Characterization and Correction of Analog-to-Digital Converters

Abstract: Denna avhandling behandlar analog-digitalomvandling. I synnerhet behandlas postkorrektion av analog-digitalomvandlare (A/D-omvandlare). A/D-omvandlare är i praktiken behäftade med vissa fel som i sin tur ger upphov till distorsion i omvandlarens utsignal. Om felen har ett systematiskt samband med utsignalen kan de avhjälpas genom att korrigera utsignalen i efterhand. Detta verk behandlar den form av postkorrektion som implementeras med hjälp av en tabell ur vilken korrektionsvärden hämtas.Innan en A/D-omvandlare kan korrigeras måste felen i den mätas upp. Detta görs genom att estimera omvandlarens överföringsfunktion. I detta arbete behandlas speciellt problemet att skatta kvantiseringsintervallens mittpunkter. Det antas härvid att en referenssignal finns tillgänglig som grund för skattningen. En skattare som baseras på sorterade data visas vara bättre än den vanligtvis använda skattaren baserad på sampelmedelvärde.Nästa huvudbidrag visar hur resultatet efter korrigering av en A/D-omvandlare kan predikteras. Omvandlaren antas här ha en viss differentiell olinjäritet och insignalen antas påverkad av ett slumpmässigt brus. Ett postkorrektionssystem, implementerat med begränsad precision, korrigerar utsignalen från A/D-omvandlaren. Ett utryck härleds som beskriver signal-brusförhållandet efter postkorrektion. Förhållandet visar sig bero på den differentiella olinjäritetens varians, det slumpmässiga brusets varians, omvandlarens upplösning samt precisionen med vilken korrektionstermerna beskrivs.Till sist behandlas indexering av korrektionstabeller. Valet av metod för att indexera en korrektionstabell påverkar såväl tabellens storlek som förmågan att beskriva och korrigera dynamiska fel. I avhandlingen behandlas i synnerhet tillståndsmodellbaserade metoder, det vill säga metoder där tabellindex bildas som en funktion utav flera på varandra följande sampel. Allmänt gäller att ju fler sampel som används för att bilda ett tabellindex, desto större blir tabellen, samtidigt som förmågan att beskriva dynamiska fel ökar. En indexeringsmetod som endast använder en delmängd av bitarna i varje sampel föreslås här. Vidare så påvisas hur valet av indexeringsbitar kan göras optimalt, och experimentella utvärderingar åskådliggör att tabellstorleken kan reduceras avsevärt utan att fördenskull minska prestanda mer än marginellt.De teorier och resultat som framförs här har utvärderats med experimentella A/D-omvandlardata eller genom datorsimuleringar.