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電流型數模轉換方法和裝置.pdf

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電流 數模 轉換 方法 裝置
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摘要
申請專利號:

CN201210029311.1

申請日:

2012.02.10

公開號:

CN102545906B

公開日:

2015.01.07

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 專利權的轉移IPC(主分類):H03M 1/66登記生效日:20190618變更事項:專利權人變更前權利人:英特格靈芯片(天津)有限公司變更后權利人:芯創智(北京)微電子有限公司變更事項:地址變更前權利人:300457 天津市開發區第四大街80號天大科技園軟件南樓210室變更后權利人:100176 北京市大興區經濟技術開發區榮華中路10號1幢A座9層915|||授權|||實質審查的生效號牌文件類型代碼:1604號牌文件序號:101322537551IPC(主分類):H03M 1/66專利申請號:2012100293111申請日:20120210|||公開
IPC分類號: H03M1/66 主分類號: H03M1/66
申請人: 英特格靈芯片(天津)有限公司
發明人: 朱循宇
地址: 300457 天津市開發區第四大街80號天大科技園軟件南樓210室
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專利代理機構: 北京億騰知識產權代理事務所 11309 代理人: 陳霽
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201210029311.1

授權公告號:

|||102545906B||||||

法律狀態公告日:

2019.07.05|||2015.01.07|||2012.09.05|||2012.07.04

法律狀態類型:

專利申請權、專利權的轉移|||授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及一種電流型數模轉換方法,其特征在于,所述轉換方法包括:對最高有效位MSB陣列中每一個MSB單元電流與最低有效位LSB陣列中全部LSB單元總電流之間的電流誤差轉為時間誤差進行測量、計算出所述每一個MSB單元電流與所述全部LSB單元總電流之間的電流誤差;根據所述每一個MSB單元電流與所述全部LSB單元總電流之間的電流誤差,對輸入數字信號進行消除誤差預處理;對經過預處理的數字信號進行數模轉換,從而輸出精確的模擬信號。本發明克服了由于芯片上工藝的因素而產生的MSB單元之間存在不匹配的問題,從而實現高精度的DAC。

權利要求書

1.一種電流型數模轉換方法,其特征在于,所述轉換方法包括:
對最高有效位MSB陣列中每一個MSB單元電流與最低有效位LSB陣列
中全部LSB單元總電流之間的電流誤差轉為時間誤差進行測量、計算出所
述每一個MSB單元電流與所述全部LSB單元總電流之間的電流誤差;
根據所述每一個MSB單元電流與所述全部LSB單元總電流之間的電流
誤差,對輸入數字信號進行消除誤差預處理;
對經過預處理的數字信號進行數模轉換,從而輸出精確的模擬信號。
2.如權利要求1所述的電流型數模轉換方法,其特征在于,在計算出所
述每一個MSB單元電流與所述全部LSB單元總電流之間的電流誤差之后,
還進一步包括:
把計算得到的所述每一個MSB單元電流與所述全部LSB單元總電流之間
的電流誤差記錄在寄存器中。
3.如權利要求1所述的電流型數模轉換方法,其特征在于,對于溫度碼
型數模轉換器DAC,在對所述輸入數字信號進行消除誤差預處理之前,還進
一步包括:
將所述輸入的數字信號轉換為溫度計碼;
根據所述每一個MSB單元電流與所述全部LSB單元總電流之間的電流
誤差對輸入的溫度計碼進行消除誤差預處理。
4.一種電流型數模轉換裝置,其特征在于,所述轉換裝置包括:
校準單元,用于對所述每一個MSB單元電流與所述全部LSB單元總電流
之間的電流誤差轉為時間誤差進行測量,從而計算出所述每一個MSB單元
電流與所述全部LSB單元總電流之間的電流誤差;
預處理單元,用于根據所述校準單元的的所述每一個MSB單元電流與所
述全部LSB單元總電流之間的電流誤差,對輸入數字信號進行消除誤差預
處理;
DAC核單元,用于對經過預處理的數字信號進行數模轉換,從而輸出精
確的模擬信號。
5.如權利要求4所述的電流型數模轉換裝置,其特征在于,所述校準單
元包括:
誤差測量子單元,用于對所述每一個MSB單元電流與所述全部LSB單元
總電流之間的電流誤差轉為時間誤差來測量;
誤差計算子單元,用于對所述每一個MSB單元與所述全部LSB單元對電
容的充電時間誤差來計算所述每一個MSB單元電流與所述全部LSB單元總
電流的電流誤差;
誤差存儲子單元,用于把計算得到的所述每一個MSB單元電流與所述全
部LSB單元總電流的電流誤差記錄在寄存器中。
6.如權利要求5所述的電流型數模轉換裝置,其特征在于,所述誤差測
量子單元包括
誤差測量電路,用于實現對所述每一個MSB單元電流與所述全部LSB單
元總電流之間的電流誤差用時間誤差來測量;
控制模塊,用于控制誤差測量電路的測量。
7.如權利要求6所述的電流型數模轉換裝置,其特征在于,所述誤差測
量電路包括MSB陣列、LSB陣列、第一開關、第二開關、第一時鐘、第二時鐘、
電容、比較器、電壓源;
所述MSB陣列和第一時鐘分別與所述第一開關相連,所述LSB陣列和第
二時鐘分別與第二開關相連,所述第一開關和第二開關分別與所述電容相連;
所述比較器的同相端分別與所述第一開關、第二開關和電容相連,所述
比較器的反相端與所述電壓源相連;
所述MSB陣列、第一開關和第二開關分別與所述控制模塊相連接。
8.如權利要求4所述的電流型數模轉換裝置,其特征在于,所述校準單
元位于高精度電流型DAC實現裝置的本體內或位于高精度電流型DAC實現裝
置的本體外。
9.如權利要求4所述的電流型數模轉換裝置,其特征在于,所述預處理
單元還包括:
溫度譯碼器,用于溫度碼型DAC中,對輸入的所述數字信號轉換為溫度
計碼。

