具有共享校准的数字模拟转换器的制作方法

专利名称：具有共享校准的数字模拟转换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及数字模拟转换器(DAC ),更加具体地涉及多级DAC，该 多级DAC使用共享的校正系数来校准多级中的第 一级。
背景技术：
数字模拟转换器或DAC在用于提供数字域和模拟域之间的接口的技 术领域中是众所周知的。DAC通过将通常是二进制的数字输入码转换成 通常是电压或电流的相应模拟信号而起作用。它们可以以各种方式实施， 诸如使用简单的开关或者使用电阻器、电容器或电流源的网络来实施。
在分段的DAC构造中，DAC构造中的第一级的输出用于为第二级提 供输入。第一级提供第一输出和第二输出，而第二级则在这第一输出和第 二输出之间进行插值以便为DAC提供总体输出。这样的电路在本领域中 是众所周知的。
在US7015847中公开了对这种传统DAC构造的修改，该专利被共同 转让给本发明的受让人，并且其内容通过引用结合于此。该专利公开了笫 一级如何可以被多个第二级共享。通过使用多个第二级可以提供多通道 DAC。
使用这样的多通道DAC装置，DAC通道中的一个或多个可以与其它 的DAC通道并行操作，结果可以同时有来自DAC的多个输出。这对于 许多应用是有利的。然而，如果要求DC精确度性能好于制造过程要求的 初始匹配，那么将会要求某种校准以确保实现具有必要水平的精确转换。
进一步存在对校准又快又便宜的要求，以便在DAC的操作期间使 DAC更新的延迟最小化。对于集成电路的设计者而言总是存在使实现电 路所需的硅的面积最小化的压力，因此如果要为DAC提供校准，则优选 的是以不占用硅上的太多空间的方式来提供校准的实施。
因此需要提供可以容易地实施的用于这种多通道DAC的校准技术。

发明内容
这些以及其它问题通过根据本发明教导的DAC电膝浮以解决，所述 DAC电#供了跨越多通道DAC装置的多个通道的校准系数的共享。用
储要求。
根据本发明教导的第一实施例提供了一种多通道DAC电路，其包括 主DAC，所述主DAC向多个子DAC中的每一个提供多个输出以便形成 多通道DAC,其中每个通道的输出与其它通道的输出相关联，并且其中 用于第一通道的DAC电路的校准实现了用于第二通道的DAC电路的相 应校准。
参考示例性实施例，从提供了本发明教导的图示的以下附图中，这些 以及其它特征将会是明显的。


现在参考附图来描述本发明，其中
图l是以方框的形式示出根据本发明教导的电路装置的示意图；以及
图2示出了根据本发明教导的DAC电路如何可以被提Wt为ADC 的一部分的例子。
具体实施例方式
如图1所示，根据本发明教导的电#供了多通道DAC电路100, 该多通道DAC电路IOO包括耦合到多个子DAC 110a、 110b、 110c、 110d 的主DAC 105。每个子DAC被布置成在从主DAC输出的两个信号115、 U6之间进行插值，以便为该通道提供输出120。 DAC的这种操作对于本 领域技术人员而言将会是众所周知的。通过以多个子DAC的形式提供多 个通道，可以提供多个DAC通道。
如前面在背景技术部分中提到的那样，在US7015847 (US，847)中 提供了这种多通道DAC装置的例子。在US，847中，从单组元件中导出 第一级输出。US，847的装置将该组示出为一组电阻器，但是本领域技术 人员将会认识到，等效地，电容器或者其它器件如MOS或双极晶体管可 以用于不同的应用。本发明人已认识到，因为存在第一级的共同性或共享的程度，使得通过该组共享部件生成的任何DC误差分量都会跨越共享该 相同部件的全部通道而被反映。最终结果是，可以认为影响电路DC精确 度的误差源为全部DAC所共有。本发明人已利用了这种认识在电路中 存在共同性程度之处，使用共享的 一组校准系数可以实现这种电路的校 准。DAC传递函数中的这种DC误差的例子包括涉及线性度、增益和偏 移量的DC误差，目的是在该特定DAC所需的性能M之内，所述校准 将DAC传递函数的性能带回到理想DAC的性能。
将会意识到的是，本发明的装置使用并利用了每个子DAC对主DAC 的共享。用这种方式，为主DAC的操作提供的单组元件用作多通道DAC 的多个通道的第一级。全部的第一级输出115、 116因此^目同的该组元 件中导出，所以将会理解的是，影响电路的DC精确度并且例如可以影响 积分非线性度(INL)的误差源为全部DAC所共有。
该组元件的优选实施是作为电阻器串装置，如本领域技术人员将会意 识到的那样，该电阻器串装置广泛用于电平设置应用。大多数应用中所需 的精确度水平都需要校正DC误差。在以前的方案中，每个DAC需要它 自己的一组校正系数，因为影响每个通道的DC误差的误差源不同。
本发明使用单组校准或校正系数来提供这些误差源的校正，以便提供 总体多通道电路的DC精确度的改善。
使用如描述的那样的构造提供跨越许多通道(组)的共享电阻器串。 这意味着影响组内每个DAC的DC精确度的误差源是类似的。由于误差 源类似，所以每组只需要保存一组校准系数，这显著减少了数据存储所需 的硅面积。因此这种构造使对于电路的总体校准要求最小化。
如图l所示，可以实现校正的示例性方式是通过提供数字存储器130 来实现的，该数字存储器130配置成存储校准/校正系数。存储器130耦 合到数字控制块140，使得被提供作为对DAC的输入的控制字150可使 用校正算法来修改。校正算法通常会使用用于DAC电路的第一级(主 DAC)中的每一个电平设置元件的校正系数。这样的数字校正和可以实 施的方式对于本领域技术人员是明显的，并且例如可以使用合适的硬件如 状态机和乘法器等等，或者例如可以用软件来实施。
接口 160也耦合到数字逻辑块，并且提^，J建输入的数字字以便通过 DAC随后将其转换成模拟等效值的方式。接口可以是用户接口，由此用 户可以特别地访问DAC构造并且实现期望的字的转换，或者接口例如可以简单地是对另一个电路的接口。将会理解的是，不是所有的电路部件都
需要提供在同一芯片上。例如虛线180之内总体示出的接口、数字存储器 和数字控制块可以提供在第二芯片上，然后筒单地与第一和第二级的 DAC部件对接。例如部件180可以提供在现场可编程门阵列FPGA或某 种其它可编程逻辑器件上。
在图2中示出了本发明的DAC电路如何可以结合另一个电路使用的 例子，其中DAC部件100提供在模拟数字ADC电路200之内。在实施 二通道ADC的这个示例性实施例中，第一模拟输入205和第二模拟输入 210每个被提供到各自的转换元件215、 220。转换元件将输入提供给ADC 控制块225、 230，在其中实现适当数字选择。这些控制块中的每一个的 输出的一部分提供了 ADC的第一数字输出235和第二数字输出240。该 输出的一部分还作为对提供在反馈配置中的根据本发明教导的DAC的输 入而被馈送。
将会理解的是，因为基于DAC的第一级所需的校正来校正对DAC 的每一个输入字或控制码，并且因为跨越DAC的通道来共享该第一级的 部件，所以对多通道的校准是基于与否则可能需要的部件一—如果例如每 个通道未被关联的话一一相比较少的一组部件来实现的。即使只使用 一组 系数，许多DAC通道也可以从改善的DC精确度中获益。根据本发明教 导的方案因此提供了在不占用用于通常需要的多个校准系数组的芯片上 的太多面积的情况下就可以实现校准的方式。进而，因为校准是在决定使 用哪个通道之前实现的，所以DAC电路的设计者可以利用此点来提供与 通道无关的方案，该方案可以以较少的数字电路实现，以便提供与迄今可 能的方案相比以更高的速度实施的较低成本的方案。具有较少复杂性并且
意识到具有许多应用。
将会理解的是，跨越DAC多个通道的部件共享和那些共享部件的校 准提供了特殊的好处和精确度，其中那些部件是电路中的主要误差源。为 了从DAC校准系数的共享中获得最大益处，DAC应当被设计成使得主要 DC误差源是共享元件。这可以通过以下来进行通过设计来减少每个子 DAC的误差源(诸如非线性度之类)。这例如可以使用对于数字模拟转换 器设计与实施领域的技术人员而言众所周知的设计和布局技术来进行，其 中的一些例如记载在Pelgrom等人的论文中(7W: / Af. iWgn 附，J. C.丄 Z)M/"/w似)'er, A i G附你ws， Mflfc/r/"g /7fY /;eWesM05"加腦's^s1，5W/^ft"te OVr"to， w/. /W3-7^^， /5^9)，该论文的内
容通过引用结合于此。在整个DAC中的主要DC误差源为共享元件的情 况下，使用共享校准可以基本上去除总体DAC的DC误差。
已参考多通道DAC电路描述了根据本发明教导的电路的优选实施 例，所述多通道DAC电#供了多个通道中的所选通道之间的相关性， 使得单组校准系数可以用于多个通道的校准。虽然可以希望多个可用通道 中的全部通道都可以共享相同的系数，但将会意识到的是，某些应用或设 计考虑可能要求通道中的所选通道不与其它通it^目关联，并且同样可能不 与那些其它通道共享系数。
虽然已参考本发明的优选实施例描述了本发明，但是将会理解和意识 到的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以进行许多修改。本发 明也应当被认为受到限制，如受到鉴于所附权利要求而会被视为必要的那 种限制。进而，虽然已参考示例性的块边界描述了本发明的操作，所述示
是本领域技术人员将会意识到，数字设计电路可以如希望的那样不分组而 是合成，这可以去除为了说明的目的而在此示出的块边界。
本说明书中使用的词语"包括"旨在说明存在表述的特征、整体、步 骤或部件，而不是排除存在或添加一个或多个其它特征、整体、步骤、部 件或其组合。
权利要求
1. 一种多通道DAC电路，包括第一级，所述第一级耦合到多个第二级以便限定多个DAC通道，所述DAC通道中的每一个具有DC传递函数，并且所述第二级中的每一个的输出限定单独的DAC通道输出，并且其中所述电路使用共享的一组校准系数来使得能够校正所述多个DAC通道的至少第一和第二通道的DC传递函数。
2. 如权利要求l所述的电路，其中所述电路包括一组共享部件，所 述共享部件是用于限定所述多个DAC通道中的所选通道的DC传递函数 的起作用部件，并且其中共享的该组校准系数被提供以使得能够校正该组 共享部件的DC传递函数。
3. 如权利要求2所述的电路,其中该组共享部件为限定所述多个DAC 通道中的所选通道的一部分的所述第二级提供输入。
4. 如权利要求3所述的电路，其中该组共享部件被提供作为所述第 一级的一部分。
5. 如权利要求2所述的电路，其中该组共享部件被提供在所述电路 的第一级之内，并且提供输出给所述多个第二级中的所选第二级。
6. 如权利要求2所述的电路，其中该组共享部件是所述电路之内的 主要DC误差源。
7. 如权利要求l所述的电路，进一步包括校准装置，所述校准装置 配置成应用共享的该组校准系数以使得能够校正所述DC传递函数。
8. 如权利要求7所述的电路，其中所述校准装置配置成在选择多个 可用通道中的单独通道之前应用共享的该组校准系数。
9. 如权利要求7所述的电路，其中所述校准装置配置成在选择多个 可用通道中的单独通道之后应用共享的该组校准系数。
10. 如权利要求l所述的电路，其中所述第一级包括多个电平设置元件。
11. 如权利要求10所述的电路，其中共享的该组校准系数包括用于 所述电平设置元件中的每一个的校准系数。
12. 如权利要求l所述的电路，其中对所述第一级的输入字由在初级 输入端和所述第 一级之间对接的数字控制块提供，所述数字控制块耦合到配置成存储共享的该组校准系数的数字存储器，使得提供给所述第 一级的 每个输入字在进入到所述第 一级之前可由校准寄存器之内提供的系数修 改。
13. 如权利要求12所述的电路，其中所述数字控制块包括处理元件， 所述处理元件配置成实现至少一种校准算法的处理，所述校准算法用硬件 或软件嵌入，并且被提供以实现基于所述数字存储器之内存储的系数的所 述输入字的校正。
14. 如权利要求13所述的电路，其中在芯片外提供所述数字控制块 的所述处理元件。
15. 如权利要求13所述的电路，其中在芯片外提供所述数字控制块 的全部部件。
16. 如权利要求13所述的电路，其中所述数字控制块、初级输入端 和数字存储器提供在与所述DAC的所述第 一和第二级不同的芯片上。
17. 如权利要求l所述的电路，其中共享的该组校准系数被提供以使 得能够校正全部的所述多个DAC通道的DC传递函数。
18. 如权利要求l所述的电路，其中所述通道中的所有通道都与所述 通道中的其它通if^目关联。
19. 如权利要求l所述的电路，其中所述通道中的一些通道与所述通 道中的其它通勤目关联。
20. 如权利要求l所述的电路，其中多个第一级输出中的每一个由单 组元件导出，使得DC误差源为所述多通道DAC的通道中的每一个所共 有。
21. 如权利要求2所述的电路，其中共享的该组部件是所述电路之内 的主要DC误差源。
22. 如权利要求2所述的电路，其中共享的该组部件被提供为一组电 阻器。
23. 如权利要求l所述的电路，其中共享的该组校准系数存储在存储 器中。
24. 如权利要求23所述的电路，其中所述存储器提供在与所述DAC 不同的芯片上。
25. 如权利要求23所述的电路，其中共享的该组校准系数用软件提供。
26. —种模拟数字转换器ADC，包括DAC电路，所述DAC电路是 多通道DAC电路，所述多通道DAC电路包括第一级，所述第一级耦合 到多个第二级以便限定多个DAC通道，所述第一级具有与所述多个第二 级中的所选第二级共享的一组部件并且为与其耦合的所述第二级中的每 一个提供第一级输出，所述第二级中的每一个为所述DAC通道提供输出， 并且其中所述电路配置成使得用于共享该组部件的通道中的每一个的校 准系数跨越共享该组部件的全部通道而被共享，并且其中所述DAC电路 提供在所述ADC装置之内的反馈配置中。
27. —种多通道DAC电路，其具有多个通道中的所选通道之间的相 关性，所述电路包括可以用于校准多个通道的单组校准系数。
28. 如权利要求27所述的DAC电路，其中所述DAC包括第一级和 多个第二级。
29. 如权利要求27所述的DAC电路，其中通过与多个第二级共享 所述第一级的部件来提供相关性。
30. —种校准多通道DAC电路的方法，所述方法包括a. 提供第一级，所述第一g合到多个第二级以便限定多个DAC通 道，所述DAC通道中的每一个具有DC传递函数，并且所述第二级中的 每一个的输出限定单独的DAC通道输出，以及b. 使用共享的一组校准系数来使得能够校正所述多个DAC通道的至 少第 一和第二通道的DC传递函数。
31. 如权利要求30所述的方法，其中共享的该组校准系数可对共享 的一组部件进行操作，共享的该组部件被提供作为所述第一级的一部分并 由所述至少第 一和第二通道共享。
32. 如权利要求30所述的方法，其中使用共享的一组校准系数的所 述步骤包括从存储器中检索共享的该组校准系数。
33. 如权利要求32所述的方法，其中所述检索实现从远离所述DAC 电路的存储器中的检索。
全文摘要
一种具有两级(例如分别用于MSB和LSB)的多通道DAC。第一级由通道共享。校准系数被存储用于校正数字输入数据并且提供DAC通道的校正的DC传递特性(例如偏移量、增益、线性度)。校准系数由全部通道或者由它们中的所选组共享。
文档编号H03M1/10GK101473539SQ200780022878
公开日2009年7月1日 申请日期2007年6月22日 优先权日2006年6月23日
发明者丹尼斯·登普西, 加文·科斯格雷夫, 图德·维内雷亚努, 帕特里克·柯比, 科林·莱登, 罗德里克·麦克拉克伦 申请人:模拟装置公司