[發明專利]一種數模轉換器

有效

• 申請號: 201010149655.7
• 申請日: 2010-04-19
• 公開（公告）號: CN102118169A
• 公開（公告）日: 2011-07-06
• 發明（設計）人: 任俊彥;程龍;楊海峰;葉凡;李寧;許俊
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H03M1/66
• 分類號: H03M1/66
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 王潔

技術領域

本發明涉及微電子技術領域，尤其涉及一種數模轉換器。

背景技術

隨著無線通信技術的迅速發展，特別是3G/4G、家庭基站等技術的不斷涌現，對模擬器件的性能提出了更高的要求。對于IMT-Advanced等新一代寬帶無線移動通信，模擬基帶性能要求100MS/s以上的高采樣率且需達到14位的高精度。寬帶、高速、高精度的電流舵型數模轉換器(Current-steering?DAC)是實現新一代寬帶無線移動通信基站系統的核心技術。

如圖1所示，傳統的電流舵型數模轉換器主要包含溫度計編碼器和單位DAC電流源陣列。它的工作原理是將二進制數字碼流通過溫度計編碼器轉換成溫度計碼，然后利用溫度計碼攜帶的溫度計碼控制信號控制單位DAC電流源陣列的開啟，從而得到模擬信號。

但由于集成電路在制造過程中，存在很多非理想因素，造成芯片上的載流子、柵氧厚度等分布的不均勻。這種分布不均勻，以及工作中受到的焊接線(bonding?wire)的壓力和溫度的影響，都會對DAC模擬電路結構造成誤差，這種誤差稱為靜態誤差。而且，由于版圖的原因，DAC中的電源線和地線，以及時鐘線的分布造成工作中的DAC單元輸出時域上的不同步。這種單位DAC由于輸出不同步造成誤差，這種誤差稱為動態誤差。靜態誤差和動態誤差降低了DAC的動態性能SFDR(spurious-free?dynamic?range)。

靜態誤差和動態誤差在空間中的分布稱為誤差分布，這種誤差分布又可分為系統性誤差分布和隨機性誤差分布。系統性誤差分布可以按照泰勒級數展開，即有一次誤差分布(如圖2所示)、二次誤差分布(如圖3所示)、三次誤差分布等等。隨機性誤差分布是由于在芯片生產過程中，光刻等工藝造成電流源彼此之間實際的寬長比不相等，從而產生一個隨機的失配。如圖2、圖3所示，一次誤差分布、二次誤差分布主要是在單位DAC電流源空間分布的誤差。

消除數模轉換器DAC中系統性和隨機性誤差分布主要有三種方法，分別為工藝調整(trimming)，校準電路(calibration)和動態元件匹配(DEM，DynamicElement?Matching)。工藝調整是在工藝制造中額外添加工序，或者在制造完成后進行調整修正，雖然工藝調整可以消除誤差分布，但是需要較高的成本，不適合大量生產應用。校準電路是通過引入輔助電路，以某種方式消除電流源陣列間的誤差。例如，基于浮動電流源的模擬后臺自校準，基于最小均方(LMS)算法數字后臺校準方法等等。校準電路可能過多的引入輔助電路，不僅會受到溫度的影響，引起面積和功耗的問題，不能較好地抑制動態誤差，且校準工作時可能會引入雜散噪聲(spur)。動態元件匹配(DEM)通過隨機化誤差分布，將諧波轉化為噪聲，提高DAC的動態性能。DEM算法有多種實現形式，例如全隨機化DEM，部分隨機化DEM等。類似DEM的數據權重平均(Data?WeightedAverage，DWA)技術同樣基于隨機化失配誤差來提高SFDR。但DEM算法的引入會造成毛刺的增加。這時需要引入其他技術，如毛刺自歸零(Return-to-Zero)，約束DEM算法等技術。雖然隨著數字綜合技術的發展，在數字模塊中可以實現DEM算法，但是DEM算法的復雜性使得數字模塊的面積和功耗過大。而且，實現復雜DEM算法的數字模塊對數模轉換器的轉換速度產生較大制約。因而，應用在寬帶無線移動通信基站上的高速DAC無法采用傳統的DEM算法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能消除系統性誤差和隨機性誤差的數模轉換器。

本發明提供一種數模轉換器，它包含溫度計編碼器、隨機時鐘動態元件匹配模塊及電流源陣列。其中，溫度計編碼器，用于將輸入的數字信號碼流轉換成溫度計碼；電流源陣列，用于輸出模擬信號；隨機時鐘動態元件匹配模塊，與所述溫度計編碼器及電流源陣列相連，隨機時鐘動態元件匹配模塊具有產生隨機時鐘信號的隨機時鐘和傳輸溫度計碼的電流源通道陣列，隨機時鐘動態元件匹配模塊依據隨機時鐘信號輪換溫度計碼在電流源通道陣列的排列位置并依據該排列位置輸出溫度計碼控制信號到電流源陣列。

進一步的，上述溫度計碼的排列順序是固定排列順序。

進一步的，上述固定排列順序是平均一次誤差分布的對稱分布排列順序。

進一步的，上述電流源通道陣列還用于傳輸冗余碼，該冗余碼由溫度計編碼器或隨機時鐘動態元件匹配模塊產生。

進一步的，上述隨機時鐘動態元件匹配模塊依據隨機時鐘信號的上升沿或下降沿時，輪換冗余碼和溫度計碼在電流源通道陣列中的排列位置。