專利名稱：可自我校準(zhǔn)的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，特別是涉及一種可自我進(jìn)行校準(zhǔn)的
頭'A々4,、i々^ 4A 3 ^ft人丁々天< W拜f <X 6 o
背景技術(shù)：
目前，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(Digital-to-Analog Converter, DAC)用以轉(zhuǎn)換一數(shù) 字控制碼為一模擬訊號。本發(fā)明的應(yīng)用原理可適用于各種數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器。 在本發(fā)明說明書中是以一電流引導(dǎo)數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(Current-Steering DAC) 作為一實(shí)施例來加以解釋。
圖1示出了一典型的4位電流引導(dǎo)數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器100,其用以轉(zhuǎn)換一 4位控制碼D[3:0]為一模擬電流訊號IOUT。數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器100包含四個(gè) 電流單元IO、 II、 12及13,這些電流單元分別由控制碼的控制位D[O]、 D[l]、 D[2]及D[3]控制。每一電流單元一端連結(jié)一第一固定電位節(jié)點(diǎn)VSRC,另一 端連結(jié)一電位節(jié)點(diǎn)VOUT,當(dāng)每一電流單元相對應(yīng)的控制位為l(H)時(shí)，每 一電流單元開啟(致能)，否則電流單元關(guān)閉(禁能)。
電流單元10做為 一最低有效位(Least Significant Bit, LSB)，可產(chǎn)生一 電 流輸出ILSB。而電流單元13可做為 一最高有效位(Most Significant Bit, MSB)。 在理想的情況下，當(dāng)電流單元IO、 II、 12及13的控制位D[O]、 D[l]、 D[2] 及D[3]為1 (H)時(shí)，其分別產(chǎn)生電流輸出2<)I lsb、 z丄lsb、 么丄lsb 及2\犯。數(shù) 字模擬轉(zhuǎn)換器100實(shí)際輸出的電流(或模擬電流訊號IOUT)滿足下述關(guān)系 IOUT=D
.2。.ILSB+ D[1].2''ILSB+ D[2].22.ILSB+ D[3]-23'ILSB 或 IOUT=(D
.20 + D[l]'21 + D[2]'22 + D[3]'23) 'Ilsb 因此，模擬輸出訊號是與控制碼D[3:0]的數(shù)值呈現(xiàn)線性比例的關(guān)系。實(shí) 際上，在一制造過程中并不能保證每一 電流單元均具有成比例地精準(zhǔn)的輸 出電平(例如是2倍的比例)。因此，將影響數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器IOO的總輸出電 流。 一般普遍認(rèn)為，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器100的精確性可用微分非線性誤差 (Differential Non-linearity, DNL)作為指標(biāo)。理想上，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器100的
總輸出電流應(yīng)相對應(yīng)lLSB的增幅變化，而ILSB的增幅變化相對應(yīng)控制碼D[3:0]
所表示的增幅變化。微分非線性誤差(DNL)定義為實(shí)際的增幅變化與理想的 增幅變化的差值。在較差的情況下，微分非線性誤差產(chǎn)生的增幅變化通常 發(fā)生在控制碼D[3:0]由控制碼7(即，D[3:0]=0111，除了最高有效單元之外， 其他電流單元均啟動)變?yōu)榭刂拼a8(即，D[3:0]=1000,除了最高有效單元之 外，其他電流單元均關(guān)閉)時(shí)。因此，極需一種方法校準(zhǔn)數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器， 以改善數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器100的微分非線性誤差，藉此減少在電流單元中因 不精確所產(chǎn)生的錯(cuò)誤。
有鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在的各項(xiàng)問題，為了能夠兼顧解決，本發(fā)明提出了 一種可自我校準(zhǔn)的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器及其方法，以作為改善上述缺點(diǎn)的實(shí)現(xiàn) 方式與依據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的之一在于提供一種供數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器自我校準(zhǔn)方 法及裝置，以解決上述及其他的問題，以提高其精確性。
因此，本發(fā)明的目的之一在于提供一種供數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器自我校準(zhǔn)方 法及裝置，以減少因電流單元不精確所產(chǎn)生的錯(cuò)誤。
