分段式電流舵dac中電流源陣列的校準(zhǔn)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種分段式電流舵DAC中電流源陣列的校準(zhǔn)方法，在對電流源陣列校準(zhǔn)時，對電流源陣列的高數(shù)據(jù)位段、中數(shù)據(jù)位段及低數(shù)據(jù)位段依次逐段校準(zhǔn)，使得高數(shù)據(jù)位段中每個電流源輸出電流具有一致性；電流源陣列的高數(shù)據(jù)位段與中數(shù)據(jù)位段間具有較小的分段誤差；中數(shù)據(jù)位段與低數(shù)據(jù)位段間具有較小的分段誤差，且通過對高數(shù)據(jù)位段、中數(shù)據(jù)位段及低數(shù)據(jù)位段校準(zhǔn)后，使得電流源陣列的輸出達(dá)到所需的線性性能，能有效彌補電路工藝偏差造成的電流源間的偏差與失配，提高DAC的積分非線性誤差、微分非線性誤差、無雜散動態(tài)范圍的線性性能，降低DAC總輸出電流帶來的不利影響，操作方便，適應(yīng)范圍廣，安全可靠。
【專利說明】分段式電流舵DAC中電流源陣列的校準(zhǔn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種校準(zhǔn)方法，尤其是一種分段式電流舵DAC中電流源陣列的校準(zhǔn)方法，屬于微電子的【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]分段式電流舵DAC通常包含一個開關(guān)陣列和一個電流源陣列，其輸入數(shù)據(jù)采用分段編碼方式，通常低位數(shù)據(jù)采用二進制編碼，高位輸入數(shù)據(jù)采用溫度計編碼，通過分段編碼得到DAC開關(guān)陣列控制信號，進一步控制電流源陣列相應(yīng)電流源的開關(guān)，從而得到整個DAC的電流型輸出。
[0003]電流源陣列由多個獨立的電流源組成，這些獨立的電流源與DAC輸入數(shù)據(jù)--對
應(yīng)，根據(jù)數(shù)據(jù)編碼的不同，這些電流源的大小通常成一定的比例關(guān)系，其中二進制編碼數(shù)據(jù)位對應(yīng)的電流源大小成二進制比例關(guān)系，而溫度計編碼數(shù)據(jù)位對應(yīng)的電流源大小需要有較好的一致相同性。
[0004]與統(tǒng)一的二進制編碼相比，分段式電流舵DAC輸入數(shù)據(jù)通過采用分段編碼，能夠避免出現(xiàn)較大的單個電流源，避免大電流源打開與關(guān)斷瞬間帶來的不利影響，并且能夠有效的控制電流源陣列的面積。但同時，分段式電流舵DAC對分段處電流源的匹配以及溫度計編碼數(shù)據(jù)所對應(yīng)的電流源大小的一致性要求較高。由于電路工藝偏差帶來的電流源大小的失配與偏差是 不可避免的，上述非理想因素對分段式電流舵DAC的INL (積分非線性誤差)、DNL (微分非線性誤差)等線性性能、SFDR (無雜散動態(tài)范圍)等動態(tài)性能有較大的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種分段式電流舵DAC中電流源陣列的校準(zhǔn)方法，其能有效彌補電路工藝偏差造成的電流源間的偏差與失配，提高DAC的積分非線性誤差、微分非線性誤差、無雜散動態(tài)范圍的線性性能，降低DAC總輸出電流帶來的不利影響，操作方便，適應(yīng)范圍廣，安全可靠。
[0006]按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述分段式電流舵DAC中電流源陣列的校準(zhǔn)方法，包括電流源陣列、開關(guān)陣列、二進制編碼器及溫度計編碼裝置；其特征是:所述溫度計編碼裝置包括高數(shù)據(jù)位溫度計編碼器及中數(shù)據(jù)位溫度計編碼器；將電流源陣列分為高數(shù)據(jù)位段、中數(shù)據(jù)位段及低數(shù)據(jù)位段；電流源陣列的高數(shù)據(jù)位段通過開關(guān)陣列中的高數(shù)據(jù)位開關(guān)及高數(shù)據(jù)位溫度計編碼器接收高數(shù)據(jù)位輸入數(shù)據(jù)，電流源陣列的中數(shù)據(jù)位段通過開關(guān)陣列中的中數(shù)據(jù)位開關(guān)及中數(shù)據(jù)位溫度計編碼器接收中數(shù)據(jù)位輸入數(shù)據(jù)，電流源陣列的低數(shù)據(jù)位段通過開關(guān)陣列的低數(shù)據(jù)位開關(guān)及二進制編碼器接收低數(shù)據(jù)位輸入數(shù)據(jù)；
電流源陣列的輸出端還與電流校準(zhǔn)陣列連接，其中，電流源陣列的高數(shù)據(jù)位段中的每個電流源與電流校準(zhǔn)陣列內(nèi)一個獨立的校準(zhǔn)控制單元連接校準(zhǔn)，以對高數(shù)據(jù)位段中的每個電流源的輸出電流進行單獨校準(zhǔn)；電流源陣列的中數(shù)據(jù)位段的所有電流源與電流校準(zhǔn)陣列內(nèi)的一個獨立的校準(zhǔn)控制單元連接校準(zhǔn)，以對中數(shù)據(jù)位段中所有電流源輸出的電流總和進行校準(zhǔn)；電流源陣列中的低數(shù)據(jù)位段的所有電流源與電流校準(zhǔn)陣列內(nèi)的一個獨立的校準(zhǔn)控制單元連接校準(zhǔn)，以對低數(shù)據(jù)位段中所有電流源輸出的電流總和進行校準(zhǔn)；
