動態(tài)元件匹配編碼器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及數(shù)模轉(zhuǎn)換電路技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種動態(tài)元件匹配編碼器。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著信號處理技術(shù)和通信技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字信號和模擬信號之間的接口技術(shù) 成為制約數(shù)模混合系統(tǒng)的瓶頸。為了滿足高速高精度的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換要求，數(shù)模轉(zhuǎn)換器和模數(shù) 轉(zhuǎn)換器需要達(dá)到盡可能高的速度和精度。在現(xiàn)代高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器中，電流型數(shù)模轉(zhuǎn)換器成 為廣大工程師的首選結(jié)構(gòu)，因為它可以直接驅(qū)動阻性負(fù)載，并且具有較快的工作速度。
[0003] 常見的電流型數(shù)模轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)如附圖1所示，主要包括以下幾個部分：輸入數(shù)字 信號譯碼和緩沖模塊、電流源開關(guān)陣列。其中，譯碼緩沖模塊用于將輸入的二進(jìn)制數(shù)字信號 進(jìn)行編碼和再處理，得到的輸出作為電流源開關(guān)陣列中開關(guān)的控制信號。電流源開關(guān)陣列 中包括多個電流源開關(guān)單元，每個電流源開關(guān)單元包括電流源和開關(guān)，開關(guān)在控制信號的 作用下將電流源輸出的電流送往數(shù)模轉(zhuǎn)換器的正輸出端或負(fù)輸出端。數(shù)模轉(zhuǎn)換器的正輸出 端和負(fù)輸出端中的任意一個輸出都可以作為數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出，也可以使用這兩個輸出端 的差值作為數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出。
[0004] 在電流型數(shù)模轉(zhuǎn)換器工作過程中，由于信號不完全同步、控制信號直接耦合等非 理想因素的存在，當(dāng)輸入的數(shù)字碼變化時，其模擬輸出信號在幅度變化過程中存在與輸入 數(shù)字信號相關(guān)的毛刺。這些毛刺中包含與輸入相關(guān)的大量高次諧波分量，帶來嚴(yán)重的非線 性失真，這也成為限制數(shù)模轉(zhuǎn)換器性能的瓶頸因素之一。
[0005] 目前出現(xiàn)的一種通過控制信號去進(jìn)行相關(guān)操作的動態(tài)元件匹配（Dynamic ElementMatching，DEM)方法可以有效地減少開關(guān)切換的毛刺帶來的非線性失真。通過引 入DEM編碼器，在不改變DAC(DigitaltoAnalogConverter，數(shù)模轉(zhuǎn)換器）全部輸出支路 電流之和的前提下，改變開關(guān)控制信號和各電流輸出支路之間的對應(yīng)關(guān)系，將原先的固定 對應(yīng)改變?yōu)殡S機對應(yīng)，使得每一個電流輸出支路的控制信號與DAC的輸入數(shù)字碼不相關(guān)， 從而將與輸入相關(guān)的諧波打散為噪聲，有效減小開關(guān)切換造成的非線性失真。
[0006] 一個DAC的編碼器應(yīng)當(dāng)滿足如下條件：輸入為n位二進(jìn)制數(shù)B，0彡B彡2n-l，輸出 為2n-l個1-bit數(shù)D1,D2，…，D2%，其中有且僅有B個數(shù)為1，其余為零。如果這2n-l個輸出 中，為1的B個數(shù)每次均隨機選定，那么這個編碼器就是一個理想n位DEM編碼器。當(dāng)DAC 的精度較高，即n較大時，理想DEM編碼器的實現(xiàn)復(fù)雜度隨著精度呈指數(shù)增長，并由此帶來 了嚴(yán)重的功耗、面積和設(shè)計復(fù)雜度的問題。
