[发明专利]一种数模转换器

说明书

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，尤其涉及一种数模转换器。

背景技术

随着无线通信技术的迅速发展，特别是3G/4G、家庭基站等技术的不断涌现，对模拟器件的性能提出了更高的要求。对于IMT-Advanced等新一代宽带无线移动通信，模拟基带性能要求100MS/s以上的高采样率且需达到14位的高精度。宽带、高速、高精度的电流舵型数模转换器(Current-steering DAC)是实现新一代宽带无线移动通信基站系统的核心技术。

如图1所示，传统的电流舵型数模转换器主要包含温度计编码器和单位DAC电流源阵列。它的工作原理是将二进制数字码流通过温度计编码器转换成温度计码，然后利用温度计码携带的温度计码控制信号控制单位DAC电流源阵列的开启，从而得到模拟信号。

但由于集成电路在制造过程中，存在很多非理想因素，造成芯片上的载流子、栅氧厚度等分布的不均匀。这种分布不均匀，以及工作中受到的焊接线(bonding wire)的压力和温度的影响，都会对DAC模拟电路结构造成误差，这种误差称为静态误差。而且，由于版图的原因，DAC中的电源线和地线，以及时钟线的分布造成工作中的DAC单元输出时域上的不同步。这种单位DAC由于输出不同步造成误差，这种误差称为动态误差。静态误差和动态误差降低了DAC的动态性能SFDR(spurious-free dynamic range)。

静态误差和动态误差在空间中的分布称为误差分布，这种误差分布又可分为系统性误差分布和随机性误差分布。系统性误差分布可以按照泰勒级数展开，即有一次误差分布(如图2所示)、二次误差分布(如图3所示)、三次误差分布等等。随机性误差分布是由于在芯片生产过程中，光刻等工艺造成电流源彼此之间实际的宽长比不相等，从而产生一个随机的失配。如图2、图3所示，一次误差分布、二次误差分布主要是在单位DAC电流源空间分布的误差。

消除数模转换器DAC中系统性和随机性误差分布主要有三种方法，分别为工艺调整(trimming)，校准电路(calibration)和动态元件匹配(DEM，DynamicElement Matching)。工艺调整是在工艺制造中额外添加工序，或者在制造完成后进行调整修正，虽然工艺调整可以消除误差分布，但是需要较高的成本，不适合大量生产应用。校准电路是通过引入辅助电路，以某种方式消除电流源阵列间的误差。例如，基于浮动电流源的模拟后台自校准，基于最小均方(LMS)算法数字后台校准方法等等。校准电路可能过多的引入辅助电路，不仅会受到温度的影响，引起面积和功耗的问题，不能较好地抑制动态误差，且校准工作时可能会引入杂散噪声(spur)。动态元件匹配(DEM)通过随机化误差分布，将谐波转化为噪声，提高DAC的动态性能。DEM算法有多种实现形式，例如全随机化DEM，部分随机化DEM等。类似DEM的数据权重平均(Data WeightedAverage，DWA)技术同样基于随机化失配误差来提高SFDR。但DEM算法的引入会造成毛刺的增加。这时需要引入其他技术，如毛刺自归零(Return-to-Zero)，约束DEM算法等技术。虽然随着数字综合技术的发展，在数字模块中可以实现DEM算法，但是DEM算法的复杂性使得数字模块的面积和功耗过大。而且，实现复杂DEM算法的数字模块对数模转换器的转换速度产生较大制约。因而，应用在宽带无线移动通信基站上的高速DAC无法采用传统的DEM算法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能消除系统性误差和随机性误差的数模转换器。

本发明提供一种数模转换器，它包含温度计编码器、随机时钟动态元件匹配模块及电流源阵列。其中，温度计编码器，用于将输入的数字信号码流转换成温度计码；电流源阵列，用于输出模拟信号；随机时钟动态元件匹配模块，与所述温度计编码器及电流源阵列相连，随机时钟动态元件匹配模块具有产生随机时钟信号的随机时钟和传输温度计码的电流源通道阵列，随机时钟动态元件匹配模块依据随机时钟信号轮换温度计码在电流源通道阵列的排列位置并依据该排列位置输出温度计码控制信号到电流源阵列。

进一步的，上述温度计码的排列顺序是固定排列顺序。

进一步的，上述固定排列顺序是平均一次误差分布的对称分布排列顺序。

进一步的，上述电流源通道阵列还用于传输冗余码，该冗余码由温度计编码器或随机时钟动态元件匹配模块产生。

进一步的，上述随机时钟动态元件匹配模块依据随机时钟信号的上升沿或下降沿时，轮换冗余码和温度计码在电流源通道阵列中的排列位置。