数据转换装置、数字传送装置与数字转换方法
【专利摘要】本发明提供了一种数据转换装置、数字传送装置与数字转换方法，该数据转换装置包含有：一数据取样电路，用来根据一时钟信号来对一数字信号进行高频取样以产生一高频取样信号；一电压电平产生电路，用来产生一可调整电压；以及一信号转换电路，用来根据该可调整电压以及该高频取样信号来产生一转换信号。本发明可以将最小有效位的动态功率延伸至更小的范围，从而可以具有较大的动态功率范围。
【专利说明】数据转换装置、数字传送装置与数字转换方法
【技术领域】
[0001]本发明是关于一数据转换装置、一数字传送装置与一数字转换方法，尤指具有较大动态功率范围的一数字传送装置及与其相关的数字转换方法。
【背景技术】
[0002]在无线通信系统(例如第三代的移动通信系统)中，其输出信号的功率具有高的动态范围是必要的条件。举例而言，一手机所要求的输出功率的动态范围是-7 8分贝(dBm)。一般而言,若一单芯片的传送器要能够传送范围从OdBm至_78dBm的功率的话,贝!J该传送器会包含有多个功能元件，例如一数模转换器、低通滤波器、可编程增益放大器、调制器以及前级驱动器(pre-driver)。该些元件的构造都是非常复杂且会占据较大的芯片面积。因此，利用一射频功率数模转换器(RF power DAC)来取代一传送器可降低该传送器的元件复杂度。举例而言，该射频功率数模转换器可以用一切换模式的功率放大器来实施。但是，数字式的传送器的动态功率范围常常会受限于其半导体制造工艺所能支持的最小面积。举例而言，当一切换式的功率放大器具有最小的面积时，其所能产生的一最小功率为-45dBm。因此，该最小功率依然远大于第三代的移动通信系统所要求的_78dBm。因此，如何使得一切换式功率放大器能够产生更小的功率来使得一数字传送器具有更宽的动态功率范围是本领域技术人员所亟需解决的问题。
【发明内容】
[0003]因此，本发明的一目的在于提供具有较大动态功率范围的一数据转换装置、数字传送装置与数字转换方法，以使得数字传送器能具有更宽的动态功率范围。
[0004]依据本发明的一第一实施例，其提供了一种数据转换装置(DataConvertingDevice)。该数据转换装置包含有一数据取样电路、一电压电平产生电路以及一信号转换电路。该数据取样电路用来根据一时钟信号来对一数字信号进行高频取样以产生一高频取样信号。该电压电平产生电路用来产生一可调整电压。该信号转换电路用来根据该可调整电压以及该高频取样信号来产生一转换信号。
[0005]依据本发明的一第二实施例，其提供了一种数字传送装置(DigitalTransmitting Apparatus)。该数字传送装置包含有多个第一数据转换装置、多个第二数据转换装置以及一负载电路。该多个第一数据转换装置用来根据多个第一数字信号来分别产生多个第一转换信号。该多个第二数据转换装置用来根据多个第二数字信号来分别产生多个第二转换信号。该多个第二数据转换装置中的至少一个第二数据转换装置包含有一数据取样电路、一电压电平产生电路以及一信号转换电路。该数据取样电路用来根据一时钟信号来对一第二数字信号进行高频取样以产生一高频取样信号。该电压电平产生电路用来产生一可调整电压。该信号转换电路用来根据该可调整电压以及该高频取样信号来产生一第二转换信号。该负载电路用来根据该多个第一转换信号以及该多个第二转换信号来产生一输出信号；其中该多个第二数字信号相对于该多个第一数字信号具有较低的有效性(lesssignificant)。
[0006]依据本发明的一第三实施例，其提供了一种数字转换方法(data convertingmethod)。数字转换方法包含有:根据一时钟信号来对一数字信号进行高频取样以产生一高频取样信号；产生一可调整电压；以及根据该可调整电压以及该高频取样信号来产生一转换信号。
[0007]因此，本发明的实施例的打破了利用一半导体制造工艺来制造一数字传送器的动态功率范围的限制。本发明利用该全码数据来对一电流式数模转换器所产生的一可变电压进行取样，以调整该些延伸位的启动电阻值来以产生较低的功率电平，如此就可以将最小有效位的动态功率延伸至更小的范围。由于本发明利用了一可变电压来反映出温度的变化，因此本发明的最小有效位之间就会具有较佳的温度追踪能力，以最小化位至位之间的不匹配现象。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是本发明一种数字传送装置的一实施例示意图。
