一種低增益誤差電流舵型數模轉換器、晶片及通信終端的製作方法

2023-05-08 04:27:06

本發明涉及一種數模轉換器，尤其涉及一種低增益誤差電流舵型數模轉換器，同時也涉及包括該低增益誤差電流舵型數模轉換器的集成電路晶片及相應的通信終端，屬於模擬集成電路技術領域。

背景技術：

數模轉換器是聯通數位訊號與模擬信號的橋梁，被廣泛應用在數模混合信號系統中。通常，採用電流舵型數模轉換器來實現數位訊號與模擬信號的轉換，電流舵型數模轉換器由於電流匹配程度高，因而能實現很高的轉換精度。

圖1所示為現有的一種電流舵型數模轉換器的基本結構，其主要由若干個電流源和若干個電流選通開關組成。在現有技術中，對於n(n為正整數，下同)位的數模轉換器，該電流舵型模數轉換器採用n個電流值以二進位編碼的電流源，這些電流源分別通過電流選通開關連接至負載電阻上，電流選通開關在輸入編碼b的控制下將所有電流源匯總為iout+和iout－兩條電流支路。這樣兩條電流支路流向負載電阻即形成差分輸出電壓vout+和vout－，差分輸出電壓的表達式如下式所示：

由公式(1)可知，該電流舵型數模轉換器的差分輸出電壓的範圍(增益)受電流源i0～in和負載電阻rload的精度控制。在集成電路工藝中，電流源的精度也是受到電阻器件的精度控制的。因此，該電流舵型數模轉換器的增益特性是受到電阻器件精度控制的。然而，電阻器件的絕對精度是很難保證的，導致該電流舵型數模轉換器的增益特性極大地受限於電阻器件的精度，使其具有較大的增益誤差，從而限制了電流舵型數模轉換器的應用範圍。

技術實現要素：

本發明所要解決的首要技術問題在於提供一種低增益誤差電流舵型數模轉換器。

本發明所要解決的另一技術問題在於提供一種包括該低增益誤差電流舵型數模轉換器的集成電路晶片及相應的通信終端。

為了實現上述發明目的，本發明採用下述的技術方案：

根據本發明實施例的第一方面，提供一種低增益誤差電流舵型數模轉換器，包括共模檢測電路、電流源電路、編碼電路、控制開關陣列、第一電流支路、第二電流支路、負載電阻；所述共模檢測電路的輸出端與所述電流源電路連接，所述電流源電路、所述編碼電路分別與所述控制開關陣列連接，所述控制開關陣列分別與所述第一電流支路、所述第二電流支路連接，所述第一電流支路、所述第二電流支路與相應的所述負載電阻的一端連接，所述負載電阻的另一端接地，第一輸出電壓、第二輸出電壓以及共模電壓分別與所述共模檢測電路的輸入端連接。

其中較優地，所述電流源電路由n個電流源陣列組成，所述電流源陣列的輸出電流值採用二進位編碼形式，其中n為正整數。

其中較優地，所述電流源電路為n個共源共柵電流鏡電流源，所述n個共源共柵電流鏡電流源由an個pmos電晶體和與其對應相連的bn個pmos電晶體組成，其中a、b為正整數。

其中較優地，在an個所述pmos電晶體中，每個所述pmos電晶體的源極分別與電源電壓連接，每個所述pmos電晶體的柵極分別與所述共模檢測電路的輸出端連接，每個所述pmos電晶體的漏極與bn個所述pmos電晶體中對應的所述pmos電晶體的源極連接；

在bn個所述pmos電晶體中，每個所述pmos電晶體的柵極分別與偏置電壓連接，每個所述pmos電晶體的漏極分別與所述控制開關陣列對應的控制開關連接。

其中較優地，所述控制開關陣列由n個所述控制開關陣列組成，所述控制開關為單刀雙擲開關或選通開關，所述單刀雙擲開關的正端與所述第一電流支路連接，所述單刀雙擲開關的負端與所述第二電流支路連接，所述選通開關分別與所述第一電流支路、所述第二電流支路對應連接。

