专利名称：一种用于电流舵数模转换器电流源的动态校正电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及集成电路，尤其涉及一种用于流舵数模转换器电流源的动态校正电路。
背景技术：
在模拟集成电路或者在接口电路中，数模转换模块是一种非常常见的用于把数 字信号转换成模拟信号的功能模块，特别现在发展到GHz级别，精度达到14bit及以上的 集成电路中，目前主要采用的结构都是电流舵形式的数模转换器来实现上述功能的。在上述高速高精度电流舵结构的数模转换器(特别精度在14bit以上)中，高位 电流源是较为关键的模块，特别是高位电流源的大小，或者偏差都将直接决定输出信号 的幅度变化，也就是说在任何工作条件下高位电流源的值决定输出信号特性，若电流源 的大小偏差比较小，则输出波形的台阶将是比较均勻变化，也就不会有失码，否则将造 成输出信号的电位波动，并带来很大的输出信号的谐波失真。以一个16位数模转换器为例，设其高位为5位，一般在高位都是温度计编码来 实现高位的电流源控制，因此，5位的高位电流源通过编码产生31位编码，这样就需要 31个相同的电流源模块被温度计编码控制工作状态；如图1所示，在数模转换器的高位 为5位的时候，就需要31组电流源模块，把31组电流源模块分别编号为CSM1、CSM2··· CSM30、CSM31，且每个电流源模块由第一、第二 MOS管单元Ml，、M2，构成；如 图2所示，若这些电流源模块之间的偏差比较大，这样数模转换器的输出信号OUT的波 形就会发生很大的偏差(假设理想输出波形应该为正弦)，从而导致输出谐波失真比较严 重，这种情况特别是在高速电路中会更加严重，这是影响高速数模转换器动态特性的主 要非理想因素之一。因此，目前业内人士通常会采用很多技术来提高高位电流源的匹配，或者采用 各种后台校正技术来提高电流源值的精度，以改善数模转换器的动态特性；然而现有的 这些方法一般都需要很大的花费。鉴于上述情况，在目前数模转换器向高速高精度方向 飞速发展的今天，如何有效、经济地提高数模转换器动态特性是非常关键的点之一。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种结构简单的用于电流 舵数模转换器电流源的动态校正电路，以对电流源进行动态校正，使得电流源的大小基 本上不变，从而得到性能比较好的数模转换器。本发明所述的一种用于电流舵数模转换器电流源的动态校正电路，所述电流源 包括若干组电流源模块，每组电流源模块包括串联的第一 MOS管单元和第二 MOS管单 元，其中，所述第一 MOS管单元包括若干个并联连接的第一 MOS管，且它们源极和漏 极分别相连，以构成该第一 MOS管单元的源极和漏极，所述第一 MOS管单元的源极与 一外部电源连接，所述第二 MOS管单元包括若干个并联连接的第二 MOS管，且它们源极、栅极和漏极分别相连，以构成该第二 MOS管单元的源极、栅极和漏极，所述校正电 路包括一反馈控制模块以及设置在所述每组电流源模块中的一校正MOS管子单元、一电 容和一开关，所述校正MOS管子单元由所述第一 MOS管单元中η个并联连接的第一 MOS管 组成，且该η个第一 MOS管的源极、栅极和漏极分别相连，构成该校正MOS管子单元 的源极、栅极和漏极，其中，η为自然数，且η小于该第一 MOS管单元中所有第一 MOS 管的个数；所述电容的两端分别与所述外部电源以及所述校正MOS管子单元的栅极连接；所述开关与所述校正MOS管子单元的栅极连接，并接收一校正偏置信号和一外 部时钟信号；所述反馈控制模块包括第三至第六MOS管以及并联连接的第一至第三支路，其 中，所述第三MOS管的源极和所述第四MOS管的漏极连接，其漏极和栅极以及该 第四MOS管的栅极相连，并接收一外部参考电流信号，所述第四MOS管和第六MOS管 的源极相连至地；所述第五MOS管的漏极与所述第六MOS管的栅极相连，并接收所述外部参考 电流信号，其栅极与所述第三MOS管的栅极连接，其源极与该第六MOS管的漏极连 接；所述第一支路包括第十七、第十八MOS管以及第七、第八MOS管，所述第 十七MOS管的源极与所述外部电源连接，其漏极与所述第十八MOS管的源极连接，该 第十八MOS管的漏极和栅极以及所述第十七MOS管的栅极相连，所述第七MOS管的漏 极与所述第十八MOS管的漏极连接，其栅极与所述第五MOS管的栅极连接，其源极与 所述第八MOS管的漏极连接，该第八MOS管的栅极与所述第六MOS管的栅极连接，其 源极接地；所述第二支路包括第十五、第十六MOS管以及第九、第十MOS管，所述第 十五MOS管的源极与所述外部电源连接，其漏极与所述第十六MOS管的源极连接，该 第十六MOS管的栅极与所述第十八MOS管的栅极相连，其漏极与所述第九MOS管的漏 极连接，并向被校正的一组电流源模块中的开关输出所述校正偏置信号，该第九MOS管 的栅极与所述第七MOS管的栅极连接，其源极与所述第十MOS管的漏极相连至被校正 的一组电流源模块中的第二 MOS管单元的漏极，该第十MOS管的栅极与所述第八MOS 管的栅极连接，其源极接地；所述第三支路包括第十一至第十四MOS管，所述第十三MOS管的源极与所述 外部电源连接，其栅极与所述第十五MOS管的栅极连接，并向被校正的一组电流源模块 中的第一 MOS管单元输出一第一偏置信号，其漏极与所述第十四MOS管的源极连接， 该第十四MOS管的栅极与所述第十六MOS管的栅极连接，并向被校正的一组电流源模 块中的第二 MOS管单元输出一第二偏置信号，其漏极分别与所述第十三MOS管的栅极 以及所述第十一 MOS管的漏极连接，该第十一 MOS管的栅极与所述第九MOS管的栅 极连接，其源极与所述第十二 MOS管的漏极连接，该第十二 MOS管的栅极与所述第十 MOS管的栅极连接，其源极接地。
在上述的用于电流舵数模转换器电流源的动态校正电路中，所述每组电流源模 块中的第一 MOS管单元的漏极与所述第二 MOS管单元的源极连接，所述第一 MOS管单 元中除了 η个组成所述校正MOS管子单元的第一 MOS管以外其余所有的第一 MOS管的 栅极相连，并接收所述第一偏置信号，所述校正MOS管子单元以外的，所述第二 MOS 管单元的栅极接收所述第二偏置信号。 由于采用了上述的技术解决方案，本发明利用每组电流源模块中第一 MOS管单 元中的η个第一 MOS管组成校正MOS管子单元，并在每组电流源模块中增设开关和电 容，与反馈控制模块构成闭环，通过数字控制信号与电流源工作状态交替运行，即通过 对不参与工作的一组电流源中的校正MOS管子单元进行栅极电位的改变从而改变该校正 MOS管子单元的电流大小以来达到对电流源的校正，而在工作中通过电容保持校正MOS 管子单元的栅极电位稳定，从而等到其工作的时候能保持输出精度比较高的值，如此通 过不停的循环校正，最终使所有的电流源模块都达到校正的效果；这样整个电流源的输 出值都比较精确，从而使数模转换器的输出信号的精确度提高，使其输出特性提高，并 最终达到提高数模转换器整体性能的目的。
图1是现有技术中16位数模转换器中高位为5位时电流源的结构示意图；图2是基于图1的电流源结构的数模转换器的输出波形图；图3是采用本发明动态校正电路的数模转换器中电流源的较佳实施例的结构示 意图；图4是本发明一种用于电流舵数模转换器电流源的动态校正电路中反馈模块的 结构示意图。图5是采用本发明动态校正电路的数模转换器的输出波形图。
具体实施例方式下面结合附图，对本发明的具体实施例进行详细说明。请参阅图3至图5，本实施例中，以16位的数模转换器为例，并设其高位为5 位；5位的高位电流源通过编码产生31位编码，这样就需要31个相同的电流源模块被 温度计编码控制工作状态，由于数模转换器正常工作的时候不能失码，因此正常工作的 时候需要31个，那么由于每次工作时刻都要拿出一个电流源模块来进行校正，因此需要 32个电流源模块；本实施例中把32组电流源模块分别编号为CSM1、CSM2-CSM3U CSM32。每组电流源模块包括串联的第一 MOS管单元1和第二 MOS管单元2，其中， 第一 MOS管单元1包括若干个并联连接的第一 MOS管Ml (在本实施例中，假设每个第 一 MOS管单元1中第一 MOS管Ml的个数为128个)，且它们源极和漏极分别相连，以 构成该第一 MOS管单元的源极和漏极，第一 MOS管单元1的源极与一外部电源VDD连 接；第二 MOS管单元2包括若干个并联连接的第二 MOS管Μ2，且它们源极、栅极和漏 极分别相连，以构成该第二 MOS管单元2的源极、栅极和漏极；第一 MOS管单元1的 漏极与第二 MOS管单元2的源极连接。
本发明的用于电流舵数模转换器电流源的动态校正电路包括一反馈控制模块3 以及设置在每组电流源模块中的一校正MOS管子单元11、一电容C和一开关，其中校正MOS管子单元11由该组电流源模块中第一 MOS管单元1中的η个并联连 接的第一 MOS管Ml组成，且该η个第一 MOS管Ml的源极、栅极和漏极分别相连， 构成该校正MOS管子单元11的源极、栅极和漏极，其中，η为任意小于该第一 MOS管 单元1中所有第一 MOS管Ml的个数的自然数，在本实施例中，即η为小于128的自然 数，现假设η = 2，则剩下的126个第一 MOS管Ml仍用于正常工作；电容C的两端分别与外部电源VDD以及校正MOS管子单元11的栅极连接；开关与校正MOS管子单元11的栅极连接，并接收一校正偏置信号BIASC和一 外部时钟信号，在本实施例中，由于有32个电流源模块，因此开关的个数也为32个，现 将这32个开关分别编号为SW1、SW2-SW3U SW32 ；为了保证每次只有一组电流源模 块接受校正，因此使32个开关接收的外部时钟信号互不相同，现将这32个外部时钟信号 分别编号为 CK1、CK2-CK3U CK32 ；反馈控制模块3包括第三至第六MOS管Μ3至Μ6以及并联连接的第一至第三 支路31至33，其中，第三MOS管Μ3的源极和第四MOS管Μ4的漏极连接，其漏极和栅极以及第 四MOS管Μ4的栅极相连，并接收一外部参考电流信号IREF，第四MOS管Μ4和第六 MOS管Μ6的源极相连至地GND ；第五MOS管Μ5的漏极与第六MOS管Μ6的栅极相连，并接收外部参考电流 信号IREF，其栅极与第三MOS管Μ3的栅极连接，其源极与第六MOS管Μ6的漏极连 接；第一支路31包括第十七、第十八MOS管Μ17、Μ18以及第七、第八MOS管 Μ7、Μ8 ；第十七MOS管Μ17的源极与外部电源VDD连接，其漏极与第十八MOS管 Μ18的源极连接；第十八MOS管Μ18的漏极和栅极以及第十七MOS管Μ17的栅极相 连；第七MOS管Μ7的漏极与第十八MOS管Μ18的漏极连接，其栅极与第五MOS管 Μ5的栅极连接，其源极与第八MOS管Μ8的漏极连接，第八MOS管Μ8的栅极与第六 MOS管Μ6的栅极连接，其源极接地GND ；第二支路32包括第十五、第十六MOS管Μ15、Μ16以及第九、第十MOS管 Μ9、MlO ；第十五MOS管Μ15的源极与外部电源VDD连接，其漏极与第十六MOS管 Μ16的源极连接；第十六MOS管Μ16的栅极与第十八MOS管Μ18的栅极相连，其漏极 与第九MOS管Μ9的漏极连接，并向被校正的一组电流源模块中的开关输出校正偏置信 号BIASC ；第九MOS管Μ9的栅极与第七MOS管Μ7的栅极连接，其源极与第十MOS 管MlO的漏极连接，即形成CSMF端，该CSMF端与被校正的一组电流源模块中的第二 MOS管单元2的漏极连接；第十MOS管MlO的栅极与第八MOS管Μ8的栅极连接，其 源极接地GND ；第三支路33包括第i^一至第十四MOS管Mll至M14 ；第十三MOS管M13的 