[发明专利]用于DAC输出级的归于保持的切换方案

说明书

优先权信息

本申请请求于2006年6月28日提交的美国实用新型申请序列号为No.11/476,476的优先权，通过参考将其全部内容并入本文。 

技术领域

本发明涉及电流导引型的混合信号转换器，并具体涉及在输出级中采用连续时间的电流电压转换电路的∑-Δ数模转换器。 

背景技术

电流导引拓扑是在工业中实现数模转换器的常用方法。由于该方法的简单性和灵活性，在大量组合的高速或高分辨率应用中都采用了该拓扑。图1示出16级温度计码的电流导引型DAC 100的典型实施例。该DAC包含一组电流导引单元102、104、106和108，放大器110，一对反馈电阻112和114，并且在某些情况下还包含一对电容器C1 116和C2 118。电容器116和118有效减缓阶跃输出波形以帮助减小放大器转换速率的要求。控制位及其补充形式的最简单的形式是D触发器阵列的Q和QB输出端。这些D触发器的输入是数字DAC码。该电路的运行是相当简单的，因为数字码控制有多少单元将被引导到放大器的适当求和节点。限定DAC转换率的时钟用于经由D触发器来同步控制位的所有输出转变。 

∑-Δ数模转换器(DAC)提供以与传统尼奎斯特转换器相比相对低的成本来实现高分辨率和低失真的装置。过去，已经有许多在其输出级使用电流导引型拓扑的这些非常高分辨率DAC的实现结果。可以在Douglas Mercer的标题为“A Low Power Current Steering Digitalto Analog Converter in 0.18Micron CMOS”的论文中和Adams等人 的标题为“A 113-dB SNR Oversampling DAC with SegmentedNoise-Shaped Scrambling”的论文中找到这种实施的示例。 

上述Douglas Mercer的论文教导了解决低功率电流导引型数模转换器设计的DC和AC失真特性的多种电路技术。起因于AC失真Mercer的技术能应对能量耗散为10倍的高功率DAC。 

Adams等人的上述论文教导了∑-Δ数模转换器，其以0.6微米CMOS实施并使用6位调制器以及分段的噪声形成的加扰设计一起来实现20kHz带宽上的113dB加权动态范围。Adams的输出级使用双归零电路，该电路消除了由符号间干扰(ISI)引起的误差。 

图2示出采用电流导引型输出级的现有技术音频波段多位∑-ΔDAC 200的方块图。该转换器包含通常以128倍于输入采样速率Fs(Fs＝48kHz)将数字输入上采样到系统的设计工作频率的上采样器202。上采样器202的输出被输入到数字滤波器204中，该数字滤波器对从上采样过程获得的图像进行滤波。然后∑-Δ调制器206减小数字滤波器的输出字宽，通常从24位减小到更易管理的大小，一般为4至6位。该调制基本通过将截断误差推到更高的未使用的频率区域中而为更小字宽去掉带外噪声。接着使用二进制温度计编码器208将二进制加权数据编码成温度计码数据。二进制温度计编码器208的输出端是2^N个元素(element)的集合，这里N是调制器输出的设计字宽。于是该集合的每个元素将驱动该组电流单元中的一个电流单元。为了确保这组电流单元的线性，接着使用数据选择逻辑(也叫做混合器，shuffler或加扰器，scrambler)210根据来自温度计编码器输出的数字码来选择2^N个元素的子集。通过使选定电流单元的总和经由电流电压(I-V)转换器转换成电压而产生输出电压。元素混合器210的输出被馈送到温度计码DAC 212中。为了滤除带外噪声，通常使用后模拟滤波器(未示出)。 

与电流导引型DAC有关的一个很好理解的问题是符号间干扰(ISI)。该ISI问题是由每个电流单元传递给输出端的电流脉冲波形中不相等的上升时间和下降时间的结果。从而，DAC输出的当前值取决 于其在先值。净效应是DAC的总谐波失真(THD)和噪声性能方面的主要降级(degradation)。