CN108809307B

CN108809307B - 数字模拟转换器及其执行方法

Info

Publication number: CN108809307B
Application number: CN201710286360.6A
Authority: CN
Inventors: 杨智杰
Original assignee: Realtek Semiconductor Corp
Current assignee: Realtek Semiconductor Corp
Priority date: 2017-04-27
Filing date: 2017-04-27
Publication date: 2022-05-06
Anticipated expiration: 2037-04-27
Also published as: CN108809307A

Abstract

本申请公开了数字模拟转换器及其执行方法。数字模拟转换器包含数字模拟转换电路、开关电路以及控制电路。数字模拟转换电路包含最高有效位及校正数字模拟转换电路(MDAC和CDAC)，开关电路包含电流源电路及检测电路。MDAC、CDAC及电流源电路耦接至数字模拟转换电路的第一及第二输出端。于校正模式中，电流源电路产生第一及第二输出端间的电流差值，检测电路检测电流差值以产生检测信号，控制电路根据检测信号输出控制信号至校正数字模拟转换电路，以调整校正数字模拟转换电路于该第一输出端及该第二输出端的输出电流。于正常模式中，电流源电路作为双直流电流源。

Description

数字模拟转换器及其执行方法

技术领域

本申请关于一种数字模拟转换器，特别是一种数字模拟转换器及数字模拟转换器的执行方法。

背景技术

大多数的电子产品都包括有数字模拟转换器，尤其是在无线通信领域中尤为重要。然而，数字模拟转换器一直都存在有电流不匹配的问题，使得数字模拟转换器的准确性受到直接的影响。为了克服电流不匹配问题，发展了许多种类的数字模拟转换器的校正技术与校正电路。

发明内容

本申请实施例提供一种具有第一输出端及第二输出端的数字模拟转换器。数字模拟转换器包含数字模拟转换电路、开关电路以及控制电路。数字模拟转换电路包含多个最高有效位数字模拟转换电路及多个校正数字模拟转换电路，开关电路包含电流源电路及检测电路。最高有效位数字模拟转换电路、校正数字模拟转换电路及电流源电路耦接至第一输出端及第二输出端。于校正模式中，电流源电路作为电流镜，以产生第一输出端及第二输出端间的电流差值，检测电路检测电流差值，以产生检测信号，检测信号对应于多个最高有效位数字模拟转换电路中之一，控制电路根据检测信号输出控制信号至校正数字模拟转换电路，以调整校正数字模拟转换电路于该第一输出端及该第二输出端的输出电流。于正常模式中，电流源电路作为一双直流电流源。

本申请实施例提供一种应用于一数字模拟转换器的执行方法。其中，数字模拟转换器包括数字模拟转换电路，数字模拟转换电路具有第一输出端及第二输出端，并包括多个最高有效位数字模拟转换电路及多个校正数字模拟转换电路。执行方法包含下述步骤：

进入校正模式；校正多个最高有效位数字模拟转换电路中每一者，以得到对应于多个最高有效位数字模拟转换电路中每一者的第一控制信号，其中第一控制号控制校正数字模拟转换电路；根据对应于多个最高有效位数字模拟转换电路中每一者的第一控制信号产生第二控制信号；根据第二控制信号产生偏压于多个最高有效位数字模拟转换电路；校正接收偏压的多个最高有效位数字模拟转换电路中每一者，以得到对应于多个最高有效位数字模拟转换电路中每一者的第三控制信号，其中第三控制号控制校正数字模拟转换电路；进入正常模式；接收数字输入信号；以及根据偏压及对应于多个最高有效位数字模拟转换电路中每一者的第三控制信号转换数字输入信号成模拟输出信号。

为了能更进一步了解本发明为达成既定目的所采取的技术、方法及功效，请参阅以下有关本发明的详细说明、图式，相信本发明的目的、特征与特点，当可由此得以深入且具体的了解，然而所附图式仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

图1是根据本申请一实施例所绘示的数字模拟转换器的示意图。

图2A是根据本申请一实施例所绘示的数字模拟转换器于一校正模式的示意图。

图2B是根据本申请一实施例所绘示的数字模拟转换器于一正常模式的示意图。

图3是根据本申请一实施例所绘示的数字模拟转换器的执行方法流程图。

具体实施方式

在下文将参看随附图式更充分地描述各种例示性实施例，在随附图式中展示一些例示性实施例。然而，本申请概念可能以许多不同形式来体现，且不应解释为限于本文中所阐述的例示性实施例。确切而言，提供此等例示性实施例使得本申请将为详尽且完整，且将向熟习此项技术者充分传达本申请概念的范畴。在诸图式中，可为了清楚而夸示层及区的大小及相对大小。

应理解，虽然本文中可能使用第一、第二、第三等术语来描述各种组件或信号等，但此等组件或信号不应受此等术语限制。此等术语乃用以区分一组件与另一组件，或者一信号与另一信号。另外，如本文中所使用，术语「或」视实际情况可能包括相关联的列出项目中的任一者或者多者的所有组合。

图1是根据本申请一实施例所绘示的数字模拟转换器1的示意图。数字模拟转换器1包括数字模拟转换电路2、开关电路3及控制电路4，其中开关电路3耦接数字模拟转换电路2，控制电路4耦接数字模拟转换电路2及开关电路3。

数字模拟转换电路2用以转换数字输入信号成模拟输出信号，并包括多个最低有效位数字模拟转换电路21(LDAC 21)、多个最高有效位模拟数字模拟转换电路22(MDAC)、多个校正模拟数字模拟转换电路23(C-DAC)及一偏压产生器24(bias generator)。其中，多个MDAC 22、多个LDAC 21及多个CDAC 23均耦接至输出端25及输出端26，偏压产生电路24连接多个MDAC 22，输出端25及输出端26分别输出第一电流及第二电流。在一些实施例中，多个MDAC 22分别对应至不同的最高有效位MSB0～MSBx，多个LDAC 21分别对应至不同的最低有效位LSB0～LSBy，其中数字(x+1)及数字(y+1)分别代表MDAC 22与LDAC 21的个数。

开关电路3用以于一校正模式时检测输出端25及输出端26的电流差值(即第一电流与第二电流的电流差值)，并于一正常模式时提供双直流电流源(如图2A～2B所示)。开关电路3包括电流源电路31、检测电路32、开关33及开关34。电流源电路31耦接输出端25及输出端26，并用以于校正模式时作为电流镜，以产生输出端25与输出端26的电流差值，并于正常模式时作为双直流电流源。电流源电路31包括晶体管311、晶体管312、开关313及开关314，晶体管311具有耦接至输出端26的第一端、耦接至接地端G的第二端以及耦接至开关314的控制端；晶体管312具有耦接至输出端25的第一端、耦接至接地端G的第二端及耦接至晶体管311的控制端的控制端。另一方面，开关313耦接于电压端Vb与晶体管311的控制端之间，开关314耦接于输出端26与晶体管311的控制端之间。

检测电路32用以于校正模式时检测输出端25及输出端26是否具有电流差值(即第一电流与电二电流的电流差值)，并产生一检测信号，其中检测电路32包括比较电路321及开关322。比较电路321具有第一输入端、第二输入端及输出端，其中第一输入端耦接至开关322，第二输入端耦接至参考电压Vref，输出端耦接至控制电路4。开关322耦接于输出端25与比较电路321的第一输入端之间。

在一些实施中，当输出端25及输出端26间的电流差值小于一阈值时，检测电路32检测输出端25及输出端26间不具有电流差值。

开关33耦接于输出端25与数字模拟转换器1的一输出端之间，开关34耦接于输出端26与数字模拟转换器1的另一输出端之间。值得注意的是，开关313、314、322、33及34用以使数字模拟转换器1切换于校正模式及正常模式之间。

一并参照图2A，图2A是根据本申请一实施例所绘示的数字模拟转换器于校正模式的示意图。于校正模式时，开关313、33、34断开，开关314、322导通，使得输出端26输出的第二电流将流经晶体管311，又因晶体管311与晶体管312的控制端具有相同的电压，晶体管311与晶体管312的第二端均接地，使得流经晶体管311及晶体管312的电流会相同，即电流源电路31于校正模式可作为电流镜。另一方面，因流经晶体管311与晶体管312的电流均为第二电流，使得电路33的第二输入端流入第一电流与第二电流的电流差值，此电流差值将于比较电路321的第二输入端上形成一输入电压(即图2A中的B点)，与参考电压Vref进行比较，以输出检测信号，其中，输入电压为所述电流差值乘上节点B的输出阻抗(如数字模拟转换电路2和电流源电路31于节点B形成的输出阻抗)。举例来说，若参考电压Vref为0.02V时，若输出电压大于0.02V，则代表第一电流及第二电流具有电流差值。在一些实施例中，比较电路321亦可为电流比较电路。

在一些实施例中，检测电路32亦可由另一模拟数字转换器来实现，更详细地来说，另一模拟数字转换器可将节点B的电压转换成数字信号(即检测信号)，并输出所述数字信号至控制电路4，藉以判断第一电流与第二电流是否具有电流差值。举例来说，若另一模拟数字转换器输出的数字输出信号为4位的情形，当最高位为逻辑1时，控制电路4判断节点B的电压大于一参考电压，进而判断第一电流与第二电流具有电流差值，以上为示例性说明，本申请不以此为限。在一些实施例中，开关电路3中的检测电路32可由无线/有线通讯接收器中的模拟数字转换器来实现，即数字模拟转换器1可与无线通信接收器共享模拟数字转换器，但本申请不以此为限制。

复参照图1，控制电路4用以于校正模式时调整CDAC 23的输出电流，更详细地来说，控制电路用以根据检测电路32输出的检测信号调整CDAC23于输出端25及输出端26的输出电流。控制电路4包括数字控制器41及储存电路42，其中数字控制器41耦接检测电路32的输出端、多个LDAC 21、多个MDAC 22、多个CDAC 23及偏压产生器24。储存电路42用以储存校正相关数值，在一些实施例中，储存电路42包含映射表，映射表用以对应每个MDAC 22储存校正相关数值。

在一些实施例中，开关313、314、322、33及34由控制电路4所控制，使得数字模拟转换器1可于校正模式及正常模式间切换。

值得注意的是，于校正模式中，数字控制器41可根据类似于一循序渐进式模拟数字转换器(SAR ADC)的操作机制来调整CDAC 23输出于输出端25、26的电流，进而使得第一电流及第二电流达到匹配。换句话说，检测电路32、数字控制器41、CDAC 23可视为一循序渐进式模拟数字转换器，藉以将节点B的电压逼近于参考电源端Vref的电压值。

一并参照图3，藉以说明数字模拟转换器1的操作，图3是根据本申请一实施例所绘示的数字模拟转换器的执行方法300的示意图，其中，数字模拟转换器可为图1所示的数字模拟转换器1(以下以数字模拟转换器1来做说明)，所述执行方法包括步骤S301～S317。

于步骤S301，数字模拟转换器1进入校正模式。于校正模式中，如图2A所示，开关314、322为导通状态，开关313、33、34为断开状态。

于步骤S303，控制电路4选取欲校正的MDAC 22。举例来说，在刚进入校正模式时，控制电路4选取对应于MSB0的MDAC 22。

于步骤S305，数字控制器41根据第一电流与第二电流的电流差值调整CDAC 23于输出端25、26的输出电流，藉以得到欲校正的MDAC 22所对应的控制信号，所述控制信号是用来控制CDAC 23，其中，数字控制器41是根据循序渐进式模拟数字转换器(SAR ADC)的操作逻辑来校正欲校正的MDAC 22。

在一些实施例中，假设数字模拟转换电路2有15个MDAC 22，若欲校正的MDAC 22对应于MSB0，数字控制器41将先控制数字模拟转换电路2，使得输出端25输出的第一电流包括电流IMSB0～IMSB7，并使得输出端26输出的第二电流包括电流IMSB8～IMSB14以及电流Iall-LSB，其中，电流IMSB0～IMSB14分别由对应于MSB0～MSB14的MDAC 22所输出，电流Iall-LSB为多个LSB 21的输出电流的总和。同时，数字控制器41将依据循序渐进式模拟数字转换器的操作逻辑，并根据节点B的电压找出电流IMSB0的一误差(包括一路径误差及一电流误差)，进而得到MSB0的MDAC 22所对应的控制信号。此外，在一些实施例中，为达到更好的电流匹配，数字控制器41进一步控制数字模拟转换电路2，使得输出端25输出的另一第一电流包括电流Iall-LSB及电流IMSB1～IMSB7，第二输出端26输出的另一第二电流包括电流IMSB0及电流IMSB8～IMSB14，同时，数字控制器41将依据循序渐进式模拟数字转换器的操作逻辑，并根据节点B的电压找出电流IMSB0的另一误差(包括另一路径误差及另一电流误差)，进而得到MSB0的MDAC 22所对应的控制信号。接者，数字控制器41将两控制信号之间的差值除以2，以便消除路径误差，进而取得电流IMSB0的电流误差所对应的控制信号。

于步骤S307，数字控制器41储存输出给CDAC的控制信号于储存电路42，所述控制信号对应欲校正的MDAC 22(如对应于MSB0的MDAC)的电流差值。在一些实施例，数字控制器41储存输出给CDAC的控制信号于储存电路42的映射表中。

于步骤S309，数字控制器41判断是否有未校正的MDAC 22。若有，执行方法300回到步骤S303，以选取欲校正的MDAC 22(如对应于MSB1的MDAC 22)；若无，执行方法300进入步骤S311。

于步骤S311，数字控制器41将储存电路42中的多个控制信号取平均，并根据平均后的控制信号产生偏压控制信号给偏压产生器24。

于步骤S313，偏压产生器24根据偏压控制信号产生一偏压于多个MDAC 22，使得多个MDAC 22分别根据所述偏压调整输出于输出端25与输出端26的输出电流。

值得注意的是，当多个MDAC 22接收上述的偏压时，可使得多个MDAC 22分别输出的电流IMSB0～IMSB14的电流误差总和为0，进而降低CDAC 23的电流调整范围。

于步骤S315，比较电路312、控制电路4及CDAC 23针对每一MDAC 22进行校正，以得到多个更新后的控制信号，并将更新后的控制信号储存于储存电路42中，其中，更新后的控制信号亦分别对应多个MDAC 22。

在一些实施例中，于步骤S315，数字控制器41可不需对每一MDAC 22再次进行校正，数字控制器41可直接将对应于MDAC 22的多个控制信号分别减去平均后的控制信号以得到更新后的控制信号，并储存更新后的控制信号于储存电路42。

于步骤S317，数字模拟转换器1进入正常模式(如图2B)，并根据一数字输入信号及多个更新后的控制信号输出一模拟输出信号。

一并参照图2B，当数字模拟转换器1处于正常模式时，开关313、33、34导通，开关314、322断开，使得电流源电路31作为一双直流电流源电路，即电流源电路根据偏压Vb提供直流电流。控制电路4依据外部的数字输入信号(未绘示)以及对应每个MDAC 22的控制信号(如步骤317中所述的更新后的控制信号)输出信号至LDAC 21、MDAC 22及CDAC 23，其中控制电路4输出偏压控制信号至偏压产生器24，以产生偏压至MDAC 22，并依据外部的数字输入信号以及对应每个MDAC 22的控制信号调整CDAC 23的输出电流，使得对应于每个MSB的MDAC 22的电流误差被消除。

综上所述，本申请提供新的数字模拟转换器及其执行方法，不但克服了输出电流不匹配的问题，且相较于先前技术，本申请利用CDAC并依据循序渐进式模拟数字转换器(SAR ADC)的操作逻辑来找出电流差值所对应的偏压，可有效降低硬件成本及校正时间。

以上所述仅为本申请的较佳可行实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

【符号说明】

1 数字模拟转换器

2 数字模拟转换电路

3 开关电路

4 控制电路

21 最低有效位数字模拟转换电路(LDAC)

22 最高有效位数字模拟转换电路(MDAC)

23 校正数字模拟转换电路(CDAC)

24 偏压产生器

25、26 输出端

31 电流源电路

32 检测电路

311、312 晶体管

313、314、322、33、34 开关

321 比较电路

41 数字控制器

42 储存电路

B 节点

G 接地端

Vref 参考电压

Vb 偏压

300 执行方法

S301～S317 步骤

Claims

1.一种数字模拟转换器，操作于一校正模式及一正常模式，包括：

一数字模拟转换电路，具有一第一输出端及一第二输出端，并包括：

多个最高有效位数字模拟转换电路；以及

多个校正数字模拟转换电路，其中，所述多个最高有效位数字模拟转换电路及所述多个校正数字模拟转换电路耦接至该第一输出端及该第二输出端；

一开关电路，包括：

一电流源电路，耦接该第一输出端及该第二输出端，用以于该校正模式中作为一电流镜，以产生该第一输出端与该第二输出端之间的至少一电流差值，并于该正常模式中作为一双直流电流源；以及

一检测电路，用以于该校正模式中检测该至少一电流差值，以产生至少一检测信号，该至少一检测信号对应于所述多个最高有效位数字模拟转换电路中之一；以及

一控制电路，用以于该校正模式中根据该至少一检测信号输出至少一控制信号至所述多个校正数字模拟转换电路，以调整所述多个校正数字模拟转换电路于该第一输出端及该第二输出端的输出电流，其中该电流源电路包括：

一第一晶体管，包括耦接至该第二输出端的一第一端、耦接至接地端的一第二端以及一控制端；

一第二晶体管，包括耦接至该第一输出端的一第一端、耦接至接地端的一第二端以及一控制端，其中该第一晶体管的该控制端耦接于该第二晶体管的该控制端；

一第一开关，耦接于该第一晶体管的该控制端与一第一偏压之间；以及

一第二开关，耦接于该第一晶体管的该控制端与该第一晶体管的该第一端之间。

2.如权利要求1所述的数字模拟转换器，其中，于该校正模式中，该第一开关断开，该第二开关导通，以使该电流源电路作为该电流镜，并产生该第一输出端及该第二输出端之间的该电流差值；于该正常模式中，该第一开关导通，该第二开关断开，以使该电流源电路作为该双直流电流源，并根据该第一偏压提供直流电流。

3.如权利要求1所述的数字模拟转换器，其中，该检测电路包括：

一比较电路，具有一第一输入端及一第二输入端，其中，该第二输入端用以接收一参考电压；以及

一第三开关，耦接于该第一输入端及该第一输出端之间，于该校正模式时，该第三开关导通；于该正常模式时，该第三开关断开。

4.如权利要求1所述的数字模拟转换器，其中，该检测电路包括：

一比较电路，具有一第一输入端及一第二输入端，于该校正模式中，该第一输入端用以从该第一输出端接收一输入电压，该第二输入端用以接收一参考电压，该比较电路用以比较该输入电压及该参考电压以产生该检测信号，其中，该输入电压对应于该电流差值。

5.如权利要求4所述的数字模拟转换器，其中，该检测电路还包括:

6.如权利要求1所述的数字模拟转换器，其中，该检测电路为一模拟数字转换电路，该检测电路用以从该第一输出端接收一输入电压，并转换该输入电压成该检测信号，其中，该输入电压对应于该电流差值。

7.如权利要求1所述的数字模拟转换器，其中该控制电路还包含一储存电路，若该至少一检测信号中的一第一检测信号对应于该电流差值小于一阈值的情形，该控制电路储存对应于该第一检测信号的一第一控制信号于该储存电路中，该第一控制信号是该至少一控制信号中之一。

8.如权利要求7所述的数字模拟转换器，其中该数字模拟转换电路还包括：

一偏压产生器，用以根据一偏压控制信号产生一偏压于所述多个最高有效位数字模拟转换电路中，其中该控制电路根据对应于所述多个最高有效位数字模拟转换电路中的每一者的该第一控制信号产生该偏压控制信号。

9.一种执行方法，应用于一数字模拟转换器，其中，该数字模拟转换器包括一数字模拟转换电路，所述数字模拟转换电路具有一第一输出端及一第二输出端，并包括多个最高有效位数字模拟转换电路及多个校正数字模拟转换电路，该执行方法包括：

进入一校正模式；

校正所述多个最高有效位数字模拟转换电路中的每一者，以得到对应于所述多个最高有效位数字模拟转换电路中的每一者的一第一控制信号，其中该第一控制号用以控制所述多个校正数字模拟转换电路；

根据对应于所述多个最高有效位数字模拟转换电路中的每一者的该第一控制信号以产生一第二控制信号；

根据该第二控制信号产生一偏压于所述多个最高有效位数字模拟转换电路；

校正接收该偏压的所述多个最高有效位数字模拟转换电路中的每一者，以得到对应于所述多个最高有效位数字模拟转换电路中的每一者的一第三控制信号，其中该第三控制号用以控制所述多个校正数字模拟转换电路；

进入一正常模式；

接收一数字输入信号；以及

根据该偏压及对应于所述多个最高有效位数字模拟转换电路中的每一者的该第三控制信号转换该数字输入信号成一模拟输出信号。