[0009]图2是本发明一第一数据转换装置的一实施例示意图。
[0010]图3是本发明多个第二数据转换装置中的其中一个第二数据转换装置的一实施例示意图。
[0011]图4是本发明对应不同的可调整电压的一第二场效应晶体管所分别造成的不同电压降的一实施例时序图。
[0012]图5是本发明多个第二数据转换装置中的其中一个第二数据转换装置的另一实施例示意图。
[0013]图6是本发明一第二数据转换装置的一数字转换方法的一实施例流程图。
[0014]图7是本发明一第二数据转换装置的一数字转换方法的另一实施例流程图。
[0015]符号说明:
[0016]100数字传送装置；
[0017]102_(m+l)?102_(m+n)第二数据转换装置；
[0018]102_1?102_m第一数据转换装置；
[0019]104负载电路；
[0020]1042 电感；
[0021]1044 电容；
[0022]102_m_l、302、502 数据取样电路；
[0023]304、504电压电平产生电路；
[0024]3042、5042电流式数模转换器；
[0025]3044、5044场效应晶体管；
[0026]306、508信号转换电路；
[0027]102_m_2、3062、5082 第一场效应晶体管；
[0028]102_m_3、3064、5084 第二场效应晶体管；
[0029]3066第三场效应晶体管；
[0030]402、404、406 曲线；
[0031]506调整电路；
[0032]5062 反相器；
[0033]5064第一传输门；
[0034]5066第二传输门；
[0035]600、700数字转换方法；
[0036]602 ?604、702 ?708 步骤。
【具体实施方式】
[0037]在说明书及所附的权利要求当中使用了某些词汇来表示特定的元件。所属领域中具有通常知识者应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及所附的权利要求并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及所附的权利要求项当中所提及的“包含”为一开放式的用语，故应解释成“包含但不限定于”。此外，“耦接” 一词在此包含任何直接及间接的电连接手段，因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表该第一装置可直接电连接于该第二装置，或者通过其他装置或连接手段间接地电连接至该第二装置。
[0038]请参考图1，其是根据本发明一种数字传送装置(digital transmittingapparatus) 100的一实施例示意图。数字传送装置100是用来直接对多个数字信号D [I]?D[m+n]进行提升转换(up-convert)至一射频信号(即以下所述的输出信号RFout)。数字传送装置100包含有多个第一数据转换装置(data converting device) 102_1?102_m、多个第二数据转换装置(data converting device) 102_(m+l)?102_(m+n)以及一负载电路104。多个第一数据转换装置102_1?102_m是用来根据多个第一数字信号D [I]?D[m]来分别产生多个第一转换信号So_l?So_m。多个第二数据转换装置102_(m+l)?102_(m+n)是用来根据多个第二数字信号D[m+1]?D[m+n]来分别产生多个第二转换信号So_(m+1)?So_(m+n)。负载电路104是用来根据多个第一转换信号So_l?So_m以及多个第二转换信号So_(m+l)?So_(m+n)来产生一输出信号RFout。请注意,上述的m以及η可以是任何的正整数。
[0039]在本实施例中，多个第二数字信号D[m+1]?D[m+n]相对于多个第一数字信号D[l]?D[m]具有较低的有效性(less significant)。换句话说,第一数字信号D [I]是最大有效位(most significant bit)，而第二数字信号D[m+n]是最小有效位(least significantbit)。
[0040]进一步而言，多个第一数据转换装置102_1?102_m是利用多个第一时钟信号Lo_l?Lo_m来对多个第一数字信号D[l]?D[m]进行高频取样或提升转换来分别产生多个第一转换信号So_l?So_m。多个第二数据转换装置102_(m+l)?102_(m+n)是利用多个第二时钟信号Lo_ (m+1)?Lo_(m+n)来对多个第二数字信号D [m+1]?D [m+n]进行高频取样或提升转换来分别产生多个第二转换信号So_(m+l)?So_(m+n)。在本实施例中，多个第一时钟信号Loj?Lo_m以及多个第二时钟信号Lo_(m+l)?Lo_(m+n)是相同的时钟信号。
[0041]此外，本实施例假设由多个第二数据转换装置102_(m+l)?102_(m+n)所分别产生的多个第二转换信号So_(m+1)?So_(m+n)的功率电平小于一特定功率电平。该特定功率电平低于用来接收第一数字信号D[m]的第一数据转换装置102_m所产生的功率电平。请注意，第一数字信号D [m]是多个第一数字信号D [I]?D[m]中的最小有效位。进一步而言，请参照图2，其是依据本发明第一数据转换装置102_m的一实施例示意图。第一数据转换装102_m包含有一数据取样电路102_m_l、一第一场效应晶体管102_m_2以及一第二场效应晶体管102_m_3。第一场效应晶体管102_m_2堆叠(cascaded)于第二场效应晶体管102_m_3。第一场效应晶体管102_m_2以及第二场效应晶体管102_m_3都具有该半导体制造工艺所支持的最小宽长比，即W/L。数据取样电路102_m_l是用来根据第一时钟信号L0_m对第一数字信号D[m]进行高频取样以产生一高频取样信号Su_m。第一场效应晶体管102_m_2接收高频取样信号Su_m。第二场效应晶体管102_m_3由调整电压Vt所控制以产生第一转换信号So_m。请注意，在本实施例中，第二场效应晶体管102_m_3是本发明实施例中举例的隔离元件，并不是一个必要的元件，其可依据实际需求而由Vt或Vdd所控制。
[0042]从图2可以得知，利用上述的堆叠的架构，第一转换信号S0_m的功率会具有最低的功率电平，这是因为第一场效应晶体管102_m_2以及第二场效应晶体管102_m_3都具有最小的宽长比，即W/L。举例而言，第一转换信号S0_m的功率电平大致上是_45dBm。
[0043]因此，为了将数字传送装置100的功率延伸至比第一转换信号S0_m更低的功率电平，本发明所提出的多个第二数据转换装置102_(m+1)?102_(m+n)可用来解决此问题。在本实施例中，多个第二数据转换装置102_(m+l)?102_(m+n)的功率电平小于第一转换信号S0_m的功率电平，且多个第二数据转换装置102_(m+l)?102_(m+n)分别的功率电平会依次减小。换句话说，第二数据转换装置102_(m+n)会具有最小的功率电平。举例来说，第二数据转换装置102_(m+n)的功率电平可以是_78dBm。
[0044]请参考图3，其是依据本发明多个第二数据转换装置102_(m+1)?102_(m+n)中的其中一个第二数据转换装置(例如第二数据转换装置102_(m+n))的一实施例示意图。第二数据转换装置102_(m+n)会包含有一数据取样电路302、一电压电平产生电路304以及一信号转换电路306。图3中另绘示出负载电路104。数据取样电路302是一数字正交相位差转换器(digital quadrature converter, DQC),其是用来根据一时钟信号Lo_(m+n)对第二数字信号D[m+n]进行高频取样以产生一高频取样信号Su_(m+n)。电压电平产生电路304是用来产生一可调整电压Vb。信号转换电路306是用来根据可调整电压Vb以及高频取样信号Su_(m+n)来产生第二转换信号So_(m+n)。负载电路104是用来接收第二转换信号 So_(m+n)ο