說明書

電流型數模轉換方法和裝置

技術領域

本發明涉及數字信號處理領域,尤其涉及一種電流型數模轉換方法和裝
置。

背景技術

隨著數字信號處理技術的飛速發展,對數模轉換器(Digital?to?
Analog?Converter,DAC)的速度要求和精度要求越來越高。

在現有技術中,電流型DAC一直是數模轉換器DAC的最優選擇結構。
但是,在電流型DAC中,電流源是最重要的單元,尤其電流源匹配程度的
好壞直接決定了數模轉換器的性能參數。

n位精度電流型DAC電路一般由兩部分組成,一部分由MSB(Most?
Significant?Bit,最高有效位)單元電流源組成的2a-1個單元陣列,稱
為MSB陣列;另一部分是由LSB(Least?Significant?Bit,最低有效位)單
元電流源組成的2b-1個單元陣列,稱為LSB陣列,且滿足

n=a+b???????????????????????????????????????????????????(1)

IMSB=2b·ILSB???????????????????????????????????????????(2)

Itotal=(2a-1)·IMSB+(2b-1)·ILSB????????????????????????(3)

其中n是DAC電路的精度位數,IMSB是MSB單元的電流,ILSB是LSB單
元的電流,Itotal是DAC電路的總電流。

圖1是電流型DAC結構示意圖,其中,左圖是由MSB單元組成的MSB
塊示意圖,右圖是由LSB單元組成的LSB塊示意圖。

圖1中,MSB塊和LSB塊分別由兩個不同的偏置(bias)電路設置偏
置電壓來產生電流。由于芯片上工藝的因素,會造成MSB的電流與LSB的
靜態電流不匹配,這在高精度的DAC設計中是十分致命的。為了匹配MSB
和LSB電流,通常會在芯片中加入一個校準電路(calibration)模塊,使
得MSB與LSB電流的誤差不影響DAC的靜態性能。

圖2是現有技術的DAC校準電路結構框圖,該校準電路包括MSB單元、
LSB單元、開關K1、開關K2、時鐘L1、時鐘L2、電容C、比較器OA1、比
較器OA2、電壓源V1、電壓源V2、校準模塊310。

圖2中的校準電路利用兩個比較器來調節MSB單元電流的大小,使MSB
單元與LSB單元之間電流誤差達到可以忽略不計。該校準電路只是校準一
個MSB單元,然后默認該MSB單元和其他的MSB單元之間是沒有誤差的。
然而,由于芯片上工藝的因素,MSB單元之間也存在不匹配的問題,這樣
直接導致高精度的DAC的微分非線性(Differential?Non?Linearity,DNL)
和積分非線性(Integral?Non?Linearity,INL)這兩個指標的值變得很差。
因此,要想實現高精度的電流型DAC,必須解決MSB單元之間也存在不匹
配的問題,而圖2中的校準電路還無法實現高精度的電流型DAC。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的缺陷,提供一種電流型數模轉換方法和
裝置。該方法和裝置能夠解決MSB單元之間的不匹配問題,使得DNL和INL
這兩個指標很低,從而實現高精度的電流型DAC。

為實現上述目的,本發明實施例公開了一種電流型數模轉換方法,其特
征在于,所述轉換方法包括:

對最高有效位MSB陣列中每一個MSB單元電流與最低有效位LSB陣列
中全部LSB單元總電流之間的電流誤差轉為時間誤差進行測量、計算出所
述每一個MSB單元電流與所述全部LSB單元總電流之間的電流誤差;

根據所述每一個MSB單元電流與所述全部LSB單元總電流之間的電流
誤差,對輸入數字信號進行消除誤差預處理;

對經過預處理的數字信號進行數模轉換,從而輸出精確的模擬信號。

優選的,在計算出所述每一個MSB單元電流與所述全部LSB單元總電
流之間的電流誤差之后,還進一步包括:把計算得到的所述每一個MSB單元
電流與所述全部LSB單元總電流之間的電流誤差記錄在寄存器中。

優選的,對于溫度碼型數模轉換器DAC,在對所述輸入數字信號進行消
除誤差預處理之前,還進一步包括:將所述輸入的數字信號轉換為溫度計碼;
根據所述每一個MSB單元電流與所述全部LSB單元總電流之間的電流誤差
對輸入的溫度計碼進行消除誤差預處理。

本發明實施例公開了一種電流型數模轉換裝置,其特征在于,所述轉換
裝置包括:

校準單元,用于對所述每一個MSB單元電流與所述全部LSB單元總電流
之間的電流誤差轉為時間誤差進行測量,從而計算出所述每一個MSB單元
電流與所述全部LSB單元總電流之間的電流誤差;

預處理單元,用于根據所述校準單元的的所述每一個MSB單元電流與所
述全部LSB單元總電流之間的電流誤差,對輸入數字信號進行消除誤差預
處理;

DAC核單元,用于對經過預處理的數字信號進行數模轉換,從而輸出精
確的模擬信號。

優選的,所述校準單元包括:誤差測量子單元,用于對所述每一個MSB
單元電流與所述全部LSB單元總電流之間的電流誤差轉為時間誤差來測
量;誤差計算子單元,用于對所述每一個MSB單元與所述全部LSB單元對電
容的充電時間誤差來計算所述每一個MSB單元電流與所述全部LSB單元總
電流的電流誤差;誤差存儲子單元,用于把計算得到的所述每一個MSB單元
電流與所述全部LSB單元總電流的電流誤差記錄在寄存器中。

進一步優選的,所述誤差測量子單元包括:誤差測量電路,用于實現對
所述每一個MSB單元電流與所述全部LSB單元總電流之間的電流誤差用時
間誤差來測量;控制模塊,用于控制誤差測量電路的測量。

更進一步優選的,所述誤差測量電路包括MSB陣列、LSB陣列、第一開關、
第二開關、第一時鐘、第二時鐘、電容、比較器、電壓源;所述MSB陣列和
第一時鐘分別與所述第一開關相連,所述LSB陣列和第二時鐘分別與第二開
關相連,所述第一開關和第二開關分別與所述電容相連;所述比較器的同相
端分別與所述第一開關、第二開關和電容相連,所述比較器的反相端與所述
電壓源相連;所述MSB陣列、第一開關和第二開關分別與所述控制模塊相連
接。

優選的,所述校準單元位于高精度電流型DAC實現裝置的本體內或位于
高精度電流型DAC實現裝置的本體外。

優選的,所述預處理單元包括:溫度譯碼器,用于溫度碼型DAC中,對
輸入的所述數字信號轉換為溫度計碼。

本發明的電流型數模轉換方法和裝置,通過對每一個MSB單元電流與
全部LSB單元總電流之間的電流誤差用時間誤差來測量并保存在寄存器
中,對輸入數據進行預處理,把相應的誤差消除,從而得到精確的輸出。
本發明克服了由于芯片上工藝的因素而產生的MSB單元之間存在不匹配的
問題,從而實現高精度的DAC。

附圖說明

圖1為電流型DAC結構示意圖;

圖2為現有技術的DAC校準電路結構框圖;

圖3為本發明電流型數模轉換方法的校準電路圖;

圖4為本發明電流型數模轉換方法的校準流程圖;

圖5為本發明電流型數模轉換方法的流程圖;

圖6為本發明電流型數模轉換裝置的結構框圖;

圖7為本發明電流型數模轉換裝置的校準單元結構框圖;

圖8為本發明電流型數模轉換裝置的誤差測量子單元電路圖。

具體實施方式

下面通過附圖和以溫度計碼結構的DAC為實施例,對本發明的技術方案
做進一步的詳細描述。

本發明實施例公開了一種電流型數模轉換方法,其特征在于,所述DAC
實現方法包括以下步驟:

對MSB陣列中每一個MSB單元電流IMSB與LSB陣列中全部LSB單元總
電流I?LSB(總)之間的電流誤差ΔI轉為時間誤差Δt進行測量、計算出每一個
MSB單元電流與全部LSB單元總電流之間的電流誤差ΔI;

根據每一個MSB單元電流IMSB與全部LSB單元總電流ILSB(總)之間的電
流誤差ΔI,對輸入數字信號進行消除誤差預處理;

對經過預處理的數字信號進行數模轉換,從而輸出精確的模擬信號。

優選的,還進一步包括:對每一個MSB單元電流IMSB與全部LSB單元總
電流I?LSB(總)之間的電流誤差ΔI用時間誤差Δt來測量,根據對每一個MSB單
元和全部LSB單元對電容的充電時間誤差Δt來計算每一個MSB單元電流IMSB
與全部LSB單元總電流ILSB(總)的電流誤差ΔI,把計算得到的每一個MSB單
元電流IMSB與全部LSB單元總電流ILSB(總)之間的電流誤差ΔI記錄在寄存器
中,此過程一直持續到所有的MSB單元都校準完為止。

優選的,對于溫度碼型DAC,還進一步包括:首先將輸入的數字信號轉換
為溫度計碼;然后,根據每一個MSB單元電流IMSB與全部LSB單元總電流ILSB
(總)之間的電流誤差ΔI對輸入的溫度計碼進行消除誤差預處理。

其中定義:每一個MSB單元電流用IMSB表示,第i個MSB單元電流用
IMSB(i)表示,1≤i≤2a;每一個LSB單元電流用ILSB表示,第i個MSB單元
電流用ILSB(i)表示,1≤i≤2b;

ΔI是每一個MSB單元電流IMSB與全部LSB單元總電流ILSB(總)之間的電
流誤差ΔI;

ΔIi是第i個MSB單元電流用IMSB(i)與全部LSB單元總電流ILSB(總)之間
的電流誤差;

ΔI=IMSB-ILSB(總)????????????????????????????????????????(4)

ΔIi=IMSB(i)-ILSB(總)?????????????????????????????????????(5)

Δt是對每一個MSB單元與全部LSB單元對電容的充電時間誤差;

全部LSB單元總電流用ILSB(總)表示。

計算全部LSB單元總電流用ILSB(總)有兩種方式:

a、若2b個LSB單元之間的誤差忽略不計的情況下,

ILSB(總)=2b×ILSB???????????????????????????????????????(6)

b、若2b個LSB單元之間的誤差需要考慮的情況下,


圖3為本發明電流型數模轉換方法的校準電路圖。該校準電路圖由校
準電路和控制模塊301兩部分組成。校準電路包括MSB陣列、LSB陣列、第
一開關K1、第二開關K2、第一時鐘L1、第二時鐘L2、電容C、比較器、電壓
源Vref。其中,IMSB(i)為MSB陣列中第i個MSB單元電流,ILSB(總)為LSB陣
列中全部LSB單元總電流。

MSB陣列與第一開關K1相連,LSB陣列與第二開關K2相連,第一時鐘L1
輸出時鐘信號至第一開關K1,第二時鐘L2也輸出時鐘信號至第二開關K2。

第一開關K1、第K2與電容C連接于a點,具體地,MSB陣列中一個MSB
單元在第一開關K1閉合時對電容C進行充電,LSB陣列即全部LSB單元在第
二開關K2閉合時對電容C進行充電。第一開關K1、第二開關K2與電容C之
間的連接點為a點。

比較器同相端與電容C、第一開關K1、第二開關K2相連(連接點為a),
因此比較器同相輸入電壓Vin即為MSB陣列中一個MSB單元或LSB陣列即全
部LSB單元對電容C進行充電的充電電壓;比較器反相端與電壓源Vref相連,
因此該比較器用于比較Vin與Vref的大小。

下面詳細闡述控制模塊301、MSB陣列、LSB陣列、第一開關K1、第二開
關K2的工作原理。

第一,控制模塊301選擇MSB陣列中哪一個MSB單元需要校準,并控
制第一開關K1和第二開關K2皆打開,此時Vin端電容C放電,當控制模
塊501檢測到比較器的輸出端Vout為低電平時控制第一開關K1閉合,同
時第一時鐘L1輸出時鐘信號至第一開關K1,經過第一時間t1,當控制模塊
301檢測到比較器的輸出端Vout的輸出跳變為高電平時,打開第一開關K1
并記錄下第一開關K1閉合t1。

第二,Vin端電容C放電,當控制模塊301檢測到比較器的輸出端Vout
為低電平時控制第二開關K2閉合,同時第二時鐘L2輸出時鐘信號至第二開
關K2,經過第二時間t?2,當控制模塊301檢測到比較器的輸出端Vou?t的輸
出跳變為高電平時,打開第二開關K2并記錄下第二開關K2閉合時間t?2,
校正結束。

圖4為本發明電流型數模轉換方法的校準流程圖。

首先,對每一個MSB單元電流IMSB與全部LSB單元總電流ILSB(總)之間
的電流誤差轉為時間誤差來測量;然后,根據對每一個MSB單元和全部LSB
單元對電容的充電時間誤差來計算每一個MSB單元電流IMSB與全部LSB單
元總電流ILSB(總)的電流誤差;最后,把計算得到的每一個MSB單元電流IMSB
與全部LSB單元總電流ILSB(總)之間的電流誤差記錄在寄存器中,此過程一
直持續到所有的MSB單元都校準完為止。

具體步驟如下:

步驟410,開始對高精度電流型DAC進行校準。

步驟420,校準一個MSB單元。利用圖3所示校準電路和控制模塊301
校準一個MSB單元,首先,控制模塊301選擇哪一個MSB單元需要校準,并
控制第一開關K1和第二開關K2皆打開,此時a端電容C放電,當控制模
塊301檢測到比較器的輸出端Vout為低電平時控制第一開關K1閉合,同
時第一時鐘L1輸出時鐘信號至第一開關K1,經過第一時間t1,當控制模塊
301檢測到比較器的輸出端Vout的輸出跳變為高電平時,打開第一開關K1
并記錄下開關K1閉合時間即第一時間t1;然后,a端電容C放電,當控制
模塊301檢測到比較器的輸出端Vout為低電平時控制第二開關K2閉合,
同時第二時鐘L2輸出時鐘信號至第二開關K2,經過第二時間t2,當控制模
塊301檢測到比較器的輸出端Vout的輸出跳變為高電平時,打開第二開關
K2并記錄下第二開關K2閉合時間即第二時間t2;最后,校準一個MSB單
元結束。

步驟430,計算誤差并將結果存入寄存器中。首先,根據第一時間t1、
第二時間t?2,計算時間差Δt=t1-t2,然后將,從而由時間誤差Δt計算出電
流誤差ΔI;然后,將計算得到的IMSB和ILSB(總)之間的誤差ΔI記錄到寄存器
中。該步驟可由軟件完成,也可有硬件電路實現。

Δt=t1-t2????????????????????????????????????????????(8)


步驟440,判斷所有的MSB單元是否校準完?若對所有的MSB單元還沒有
校準完,則回到步驟420繼續對剩余的MSB單元進行校準。若對所有的MSB
單元已經校準完,則進入下一步驟。

步驟450,對高精度電流型DAC校準結束。

圖5為本發明電流型數模轉換方法的流程圖。

首先,對每一個MSB單元電流IMSB與全部LSB單元總電流ILSB(總)之間
的電流誤差ΔI轉為時間誤差Δt進行測量、計算出每一個MSB單元電流IMSB
與全部LSB單元總電流ILSB(總)之間的電流誤差;然后,根據每一個MSB單
元電流IMSB與全部LSB單元總電流ILSB(總)之間的電流誤差,對輸入數字信
號進行消除誤差預處理;最后,對經過預處理的數字信號進行數模轉換,從
而輸出精確的模擬信號。

對于溫度碼型DAC,還進一步包括:將輸入的數字信號轉換為溫度計碼;
根據每一個MSB單元電流IMSB與全部LSB單元總電流ILSB(總)之間的電流誤
差對輸入的溫度計碼進行消除誤差預處理。

具體步驟如下:

步驟510,開始,即高精度電流型DAC開始工作。

步驟520,DAC輸入數據,將需要數模轉換的數字信號輸入到高精度電流
型DAC中。對于溫度碼型DAC,還進一步包括:將輸入的數字信號轉換為溫度
計碼;

步驟530,對輸入數據進行預處理。利用圖3所示校準電路和控制模塊
301對每一個MSB單元進行時間誤差Δt測量,由時間誤差Δt計算出電流誤
差ΔI并記錄在寄存器中。取出存在寄存器中的每一個MSB單元IMSB與全部
LSB單元總電流ILSB(總)之間的誤差ΔIi,根據輸入數字信號的值N,由公式(10)
得到消除誤差的數字信號。

N = N - Σ i = 1 i = N ΔIi - - - ( 10 ) ]]>

其中,1≤N≤2a-1,ΔIi為第i個MSB單元電流IMSB(i)與全部LSB單元總
電流ILSB(總)之間的誤差,n位精度電流型DAC電路的MSB陣列是由MSB單
元電流源組成的2a-1個單元陣列。

輸入的數字信號與經過預處理的數字信號相比,經過預處理的數字信號
已經克服了現有技術中由于芯片上工藝的因素而產生的MSB單元之間存在
不匹配的問題,從而使得高精度電流型DAC的微分非線性(Differential?
Non?Linearity?DNL)和積分非線性(Integral?Non?Linearity?INL)這兩
個指標達到很低的值。

步驟540,處理后的數據輸入到DAC核,即經過預處理的數字信號輸入到
DAC核中。

步驟550,DAC輸出數據,即經過預處理的數字信號經過DAC轉換輸出模
擬信號。

步驟560,高精度電流型DAC工作結束。

圖6為本發明電流型數模轉換裝置的結構框圖,圖6包括校準單元611、
預處理單元612、DAC核單元613。其中,校準單元611對每一個MSB單元
電流IMSB與全部LSB單元總電流ILSB(總)進行校準;預處理單元612對DAC
輸入數據進行預處理,將相應的誤差消除;DAC核單元613將數字信號轉
換為模擬信號。

還有,x(n)601為輸入DAC的未經過預處理的數字信號,ΔIi602為第i個
MSB單元電流IMSB與全部LSB單元總電流ILSB之間的誤差,N′603為輸入DAC的
經過預處理消除誤差的數字信號,x(t)604為DAC輸出的模擬信號。

下面詳細闡述校準單元611、預處理單元612和DAC核單元613的工作
原理。

第一,輸入數字信號x(n)601到預處理單元612,預處理單元612取出
校準單元611存儲的每個MSB單元校準后的誤差ΔI602,根據輸入數字信號
x(n)601的值N,由公式(10)得到消除誤差的數字信號N′603;

第二,輸入數字信號N′603到DAC核單元613,經過DAC核單元313
的數模轉換得到模擬信號604x(t)。

圖7為本發明電流型數模轉換裝置的校準單元結構框圖,圖中701為
誤差測量單元,702為誤差計算單元,703為誤差存儲單元。

誤差測量子單元701利用比較電容充電時間的方法來校準DAC的每個
MSB單元的不匹配誤差。

誤差計算子單元702根據誤差測量單元701得到的第一時間t1、第二
時間t2,代入公式(8)和公式(9)中,從而分別得到第一時間t1、第二
時間t2的時間差Δt和IMSB和ILSB(總)之間的誤差ΔI。

此誤差計算單元可由軟件完成,也可有硬件電路實現。

誤差存儲子單元703將誤差計算單元702計算得出的誤差記錄在寄存
器中,如表1所示。在表1中,MSBi為第i個MSB單元,ΔIi為第i個MSB
單元電流IMSB(i)與全部LSB單元和電流ILSB(總)之間的誤差。校正結束后,
將計算得到的誤差ΔIi記錄到寄存器中,當全部MSB單元都校準結束,則
全部的MSB單元IMSB(i)與全部LSB單元總電流ILSB(總)之間的誤差都被記錄
到寄存器中。

