の正および負の構成要素を受信する。ADCチャネル202
1...202
Nのデジタル出力は、GC回路204の入力に結合される。GC回路204の出力は、TSC回路108の入力に結合される。TSC回路108の出力は、ADC回路104のデジタル出力信号を与える。以下にさらに説明されるように、ADCチャネル202
1...202
Nは、疑似的にランダムな方法でアナログ入力信号の極性を互い違いにするように構成されているチョッピング回路206を含む。ADC回路104は、制御回路208をさらに含む。制御回路208の出力は、ADCチャネル202
1...202
Nの各々およびTSC回路108の制御入力に結合される。
【0017】
動作において、ADCチャネル2021...202Nは、各々、差動アナログ入力信号をサンプリングする。ADCチャネル2021...202Nは、制御回路208からクロック信号を受信し、時間インターリーブされる仕方で差動アナログ信号をサンプリングする。例えば、各ADCチャネル202は、所与のクロック信号の異なる位相において差動アナログ信号をサンプリングできる。GC回路204は、各ADCチャネル202の平均2乗平方根(RMS:root mean squared)電力を比較し、基準に関して出力を調整するように構成されている。TSC回路108は、以下にさらに説明されるように動作する。
【0018】
図3は、ある例に従う、ADCチャネル202を示すブロックダイアグラムである。ADCチャネル202は、チョッピング回路206と、ADC304と、OC回路306と、乗算器308と、疑似乱数バイナリシーケンス(PRBS:pseudorandom binary sequence)回路312とを含む。チョッピング回路206の入力は、差動アナログ信号を入力として受信する。チョッピング回路206の差動出力は、ADC304の差動入力に結合される。ADC304の出力は、OC回路306の入力に結合される。OC回路306の出力は、乗算器308の入力に結合されており、乗算器308は、ADCチャネル202の出力を与える。PRBS回路312の出力は、チョッピング回路206の入力と、乗算器308の入力とに結合される。
【0019】
動作において、チョッピング回路206は、差動アナログ入力信号をサンプリングする。チョッピング回路206は、PRBS回路312により出力される信号に基づいて、InnおよびInpを、ADC304の非反転(+)および反転(-)端子に結合することを交互に行う。この方法で、ADC304により出力されるデジタル信号がランダム化される。また、チョッピング回路206は、ADCチャネル202のサンプリング周波数におけるアナログ入力信号がDCとして見られることを防止する。OC回路306は、ADC304のオフセットを除去する。乗算器308は、PRBS回路312から出力される同じPRBS信号を用いてOC回路306の出力を「逆チョッピング」する。サンプリング周波数における信号の存在を可能にすることに加えて、この構成は、フリッカノイズの影響を低減できる性能も有する。OC回路306の周波数応答が十分に低い場合、OC回路306がフリッカノイズを追うことができず、当該ノイズは、サンプリング周波数の倍数において表れることに代えて、スペクトル全体にわたってスクランブルされることになる。
【0020】
チョッピング回路206の追加は、時間スキュー校正アルゴリズムに対して2つの重要な意義を有する。N(チャネルの数)が4に等しい場合を考えてほしい。チョッピング回路206が省かれる場合、サンプリングイベントのシーケンスは固定される。
図5Aは、サンプリングされる例示的な波形を示す。各チャネル202は、波形上の目印により例示されるように、入力信号を順番にサンプリングする。
図5Aに示されるように、チャネル1は、常にチャネル0に続き、チャネル2は、常にチャネル1に続き、チャネル3は、常にチャネル2に続く。各サンプリングスイッチは、クロック周期(T
CLK)あたり4回の固定された間隔で用いられる。
図3に示されるように、Nが4に等しく、チョッピング回路206が存在する別の場合を考えてほしい。
図5Bは、チョッピング回路206を使ってサンプリングされる例示的な波形を示す。各チャネル202は、順番に信号をなおサンプリングするが、各チャネルに対して、今度は、わずかに異なるサンプリング時間を有する2つの異なるスイッチの間の疑似乱数的な選択がある。これらは、
図5Bに示されるように、CH
XおよびCH
X’として表される。一例において、チョッピング回路206の追加は、校正されるサンプリング時間の数を4から8に2倍にする。さらに、サンプリング位置は、規則的な間隔において、もはや生じない。PRBS回路312に応じて、CH
Xが代わりに用いられ、CH
X’は、時間の延ばされる量に対して用いられないことがある。これは、入力信号とチョッピングシーケンスとの間で相互作用をもたらし、重大なノイズを校正アルゴリズムに加える。
【0021】
図6は、ある例に従う、チョッピングサンプリングを用いる、時間インターリーブされるADCのバックグラウンド校正の方法600を示すフローダイアグラムである。方法600は、ステップ602において始まり、当該ステップにおいて、チョッピングシーケンスは、校正観測窓に同期されている。別に述べられたように、TSC回路108が各更新の前にN個のサンプルを観察する場合、チョッピングシーケンスは、この窓(603)において、整数の回数、繰り返されるべきである。これは、時間スキュー校正の各反復が、同一のチョッピングシーケンスに伴って生じることを保証する。シーケンスのローテーションは、(例えば、校正論理回路における、いくらかの算出サイクルのため)論点ではない。シーケンスの開始において失われた任意のチョッピングシーケンスビットは、当該窓の終わりで生じる。2
MのサイクルのTSC観察に対して、この周波数ロックは、当該シーケンスにおいてどこかに単一の0が挿入されたPRBS回路312としての、Mビットの線形フィードバックシフトレジスタ(LFSR:linear feedback shift register)を用いて達成され得る。この追加的な0は、繰り返し期間を2
M-1のサイクルに増加させて0および1の数のバランスを保たせ、両方のチョッピング極性が同様に確からしいことを保証する。修正されたシーケンスは、2
Mのサイクルの各TSC観察において2回繰り返される。
図4Aは、チョッピングシーケンスと入力信号との関係を示すタイミングダイアグラムである。当該信号は、2
M-1のサンプルの後に繰り返される。チョップシーケンスは、それに応じて、入力信号との同期において繰り返される。制御回路208は、上述されたチョッピングシーケンスの同期を達成するためにPRBS回路312を制御できる。
【0022】
ステップ604において、チョッピングシーケンスの極性は、TSC観測窓内の途中で反転される。そのような反転は、入力信号がTSC観測窓の半分と干渉している可能性があるときに用いられ得る。極性の取り替えおよび信号の繰り返しのため(ステップ602)、当該窓の第1の半分の間にスイッチCH
Xによりサンプリングされる入力も、第2の半分の間にCH
X’によりサンプリングされ、逆もまた同様である。結果として、各サンプリングスイッチは、規則的な間隔で信号の1つの繰り返しを効率的にサンプリングし、信号のこのクラスに対して非均一的なサンプリング点の問題を回避する。
図4Bは、第1の繰り返しと第2の繰り返しとの間のチョッピングシーケンスの反転を例示するタイミングダイアグラムを示す。制御回路208は、上述された、チョッピングシーケンスの反転を達成するためにPRBS回路312を制御できる。
【0023】
ステップ606において、二重ループの時間スキュー校正プロセスは、制御回路208の制御の下でTSC回路108により実行される。TSC観測窓の半分と干渉していない信号に対して、スイッチの各セットの非均一的なサンプリングの効果は、CH
X/CH
X’の各組の平均および差に対する独立のループを実現することにより最小化され得る。TSC回路108および二重ループの時間スキュー校正プロセスは、以下にさらに説明される。ある例では、ステップ607において、各チャネルにおけるチョッピング回路の出力信号は、
図7Aおよび
図7Bに関して以下にさらに説明されるように、TSC回路108を通じて処理される。
【0024】
図7Aは、ある例に従う、TSC回路108を示すブロックダイアグラムである。
図7Bは、ある例に従う、TSC回路108の一部をより詳細に示すブロックダイアグラムである。TSC回路108は、複数の第1の回路702(例えば、第1の回路702
1...702
N)と、複数の第2の回路704(例えば、第2の回路704
1...704
N)と、訂正回路706とを含む。TSC回路108は、時間インターリーブされる(この例においてN個の)ADCの各チャネルに対して、第1の回路702と第2の回路704とを含む。第1の回路702
1...702
Nの入力は、ADCチャネル202の出力に結合される。第1の回路702
1...702
Nの出力は、第2の回路704
1...704
Nの入力に結合される。第2の回路704
1...704
Nの出力は、訂正回路706の入力に結合される。TSC回路108は、第2の回路704
1...704
Nに結合される平均回路708をさらに含む。制御回路208は、第1の回路702および第2の回路704の制御入力に結合される。動作において、第1の回路702は、2
Mサイクル(TSC観測窓)に対して、ADCチャネル202からのデジタル入力信号を処理する。2
Mサイクルの後、第1の回路702はリセットされる。第2の回路704は、各2
Mサイクルの期間の後、第1の回路702の出力を処理する。
【0025】
図7Bに示されるように、第1の回路702は、減算器710と、遅延回路712と、絶対値回路714と、乗算器716と、デマルチプレクサ718と、累算器720と、累算器722とを含む。対応する第2の回路704は、加算器724と、減算器726と、決定回路727とを含む。決定回路727は、減算器728と、乗算器730と、乗算器732と、累算器734と、累算器736と、丸め回路738と、丸め回路740とを含む。
【0026】
第1の回路702において、減算器710および遅延回路712は、ADCチャネル202からデジタル出力の信号を受信する。減算器710は、遅延回路712の出力にも結合される。減算器710の出力は、絶対値回路714の入力に結合される。絶対値回路714の出力は、乗算器716の入力に結合される。乗算器716の別の入力は、ナイキスト領域の信号を受信する。乗算器716の出力は、デマルチプレクサ718の入力に結合される。デマルチプレクサ718の出力は、それぞれ、累算器720および722に結合される。デマルチプレクサ718の制御入力は、PRBS回路312からのチョッピング信号を受信するために結合される。
【0027】
動作において、減算器710は、デジタル出力の信号から遅延回路712の出力を減算する。絶対値回路714は、減算器710による結果の出力の絶対値を取る。乗算器716は、ナイキスト領域の信号により決定される1または-1を、絶対値動作の結果に乗算する。デマルチプレクサは、チョッピング信号の値に応じて、累算器720または累算器722のいずれかに乗算器716の出力を結合する。この動作プロセスは、2Mサイクルにわたって進む。各ADCチャネル202に対して、CHXおよびCHX’からのサンプルの一定の数は、累算器720および累算器722に独立に累積され、符号の反転は、奇または偶のいずれのナイキスト領域に入力信号があるかに依存する。
【0028】
第2の回路において、加算器724の入力は、累算器720の出力と累算器722の出力とに結合される。減算器726の入力は、累算器720の出力と累算器722の出力とに結合される。加算器724の出力は、減算器728の入力に結合される。減算器726の出力は、乗算器732の入力に結合される。ADCチャネル202の各々に対する、第1の回路702における累算器720および722の出力は、平均回路708の入力に結合される。平均回路708の出力は、第2の回路704の各インスタンスにおける減算器728の別の入力に結合される。減算器728の出力は、乗算器730の入力に結合される。乗算器730の別の入力は、信号μCMを受信するように構成されている。乗算器732の別の入力は、信号μDIFFを受信するように構成されている。乗算器730の出力は、累算器734と累算器736との入力とに結合される。乗算器732の出力は、累算器734と累算器736との入力に結合される。累算器734の出力は、丸め回路738に結合される。累算器736の出力は、丸め回路740に結合される。丸め回路738および740の出力は、訂正回路706に結合される。
【0029】
動作では、累算器720および722において2Mサイクルが累積された後、2つの累算器720および722の和ならびに差は、それぞれ、加算器724と減算器726とにより算出される。加えて、全てのチャネルにわたって平均の、累算器の出力は、平均回路708により算出される。(加算器724により出力される)和と(平均回路708により出力される)平均との差は、値μCMにより乗算され、各累算器734および736に加えられる。累算器720および722の両方の差は、値μDIFFにより乗算され、累算器734に加えられ、累算器736から減算される。この配列は、累算器734および736の差に影響を与える差動ループと同様に、累算器734と累算器736とに同一に影響を与えるコモンモードループを実現することが理解され得る。コモンモードループは、CHXおよびCHX’の両方からデータを取り、それゆえ、サンプリング点の不確実さにより影響を受けない。このループは、チョッピングスイッチ無しでADCを校正するために用いられるループと同一である。他方、差動ループは、サンプリング点の不確実さにより影響を受ける。ADC入力信号とチョッピング信号との間のランダムな相互作用は、時間スキューの抽出における大量のノイズをもたらし得る。このノイズは、より遅いループを犠牲にして、μDIFFに対して非常に小さい値を選ぶことにより抑制されることができ、当該ノイズは、最初に落ち着くためにより長い時間がかかり、より環境の変化に応答できない。上述された配列の利点は、コモンモードループが速くなり得る一方で、累算器734および736の差のみが、ノイズの抑制のためにスローダウンされる必要があることである。
【0030】
図8は、本明細書で説明されるインラインのADC回路104が用いられ得る例に従う、プログラマブルIC1を示すブロックダイアグラムである。プログラマブルIC1は、プログラマブル論理回路3と、構成論理回路25と、構成メモリ26とを含む。プログラマブルIC1は、不揮発性メモリ27、DRAM28および他の回路29などの外部の回路に結合され得る。プログラマブル論理回路3は、論理セル30と、補助回路31と、プログラマブル相互接続32とを含む。論理セル30は、一般的な論理回路の、複数の入力の機能を実現するために構成され得る回路を含む。補助回路31は、送受信器、入力/出力ブロック、デジタル信号プロセッサおよびメモリなどの特定の目的用の回路を含む。論理セルおよび補助回路31は、プログラマブル相互接続32を用いて相互接続され得る。論理セル30をプログラムするための情報と、補助回路31のパラメータを設定するための情報と、プログラマブル相互接続32をプログラムするための情報とは、構成論理回路25により構成メモリ26に格納される。構成論理回路25は、不揮発性メモリ27または任意の他のソース(例えば、DRAM28もしくは他の回路29)から構成データを取得できる。いくつかの例において、プログラマブルIC1は、処理システム2を含む。処理システム2は、マイクロプロセッサ(複数可)、メモリ、補助回路および入出力回路などを含み得る。
【0031】
図9は、送受信器37と、構成論理ブロック(「CLB」:configurable logic blocks)33と、ランダムアクセスメモリブロック(「BRAM」:random access memory blocks)34と、入力/出力ブロック(「IOB」:input/output blocks)36と、構成およびクロッキング論理回路(「CONFIG/CLOCKS」:configuration and clocking logic)42と、デジタル信号処理ブロック(「DSP」:digital signal processing blocks)35と、専用の入力/出力ブロック(I/O:input/output blocks)41(例えば、構成ポートおよびクロックポート)と、デジタルクロックマネージャ、アナログ―デジタル変換器およびシステム監視回路などの他のプログラマブル論理回路39とを含む、多数の異なるプログラマブルタイルを含むプログラマブルIC1のフィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)の実施形態を例示する。FPGAは、PCIeインターフェース40と、アナログ―デジタル変換器(ADC)38と、ADC回路104を含むその他同種のものとをも含み得る。
【0032】
いくつかのFPGAにおいて、各プログラマブルタイルは、
図9の上部に含まれる例により示されるように、同じタイル内のプログラマブル論理素子の入力および出力端末48への接続を有する少なくとも一つのプログラマブル相互接続素子(INT:interconnect element)43を含み得る。各プログラマブル相互接続素子43は、同じタイルまたは他のタイル(複数可)における、隣接するプログラマブル相互接続素子(複数可)の相互接続セグメント49への接続をも含み得る。各プログラマブル相互接続素子43は、論理ブロック(図示しない)の間の一般的なルーティングリソースの相互接続セグメント50への接続をも含み得る。一般的なルーティングリソースは、相互接続セグメント(例えば、相互接続セグメント50)と相互接続セグメントを接続するためのスイッチブロック(図示しない)とのトラックを備える論理ブロック(図示しない)の間のルーティングチャネルを含み得る。一般的なルーティングリソース(例えば、相互接続セグメント50)の相互接続セグメントは、1つまたは複数の論理ブロックをつなぐことができる。プログラマブル相互接続素子43は、一般的なルーティングリソースとともに、例示されるFPGAに対してプログラマブル相互接続構造(「プログラマブル相互接続」)を実現する。
【0033】
例示的な実施形態において、CLB33は、単一のプログラマブル相互接続素子(INT)43に加えてユーザー論理回路を実現するためにプログラムされ得る構成可能な論理素子(「CLE」:configurable logic element)44を含み得る。BRAM34は、1つまたは複数のプログラマブル相互接続素子に加えて、BRAM論理素子(「BRL」:BRAM logic element)45を含み得る。典型的に、タイルに含まれる相互接続素子の数は、タイルの高さに依存する。描かれた例において、BRAMタイルは、5つのCLBと同じ高さを有するが、他の数(例えば、4)も用いられ得る。DSPタイル35は、プログラマブル相互接続素子の適切な数に加えて、DSP論理素子(DSPL:DSP logic element)46を含み得る。IOB36は、例えば、プログラマブル相互接続素子43の1つのインスタンスに加えて、入力/出力論理素子(IOL:input/output logic element)47の2つのインスタンスを含み得る。当業者に明らかであるように、例えば、I/O論理素子47に接続される実際のI/Oパッドは、典型的に、入力/出力論理素子47の領域にとどまらない。
【0034】
描かれた例において、(
図9に示される)ダイの中心の近くの平面の領域は、構成、クロックおよび他の制御論理回路のために用いられる。この平面の領域または列から延びる縦の列51は、FPGAの幅にわたってクロックおよび構成信号を分配するために用いられる。
【0035】
図9に例示されるアーキテクチャを利用する、いくつかのFPGAは、FPGAの大部分を構成する規則的な列状の構造を分裂させる追加的な論理ブロックを含む。追加的な論理ブロックは、プログラマブルブロック、および/または特定の目的用の論理回路であり得る。
【0036】
図9は、例示的なFPGAアーキテクチャのみを例示することを意図されていることに注意されたい。例えば、行における論理ブロックの数、相対的な行の幅、行の数および順序、行に含まれる論理ブロックのタイプ、相対的な論理ブロックのサイズ、
図9の上部に含まれる、相互接続/論理回路の実施形態は、純粋に例示的である。例えば、実際のFPGAにおいて、CLBの1つより多い隣接する行は、どこにCLBが現れようとも典型的に含まれ、ユーザー論理回路の効率的な実施形態を容易にするが、隣接するCLBの行の数は、FPGAの全体のサイズとともに変わる。
【0037】
時間インターリーブされるアナログ-デジタル変換回路(ADC)における、チョッピングスイッチの時間スキュー校正のための技法が提供され得る。ある例において、時間スキュー校正回路は、複数の第1の回路を含むことができ、各第1の回路は、第1の累算器と第2の累算器とを含み、時間スキュー校正回路は、さらに、複数の第2の回路を含むことができ、各第2の回路は、第1の累算器および第2の累算器の出力に結合される第1の加算器と、第1の累算器および第2の累算器の出力に結合される第1の減算器と、第1の加算器の出力および第1の減算器の出力を組み合わせるように構成されている決定回路とを含む。
【0038】
いくつかのそのような時間スキュー校正回路において、決定回路は、第1の加算器の出力に結合される第2の減算器と、第2の減算器の出力に結合される第1の乗算器と、第1の減算器の出力に結合される第2の乗算器とを含み得る。
【0039】
いくつかのそのような時間スキュー校正回路において、決定回路は、第1および第2の乗算器の出力に結合される第3の累算器と、第1および第2の乗算器の出力に結合される第4の累算器とをさらに含み得る。
【0040】
いくつかのそのような時間スキュー校正回路において、複数の第1の回路の各々は、第3の減算器と、第3の減算器の出力に結合される絶対値回路と、絶対値回路の出力に結合される第3の乗算器と、第3の乗算器の出力に結合される入力、ならびに第1および第2の累算器の入力に結合される出力を有するデマルチプレクサとをさらに含み得る。
【0041】
いくつかのそのような時間スキュー校正回路において、第1および第2の累算器の出力と、第2の減算器の入力とに結合される平均回路をさらに含み得る。
【0042】
いくつかのそのような時間スキュー校正回路において、複数の第2の回路の各々は、第3および第4の累算器の出力にそれぞれ結合される、第1および第2の丸め回路を含み得る。
【0043】
いくつかのそのような時間スキュー校正回路は、複数の第2の回路の出力にそれぞれ結合される複数の訂正回路をさらに含み得る。
【0044】
別の例において、アナログ-デジタル変換器(ADC)が提供され得る。そのようなADCは、各々がチョッピング回路を含む複数のチャネルを含むことができ、アナログ-デジタル変換器は、さらに、当該複数のチャネルに結合される時間スキュー校正回路を含むことができ、時間スキュー校正回路は、複数の第1の回路を含み、各第1の回路は、第1の累算器および第2の累算器を含み、時間スキュー校正回路は、さらに、複数の第2の回路を含み、各第2の回路は、第1の累算器および第2の累算器の出力に結合される第1の加算器と、第1の累算器および第2の累算器の出力に結合される第1の減算器と、第1の加算器の出力および第1の減算器の出力を組み合わせるように構成されている決定回路とを備える。
【0045】
いくつかのそのようなADCにおいて、決定回路は、第1の加算器の出力に結合される第2の減算器と、第2の減算器の出力に結合される第1の乗算器と、第1の減算器の出力に結合される第2の乗算器とを含み得る。
【0046】
いくつかのそのようなADCにおいて、決定回路は、第1および第2の乗算器の出力に結合される第3の累算器と、第1および第2の乗算器の出力に結合される第4の累算器とをさらに含み得る。
【0047】
いくつかのそのようなADCにおいて、複数の第1の回路の各々は、第3の減算器と、第3の減算器の出力に結合される絶対値回路と、絶対値回路の出力に結合される第3の乗算器と、第3の乗算器の出力に結合される入力、ならびに第1および第2の累算器の入力に結合される出力を有するデマルチプレクサとをさらに含み得る。
【0048】
いくつかのそのようなADCは、第1および第2の累算器の出力と、第2の減算器の入力とに結合される平均回路をさらに含み得る。
【0049】
いくつかのそのようなADCにおいて、複数の第2の回路の各々は、第3および第4の累算器の出力にそれぞれ結合される、第1および第2の丸め回路を含み得る。
【0050】
いくつかのそのようなADCは、複数の第2の回路の出力にそれぞれ結合される複数の訂正回路をさらに含み得る。
【0051】
さらに別の例において、時間インターリーブされるアナログ-デジタル変換器(ADC)のための時間スキュー校正の方法が提供され得る。そのような方法は、時間スキュー校正観測窓への、ADCのチャネルにおけるチョッピング回路に適用されるチョッピングシーケンスを同期させることと、時間スキュー校正観測窓の中の途中でチョッピングシーケンスの極性を反転させることと、ADCのチャネルの出力に関する、2重ループの時間スキュー校正を実行することととを含み得る。
【0052】
いくつかのそのような方法において、チョッピングシーケンスを同期させるステップは、時間スキュー校正観測窓において、整数回数、チョッピングシーケンスを繰り返すことを含み得る。
【0053】
いくつかのそのような方法において、2重ループの時間スキュー校正を実行するステップは、複数の第1の回路および複数の第2の回路を通じて、チャネルの各々におけるチョッピング回路の出力信号を処理することを含むことができ、複数の第1の回路の各々は、第1の累算器と第2の累算器とを含み、複数の第2の回路の各々は、第1の累算器および第2の累算器の出力に結合される第1の加算器と、第1の累算器および第2の累算器の出力に結合される第1の減算器と、第1の加算器の出力および第1の減算器の出力を組み合わせるように構成されている決定回路とを含む。
【0054】
いくつかのそのような方法において、決定回路は、第1の加算器の出力に結合される第2の減算器と、第2の減算器の出力に結合される第1の乗算器と、第1の減算器の出力に結合される第2の乗算器とを含み得る。
【0055】
いくつかのそのような方法において、決定回路は、第1および第2の乗算器の出力に結合される第3の累算器と、第1および第2の乗算器の出力に結合される第4の累算器とをさらに含み得る。
【0056】
いくつかのそのような方法において、複数の第1の回路の各々は、第3の減算器と、第3の減算器の出力に結合される絶対値回路と、絶対値回路の出力に結合される第3の乗算器と、第3の乗算器の出力に結合される入力、ならびに第1および第2の累算器の入力に結合される出力を有するデマルチプレクサとをさらに含み得る。
【0057】
前述の記載が特定の例に向けられている一方で、他の例、およびさらに他の例が、その基本的な範囲から逸脱することなく考え出されることができ、その範囲は、以下の特許請求の範囲により決定される。