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數(shù)字校正電路及含有該電路的電流舵結(jié)構(gòu)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的制作方法與工藝

文檔序號(hào):12039858閱讀:182來源:國知局
數(shù)字校正電路及含有該電路的電流舵結(jié)構(gòu)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的制作方法與工藝
本發(fā)明屬于數(shù)字模擬混合集成電路技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及一種數(shù)字校正電路及含有該電路的電流舵結(jié)構(gòu)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器。

背景技術(shù):
在信號(hào)采集處理、數(shù)字通信、自動(dòng)檢測(cè)和多媒體技術(shù)等領(lǐng)域,數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)往往是不可缺少的部分。在多種不同的數(shù)模轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)中,采用電流舵結(jié)構(gòu)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器在速度和精度上有較大的優(yōu)勢(shì),因此應(yīng)用廣泛。在實(shí)際的電流舵結(jié)構(gòu)數(shù)模轉(zhuǎn)換器中,要求高精度,低的微分非線性誤差、積分非線性誤差,高的信號(hào)噪聲比,這需要實(shí)際電路與工藝有很好的兼容性。為了滿足高精度的要求,電流源陣列往往需要很大的寬長比來緩解工藝的偏差、器件失配等影響,但與此同時(shí)導(dǎo)致了電流源陣列的面積很大。當(dāng)電流舵數(shù)模轉(zhuǎn)換器位數(shù)增加時(shí),其版圖面積會(huì)隨指數(shù)形式增長,芯片成本也將同步增加。電流舵結(jié)構(gòu)數(shù)模轉(zhuǎn)換器分為二進(jìn)制(Binary)編碼、溫度計(jì)(Unary)編碼和混合(Hybrid)編碼三種架構(gòu),為了版圖面積和電路性能之間的折衷,一般采用高位溫度計(jì)編碼、低位二進(jìn)制編碼的混合編碼架構(gòu)。傳統(tǒng)的混合架構(gòu)的電流舵結(jié)構(gòu)數(shù)模轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)如圖1所示:該電流舵結(jié)構(gòu)數(shù)模轉(zhuǎn)換器包括延時(shí)單元101,溫度計(jì)編碼電路102,同步單元103,開關(guān)驅(qū)動(dòng)陣列104,基準(zhǔn)產(chǎn)生電路105,低位電流源陣列106,高位電流源陣列107,第一互補(bǔ)開關(guān)S1A、S1B和第二互補(bǔ)開關(guān)S2A、S2B,第一電阻R1和第二電阻R2;低位的數(shù)字輸入與延時(shí)單元101的輸入端相連,高位的數(shù)字輸入與溫度計(jì)編碼電路102的輸入端相連,延時(shí)單元101的輸出端和溫度計(jì)編碼電路102的輸出端與同步單元103的輸入端相連,同步單元103的輸出端與開關(guān)驅(qū)動(dòng)陣列104的輸入端相連,基準(zhǔn)產(chǎn)生電路105的輸出端與低位電流源陣列106與高位電流源陣列107的輸入端相連,低位電流源陣列106的輸出端與第一互補(bǔ)開關(guān)S1A、S1B的一端相連,高位電流源陣列107的輸出端與第二互補(bǔ)開關(guān)S2A、S2B的一端相連,開關(guān)陣列S1A、S2A的另一端與第一電阻R1的一端相連,第一電阻R1的另一端接地,第二開關(guān)陣列S1B、S2B的另一端與第二電阻R2的一端相連,第二電阻R2的另一端接地,開關(guān)驅(qū)動(dòng)陣列104的輸出端與第一互補(bǔ)開關(guān)S1A、S1B和第二互補(bǔ)開關(guān)S2A、S2B的控制端相連。其中,高位的數(shù)字輸入和低位的數(shù)字輸入分別經(jīng)過溫度計(jì)編碼電路102和延時(shí)單元101的處理之后,利用同步單元103進(jìn)行同步處理,之后通過開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生互補(bǔ)的信號(hào)控制開關(guān)S1A、S1B一通一斷和開關(guān)S2A、S2B一通一斷,從而控制每一支電流是流過電阻R1還是電阻R2,以控制電阻R1、R2上電壓,這就是由輸入數(shù)字信號(hào)控制產(chǎn)生相應(yīng)的差分電壓輸出 的原理?;鶞?zhǔn)產(chǎn)生電路105產(chǎn)生穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓供給低位電流源陣列106和高位電流源陣列107,以產(chǎn)生穩(wěn)定的電流。傳統(tǒng)的電流舵結(jié)構(gòu)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器對(duì)于電流源陣列的匹配度要求很高。工藝誤差將會(huì)造成的電流源的偏差,單位電流源的方差與電流源的面積成反比,即:其中AC-S是單位電流源的版圖面積,σLSB是它的方差。為了將σLSB控制在一定的足夠小的范圍內(nèi),電流源管的面積需要比較大的值。當(dāng)?shù)臀坏亩M(jìn)制編碼有N位時(shí),高位電流源的電流大小IMSB是低位單位電流源的電流大小ILSB的2N倍,即:IMSB=2N*ILSB(2)為了保證高位電流源的精度,傳統(tǒng)技術(shù)的上述數(shù)模轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)中,就采用2N支低位單位電流源并聯(lián)的方式來構(gòu)成溫度計(jì)編碼的高位電流源,其版圖面積也是低位單位電流源版圖面積的2N倍。因此電流源陣列,主要是溫度計(jì)編碼的高位電流源陣列會(huì)有很大的版圖面積,這也占了整個(gè)電流舵結(jié)構(gòu)數(shù)模轉(zhuǎn)換器版圖面積的大部分,隨著電流舵結(jié)構(gòu)數(shù)模轉(zhuǎn)換器位數(shù)的增加,電流源面積將隨指數(shù)形式增加。電流源面積的增加會(huì)給電流源帶來很大的寄生電容和寄生電阻,從而影響DAC的動(dòng)態(tài)性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提出一種數(shù)字校正電路及含有該電路的電流舵結(jié)構(gòu)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器,解決傳統(tǒng)技術(shù)中的電流舵結(jié)構(gòu)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器中的高位電流源陣列占用較大的版圖面積,既增加了芯片的成本也會(huì)給電流源帶來很大的寄生電容和寄生電阻,而影響數(shù)模轉(zhuǎn)換器的動(dòng)態(tài)性能的問題。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采用的方案是:數(shù)字校正電路,用于對(duì)電流舵結(jié)構(gòu)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器中的高位電流源進(jìn)行校正,其包括校正模數(shù)轉(zhuǎn)換器、第一寄存器、第二寄存器、數(shù)值比較器、逐次逼近寄存器;所述校正模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端連接第一寄存器和第二寄存器的輸入端;所述第一寄存器的輸出端連接數(shù)值比較器的正相輸入端;所述第二寄存器的輸出端連接數(shù)值比較器的反相輸入端;所述數(shù)值比較器的輸出端連接所述逐次逼近寄存器的輸入端。具體的,所述校正模數(shù)轉(zhuǎn)換器為14位校正模數(shù)轉(zhuǎn)換器;所述第一寄存器、第二寄存器均為14位寄存器;所述數(shù)值比較器為14位數(shù)值比較器;所述逐次逼近寄存器為6位逐次逼近寄存器。本發(fā)明的另一目的在于提出一種含有上述數(shù)字校正電路的電流舵結(jié)構(gòu)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器,其包括溫度計(jì)編碼電路、延時(shí)單元、基準(zhǔn)產(chǎn)生電路、高位電流源陣列、低位電流源陣列、第一互補(bǔ)開關(guān)、第二互補(bǔ)開關(guān)、第一電阻、第二電阻;還包括校正單位電流源、電流源控制開關(guān)、存儲(chǔ)器及數(shù)字校正電路;所述基準(zhǔn)產(chǎn)生電路的輸出端與所述高位電流源陣列、低位電流源陣列的輸入端相連;所述溫度計(jì)編碼電路的輸入端連接高位輸入信號(hào),其輸出端連接第二互補(bǔ)開關(guān)的控制端;所述延時(shí)單元的輸入端連接低位輸入信號(hào),其輸出端連接第一互補(bǔ)開關(guān)和電流源控制開關(guān)的控制端;所述第一互補(bǔ)開關(guān)中的一個(gè)開關(guān)和所述第二互補(bǔ)開關(guān)中的一個(gè)開關(guān)及所述電流源控制開關(guān)的一端連接第一電阻的一端,其另一端分別對(duì)應(yīng)連接低位電流源陣列、高位電流源陣列和校正單位電流源的輸出端;所述第一電阻的另一端接地;所述第一互補(bǔ)開關(guān)中的另一個(gè)開關(guān)和所述第二互補(bǔ)開關(guān)中的另一個(gè)開關(guān)連接第二電阻的一端,其另一端分別對(duì)應(yīng)連接低位電流源陣列、高位電流源陣列的輸出端;所述第二電阻的另一端接地;所述存儲(chǔ)器的地址端口連接高位輸入信號(hào),其輸出端連接所述高位電流源陣列的控制端;所述數(shù)字校正電路通過采集在電流源控制開關(guān)在開啟和閉合兩種狀態(tài)下的第一電阻兩端的電壓進(jìn)行比較,并通過逐次逼近來產(chǎn)生針對(duì)高位電流源陣列中的電流源的控制碼,并將控制碼輸出給存儲(chǔ)器。具體的,所述數(shù)字校正電路中的校正模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端連接第一電阻兩端的電壓信號(hào),所述數(shù)字校正電路中的逐次逼近寄存器的輸出端連接存儲(chǔ)器的輸入端。進(jìn)一步,所述高位電流源陣列包括電流大小分別為(2M-2N)*I、2N*I、2N-1*I、……2*I、I、2-1*I、2-2*I、……2-K*I共(N+K+2)支并聯(lián)的電流源;且除(2M-2N)*I這支電流源外,其余各支電流源均串聯(lián)一個(gè)控制開關(guān),這里,M=8是低位分段的位數(shù),2-K*I是14位校正模數(shù)轉(zhuǎn)換器的精度的一半,N的取值與I的標(biāo)準(zhǔn)差σ(I)存在關(guān)系:以及,且N的取值應(yīng)該使σ(I)盡量小。具體的,所述M=8、N=2、K=3。具體的,所述高位電流源陣列為高4位電流源陣列,所述低位電流源陣列為低8位電流源陣列,所述高位輸入信號(hào)為高4位輸入信號(hào),所述低位輸入信號(hào)為低8位輸入信號(hào)。本發(fā)明的有益效果是:在大大縮小溫度計(jì)編碼的高位電流源的版圖面積的同時(shí),可以保 證數(shù)模轉(zhuǎn)換器的性能。附圖說明圖1為傳統(tǒng)技術(shù)中的混合架構(gòu)的電流舵結(jié)構(gòu)數(shù)模轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)示意圖;圖2為本發(fā)明實(shí)施例中的含有數(shù)字校正電路的電流舵結(jié)構(gòu)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)示意圖;圖3為本發(fā)明中的高位電流源陣列的結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)技術(shù)的對(duì)比示意圖。具體實(shí)施方式針對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)中的電流舵結(jié)構(gòu)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器中的高位電流源陣列占用較大的版圖面積,既增加了芯片的成本也會(huì)給電流源帶來很大的寄生電容和寄生電阻,而影響數(shù)模轉(zhuǎn)換器的動(dòng)態(tài)性能的問題,本發(fā)明提出一種數(shù)字校正電路及含有該電路的電流舵結(jié)構(gòu)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器,并輔之以對(duì)應(yīng)的校正方法,可以在明顯縮小電流舵結(jié)構(gòu)數(shù)模轉(zhuǎn)換器版圖面積的同時(shí),獲得足夠的性能。下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的方案作進(jìn)一步的描述:本例中的含有數(shù)字校正電路的數(shù)模轉(zhuǎn)換器是以4+8分段(高4位溫度計(jì)編碼,低8位二進(jìn)制編碼)的12位電流舵結(jié)構(gòu)數(shù)模轉(zhuǎn)換器進(jìn)行介紹;參見圖2,其由數(shù)模轉(zhuǎn)換單元和校正電路單元兩大部分構(gòu)成,其中數(shù)模轉(zhuǎn)換單元包括溫度計(jì)編碼電路201,延時(shí)單元202,基準(zhǔn)產(chǎn)生電路203,高4位電流源陣列204(包含24-1=15支高位電流源),低8位電流源陣列205,校正單位電流源206、6位存儲(chǔ)器207(15個(gè))、第一互補(bǔ)開關(guān)S1A、S1B,第二互補(bǔ)開關(guān)S2A、S2B、電流源控制開關(guān)S3、第一電阻RA、第二電阻RB;校正電路單元包括14位校正模數(shù)轉(zhuǎn)換器208,14位寄存器209和210、14位數(shù)值比較器211、6位逐次逼近寄存器212。