将采样模数转换器与连续积分模数转换器进行组合

相关申请的交叉引用

本公开要求于2022年3月28日提交的、名称为“COMBINING SAMPLING ANALOG-TO-DIGITAL CONVERTER WITH CONTINUOUSLY INTEGRATING ANALOG-TO-DIGITAL CONVERTER”的美国临时申请No.63/324,417的权益，该美国临时申请的公开内容以其全文通过引用并入本文。

技术领域

本公开涉及测试和测量系统和仪器，且更具体地涉及针对测试和测量系统的数字化器电路。

背景技术

在测试和测量系统或测试和测量仪器(诸如示波器、数字万用表、源测量单元(SMU)等等)中使用模数转换器(ADC)，以将连续模拟输入信号转换成数字样本的流。ADC的性能中的两个关键因素是速度(即，采样率)和分辨率。

一些ADC以高速度进行操作，但具有低分辨率，通常被表达为比特数。例如，10比特分辨率ADC比12比特ADC具有更低分辨率。存在用于执行转换的不同方法，一些方法以更快速率工作，其他方法具有更高分辨率。当前ADC难以将高速度和高分辨率两者都实现。

附图说明

图1示出了具有数字化器电路的测试和测量仪器。

图2示出了数字化器电路的实施例。

图3示出了两个ADC之间的样本相关性的图形表示。

具体实施方式

这里的实施例使用两个模数转换器(ADC)，一个是高速采样ADC以及一个是连续积分ADC。将它们的输出之间的差与高速ADC的输出进行组合的过程提供了输出样本。这允许该过程具有连续积分ADC的线性、噪声、分辨率和非混叠性能，同时具有ADC的更高速性能。

许多不同类型的测试和测量仪器(诸如示波器、源测量单元(SMU)、分析器、万用表等)可以接收模拟信号(诸如，从测试中设备(DUT))并出于各种目的而将它转换成数字信号。图1示出了这种仪器的部分的框图。

DUT 12通过探测器、线缆或其他连接器而连接到测试和测量仪器10，以允许仪器通过端口14从DUT接收信号。仪器接收信号并利用数字化电路16中的一个或多个ADC对它进行数字化，且具有将更进一步详细地讨论的一个或多个处理器(诸如，18)，其处理用于滤波的信号、两个信号的相加、匹配ADC增益等。如本文所使用的术语“处理器”意指可在信号上操作的任何类型的部件，包括但不限于通用处理器、数字信号处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)等。如果处理器是通用或数字信号处理器，则它们可以以它们所执行的可执行代码的形式实现实施例。其他部件可以不执行代码，但具有被配置成使它们实现实施例的过程的硬件部件。可以存在多于一个处理器。

图2示出了根据本公开实施例的将高速采样ADC与积分ADC进行组合的数字化器电路或采样系统的框图。连续积分ADC和伪连续积分ADC(诸如，采样Δ-ΣADC)具有由时钟、逻辑和/或数字滤波器确定的时间孔径。如本文所使用，术语“积分”ADC将适用于连续积分ADC和伪连续积分ADC(诸如，采样Δ-ΣADC)两者。

在图2中，高速ADC 20和积分ADC 26接收传入模拟信号v(t)。高速ADC产生去往数字滤波器24和求和节点22两者的样本，诸如f

在图3中，高速ADC具有诸如f

遵循于此，对于n＝4时的示例：

该特定示例示出了针对由经滤波的样本的邻接块形成的积分ADC的积分窗的示例。系统还可以使用样本的滑动窗。使用m个样本的平均值根据下述等式来从结果移除高速ADC：

例如，s

高速ADC具有与积分ADC的定时和滤波匹配的滤波器。该过程以与积分ADC样本相同的速率更新该滤波器输出。积分ADC具有由时钟、逻辑和/或数字滤波器确定的时间孔径。这允许数字滤波器的设计被应用于高速采样的输出，以完美地匹配于积分ADC的孔径。通过将这种数字滤波器应用于高速采样ADC的输出，数字滤波器的输出可以将积分ADC的孔径匹配到两个ADC的误差项(诸如噪声、线性、失真等)的差异内。随着较慢的积分ADC产生新输出，被应用于高速ADC的数字滤波器可以被更新以匹配于它。