在對電流源陣列校準(zhǔn)時，對電流源陣列的高數(shù)據(jù)位段、中數(shù)據(jù)位段及低數(shù)據(jù)位段依次逐段校準(zhǔn)，通過電流校準(zhǔn)陣列對電流源陣列的高數(shù)據(jù)位段輸出高數(shù)據(jù)位校準(zhǔn)電流，以使得在高數(shù)據(jù)位校準(zhǔn)電流作用下電流源陣列內(nèi)高數(shù)據(jù)位段中每個電流源輸出電流具有一致性；在對電流源陣列的高數(shù)據(jù)位段校準(zhǔn)后，根據(jù)電流源陣列中高數(shù)據(jù)位段內(nèi)校準(zhǔn)后的每個電流源的輸出電流，通過電流校準(zhǔn)陣列對電流源陣列的中數(shù)據(jù)位段輸出中數(shù)據(jù)位校準(zhǔn)電流，以使得在中數(shù)據(jù)位校準(zhǔn)電流作用下減小電流源陣列的高數(shù)據(jù)位段與中數(shù)據(jù)位段的分段誤差；在對電流源陣列的中數(shù)據(jù)位段校準(zhǔn)后，根據(jù)電流源陣列的中數(shù)據(jù)位段校準(zhǔn)后的電流總和，通過電流校準(zhǔn)陣列對電流源陣列的低數(shù)據(jù)位段輸出低數(shù)據(jù)位校準(zhǔn)電流，以使得在低數(shù)據(jù)位校準(zhǔn)電流作用下減小電流源陣列的中數(shù)據(jù)位段與低數(shù)據(jù)位段的分段誤差，且通過對高數(shù)據(jù)位段、中數(shù)據(jù)位段及低數(shù)據(jù)位段校準(zhǔn)后，使得電流源陣列的輸出達(dá)到所需的線性性能。
[0007]在對電流源陣列的高數(shù)據(jù)位段校準(zhǔn)時，測量高數(shù)據(jù)位段中每個電流源的輸出電流并得到所有輸出電流中的最大電流值，高數(shù)據(jù)位段內(nèi)每個電流源均以最大電流值為標(biāo)準(zhǔn)，將每個電流源的輸出電流與最大電流值比較，得到每個電流源所需的高數(shù)據(jù)位段校準(zhǔn)值，根據(jù)高數(shù)據(jù)位段校準(zhǔn)值使得與高數(shù)據(jù)位段連接的每個校準(zhǔn)控制單元輸出所需的高數(shù)據(jù)位校準(zhǔn)電流，以使得電流源陣列內(nèi)高數(shù)據(jù)位段每個電流源的輸出電流具有一致性。
[0008]在對電流源陣列的中數(shù)據(jù)位段校準(zhǔn)時，測量并計算得到校準(zhǔn)后高數(shù)據(jù)位段所有電流源輸出電流的高數(shù)據(jù)位段平均電流值，將中數(shù)據(jù)位段所有電流源輸出的電流總和與所述高數(shù)據(jù)位段平均電流值比較，得到中數(shù)據(jù)位段校準(zhǔn)值；根據(jù)中數(shù)據(jù)位段校準(zhǔn)值，使得與中數(shù)據(jù)位段連接的校準(zhǔn)控制單元輸出所需的中數(shù)據(jù)位段校準(zhǔn)電流，以減小高數(shù)據(jù)位段與中數(shù)據(jù)位段間的分段誤差。
[0009]在對電流源陣列的低數(shù)據(jù)位段校準(zhǔn)時，測量并計算得到校準(zhǔn)后中數(shù)據(jù)位段所有電流源輸出電流的中數(shù)據(jù)位段平均電流值，將低數(shù)據(jù)位段所有電流源輸出的電流總和與所述中數(shù)據(jù)位段平均電流值比較，得到低數(shù)據(jù)位段校準(zhǔn)值；根據(jù)低數(shù)據(jù)位段校準(zhǔn)值，使得與低數(shù)據(jù)位段連接的校準(zhǔn)控制單元輸出所需的低數(shù)據(jù)位段校準(zhǔn)電流，以減小中數(shù)據(jù)位段與低數(shù)據(jù)位段間的分段誤差。
[0010]所述電流校準(zhǔn)陣列內(nèi)的校準(zhǔn)控制單元包括熔絲或EEPROMs。
[0011]所述電流校準(zhǔn)陣列內(nèi)校準(zhǔn)控制單元采用熔絲時，所述校準(zhǔn)控制單元包括三個熔絲，每個熔絲的兩端分別與邏輯控制電路及校準(zhǔn)電流源開關(guān)邏輯控制電路連接，校準(zhǔn)電流源開關(guān)邏輯控制電路與校準(zhǔn)電流源連接，以通過校準(zhǔn)電流源開關(guān)邏輯控制電路控制校準(zhǔn)電流源輸出對應(yīng)的校準(zhǔn)電流。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點:將電流源陣列分為高數(shù)據(jù)位段、中數(shù)據(jù)位段及低數(shù)據(jù)位段，電流源陣列的輸出端與電流校準(zhǔn)陣列連接，在對電流源陣列校準(zhǔn)時，對電流源陣列的高數(shù)據(jù)位段、中數(shù)據(jù)位段及低數(shù)據(jù)位段依次逐段校準(zhǔn)，使得高數(shù)據(jù)位段中每個電流源輸出電流具有一致性；電流源陣列的高數(shù)據(jù)位段與中數(shù)據(jù)位段間具有較小的分段誤差；中數(shù)據(jù)位段與低數(shù)據(jù)位段間具有較小的分段誤差，且通過對高數(shù)據(jù)位段、中數(shù)據(jù)位段及低數(shù)據(jù)位段校準(zhǔn)后，使得電流源陣列的輸出達(dá)到所需的線性性能，能有效彌補電路工藝偏差造成的電流源間的偏差與失配，提高DAC的積分非線性誤差、微分非線性誤差、無雜散動態(tài)范圍的線性性能，降低DAC總輸出電流帶來的不利影響，操作方便，適應(yīng)范圍廣，安全可靠。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明在具體實施時的一種結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2為本發(fā)明電流校準(zhǔn)陣列中校準(zhǔn)控制單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖3為本發(fā)明對高數(shù)據(jù)位段進行校準(zhǔn)的示意圖。
[0016]圖4為本發(fā)明對中數(shù)據(jù)位段進行校準(zhǔn)的示意圖。
[0017]圖5為本發(fā)明對低數(shù)據(jù)位段進行校準(zhǔn)的示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合具體附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0019]為了能有效彌補電路工藝偏差造成的電流源間的偏差與失配,提聞電流航DAC的積分非線性誤差、微分非線性誤差、無雜散動態(tài)范圍的線性性能，本發(fā)明包括電流源陣列、開關(guān)陣列、二進制編碼器及溫度計編碼裝置；所述溫度計編碼裝置包括高數(shù)據(jù)位溫度計編碼器及中數(shù)據(jù)位溫度計編碼器；將電流源陣列分為高數(shù)據(jù)位段、中數(shù)據(jù)位段及低數(shù)據(jù)位段；電流源陣列的高數(shù)據(jù)位段通過開關(guān)陣列中的高數(shù)據(jù)位開關(guān)及高數(shù)據(jù)位溫度計編碼器接收高數(shù)據(jù)位輸入數(shù)據(jù)，電流源陣列的中數(shù)據(jù)位段通過開關(guān)陣列中的中數(shù)據(jù)位開關(guān)及中數(shù)據(jù)位溫度計編碼器接收中數(shù)據(jù)位輸入數(shù)據(jù)，電流源陣列的低數(shù)據(jù)位段通過開關(guān)陣列的低數(shù)據(jù)位開關(guān)及二進制編碼器接收低數(shù)據(jù)位輸入數(shù)據(jù)；
電流源陣列的輸出端還與電流校準(zhǔn)陣列連接，其中，電流源陣列的高數(shù)據(jù)位段中的每個電流源與電流校準(zhǔn)陣列內(nèi)一個獨立的校準(zhǔn)控制單元連接校準(zhǔn)，以對高數(shù)據(jù)位段中的每個電流源的輸出電流進行單獨校準(zhǔn)；電流源陣列的中數(shù)據(jù)位段的所有電流源與電流校準(zhǔn)陣列內(nèi)的一個獨立的校準(zhǔn)控制單元連接校準(zhǔn)，以對中數(shù)據(jù)位段中所有電流源輸出的電流總和進行校準(zhǔn)；電流源陣列中的低數(shù)據(jù)位段的所有電流源與電流校準(zhǔn)陣列內(nèi)的一個獨立的校準(zhǔn)控制單元連接校準(zhǔn)，以對低數(shù)據(jù)位段中所有電流源輸出的電流總和進行校準(zhǔn)；
在對電流源陣列校準(zhǔn)時，對電流源陣列的高數(shù)據(jù)位段、中數(shù)據(jù)位段及低數(shù)據(jù)位段依次逐段校準(zhǔn)，通過電流校準(zhǔn)陣列對電流源陣列的高數(shù)據(jù)位段輸出高數(shù)據(jù)位校準(zhǔn)電流，以使得在高數(shù)據(jù)位校準(zhǔn)電流作用下電流源陣列內(nèi)高數(shù)據(jù)位段中每個電流源輸出電流具有一致性；在對電流源陣列的高數(shù)據(jù)位段校準(zhǔn)后，根據(jù)電流源陣列中高數(shù)據(jù)位段內(nèi)校準(zhǔn)后的每個電流源的輸出電流，通過電流校準(zhǔn)陣列對電流源陣列的中數(shù)據(jù)位段輸出中數(shù)據(jù)位校準(zhǔn)電流，以使得在中數(shù)據(jù)位校準(zhǔn)電流作用下減小電流源陣列的高數(shù)據(jù)位段與中數(shù)據(jù)位段的分段誤差；在對電流源陣列的中數(shù)據(jù)位段校準(zhǔn)后，根據(jù)電流源陣列的中數(shù)據(jù)位段校準(zhǔn)后的電流總和，通過電流校準(zhǔn)陣列對電流源陣列的低數(shù)據(jù)位段輸出低數(shù)據(jù)位校準(zhǔn)電流，以使得在低數(shù)據(jù)位校準(zhǔn)電流作用下減小電流源陣列的中數(shù)據(jù)位段與低數(shù)據(jù)位段的分段誤差，且通過對高數(shù)據(jù)位段、中數(shù)據(jù)位段及低數(shù)據(jù)位段校準(zhǔn)后，使得電流源陣列的輸出達(dá)到所需的線性性能。