它們的連接關(guān)系如下:基準(zhǔn)產(chǎn)生電路203的輸出與高4位電流陣列204、低8位電流源陣列205、校正單位電流源206的輸入端相連,溫度計(jì)編碼電路201的輸入端接高4位輸入DATA<12:9>,輸出端接第二互補(bǔ)開關(guān)S2A、S2B控制端,延時(shí)單元202的輸入端接低8位輸入DATA<8:1>,輸出端接第一互補(bǔ)開關(guān)S1A、S1B和電流源控制開關(guān)S3的控制端。第一互補(bǔ)開關(guān)中的開關(guān)S1A、第二互補(bǔ)開關(guān)中的S2A及電流源控制開關(guān)S3的一端接電阻RA的一端,另一端對(duì)應(yīng)接低8位電流源陣列205、高4位電流陣列204、校正單位電流源206的電流輸出端,第一電阻RA的另一端接地。第一互補(bǔ)開關(guān)中的S1B、第二互補(bǔ)開關(guān)中的S2B的一端接第二電阻RB的一端,另一端對(duì)應(yīng)接低8位電流源陣列205、高4位電流陣列204的電流輸出端,第二電阻RB的另一端接地。14位校正模數(shù)轉(zhuǎn)換器208的輸入端接第一電阻RA兩端的電壓,14位的數(shù)字輸出信號(hào)接兩個(gè)14位寄存器209、210的輸入端,兩個(gè)14位寄存器209、210的輸出端分別接14位數(shù)值比較器211的負(fù)輸入端和正輸入端。14位數(shù)值比較器211的輸出端接6位逐次逼近寄存器212的輸入端,6位逐次逼近寄存器212的輸出端接6位 存儲(chǔ)器207的數(shù)據(jù)輸入端,15個(gè)6位存儲(chǔ)器207的數(shù)據(jù)輸出端對(duì)應(yīng)接15支高4位電流源204的電流調(diào)節(jié)控制端,6位存儲(chǔ)器207的地址端口接高4位輸入。其中溫度計(jì)編碼電路201,延時(shí)單元202,基準(zhǔn)產(chǎn)生電路203,高4位電流源陣列204,低8位電流源陣列205,電阻RA、RB,互補(bǔ)開關(guān)S1A、S1B、S2A、S2B就構(gòu)成了傳統(tǒng)的電流舵結(jié)構(gòu)數(shù)模轉(zhuǎn)換器??梢姡景l(fā)明的電流舵結(jié)構(gòu)數(shù)模轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)增加了校正單位電流源206和6位存儲(chǔ)器<15:1>207。而14位校正模數(shù)轉(zhuǎn)換器208,14位寄存器209和210,14位數(shù)值比較器211和6位逐次逼近寄存器212五個(gè)模塊構(gòu)成校正電路,它用于校正本發(fā)明的電流舵結(jié)構(gòu)數(shù)模轉(zhuǎn)換器。在本發(fā)明中,低位電流源和傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的9位二進(jìn)制編碼數(shù)模轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)要求完全相同,相對(duì)于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的12位數(shù)模轉(zhuǎn)換器的低位電流源可以縮小212-9=8倍,校正單位電流源是為了校正高位電流源專門增加的一支與低位單位電流源完全相同的電流源。傳統(tǒng)的4+8位電流舵結(jié)構(gòu)數(shù)模轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)中,為了高位電流源的精確,高位電流源由256個(gè)低位單位電流源并聯(lián)而成,如圖3左部分所示,圖中I表示一支低位單位電流源,那么,15支高位電流源的版圖總面積將是低位單位電流源的3840倍。本發(fā)明的實(shí)施例中,將高位電流源修改成附圖3右部分的結(jié)構(gòu),I1表示設(shè)計(jì)電流大小與I相等,但允許存在更大工藝偏差的電流源;該結(jié)構(gòu)包含了7個(gè)并聯(lián)電流源支路,其中除了252I1的支路外,其余每個(gè)支路中均由一支電流源與開關(guān)串聯(lián)形成,那么就可以通過六位數(shù)字碼控制八個(gè)開關(guān)的通斷(高為導(dǎo)通,低為關(guān)斷),可以調(diào)節(jié)高位電流源的大小,調(diào)節(jié)范圍是252I1~260I1,調(diào)節(jié)步長是0.125I1。