其中較優地，所述編碼電路採用n位控制碼，所述控制碼為二進位數位訊號，通過所述二進位數位訊號控制所述控制開關陣列中相應的控制開關與所述第一電流支路或所述第二電流支路聯通，實現使所述低增益誤差電流舵型數模轉換器輸出所述第一輸出電壓或所述第二輸出電壓。

其中較優地，所述共模檢測電路用於檢測所述第一輸出電壓與所述第二輸出電壓，當所述第一輸出電壓或所述第二輸出電壓高於共模電壓時，所述共模檢測電路控制所述電流源電路輸出的電流變小以降低所述第一輸出電壓或所述第二輸出電壓；當所述第一輸出電壓或所述第二輸出電壓低於共模電壓時，所述共模檢測電路控制所述電流源電路輸出的電流變大以提高所述第一輸出電壓或所述第二輸出電壓；所述低增益誤差電流舵型數模轉換器在負反饋的作用下，實現使所述第一輸出電壓或所述第二輸出電壓穩定為所述共模電壓值，並符合如下公式

其中，vcm為共模電壓，為電流源i0～in－1的輸出電流值，rload為負載電阻。

其中較優地，所述共模檢測電路由一個運算放大器、第一共模檢測電阻以及第二共模檢測電阻組成，所述共模電壓與所述運算放大器的反向輸入端連接，所述第一輸出電壓與所述第二輸出電壓分別與所述運算放大器的正向輸入端連接，所述第一共模檢測電阻串接在所述第一輸出電壓與所述運算放大器的正向輸入端之間，所述第二共模檢測電阻串接在所述第二輸出電壓與所述運算放大器的正向輸入端之間，所述運算放大器的輸出端與所述電流源電路連接。

根據本發明實施例的第二方面，提供一種集成電路晶片，其中包括有上述的低增益誤差電流舵型數模轉換器。

根據本發明實施例的第三方面，提供一種通信終端，其中包括有上述的低增益誤差電流舵型數模轉換器。

本發明所提供的低增益誤差電流舵型數模轉換器通過採用共模檢測電路、電流源電路、編碼電路、控制開關陣列以及負載電阻組成共模反饋機制，通過共模反饋機制動態調節電流源電路輸出的電流的大小，從而保證本低增益誤差電流舵型數模轉換器的輸出範圍恆定，並且使本低增益誤差電流舵型數模轉換器的輸出範圍只依賴於某一固定的參考電壓值，在負載電阻出現較大偏差時仍能保證其輸出範圍不變，從而實現了減小本低增益誤差電流舵型數模轉換器的增益誤差，擴展了其應用範圍。

附圖說明

圖1為現有技術中，低增益誤差電流舵型數模轉換器的結構示意圖；

圖2為本發明所提供的低增益誤差電流舵型數模轉換器的結構示意圖；

圖3為本發明所提供的低增益誤差電流舵型數模轉換器典型實施例的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明的技術內容做進一步的詳細說明。

如圖2所示，本發明所提供的低增益誤差電流舵型數模轉換器為n位數模轉換器(n為正整數，下同)，該低增益誤差電流舵型數模轉換器包括共模檢測電路、電流源電路、編碼電路、控制開關陣列、第一電流支路iout+、第二電流支路iout－、負載電阻rload。其中，共模檢測電路的輸出端與電流源電路連接，電流源電路以及編碼電路分別與控制開關陣列連接，控制開關陣列分別與第一電流支路iout+、第二電流支路iout－連接，第一電流支路iout+、第二電流支路iout－與相應的負載電阻rload的一端連接，負載電阻rload的另一端連接地線，並且共模檢測電路的輸入端分別連接第一輸出電壓vout+、第二輸出電壓vout－以及共模電壓vcm。通過本低增益誤差電流舵型數模轉換器使用共模反饋機制動態調節電流源輸出的電流的大小以保證本電流舵型數模轉換器輸出的範圍恆定，降低了本電流舵型數模轉換器的增益誤差，擴展了其應用範圍。

在本發明所提供的低增益誤差電流舵型數模轉換器中，電流源電路由n個電流源陣列組成，其中，電流源i0～in－1的輸出電流值採用二進位編碼形式(但不僅限於二進位編碼)，並且電流源i0～in－1分別與控制開關陣列中對應的控制開關連接，控制開關陣列由n個控制開關陣列組成，控制開關可以選用單刀雙擲開關或選通開關(如圖1所示)。電流源i0～in－1與單刀雙擲開關s0～sn－1中對應的單刀雙擲開關或選通開關連接，每一個單刀雙擲開關的正端連接第一電流支路iout+，每一個單刀雙擲開關的負端連接第二電流支路iout－，或者選通開關分別與第一電流支路iout+、第二電流支路iout－對應連接。通過將第一電流支路iout+與第二電流支路iout－分別與一個負載電阻rload連接，通過使第一電流支路iout+與第二電流支路iout－流經相應的負載電阻rload後形成第一輸出電壓vout+和第二輸出電壓vout－，該第一輸出電壓vout+與第二輸出電壓vout－組成差分輸出電壓。編碼電路採用n位控制碼，該控制碼為二進位數位訊號b0～bn－1(但不僅限於二進位數位訊號)，通過二進位數位訊號b0～bn－1控制與其對應的單刀雙擲開關s0～sn－1聯通至正端或負端，實現使本低增益誤差電流舵型數模轉換器輸出第一輸出電壓vout+與第二輸出電壓vout－。

本發明所提供的低增益誤差電流舵型數模轉換器的工作原理為：當編碼電路輸出的二進位數位訊號為1時，通過該二進位數位訊號控制與其對應的單刀雙擲開關聯通至正端，此時，第一電流支路iout+流經負載電阻rload形成第一輸出電壓vout+，該第一輸出電壓vout+反饋至共模檢測電路的輸入端。當編碼電路輸出的二進位數位訊號為0時，通過該二進位數位訊號控制與其對應的單刀雙擲開關聯通至負端，此時，第二電流支路iout－流經負載電阻rload形成第二輸出電壓vout－，該第二輸出電壓vout－同樣反饋至共模檢測電路的輸入端。通過共模檢測電路檢測由本低增益誤差電流舵型數模轉換器輸出的第一輸出電壓vout+和第二輸出電壓vout－，並將第一輸出電壓vout+和第二輸出電壓vout－與所要求的共模電壓vcm進行比較，將比較的差別以輸出信號的形式反饋至電流源電路上，當共模檢測電路的輸入端檢測到的第一輸出電壓vout+或第二輸出電壓vout－高於共模電壓vcm時，共模檢測電路將通過輸出信號控制電流源電路輸出的電流變小以降低輸出的第一輸出電壓vout+或第二輸出電壓vout－，反之則通過輸出信號控制電流源輸出的電流變大以提高輸出的第一輸出電壓vout+或第二輸出電壓vout－，最終在負反饋的作用下，實現使本低增益誤差電流舵型數模轉換器輸出的第一輸出電壓vout+或第二輸出電壓vout－將穩定為共模電壓vcm值，因此下面的公式2始終成立。

由公式(2)可以得出：本發明所提供的低增益誤差電流舵型數模轉換器的差分輸出電壓的範圍為－2vcm～+2vcm，每一個電流支路流經負載電阻後形成的輸出電壓範圍為0～2vcm。其中，共模電壓vcm可由參考電壓產生電路生成並具有較高的精度，保證了本低增益誤差電流舵型數模轉換器輸出電壓的範圍值具有較高的精度。所以，本低增益誤差電流舵型數模轉換器通過採用共模檢測電路的輸出信號控制電流源輸出電流的大小的方法，不僅保證了本低增益誤差電流舵型數模轉換器輸出電壓的範圍恆定，而且還保證了其輸出電壓的精度，從而實現了減小本低增益誤差電流舵型數模轉換器的增益誤差。

