数模转换器制造技术

本发明专利技术涉及一种转化电流的数模转换器。该转换器包括：具有由数字寄存器（REG）控制的两个晶体管（T1，T2）的差分支路对，其中数字寄存器由时钟频率触发；和两个电阻负载（R1，R2），其接收差分支路的电流以产生差分电信号，此信号表示转换的模拟结果。转换器包括差分支路电流的两路开关：第一开关（Q1a，Q1b，Q2a，Q2b）在70%至95%时钟周期内使能差分支路电流到负载的传输并在剩余的时间内将这些电流转移出负载；第二开关（Q’1a，Q’1b，Q’2a，Q’2b）交替而且对称地在差分支路和负载之间制造直接连接，然后制造交叉连接。转换器提供具有高频谱纯度的信号并能在输出模拟信号频谱的四个奈奎斯特区，尤其是第二和第三区中以很好的功率水平工作。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】数模转换器
本专利技术涉及转化电流的数模转换器。电流转换器包括多个具有完全一致值或加权值的电流源，优选是加权的以减小电路尺寸；待转换数字信号是二进制字，此字的位用于单独控制不同的源，以使能或阻止电流从每个源流向共有的负载；负载充当模拟加法器，因为在负载端出现的电压取决于注入电流的和，并且表示输入二进制字的模拟值。
技术介绍
实践中，每个电流源提供一对差分支路，即一奇支路和一偶支路；每条支路分别包括一晶体管，集电极电流表示此支路的电流；两个晶体管分别由输入位和其互补位控制。结果，根据输入位的值，一个晶体管导通的同时另一个关断，反之亦然。奇支路的负载对于所有奇支路是共有的，偶支路的负载对于所有偶支路是共有的。已经发现，在此种转换器带来的问题中，改变二进制字时晶体管的切换引入了显著的切换噪声。切换对于所有晶体管是同时的（在时钟的控制下）。然而，不同晶体管的响应时间是广泛分散的。另外，全局响应时间很大程度上取决于连续的两个待转换二进制字的差别。随着为数字数据元素计时的时钟的频率F上升，转换器的线性度和输出信号的频谱纯度会降低。另外，输出信号的功率频谱受限于此切换所用的时钟频率。理论上，此频谱（作为频率的函数的输出信号功率）是具有多重叶片的正弦(x)/x形式的曲线，其在时钟频率附近具有非常高的衰减，并在1.5倍时钟频率上有峰值。因此，对于一些频率范围，很难获得具备足够强度的输出信号，尤其是在时钟频率附近，而且，在所需频率范围内，很难获得其强度与频率无关的输出信号。已经有改进的提议，例如US2006/0022856，其中时钟的半周期被用于避免电流在输入处的二进制字被切换时流向负载。下一个半周期内，新的二进制字在转换器的输入稳固建立，流向负载的电流被再次使能。例如，假设，由周期时钟CLK，CLKb触发，输入字被引入了缓冲寄存器（或“锁存器”），其中CLK表示半周期内时钟的活跃电平，CLKb表示下一个半周期内不活跃的互补电平，在CLK的下降沿用新二进制字装载寄存器，从而在此下降沿之后的CLKb=1的半周期内阻止电流流动，并在随后CLK=1的半周期内再次使能电流流动，而此时新二进制字正在稳定。更精确地说，电流流动的阻止在于，从电阻负载转移电流而不中断奇偶支路晶体管中的此电流。此种转换器被称为RTZ转换器，即归零转换器，因为，在CLK=0的半周期CLKb内，模拟输出信号周期性地经过零点。一方面，因为电流源的开关分散的抑制，输出信号的频谱纯度被改善了，另一方面，输出信号频谱分布地更好，并且在时钟频率附近没有低谷。但是，输出信号的功率更小了。在时钟频率两个半周期内以互补方式运行的转换器也已被提出了。第一半周期内，奇差分支路的晶体管电流被送至奇负载而偶差分支路的电流被送至偶负载。下一个时钟半周期内，晶体管和负载之间的联接交叉，将奇支路的电流送至偶负载，反之亦然；这样，在时钟信号的两个连续半周期内，转换器输出信号传送两个连续的互补模拟值（一个表示二进制字，一个表示互补的字）。某种意义上说，这是模拟输出信号的补充调制，其在使用时解码。某种意义上说，输出信号的功率加倍了，而输出频谱也改变了，尤其是在某些频率加强了功率，所述频率位于时钟频率的一半与时钟频率（甚至更高频率）之间。显然，这种切换模式与RTZ模式不符；前者中，每个时钟半周期内，来自源的电流必须送至负载；后者中，此半周期内电流必须从负载转移（至电源）。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是，在超过两倍时钟频率的宽频率范围内，既获得输出信号的高频谱纯度又获得比现有技术所允许的更高的输出功率，其中时钟频率定义了数字输入信号的刷新速率。为此目的，本专利技术提出，在比时钟半周期短的时间段内使用归零模式，并且将时钟周期的剩余部分分为两部分，在这两部分中，电流源与负载之间的联接交替为直接和交叉联接。本专利技术因此提出了一种数模转换器，所述数模转换器至少具有电流源组；有两个晶体管的差分支路对，其中所述晶体管连接至每个电流源；由频率为F的时钟频率触发的、接收待转换数字数据元素的寄存器，所述寄存器控制所述支路的晶体管，以作为所述待转换数字数据元素的值的函数，从所述电流源切换电流单独至每对差分支路中的一个或另一个；以及一对电阻负载，所述电阻负载接收所述差分支路的电流，以产生差分输出电信号，所述信号的模拟值表示待转换数字数据元素；此转换器还具有开关电路，所述开关电路插入在所述差分支路和所述负载之间，以使能所述差分支路的到达所述负载的电流传送，或从所述负载转移这些电流，其特征在于：-所述开关电路包括，建立按所述时钟频率周期性地转移、之后进行使能操作的装置，所述使能时间与所述时钟周期间的占空比在0.7到0.95的范围内，-所述开关电路包括开关单元，所述开关单元允许所述差分支路和所述负载之间的直接联接或交叉联接，所述开关电路还包括控制所述开关单元的装置，以在所述使能时间的前半段将所述差分支路直接连接至所述负载的输入，并在所述使能时间的后半段按交叉方式连接，以在所述时间的两半之间倒转电输出信号的符号。开关电路从而提供两个不同的功能，这两个功能优选由在差分支路和加法装置之间的两个叠加的单元提供。第一个功能（传送或转移的使能操作）由第一开关单元提供，第二个功能（直接或交叉联接）由第二开关单元提供。各单元可以一个接着一个地、从差分支路到加法装置按顺序或按反序放置，第一单元优选插入到差分支路和第二单元之间。两单元开关电路优选为多对差分支路共有（但优选不为所有差分支路共有；就是说，转换器会具有多个开关电路，每个与一群差分支路对相连），一个群所共有的差分支路在与此群相连的开关电路的输入汇合。开关电路具有与每个差分支路相连的晶体管对，以提供两个差分支路的电流的对称切换。完全一致的辅助电流源优选连接在开关电路和电源端之间，使得即使是连接至无电流流过的差分支路的开关电路晶体管对的那些电流源中也流过非零电流。控制转移的信号的跃迁沿和时钟信号的跃迁沿之间的时间对准优选是可调的；控制差分支路和负载之间的交叉的信号，其跃迁沿之间的时间对准也是如此。当电流源组包括其值的加权是根据二叉加权的电流源时，本专利技术尤其实用：加权导致各个差分支路的晶体管响应时间高度分散，但是本专利技术可以克服此分散的缺点。附图说明下面具体实施方式会公开本专利技术的其他特性和优点，其中涉及的附图为：-图1图示了部分根据现有技术的数模转换器；-图2图示了根据本专利技术的转换器的构成；-图3图示了转换器操作的时序图；以及-图4图示了根据另一实施方式的转换器的构成。具体实施方式图1以简化的形式图示了根据现有技术的归零转换器原理。数字寄存器REG接收二进制字形式的、待转换的数字数据元素。对于每位，寄存器包括两个输出，分别是提供位的奇输出和提供其互补位的偶输出。转换器具有其个数等于待转换字的位数的平行的部分。图中只显示了对应于寄存器的两位的转换器的两部分。只有对应于输出位D及其互补位Db的一部分会被具体描述。不同部分的输出都是电流输出；对于每部分，存在着奇输出E1和偶输出E2；它们是互补的；如果对应的寄存器位被置为1，奇输出提供电流（即，送往差分支路的输入电流），如果寄存器位被置为0则不提供电流；偶输出则相反。不同部分的输出电流根据待转换字每位所分配的权重被加权。从而，每部分的内置电流源具本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数模转换器，所述数模转换器至少具有电流源组；有两个晶体管（T1,T2）的差分支路对，其中所述晶体管连接至每个电流源；由频率为F的时钟频率触发的、接收待转换数字数据元素的寄存器（REG），所述寄存器控制所述支路对的晶体管，以作为所述待转换数字数据元素的值的函数，从所述电流源切换电流单独至每对差分支路中的一个或另一个；以及两个电阻负载（R1,R2），所述电阻负载接收所述差分支路的电流，以产生差分输出电信号，所述信号的模拟值表示待转换数字数据元素；此转换器还具有开关电路，所述开关电路插入在所述差分支路和所述负载之间，以使能所述差分支路的向所述负载的电流传送，或从所述负载转移这些电流，其特征在于：‑所述开关电路包括，建立按所述时钟频率周期性地转移、之后进行使能操作的装置，所述使能时间与所述时钟周期间的占空比在0.7到0.95的范围内，‑所述开关电路包括开关单元，所述开关单元允许所述差分支路和所述负载之间的直接联接或交叉联接，所述开关电路还包括控制所述开关单元的装置，以在所述使能时间的前半段将所述差分支路直接连接至所述负载，并在所述使能时间的后半段按交叉方式连接，以在所述时间的两半之间倒转电输出信号的符号。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.10.21 FR 11595771.一种数模转换器，所述数模转换器至少具有电流源组；有两个晶体管(T1,T2)的差分支路对，其中所述晶体管连接至每个电流源；由频率为F的时钟频率触发的、接收待转换数字数据元素的寄存器(REG)，所述寄存器控制所述支路对的晶体管，以作为所述待转换数字数据元素的值的函数，从所述电流源切换电流单独至每对差分支路中的一个或另一个；以及两个电阻负载(R1,R2)，所述电阻负载接收所述差分支路的电流，以产生差分输出电信号，所述信号的模拟值表示待转换数字数据元素；此转换器还具有开关电路，所述开关电路插入在所述差分支路和所述负载之间，以使能所述差分支路的向所述负载的电流传送，或从所述负载转移这些电流，其特征在于：-所述开关电路包括，建立按所述时钟频率周期性地转移、之后进行使能操作的装置，所述使能时间与所述时钟周期间的占空比在0.7到0.95...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·博雷，M·温根德，E·杜梅因，
申请(专利权)人：E二V半导体公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR