[发明专利]电流型数模转换器

说明书

技术领域

本发明涉及数模转换电路技术领域，特别涉及一种电流型数模转换器。

背景技术

随着信号处理技术和通信技术的不断发展，数字信号和模拟信号之间的接口技术成为制约数模混合系统的瓶颈。为了满足高速高精度的数据转换要求，数模转换器和模数转换器需要达到尽可能高的速度和精度。在现代高速数模转换器中，电流型数模转换器成为广大工程师的首选结构，因为它可以直接驱动阻性负载，并且具有较快的速度。

常见的电流型数模转换器结构如附图1所示，主要包括以下几个部分：输入数字信号译码和缓冲模块(decoder)、电流源开关阵列(current source and switch unit array)。其中，电流源开关阵列中包括多个电流源开关单元，每个电流源开关单元包括电流源和开关，开关在控制信号的作用下将电流源输出的电流送往数模转换器的正输出端或负输出端；输入数字信号译码模块用于将输入的数字信号进行译码和再处理(包括同步和电平转换等)，使得输出的信号可以直接作为电流源开关阵列中的开关的控制信号。数模转换器的正输出端和负输出端中的任一个输出都可以作为数模转换器的输出，也可以使用这两个输出端的差值作为数模转换器的输出。

数模转换器的性能通常从静态特性和动态特性两方面来衡量，考虑到电路是非理想的，数模转换器总会有一些非线性的失真，比如，由于电流源的电流值大小不匹配造成通常会造成静态非线性，这些非线性失真会影响数模转换器的总体性能。而数模转换器的动态特性，通常用SFDR(Spurious-free Dynamic Range，无杂散动态范围)来描述，一般情况下无杂散动态范围越小，动态非线性越明显，数模转换器效果也越不稳定。在传统的电流型DAC(Digital to Analog Converter，数模转换器)中，当频率升高时，无杂散动态范围会迅速下降，下降的原因主要有三个：一是电路的开关动作引入的与信号非线性相关的分量；二是数模转换器有限的输出阻抗与输入信号相关；三是数模转换器中控制信号或输出电流不同步。因此，为了提高输出的动态范围，提高数模转换器的工作频率，电路应该在这两方面改进。

为了尽可能地减少上述第一条因素的对SFDR的恶化，在公开号为US6061010A的美国专利文献中，Adams等人提出了一种使用Dual Return-to-Zero技术(或称Delayed Return-to-Zero技术)的数模转换器。其基本技术思路是：DAC的输出是两路RTZ(Return to Zero，归零)信号的和，其中一路RTZ信号在时钟的正半周期正常输出，在时钟的负半周期置为零；另一路RTZ信号在时钟的正半周期置为零，在时钟的负半周期正常输出(该技术还可以在一个时钟周期内使用更多路的RTZ信号)。根据该专利的描述，在方案中，所有的RTZ信号的差别仅仅是时钟上的延迟，在信号形式上是完全相同的。这种技术在一定程度上减小了非线性失真，提高了SFDR，但是也存在一些问题。首先是DAC通常需要一个更高频率(例如2倍或更多倍)的时钟信号以生成控制两路或更多路RTZ信号；其次，各路RTZ信号的转换引入了更多的噪声：虽然这些噪声与信号不相关，但是却增加了噪底的能量大小，减小了信号与总体噪声的大小比值；最后，DAC的归零和稳定是在不超过半个时钟周期内完成的，这使得DAC的工作速度较高，设计难度增加。