為了使本發明所提供的低增益誤差電流舵型數模轉換器的技術方案更加清晰，下面結合圖3並以一個具體的實施例為典型進行詳細說明。

如圖3所示，在該實施例所提供的低增益誤差電流舵型數模轉換器中，共模檢測電路可以由一個運算放大器、第一共模檢測電阻r1以及第二共模檢測電阻r2組成；其中，共模電壓vcm與運算放大器的反向輸入端連接，第一輸出電壓vout+與第二輸出電壓vout－分別與運算放大器的正向輸入端連接，並且在第一輸出電壓vout+與運算放大器的正向輸入端之間串接第一共模檢測電阻r1，在第二輸出電壓vout－與運算放大器的正向輸入端之間串接第二共模檢測電阻r2，運算放大器的輸出端與電流源電路連接。電流源電路可以由an個pmos電晶體陣列與bn個pmos電晶體陣列組成(a、b為正整數，下同)；其中，在pmos電晶體ma0～man－1中，每一個pmos電晶體的源極分別與電源電壓vdd連接，每一個pmos電晶體的柵極分別與運算放大器的輸出端連接，每一個pmos電晶體的漏極與pmos電晶體mb0～mbn－1中與其對應的pmos電晶體的源極連接。在pmos電晶體mb0～mbn－1中，每一個pmos電晶體的柵極分別與偏置電壓vb連接，每一個pmos電晶體的漏極分別與單刀雙擲開關s0～sn－1中對應的單刀雙擲開關連接。同上所述，每一個單刀雙擲開關的正端連接第一電流支路iout+，每一個單刀雙擲開關的負端連接第二電流支路iout－。通過將第一電流支路iout+與第二電流支路iout－分別與一個負載電阻rload連接，通過使第一電流支路iout+與第二電流支路iout－流經相應的負載電阻rload後形成第一輸出電壓vout+和第二輸出電壓vout－。編碼電路的結構以及控制過程同上所述，在此不再贅述。需要強調的是，在電流源電路中，pmos電晶體ma0～man－1和與其相連的pmos電晶體mb0～mbn－1組成了n個共源共柵電流鏡電流源，該電流源也是採用二進位編碼形式。

在本實施例所提供的低增益誤差電流舵型數模轉換器中，當負載電阻rload的阻值或者電流源電路中的pmos電晶體尺寸出現偏差時，導致第一輸出電壓vout+或第二輸出電壓vout－的電壓值升高，從而使運算放大器正向輸入端的電壓隨之升高，因此使運算放大器的輸出端輸出的電壓值升高，通過運算放大器輸出的電壓可以控制電流源電路輸出的電流值減小，進而減小第一輸出電壓vout+或第二輸出電壓vout－的電壓值，該過程形成了共模反饋機制，待反饋穩定後輸出的第一輸出電壓vout+或第二輸出電壓vout－將始終穩定為共模電壓vcm值。

本發明所提供的低增益誤差電流舵型數模轉換器通過採用共模檢測電路、電流源電路、編碼電路、控制開關陣列以及負載電阻rload組成共模反饋機制，通過共模反饋機制動態調節電流源電路輸出的電流的大小，從而保證本低增益誤差電流舵型數模轉換器的輸出範圍恆定，並且使本低增益誤差電流舵型數模轉換器的輸出範圍只依賴於某一固定的參考電壓值，在負載電阻出現較大偏差時仍能保證其輸出範圍不變，從而實現了減小本低增益誤差電流舵型數模轉換器的增益誤差，擴展了其應用範圍。

本發明所提供的低增益誤差電流舵型數模轉換器可以被用在模擬集成電路晶片中。對於該模擬集成電路晶片中的低增益誤差電流舵型數模轉換器的具體結構，在此就不再一一詳述了。

另外，上述低增益誤差電流舵型數模轉換器還可以被用在通信終端中，作為模擬集成電路的重要組成部分。這裡所說的通信終端是指可以在移動環境中使用，支持gsm、edge、td_scdma、tdd_lte、fdd_lte等多種通信制式的計算機設備，包括行動電話、筆記本電腦、平板電腦、車載電腦等。此外，本發明所提供的技術方案也適用於其他模擬集成電路應用的場合，例如通信基站等。

以上對本發明所提供的低增益誤差電流舵型數模轉換器、晶片及通信終端進行了詳細的說明。對本領域的一般技術人員而言，在不背離本發明實質精神的前提下對它所做的任何顯而易見的改動，都將屬於本發明專利權的保護範圍。