结果是高速采样系统，其中高速ADC的性能在较高频率处主导并且积分ADC在较低频率处主导。两个ADC之间的过渡相对于频率近乎完美地平坦。过渡误差由数字滤波器有多好地匹配于连续积分ADC的孔径以及ADC增益的任何差异来确定。

一个问题可能由于ADC的增益和偏移之间的失配而发生。两步过程可以匹配于ADC。第一，如果输入v(t)被设置成0并且一个或全部两个ADC的偏移被调整直到误差err

以该方式，系统可以将来自高速采样ADC的读取与连续积分ADC的较慢读取进行组合从而产生采样ADC的高速读取速率，且具有连续积分ADC的较低频率优势。

将数字滤波器成形成匹配于连续积分ADC的定时和带宽特性产生了两个ADC之间的频率平坦过渡。这允许组合采样系统提供高频信号所需的高速采样，但维持针对较低频率的连续积分ADC的性能、线性、噪声、分辨率和非混叠。

本公开的方面可以在特别创建的硬件上、在固件、数字信号处理器上或者在包括根据所编程的指令进行操作的处理器的特殊编程的通用计算机上操作。如本文使用的术语控制器或处理器意在包括微处理器、微型计算机、专用集成电路(ASIC)和专用硬件控制器。本公开的一个或多个方面可以体现在由一个或多个计算机(包括监视模块)或其他设备执行的计算机可使用数据和计算机可执行指令中，诸如一个或多个程序模块中。一般地，程序模块包括在由计算机或其他设备中的处理器执行时执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、部件、数据结构等。计算机可执行指令可以被存储在非瞬变计算机可读介质上，该非瞬变计算机可读介质诸如是硬盘、光盘、可移除储存介质、固态存储器、随机存取存储器(RAM)等。如本领域技术人员应当领会的那样，可以如在各种方面中期望的那样组合或分发程序模块的功能性。另外，功能性可以整个或部分地以固件或硬件等同物(诸如集成电路、FPGA等等)体现。可以使用特定数据结构以更有效地实现本公开的一个或多个方面，并且这种数据结构是在本文描述的计算机可执行指令和计算机可使用数据的范围内想到的。

在一些情况下，所公开的方面可以以硬件、固件、软件或其任何组合而实现。所公开的方面还可以被实现为由一个或多个非瞬变计算机可读介质携带或在一个或多个非瞬变计算机可读介质上存储的指令，该指令可以由一个或多个处理器读取和执行。这种指令可以被称作计算机程序产品。如本文所讨论，计算机可读介质意指可由计算设备访问的任何介质。作为示例而非限制，计算机可读介质可以包括计算机储存介质和通信介质。

计算机储存介质意指可以用于存储计算机可读信息的任何介质。作为示例而非限制，计算机储存介质可以包括RAM、ROM、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪速存储器或其他存储器技术、致密盘只读存储器(CD-ROM)、数字视频盘(DVD)、或者其他光盘储存器、磁带盒、磁带、磁盘储存器或其他磁储存设备、以及在任何技术中实现的任何其他易失性或非易失性、可移除或不可移除介质。计算机储存介质排除了信号本身和瞬变形式的信号传输。

通信介质意指可以用于计算机可读信息的通信的任何介质。作为示例而非限制，通信介质可以包括同轴线缆、光纤电缆、空气、或者适于电、光、射频(RF)、红外、声或其他类型的信号的通信的任何其他介质。

而且，当在本申请中提到具有两个或更多个所定义的步骤或操作的方法时，可以按任何次序或者同时实施所定义的步骤或操作，除非上下文排除了那些可能性。

包括权利要求书、摘要和附图的说明书中公开的所有特征以及所公开的任何方法或过程中的所有步骤可以以除其中这种特征和/或步骤中的至少一些互斥的组合外的任何组合而组合。包括权利要求书、摘要和附图的说明书中公开的每个特征可以被服务于相同、等同或类似目的的可替换特征替代，除非以其他方式明确声明。

示例

下面提供了所公开的技术的说明性示例。技术的实施例可以包括下面描述的示例中的一个或多个和任何组合。

示例1是一种数字化电路，包括：端口，可连接到测试中设备(DUT)以接收输入模拟信号；积分模数转换器(ADC)，耦合到所述端口以接收模拟信号；高速ADC，耦合到所述端口以接收模拟信号，所述高速ADC比所述积分ADC具有更高速度；以及一个或多个处理器，被配置成：将数字滤波器应用于所述高速ADC的输出样本以产生经滤波的样本；找到经滤波的样本与所述积分ADC的输出样本之间的差以产生误差值；以及将所述误差值加到所述高速ADC的输出样本以产生模拟信号的数据样本。

示例2是示例1的数字化电路，其中所述一个或多个处理器进一步被配置成：在所述积分ADC的每个输出样本之后更新所述数字滤波器。

示例3是示例1或2中任一项的数字化电路，其中被配置成找到经滤波的样本与所述积分ADC的输出样本之间的差的所述一个或多个处理器进一步被配置成：从所述积分ADC的输出样本减去经滤波的样本以产生差；以及将所述差乘以所述积分ADC的采样率与所述高速ADC的采样率之比。

示例4是示例1至3中任一项的数字化电路，其中所述积分ADC具有与所述高速ADC的高速时间位置的整数数目相等的积分区间，并且积分窗适用于采样时间位置的邻接块。

示例5是示例1至3中任一项的数字化电路，其中所述积分ADC具有与所述高速ADC的采样时间位置的数目相等的积分区间，并且积分窗是跨所述采样时间位置的滑动窗。

示例6是示例1至5中任一项的数字化电路，其中所述一个或多个处理器进一步被配置成：匹配所述积分ADC和所述高速ADC的偏移。

示例7是示例1至6中任一项的数字化电路，其中所述一个或多个处理器进一步被配置成：匹配所述积分ADC和所述高速ADC的增益。

示例8是一种从模拟信号产生数字信号的方法，包括：在积分模数转换器(ADC)和比所述积分ADC具有更高速度的高速ADC处接收输入模拟信号；将数字滤波器应用于所述高速ADC的输出样本以产生经滤波的样本，所述数字滤波器匹配于所述积分ADC的定时和滤波；找到经滤波的样本与所述积分ADC的输出样本之间的差以产生误差值；以及将所述误差值加到所述高速ADC的输出样本以产生所述模拟信号的数据样本。

示例9是示例8的方法，进一步包括：在必要时在所述积分ADC的每个输出样本之后更新所述数字滤波器。

示例10是示例8或9的方法，其中找到经滤波的样本与所述积分ADC的输出样本之间的差包括：从所述积分ADC的输出样本减去经滤波的样本；以及将所述差乘以所述积分ADC的采样率与所述高速ADC的采样率之比。

示例11是示例8至10中任一项的方法，其中所述积分ADC具有与所述高速ADC的采样时间位置的数目相等的积分区间，并且积分窗适用于采样时间位置的邻接块。

示例12是示例8至11中任一项的方法，其中所述积分ADC具有与所述高速ADC的采样时间位置的数目相等的积分区间，并且积分窗是跨所述采样时间位置的滑动窗。

示例13是示例8至12中任一项的方法，进一步包括：匹配所述积分ADC和所述高速ADC的偏移。

示例14是示例13的方法，其中匹配偏移包括：将所述输入模拟信号的值设置成0；以及调整所述积分ADC和所述高速ADC中的至少一个的偏移，直到所述误差值为0。

示例15是示例8至12中任一项的方法，进一步包括：匹配所述积分ADC和所述高速ADC的增益。

示例16是示例15的方法，其中匹配增益包括：利用足以调整所述增益的足够幅度设置所述输入模拟信号；以及调整所述积分ADC和所述高速ADC中的至少一个的增益，直到误差为0。

所公开的主题的先前描述的版本具有被描述的或者对本领域技术人员来说将明显的许多优势。即便如此，这些优势或特征也不是在所公开的装置、系统或方法的所有版本中都必需。

尽管已经出于图示的目的图示和描述了本公开的具体方面，但应当理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可以作出各种修改。相应地，本公开不应当受限制，除了受所附权利要求书限制。