多电平电容性DAC制造技术

一种电荷转移类型的数/模转换器DAC可在ΣΔ调制器中用于产生N个输出电平，其中输出电平是通过由所述DAC转移的电荷的相应量定义的。所述DAC具有：第一电容器开关单元，其接收参考电压及第一数字输入值以转移第一输出电荷；至少一个第二电容器开关单元，其接收所述参考电压及第二数字输入值，其中所述第二电容器开关单元的输出与所述第一电容器开关单元的输出并联耦合以产生第一与第二经转移输出电荷的和；及定序器，其控制所述第一及第二电容器开关单元的开关，其中针对每一DAC输入值提供根据个别第一及第二数字输入值的切换序列以产生所述N个输出电平。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】多电平电容性DAG相关串请案的交叉参考本申请案主张于2013年3月11日提出申请的第61/776，620号美国临时申请案的权益，所述美国临时申请案的全文并入本文中。
本专利技术涉及一种电荷转移的数/模转换器(DAC)，特定来说涉及此DAC在Σ Δ调制器中的用途。本专利技术还涉及一种使用最小数目个电容器及最小动态元件匹配序列的多电平电容性DAC。
当今，在用于消费型应用、工业应用等的电子器件中广泛使用模/数转换器。通常，模/数转换器包含用于接收模拟输入信号并输出与所述模拟输入信号成比例的数字值的电路。此数字输出值通常呈并行字组或串列数字位串的形式。存在例如电压/频率转换、电荷重新分布、A调制以及其它方案的许多类型的模/数转换方案。通常，这些转换方案中的每一者具有其优点及缺点。已目睹日益增加使用的一种类型的模/数转换器是切换式电容器Σ-Δ转换器。如同许多模/数转换器，切换式电容器Σ-Δ转换器在如图1中所展示的反馈环路中使用数/模转换器DAC且无法比所述数/模转换器更线性。输入信号U馈送到环路滤波器。环路滤波器的输出信号Y转发到提供输出位流V的量化器。此位流V馈送回到DAC，DAC的输出馈送回到环路滤波器。因此，需要极具线性的数/模转换器以便实现完全线性的模/数转换。然而，对于在Σ-Δ转换器的反馈环路中使用的数/模转换器，不需要高分辨率:数/模分辨率可与过取样比率交换，代价为较长转换时间。两电平数/模转换器为固有线性的且因此并非为Σ-Δ转换器的准确度的限制性因素。因此，在Σ-△模/数转换器中，其为标准方法。举例来说，此类A/D转换器揭示于以下文章中:在IEEE国际固态电路会议37(1994) ( 二月，美国纽约)中，马克A.亚历山大(Mark A.Alexander)、赫沙姆.穆哈杰拉(Hessam Mohajeri)及贾斯廷 0.彭云鹏(Justin0.Prayogo)的“具有提供-97..4dB THD的集成抽取滤波器的192ks/s的Σ - Δ ADC (A192ks/s Sigma-Delta ADC with integrated Decimat1n Filters Providing-97..4dBTHD)”；及在音响工程协会39 (1991)的AES期刊(七月/八月，第7/8号，美国纽约)中，R.W.亚当斯(R.ff.Adams)、P.F.弗格森(P.F.Ferguson)、Α.甘尼申(A.Ganesan)、S.万瑟莱(S.Vincelette), A.沃尔普(A.Volpe)及 R.利伯特(R.Libert)的“五阶 Σ-ΔΑ/D 转换器的理论及实际实施方案(Theory and Practical Implementat1n of a fifth-OrderSigma-Delta A/D Converter)”。依据受让于申请人的美国专利US7，102，558，还知晓五电平反馈数/模转换器，所述美国专利借此以引用方式并入本文中。在Σ △转换器中，如果调制器由切换式电容器制成，那么通常使用电容性电荷转移的DAC来实现所述调制器的反馈。多位架构具有包含较少量化噪声、较大稳定性、对闲置频调的较小敏感性以及较好失真行为的良好优点。由于DAC输出驻留于调制器的输入处，因此DAC的不准确度直接传输到信号且难以补偿。因此，能够实现具有尽可能多电平的线性DAC为至关重要的(制成多电平快闪ADC为较容易的，这是因为在Σ Δ调制器中，其不需要具有与DAC在其处于信号链的末端时一样的准确度)。具有5个以上电平的多电平DAC需要多个电容器及动态元件匹配以能够在两个相中传送信号(基于切换式电容器的大多数Σ Δ调制器具有两个相，一者用于取样信号，一者用于将信号传送到下一级)。这些多电平DAC通常实现为电荷转移的DAC。在这些类型的DAC中，每一输出电平是由转移到DAC的输出的不同电荷量来定义的。因此，电荷转移的DAC转移电荷且因此以不同于电压或电流DAC的方式操作。
技术实现思路
根据各种实施例，Σ △模/数转换器可具备具有比常规电荷转移的DAC多的电平的电荷转移类型的多电平DAC，所述多电平DAC在具有最小数量的匹配及不匹配电容器的此类转换器中使用，其中使用相当简单的动态匹配技术。根据实施例，一种供在Σ Δ调制器中用于产生N个输出电平的电荷转移类型的数/模转换器(DAC)，其中输出电平是通过由所述DAC转移的电荷的相应量来定义，所述DAC可包括:第一电容器开关单元，其接收参考电压及第一数字输入值且可操作以转移第一多个输出电荷；至少一个第二电容器开关单元，其接收所述参考电压及第二数字输入值，其中所述第二电容器开关单元的输出与所述第一电容器开关单元的输出并联耦合以产生所述第一多个经转移输出电荷与来自所述第二电容器开关单元的第二多个经转移输出电荷的和；及定序器，其可操作以控制所述第一及第二电容器开关单元的切换，其中针对每一 DAC输入值提供根据个别第一及第二数字输入值的切换序列以产生所述N个输出电平。根据又一实施例，所述切换序列可经选择使得由相应第一及第二多个经转移输出电荷产生的所述N个输出电平中的至少一者与所述第一及第二电容器开关单元的所述电容器的和成比例。根据又一实施例，针对所述N个输出电平中的与所述第一及第二电容器开关单元的所述电容器的和不成比例的每一输出电平，可提供至少一个替代切换序列以转移相应电荷，其中通过改变所述第一及/或第二电容器开关单元的相关联切换序列使具有相同值的循序DAC输入值的平均DAC输出电荷与所述第一及第二电容器开关单元的所述电容器的和成比例。根据又一实施例，切换序列可包括取样相、后续接着转移相。根据又一实施例，多个切换序列可用以产生与所述第一及/或第二电容器开关单元的一个DAC输入值相关联的经转移输出电荷且所述定序器经配置以借助伪随机算法而随机排列所述多个切换序列的次序。根据又一实施例，切换序列可包括取样相、后续接着转移相，且其中电压参考是由在所述取样相与所述转移相之间双态切换的斩波器电压参考而产生。根据又一实施例，所述DAC可经配置以产生7个输出电平。根据另一实施例，Σ Δ调制器可包括此DAC，且进一步包括电容性输入开关单元，所述电容性输入开关单元接收输入信号且所述电容性输入开关单元的输出与所述并联耦合的电容性开关单元的输出并联耦合。根据所述Σ Δ调制器的又一实施例，所述电容性输入开关单元转移具有增益A的输出电荷。根据所述Σ Δ调制器的又一实施例，所述Σ Δ调制器可进一步包括与所述第一电容器开关单元并联耦合的多个第二电容器开关单元。根据所述Σ Δ调制器的又一实施例，所述Σ Δ调制器可进一步包括将所述电容性开关单元与所述电容性输入开关单元的所述并联耦合的输出与差分放大器耦合的切换网络。根据再一实施例，一种用于借助于电荷转移类型的数/模转换器(DAC)产生N个输出电平的方法，所述方法可包括:由接收参考电压的第一电容器开关单元通过以下操作产生多个输出电荷中的由第一数字输入值定义的第一输出电荷:根据由所述第一数字输入值定义的至少一个预定义切换序列控制第一切换序列以转移多个输出电荷中的所述第一者；由接收所述参考电压的第二电容器开关单元通过以下操作产生多个输出电荷中的由第二数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种供在ΣΔ调制器中用于产生N个输出电平的电荷转移类型的数/模转换器DAC，其中输出电平是通过由所述DAC转移的电荷的相应量来定义的，所述DAC包括：第一电容器开关单元，其接收参考电压及第一数字输入值，且可操作以转移第一多个输出电荷；至少一个第二电容器开关单元，其接收所述参考电压及第二数字输入值，其中所述第二电容器开关单元的输出与所述第一电容器开关单元的输出并联耦合以产生所述第一多个经转移输出电荷与来自所述第二电容器开关单元的第二多个经转移输出电荷的和；以及定序器，其可操作以控制所述第一及第二电容器开关单元的切换，其中针对每一DAC输入值提供根据个别第一及第二数字输入值的切换序列以产生所述N个输出电平。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：文森特·奎奎姆普瓦，
申请(专利权)人：密克罗奇普技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US