具有局部交错和重采样的数模转换器制造技术

本发明专利技术涉及具有局部交错和重采样的数模转换器。本发明专利技术涉及一种数模转换器和一种用于数模转换的方法，其中所述数模转换器包括至少一个模拟输出单元，所述至少一个模拟输出单元被配置成响应于部分数字输入信号而选择性地生成部分模拟信号。所述模拟输出单元包括模拟输出切换单元和切换逻辑，所述模拟输出切换单元包括：电流源，所述电流源串联连接至重定时开关的第一节点；以及第一切换元件和第二切换元件，所述第一切换元件和第二切换元件都通过第一节点并联连接至所述重定时开关的第二节点，所述切换逻辑被配置成调控所述部分模拟信号朝向模拟单元输出端的传输。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于将数字输入信号转换成模拟信号的数模转换器(简称为DAC)。本专利技术还涉及一种用于数模转换的方法。当今，高速、高动态范围的DAC是以下几者的关键：射频(简称为RF)、用于无线网络和有线网络的信号生成、数字地面电视、蜂窝通信、软件定义无线电、雷达以及测试和测量应用。高速、高动态范围的DAC的使用允许直接的数字合成，而无中间的模拟电路功能(例如，混合器)，使得混合产品较少、杂散信号较少以及信号失真减小。这些DAC允许在测试设备中的新的信号合成应用，特别是当RF信号需要精确的谐波生成达到更高阶(例如五次谐波或更高次谐波)时。
技术介绍
有多种DAC架构。用于特定应用的DAC的可适用性由以下的主要参数确定：物理尺寸、功耗、分辨率、速度、准确度和成本。由于复杂性以及需要精确匹配的部件，DAC大多实现为集成电路(简称为IC)。因此，DAC为一种用于接口数字系统(例如，ASIC和FPGA到模拟电路)的电路，频繁地用于生成任意波形的目的或用于数字合成各种信号。DAC将抽象的有限精度的数(优选地为定点二进制数)转换成物理量(优选地为电压或电流)。特别地，DAC通常用于将有限精度的时间系列数据转换为持续变化的物理信号。已知有用于将数字信号转换成模拟信号的不同技术，这些技术例如脉冲宽度调制器或过采样DAC(例如，Δ-∑DAC或R-2R梯形DAC)，过采样DAC为二进制加权的DAC(其使用电阻器值R和2R的重复的级联结构)、或连续近似循环DAC(其在每一周期期间连续地构建输出)、或温度码DAC等。本专利技术所引用的技术是分段电流模式DAC，其包括DAC的连接到求和单元的用于每一数字级的最高有效位(简称为MSB)的一元编码的电气部件以及用于每一最低有效位(简称为LSB)的二元加权的电气部件。这些精确的电压或电流求和以得到正确的输出值。这是最快速的转换方法之一，但是遭遇了差的准确度，因为对于每一单个电压或电流所需要的高精度以及各个平行部件的所需的时间对齐。通常，那些DAC具有八个或更多个模拟输出单元。那些二元加权的LSBDAC例如被构建为包括并联电阻器网络的开关电阻器DAC。可替选地，那些二元加权的DAC为包括并联电容器网络的开关电容器DAC。本文中所描述的方法基于分段电流模式的方法，该分段电流模式的方法由一元加权的MSBDAC和使用开关电流源的二元加权的LSBDAC组成，基于数字输入从上述开关电流源中选择不同的电流源。这样的DAC例如从US2005/0258992A1、US8912937B2、US8742965B1、US6977602B1以及US6476748B1得知。这些DAC接收数字输入并且产生模拟输出，该模拟输出为数字输入的以电流或电压形式的模拟等值。DAC包括编码器、多个模拟输出单元和求和电路。启用的模拟输出单元生成部分模拟信号。部分模拟信号之后由求和单元组合以产生模拟输出，该模拟输出为数字输入的模拟呈现。根据奈奎斯特-香农采样定理，DAC可以从采样数据重新构建原始信号，条件是该采样数据的带宽满足某种需求。数字采样引入了量化误差，该量化误差表现为被添加到重新构建的信号中的低电平噪声。DAC通常由数字处理电路构成，该数字处理电路驱动多个相同的或匹配的模拟单元电路，这些模拟单元电路的电输出在求和单元中被组合以形成合成的模拟输出信号。相同的或匹配的模拟单元电路的布置为二元加权的模拟电路元件和一元加权的模拟电路元件的组合，其在下文中被称为模拟输出单元，其特性针对输出信号速率、输出信号功率和动态范围而被优化。对于那些具有几十千兆赫的采样速率的DAC，在DAC内的等效模拟输出单元之间的时间毛刺变成对于DAC设计的非常关键的挑战。那些时间毛刺主要由在DAC的输出处的部分模拟信号的误时引起。这些毛刺不会影响用于每一数字输入的模拟输出信号的最终固定值，并且仅仅出现在从一个数字输入到下一个数字输入的转换过程中。因此，时间毛刺破坏了输出信号的光谱含量，由于该毛刺可以被误解为是模拟输出，故这呈现了对于高速应用的重要问题。在US6812878B1中，模拟输出单元被示出为包括电流单元，该电流单元串联连接至一个开关晶体管并且还串联连接至提供了该单元的输出信号的两个时钟晶体管。该时钟晶体管由专用时钟信号驱动，因此用作重定时锁存器以在合适的模拟输出单元的每一模拟输出切换单元的最终阶段中使时间毛刺的影响最小化。该结构的模拟输出单元的缺点在于模拟输出单元的输出信号是归零信号(简称为RZ信号)。该结构导致了有效的RF输出功率被有效地切割成两半的缺点，这是因为对于一半时间，信号输出被设定到零。此外，可以获得模拟输出单元的非混合模式，这是因为时钟晶体管被布置在模拟输出单元处。该结构的另一缺点是以下的事实：在重定时切换之前发生了数据切换。这在处理数据时需要有源重定时开关。这导致了在信令路径上的额外的失真。因此，需要提供一种克服上述的问题的DAC。因此，所需要的DAC包括更严格的相位噪声性能并且可以以高速和高动态范围操作。该DAC应当被用于RF功率信号并且应当应用由于RZ信号输出而导致的无功率浪费。DAC应当不太失真。该DAC应当利用很大数目的模拟输出单元操作。
技术实现思路
上述的问题通过本专利技术的独立权利要求来解决。各个从属权利要求描述了本专利技术的有利的实施方式。根据本专利技术的一个方面，DAC包括至少一个模拟输出单元，所述至少一个模拟输出单元被配置成响应于数字输入信号而选择性地生成部分模拟信号。所述模拟输出单元包括模拟输出切换单元，所述模拟输出切换单元包括电流源，所述电流源串联连接至重定时开关的第一节点。所述模拟输出切换单元还包括第一切换元件和第二切换元件，所述第一切换元件和第二切换元件都通过它们各自的第一节点并联连接至所述重定时开关的第二节点。所述模拟输出单元的模拟输出切换单元还包括切换逻辑，所述切换逻辑被配置成调控所述部分模拟信号朝向模拟单元输出端的传输。模拟输出切换单元中的重定时开关启动电路的输入信号对清零的通用时钟重定时，这实质上消除了DAC信号路径内来自先前的模拟电路的时序毛刺。重定时时钟为有助于DAC的相位噪声的仅有的时钟。重定时开关的使用有利地导致了在模拟单元的输出端处的部分模拟信号的RZ信号类型。该RZ信号具有消除符号间干扰的益处，这减少了码相关失真到达DAC输出信号。由于本专利技术的拓扑结构通过在两个数据切换元件之前布置重定时开关而减小了有关数据处理的需求，故数据在重定时开关停用时被处理。这进一步减小了失真。因此，已知的DAC的上述缺点被完全地抵消了。在优选的实施方式中，所述第一切换元件的第二节点连接至所述第二切换元件的第二节点。这导致了在模拟输出切换单元中布置的切换元件的输出的组合。因此，两个不同的子DAC局部交错以组合从该重定时开关获得的两个RZ信号。因此，RF输出信号有利地在模拟输出单元中再循环，而非通过将其切换至接地电位而浪费一半的RF功率。该结构优选地提供了来自第一切换元件和第二切换元件的部分信号的局部交错。以所描述的方式使用两个切换元件删除了一对所获得的RZ信号边缘，这导致了在输出端处的不归零(简称为NRZ)信号。RZ信号本身具有有效地将输出功率减少一半的效果，这是因为对于一半时间，信号输出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数模转换器，所述数模转换器包括至少一个模拟输出单元，所述至少一个模拟输出单元被配置成响应于数字输入信号而选择性地生成部分模拟信号，其中，所述模拟输出单元包括：模拟输出切换单元，所述模拟输出切换单元包括：电流源，所述电流源串联连接至重定时开关的第一节点；以及第一切换元件和第二切换元件，所述第一切换元件和所述第二切换元件都通过各自的第一节点并联连接至所述重定时开关的第二节点；以及切换逻辑，所述切换逻辑被配置成调控所述部分模拟信号朝向模拟单元输出端的传输。

【技术特征摘要】
2015.07.07 US 62/189,556;2015.08.17 US 14/827,5981.一种数模转换器，所述数模转换器包括至少一个模拟输出单元，所述至少一个模拟输出单元被配置成响应于数字输入信号而选择性地生成部分模拟信号，其中，所述模拟输出单元包括：模拟输出切换单元，所述模拟输出切换单元包括：电流源，所述电流源串联连接至重定时开关的第一节点；以及第一切换元件和第二切换元件，所述第一切换元件和所述第二切换元件都通过各自的第一节点并联连接至所述重定时开关的第二节点；以及切换逻辑，所述切换逻辑被配置成调控所述部分模拟信号朝向模拟单元输出端的传输。2.根据权利要求1所述的转换器，其中，所述第一切换元件的第二节点连接至所述第二切换元件的第二节点。3.根据权利要求1或2所述的转换器，其中，所述重定时开关由不同于数据时钟信号的重定时时钟信号驱动。4.根据权利要求1至3中任一项所述的转换器，其中，所述切换逻辑将第一时钟同步数字数据信号和第二时钟同步数字数据信号提供给所述模拟输出切换单元，以调控所述部分模拟信号的传输。5.根据权利要求4所述的转换器，其中，所述第一时钟同步数字数据信号的相位通过反相器而与所述第二时钟同步数字数据信号的相位反向。6.根据权利要求5所述的转换器，其中，所述反相器通过模式选择信号启用。7.根据权利要求1至6中任一项所述的转换器，其中，所述模拟输出单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉杜·费舍，费伊·荣格，马克·莱纳，
申请(专利权)人：罗德施瓦兹两合股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE