数字/模拟转换的方法与相关装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种进行数字／模拟转换的方法与相关装置。要根据一数值Ｄ的数字输入来产生对应的模拟信号输出时，本发明专利技术在Ｍ个分别可选择性提供一正电流或一负电流的转换元件中，根据Ｐａ－Ｎａ＝Ｄ、Ｐａ＋Ｎａ＝Ｍ，（Ｍ－１）或（Ｍ＋１）这两个公式来算出数值Ｐａ及Ｎａ，以使Ｐａ个转换元件分别提供其对应的正电流，同时使Ｎａ个转换元件分别提供其对应的负电流，以集合上述这些转换元件所提供的正负电流来合成出对应的模拟信号输出。由于本发明专利技术可动态调整各个转换元件中正负电流的不平衡与各转换元件间的不匹配，故本发明专利技术特别适用于过取样的数字／模拟转换系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术提供一种进行数字/模拟转换的方法与相关装置，尤其指一种能在过取样(over-sampling)的数字/模拟转换系统中实现较佳动态元件匹配(dynamic element matching)的数字/模拟转换方法与相关装置。
技术介绍
由于半导体技术的日趋成熟，各种资料、数据、文字及音像信息都能以电子信号的方式来快速地处理、传输与存储，而各种进行电子信号处理的电子电路也就成为现代信息社会不可或缺的硬件基础。如可在数字与模拟电子信号间进行转换的数字/模拟转换系统，就已经被广泛运用于通讯、音像视听装置与音响等应用，成为电子产业研发的重点之一。数字/模拟转换系统可概分为两大类，一种是尼奎斯特(Nyquist)取样频率的数字/模拟转换系统，另一种则是过取样的数字/模拟转换系统。如熟悉技术者所知，要对一信号取样时，理想的取样频率(尼奎斯特频率)需大于该信号最高频的两倍，这也就是所谓的取样定律。依据此取样频率所设计的数字/模拟转换系统即为尼奎斯特取样频率的数字/模拟转换系统。相对地，近年来快速发展的和差分转换器(sigma-delta converter)，则属于过取样的数字/模拟转换系统。在此种系统中，取样频率会远高于取样定律所定义的尼奎斯特频率(譬如说是尼奎斯特频率的百倍以上)，以有效地利用较为经济的电路来实现较高的转换解析度。一般来说，数字/模拟转换系统中均设有一核心的数字/模拟电路及相关的转换控制逻辑，以根据一数字输入的数值内容来提供一对应的模拟信号输出。此数字/模拟电路中可设有多个转换元件，各个转换元件可选择性地提供1单位的电流量(可以是电压或电流)，或是关断而不提供电流。根据数字输入的数值来导通对应数目的转换元件，就可合成出对应的模拟信号输出。举例来说，若数字输入为二进位的「011」，代表数值3，就可在数字/模拟电路中使3个转换元件分别提供其电流(并使其他转换元件停止提供电流)，以集合3个转换元件总共所提供的3单位电流来做为数字/模拟电路的模拟信号输出。在某些数字/模拟的应用中，数字输入的数值内容会有正(positive)与负(negative)的分；对应地，在此类应用下的数字/模拟电路中，其各个转换元件也可选择性地提供1单位的正电流(positive electricity)、1单位的负电流(negative electricity)或是零态电流(zeroelectricity)(也就是不提供电流，或是提供的净电流为零)，分别用来对应于数字输入中的数值+1、-1与0。集合各个转换元件所提供的正电流、负电流或零态电流，就能合成正负有别的模拟信号输出。举例来说，在公知技术中，若数字输入的数值为4(正数值4)，公知的数字/模拟电路会使4个转换元件分别提供各1单位的正电流来合成出4单位的正电流模拟信号输出(而其他转换元件则提供零态电流)。相对地，若数字输入的数值为-2(负的数值2)，公知技术就会使2个转换元件分别提供1单位的负电流(其他转换元件则提供零态电流)，以合成出2单位的负电流信号输出。由于此种转换元件其可选择性地提供正电流、负电流以及零态电流，故也被称为三态(3-level)转换元件。三态转换元件可利用切换电容(switch capacitor)或正负电流源的技术来实际实现。在切换电容技术下的转换元件会设有一个电容，选择性地将此电容切换连接于一个正偏置电压、一个负偏置电压或一共模零态电流压，就能使该电容选择性地提供一正电流压、一负电流压或零电压做为其对应的正电流、负电流与零态电流。以正负电流源的技术来实现的转换元件会设有两个电流源，可向同一节点分别提供方向不同的电流；选择其中一个电流源导通电流(而另一个不导通)，就可使该转换元件选择性地提供正负不同的电；两个电流源同时导通或同时不导通，就可提供零态电流。不过，不论是以切换电容或是正负电流源技术所实现出来的数字/模拟电路，都会有转换元件间不匹配(mismatch)的问题。在理想的情况下，数字/模拟电路中各个转换元件应该都能提供1单位的正电流(或负电流)，但由于制造工艺上的差异，不同转换元件实际所能提供的电流都会有某种差异而无法完全地相互匹配；譬如说，某个转换元件实际提供的是1.05单位的电流，而另一个转换元件实际提供的则是0.98单位的电流。这样一来，在集合各个转换元件的电流以合成出模拟信号输出时，其输出的电流就会和理想值有所差异，造成不匹配误差。除了转换元件彼此不匹配所导致的误差之外，三态转换元件还会有增益误差。也就是说，每个三态转换元件中所提供的正负电流可能也无法完全匹配。理想上，每一个三态转换元件能选择性地提供1单位的正电流与1单位的负电流；但在实作时，同一个转换元件所提供的正负电流还是会有幅度上面的差异。举例来说，同一个三态转换元件可能可提供1.02单位的正电流，但仅能提供0.96单位的负电流。这样一来，就会造成增益误差(gain error)。当该转换元件要根据数值1的数字输入而提供输出信号电时，实际提供了1.02单位的正电流输出信号，其增益可计算为1.02/1；但当该转换元件要根据数值-1的数字输入而提供输出信号电时，实际提供的则是0.96单位的负电流，其增益为0.96/1。这就代表该转换元件在根据正负输入而提供信号输出电时会有增益方面的不平衡，成为增益误差。在以正负电流源技术实现的三态转换元件中，此种增益误差会较为明显，因为同一转换元件中的正负电流源常会以不同型式的晶体管(譬如说是n型与p型金属氧化物半导体晶体管)来实现，较难在正负电流源间达成完美的平衡与匹配。对于转换元件间的不匹配，已经有某些公知技术能降低其影响。举例来说，当应用于过取样的数字/模拟转换系统中，公知的数字/模拟电路可应用动态元件匹配(DEM，Dynamic Element Matching)技术，以使用不同的转换元件来合成模拟信号输出，进而降低转换元件不匹配的影响。然而，对于各个转换元件中正负电流不平衡所导致的增益误差，公知技术就难以降低其影响了。在数字/模拟转换系统中，多半的公知技术均在降低转换元件间不匹配的误差，却无法有效解决同一转换元件中正负电流不平衡所导致的增益误差，这也降低了数字/模拟转换系统的误差抵抗力，使公知的数字/模拟转换系统无法取得较佳的信噪比。
技术实现思路
因此，本专利技术提供一种能同时降低增益误差与不匹配误差的数字/模拟转换方法与相关装置，以增进数字/模拟转换系统的误差抵抗力，取得较佳的信噪比。本专利技术尤其适用于正负电流源技术下的过取样数字/模拟转换系统，以随着过取样频率而将增益误差与不匹配误差变为高频的误差，使这两种误差的分布频带会在正常信号的频带之外，以在正常信号频带中取得较佳的信噪比。本专利技术可实现于M个三态转换元件的数字/模拟电路上；各个转换元件可选择性地提供对应的一正电流、一负电流及零态电流。当要将一数值D的数字输入转换为对应的模拟信号输出时，本专利技术会先决定出一数值S，并根据Pa-Na＝D、Pa+Na＝S这两个等式来计算出两个数值Pa、Na。接下来，就可使Pa个转换元件提供正电流，同时使Na个转换元件提供负电流，以合成出对应于数值D的模拟信号输出。其中，若数值M为偶数(具有偶数个转换元件)且数字输入的数值D同为偶数，则是使数值S本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字模拟转换系统，包括有：一输入电路，用以提供一数字输入（Ｄ）；一数字模拟电路，包含有多个（假设为Ｍ）三态转换元件，其中该三态转换元件可提供一单位的正电流，或是一单位的负电流，或是同时提供正负电流，或是不提供正电流与负电 流；一调整电路，连接至该输入电路，用以决定一第一数值（Ｓ）；以及一分配模块，连接于该输入电路以及该数字模拟电路间，包含有一第一分配电路，以及一第二分配电路，用以根据该第一数值利用预设的轮替顺序控制多个该三态转换元件分别提供正 电流或负电流或不提供电流。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：颜永智，
申请(专利权)人：威盛电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]