[0020]具體地，本發(fā)明實施例中，將電流源陣列分為高數(shù)據(jù)位段、中數(shù)據(jù)位段及低數(shù)據(jù)位段，為了能夠與電流源陣列的連接匹配，開關(guān)陣列也包括高數(shù)據(jù)位開關(guān)、中數(shù)據(jù)位開關(guān)及低數(shù)據(jù)位開關(guān)，其中，高數(shù)據(jù)位開關(guān)、中數(shù)據(jù)位開關(guān)及低數(shù)據(jù)位開關(guān)僅僅是位于與電流源陣列的高數(shù)據(jù)位段、中數(shù)據(jù)位段及低數(shù)據(jù)位段的匹配連接，實現(xiàn)高數(shù)據(jù)位溫度計編碼器、低數(shù)據(jù)位溫度計編碼器及二進制編碼器輸出相應(yīng)的控制編碼，以對電流源陣列的高數(shù)據(jù)位段、中數(shù)據(jù)位段、低數(shù)據(jù)位段實現(xiàn)所需的輸出控制。電流源陣列高數(shù)據(jù)位段的電流源采用溫度計碼控制，中數(shù)據(jù)位段采用溫度計碼控制，低數(shù)據(jù)位段采用二進制碼控制。
[0021]進一步地，電流校準(zhǔn)陣列通過對高數(shù)據(jù)位段、中數(shù)據(jù)位段及低數(shù)據(jù)位段進行校準(zhǔn)，能夠使得校準(zhǔn)后高數(shù)據(jù)位段內(nèi)每個電流源輸出的電流具有較好的一致性，高數(shù)據(jù)位段與中數(shù)據(jù)位段間具有較低的分段誤差，中數(shù)據(jù)位段與低數(shù)據(jù)位段間具有較低的分段誤差，高數(shù)據(jù)位段、中數(shù)據(jù)位段及低數(shù)據(jù)位段的輸出能夠滿足所需的線性性能要求。所述電流舵DAC的線性性能根據(jù)實際使用要求或工作場合來對應(yīng)設(shè)定，電流舵DAC的線性性能確定后，通過使得高數(shù)據(jù)位段內(nèi)電流源輸出電流的一致性、高數(shù)據(jù)位段與中數(shù)據(jù)位段的分段誤差，中數(shù)據(jù)位段與低數(shù)據(jù)位段的分段誤差控制來實現(xiàn)滿足所設(shè)定的線性性能。
[0022]本發(fā)明在具體實施時，在對電流源陣列的高數(shù)據(jù)位段校準(zhǔn)時，測量高數(shù)據(jù)位段中每個電流源的輸出電流并得到所有輸出電流中的最大電流值，高數(shù)據(jù)位段內(nèi)每個電流源均以最大電流值為標(biāo)準(zhǔn)，將每個電流源的輸出電流與最大電流值比較，得到每個電流源所需的高數(shù)據(jù)位段校準(zhǔn)值，根據(jù)高數(shù)據(jù)位段校準(zhǔn)值使得與高數(shù)據(jù)位段連接的每個校準(zhǔn)控制單元輸出所需的高數(shù)據(jù)位校準(zhǔn)電流，以使得電流源陣列內(nèi)高數(shù)據(jù)位段每個電流源的輸出電流具有一致性。
[0023]在對電流源陣列的中數(shù)據(jù)位段校準(zhǔn)時，測量并計算得到校準(zhǔn)后高數(shù)據(jù)位段所有電流源輸出電流的高數(shù)據(jù)位段平均電流值，將中數(shù)據(jù)位段所有電流源輸出的電流總和與所述高數(shù)據(jù)位段平均電流值比較，得到中數(shù)據(jù)位段校準(zhǔn)值；根據(jù)中數(shù)據(jù)位段校準(zhǔn)值，使得與中數(shù)據(jù)位段連接的校準(zhǔn)控制單元輸出所需的中數(shù)據(jù)位段校準(zhǔn)電流，以減小高數(shù)據(jù)位段與中數(shù)據(jù)位段間的分段誤差。所述高數(shù)據(jù)位段平均電流值可以為校準(zhǔn)后高數(shù)據(jù)位段所有電流源輸出電流的算術(shù)平均值。
[0024]進一步地，對于中數(shù)據(jù)位段采用多個分段時，高數(shù)據(jù)位段對應(yīng)的校準(zhǔn)方法不發(fā)生改變；需要改變的僅僅是，在計算中數(shù)據(jù)位段內(nèi)每個分段電流源的理論輸出值時，分別以其高一級的分段位對應(yīng)的校準(zhǔn)后的電流源輸出電流的算術(shù)平均值作為計算依據(jù)；在計算低位數(shù)據(jù)分段對應(yīng)的電流源理論輸出值時，以其高一級的中位數(shù)據(jù)分段位對應(yīng)的校準(zhǔn)后的電流源輸出電流的算術(shù)平均值作為計算依據(jù)。
[0025]在對電流源陣列的低數(shù)據(jù)位段校準(zhǔn)時，測量并計算得到校準(zhǔn)后中數(shù)據(jù)位段所有電流源輸出電流的中數(shù)據(jù)位段平均電流值，將低數(shù)據(jù)位段所有電流源輸出的電流總和與所述中數(shù)據(jù)位段平均電流值比較，得到低數(shù)據(jù)位段校準(zhǔn)值；根據(jù)低數(shù)據(jù)位段校準(zhǔn)值，使得與低數(shù)據(jù)位段連接的校準(zhǔn)控制單元輸出所需的低數(shù)據(jù)位段校準(zhǔn)電流，以減小中數(shù)據(jù)位段與低數(shù)據(jù)位段間的分段誤差。所述中數(shù)據(jù)位段平均電流值可以為校準(zhǔn)后中數(shù)據(jù)位段所有電流源輸出電流的算術(shù)平均值。
[0026]所述電流校準(zhǔn)陣列內(nèi)的校準(zhǔn)控制單元包括熔絲或EEPROMs。所述電流校準(zhǔn)陣列內(nèi)校準(zhǔn)控制單元采用熔絲時，所述校準(zhǔn)控制單元包括三個熔絲，每個熔絲的兩端分別與邏輯控制電路及校準(zhǔn)電流源開關(guān)邏輯控制電路連接，校準(zhǔn)電流源開關(guān)邏輯控制電路與校準(zhǔn)電流源連接，以通過校準(zhǔn)電流源開關(guān)邏輯控制電路控制校準(zhǔn)電流源輸出對應(yīng)的校準(zhǔn)電流。本發(fā)明實施例中，每個校準(zhǔn)電流源輸出的校準(zhǔn)電流可以不同，如一個校準(zhǔn)電流源輸出的校準(zhǔn)電流為I，一個校準(zhǔn)電流源輸出的校準(zhǔn)電流為21，一個校準(zhǔn)電流源輸出的校準(zhǔn)電流為31。電流校準(zhǔn)陣列內(nèi)所有的校準(zhǔn)控制單元均可以采用上述結(jié)構(gòu)，邏輯控制電路接收熔絲鎖定控制碼及熔絲熔斷控制碼，當(dāng)熔絲熔斷控制碼有效時，邏輯控制電路能控制對應(yīng)連接的熔絲熔斷，當(dāng)熔絲鎖定控制碼有效時，邏輯控制電路控制對應(yīng)連接的熔絲鎖定。邏輯控制電路可以采用常規(guī)的電路結(jié)構(gòu)，當(dāng)熔絲熔斷后，與熔斷熔絲連接的校準(zhǔn)電流源開關(guān)邏輯控制電路控制對應(yīng)連接的校準(zhǔn)電流源輸出校準(zhǔn)電流值，校準(zhǔn)電流源開關(guān)邏輯控制電路的電路可以采用常規(guī)的開關(guān)控制電路，此處不再贅述。[0027]如圖1所示:以分段式電流舵DAC具有14位數(shù)據(jù)輸入，采用三段分段編碼，校準(zhǔn)控制單元采用熔絲來實現(xiàn)。其中，數(shù)據(jù)輸入位為B13(MSBrBtl(LSB), B13I9為高位數(shù)據(jù)，采用溫度計編碼，高位數(shù)據(jù)輸入到高數(shù)據(jù)位溫度計編碼器內(nèi)，以對電流源陣列的高數(shù)據(jù)位段進行控制，本實施例中，電流源陣列的高數(shù)據(jù)位段對應(yīng)有31個大小相同的電流源，每個電流源分別對應(yīng)I個獨立的熔絲校準(zhǔn)單元；B8、5為中位數(shù)據(jù)，采用溫度計編碼，中位數(shù)據(jù)輸入到中數(shù)據(jù)位溫度計編碼器，以對電流源陣列的中數(shù)據(jù)位段進行控制，本實施例中，電流源陣列的中數(shù)據(jù)位段對應(yīng)有15個大小相同的電流源，15個電流源采用I個獨立的熔絲校準(zhǔn)單元校準(zhǔn)；Β4Λ為低位數(shù)據(jù)，采用二進制編碼，低位數(shù)據(jù)輸入二進制編碼器內(nèi)，以對電流源陣列的低數(shù)據(jù)位段進行控制，本實施例中，電流源陣列的低數(shù)據(jù)位段對應(yīng)于5個成二進制關(guān)系的電流源，5個電流源采用I個獨立的熔絲校準(zhǔn)單元校準(zhǔn)。本實施例中，由于校準(zhǔn)控制單元采用熔絲來實現(xiàn)，熔絲校準(zhǔn)單元即為校準(zhǔn)控制單元。
[0028]本實施例中，所述高位數(shù)據(jù)、中位數(shù)據(jù)及低位數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)端還與電流校準(zhǔn)陣列連接，用于向電流校準(zhǔn)陣列中輸入熔絲鎖定控制碼及熔絲熔斷控制碼，以實現(xiàn)對電流校準(zhǔn)陣列內(nèi)相應(yīng)校準(zhǔn)控制單元的控制。進一步地，考慮到電流舵DAC的數(shù)據(jù)碼(測試碼)和熔絲鎖定控制碼、熔絲熔斷控制碼都是通過數(shù)據(jù)位B13Itl輸入，為避免混亂，電流舵DAC中設(shè)計了模式控制，當(dāng)模式控制輸入高電平時，數(shù)據(jù)碼(測試碼)使能，當(dāng)模式控制端輸入低電平時，熔絲控制碼(熔絲鎖定控制碼、熔絲熔斷控制碼)使能。在電流舵DAC數(shù)據(jù)碼(測試碼)輸入前，需要先設(shè)置模式控制端為高電平；在熔絲控制碼輸入前，需要先設(shè)置模式控制端為低電平，下述過程說明時不再對此進行說明。
[0029]如圖2所示:本實施例中，上述提到的每個校準(zhǔn)控制單元中包含三個熔絲，分別提供Ι、2ΙΑΙ三檔校準(zhǔn)電流值值(J為設(shè)計值，根據(jù)DAC的具體要求設(shè)計，本DAC中J的設(shè)計值為2W )，熔絲通過熔絲控制碼來控制熔斷，控制碼通過數(shù)據(jù)位B13Itl輸入，經(jīng)熔絲控制編碼電路編碼后控制熔絲熔斷，每個熔絲都對應(yīng)于唯一的一個控制碼。校準(zhǔn)過程中，可以根據(jù)校準(zhǔn)值的需要，熔斷每個熔絲校準(zhǔn)單元中的一個、兩個或三個熔絲實現(xiàn)校準(zhǔn)值/~7J的組合校準(zhǔn)。
[0030]綜上所述，本實施例中電流源陣列中一共包含51個電流源，其中低位數(shù)據(jù)BcTB4所對應(yīng)的采用二進制編碼的5個電流源輸出電流的理論值應(yīng)為ΙμΒ，2Ι^、4Ι^、8ΙβΒ、16Ιμ，即低數(shù)據(jù)位段總輸出電流值為311，。中數(shù)據(jù)位段B5I8所對應(yīng)采用溫度計編碼的15個電流源輸出電流的理論值應(yīng)相等，每個電流源輸出的電流值均應(yīng)為321，，總輸出電流值為(15X32) Ilsb ;高位數(shù)據(jù)B9I13所對應(yīng)的采用溫度計編碼的31個電流源輸出的電流值理論上應(yīng)相等，每個電流源輸出的電流值均應(yīng)為5121，。由于工藝偏差等因素，實際的電流舵DAC中電流源輸出的電流值往往偏離理論值，這個偏離一般用百分比來衡量。對于高數(shù)據(jù)位段的電流源，其電流值較大，電流源間的偏差絕對值較大。