在一實(shí)施例中，其揭示了一種數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換裝置，該轉(zhuǎn)換裝置包含:一 數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，其包括有 一加權(quán)單元群組、 一可調(diào)單元、以及一校準(zhǔn) 單元，其中，該可調(diào)單元包含由一調(diào)整信號控制的一可調(diào)權(quán)重，該數(shù)字模 擬轉(zhuǎn)換器根據(jù)一數(shù)字輸入信號、 一校準(zhǔn)致能訊號及一校準(zhǔn)序列產(chǎn)生一組合 輸出訊號；以及一校準(zhǔn)電路，用以對該組合輸出訊號取樣并加以處理，以 根據(jù)該校準(zhǔn)致能訊號及該校準(zhǔn)序列產(chǎn)生該調(diào)整信號。其中，該校準(zhǔn)序列為 一交替二元序列。
在一實(shí)施例中，其揭示了一種校準(zhǔn)一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的方法，該數(shù)字 模擬轉(zhuǎn)換器用以產(chǎn)生一模擬輸出訊號，該數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器包括多個(gè)加權(quán)單 元以及一校準(zhǔn)單元，每一加權(quán)單元以及該校準(zhǔn)單元具有一開啟狀態(tài)及一關(guān) 閉狀態(tài)，該方法包含選擇該多個(gè)加權(quán)單元其中一以做為一標(biāo)的單元；當(dāng) 該校準(zhǔn)單元及未選為該標(biāo)的單元的加權(quán)單元為該關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，則對該模擬 輸出訊號進(jìn)行取樣以產(chǎn)生一第一樣本；當(dāng)該校準(zhǔn)單元及權(quán)重小于該標(biāo)的單 元的加權(quán)單元為該開啟狀態(tài)，且當(dāng)該標(biāo)的單元及權(quán)重大于該標(biāo)的單元的所
述加權(quán)單元為該關(guān)閉狀態(tài)，則對該模擬輸出訊號進(jìn)行取樣以產(chǎn)生一第二樣
本；計(jì)算該第一樣本及該第二樣本的一差值；根據(jù)該差值適應(yīng)更新一調(diào)整 信號；以及根據(jù)該調(diào)整信號調(diào)整該標(biāo)的單元的 一 權(quán)重。
在一實(shí)施例中，其揭示了一種數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換裝置，該轉(zhuǎn)換裝置包含 一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，包括有多個(gè)加權(quán)單元以及一校準(zhǔn)單元，其中，每一加 權(quán)單元具有一不同的權(quán)重；及一控制電路，用以控制該數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器以 產(chǎn)生一第一輸出電平以及一第二輸出電平，其中，該第一輸出電平代表一 選耳又的加權(quán)單元的權(quán)重，該第二輸出電平代表該校準(zhǔn)單元及權(quán)重小于該選 取的加權(quán)單元的其他加權(quán)單元的權(quán)重總和； 一校準(zhǔn)電路，用以依據(jù)該第一 輸出電平及該第二輸出電平以調(diào)整該選取的加權(quán)單元的權(quán)重。
在一實(shí)施例中，其揭示了一種數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換裝置，該轉(zhuǎn)換裝置包含 一控制電路，用以產(chǎn)生一校準(zhǔn)致能訊號及一校準(zhǔn)序列； 一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器， 包括有多個(gè)加權(quán)單元，每一加權(quán)單元具有一不同的權(quán)重；及一可調(diào)單元， 具有一可調(diào)權(quán)重，該可調(diào)單元接收一調(diào)整信號以調(diào)整該可調(diào)權(quán)重； 一校準(zhǔn) 單元，耦接于該數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，其中該數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器以及該校準(zhǔn)單元 依據(jù)該一校準(zhǔn)致能訊號及一校準(zhǔn)序列以產(chǎn)生一組合輸出信號；及一校準(zhǔn)電 路，用以對該組合輸出訊號取樣并加以處理，以及用以根據(jù)該校準(zhǔn)致能訊 號及該校準(zhǔn)序列產(chǎn)生該調(diào)整信號。
為使對本發(fā)明的技術(shù)特征及所達(dá)到的功效有更進(jìn)一步的了解與認(rèn)識， 現(xiàn)結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的較佳實(shí)施例。


圖1為已知的電流引導(dǎo)數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的方塊圖； 圖2為本發(fā)明的可自我校準(zhǔn)的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的可自我校準(zhǔn)的電流引 導(dǎo)數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的方塊圖；以及
圖3為本發(fā)明的可自我校準(zhǔn)的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)圖。
附圖符號說明 100:數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器； 200:數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器； 210:校準(zhǔn)電路；
212校準(zhǔn)控制電路；
214調(diào)制電路；
216濾波電^各；
218數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器；
220輸出節(jié)點(diǎn)；
290、 3卯反向邏輯電路；
300調(diào)制電^吝；
310、 320、 330及340:第二-開關(guān)群組;
350、 360、 370及380:第二開關(guān)群組;
10、11、 12及I3:電流單元；
i3:可調(diào)電流從屬單元；
iO:校準(zhǔn)單元；
D[O]、 D[l]、 D[2]及D[3]:控制位； D，[O]、 D，[l]、 D，[2]及D，[3]:有效控制位； CAL—EN:校準(zhǔn)致能訊號；以及 CAL—SQ:校準(zhǔn)序列。
具體實(shí)施例方式
以下將參照相關(guān)

依本發(fā)明實(shí)施例的可自我校準(zhǔn)的數(shù)字模擬轉(zhuǎn) 換器及其方法，為便于理解，下述實(shí)施例中的相同元件是以相同的符號標(biāo) 示來說明。
本發(fā)明是可應(yīng)用于各種型態(tài)的一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器。此實(shí)施例以一 4位 的電流引導(dǎo)數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(Current-Steering DAC)說明本發(fā)明如何實(shí)施，但 并不以此為限。承上所述，4位數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的最大微分非線性誤差發(fā)生 在一控制碼(或數(shù)字輸入碼)由控制碼7開始增加至控制碼8時(shí)，其中于控制 碼7時(shí)，除了數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器中的最高有效單元外，其余單元皆開啟(啟動)； 于控制碼8時(shí)，除了最高有效單元外，其余單元均關(guān)閉(不啟動)。在一實(shí)施 例中，本發(fā)明是校準(zhǔn)該數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器中的最高有效單元，使得該數(shù)字模 擬轉(zhuǎn)換器在控制碼由7增至8時(shí)的模擬輸出產(chǎn)生的增幅盡可能接近理想值 (例如:最低有效單元的值或
在本發(fā)明的實(shí)施例中， 一種校準(zhǔn)4位電流引導(dǎo)數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的最高
有效單元(MSB cell)的方法，其可包含利用其權(quán)重(值)與最低有效單元(LSB cell)的權(quán)重相同的一校準(zhǔn)單元。該校準(zhǔn)單元是在一校準(zhǔn)程序中被致能以選擇 性協(xié)助產(chǎn)生該4位數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的模擬輸出。本方法利用在校準(zhǔn)程序中， 對模擬輸出進(jìn)行取樣至少二個(gè)樣本。舉例而言，當(dāng)校準(zhǔn)單元關(guān)閉(turned OFF) 以及除了最高有效單元的所有其他單元皆關(guān)閉(turned OFF)時(shí)，對模擬輸出 進(jìn)行取樣而取得一第一樣本。當(dāng)校準(zhǔn)單元開啟(tumedON)以及除了最高有效 單元的所有其他單元皆開啟(tumed ON)時(shí)，對模擬輸出進(jìn)行取樣而取得一第 二樣本。第 一樣本及第二樣本取樣時(shí)間先后并不限制(例如:第二樣本可取樣 在第一樣本之前)。
在一實(shí)施例中， 一校準(zhǔn)序列控制4位數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器內(nèi)部的其他單元 (不包括最高有效單元(MSB cell))以及校準(zhǔn)單元的開啟或關(guān)閉的狀態(tài)。校準(zhǔn) 序列可為一交替二元序列(Alternating Binary Sequence),其包含一第一還輯 電平及一第二邏輯電平。在4位數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器中，具有第一邏輯電平的 校準(zhǔn)序列是有效的模擬輸入控制碼7,以開啟除了最高有效單元以外的所有 單元。在4位數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器中，具有第二邏輯電平的校準(zhǔn)序列是有效的 模擬輸入控制碼8，以關(guān)閉除了最高有效單元以外的所有單元。在校準(zhǔn)序列 具有第一邏輯電平時(shí)，校準(zhǔn)單元開啟。在校準(zhǔn)序列具有第二邏輯電平時(shí)， 校準(zhǔn)單元關(guān)閉。如此，隨著校準(zhǔn)程序中校準(zhǔn)序列的第一邏輯電平及第二邏 輯電平之間的變換，該4位數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器應(yīng)產(chǎn)生一具有8-I^B的標(biāo)稱電平 的模擬輸出。換句話說，模擬輸出的第一樣本及模擬輸出的第二樣本理想 上為相等。即，該校準(zhǔn)單元及權(quán)重小于該最高有效單元的所述加權(quán)單元的 權(quán)重標(biāo)稱值(nominal value of weight)的總和實(shí)質(zhì)上相等于該最高有效單元 的權(quán)重標(biāo)稱值。
在一實(shí)施例中，4位數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器輸出一模擬電流訊號，并提供至一 負(fù)載以產(chǎn)生對應(yīng)的一模擬輸出電壓。校準(zhǔn)電路于負(fù)載端對該模擬輸出電壓 進(jìn)行取樣，并依據(jù)校準(zhǔn)序列以儲存這些樣本。此校準(zhǔn)電路計(jì)算每一對連續(xù) 樣本的差值，以得到一誤差項(xiàng)(Error Term)并據(jù)以調(diào)整最高有效單元(MSB cell)的一電平。舉例而言， 一正誤差項(xiàng)是顯示最高有效單元的電平相對較低， 而可小量增加最高有效單元的電平(例如:依正誤差項(xiàng)的比例增加一固定量 或可變量)。同樣的， 一負(fù)誤差項(xiàng)是顯示最高有效單元的電平相對較高，而 可小量減少最高有效單元的電平(例如:依負(fù)誤差項(xiàng)的比例減少 一 固定量或
可變量)。在一實(shí)作例中，校準(zhǔn)電路重復(fù)取樣以更新誤差項(xiàng)，藉此逐步減少 模擬輸出電壓連續(xù)樣本間的差值。在此情形下，最高有效單元校準(zhǔn)出的電 平大約與其他單元加上校準(zhǔn)單元的總和電平相等。
圖2示出了自我校準(zhǔn)電流引導(dǎo)數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器200的方塊圖。根據(jù)本 實(shí)施例，圖2中的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器200為一具有四個(gè)具備固定權(quán)重的電流 單元IO、 II、 12及13的4位數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器。此數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器200還包 含一校準(zhǔn)單元i0及一可調(diào)電流從屬單元i3,其中校準(zhǔn)單元i0具有與電流單 元10相同的權(quán)重(例如:一最低有效單元)，可調(diào)電流從屬單元i3具有一受一 調(diào)整碼控制的可調(diào)權(quán)重(例如:K-位控制碼E)?？烧{(diào)電流從屬單元i3與電流 單元13結(jié)合以作為一可調(diào)單元，此可調(diào)單元對應(yīng)數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器200的共 同輸入位以輸出 一可調(diào)電流。
數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器200用以接收一 4位輸入控制碼D[3:0]及兩邏輯訊號 (包含 一校準(zhǔn)致能訊號CAL^EN及一校準(zhǔn)序列CAL—SQ)。當(dāng)校準(zhǔn)致能訊號 具有一第一邏輯電平(例如:CAL—EN二0)時(shí)，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器200工作于一正 常模式下，且四個(gè)電流單元(IO、 II、 12及I3)是由輸入控制碼中個(gè)別控制位 D[O]、 D[l]、 D[2]及D[3]控制，而輸出相對應(yīng)的電流。在正常模式且無論如 何電流單元13是開啟(ON)下，可調(diào)電流從屬單元i3亦受輸入控制碼中D[3] 的控制。致能電平訊號是在正常模式中關(guān)閉校準(zhǔn)單元iO。
當(dāng)校準(zhǔn)致能訊號具有一第二邏輯電平時(shí)(例如:CAL—EN=1),數(shù)字模擬轉(zhuǎn) 換器200工作于一校準(zhǔn)模式中，以啟始一自我校準(zhǔn)程序。在自我校準(zhǔn)程序 期間，校準(zhǔn)單元iO及四個(gè)電流單元IO、 II、 12及13在校準(zhǔn)序列的控制下輸 出電流。在 一 實(shí)作例中，校準(zhǔn)序列為 一 交替二元序列(Alternating B inary Sequence)。當(dāng)校準(zhǔn)序列具有一第一邏輯電平(例如:CAL—SQ:0)時(shí)，電流單元 13(例如:一最高有效單元)則開啟，此時(shí)校準(zhǔn)單元i0及其余電流單元10、 II 及I2關(guān)閉。當(dāng)校準(zhǔn)序列具有一第二邏輯電平時(shí)(例如:CAL—SQ二1),最高有 效單元關(guān)閉，此時(shí)校準(zhǔn)單元i0及其他電流單元10、 II及12開啟。在校準(zhǔn)模 式中，可調(diào)電流從屬單元i3亦在校準(zhǔn)序列控制下，與最高有效單元I3同步 開啟與關(guān)閉。
在一實(shí)施例中，所有電流單元，包含校準(zhǔn)單元i0及可調(diào)電流從屬單元 i3,其一端均連接一第一固定電位節(jié)點(diǎn)VSRC，另一端連接一輸出節(jié)點(diǎn)220。 一負(fù)載元件，以一負(fù)載電阻RL表示，此負(fù)載電阻連接在輸出節(jié)點(diǎn)220及一第二固定電位節(jié)點(diǎn)VGND之間。負(fù)載電阻RL提供一負(fù)載予電流單元的混 合輸出，以在輸出節(jié)點(diǎn)220產(chǎn)生一輸出電壓VOUT。
當(dāng)可調(diào)電流單元i3開啟時(shí)，其輸出電平由K-位控制碼決定。在一實(shí)施 例中，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器200還包含一校準(zhǔn)電路210,其用以產(chǎn)生并更新K-位控制碼E。當(dāng)校準(zhǔn)致能訊號生效(asserted)(例如:CAL—EN4)時(shí)，則校準(zhǔn)電 路210開始動作。在動作期間，校準(zhǔn)電路210監(jiān)控輸出電壓VOUT并適應(yīng) 性更新K-位控制碼E。在正常操作中，校準(zhǔn)電路210不動作且K-位控制碼 E凍結(jié)或維持其最后一個(gè)更新值。
在一實(shí)施例中，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器200包含有一校準(zhǔn)控制電路212。該校 準(zhǔn)控制電路212包括有一控制信號產(chǎn)生器(未示出)，用以產(chǎn)生該校準(zhǔn)致能訊 號CAL—EN及該校準(zhǔn)序列CAL—SQ。該校準(zhǔn)控制電路212尚包括有多個(gè)多 任務(wù)器MUXO、 MUX1、 MUX2及MUX3，每一多任務(wù)器產(chǎn)生一輸出以控 制電流單元IO、 II、 12及I3其中一個(gè)。多任務(wù)器MUXO、 MUX1、 MUX2 及MUX3接收輸入控制碼D[3:0]及校準(zhǔn)序列CAL—SQ,以個(gè)別根據(jù)致能電 平訊號CAL—EN的產(chǎn)生有效控制位D，[O]、 D，[l]、 D，[2]及D，[3]。在一實(shí)作 例中，輸入控制碼D[3:0]的每一位提供予每一多任務(wù)器的一第一輸入端。校 準(zhǔn)序列CAL—SQ提供予每一多任務(wù)器的一第二輸入端。其中， 一反向邏輯 電路290設(shè)置于校準(zhǔn)序列CAL_SQ及與最高有效單元13相關(guān)聯(lián)的多任務(wù)器 MUX3的第二輸入端之間。校準(zhǔn)致能訊號CAL—EN用以控制多任務(wù)器以決 定多任務(wù)器的輸出為輸入控制碼D[3:0]的其一或校準(zhǔn)序列CAL—SQ。電流單 元IO、 II、 12及13不直接由輸入控制碼D[3:0]控制。相對的，有效控制位 D，[O]、 D，[l]、 D，[2]及D，[3]提供予各別的電流單元10、 II、 12及I3以控制 其開啟/關(guān)閉狀態(tài)。
舉例而言，當(dāng)校準(zhǔn)致能訊號未生效(例如:CAL—ENK))時(shí)，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換 器200工作于一正常模式中，校準(zhǔn)致能訊號CAL一EN設(shè)定該多任務(wù)器，以 使得有效控制位是由輸入控制碼D[3:0]決定。如此，在正常模式中，多任務(wù) 器的輸出端的有效控制碼D，[3:0]與輸入控制碼D[3:0]相等。
當(dāng)校準(zhǔn)致能訊號生效(例如CAL—EN4)時(shí)，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器200工作于 校準(zhǔn)模式中，且有效控制位由校準(zhǔn)序列CAL一SQ決定。舉例而言，當(dāng)校準(zhǔn) 序列具有一第一邏輯電平(例如CAL—SQ=1),有效控制碼為7(例 如:D，[3:0]二0111)，當(dāng)校準(zhǔn)序列具有一第二邏輯電平(例如:CAL—SQK))時(shí)，有
效控制碼為8(例如:D'[3:0]= 1000)。
在正常模式及校準(zhǔn)模式期間，有效控制位D，[3]除了控制最高有效單元 13外，亦控制可調(diào)電流從屬單元i3。每當(dāng)最高有效單元I3開啟，可調(diào)電流 從屬單元i3亦開啟，當(dāng)最高有效單元13關(guān)閉，可調(diào)電流從屬單元i3亦關(guān)閉。 如此，可調(diào)電流從屬單元i3可^L為最高有效單元I3的一部分，其具有一利 用K-位控制碼E控制的一可調(diào)整權(quán)重，且K-位控制碼E是由校準(zhǔn)電路210 建立。
在一實(shí)施例中，該校準(zhǔn)控制電路212尚包含一附加多任務(wù)器MUXC以 產(chǎn)生一輸出C以控制該校準(zhǔn)單元i0。附加多任務(wù)器MUXC接收校準(zhǔn)序列 CAL一SQ并根據(jù)校準(zhǔn)致能訊號CAL—EN產(chǎn)生輸出C。在一實(shí)作例中， 一固 定邏輯(例如:邏輯低電平)提供予附加多任務(wù)器MUXC的一第一輸入端。校 準(zhǔn)序列提供予附加多任務(wù)器MUXC的一第二輸入端。校準(zhǔn)致能訊號提供至 附加多任務(wù)器MUXC的選擇端以決定附加多任務(wù)器MUXC輸出固定邏輯 亦或才交準(zhǔn)序列。
舉例而言，當(dāng)校準(zhǔn)致能訊號CAL—EN未生效時(shí)，附加多任務(wù)器MUXC 輸出固定邏輯以有效關(guān)閉校準(zhǔn)單元。當(dāng)校準(zhǔn)致能訊號CAL—EN生效時(shí)，附 加多任務(wù)器的輸出該校準(zhǔn)序列。在一實(shí)作例中，在致能電平訊號CAL—EN 生效時(shí)，當(dāng)校準(zhǔn)序列具有第一邏輯電平則校準(zhǔn)單元開啟，若當(dāng)校準(zhǔn)序列具 有第二邏輯電平則校準(zhǔn)單元關(guān)閉。如此，校準(zhǔn)單元僅在校準(zhǔn)模式中及當(dāng)有 效控制碼為7時(shí)開啟。
在一實(shí)施例中，當(dāng)校準(zhǔn)致能訊號生效(例如:CAI^EN4)時(shí)，校準(zhǔn)序列 CAL—SQ為一交替二元序列，其周期性的在邏輯0與邏輯1之間變換。相 對的，有效控制碼D，[3:0]周期性的于一第 一時(shí)段的控制碼7(例 如:CAL—SQ-1)及于一第二時(shí)段的控制碼8(例如:CAL—SQ-O)之間交替。相對 應(yīng)的，校準(zhǔn)單元i0周期性的在第一時(shí)段開啟且在第二時(shí)段關(guān)閉。如此，校 準(zhǔn)單元及其他有效單元IO、 II及I2在每一第一時(shí)段中輸出電流以產(chǎn)生一具 有第一電平的輸出電壓。最高有效單元與可調(diào)電流附屬單元在每一第二時(shí) 段中輸出電流以產(chǎn)生一具有第二電平的輸出電壓。在一理想數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換 器中，其所有電流單元均具有完美的精確性，故可調(diào)電流從屬單元i3無須 輸出電流，此時(shí)輸出電壓的第一電平及第二電平兩者等于8 ILSB RL。由 于工藝的關(guān)系，當(dāng)可調(diào)電流從屬單元i3未提供電流時(shí)，輸出電壓的第一電
平與第二電平很可能不同。
圖2中，校準(zhǔn)單元210繪示了一種調(diào)整可調(diào)電流從屬單元的輸出電流 的方法，以使數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器200相似或相同于一理想數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器。 在一實(shí)施例中，校準(zhǔn)電路210包含一調(diào)制電路214， 一濾波電路216及一模 擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)218。在一實(shí)施例中，調(diào)制電路214使用一雙相計(jì)時(shí)方 式(two-phase docking scheme)以取樣DAC 200的輸出電壓VOUT,并基于 該校準(zhǔn)序列CAL—SQ來調(diào)制取樣樣本。舉例而言， 一樣本依據(jù)校準(zhǔn)序列 CAL一SQ的邏輯電平以+1或-1進(jìn)行乘法運(yùn)算(或調(diào)制)，以產(chǎn)生該調(diào)制電路 214的輸出Y。調(diào)制電路214的輸出Y用以提供作為濾波電路216的一輸入。 濾波電路216可作為一積分器，其用以調(diào)制電路214的輸出累計(jì)總合，其 可有效的計(jì)算數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的輸出電壓的第一電平及第二電平兩者之間 的差值。 一濾波電路216的輸出Z用以提供予模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器218以產(chǎn)生 K-位控制碼E, K-位控制碼E用以控制可調(diào)電流從屬單元i3的輸出電流。 舉例而言，K-位控制碼E依據(jù)輸出電壓的第一電平及輸出電壓的第二電平 兩者的差值，以進(jìn)行增加/減少以減少/增加可調(diào)電流從屬單元i3的輸出電 流。在此方式中，可調(diào)電流從屬單元i3的輸出電流是在一回授回路中調(diào)整， 以使輸出電壓的第二電平貼近輸出電壓的第一電平，如此可最小化該數(shù)字 模擬轉(zhuǎn)換器200的控制碼7及控制碼8之間的微分非線性誤差。
本發(fā)明的目的可于各種實(shí)施例中實(shí)施。舉例而言，本發(fā)明并不限定于 一電流引導(dǎo)數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器。本發(fā)明亦可應(yīng)用于一開關(guān)式電容數(shù)字模擬轉(zhuǎn) 換器(switched-capacitorDAC)。另夕卜，本發(fā)明亦不限定一 4位DAC。本發(fā)明 的目的可應(yīng)用于各種數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器上，其包含一較高有效單元及多個(gè)較 低有效單元，其中較高有效單元的一標(biāo)稱權(quán)重大于其他較低有效單元的權(quán) 重總合。較高有效單元用以校準(zhǔn)以減低由較高有效單元所產(chǎn)生的實(shí)際輸出 與較低有效單元所產(chǎn)生的實(shí)際輸出總和之間的差值。
在一實(shí)施例中，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的各單元可在一遞回狀態(tài)下校準(zhǔn)。舉 例來說，一5位數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器具有五個(gè)電流單元I0、 II、 12、 13及14,且 其分別具有標(biāo)稱權(quán)重201，、 2'Ilsb、 22Ilsb、 23Ilsb^24Ilsb 電流單元I3可 先校正而使控制碼7及控制碼8之間一微分非線性誤差最小化。單元13經(jīng) 過此校準(zhǔn)過程后，單元14可將控制碼15(例如:除了單元14之外所有單元均 開啟)及控制碼16(例如除了單元I4之外所有單元均關(guān)閉)之間一微分非線
性誤差最小化。在此情形下，較低有效的單元在較高有效的單元之前執(zhí)行。 在具有多個(gè)用以校準(zhǔn)的單元的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器中，校準(zhǔn)流程一次選擇一單 元以進(jìn)行校準(zhǔn)，指定單元的順序是由較低權(quán)重的單元到較大加權(quán)單元。
數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器200內(nèi)的各種電流單元、多任務(wù)器及濾波電路的實(shí)施 方式表示于圖2中。所述不同實(shí)施例為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知，在此不 再贅述。圖3為一調(diào)制電路300的結(jié)構(gòu)圖，此調(diào)制電路可使用于校準(zhǔn)電路 210中(如圖2所示)。調(diào)制電路300包含一取樣電容CS,多個(gè)第一開關(guān)310、 320、 330及340,其對應(yīng)二相位不重迭的時(shí)鐘①1及02,以及多個(gè)第二開 關(guān)350、 360、 370及380。該多個(gè)第二開關(guān)350、 360、 370及380依據(jù)校準(zhǔn) 序列而執(zhí)行， 一反向邏輯(或補(bǔ)數(shù))以一反向邏輯電路390依據(jù)校準(zhǔn)序列而產(chǎn) 生。在取樣階段(例如:01=1及(D2=0)，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的輸出電壓VOUT 由該取樣電容CS所取樣。在轉(zhuǎn)換階段(例如<D1=0及d>2=l)，該取樣電壓 傳輸至該調(diào)制電路300的輸出端以輸出 一輸出訊號Y，且當(dāng)此調(diào)制電路300 在CAL一SQ二1時(shí)，其輸出不具有極性逆轉(zhuǎn)的特性；當(dāng)調(diào)制電路300在 CAL—SQ=0時(shí)，其具有極性逆轉(zhuǎn)的特性。 一電壓VREF表示調(diào)制電路300 內(nèi)的一固定電位節(jié)點(diǎn)。
以上所述僅為舉例，而非為限制。任何未脫離本發(fā)明的精神與范疇， 而對其進(jìn)行的等效修改或變更，均應(yīng)包含于本發(fā)明的權(quán)利要求中。
權(quán)利要求
1. 一種校準(zhǔn)一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的方法，該數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器用以產(chǎn)生一模擬輸出訊號，該數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器包括多個(gè)加權(quán)單元以及一校準(zhǔn)單元，每一加權(quán)單元以及該校準(zhǔn)單元具有一開啟狀態(tài)及一關(guān)閉狀態(tài)，該方法包含選擇該多個(gè)加權(quán)單元其中之一以做為一標(biāo)的單元；當(dāng)該校準(zhǔn)單元及未選為該標(biāo)的單元的加權(quán)單元為該關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，則對該模擬輸出訊號進(jìn)行取樣以產(chǎn)生一第一樣本；當(dāng)該校準(zhǔn)單元及權(quán)重小于該標(biāo)的單元的加權(quán)單元為該開啟狀態(tài)，且當(dāng)該標(biāo)的單元及權(quán)重大于該標(biāo)的單元的所述加權(quán)單元為該關(guān)閉狀態(tài)，則對該模擬輸出訊號進(jìn)行取樣以產(chǎn)生一第二樣本；計(jì)算該第一樣本及該第二樣本的一差值；根據(jù)該差值適應(yīng)更新一調(diào)整信號；以及根據(jù)該調(diào)整信號調(diào)整該標(biāo)的單元的一權(quán)重。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中該標(biāo)的單元包含一具有固定權(quán)重的第 一從屬單元及一具有可調(diào)權(quán)重的第二從屬單元，其中該第二從屬單元的該 可調(diào)權(quán)重是由該調(diào)整信號所控制。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包含有 選擇該多個(gè)加權(quán)單元其中的另一個(gè)做為該標(biāo)的單元。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，更新該調(diào)整信號的步驟還包括有 對該差值進(jìn)行濾波以產(chǎn)生一濾波差值；以及量化該濾波差值以適應(yīng)更新該調(diào)整信號。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中該校準(zhǔn)單元及權(quán)重小于該標(biāo)的單元的 所述加權(quán)單元的權(quán)重標(biāo)稱值的總和實(shí)質(zhì)上相等于該標(biāo)的單元的權(quán)重標(biāo)稱值。
6. —種數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換裝置，該轉(zhuǎn)換裝置包含一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，包括有多個(gè)加權(quán)單元以及一校準(zhǔn)單元，其中，每 一加權(quán)單元具有一不同的權(quán)重；及一控制電路，用以控制該數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器以產(chǎn)生一第 一輸出電平以及 一第二輸出電平，其中，該第一輸出電平代表一選取的加權(quán)單元的權(quán)重， 該第二輸出電平代表該校準(zhǔn)單元及權(quán)重小于該選取的加權(quán)單元的其他加權(quán)單元的權(quán)重總和；一校準(zhǔn)電路，用以依據(jù)該第 一輸出電平及該第二輸出電平以調(diào)整該選 耳又的加權(quán)單元的權(quán)重。
7. 如權(quán)利要求6所述的轉(zhuǎn)換裝置，其中，該校準(zhǔn)電路還包含一計(jì)算裝置， 用以計(jì)算該第一輸出電平及該第二輸出電平的差值。
