数-模转换器的制造方法
【专利说明】数-模转换器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2012年7月24日提交的13/556，414号美国专利申请“数-模转换器”的优先权和权益。
技术领域
[0003]本申请的领域涉及用于将数字信号转换为模拟信号的数-模转换器。数-模转换器可以用在带通三角积分调制器的反馈回路中。
【背景技术】
[0004]三角积分调制是用于将模拟信号转换为数字信号的方法。该调制是利用通过反馈回路的误差反馈来完成的，其中在反馈回路中利用数-模转换器测量输入(模拟)信号和输出(数字)信号之间的差异。测量得到的差异用于改善该转换。三角积分调制已经越来越多地用于现代电子部件中，诸如移动通信设备以及音频设备。
[0005]图1示出了如业内所知的三角积分调制器10的示例。三角积分调制器10具有射频(RF)输入20并且在本示例中具有三级，即三阶三角积分调制器。级的数量可以根据RF输入20处的输入信号的频率和数字输出140处所需求的输出信号的精度而变化。在图1中，三级中的每一级包括谐振器40、60和80，跨导元件35、55和75，以及数-模转换器110、120,114ο
[0006]谐振器在此处示出为第一谐振器40，第二谐振器60，和第三谐振器80。RF输入20连接到第一跨导元件35。第一谐振器40的输出在节点30处添加到第一数-模转换器114的输出和第一跨导元件35的输出。第一节点30处的电流之和因此为第一跨导元件35、第一谐振器40的输出以及第一数-模转换器114的输出的电流之和。第一节点30连接到第二跨导元件55的输入。
[0007]类似的，第二节点50连接到第二谐振器60、第二数-模转换器112的输出以及第二跨导元件55的输出。第二节点50形成到第三跨导元件75的输入。最终，第三谐振器70、第三数-模转换器110的输出、以及第三跨导元件75的输出连接到第三节点70。第三节点70形成到量化器90的输入，量化器90典型地为闪电式ADC。
[0008]第一数-模转换器114、第二数-模转换器112、以及第三数-模转换器110中的每一个的输入均连接到反馈回路120。如上所述，反馈回路120用于提供误差反馈信号，并因此改善在RF输入20处所接收的模拟RF输入信号转换为数字输出150处的数字输出信号的精度。
[0009]图2示出了现有技术的数-模转换器200的示例，其在图1的电路中被用作数-模转换器112、114、116。图2中的数-模转换器200包括多个单元201_1、201_2……、201_η，其连接到差分输出255。简明起见，该电路仅针对单元201-1，201-2...，201-η中的之一示出。然而，图2示出对于单元201-1、201-2……、201-η中的每一个均具有输出，它们随后被相加到一起形成差分输出255。
[0010]该示例的单元201-1示出了数据端子205和反相数据端子210，它们从三角积分调制器10的数字输出150接收数据。数据端子205连接到第一场效应晶体管(FET) 215的栅极215g。反相数据端子210连接到第二 FET 220的栅极220g。第一 FET 215的源极215s和第二 FET 220的源极220s共同连接到第三FET 235的漏极235d，并通过第三FET 235的源极235s连接到电阻240且随之连接到地245。第三FET 235和电阻240形成了电流流过的电流源。该流过的电流导致了模-数转换器200中的噪声。由于可能影响数-模转换器200的操作的制程变异，在第一 FET 215的沟道(215s_215d)和第二 FET 200的沟道(220s-220d)中还可能存在失配。
[0011]第三FET 235的栅极235g连接到偏压230。第二 FET 220的漏极220d连接到差分输出255的第一端子255-1，并且第一 FET 215的漏极215d连接到差分输出255的第二端子255-2。
[0012]数-模转换器200还具有跨接差分输出255的负载电路260。负载电路260包括一侧连接到地270的第一电容器265、以及一侧连接到地270的第二电容器275。第一电容器265的另一侧以及第二电容器275的另一侧通过电感器285连接到电源电压Vee280。
[0013]输出信号由数据输入205和210处的二进制数字的持续时间乘以电流而形成。
[0014]图2中示出的数-模转换器200为直流耦合的，并且永久性地向包括电阻240的电流源中的负载注入噪声，其随后通过反馈回路120反馈到三角积分调制器10中。数-模转换器200的输出电流非线性地依赖于第一 FET205和第二 FET 220的漏极电压，其由于第一 FET 205和第二 FET 220的沟道中的差异，而可能引起相互调制。
[0015]因为制造公差，数-模转换器200的单元201-1、201-2……、201_n之间也可能存在失配。该失配可能引起数-模转换器200的非线性。特别需要注意，形成电流源的一部分的第三FET 235可以具有几平方微米的尺寸，故而由制程问题引起的尺寸变化可能是显著的。
[0016]用于避免对负载的噪声注入的一个已知方案是利用交流耦合反馈路径，正如序号为US 2008/0062022 (Melanson)的美国专利申请公布所公开的，其公开了一种三角积分调制器，该三角积分调制器具有交流耦合反馈路径，以降低回路滤波器中的信号电平。Melanson的申请中的三角积分调制器具有至少两个与积分器相对应的反馈路径。在Melanson的公开中，来自量化器输出的反馈路径之一为直流親合，而另一反馈路径为交流凄里A
柄口 O
[0017]序号为2006/0038708的美国专利申请公布(Luh等，转让给Raytheon)公开了一种三角积分调制器。该三角积分调制器包括一个或多个以级联方式布置的滤波级。每个滤波级包括用于生成第一输出信号的第一电路和用于生成第二输出信号的第二电路、以及用于将来自各滤波级的第一和第二输出信号相加的加法电路。第一电路为带通滤波器，包括电感-电容性的谐振器，且第二电路为积分器，其生成与第一输出信号正交的第二输出信号。加法电路的输出为数字化的，并且随后转换回模拟的以提供反馈信号。从输入信号中减去反馈信号，并且作为结果的差分信号输入到第一滤波级。
[0018]另一序号为2005/0200510的美国专利申请公布(Yoshida等，转让给半导体技术研宄院研宄中心，横滨，日本)公开了一种数-模转换器，其包括多个单元。这些单元具有第二端子连接到输出的第一耦合电容器，和连接在偏置电压(电源电压)和地之间的第一反相器。第一反相器的栅极连接到数据输入，且第一公共点连接到耦合电容器的第一端子。
【发明内容】
[0019]描述了一种数-模转换器，其包括至少一个单元。该单元具有第二端子连接到输出的第一親合电容器，和连接在偏置电压和地之间的第一反相器。形成第一反相器的场效应晶体管的栅极连接到数据输入，且在场效应晶体管之间的第一公共点连接到第一耦合电容器的第一端子。该数-模转换器没有电流源，且因此，仅有的噪声源是源于形成反相器的场效应晶体管的导通电阻的热噪声电压。
[0020]输出可以是单端的或者差分输出。对于数-模转换器的差分输出的方面要求连接在偏置电压和地之间的第二反相器。形成第二反相器的场效应晶体管的栅极连接到反相数据输入，且在场效应晶体管之间的第二公共点连接到第二耦合电容器的第一端子。在第一親合电容器的第二侧和第二親合电容器的第二侧之间形成差分输出。
[0021]谐振器可以添加到数-模转换器。该谐振器包括连接在第一耦合电容器的第二侧和地之间的第三电容器、连接在第二耦合电容器的第二侧和地之间的第四电容器、以及连接在第一耦合电容器的第二侧和第二耦合电容器的第二侧之间并具有RF地抽头的电感器。
[0022]该数-模转换器可以具有多个单元，其输出共同相连以提高转换器的分辨率。
[0023]该数-模转换器可以用在三角积分调制器中。
【附图说明】
[0024]图1示出了三角积分调制器的示例。
[0025]图2示出了现有技术的数-模转换器。
[0026]图3a示出了具有差分输出的数-模转换器的一个方面。
[0027]图3b示出了单端数-模转换器的一个方面。
【具体实施方式】
[0028]本发明将基于附图进行描述。将理解本文所描述的本发明的实施例及其方面仅为示例而不以任何方式限制权利要求的保护范围。本发明由权利要求及其等同物所限定。将理解本发明的一个方面或实施例的特征可以与本发明一个或若干个不同的方面和/或实施例的特征相结合。
[0029]图3a示出了具有差分输出355的数-模转换器300的示例，其可以用在图1示出的三角积分调制器10中。图3a中的数-模转换器300包括多个单元301-1、301-2……、301-n，类似于图2中的数-模转换器200。简明起见，仅示出了多个单元301-1，301-2...，301-η中的一个的电路。
[0030]现将更详细描述图中示出的单元301-1。将看到该单元具有两个反相器。第一个反相器为推挽式开关模式功率放大器，并包括第四FET 405和第五FET 410。第四FET 405的漏极405d和第五FET 410的漏极410d共同相连。第四FET 405的源极405s连接到地345?第四FET 405的栅极405g连接到数据端子305，由此当数据端子305处的输入为高时第四FET 405为“开”(即导通)。数据端子305还连接到第五FET 410的栅极410g，由此当数据端子305的输入为低时第五FET 410为“开”(即导通)。第四FET405的漏极405d和第五FET 410的漏极410d之间的公共点连接到第一耦合电容器415的第一侧并形成输出。第五FET 410的源极410s连接到330处的偏置电压。在系统的这个方面，偏置电压为电源电压V。。。
[0031]类似的，第二个反相器包括第六FET 425和第七FET 430。第六FET 425的漏极425d和第七FET 430的漏极430d共同相互连接，并且连接到第二耦合电容器435的一侧。第六FET 425的源极425s连接到345处的地。第七FET 430的源极430s连接到330处的偏置电压。第六FET 425的栅极425g连接到数据端子310，由此当数据端子310处的输入为高时第六FET425为“开”(即导通)。数据端子310还连接到第七FET 430的栅极430g，由此当数据端子310处的输入为低时第七FET 430为开。
[0032]在系统的这个方面，第四FET 405和第六FET 425由nMOS晶体管制成。在系统的这个方面，第五FET 410和第七FET 430由pMOS晶体管制成。然而，这不是对系统的限制。
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