CN103368576B - 一种数字控制数模转换器满偏输出电流的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种数字控制数模转换器满偏输出电流的方法，步骤包括：第一步：通过初始基准电流产生电路，产生一个初步基准电流；第二步：根据应用确定满偏输出电流的大小，通过改变电流型数模转换器的输入码字，改变基准电流的大小，从而改变整个数模转换器的满偏电流大小；第三步：将生成的基准电流输入偏置电路，生成偏置电压，本发明解决了发射数模转换器满偏电流调节过程中设置不精确的问题，大大提高了对满偏输出电流控制的灵活性，提高满偏输出电流的稳定性；通过满偏电流调节数模转换器的调节，满偏输出电流可以达到8.7mA～31.3mA，大大提高了满偏输出电流范围和电流的精确度。

Description

一种数字控制数模转换器满偏输出电流的方法

技术领域

本发明涉及一种数字控制数模转换器满偏输出电流的方法，属于数模转换器技术领域。

背景技术

应用于无线通信设备和雷达等军用设备的发射型数模转换器的输出满偏电流是衡量发射机输出功率的一个重要指标。满偏电流的设置根据不同的应用各不相同。传统的数模转换器输出电流一般固定为20mA，当要求输出功率改变时，无法灵活的根据应用情况进行改变。

在一般的发射型数模转换器中，满偏输出电流的设置是通过一个外接的电阻进行设置的，根据不同的应用，设置不同的电阻，从而确定不同的满偏输出电流。在应用一般的发射型数模转换器时，外接电阻一旦设定，满偏输出电流就无法发生改变。在实际应用中，由于传输距离、接收机性能和发射机后端处理系统性能随时间发生变化，要求发射机的发射功率根据应用环境灵活可变，以达到降低整机的功耗，灵活控制发射功率的目的，而一般的发射型数模转换器无法达到这一要求。

在一般的发射型数模转换器中，满偏输出电流的精度与外接电阻直接相关，由于在板级应用中电阻阻值精度是有限的和不可控的，因此满偏输出电流的精度也是有限的和不可控的。在要求对满偏输出电流进行精确控制的应用中，一般的发射型数模转换器无法满足精度要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种数字控制数模转换器满偏输出电流的方法，该方法解决了发射数模转换器满偏电流调节过程中设置不精确的问题，解决了如何通过数字控制改变满偏输出电流的问题，大大提高了对满偏输出电流控制的灵活性，通过满偏电流调节数模转换器的调节，满偏输出电流可以达到8.7mA～31.3mA，大大提高了满偏输出电流范围和电流的精确度。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

一种数字控制数模转换器满偏输出电流的方法，通过数模转换器中的满偏电流输出控制模块实现，所述满偏电流输出控制模块包括初始基准电流产生电路、电流型数模转换器和偏置电路，其中电流型数模转换器包括译码电路、延迟电路、二进制电流源开关阵列、二进制电流源阵列、电流源偏置、温度计码电流源开关阵列和温度计码电流源阵列，具体实现方法如下：

步骤（一）、初始基准电流产生电路产生一个初始基准电流，并将初始基准电流输出给偏置电路；

步骤（二）、电流型数模转换器将数模转换器输入的二进制码转换为相应的校准电流，并将校准电流输出给偏置电路，具体方法如下：

（1）数模转换器将高位二进制码输入到译码电路，经译码电路转换为温度计码，所述温度计码控制温度计码电流源开关阵列的开启和闭合，当温度计码电流源开关阵列开启时，所述温度计码电流源开关阵列对应的温度计码电流源阵列开启，并输出校准电流1，所述校准电流1的幅值与所述高位二进制码成正比；

同时数模转换器将低位二进制码输入到延迟电路，延迟电路将低位二进制码与高位二进制码的时序进行匹配，所述时序匹配后的低位二进制码控制二进制电流源开关阵列的开启和闭合，当二进制电流源开关阵列开启时，所述二进制电流源开关阵列对应的二进制电流源阵列开启，并输出校准电流2，所述校准电流2的幅值与输入到延迟电路的低位二进制码成正比；其中电流源偏置为温度计码电流源阵列和二进制电流源阵列提供电压偏置；

（2）所述校准电流1与所述校准电流2合并后作为校准电流输出给偏置电路；

步骤（三）、偏置电路同时接收初始基准电流产生电路输出的初始基准电流和电流型数模转换器输出的校准电流，并将初始基准电流和校准电流转换为偏置电压，将偏置电压输出给数模转换器，用于对数模转换器的电流源进行偏置。

在上述数字控制数模转换器满偏输出电流的方法中，初始基准电流产生电路包括基准电压产生电路、运算放大器、NMOS晶体管、第一电流镜、片内限流电阻R1和片外精密电阻R2，其中运算放大器将初始基准电流产生电路中A点的电压控制为基准电压U，基准电压U除以片外精密电阻R2的阻值得到电流I，通过第一电流镜对电流I进行镜像，得到初始基准电流。

在上述数字控制数模转换器满偏输出电流的方法中，片内限流电阻R1用于在片外精密电阻R2发生短路时，提供限流保护，NMOS晶体管提供反馈通路用于稳定初始基准电流。

在上述数字控制数模转换器满偏输出电流的方法中，偏置电路包括第二电流镜和低压偏置电路，其中第二电流镜接收初始基准电流产生电路输出的初始基准电流和电流型数模转换器输出的校准电流，通过复制产生大小完全相同的两路电流，即偏置电流1和偏置电流2，所述偏置电流1和偏置电流2为所述初始基准电流与校准电流和值的n倍，偏置电流1和偏置电流2通过低压偏置电路分别产生偏置电压1和偏置电压2；

其中n为设定值，且n为正整数，n≥1。

在上述数字控制数模转换器满偏输出电流的方法中，二进制电流源阵列和温度计码电流源阵列从结构上划分，均包括高位粗调电流源阵列和低位精调电流源阵列，当满偏输出电流精度要求小于2.8mA时，由低粗调电流源阵列进行校准电流输出，当满偏输出电流精度要求大于2.8mA时，由高位粗调电流源阵列进行校准电流输出。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

（1）本发明对数模转换器中的满偏电流输出控制模块进行了创新设计，采用由初始基准电流产生电路、电流型数模转换器和偏置电路组成的满偏电流输出控制模块，通过满偏电流输出控制模块对满偏电流进行调整，解决了发射数模转换器满偏电流调节过程中设置不精确的问题，解决了如何通过数字控制改变满偏输出电流的问题，大大提高了对满偏输出电流控制的灵活性；通过满偏电流调节数模转换器的调节，满偏输出电流可以达到8.7mA～31.3mA，大大提高了满偏输出电流范围和电流的精确度；

（2）本发明电流型校准数模转换器采用分段编码方式，大大提高调节后满偏输出电流精度；在电流源阵列的结构上采用低位精调电流源阵列和高位粗调电流源阵列配合调整的方式，当满偏输出电流精度要求小于2.8mA时，由低粗调电流源阵列进行校准电流输出，当满偏输出电流精度要求大于2.8mA时，由高位粗调电流源阵列进行校准电流输出，大大提高电流输出调整的效率，增加了电流输出方式的灵活性；

（3）本发明通过数字的方法控制数模转换器的满偏输出电流，使满偏电流的设置不受限于外接无源器件，提高满偏输出电流的稳定性；采用十位数模转换器，在最小满偏电流的基础上增加电流，提高满偏输出电流的精度；电流调控使用的电流型数模转换器采用currentdivision结构，提高电流利用率；

（4）本发明满偏输出电流通过数字编码直接控制数模转换器满偏输出电流，过程简单，操作灵活方便，实用性强。

附图说明

图1为本发明满偏电流输出控制模块工作原理图；

图2为本发明满偏电流输出控制模块中初始基准电流产生电路结构示意图；

图3为本发明满偏电流输出控制模块中电流型数模转换器结构示意图；

图4为本发明满偏电流输出控制模块中电流型数模转换器核结构图；

图5为本发明满偏电流输出控制模块中偏置电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

本发明数字控制数模转换器满偏输出电流的方法通过数模转换器中的满偏电流输出控制模块实现，如图1所示为本发明满偏电流输出控制模块工作原理图，由图可知满偏电流输出控制模块包括初始基准电流产生电路、电流型数模转换器和偏置电路。

如图2所示为本发明满偏电流输出控制模块中初始基准电流产生电路结构示意图，由图可知初始基准电流产生电路包括基准电压产生电路、运算放大器、NMOS晶体管、第一电流镜、片内限流电阻R1和片外精密电阻R2，基准电压产生电路输出端与运算放大器正相输入端相连；运算放大器输出端与NMOS晶体管栅极相连；NMOS晶体管源极与片内限流电阻R1相连；片内限流电阻R1另一端与片外精密电阻R2相连，并与运算放大器反相输入端相连，构成反馈回路；片外精密电阻R2另一端接到地端。

运算放大器将初始基准电流产生电路中A点的电压控制为基准电压，基准电压U除以片外精密电阻R2的阻值得到电流I，通过第一电流镜对电流I进行镜像，得到初始基准电流。片内限流电阻R1用于在片外精密电阻R2发生短路时，提供限流保护，NMOS晶体管提供反馈通路用于稳定初始基准电流。