[0045]电压电平产生电路304包含有一电流式数模转换器(IDAC) 3042以及一场效应晶体管3044。电流式数模转换器3042是用来产生一电流Id。场效应晶体管3044是用来根据电流Id产生可调整电压Vb。场效应晶体管3044是一二极管方式连接(d1de-connected)的晶体管，其中其漏极端连接至其栅极端，而可调整电压Vb由其漏极端与栅极端的一共同端点所输出。场效应晶体管3044可以是一 N型场效应晶体管。
[0046]信号转换电路306包含有一第一场效应晶体管3062、一第二场效应晶体管3064以及一第三场效应晶体管3066。第一场效应晶体管3062具有一栅极端用来接收可调整电压Vb，一第一连接端点(例如源极端)连接至一接地电压Vgnd，以及一第二连接端点(例如漏极端)用来根据可调整电压Vb来输出一第一电压VI。第二场效应晶体管3064具有一栅极端接收高频取样信号Su_(m+n)，一第一连接端点(例如源极端)接收第一电压VI，以及一第二连接端点(例如漏极端)输出一第二电压V2。第三场效应晶体管3066具有一栅极端接收一调整电压Vt，一第一连接端点(例如源极端)接收第二电压V2，以及一第二连接端点(例如漏极端)输出转换信号So_(m+n)。在本实施例中，场效应晶体管3062、3064与3066可以是N型场效应晶体管。请注意，在本实施例中，第三场效应晶体管3066是本发明实施例中举例的隔离元件，并不是一个必要的元件，其可以根据设计所需而由Vt或Vdd所控制。场效应晶体管3062与3066都具有最小的宽长比，即W/L，而场效应晶体管3064的宽长比是2*W/L。但是，上述晶体管的宽长比只是举例，而不是本发明的限制特征。
[0047]此外，负载电路104耦接至一供应电压(即Vdd)，以及负载电路会包含有一电感1042以及一电容1044。电感1042并联于电容1044，如图3所示。
[0048]根据本发明的实施例所示，第二数据转换装置102_(m+n)的可调整电压Vb是一个预定电压。但是，其他的第二数据转换装置则可以分别具有不同的可调整电压。换句话说，依据多个第二数据转换装置102_(m+l)?102_(m+n)所输出的功率电平，多个第二数据转换装置102_(m+l)?102_(m+n)可以分别具有不同的可调整电压Vb。在本实施例中，多个第二数据转换装置102_(m+l)?102_(m+n)的可调整电压会从第二数据转换装置102_(m+1)往第二数据转换装置102_(m+n)的方向依次减小，这是因为多个第二数据转换装置102_(m+l)?102_(m+n)的功率电平被设计从第二数据转换装置102_(m+l)往第二数据转换装置102_(m+n)的方向依次减小的。
[0049]简言之，可调整电压Vb会影响第一电压VI，第一电压Vl影响第二场效应晶体管3064的栅极端与源极端之间的压降(即Vgs)，该压降Vgs则影响第二数据转换装置102_(m+n)的输出电阻值(即Rm—(m+n))，而该输出电阻值Rm—(m+n)则影响第二数据转换装置102_(m+n)的输出功率。因此，可调整电压Vb可用来决定第二数据转换装置102_(m+n)的功率电平。举例而言，当可调整电压Vb减小时，第一电压Vl会提升以减小该压降Vgs，接着该输出电阻值Rm—(m+n)会增加以减小第二数据转换装置102_(m+n)输出功率。请注意，高频取样信号Su_ (m+n)是一时钟信号，该时钟信号的高电压电平是Vdd (即电源电压)，而其低电压电平则是Vgnd(即接地电压)。
[0050]请参考图4，其是依据本发明对应不同可调整电压Vb的第二场效应晶体管3064所分别造成的不同电压降Vgs的一实施例时序图。电压降Vgs是一个时钟信号，其高电压电平由可调整电压Vb所决定，而其低电压电平则是接地电压。因此，当可调整电压Vb是供应电压Vdd时，电压降Vgs的该高电压电平就是Vdd，即曲线402。当可调整电压Vb低于供应电压Vdd时，电压降Vgs的该高电压电平也会低于Vdd，例如曲线404或406。换句话说，可调整电压Vb正比于电压降Vgs的该高电压电平。因此，通过提供不同的可调整电压Vb给多个第二数据转换装置102_(m+l)?102_(m+n)，多个第二数据转换装置102_(m+l)?102_(m+n)就会产生分别具有不同功率电平的多个第二转换信号So_(m+l)?So_(m+n)。