因此只要保證252I1<=256I<=260I1,就可以通過調(diào)節(jié)6位控制碼,將高位電流源的大小校正到256I~256.125I之間。根據(jù)前面公式(3)和公式(4),只需要保證相對(duì)于I電流源所要求的標(biāo)準(zhǔn)差這是一個(gè)很大的允許范圍。根據(jù)前面的公式(1),I1電流源的面積可以比I電流源小得多,大大縮小高位電流源陣列的版圖面積。本發(fā)明的工作原理是通過大面積、低偏差的低位電流源來校正小面積、大偏差的高位電流源,校正原理如下:當(dāng)?shù)?~j(j=1,2…15)支高位電流源校正完成后,數(shù)模轉(zhuǎn)換器對(duì)應(yīng)于輸入是j11111111(這里的j表示對(duì)應(yīng)的4位二進(jìn)制碼,j=1,2…15)的輸出是準(zhǔn)確的。這個(gè)輸出加上一個(gè)準(zhǔn)確的單位電流源就是數(shù)模轉(zhuǎn)換器對(duì)應(yīng)于輸入是(j+1)00000000的輸出的準(zhǔn)確值,我們就用這個(gè)值作為參考值來校正數(shù)模轉(zhuǎn)換器對(duì)應(yīng)于輸入是(j+1)00000000的輸出的實(shí)際值,通過調(diào)整6位控制碼使實(shí)際值等于參考值。在本發(fā)明中的數(shù)模轉(zhuǎn)換器電路開始正常工作后,15個(gè)6位存儲(chǔ)器207的初始值是100000,控制高位電流源大小為256I1。利用校正電路依次校正15支高位電流源。校正第1支高位電流源時(shí),第一步,數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入置000011111111,校正單位電流源開關(guān)S3閉合,控制 流過電阻RA的電流源是八支二進(jìn)制編碼的低位電流源27*I、26*I……2*I、I以及校正單位電流源I,因此電阻RA兩端的電壓就是:VRA=(27+26+…+2+1+1)I*RA=256*I*RA14位校正模數(shù)轉(zhuǎn)換器VRA轉(zhuǎn)換為14位數(shù)字碼,并存儲(chǔ)到14位寄存器209,作為校正第1支高位電流源的參考值;第二步,數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入置000100000000,校正用單位電流源開關(guān)S3斷開,14位校正模數(shù)轉(zhuǎn)換器將電阻RA兩端的電壓轉(zhuǎn)換為14位數(shù)字碼,并存儲(chǔ)到14位寄存器210;第三步,14位數(shù)值比較器211比較2個(gè)存儲(chǔ)器當(dāng)中數(shù)據(jù)的大小關(guān)系,比較結(jié)果傳給6位逐次逼近寄存器,6位逐次逼近寄存器調(diào)整第1支高位電流源的6位控制碼,通過逐次逼近使兩個(gè)14位寄存器209和210中的數(shù)值相等,并將此時(shí)第1支高位電流源的6位控制碼存儲(chǔ)在第1個(gè)6位存儲(chǔ)器中。類似的,校正完第1支高位電流源之后,將數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入置000111111111,將數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出對(duì)應(yīng)的14位碼存儲(chǔ)到14位寄存器210,再置001000000000,就可以校正第2支高位電流源,并將第2支高位電流源的6位控制碼存儲(chǔ)在第2個(gè)6位存儲(chǔ)器中。依次類推,把15支高位電流源全部校準(zhǔn)。當(dāng)15支高位電流源全部校準(zhǔn)以后,其校正結(jié)果保留在15個(gè)6位存儲(chǔ)器中,校正電路停止工作。通?;旌霞軜?gòu)的電流舵結(jié)構(gòu)數(shù)模轉(zhuǎn)換器,其靜態(tài)性能最差的點(diǎn)往往出現(xiàn)在(j-1)11111111轉(zhuǎn)變到j(luò)00000000的過程中。這種校正方法將(j-1)11111111(j表示4位二進(jìn)制碼)加上一個(gè)單位電流源的輸出大小作為校正j00000000的參考,校正后的數(shù)模轉(zhuǎn)換器在這個(gè)點(diǎn)的微分非線性誤差可以得到很好的控制。需要說明的是,本發(fā)明要求保護(hù)的方案包含但不僅限于上述實(shí)施例,本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)情況下根據(jù)上述實(shí)施例的描述所作出的等同修改/替換,皆在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
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