初始基准电流产生电路产生一个初始基准电流，并将初始基准电流输出给偏置电路。例如电路工作时，根据运算放大器虚地原则，将运算放大器反相输入端箝位到基准电压1.2V，即流过精确电阻和NMOS晶体管的电流为120uA，利用第一电流镜对这个电流进行复制和倍增，生成一个280uA的基准电流，即为初始基准电流。

如图3所示为本发明满偏电流输出控制模块中电流型数模转换器结构示意图，由图可知电流型数模转换器包括译码电路、延迟电路、二进制电流源开关阵列、二进制电流源阵列、电流源偏置、温度计码电流源开关阵列和温度计码电流源阵列，延迟电路输入端接收外部低4位输入码字；二进制电流源开关阵列各输入端与延迟电路各输出端分别相连，二进制电流源阵列与对应的二进制电流源开关阵列输出端分别相连，二进制电流源阵列输出端与温度计码电流源阵列相连，并与初步基准电流产生电路的输出端相连。译码电路输入端接收外部高4+2位输入码字；温度计码电流源开关阵列各输入端与译码电路各输出端分别相连，温度计码电流源阵列与对应的温度计码电流源开关阵列输出端分别相连，温度计码电流源阵列输出端与二进制电流源阵列相连，并与初步基准电流产生电路的输出端相连。

电流型数模转换器将数模转换器输入的二进制码转换为相应的校准电流，并将校准电流输出给偏置电路，具体方法如下：

（1）数模转换器将高位二进制码输入到译码电路，经译码电路转换为温度计码，温度计码控制温度计码电流源开关阵列的开启和闭合，当温度计码电流源开关阵列开启时，温度计码电流源开关阵列对应的温度计码电流源阵列开启，并输出校准电流1，例如温度计码电流源开关阵列中的第m个温度计码电流源开关开启时，对应的温度计码电流源阵列中的第m个温度计码电流源开启。其中校准电流的幅值与高位二进制码的值成正比；

同时数模转换器将低位二进制码输入到延迟电路，延迟电路将低位二进制码与高位二进制码的时序进行匹配，低位二进制码控制二进制电流源开关阵列的开启和闭合，当二进制电流源开关阵列开启时，二进制电流源开关阵列对应的二进制电流源阵列开启，并输出校准电流2，例如二进制电流源开关阵列中的第L个二进制电流源开关开启时，对应的二进制电流源阵列中的第L个二进制电流源开启。其中校准电流的幅值与低位二进制码的值成正比。电流源偏置为温度计码电流源阵列和二进制电流源阵列提供电压偏置；

（2）校准电流1与校准电流2合并后作为校准电流输出给偏置电路。

例如本实施例中利用一个10位电流型数模转换器对输出电流进行调整，作为满偏电流调整数模转换器。将电流型数模转换器的输出端与初始基准电流产生电路的输出端相连，一起连接到偏置电路的输入端。通过改变电流型数模转换器输入码字改变输出调整电流，从而改变基准电流的大小。当输入码字为0000000000时，基准电流为280uA，当输入码字为1111111111时，基准电流为980uA，即满偏电流调整数模转换器一个LSB为0.68uA。

如图4所示为本发明满偏电流输出控制模块中电流型数模转换器核结构图，电流型数模转换器中二进制电流源阵列和温度计码电流源阵列从结构上划分，均包括高位粗调电流源阵列和低位精调电流源阵列，当满偏输出电流精度要求小于2.8mA时，由低粗调电流源阵列进行校准电流输出，当满偏输出电流精度要求大于2.8mA时，由高位粗调电流源阵列进行校准电流输出，从而提高电流输出调整的效率，增加了电流输出方式的灵活性。

如图4所示，电流源采用currentdivision结构，提高电流利用率。电流源包括高4位温度计码、中间两位温度计码和低四位二进制码，其中高4位为高位粗调电流源阵列，低2+4位为低位精调电流源阵列。高四位分别由开关控制，使电流流入偏置电压生成电路或者流入低六位电流源阵列；低六位由开关控制，使电流或者流到偏置电压生成电路或者流入地端。

偏置电路同时接收初始基准电流产生电路输出的初始基准电流和电流型数模转换器输出的校准电流，并将初始基准电流和校准电流转换为偏置电压，将偏置电压输出给数模转换器，用于对数模转换器的电流源进行偏置。

如图5所示为本发明满偏电流输出控制模块中偏置电路结构示意图，由图可知偏置电路包括第二电流镜和低压偏置电路，其中第二电流镜接收初始基准电流产生电路输出的初始基准电流和电流型数模转换器输出的校准电流，通过复制产生大小完全相同的两路电流（偏置电流1和偏置电流2），偏置电流1和偏置电流2为初始基准电流与校准电流和值（求和）的n倍，其中n为设定值，且n为正整数，n≥1。之后偏置电流1和偏置电流2通过低压偏置电路分别产生偏置电压1和偏置电压2，其中低压偏置电路包括两个低压偏置分路，每个低压偏置分路由两个NMOS晶体管组成，偏置电流1通过其中一个低压偏置分路产生偏置电压1，偏置电流2通过另外一个低压偏置分路产生偏置电压2，偏置电压1和偏置电压2为不同的偏置电压。

例如本实施例中偏置电路为电流电压转换电路，产生输出电流源的偏置电压。当电流型数模转换器的输如为0000000000时，数模转换器输出电流为8.7mA，当电流型数模转换器的输如为1111111111时，数模转换器输出电流为31.3mA，即满偏电流调整数模转换器改变一个LSB，满偏电流改变22uA。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (5)

1.一种数字控制数模转换器满偏输出电流的方法，其特征在于：通过数模转换器中的满偏电流输出控制模块实现，所述满偏电流输出控制模块包括初始基准电流产生电路、电流型数模转换器和偏置电路，其中电流型数模转换器包括译码电路、延迟电路、二进制电流源开关阵列、二进制电流源阵列、电流源偏置、温度计码电流源开关阵列和温度计码电流源阵列，具体实现方法如下：

步骤(一)、初始基准电流产生电路产生一个初始基准电流，并将初始基准电流输出给偏置电路；

步骤(二)、电流型数模转换器将数模转换器输入的二进制码转换为相应的校准电流，并将校准电流输出给偏置电路，具体方法如下：

(1)数模转换器将高位二进制码输入到译码电路，经译码电路转换为温度计码，所述温度计码控制温度计码电流源开关阵列的开启和闭合，当温度计码电流源开关阵列开启时，所述温度计码电流源开关阵列对应的温度计码电流源阵列开启，并输出第一校准电流，所述第一校准电流的幅值与所述高位二进制码成正比；

同时数模转换器将低位二进制码输入到延迟电路，延迟电路将低位二进制码与高位二进制码的时序进行匹配，所述时序匹配后的低位二进制码控制二进制电流源开关阵列的开启和闭合，当二进制电流源开关阵列开启时，所述二进制电流源开关阵列对应的二进制电流源阵列开启，并输出第二校准电流，所述第二校准电流的幅值与输入到延迟电路的低位二进制码成正比；其中电流源偏置为温度计码电流源阵列和二进制电流源阵列提供电压偏置；

(2)所述第一校准电流与所述第二校准电流合并后作为校准电流输出给偏置电路；

步骤(三)、偏置电路同时接收初始基准电流产生电路输出的初始基准电流和电流型数模转换器输出的校准电流，并将初始基准电流和校准电流转换为偏置电压，将偏置电压输出给数模转换器，用于对数模转换器的电流源进行偏置。

2.根据权利要求1所述的一种数字控制数模转换器满偏输出电流的方法，其特征在于：所述初始基准电流产生电路包括基准电压产生电路、运算放大器、NMOS晶体管、第一电流镜、片内限流电阻R1和片外精密电阻R2，其中运算放大器将初始基准电流产生电路中A点的电压控制为基准电压U，基准电压U除以片外精密电阻R2的阻值得到电流I，通过第一电流镜对电流I进行镜像，得到初始基准电流。

3.根据权利要求2所述的一种数字控制数模转换器满偏输出电流的方法，其特征在于：所述片内限流电阻R1用于在片外精密电阻R2发生短路时，提供限流保护，NMOS晶体管提供反馈通路用于稳定初始基准电流。

4.根据权利要求1所述的一种数字控制数模转换器满偏输出电流的方法，其特征在于：所述偏置电路包括第二电流镜和低压偏置电路，其中第二电流镜接收初始基准电流产生电路输出的初始基准电流和电流型数模转换器输出的校准电流，通过复制产生大小完全相同的两路电流，即第一偏置电流和第二偏置电流，所述第一偏置电流和第二偏置电流为所述初始基准电流与校准电流和值的n倍，第一偏置电流和第二偏置电流通过低压偏置电路分别产生第一偏置电压和第二偏置电压；

其中n为设定值，且n为正整数，n≥1。

5.根据权利要求1所述的一种数字控制数模转换器满偏输出电流的方法，其特征在于：所述二进制电流源阵列和温度计码电流源阵列从结构上划分，均包括高位粗调电流源阵列和低位精调电流源阵列，当满偏输出电流精度要求小于2.8mA时，由低粗调电流源阵列进行校准电流输出，当满偏输出电流精度要求大于2.8mA时，由高位粗调电流源阵列进行校准电流输出。