對于中數(shù)據(jù)位段的電流源其每個電流源輸出的電流值較小，電流源間的偏差絕對值較小，但是其總輸出電流較大，同時，高數(shù)據(jù)位段間電流源輸出電流值的偏差較大，因此造成高數(shù)據(jù)位段與中數(shù)據(jù)位段分段處的電流偏差較大。對于低數(shù)據(jù)位段，其每個電流源輸出的電流值偏差較小，但是低數(shù)據(jù)位段與高數(shù)據(jù)位段間的分段偏差較大。針對上述影響，本實施例中，對于高數(shù)據(jù)位段的31個電流源采用逐個校準(zhǔn)，減少31個電流源間的偏差，使得高數(shù)據(jù)位段內(nèi)電流源輸出的電流值具有一致性，對于中數(shù)據(jù)位段的15個電流源整體輸出的電流值進行校準(zhǔn)，減少與高數(shù)據(jù)位段電流源輸出的偏差；對于低數(shù)據(jù)位段的5個電流源整體輸出的電流值進行校準(zhǔn)，減少與中數(shù)據(jù)位段間的偏差。
[0031]具體校準(zhǔn)方式如下:
1)、通過在數(shù)據(jù)輸入端口B13Itl加入全I(xiàn)碼，結(jié)合數(shù)字萬用表等儀器測量DAC的輸出，得到DAC的滿幅輸出電流，記為Jf ;通過在DAC數(shù)據(jù)輸入端口 B13Ici加入全O碼,結(jié)合數(shù)字萬用表等儀器測量DAC的輸出，得到DAC零點輸出電流，記為Z0 ;通過理論公式(JF-10) /(2Ν-1)計算得到DAC的單位輸出電流八SB，公式中N為DAC的位數(shù)，本實施例中#為14 ;
2)、在高數(shù)據(jù)位溫度計編碼器的輸入端加入測試碼，通過數(shù)字萬用表等儀器，測量電流舵DAC高5位數(shù)據(jù)B13I9對應(yīng)的31個電流源的輸出電流值，即高數(shù)據(jù)位段內(nèi)31個電流源輸出的電流值，記為1: /a31，找出其中最大的電流源記為/_x，以/amax作為校準(zhǔn)的基準(zhǔn)，將^amax分別與人廣人31作差，即計算人人1、Amax-人2、人maX_人3、…人maX_人31，分別得到31個電流源對應(yīng)的校準(zhǔn)值；根據(jù)校準(zhǔn)值，通過B13I9輸入所需的控制碼，熔斷相應(yīng)的熔絲，熔絲熔斷后，每個校準(zhǔn)控制單元輸出對應(yīng)的校準(zhǔn)電流值，實現(xiàn)高數(shù)據(jù)位段內(nèi)對應(yīng)電流源的校準(zhǔn)，通過校準(zhǔn)使31個電流源達(dá)到較好的一致性，提高高位數(shù)據(jù)的線性性能；上述熔絲控制碼通過B13I9輸入到電流校準(zhǔn)陣列內(nèi)，對電流校準(zhǔn)陣列內(nèi)的熔`絲進行熔斷控制，電流校準(zhǔn)的情況如圖3所示，實心柱表示校準(zhǔn)前31個電流源的輸出，空心注表示校準(zhǔn)值，兩者結(jié)合在一起得到校準(zhǔn)后的輸出。圖3不僅僅局限于14位DAC中，同時能夠?qū)Ρ景l(fā)明所闡述的分段式電流舵DAC高位數(shù)據(jù)分段對應(yīng)電流源的校準(zhǔn)方法作一個有效的說明。
[0032]3)、通過數(shù)字萬用表等儀器，再次測量上述校準(zhǔn)過的高數(shù)據(jù)位段內(nèi)電流源輸出電流值，并求算術(shù)平均，記為Ia0 ;通過數(shù)字萬用表等儀器測量出中數(shù)據(jù)位段對應(yīng)的15個電流源的輸出電流之和，記為八，根據(jù)Iaa計算出中數(shù)據(jù)位段對應(yīng)的15個電流源的輸出電流之和的理論值，本實施例中，14位DAC中，理論值應(yīng)為15 Ja(l/16，記為/^，計算Jbl- Ja，差值即為中數(shù)據(jù)位段對應(yīng)電流源的校準(zhǔn)值，根據(jù)校準(zhǔn)值，通過B9I5輸入端口輸入控制碼，熔斷相應(yīng)的熔絲，實行中數(shù)據(jù)位段對應(yīng)電流源的校準(zhǔn)，通過校準(zhǔn)使高數(shù)據(jù)位段對應(yīng)的31個電流源與中數(shù)據(jù)位段電流源的誤差減小，從而減小高數(shù)據(jù)位段與中數(shù)據(jù)位段之間的分段誤差，提高電流舵DAC的線性性能；本步驟中，通過氏、5數(shù)據(jù)線向電流校準(zhǔn)陣列輸入所需的控制碼，以實現(xiàn)對相應(yīng)熔絲的熔斷。電流校準(zhǔn)的情況如圖4所示，實心柱表示校準(zhǔn)前15個電流源的輸出，空心柱表示校準(zhǔn)值，由于實行統(tǒng)一校準(zhǔn)，校準(zhǔn)值均分到15個電流源上，兩者結(jié)合在一起得到校準(zhǔn)后的輸出。圖4不僅僅局限于14位DAC中，同時能夠?qū)Ρ景l(fā)明所闡述的分段式電流舵DAC中位數(shù)據(jù)分段對應(yīng)電流源的校準(zhǔn)方法作一個有效的說明；
4)、通過數(shù)字萬用表等儀器，再次測量上述校準(zhǔn)過的電流舵DAC中數(shù)據(jù)位段對應(yīng)的15個電流源的總輸出電流，并求算術(shù)平均，記為Zbtl ;通過數(shù)字萬用表等儀器測量出低數(shù)據(jù)位段對應(yīng)的5個二進制電流源的輸出電流之和，記為J。，根據(jù)Ibo計算出低數(shù)據(jù)位段對應(yīng)的電流源的輸出電流之和的理論值，本實施例中，14位電流舵DAC中，理論值應(yīng)為31 Jb(l/32，記為Jcl，計算Jcl-石，差值即為低數(shù)據(jù)位段對應(yīng)電流源的校準(zhǔn)值，根據(jù)校準(zhǔn)值，通過電流舵DAC數(shù)據(jù)輸入端口輸入所需控制碼，熔斷相應(yīng)的熔絲，實行低數(shù)據(jù)位段對應(yīng)電流源的校準(zhǔn)，通過校準(zhǔn)使中數(shù)據(jù)位段與低數(shù)據(jù)位段之間的分段誤差減小，提高電流舵DAC的線性性能；本步驟中，通過B4Itl數(shù)據(jù)線向電流校準(zhǔn)陣列輸入所需的控制碼，以實現(xiàn)對相應(yīng)熔絲的熔斷。電流校準(zhǔn)的情況如圖5所示，實心柱表示校準(zhǔn)前5個二進制電流源的輸出，空心柱表示校準(zhǔn)值，由于實行統(tǒng)一校準(zhǔn)，校準(zhǔn)值均分到5個電流源上，兩者結(jié)合在一起得到校準(zhǔn)后的輸出。圖5不僅僅局限于14位DAC中，同時能夠?qū)Ρ景l(fā)明所闡述的分段式電流舵DAC低位數(shù)據(jù)分段對應(yīng)電流源的校準(zhǔn)方法作一個有效的說明
5)、在實施完上述分段校準(zhǔn)和總輸出電流校準(zhǔn)后，通過在電流舵DAC數(shù)據(jù)輸入端加入鎖定熔絲對應(yīng)的控制碼，熔斷鎖定熔絲，整個電流舵DAC熔絲陣列即被鎖定，剩下的熔絲無法再被熔斷，整個過程也為不可逆過程，電流舵DAC熔絲校準(zhǔn)完成。
[0033]本發(fā)明將電流源陣列分為高數(shù)據(jù)位段、中數(shù)據(jù)位段及低數(shù)據(jù)位段，電流源陣列的輸出端與電流校準(zhǔn)陣列連接，在對電流源陣列校準(zhǔn)時，對電流源陣列的高數(shù)據(jù)位段、中數(shù)據(jù)位段及低數(shù)據(jù)位段依次逐段校準(zhǔn)，使得高數(shù)據(jù)位段中每個電流源輸出電流具有一致性；電流源陣列的高數(shù)據(jù)位段與中數(shù)據(jù)位段間具有較小的分段誤差；中數(shù)據(jù)位段與低數(shù)據(jù)位段間具有較小的分段誤差，且通過對高數(shù)據(jù)位段、中數(shù)據(jù)位段及低數(shù)據(jù)位段校準(zhǔn)后，使得電流源陣列的輸出達(dá)到所需的線性性能，能有效彌補電路工藝偏差造成的電流源間的偏差與失配，提高DAC的積分非線性誤差、微分非線性誤差、無雜散動態(tài)范圍的線性性能，降低DAC總輸出電流帶來的不利影響，操作方便，適應(yīng)范圍廣，安全可靠。
[0034]以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、原理和技術(shù)方案等方面進行了進一步的詳述。需要說明的是，本發(fā)明所強調(diào)和闡述的是權(quán)利要求中所闡述的分段校準(zhǔn)的方法，而熔絲僅僅是實施這種校準(zhǔn)方法的一種控制單元，其它諸如寄存器控制、EEPROMs等控制單元亦可作為控制單元，因此上述熔絲控制單元不包含在本發(fā)明所強調(diào)和闡述的權(quán)利等內(nèi)容中。
[0035]同時，以上具體實施例并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種分段式電流舵DAC中電流源陣列的校準(zhǔn)方法，包括電流源陣列、開關(guān)陣列、二進制編碼器及溫度計編碼裝置；其特征是:所述溫度計編碼裝置包括高數(shù)據(jù)位溫度計編碼器及中數(shù)據(jù)位溫度計編碼器；將電流源陣列分為高數(shù)據(jù)位段、中數(shù)據(jù)位段及低數(shù)據(jù)位段；電流源陣列的高數(shù)據(jù)位段通過開關(guān)陣列中的高數(shù)據(jù)位開關(guān)及高數(shù)據(jù)位溫度計編碼器接收高數(shù)據(jù)位輸入數(shù)據(jù)，電流源陣列的中數(shù)據(jù)位段通過開關(guān)陣列中的中數(shù)據(jù)位開關(guān)及中數(shù)據(jù)位溫度計編碼器接收中數(shù)據(jù)位輸入數(shù)據(jù)，電流源陣列的低數(shù)據(jù)位段通過開關(guān)陣列的低數(shù)據(jù)位開關(guān)及二進制編碼器接收低數(shù)據(jù)位輸入數(shù)據(jù)； 電流源陣列的輸出端還與電流校準(zhǔn)陣列連接，其中，電流源陣列的高數(shù)據(jù)位段中的每個電流源與電流校準(zhǔn)陣列內(nèi)一個獨立的校準(zhǔn)控制單元連接校準(zhǔn)，以對高數(shù)據(jù)位段中的每個電流源的輸出電流進行單獨校準(zhǔn)；電流源陣列的中數(shù)據(jù)位段的所有電流源與電流校準(zhǔn)陣列內(nèi)的一個獨立的校準(zhǔn)控制單元連接校準(zhǔn)，以對中數(shù)據(jù)位段中所有電流源輸出的電流總和進行校準(zhǔn)；電流源陣列中的低數(shù)據(jù)位段的所有電流源與電流校準(zhǔn)陣列內(nèi)的一個獨立的校準(zhǔn)控制單元連接校準(zhǔn)，以對低數(shù)據(jù)位段中所有電流源輸出的電流總和進行校準(zhǔn)； 