源极与外部电源VDD连接，其栅极与第十五MOS管M15的栅极连接，并向被校正的一 组电流源模块中的第一 MOS管单元1中除了 η个组成校正MOS管子单元11的第一 MOS 管Ml以外其余所有的第一 MOS管Ml的栅极的相连端输出第一偏置信号BIAS1，其漏极与第十四MOS管M14的源极连接；第十四MOS管M14的栅极与第十六MOS管M16 的栅极连接，并向被校正的一组电流源模块中的第二 MOS管单元2的栅极输出第二偏置 信号BIAS2，其漏极分别与第十三MOS管M13的栅极以及第十一 MOS管Mll的漏极连 接；第十一 MOS管Mll的栅极与第九MOS管M9的栅极连接，其源极与第十二 MOS 管M12的漏极连接；第十二 MOS管M12的栅极与第十MOS管MlO的栅极连接，其源 极接地GND。本实施例中32个电流源模块的正常工作顺序为一开始，电流源模块CSMl到 电流源模块CSM31工作，此时对电流源模块CSM32进行校正；下个时刻，电流源模块 CSM2到电流源模块CSM 32工作，此时对电流源模块CSMl进行校正；按照这样顺序不 停的对32个电流源模块循环校正。现以对电流源模块CSMl校正为例，对本发明的工作原理进行说明校正时，开关SWl在时钟信号CKl作用下合上，此时，校正偏置信号BIASC 接到校正MOS管子单元11的栅极，电流源模块CSMl的输出端，即第二 MOS管单元2 的漏极接到反馈控制模块3的CSMF端，构成反馈回路，并把反馈回路中的第一偏置信号 BIASl和第二偏置信号BIAS2接到电流源模块CSMl中的第一 MOS管单元1中其余第一 MOS管Ml的栅极相连端以及第二 MOS管单元2的栅极上；由于反馈控制模块3接收标准的参考电流信号IREF，因此，若反馈回来的电流 偏大，则校正偏置信号BIASC的值就增加，从而使流过校正MOS管子单元11的电流减 小，从而使得再次反馈回来的电流就减小，并最终使得电流源模块CSMl的输出电流和 参考电流信号IREF的大小一致，从而达到了校正的目的；当校正时刻完成后，开关SWl就断开，这样电荷就存在电容C上，从而保持校 正MOS管子单元11的电压不变，供其正常工作时用。本发明的校正电路可由制备在基片上的晶体管所组成。综上所述，本发明通过动态校正技术把每一个电流源模块逐一进行校正，从而 使得数模转换器的输出信号OUT的波形能够比较均勻的变化(如图5所示)，达到比较理 想的状态，使输出的谐波失真降低很多，从而使数模转换器的积分非线性和微分非线性 取得比较理想的效果，提高整体数模转换器的性能。本发明电路简单，效果明显，可广 泛应用到数模转换器中，并可以工作在IGHz以上，同时谐波失真降低率可以达到SOdB 以上。以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据 上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限 定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。
权利要求
1. 一种用于电流舵数模转换器电流源的动态校正电路，所述电流源包括若干组电流 源模块，每组电流源模块包括串联的第一 MOS管单元和第二 MOS管单元，其中，所述 第一 MOS管单元包括若干个并联连接的第一 MOS管，且它们源极和漏极分别相连， 以构成该第一 MOS管单元的源极和漏极，所述第一 MOS管单元的源极与一外部电源连 接，所述第二 MOS管单元包括若干个并联连接的第二 MOS管，且它们源极、栅极和漏 极分别相连，以构成该第二 MOS管单元的源极、栅极和漏极，其特征在于，所述校正电 路包括一反馈控制模块以及设置在所述每组电流源模块中的一校正MOS管子单元、一电 容和一开关，所述校正MOS管子单元由所述第一 MOS管单元中η个并联连接的第一 MOS管组 成，且该η个第一 