[發(fā)明專利]電流型數(shù)模轉(zhuǎn)換器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110356002.0
• 申請(qǐng)日: 2011-11-10
• 公開（公告）號(hào): CN102394652A
• 公開（公告）日: 2012-03-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李學(xué)清;楊華中;喬飛;魏琦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): H03M1/66
• 分類號(hào): H03M1/66
• 代理公司: 北京路浩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及數(shù)模轉(zhuǎn)換電路技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種電流型數(shù)模轉(zhuǎn)換器。

背景技術(shù)

隨著信號(hào)處理技術(shù)和通信技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)之間的接口技術(shù)成為制約數(shù)模混合系統(tǒng)的瓶頸。為了滿足高速高精度的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換要求，數(shù)模轉(zhuǎn)換器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器需要達(dá)到盡可能高的速度和精度。在現(xiàn)代高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器中，電流型數(shù)模轉(zhuǎn)換器成為廣大工程師的首選結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗梢灾苯域?qū)動(dòng)阻性負(fù)載，并且具有較快的速度。

常見的電流型數(shù)模轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)如附圖1所示，主要包括以下幾個(gè)部分：輸入數(shù)字信號(hào)譯碼和緩沖模塊(decoder)、電流源開關(guān)陣列(current?source?and?switch?unit?array)。其中，電流源開關(guān)陣列中包括多個(gè)電流源開關(guān)單元，每個(gè)電流源開關(guān)單元包括電流源和開關(guān)，開關(guān)在控制信號(hào)的作用下將電流源輸出的電流送往數(shù)模轉(zhuǎn)換器的正輸出端或負(fù)輸出端；輸入數(shù)字信號(hào)譯碼模塊用于將輸入的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行譯碼和再處理(包括同步和電平轉(zhuǎn)換等)，使得輸出的信號(hào)可以直接作為電流源開關(guān)陣列中的開關(guān)的控制信號(hào)。數(shù)模轉(zhuǎn)換器的正輸出端和負(fù)輸出端中的任一個(gè)輸出都可以作為數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出，也可以使用這兩個(gè)輸出端的差值作為數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出。

數(shù)模轉(zhuǎn)換器的性能通常從靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性兩方面來衡量，考慮到電路是非理想的，數(shù)模轉(zhuǎn)換器總會(huì)有一些非線性的失真，比如，由于電流源的電流值大小不匹配造成通常會(huì)造成靜態(tài)非線性，這些非線性失真會(huì)影響數(shù)模轉(zhuǎn)換器的總體性能。而數(shù)模轉(zhuǎn)換器的動(dòng)態(tài)特性，通常用SFDR(Spurious-free?Dynamic?Range，無雜散動(dòng)態(tài)范圍)來描述，一般情況下無雜散動(dòng)態(tài)范圍越小，動(dòng)態(tài)非線性越明顯，數(shù)模轉(zhuǎn)換器效果也越不穩(wěn)定。在傳統(tǒng)的電流型DAC(Digital?to?Analog?Converter，數(shù)模轉(zhuǎn)換器)中，當(dāng)頻率升高時(shí)，無雜散動(dòng)態(tài)范圍會(huì)迅速下降，下降的原因主要有三個(gè)：一是電路的開關(guān)動(dòng)作引入的與信號(hào)非線性相關(guān)的分量；二是數(shù)模轉(zhuǎn)換器有限的輸出阻抗與輸入信號(hào)相關(guān)；三是數(shù)模轉(zhuǎn)換器中控制信號(hào)或輸出電流不同步。因此，為了提高輸出的動(dòng)態(tài)范圍，提高數(shù)模轉(zhuǎn)換器的工作頻率，電路應(yīng)該在這兩方面改進(jìn)。

為了盡可能地減少上述第一條因素的對(duì)SFDR的惡化，在公開號(hào)為US6061010A的美國專利文獻(xiàn)中，Adams等人提出了一種使用Dual?Return-to-Zero技術(shù)(或稱Delayed?Return-to-Zero技術(shù))的數(shù)模轉(zhuǎn)換器。其基本技術(shù)思路是：DAC的輸出是兩路RTZ(Return?to?Zero，歸零)信號(hào)的和，其中一路RTZ信號(hào)在時(shí)鐘的正半周期正常輸出，在時(shí)鐘的負(fù)半周期置為零；另一路RTZ信號(hào)在時(shí)鐘的正半周期置為零，在時(shí)鐘的負(fù)半周期正常輸出(該技術(shù)還可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)使用更多路的RTZ信號(hào))。根據(jù)該專利的描述，在方案中，所有的RTZ信號(hào)的差別僅僅是時(shí)鐘上的延遲，在信號(hào)形式上是完全相同的。這種技術(shù)在一定程度上減小了非線性失真，提高了SFDR，但是也存在一些問題。首先是DAC通常需要一個(gè)更高頻率(例如2倍或更多倍)的時(shí)鐘信號(hào)以生成控制兩路或更多路RTZ信號(hào)；其次，各路RTZ信號(hào)的轉(zhuǎn)換引入了更多的噪聲：雖然這些噪聲與信號(hào)不相關(guān)，但是卻增加了噪底的能量大小，減小了信號(hào)與總體噪聲的大小比值；最后，DAC的歸零和穩(wěn)定是在不超過半個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成的，這使得DAC的工作速度較高，設(shè)計(jì)難度增加。