在對電流源陣列校準(zhǔn)時，對電流源陣列的高數(shù)據(jù)位段、中數(shù)據(jù)位段及低數(shù)據(jù)位段依次逐段校準(zhǔn)，通過電流校準(zhǔn)陣列對電流源陣列的高數(shù)據(jù)位段輸出高數(shù)據(jù)位校準(zhǔn)電流，以使得在高數(shù)據(jù)位校準(zhǔn)電流作用下電流源陣列內(nèi)高數(shù)據(jù)位段中每個電流源輸出電流具有一致性；在對電流源陣列的高數(shù)據(jù)位段校準(zhǔn)后，根據(jù)電流源陣列中高數(shù)據(jù)位段內(nèi)校準(zhǔn)后的每個電流源的輸出電流，通過電流校準(zhǔn)陣列對電流源陣列的中數(shù)據(jù)位段輸出中數(shù)據(jù)位校準(zhǔn)電流，以使得在中數(shù)據(jù)位校準(zhǔn)電流作用下減小電流源陣列的高數(shù)據(jù)位段與中數(shù)據(jù)位段的分段誤差；在對電流源陣列的中數(shù)據(jù)位段校準(zhǔn)后，根據(jù)電流源陣列的中數(shù)據(jù)位段校準(zhǔn)后的電流總和，通過電流校準(zhǔn)陣列對電流源陣列的低數(shù)據(jù)位段輸出低數(shù)據(jù)位校準(zhǔn)電流，以使得在低數(shù)據(jù)位校準(zhǔn)電流作用下減小電流源陣列的中數(shù)據(jù)位段與低數(shù)據(jù)位段的分段誤差，且通過對高數(shù)據(jù)位段、中數(shù)據(jù)位段及低數(shù)據(jù)位段校準(zhǔn)后，使得電流源陣列的輸出達(dá)到所需的線性性能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分段式電流舵DAC中電流源陣列的校準(zhǔn)方法，其特征是:在對電流源陣列的高數(shù)據(jù)位段校準(zhǔn)時，測量高數(shù)據(jù)位段中每個電流源的輸出電流并得到所有輸出電流中的最大電流值，高數(shù)據(jù)位段內(nèi)每個電流源均以最大電流值為標(biāo)準(zhǔn)，將每個電流源的輸出電流與最大電流值比較，得到每個電流源所需的高數(shù)據(jù)位段校準(zhǔn)值，根據(jù)高數(shù)據(jù)位段校準(zhǔn)值使得與高數(shù)據(jù) 位段連接的每個校準(zhǔn)控制單元輸出所需的高數(shù)據(jù)位校準(zhǔn)電流，以使得電流源陣列內(nèi)高數(shù)據(jù)位段每個電流源的輸出電流具有一致性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分段式電流舵DAC中電流源陣列的校準(zhǔn)方法，其特征是:在對電流源陣列的中數(shù)據(jù)位段校準(zhǔn)時，測量并計算得到校準(zhǔn)后高數(shù)據(jù)位段所有電流源輸出電流的高數(shù)據(jù)位段平均電流值，將中數(shù)據(jù)位段所有電流源輸出的電流總和與所述高數(shù)據(jù)位段平均電流值比較，得到中數(shù)據(jù)位段校準(zhǔn)值；根據(jù)中數(shù)據(jù)位段校準(zhǔn)值，使得與中數(shù)據(jù)位段連接的校準(zhǔn)控制單元輸出所需的中數(shù)據(jù)位段校準(zhǔn)電流，以減小高數(shù)據(jù)位段與中數(shù)據(jù)位段間的分段誤差。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分段式電流舵DAC中電流源陣列的校準(zhǔn)方法，其特征是:在對電流源陣列的低數(shù)據(jù)位段校準(zhǔn)時，測量并計算得到校準(zhǔn)后中數(shù)據(jù)位段所有電流源輸出電流的中數(shù)據(jù)位段平均電流值，將低數(shù)據(jù)位段所有電流源輸出的電流總和與所述中數(shù)據(jù)位段平均電流值比較，得到低數(shù)據(jù)位段校準(zhǔn)值；根據(jù)低數(shù)據(jù)位段校準(zhǔn)值，使得與低數(shù)據(jù)位段連接的校準(zhǔn)控制單元輸出所需的低數(shù)據(jù)位段校準(zhǔn)電流，以減小中數(shù)據(jù)位段與低數(shù)據(jù)位段間的分段誤差。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分段式電流舵DAC中電流源陣列的校準(zhǔn)方法，其特征是:所述電流校準(zhǔn)陣列內(nèi)的校準(zhǔn)控制單元包括熔絲或EEPROMs。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的分段式電流舵DAC中電流源陣列的校準(zhǔn)方法，其特征是:所述電流校準(zhǔn)陣列內(nèi)校準(zhǔn)控制單元采用熔絲時，所述校準(zhǔn)控制單元包括三個熔絲，每個熔絲的兩端分別與邏輯控制電路及校準(zhǔn)電流源開關(guān)邏輯控制電路連接，校準(zhǔn)電流源開關(guān)邏輯控制電路與校準(zhǔn)電流源連接，以通過校準(zhǔn)電流源開關(guān)邏輯控制電路控制校準(zhǔn)電流源輸出對應(yīng)的校準(zhǔn)電流。
【文檔編號】H03M1/10GK103684457SQ201310688537
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】張濤, 蘇小波, 蔣穎丹, 趙霖, 季惠才, 封晴 申請人:中國電子科技集團公司第五十八研究所