8. 如權(quán)利要求7所述的轉(zhuǎn)換裝置，其中，該校準(zhǔn)電路還包含一過濾及量 化裝置，用以過濾該差值以產(chǎn)生一濾波差值以及量化該濾波差值以建立一 調(diào)整信號以調(diào)整該選取的加權(quán)單元的權(quán)重。
9. 如權(quán)利要求6所述的轉(zhuǎn)換裝置，其中該校準(zhǔn)電路包含一調(diào)制電路、一 濾波電路及一模擬轉(zhuǎn)數(shù)字轉(zhuǎn)換器。
10. 如權(quán)利要求6所述的轉(zhuǎn)換裝置，其中該選取的加權(quán)單元包含 一固 定權(quán)重的一第一從屬單元及一可調(diào)權(quán)重的一第二從屬單元，該第二從屬單 元由該;艮準(zhǔn)電路所控制。
11. 如權(quán)利要求6所述的轉(zhuǎn)換裝置，其中當(dāng)該數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換裝置工作于 一正常模式時(shí)，該校準(zhǔn)電路不動作，且該調(diào)整信號被維持住。
12. —種數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換裝置，該轉(zhuǎn)換裝置包含 一控制電路，用以產(chǎn)生一校準(zhǔn)致能訊號及一校準(zhǔn)序列； 一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，包括有多個(gè)加權(quán)單元，每一加權(quán)單元具有一不同的權(quán)重；及 一可調(diào)單元，具有一可調(diào)權(quán)重，該可調(diào)單元接收一調(diào)整信號以調(diào)整該 可調(diào)權(quán)重；一校準(zhǔn)單元，耦接于該數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，其中該數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器以及 該校準(zhǔn)單元是依據(jù)該一校準(zhǔn)致能訊號及一校準(zhǔn)序列以產(chǎn)生一組合輸出信 號；及一校準(zhǔn)電路，用以對該組合輸出訊號取樣并加以處理，以及用以根據(jù) 該校準(zhǔn)致能訊號及該校準(zhǔn)序列產(chǎn)生該調(diào)整信號。
13. 如權(quán)利要求12所述的轉(zhuǎn)換裝置，其中，該校準(zhǔn)序列為一交替二元序列。
14. 如權(quán)利要求12所述的轉(zhuǎn)換裝置，其中該校準(zhǔn)電路包含一調(diào)制電路、 一濾波電路及一模擬轉(zhuǎn)數(shù)字轉(zhuǎn)換器。
15. 如權(quán)利要求14所述的轉(zhuǎn)換裝置，其中，該調(diào)制電路對該組合輸出訊號進(jìn)行取樣，并將取樣結(jié)果轉(zhuǎn)換為該濾波電路的一輸入，當(dāng)該校準(zhǔn)序列具 有一第一邏輯電平時(shí)，該輸入具有一極性反轉(zhuǎn)，當(dāng)該校準(zhǔn)序列具有一第二 邏輯電平時(shí)，該輸入不具有該極性反轉(zhuǎn)。
16. 如權(quán)利要求12項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)換裝置，其中該可調(diào)單元包含 一固定權(quán) 重的一第一從屬單元及一可調(diào)權(quán)重的一第二從屬單元，該第二從屬單元是 由該調(diào)整信號所控制。
17. 如權(quán)利要求12所述的轉(zhuǎn)換裝置，其中當(dāng)該校準(zhǔn)致能訊號未生效時(shí)， 該校準(zhǔn)電路不動作，且該調(diào)整信號凍結(jié)。
18. 如權(quán)利要求12所述的轉(zhuǎn)換裝置，其中該校準(zhǔn)單元及該加權(quán)單元的權(quán) 重標(biāo)稱值的總和實(shí)質(zhì)上相等于該可調(diào)單元的權(quán)重標(biāo)稱值。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可自我校準(zhǔn)的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器及其方法，其為可改善微分非線性誤差的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，其依據(jù)一校準(zhǔn)指令對至少一加權(quán)單元執(zhí)行校準(zhǔn)功能。數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器包含一加權(quán)單元群組、一可調(diào)單元及一校準(zhǔn)單元?？烧{(diào)單元包含一由一調(diào)諧碼控制的一可調(diào)加權(quán)單元，校準(zhǔn)單元依據(jù)一數(shù)字輸入訊號、校準(zhǔn)指令及一校準(zhǔn)序列以產(chǎn)生一組合輸出訊號。數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器亦包含一校準(zhǔn)電路，其用以取樣并接續(xù)處理該組合輸出訊號，并根據(jù)校準(zhǔn)指令及校準(zhǔn)序列產(chǎn)生調(diào)諧碼。
文檔編號H03M1/10GK101388667SQ20081021519
公開日2009年3月18日 申請日期2008年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月14日
發(fā)明者林嘉亮 申請人:瑞昱半導(dǎo)體股份有限公司