自校准数模转换器制造技术

本发明专利技术涉及自校准数模转换器。一种数模转换器具有输出端。模数转换器感测该数模转换器的该输出端处的电压并且生成数字电压信号。源失配估计器对该数字电压信号进行处理以便输出指示该数模转换器内的电流源失配的误差信号。误差代码生成器从该误差信号中生成数字校准信号。通过冗余数模转换器将该数字校准信号转换为模拟补偿信号以便施加于该模数转换器的输出端以抵消电流源失配的影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及数模转换器(DAC)电路，并且具体地涉及对数模转换器的校准。
技术介绍
高频数模转换器(DAC)对现代通信系统(像DOCSIS、WiHD等)来说是必不可少的部件。实际上，DAC性能需求随着这些现代标准的每次更新换代而增加。更具体地，对于高速应用和高分辨率应用，优选电流导引DAC。电流导引DAC通过在时钟沿上施加数字数据序列来工作，以便控制或导引输出差分晶体管对的两个分支之间的电流。因此，产生了与输入的数字序列成正比的电流并且其被传递通过多个差分负载电阻器以便生成模拟输出电压。此电流导引过程涉及与连接至输出端的多个晶体管开关相耦接的电流源。通过电流源以及这些电流导引开关的失配来确定被传送至输出端的电流。对于电流导引数模转换器的设计，有三个主要要素主导转换器的性能：a)这些电流源的权重的准确性，因为每个权重表示与二进制序列的输入位相对应的二进制权重或测温权重；b)在电流信号路径中的多个关键节点处的总寄生电容；以及c)控制信号时序失配和符号间干扰，因为不是每个开关都在每个时钟转变上都被触发(这使得输出电压对输出信号的频率敏感并且引起在较高输出频率上的失真)。权重准确性问题负责DAC设计的静态性能或DC性能。寄生电容问题负责DAC的高频性能。电流源失配误差通过增大用于制作电流源的晶体管面积而减少。然而，对于增大晶体管的面积，存在节点电容同样成比例地增大的折衷。因此，在使用较大晶体管作为电流源时，高频性能被降低。相应地，需要最小化在电流导引实现中电流源所占用的面积以便为了良好的高频性能而减小寄生电容。然而，电流源的面积的减小增大了所产生的与用于电流导引的那些开关晶体管的失配，此因素变成影响电流源的准确性的更加主导的分量。还存在与这种架构中的符号间干扰相关的问题，因为不是所有的二进制电流源每次都将切换，所以一些电容节点需要时间来稳定下来，并且一些未稳定的节点具有记忆效应，导致动态性能降级。为提高DAC的动态性能并且消除符号间干扰，而是使用两对开关进行电流导引。这种类型的DAC电路配置在本领域中被称为四开关电路。四开关配置的设计确保了对于所有的电容节点在每个时钟周期都存在一定切换，并且因此，所有的节点在所有的输出频率上都表现出相同的行为。然而，四个开关具有一定的失配，并且在被接通时它们在这些节点处引入了不同的电压。由于这些电流源现在都是小晶体管，这些器件看到漏源电压的变化，并且因此，在降级静态性能的每个时钟相位期间电流发生变化。相应地，需要对电流源以及所包括的开关晶体管进行校准。数模转换器是本领域中众所周知的电路。以下引用展示并描述了当前最新的数模转换器的示例：W.曾(W.Tseng)等人，“在高达500MHz的具有>70dBSFDR的90nmCMOS中的12位1.25GS/sDAC(A12b1.25GS/sDACin90nmCMOSwith>70dBSFDRupto500MHz)”，ISSCC2011；吉尔·恩格尔(GilEngel)等人，“2.9GHz上具有66dBACLR的0.18μmCMOS中的14位3/6GHz电流导引RFDAC(A14b3/6GHzCurrent-SteeringRFDACin0.18μmCMOSwith66dBACLRat2.9GHz)”，ISSCC2012；W.林(W.Lin)等人，“在整个奈奎斯特带宽之上具有>70dBSFDR的40nmCMOS中的12位1.6GS/s40mWDAC(A12b1.6GS/s40mWDACin40nmCMOSwith>70dBSFDRoverEntireNyquistBandwidth)”，ISSCC2013；布莱恩·勃兰特(BrianBrandt)等人，“用于缆线头端系统的0.18μmCMOS中的14位4.6GS/sRFDAC(A14b4.6GS/sRFDACin0.18μmCMOSforCableHead-EndSystems)”，ISSCC2014；汉斯·费尔德(HansVandeVel)等人，“高达600MHz的具有<-80dBcIM3的65nmCMOS中的240mW16位3.2GS/sDAC(A240mW16b3.2GS/sDACin65nmCMOSwith<-80dBcIM3upto600MHz)”；以及美国专利号8,125,361。通过引用结合这些引用的披露。
技术实现思路
实施例与数模转换器(DAC)中用于解决电流导引实现中所使用的电流源和四个开关的静态误差的校准操作的性能有关。模数转换器对DAC输出进行采样，其中，这些数字样本由数字控制的闭环配置中的数字校准逻辑进行处理以便针对每个时钟相位生成纠错码。以双倍速率运行的冗余DAC将这些纠错码转换为相应的模拟电压，这些模拟电压在两个不同的相位中被施加到DAC输出端上以便校正失配。在实施例中，一种电路包括：多个电流源单元，这些电流源单元耦接至输出端并且各自被配置成用于响应于对数字数据的数模转换而生成输出电流，所述多个输出电流之和产生输出电压；以及校准电路。该校准电路包括：训练代码生成器，该训练代码生成器被配置成用于生成第一训练代码和第二训练代码以便作为所述数字数据施加于该多个电流源单元，该第一训练代码和该第二训练代码被配置成用于隔离这些电流源单元中的一个选定的电流源单元(在示例实现方式中，及其相应的四开关对)；模数转换器，该模数转换器被配置成用于响应于该第一训练代码和该第二训练代码中的每一个而对该输出电压进行采样，并且生成相应的第一数字电压信号和第二数字电压信号；源失配电路，该源失配电路被配置成用于确定该第一数字电压信号与该第二数字电压信号之间的差值，所述差值指示这些电流源单元中的该选定一个的电流源单元中的电流源失配(和开关失配)；误差代码生成器，该误差代码生成器被配置成用于响应于所述差值而生成数字校准信号；以及冗余数模转换器，该冗余数模转换器被配置成用于将该数字校准信号转换为模拟补偿信号以便施加于所述输出端。在实施例中，一种电路包括：模数转换器，该模数转换器被配置成用于感测数模转换器的输出端处的电压并且生成数字电压信号；源失配估计器，该源失配估计器被配置成用于处理该数字电压信号以便输出对该数模转换器内的电流源失配(以及所包括的开关失配)进行指示的误差信号；误差代码生成器，该误差代码生成器被配置成用于处理该误差信号并生成数字校准信号；以及冗余数模转换器，该冗余数模转换器被配置成用于将该数字校准信号转换为模拟补偿信号以便施加于该模数转换器的输出端以抵消电流源失配的影响。在实施例中，一种方法包括：响应于对数字数据的数模转换而在耦接至输出端的多个电流源单元中的每个电流源单元处生成输出电流，所述多个输出电流之和产生输出电压；以及执行校准。该校准包括：生成第一训练代码和第二训练代码以便作为所述数字数据施加于该多个电流源单元，该第一训练代码和该第二训练代码被配置成用于隔离这些电流源单元中的一个选定的电流源单元(在示例实现方式中，及其相应的四开关对)；响应于该第一训练代码和该第二训练代码中的每一个而转换该输出电压以生成相应的第一数字电压信号和第二数字电压信号；计算该第一数字电压信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电路，包括：多个电流源单元，所述多个电流源单元耦接至输出端并且各自被配置成用于响应于对数字数据的数模转换而生成输出电流，所述多个输出电流之和产生输出电压；以及校准电路，所述校准电路包括：训练代码生成器，所述训练代码生成器被配置成用于生成第一训练代码和第二训练代码以便作为所述数字数据施加于所述多个电流源单元，所述第一训练代码和所述第二训练代码被配置成用于隔离所述多个电流源单元中的一个选定的电流源单元；模数转换器，所述模数转换器被配置成用于响应于所述第一训练代码和所述第二训练代码中的每一者而对所述输出电压进行采样并且生成相应的第一数字电压信号和第二数字电压信号；差分电路，所述差分电路被配置成用于确定所述第一数字电压信号与所述第二数字电压信号之间的差值，所述差值指示所述多个电流源单元中的所述一个选定的电流源单元中的失配；误差代码生成器，所述误差代码生成器被配置成用于响应于所述差值和所述数字数据而生成数字校准信号以便由所述多个电流源单元进行数模转换；以及冗余数模转换器，所述冗余数模转换器被配置成用于将所述数字校准信号转换为模拟补偿信号以便施加于所述输出端。

【技术特征摘要】
2015.06.26 US 14/751,4561.一种电路，包括：多个电流源单元，所述多个电流源单元耦接至输出端并且各自被配置成用于响应于对数字数据的数模转换而生成输出电流，所述多个输出电流之和产生输出电压；以及校准电路，所述校准电路包括：训练代码生成器，所述训练代码生成器被配置成用于生成第一训练代码和第二训练代码以便作为所述数字数据施加于所述多个电流源单元，所述第一训练代码和所述第二训练代码被配置成用于隔离所述多个电流源单元中的一个选定的电流源单元；模数转换器，所述模数转换器被配置成用于响应于所述第一训练代码和所述第二训练代码中的每一者而对所述输出电压进行采样并且生成相应的第一数字电压信号和第二数字电压信号；差分电路，所述差分电路被配置成用于确定所述第一数字电压信号与所述第二数字电压信号之间的差值，所述差值指示所述多个电流源单元中的所述一个选定的电流源单元中的失配；误差代码生成器，所述误差代码生成器被配置成用于响应于所述差值和所述数字数据而生成数字校准信号以便由所述多个电流源单元进行数模转换；以及冗余数模转换器，所述冗余数模转换器被配置成用于将所述数字校准信号转换为模拟补偿信号以便施加于所述输出端。2.如权利要求1所述的电路，其中，每个电流源单元包括：四开关电路；以及控制解码电路，所述控制解码电路响应于所述数字数据的数据位和时钟信号而操作以控制所述四开关电路内的电流导引。3.如权利要求1所述的电路，进一步包括多路复用器，所述多路复
\t用器具有被配置成用于接收数据输入信号的第一输入端以及被配置成用于接收所述多个训练代码的第二输入端，所述多路复用器操作以在转换操作模式下选择性地将所述数据输入信号传递至所述多个电流源单元并且在校准操作模式下选择性地将所述多个训练代码传递至所述多个电流源单元。4.如权利要求3所述的电路，进一步包括数据解码器电路，所述数据解码器电路耦接于所述多路复用器的输出端与所述多个电流源单元之间，所述数据解码器电路被配置成用于对所述选择性地传递的数据输入信号或训练代码中的某些位进行解码以便生成所述数字数据的多个位。5.如权利要求1所述的电路，其中，所述误差代码生成器在生成所述数字校准信号时执行偏移校正和增益旋转两者。6.一种电路，包括：模数转换器，所述模数转换器被配置成用于感测数模转换器的输出端处的电压并且生成数字电压信号；失配估计器，所述失配估计器被配置成用于处理所述数字电压信号以便输出指示所述数模转换器内的失配的误差信号；误差代码生成器，所述误差代码生成器被配置成用于处理所述误差信号并生成数字校准信号；以及冗余数模转换器，所述冗余数模转换器被配置成用于将所述数字校准信号转换为模拟补偿信号以便施加于所述模数转换器的输出端以抵消所述失配的影响。7.如权利要求6所述的电路，进一步包括包含多个电流源单元的所述数模转换器，所述多个电流源单元各自被配置成用于响应于所接收的数字数据而生成输出电流。8.如权利要求7所述的电路，其中，每个电流源单元包括：四开关电路；以及控制解码电路，所述控制解码电路响应于数据位和时钟信号而操作以控制所述四开关电路内的电流导引。9.如权利要求6所述的电路，进一步包括：训练代码生成器，所述训练代码生成器被配置成用于生成第一训练代码和第二训练代码以便施加于所述数模转换器并且由其进行转换，所述第一训练代码和所述第二训练代码被配置成用于隔离特定的电流源失配来源。10.如权利要求9所述的电路，其中，所述模数转换器响应于所述第一训练代码和所述第二训练代码中的每一者而对所述数模转换器的输出进行采样并且生成相应的第一数字信号和第二数字信号，并且其中，所述失配估计器确定所述多个数字信号之间的差值以生成所述误差信号。11.如权利要求9所...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·N·辛格，S·S·B·卡勒鲁，A·巴尔，M·辛格，R·马利克，
申请(专利权)人：意法半导体国际有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL