本申請(qǐng)總體上涉及用于在σ-δ調(diào)制器，可消除導(dǎo)致模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換誤差的誤差來(lái)源的相關(guān)電路和方法。

背景技術(shù)：

模數(shù)轉(zhuǎn)換器(analog-to-digitalconverter，adc)被廣泛用于各種電子設(shè)備和系統(tǒng)，如移動(dòng)電話，音響設(shè)備，圖像捕獲設(shè)備，視頻設(shè)備，通信系統(tǒng)，傳感器和測(cè)量設(shè)備，雷達(dá)系統(tǒng)，及其他應(yīng)用當(dāng)中。一個(gè)典型的adc是一種電子電路，被配置成接收模擬信號(hào)，其通常是一個(gè)隨時(shí)間變化的信號(hào)，adc反復(fù)以離散的時(shí)間間隔對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣，并且在每個(gè)采樣時(shí)間間隔輸出數(shù)字信號(hào)(例如，一位序列(bitsequence)或數(shù)字字(digitalword))，它代表在采樣間隔內(nèi)該模擬信號(hào)的值。因?yàn)閍dc的輸出是一個(gè)n位序列，模擬信號(hào)被離散成m＝2ⁿ整數(shù)值。n被稱為adc的位分辨率(bitresolution)。例如，如果一單端adc是8位設(shè)備，則輸入信號(hào)可被離散化為2⁸＝256的值(0，1，2，3...255)。

典型的adc有幾種類型，并且它們可分為兩組：具有單位(single-bit)量化(例如，比較器)的adc和具有多位(multi-bit)量化(例如，n位adc)的adc。多位量化的adc可包括壓控振蕩器(vco)為主的adc，σ-δadc，逐次逼近寄存器adc和閃存型adc，等等。多位σ-δadc在無(wú)線和有線通信系統(tǒng)越來(lái)越多地使用。盡管這些類型的adc比閃速adc慢，例如，它們能夠有非常高的位分辨率和高轉(zhuǎn)換精度。σ-δadc的一個(gè)方面是，它的σ-δ調(diào)制器(modulator)可將誤差引入σ-δadc的輸出，這可導(dǎo)致符號(hào)間干擾(inter-symbolinterference)和信號(hào)轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種電流數(shù)模轉(zhuǎn)換器及將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)的方法，以有效地解決上述問(wèn)題。σ-δ調(diào)制器可以包括電流數(shù)模轉(zhuǎn)換器(idac)，其包括一或多個(gè)可切換開(kāi)關(guān)的電流源，為驅(qū)動(dòng)idac的一或多個(gè)模擬輸出。電流源可以具有相關(guān)聯(lián)的電容。電流源的切換可以在idac的輸出產(chǎn)生電流尖峰(currentspikes)。在某些情況下，這些電流尖峰可以導(dǎo)致σ-δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器中噪聲和符號(hào)間干擾。補(bǔ)償電容器可以被連接到電流源并被信號(hào)驅(qū)動(dòng)，以減少電流尖峰。

依據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種電流數(shù)模轉(zhuǎn)換器，包括：第一電流源和第二電流源中的至少一個(gè)，其中該第一電流源被設(shè)置成提供電流到一第一輸出，該第二電流源被設(shè)置成從該第一輸出拉電流；第一補(bǔ)償電容和第二補(bǔ)償電容中的至少一個(gè)，其中該第一補(bǔ)償電容被設(shè)置成連接到該第一電流源，該第二補(bǔ)償電容器被設(shè)置成連接到該第二電流源；以及驅(qū)動(dòng)電路，被設(shè)置成提供電流到該第一補(bǔ)償電容和該第二補(bǔ)償電容的至少一個(gè)。

依據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種電流數(shù)模轉(zhuǎn)換器，包括：一第一電流源，設(shè)置成提供電流到電流數(shù)模轉(zhuǎn)換器的一第一輸出或從該第一輸出拉電流；一第一補(bǔ)償電容，連接到該第一電流源；一參考節(jié)點(diǎn)，連接該第一輸出；以及驅(qū)動(dòng)電路，設(shè)置成提供電流到該第一補(bǔ)償電容。

依據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)的方法，該方法包括：驅(qū)動(dòng)連接在一第一電流源與一第一輸出之間的一第一開(kāi)關(guān)；當(dāng)該第一開(kāi)關(guān)被驅(qū)動(dòng)以連接該第一電流源和該第一輸出時(shí)，放大該第一輸出的一第一信號(hào)；提供該放大的第一信號(hào)到一第一補(bǔ)償電容，該第一補(bǔ)償電容連接該第一電流源；以及提供該第一輸出至一σ-δ調(diào)制器。

在閱讀各個(gè)附圖中例示的優(yōu)選實(shí)施例的如下詳細(xì)描述之后，本發(fā)明的這些和其他目的對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)無(wú)疑將變得顯而易見(jiàn)。

附圖說(shuō)明

圖1描述了根據(jù)一些實(shí)施方式的σ-δ調(diào)制器的示例。

圖2描述了根據(jù)一些實(shí)施方式的電流數(shù)模轉(zhuǎn)換器(idac)電路的示例。

圖3a描述了根據(jù)一些實(shí)施方式的用于idac的開(kāi)關(guān)控制的示例。

圖3b描述了根據(jù)一些實(shí)施方式，如圖2所示的idac的節(jié)點(diǎn)ssp的電壓示例。

圖3c描述了根據(jù)一些實(shí)施方式，如圖2所示的idac的節(jié)點(diǎn)ssn的電壓示例。

圖3d描述了根據(jù)一些實(shí)施方式，如圖2所示的idac發(fā)生電流尖峰的示例。

圖4a和圖4b描述了根據(jù)一些實(shí)施方式，補(bǔ)償關(guān)聯(lián)電容的idac電路示例。

圖5示出了沒(méi)有為關(guān)聯(lián)電容進(jìn)行補(bǔ)償?shù)膇dac的信噪加失真率比(signal-to-noiseplusdistortionratio)的模擬結(jié)果。

圖6示出了根據(jù)本實(shí)施方式，為關(guān)聯(lián)電容進(jìn)行補(bǔ)償?shù)膇dac的信噪加失真率比的模擬結(jié)果。

具體實(shí)施方式

圖1描繪可在σ-δ轉(zhuǎn)換器中使用的一σ-δ調(diào)制器100。所示的例子僅用于舉例說(shuō)明目的，并且不打算限制σ-δ調(diào)制器的結(jié)構(gòu)。圖1示出了一階σ-δ調(diào)制器，但本發(fā)明不限于一階調(diào)制器。本實(shí)施例的誤差消除可以用于較高階調(diào)制器，如二階和三階σ-δ調(diào)制器。

在一些實(shí)施方案中，σ-δ調(diào)制器100可以被包括在σ-δ轉(zhuǎn)換器的前端，并且被配置在輸入端101接收模擬信號(hào)，在輸出端150輸出串列的數(shù)字脈沖。在一些實(shí)施方式，σ-δ調(diào)制器100可以作為連續(xù)時(shí)間調(diào)制器進(jìn)行操作。一階σ-△調(diào)制器100可包括一加法器110，一積分器120，一比較器130，和具有電流數(shù)模轉(zhuǎn)換器(idac)140的一反饋回路。比較器的一部分輸出通過(guò)idac140反饋，并在idac140從數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。來(lái)自idac的模擬信號(hào)提供到加法器110，并從輸入信號(hào)中減去。從比較器130輸出的脈沖串流可以被提供給輸出端150和送到一計(jì)數(shù)器(未示出)。計(jì)數(shù)器可以在一個(gè)采樣時(shí)間間隔期間計(jì)數(shù)脈沖數(shù)，以確定對(duì)應(yīng)于在輸入端101接收的采樣后的模擬信號(hào)電平的數(shù)字信號(hào)電平。

舉例，idac140的進(jìn)一步細(xì)節(jié)在圖2所示的idac電路200所描繪。根據(jù)一些實(shí)施方案，idac200可包括推拉電流源(pushandpullcurrentsources)210，212，其被切換接通和關(guān)閉，以從第一和第二輸出outp，outn推和拉電流。電流源210，212的切換開(kāi)關(guān)可以通過(guò)間歇地驅(qū)動(dòng)晶體管m1，m2，m3和m4來(lái)完成，其中晶體管m1，m2，m3和m4由一脈沖信號(hào)(例如，從比較器130來(lái)的脈沖信號(hào))和該脈沖信號(hào)的反向施加于輸入en，來(lái)驅(qū)動(dòng)。第一和第二輸出outp，outn可以作為差分對(duì)施加到加法器110，或一個(gè)輸出可以接地而另一個(gè)施加到加法器110。電流源210，212可以是基本相同的電路，配置為連接到供應(yīng)電壓vp，vn，供應(yīng)電壓vp，vn可以是任何合適的dc電源。

發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到和理解的是，電流源210，212通常是相似或相同的設(shè)計(jì)，并且可以具有相關(guān)的電阻rp和電容cp，被表現(xiàn)為與電流源并聯(lián)的元件，如圖2所示。相關(guān)電阻rp和相關(guān)電容cp可以是寄生元件，分立元件，或寄生和分立元件的組合。小的電壓跳動(dòng)可能出現(xiàn)在idac的加總點(diǎn)，導(dǎo)致idac的輸出出現(xiàn)電流尖峰。然后電流尖峰通過(guò)σ-δ轉(zhuǎn)換器的積分器120，形成的電流尖峰積分可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤。在一些情況下，電流尖峰貢獻(xiàn)噪聲和符號(hào)間干擾，可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤。

圖3a示出根據(jù)一些實(shí)施例，可用于驅(qū)動(dòng)圖2的idac電路的脈沖信號(hào)的一個(gè)例子。例如，圖3a的信號(hào)en可以施加到idac200的en輸入，其反向信號(hào)可以施加到idac的輸入。脈沖信號(hào)可以是比較器130的輸出。電流源210，212的快速切換在節(jié)點(diǎn)ssp和ssn造成小電壓變化v(t),-v(t),分別如圖3b和圖3c所示。這些電壓的跳躍是可能導(dǎo)致相關(guān)的電容cp，cn被電流i(t)充電和放電。這些電壓跳躍也導(dǎo)致在idac輸出電流尖峰310，其中圖3d描述outp端的一個(gè)示例。電流尖峰與outn符號(hào)(sign)相反。這些電流尖峰通過(guò)在σ-δ調(diào)制器的積分器120，形成的電流尖峰積分導(dǎo)致小誤差并被加到積分后的模擬信號(hào)。這些錯(cuò)誤可導(dǎo)致模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換的錯(cuò)誤。

發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到和理解的是，通過(guò)在idac電路400加入補(bǔ)償電容cp'，cn'，并通過(guò)用大致相同的幅度和相反的符號(hào)的電流(如圖4a中描繪)驅(qū)動(dòng)補(bǔ)償電容cp'，cn'，可以有效地消除或降低前述的電壓跳躍和電流尖峰。補(bǔ)償電容可以和其對(duì)應(yīng)電容有大致相同的電容值通過(guò)加入補(bǔ)償電容和相關(guān)的電流驅(qū)動(dòng)器，任何對(duì)相關(guān)電容充電的電流將基本上會(huì)被由驅(qū)動(dòng)器提供給補(bǔ)償電容的電流所抵銷。

根據(jù)一些實(shí)施例，補(bǔ)償電容的電容值可以通過(guò)電路模擬來(lái)確定。例如，以圖4a中的電路，負(fù)的電容值可以被添加并連接到地。模擬可為每個(gè)負(fù)電容值掃描調(diào)制頻率，并且監(jiān)控idac的輸出阻抗的高頻部份的轉(zhuǎn)角頻率。負(fù)電容值可以被改變來(lái)移動(dòng)高頻部份的轉(zhuǎn)角頻率到更高的頻率，并選擇產(chǎn)生最高轉(zhuǎn)角頻率的負(fù)電容值的相應(yīng)的正電容值。

根據(jù)一些實(shí)施例，如圖4b所示，一驅(qū)動(dòng)電路500用于驅(qū)動(dòng)補(bǔ)償電容cp'，cn'。驅(qū)動(dòng)電路500可包括一具有差分輸出的低增益開(kāi)環(huán)放大器510。在一些實(shí)施例中，放大器510的增益是可調(diào)節(jié)的。放大器510可以具有和σ-δ轉(zhuǎn)換器的采樣頻率一樣或更高的工作帶寬(bandwidth)。放大器的反相輸入端514可連接到一參考電壓vcm，參考電壓vcm基本上等于idac的平均輸出電壓。放大器的非反相輸入端512可連接到開(kāi)關(guān)電路，開(kāi)關(guān)電路交替地從idac400的兩個(gè)輸出outp，outn之一提供信號(hào)。開(kāi)關(guān)電路可包括晶體管m5，m6，其可以由前述的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)en，來(lái)驅(qū)動(dòng)。

在一些實(shí)施例中，vcm可以是被輸入到調(diào)制器100中的共模信號(hào)，并且可以從輸入端101得到。輸入端101可以包括差分輸入接收兩個(gè)輸入信號(hào)inp，inn(例如用于一模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換)。vcm可以用求和和除法電路來(lái)獲得，對(duì)兩個(gè)輸入信號(hào)inp，inn取平均，即，vcm＝(inp+inn)/2。

在一些實(shí)施例中，適量的電流可以通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路提供給補(bǔ)償電容，驅(qū)動(dòng)電路對(duì)補(bǔ)償電容cp'，cn'施加與節(jié)點(diǎn)ssp，ssn的電壓跳躍成正比但符號(hào)相反的電壓。例如，約為兩倍于節(jié)點(diǎn)ssp，ssn電壓跳躍的幅度的電壓可跨補(bǔ)償電容施加。根據(jù)一些實(shí)施例，輸出outp，outn上的電壓跳躍v可被偵測(cè)。

在一些實(shí)施例中，放大器510的輸出直接連接到兩個(gè)補(bǔ)償電容cp'，cn'(例如，圖4a和圖4b中，標(biāo)示為p1的兩個(gè)管腳連接在一起而標(biāo)示為p2的兩個(gè)管腳連接在一起)。在一些實(shí)施例中，在放大器的輸出和補(bǔ)償電容之間可以存在衰減器(attenuator)和/或移相器(phaseshifter)，來(lái)調(diào)整回授到idac400的信號(hào)。放大器的增益可以通過(guò)放大器510內(nèi)部的組件調(diào)整。根據(jù)一些實(shí)施例，放大器510的增益可為大約1.5和大約2.7之間。在一些實(shí)施例中，放大器的帶寬可以是大約2千兆赫(ghz)和大約4千兆赫之間。

σ-δ調(diào)制器的模擬光譜示于圖5和圖6。在圖5，idac的相關(guān)電容值取為10毫微微法拉(femtofarads)，輸入調(diào)制頻率(fin)為約36兆赫(mhz)，過(guò)采樣比(osr)為9，調(diào)制器的采樣頻率為約2.9千兆赫，而調(diào)制器的帶寬(bw)約為160兆赫。idac的模擬輸出功率譜被繪制在大約1兆赫至約1千兆赫(圖示之暗線)的頻率范圍之間。圖5還繪制σ-δ調(diào)制器的量化噪聲的理論值的功率譜(圖示之亮虛線曲線)。計(jì)算出的信號(hào)-噪聲加失真比(signal-to-noiseplusdistortionratio，sndr)約為72.6分貝(db)。

圖6繪制了包括補(bǔ)償電容器cp'，cn'和驅(qū)動(dòng)電路500的idac的模擬輸出功率譜。在同圖5的比較可以看出，噪聲功率譜明顯減少。計(jì)算出的信號(hào)-噪聲加失真比增加到約80.4分貝，約有8分貝的改進(jìn)。

盡管上述實(shí)施例以σ-δ調(diào)制器進(jìn)行了說(shuō)明，補(bǔ)償電容可在用于其它目的的電流數(shù)模轉(zhuǎn)換器中使用。補(bǔ)償電容可以被連接到電流源210和212的任一側(cè)上，且不是僅在附圖中所示的節(jié)點(diǎn)。當(dāng)補(bǔ)償電容連接到電流源的另一側(cè)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電流或施加電壓的符號(hào)或方向可能會(huì)反轉(zhuǎn)。在一些實(shí)施例中，補(bǔ)償電容器可以被連接到電流源210，212，使得相同符號(hào)的電流或電壓可以被用來(lái)驅(qū)動(dòng)每個(gè)電容器。在這種情況下，放大器510可以是單極(unipolar)或單面(single-sided)輸出放大器。

一補(bǔ)償電容和相關(guān)的驅(qū)動(dòng)器也可以在單極idac實(shí)現(xiàn)。例如，再次參考圖圖4a中，第二電流源212用于從idac提供雙極(bipolar)輸出。在一些實(shí)現(xiàn)例中，第二電流源可以被一參考節(jié)點(diǎn)取代，參考節(jié)點(diǎn)布置為連接到一參考電位，例如地(ground)。因此，可能只需要一個(gè)單一的補(bǔ)償電容cp'和相關(guān)的單極驅(qū)動(dòng)器?？商娲?，可使用第二電流源212并可以一參考節(jié)點(diǎn)取代第一電流源210，參考節(jié)點(diǎn)布置為連接到一個(gè)負(fù)向參考電位，單極輸出，并且僅需要單個(gè)補(bǔ)償電容cn'。換句話說(shuō)，所提出的idac包括第一電流源210和/或第二電流源212中的至少一個(gè)，第一補(bǔ)償電容器cp'和/或第二補(bǔ)償電容器cn'中的至少一個(gè)，并且驅(qū)動(dòng)電路500被配置為提供電流到第一補(bǔ)償電容器cp'和/或第二補(bǔ)償電容器cn'的至少一個(gè)。

根據(jù)一些實(shí)施方案，操作idac的方法可包括以第一信號(hào)驅(qū)動(dòng)連接在第一電流源210與第一輸出outp之間的第一開(kāi)關(guān)m1，以第二信號(hào)驅(qū)動(dòng)連接在第二電流源212與第一輸出outp之間的第二開(kāi)關(guān)m2。操作idac的方法還可以包括當(dāng)?shù)谝婚_(kāi)關(guān)m1被驅(qū)動(dòng)以連接第一電流源210和第一輸出outp時(shí)，放大來(lái)自第一輸出outp的信號(hào)，并提供從放大的信號(hào)到連接到第一電流源210的第一補(bǔ)償電容cp'。操作idac的方法可進(jìn)一步包括以第二信號(hào)驅(qū)動(dòng)連接在第一電流源210與第二輸出outn之間的第三開(kāi)關(guān)m3，以第一信號(hào)驅(qū)動(dòng)連接在第二電流源212與第二輸出outn之間的第四開(kāi)關(guān)m4。在一些方面，操作idac的方法還可以包括當(dāng)?shù)诙_(kāi)關(guān)m2被驅(qū)動(dòng)以連接第二電流源212和第一輸出outp時(shí)，放大來(lái)自第二輸出outn的信號(hào)，并提供放大的信號(hào)到連接到第二電流源212的第二補(bǔ)償電容器cn'。附加和替代的行為可以從結(jié)合附圖的上述描述可以理解。例如，第二電流源212可以被連接到一個(gè)參考電位(例如地)的參考節(jié)點(diǎn)所取代。因此，可能只有單一的補(bǔ)償電容cp'和相關(guān)的單極驅(qū)動(dòng)器是必要的。可替代地，第一電流源210可以被連接到一個(gè)負(fù)向參考電位的參考節(jié)點(diǎn)所取代，因此可以僅需要單個(gè)補(bǔ)償電容cn'和相關(guān)的單極驅(qū)動(dòng)器。

術(shù)語(yǔ)“約”和“大約”在一些實(shí)施例中可被用于表示目標(biāo)尺寸的±20％之內(nèi)，在一些實(shí)施例中可被用于表示目標(biāo)尺寸的±10％之內(nèi)，在一些實(shí)施例中可被用于表示目標(biāo)尺寸的±5％以內(nèi)，或在一些實(shí)施例中可被用于表示目標(biāo)尺寸的±2％。術(shù)語(yǔ)“約”和“大約”可包括目標(biāo)維度。

本文所描述的技術(shù)可體現(xiàn)為方法，其中至少一些動(dòng)作已經(jīng)描述。作為該方法的一部分所執(zhí)行的動(dòng)作可以按任何合適的方式來(lái)排序。因此，實(shí)施例可以被比上述不同的順序構(gòu)造，或可包括同時(shí)執(zhí)行某些動(dòng)作。此外，某些實(shí)施方法可以包括比所描述的那些動(dòng)作更多，在某些實(shí)施方法可以比所描述的那些動(dòng)作較少。

本申請(qǐng)所述裝置和技術(shù)的各個(gè)方面可以單獨(dú)使用、組合使用或者以上述實(shí)施方式中未特別討論的各種方式使用，因此在本申請(qǐng)中并不僅限于前面所描述的或者附圖所例示的組件的細(xì)節(jié)和結(jié)構(gòu)。例如，在一個(gè)實(shí)施方式描述的方面可以與其他實(shí)施方式中描述的方面以任何方式組合。

權(quán)利要求中使用的序詞比如“第一”、“第二”、“第三”等本身并不意味著任何優(yōu)先級(jí)、優(yōu)先或一個(gè)元件相對(duì)于另一個(gè)元件的順序或者執(zhí)行方法中步驟的時(shí)間順序，而是僅僅作為標(biāo)記用來(lái)區(qū)分具有某名稱的一個(gè)元件與具有相同名稱(使用序詞)的另一元件從而區(qū)分這些元件。

并且，這里使用的措辭和術(shù)語(yǔ)只是用于描述并不應(yīng)當(dāng)視為限制?！鞍ā薄ⅰ鞍?、“具有”、“含有”、“涉及”等旨在包括所列舉的項(xiàng)目及其等同物以及附加項(xiàng)目。例如，裝置、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、層或區(qū)域被描述為“包括”、“包含”、“具有”、“含有”、“涉及”特殊的材料，旨在至少包括所列列舉的材料還包括可能存在的其他元件或材料。