[0007] 為此，Galton等人提出了分段DEM的方法（發(fā)表于2008年JSSC上的Dynamic ElementMatchingtoPreventNonlinearDistortionFromPulse-ShapeMismatches inHigh-ResolutionDACs)，可以一定程度減少DEM編碼器的復(fù)雜度，但是其數(shù)學(xué)推導(dǎo)和具 體實現(xiàn)仍然比較復(fù)雜。Wei-TeLin等人提出了基于"隨機位數(shù)的循環(huán)位移"的動態(tài)元件匹 配方法（發(fā)表于 2012 年JSSC上的ACompactDynamicPerformancelmprovedCurrent-Ste eringDACWithRandomRotationBasedBinaryWeightedSelection)，通過控制信號平移 隨機位數(shù)實現(xiàn)編碼器的隨機化，這種方式實現(xiàn)相對簡單，但不是完全的隨機編碼，因此性能 會受到影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決上述相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。
[0009] 為此，本發(fā)明的目的在于提出一種動態(tài)元件匹配編碼器，其具有結(jié)構(gòu)簡單、復(fù)雜度 低、隨機化程度高的優(yōu)點。
[0010] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的實施例提出了一種動態(tài)元件匹配編碼器，包括：輸入 模塊，提供1個n位二進(jìn)制數(shù)B，其中，B=BnBwB2B1,且0彡2n-l;n級編碼器，所述 n級編碼器用于對所述二進(jìn)制數(shù)B進(jìn)行編碼，其中，所述n級編碼器的每一級包括一個數(shù)據(jù) 復(fù)制器和一個隨機選擇器，第k級編碼器包括1個2-1位數(shù)據(jù)復(fù)制器和1個2H位隨機選擇 器，其中，所述2-1位數(shù)據(jù)復(fù)制器用于將1個1位二進(jìn)制數(shù)的各位復(fù)制得到1個2H位二進(jìn) 制數(shù)輸出，所述2k4位隨機選擇器用于將2個2H位二進(jìn)制數(shù)的各位隨機選擇并重新組合得 到1個2k位二進(jìn)制數(shù)輸出，所述編碼器經(jīng)過n級數(shù)據(jù)復(fù)制和隨機選擇得到2 "個1位二進(jìn)制 數(shù)輸出，其中，k= 1，2,…，n。
[0011] 另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的動態(tài)元件匹配編碼器還可以具有如下附加的技術(shù) 特征：
[0012] 在一些示例中，其中，第k級的數(shù)據(jù)復(fù)制器的接收n位二進(jìn)制數(shù)B從低到高的 第k位Bk，輸出1個2-1位二進(jìn)制數(shù)，且該2H位二進(jìn)制數(shù)的每一位均等于Bk，其中，k= 1，2,…，n〇
[0013] 在一些示例中，其中，第k級的隨機選擇器接收第k-1級隨機選擇器輸出的2H位 二進(jìn)制數(shù)和第k級數(shù)據(jù)復(fù)制器輸出的2H位二進(jìn)制數(shù)，并將所述第k-1級隨機選擇器輸出 的2H位二進(jìn)制數(shù)和第k級數(shù)據(jù)復(fù)制器輸出的2H位二進(jìn)制數(shù)的各位進(jìn)行隨機選擇以重新 組合，得到一個2k位輸出二進(jìn)制數(shù)，其中，k= 2,
[0014] 在一些示例中，其中，當(dāng)k= 1時，所述隨機選擇器的輸入為n位二進(jìn)制數(shù)B的最 低位B1和常數(shù)0。
[0015] 在一些示例中，其中，所述隨機選擇器為n位隨機選擇器，所述n位隨機選擇器的 輸入為2個n位二進(jìn)制數(shù)A、B和1個n位二進(jìn)制隨機數(shù)R，輸出為1個2n位二進(jìn)制數(shù)P，并 且，所述n位隨機選擇器的的輸入和輸出滿足如下邏輯關(guān)系：
【主權(quán)項】
1. 一種動態(tài)元件匹配編碼器，其特征在于，包括： 輸入模塊，提供1個η位二進(jìn)制數(shù)B，其中，B = BnBlri…B2B1，且O彡B彡2n-l ; η級編碼器，所述η級編碼器用于對所述二進(jìn)制數(shù)B進(jìn)行編碼，其中，所述η級編碼器的 每一級包括一個數(shù)據(jù)復(fù)制器和一個隨機選擇器，第k級編碼器包括1個2Η位數(shù)據(jù)復(fù)制器 和1個2-1位隨機選擇器，其中，所述2 η位數(shù)據(jù)復(fù)制器用于將1個1位二進(jìn)制數(shù)的各位復(fù) 制得到1個2-1位二進(jìn)制數(shù)輸出，所述2 η位隨機選擇器用于將2個2 η位二進(jìn)制數(shù)的各位 隨機選擇并重新組合得到1個2k位二進(jìn)制數(shù)輸出，所述編碼器經(jīng)過η級數(shù)據(jù)復(fù)制和隨機選 擇得到2"個1位二進(jìn)制數(shù)輸出，其中，k = 1，2,…，η。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的動態(tài)元件匹配編碼器，其特征在于，其中， 第k級的數(shù)據(jù)復(fù)制器接收η位二進(jìn)制數(shù)B從低到高的第k位Bk，輸出1個2Η位二進(jìn) 制數(shù)，且該2H位二進(jìn)制數(shù)的每一位均等于B k，其中，k = 1，2,…，η。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的動態(tài)元件匹配編碼器，其特征在于，其中， 第k級的隨機選擇器接收第k-Ι級隨機選擇器輸出的2Η位二進(jìn)制數(shù)和第k級數(shù)據(jù)復(fù) 制器輸出的2-1位二進(jìn)制數(shù)，并將所述第k-Ι級隨機選擇器輸出的2 η位二進(jìn)制數(shù)和第k級 數(shù)據(jù)復(fù)制器輸出的2-1位二進(jìn)制數(shù)的各位進(jìn)行隨機選擇以重新組合，得到一個2 k位輸出二 進(jìn)制數(shù)，其中，k = 2,…，η。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的動態(tài)元件匹配編碼器，其特征在于，其中， 當(dāng)k = 1時，所述隨機選擇器的輸入為η位二進(jìn)制數(shù)B的最低位B1和常數(shù)0。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的動態(tài)元件匹配編碼器，其特征在于，其中， 所述隨機選擇器為η位隨機選擇器，所述η位隨機選擇器的輸入為2個η位二進(jìn)制數(shù) A、B和1個η位二進(jìn)制隨機數(shù)R，輸出為1個2η位二進(jìn)制數(shù)Ρ，并且，所述η位隨機選擇器 的的輸入和輸出滿足如下邏輯關(guān)系：
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的動態(tài)元件匹配編碼器，其特征在于，其中， 所述η位隨機二進(jìn)制數(shù)R由偽隨機數(shù)生成器生成。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的動態(tài)元件匹配編碼器，其特征在于，其特征在于，所述偽隨機 數(shù)生成器為線性反饋移位寄存器。
【專利摘要】本發(fā)明提出一種動態(tài)元件匹配編碼器，其特征在于，包括：輸入模塊，提供1個n位二進(jìn)制數(shù)B，其中，B＝BnBn-1…B2B1，且0≤B≤2n-1；n級編碼器，n級編碼器用于對二進(jìn)制數(shù)B進(jìn)行編碼，其中，n級編碼器的每一級包括一個數(shù)據(jù)復(fù)制器和一個隨機選擇器，第k級編碼器包括1個2k-1位數(shù)據(jù)復(fù)制器和1個2k-1位隨機選擇器，其中，2k-1位數(shù)據(jù)復(fù)制器用于將1個1位二進(jìn)制數(shù)的各位復(fù)制得到1個2k-1位二進(jìn)制數(shù)輸出，2k-1位隨機選擇器用于將2個2k-1位二進(jìn)制數(shù)的各位隨機選擇并重新組合得到1個2k位二進(jìn)制數(shù)輸出，編碼器經(jīng)過n級數(shù)據(jù)復(fù)制和隨機選擇得到2n個1位二進(jìn)制數(shù)輸出，其中，k＝1,2,…,n。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、復(fù)雜度低、隨機化程度高優(yōu)點。
【IPC分類】H03M1-66, H03M1-06
【公開號】CN104852733
【申請?zhí)枴緾N201510250374
【發(fā)明人】劉嘉男, 李學(xué)清, 楊華中, 汪蕙, 魏琦, 喬飛, 徐震
【申請人】清華大學(xué)
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年5月15日