用于基于most背栅电压调制来修整电流舵dac中的段电流的方法
【专利说明】用于基于MOST背栅电压调制来修整电流舵DAC中的段电流 的方法
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求享有于2014年2月26日提交的美国临时申请No. 61/944, 887的权益。 通过引用的方式将以上参考的该申请的全部公开内容并入本文中。
技术领域
[0003] 本公开内容涉及高速电流舵数-模转换器中的线性度修整。
【背景技术】
[0004] 此处提供的背景描述是出于总体上呈现本公开内容的语境的目的。在该背景部分 中所描述的程度上的目前指定的发明人的工作、以及说明书的在提交时未被描述为现有技 术的各方面被既不明示也不暗示地作为本公开内容的现有技术而被纳入。
[0005] 包括但不限于通信系统的各种系统实现高速电流舵数-模转换器（DAC)。在一些 通信系统中，期望DAC输出信号具有高无杂散动态范围（SFDR)。
[0006] 现在参考图1，示例性DAC100包括多个段104-1. . . 104-n，它们被统称为段104。 段104中的每一个段包括相应的差分段开关108-l、108-2. . . 108-p、108_q，它们被统称为 段开关108。换言之，段104中的每一个段包括与不同段开关相对应的一对开关（例如，晶 体管）108。段开关108将DAC100的输出电流引导到DAC100的相应正输出112和负输 出116。例如，DAC100可以包括2N-1个段开关108,其中N与DAC100的以位为单位的分 辨率相对应。在一些实施方式中，段104的数量可以被限制于例如32或64,并且可以通过 添加额外的段或二进制加权的子DAC来增大DAC100的分辨率。
[0007] 段开关108中的每一个段开关由从被统称为段开关驱动器124的段开关驱动器 124-1. .. 124-n接收的相应的驱动器信号120-1、120-2. .. 120-P、120-q来驱动，其中驱动 器信号120-1、120-2. .. 120-P、120_q被统称为驱动器信号120。段开关驱动器124基于时 钟信号128和被统称为解码器输出数据132的解码器输出数据132-1. .. 132-n来产生驱动 器信号120。仅作为示例，由二进制温度计代码解码器（未示出）来驱动解码器输出数据 132。被统称为电流源段136的电流源段136-1. .. 136-n向相应段104提供段电流。
[0008] 因此，与要被转换为模拟输出的数字输入代码相对应的解码器输出数据132在经 由驱动器信号120被施加到段开关108之前，由时钟信号128重新定时。随着输入代码增 加，更少的电流被导向负输出116,而更多的电流被导向正输出112。对于差分模式操作， DAC100产生的输出电流与正输出112与负输出116的相应电流之间的差相对应。差分输 出操作抑制了偶数阶谐波并且增大了DAC100的输出信号功率。
【发明内容】
[0009] -种数-模转换器（DAC)系统，包括DAC和电流修整模块。所述DAC包括多个段 和多个驱动器。所述多个段中的每一个段均从所述多个驱动器中的相应的驱动器接收驱动 器信号，从多个段电流源中的相应的段电流源接收段电流，以及基于所述驱动器信号和所 述段电流产生输出电流。所述电流修整模块存储多个修整系数并且基于所述多个修整系数 来调节与所述多个段电流源相关联的相应的阈值电压。
[0010] 一种操作数-模转换器（DAC)的方法，包括：从多个驱动器接收驱动器信号，接收 由多个段电流源中相应的段电流源产生的段电流，基于所述驱动器信号和所述段电流产生 输出电流，存储多个修整系数，以及基于所述多个修整系数来调节与所述多个段电流源相 关联的相应的阈值电压。
[0011] 根据【具体实施方式】、权利要求以及附图，本公开内容的适用性的其它方面将变得 显而易见。【具体实施方式】和具体示例旨在仅用于说明，而不旨在限制本公开内容的范围。
【附图说明】
[0012] 根据【具体实施方式】和附图，本公开内容将得到更全面的理解，附图中：
[0013] 图1是根据现有技术的示例性DAC;
[0014] 图2是根据本公开内容的原理的包括电流修整模块的示例性DAC;
[0015] 图3是根据本公开内容的原理的更详细地示出电流修整模块的示例性DAC;
[0016] 图4示出了根据本公开内容的原理的作为修整DAC输出代码（即，修整系数）的 函数的电流源晶体管阈值电压；以及
[0017] 图5示出了根据本公开的原理的在电流舵DAC中修整段电流的示例性方法的步 骤。
[0018] 在附图中，附图标记可以被重复使用，以标识相似和/或相同的元件。
【具体实施方式】
[0019] 在数-模转换器（DAC)系统中（诸如实现高速电流舵DAC的DAC系统），可期望 DAC的输出信号具有高的杂散动态范围（SFDR)。DAC的静态非线性（S卩，静态线性误差）， 包括积分非线性（INL)和微分非线性（DNL)，可能会限制DAC的SFDR。DAC的INL和DNL特 性定义DAC的静态精度，并且可限制DAC在高输出频率下的动态性能。例如，INL误差可能 导致在低阶谐波失真，而DNL误差可能引起高阶谐波的显著频谱。因此，使静态INL和DNL 最小化促进在DAC中实现高SFDR。