MOS管的源极、栅极和漏极分别相连，构成该校正MOS管子单元的 源极、栅极和漏极，其中，η为自然数，且η小于该第一 MOS管单元中所有第一 MOS管 的个数；所述电容的两端分别与所述外部电源以及所述校正MOS管子单元的栅极连接；所述开关与所述校正MOS管子单元的栅极连接，并接收一校正偏置信号和一外部时 钟信号；所述反馈控制模块包括第三至第六MOS管以及并联连接的第一至第三支路，其中，所述第三MOS管的源极和所述第四MOS管的漏极连接，其漏极和栅极以及该第四 MOS管的栅极相连，并接收一外部参考电流信号，所述第四MOS管和第六MOS管的源 极相连至地；所述第五MOS管的漏极与所述第六MOS管的栅极相连，并接收所述外部参考电流 信号，其栅极与所述第三MOS管的栅极连接，其源极与该第六MOS管的漏极连接；所述第一支路包括第十七、第十八MOS管以及第七、第八MOS管，所述第十七 MOS管的源极与所述外部电源连接，其漏极与所述第十八MOS管的源极连接，该第十八 MOS管的漏极和栅极以及所述第十七MOS管的栅极相连，所述第七MOS管的漏极与所 述第十八MOS管的漏极连接，其栅极与所述第五MOS管的栅极连接，其源极与所述第 八MOS管的漏极连接，该第八MOS管的栅极与所述第六MOS管的栅极连接，其源极接 地；所述第二支路包括第十五、第十六MOS管以及第九、第十MOS管，所述第十五 MOS管的源极与所述外部电源连接，其漏极与所述第十六MOS管的源极连接，该第十六 MOS管的栅极与所述第十八MOS管的栅极相连，其漏极与所述第九MOS管的漏极连 接，并向被校正的一组电流源模块中的开关输出所述校正偏置信号，该第九MOS管的栅 极与所述第七MOS管的栅极连接，其源极与所述第十MOS管的漏极相连至被校正的一 组电流源模块中的第二 MOS管单元的漏极，该第十MOS管的栅极与所述第八MOS管的 栅极连接，其源极接地；所述第三支路包括第十一至第十四MOS管，所述第十三MOS管的源极与所述外部 电源连接，其栅极与所述第十五MOS管的栅极连接，并向被校正的一组电流源模块中的 第一 MOS管单元输出一第一偏置信号，其漏极与所述第十四MOS管的源极连接，该第 十四MOS管的栅极与所述第十六MOS管的栅极连接，并向被校正的一组电流源模块中 的第二 MOS管单元输出一第二偏置信号，其漏极分别与所述第十三MOS管的栅极以及所述第十一 MOS管的漏极连接，该第十一 MOS管的栅极与所述第九MOS管的栅极连 接，其源极与所述第十二 MOS管的漏极连接，该第十二 MOS管的栅极与所述第十MOS 管的栅极连接，其源极接地。
2.根据权利要求1所述的用于电流舵数模转换器电流源的动态校正电路，所述每组 电流源模块中的第一 MOS管单元的漏极与所述第二 MOS管单元的源极连接，所述第一 MOS管单元中除了 η个组成所述校正MOS管子单元的第一 MOS管以外其余所有的第一 MOS管的栅极相连，并接收所述第一偏置信号，所述校正MOS管子单元以外的，所述第 二 MOS管单元的栅极接收所述第二偏置信号。
全文摘要
本发明涉及一种用于电流舵数模转换器电流源的动态校正电路，所述电流源包括若干组电流源模块，每组电流源模块包括串联的第一MOS管单元和第二MOS管单元，其中，所述第一MOS管单元包括若干个并联连接的第一MOS管，且它们源极和漏极分别相连，以构成该第一MOS管单元的源极和漏极，所述第一MOS管单元的源极与一外部电源连接，所述校正电路包括一反馈控制模块以及设置在所述每组电流源模块中的一校正MOS管子单元、一电容和一开关。本发明用于对电流源进行动态校正，使得电流源的大小基本上不变，从而得到性能比较好的数模转换器。
文档编号H03M1/10GK102013892SQ20101060944
公开日2011年4月13日 申请日期2010年12月28日 优先权日2010年12月28日
发明者袁文师 申请人:上海贝岭股份有限公司