[0051]此外，多个第二数据转换装置102_(m+l)?102_(m+n)对于温度的变化也比较不敏感。以第二数据转换装置102_(m+n)以及102_(m+n_l)为例，第二数据转换装置102_(m+n)以及102_(m+n-l)的功率电平延伸可以用以下方程式⑴?(7)来说明:
[0052](I)
II1I11I1I1II
[0053]— =--1---1~ …H---1---h …--(2)
Req Ron_l Ron_2^on_m Ron_(m+l)^on_(m+n)
【权利要求】
1.一种数据转换装置，其特征在于，包含有: 一数据取样电路，用来根据一时钟信号来对一数字信号进行高频取样以产生一高频取样信号; 一电压电平产生电路，用来产生一可调整电压；以及 一信号转换电路，用来根据该可调整电压以及该高频取样信号来产生一转换信号。
2.如权利要求1所述的数据转换装置，其特征在于，该信号转换电路参考该可调整电压来控制对应该高频取样信号的该转换信号的一即时功率。
3.如权利要求1所述的数据转换装置，其特征在于，该信号转换电路包含有一场效应晶体管用来接收该高频取样信号，以及该可调整电压是用来调整该场效应晶体管的一启动电阻值。
4.如权利要求1所述的数据转换装置，其特征在于，该电压电平产生电路包含有: 一电流式数模转换器，用来产生一电流；以及 一场效应晶体管，用来根据该电流来产生该可调整电压。
5.如权利要求1所述的数据转换装置，其特征在于，该信号转换电路包含有: 一第一场效应晶体管，用来根据该可调整电压来产生一第一电压； 一第二场效应晶体管，具有一栅极端用来接收该高频取样信号，一第一连接端点用来接收该第一电压，以及一第二连接端点用来输出一第二电压；以及 一第三场效应晶体管，具有一栅极端用来接收一调整电压，一第一连接端点用来接收该第二电压，以及一第二连接端点用来输出该转换信号。
6.如权利要求1所述的数据转换装置，其特征在于，另包含有: 一调整电路，用来根据该可调整电压来调整该高频取样信号的一电压电平来产生一调整后高频取样信号； 其中该信号转换电路是用来根据该调整后高频取样信号来产生该转换信号。
7.如权利要求6所述的数据转换装置，其特征在于，该调整电路包含有: 一第一传输门，用来于该高频取样信号是一第一电压电平时输出该可调整电压至一输出端；以及 一第二传输门，用来于该高频取样信号是一不同于该第一电压电平的一第二电压电平时输出一参考电压至该输出端； 其中该输出端上的一信号是该调整后高频取样信号。
8.如权利要求6所述的数据转换装置，其特征在于，该信号转换电路包含有: 一第一场效应晶体管，具有一栅极端用来接收该调整后高频取样信号，一第一连接端点连接至一参考电压，以及一第二连接端点用来输出一第一电压；以及 一第二场效应晶体管，具有一栅极端用来接收一调整电压，一第一连接端点用来接收该第一电压，以及一第二连接端点用来输出该转换信号。
9.一种数字传送装置，其特征在于，包含有: 多个第一数据转换装置，用来根据多个第一数字信号来分别产生多个第一转换信号；多个第二数据转换装置，用来根据多个第二数字信号来分别产生多个第二转换信号，以及该多个第二数据转换装置中的至少一个第二数据转换装置包含有: 一数据取样电路，用来根据一时钟信号来对一第二数字信号进行高频取样以产生一高频取样信号； 一电压电平产生电路，用来产生一可调整电压；以及 一信号转换电路，用来根据该可调整电压以及该高频取样信号来产生一第二转换信号；以及 一负载电路，用来根据该多个第一转换信号以及该多个第二转换信号来产生一输出信号; 其中该多个第二数字信号相对于该多个第一数字信号具有较低的有效性。
10.如权利要求9所述的数字传送装置，其特征在于，该多个第二数据转换装置中的该至少一个第二数据转换装置会参考该可调整电压来控制对应于该高频取样信号的该第二转换信号的一即时功率。
11.如权利要求9所述的数字传送装置，其特征在于，该多个第二数据转换装置中的该至少一个第二数据转换装置包含有一场效应晶体管以用来接收该高频取样信号，以及该可调整电压是用来调整该场效应晶体管的一启动电阻值。
12.如权利要求9所述的数字传送装置，其特征在于，该电压电平产生电路包含有: 一电流式数模转换器，用来产生一电流；以及 一场效应晶体管，用来根据该电流来产生该可调整电压。
13.如权利要求9所述的数字传送装置，其特征在于，该多个第二数据转换装置中的该至少一个第二数据转换装置包含有: 一第一场效应晶体管，用来根据该可调整电压来产生一第一电压； 一第二场效应晶体管，具有一栅极端用来接收该高频取样信号，一第一连接端点用来接收该第一电压，以及一第二连接端点用来输出一第二电压；以及 一第三场效应晶体管，具有一栅极端用来接收一调整电压，一第一连接端点用来接收该第二电压，以及一第二连接端点用来输出该第二转换信号。
14.如权利要求9所述的数字传送装置，其特征在于，该多个第二数据转换装置中的该至少一个第二数据转换装置另包含有: 一调整电路，用来根据该可调整电压来调整该高频取样信号的一电压电平来产生一调整后高频取样信号； 其中该多个第二数据转换装置中的该至少一个第二数据转换装置是用来根据该调整后高频取样信号来产生该第二转换信号。
15.如权利要求14所述的数字传送装置，其特征在于，该调整电路包含有: 一第一传输门，用来于该高频取样信号是一第一电压电平时输出该可调整电压至一输出端；以及 一第二传输门，用来于该高频取样信号是一不同于该第一电压电平的一第二电压电平时输出一参考电压至该输出端； 其中该输出端上的一信号是该调整后高频取样信号。
16.如权利要求14所述的数字传送装置，其特征在于，该多个第二数据转换装置中的该至少一个第二数据转换装置包含有: 一第一场效应晶体管，具有一栅极端用来接收该调整后高频取样信号，一第一连接端点连接至一参考电压，以及一第二连接端点用来输出一第一电压；以及 一第二场效应晶体管，具有一栅极端用来接收一调整电压，一第一连接端点用来接收该第一电压，以及一第二连接端点用来输出该第二转换信号。
17.一种数字转换方法，其特征在于，包含有: 根据一时钟信号来对一数字信号进行高频取样以产生一高频取样信号； 产生一可调整电压；以及 根据该可调整电压以及该高频取样信号来产生一转换信号。
18.如权利要求17所述的数字转换方法，其特征在于，产生该可调整电压包含有: 利用一电流式数模转换器来产生一电流；以及 利用一场效应晶体管来根据该电流来产生该可调整电压。
19.如权利要求17所述的数字转换方法，其特征在于，根据该可调整电压以及该高频取样信号来产生该转换信号的步骤包含有: 利用一第一场效应晶体管来根据该可调整电压来产生一第一电压； 利用一第二场效应晶体管的一栅极端接收该高频取样信号，一第一连接端点接收该第一电压，以及一第二连接端点输出一第二电压；以及 一第三场效应晶体管的一栅极端来接收一调整电压，一第一连接端点来接收该第二电压，以及一第二连接端点来输出该转换信号。
20.如权利要求17所述的数字转换方法，其特征在于，另包含有: 根据该可调整电压来调整该高频取样信号的一电压电平来产生一调整后高频取样信号; 其中根据该可调整电压以及该高频取样信号来产生该转换信号的步骤: 根据该调整后高频取样信号来产生该转换信号。
21.如权利要求20所述的数字转换方法，其特征在于，根据该可调整电压以及该高频取样信号来产生该转换信号的步骤包含有: 利用一第一场效应晶体管的一栅极端来接收该调整后高频取样信号，一第一连接端点连接至一参考电压，以及一第二连接端点来输出一第一电压；以及 利用一第二场效应晶体管的一栅极端来接收一调整电压，一第一连接端点来接收该第一电压，以及一第二连接端点来输出该转换信号。
【文档编号】H03K19/0175GK104184452SQ201410216898
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年5月21日 优先权日:2013年5月21日
【发明者】陈仰鹃, 陈志荣, 张湘辉 申请人:联发科技股份有限公司