[0020] DAC静态非线性通常对应于由DAC电流源阵列中的相应的电流源晶体管（例如，对 应于段电流源）提供的段电流Ii...、的失配（即，段电流失配）。例如，为了在14位DAC 中实现± 1LSB的INL，段电流的失配应小于±0. 05 %。在一些DAC中，可通过提供大的MOST 器件作为段电流源来实现此精度。然而，在高速DAC中，大电流源晶体管提供大电容。该大 电容限制更新速率，并且影响DAC的动态性能。
[0021] 在其它DAC(包括一些高速DAC)中，可以将较小的晶体管提供为段电流源，以减小 电流源晶体管的电容。在这些DAC中，可通过在生产测试期间修整相应的段电流来实现段 电流匹配（即，精度）。例如，该修整可通过将小的M0S晶体管与主电流源晶体管并联连接 并且调节小的M0S晶体管的栅极电压来执行。替代地，若干二进制加权的修整晶体管可与 主电流源晶体管并联连接。以此方式，二进制编码的数字修整值用于直接控制所述修整晶 体管。然而，为了将段电流失配修整在±0.05%内，修整晶体管是弱的（weak)并且因此缩 放修整晶体管会是困难的。此外，修整晶体管的存在影响电流源阵列的布置的规则性和对 称性，不利地影响电流源阵列的初始匹配属性。
[0022] 根据本公开内容的原理的DAC系统包括电流修整模块，该电流修整模块用以修整 DAC电流源阵列中的电流源晶体管的阈值电压差异而不增加电流源晶体管的尺寸并且不需 要提供额外的修整晶体管。相反，电流修整模块对电流源晶体管的阈值电压进行调节。例 如，电流修整模块实现MOS晶体管（MOST)背栅电压调制（S卩，电流源晶体管的背栅电压的 调制），以便修整电流源晶体管的阈值电压，以使得由晶体管产生的相应的段电流在所需的 容限内进行匹配。因此，通过调节电流源晶体管的有效阈值电压，电流修整模块通过消除段 电流失配的最显著的来源而不是仅补偿阈值电压差异来修整DAC中的静态线性误差。此 外，直接修整阈值电压导致随管芯温度而减少的修整的漂移。
[0023] 现在参考图2,示例性DAC200包括多个段204-1. .. 204-n，它们被统称为段204。 段204中的每一个段包括被统称为段开关208的相应的差分段开关208-l、208-2. . . 208-p、 208-q(其中开关208-l、208-2. . . 208-p、208_q中的每一个对与差分段开关相对应）。段开 关208将DAC200的输出电流引导到DAC200的相应的正输出212和负输出216。
[0024] 段开关208中的每一个段开关由从被统称为段开关驱动器224的段开关驱动器 224-1. . . 224-n接收的相应的驱动器信号220-l、220-2. . . 220-p、220-q来驱动，驱动器信 号220-l、220-2. . . 220-p、220-q被统称为驱动器信号220。段开关驱动器224基于时钟信 号228和被统称为解码器输出数据232的解码器输出数据232-1. .. 232-n来产生驱动器信 号 220〇
[0025] 被统称为电流源段236的电流源段236-1. .. 236-n向相应段204提供段电流 (VB1). . .In(VBn)。电流修整模块240向统称为电流源晶体管244的相应电流源晶体管 244-1. .. 244-n提供背栅电压VB1. ..VBn，从而根据本公开的原理独立地调制电流源晶体 管244的背栅电位。
[0026] 现参考图3,更详细地示出了示例性电流修整模块300。电流修整模块300提供 被统称为背栅电压VB的背栅电压VB1. ..VBN，以便调节被统称为电流源晶体管304的相应 的电流源晶体管304-1. .. 304-n的背栅电位，以便匹配由电流源晶体管304提供的段电流 Il(VBl). . .In(VBn)。例如，电流修整模块300包括统被称为电流输出修整DAC308的电流 输出修整DAC308-1. . . 308-n，每一个电流输出修整DAC均提供被统称为输出电流312的相 应的输出电流312-1. .. 312-n，以便独立地调节单独的电流源晶体管304的背栅电位。
[0027] 例如，电流输出修整DAC308各自具有电流输出配置，并且基于被统称为修整系 数316的数字修整系数316-1. .. 316-n来提供相应的输出电流312。电流输出修整DAC308 迫使输出电流312通过被统称为电阻RB的相应的电阻RBI. . .RBn，引起电阻RB两端的电压 降。电阻RB两端的电压降产生背栅电压VB，由此调制电流源晶体管304的背栅电位。被统 称为电容CB的电容CB1. ..CBn减小噪音并且改善与电流修整模块300相关的电源抑制比 (PSRR)。电阻RB中的每一个电阻的电阻值可以相同。类似地，电容CB中的每一个电容的 电容值可以相同。
[0028] 输出修整DAC308中的每一个输出修整DAC的分辨率可以基于所期望的修整范围 (例如，背栅电压VB的期望范围）与所期望的修整精度（例如，背栅电压VB的期望调谐精 度）之间