表1


本發明電流型數模轉換裝置的誤差測量子單元電路圖,該誤差測量子
單元包括誤差測量電路和控制模塊801。

該校準電路包括MSB陣列、LSB陣列、第一開關K1、第二開關K2、第一
時鐘L1、第二時鐘L2、第一電容C1、第二電容C2、比較器、電壓源Vref。

MSB陣列與第一開關K1相連,LSB陣列與第二開關K2相連,第一時鐘L1
輸出第一時鐘信號至第一開關K1,第二時鐘L2也輸出第二時鐘信號至第二開
關K2。

第一開關K1與第一電容C1相連、第二開關K2與第二電容C2相連,具
體地,MSB陣列中一個MSB單元在第一開關K1閉合時對第一電容C1進行充電,
LSB陣列即全部LSB單元在第二開關K2閉合時對第二電容C2進行充電。比較
器同相端與a或b端相連,因此比較器同相輸入電壓即為MSB陣列中一個MSB
單元對第一電容C1或LSB陣列即全部LSB單元對第二電容C2進行充電的充
電電壓Va或Vb;比較器反相端與電壓源Vref相連,因此該比較器用于比較
Va或Vb與Vref的大小。

下面詳細闡述控制模塊801、MSB陣列、LSB陣列、第一開關K1、第二開
關K2的工作原理。

第一,控制模塊801選擇MSB陣列中哪一個MSB單元需要校準,并控
制比較器同相端與a端相連并且第一開關K1打開,此時a端電容C1放電,
當控制模塊801檢測到比較器的輸出端Vout為低電平時控制第一開關K1
閉合,同時時鐘L1輸出時鐘信號至第一開關K1,經過第一時間t1,當控制
模塊801檢測到比較器的輸出端Vout的輸出跳變為高電平時,打開第一開
關K1并記錄下第一開關K1閉合時間t1。

第二,控制模塊801控制比較器同相端與b端相連并且第二開關K2打
開,此時b端電容C2放電,當控制模塊801檢測到比較器的輸出端Vout
為低電平時控制第二開關K2閉合,同時第二時鐘L2輸出時鐘信號至第二開
關K2,經過第二時間t2,當控制模塊801檢測到比較器的輸出端Vout的輸
出跳變為高電平時,打開第二開關K2并記錄下第二開關K2閉合時間t2。

值得指出的是,本發明實施例的誤差測量子單元使用圖3和圖8均能
完成誤差測量的功能,不同點是圖3使用一個電容,圖8使用兩個電容。
只有圖8中兩個電容的誤差很小,可以忽略不計的情況下才可以使用圖8
電路圖。同時也可以是使用多個電容的方式,也就是說,MSB陣列中每一
個MSB單元都與一個電容相連,對每一個MSB單元各自的電容充放電,并
記錄下各自的電容的充電時間,與LSB陣列即全部LSB單元的充電時間做
比較,計算出每一個MSB單元與LSB陣列即全部LSB單元的電流誤差。其
中,選取的每一個電容之間的誤差很小,可以忽略不計。

本發明的電流型數模轉換方法和裝置,通過對每一個MSB單元電流IMSB
與全部LSB單元總電流ILSB(總)之間的電流誤差轉為時間誤差來測量并保存
在寄存器中,對輸入數據進行預處理,把相應的誤差消除,從而得到精確
的輸出。本發明克服了由于芯片上工藝的因素而產生的MSB單元之間存在
不匹配的問題,從而使得高精度電流型DAC的微分非線性和積分非線性這
兩個指標達到很低的值。

本發明不單局限于這種溫度計碼結構的DAC中,先將輸入的數字信號
轉換為溫度計碼,然后,根據每一個MSB單元電流IMSB與全部LSB單元總電
流ILSB(總)之間的電流誤差對輸入的溫度計碼進行消除誤差預處理。還可應
用于二進制碼的DAC中,直接根據每一個MSB單元電流IMSB與全部LSB單
元總電流ILSB(總)之間的電流誤差對輸入的數字信號進行誤差預處理,這樣
可以節省更多的芯片面積。同樣,這發明不單局限于DAC中,還可以應用
于芯片中某些模塊的不匹配設計中,例如不同偏置電流(bias?current)
的匹配(matching)校正中。

以上所述的具體實施方式,對本發明的目的、技術方案和有益效果進行
了進一步詳細說明,所應理解的是,以上所述僅為本發明的具體實施方式而
已,并不用于限定本發明的保護范圍,凡在本發明的精神和原則之內,所做
的任何修改、等同替換、改進等,均應包含在本發明的保護范圍之內。

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本文標題:電流型數模轉換方法和裝置.pdf
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