使用n个电容器的4n+1层电容性dac的制作方法
【专利说明】使用N个电容器的4N+1层电容性DAC
[0001]相关串请案的交叉参考
[0002]本申请案主张2013年3月11日申请的序列号为61/776，596的共同拥有的美国临时专利申请案的优先权；所述美国临时专利申请案出于所有目的特此以引用方式并入本文中。
技术领域
[0003]本发明涉及数/模转换器(DAC)，特定来说涉及Σ Δ调制器中的此DAC的用途。
【背景技术】
[0004]当今，模/数转换器广泛用于电子器件中以供消费型应用、工业应用等。通常，模/数转换器包含用于接收模拟输入信号并输出与所述模拟输入信号成比例的数字值的电路。此数字输出值通常呈并行字或串行数字位串的形式。存在许多类型的模/数转换方案，例如电压/频率转换、电荷再分布、△调制以及其它方案。通常，这些转换方案中的每一者均具有其优点及缺点。已经历日益增加的使用的一种类型的模/数转换器为切换式电容器Σ-Δ转换器。
[0005]作为许多模/数转换器，切换式电容器Σ-Δ转换器在如图1中所展示的反馈环路中使用数/模转换器DAC且无法比数/模转换器更线性。输入信号U被馈送到环路滤波器。环路滤波器的输出信号Y转发到提供输出位流V的量化器。此位流V往反馈送到DAC，DAC的输出往反馈送到环路滤波器。因此，需要极具线性的数/模转换器以便达成完全线性模/数转换。然而，对于用于Σ-Δ转换器的反馈环路中的数/模转换器来说不需要高分辨率:数/模分辨率可与过取样比率互换，代价为较长转换时间。
[0006]—个两层数/模转换器固有地为线性的且因此并非Σ-Δ转换器的精确度的限制性因素。因此在Σ-△模/数转换器中其为标准方法。举例来说，此类A/D转换器揭示于以下文章中:在IEEE国际固态电路会议37 (1994) ( 二月，美国纽约)中，马克A.亚历山大(Mark A.Alexander)、赫沙姆.穆哈杰拉(Hessam Mohajeri)及贾斯廷 0.彭云鹏(Justin
0.Prayogo)的“具有提供-97..4dB THD的集成抽取滤波器的192ks/s的Σ - Δ ADC (A192ks/s Sigma-Delta ADC with integrated Decimat1n Filters Providing-97..4dBTHD)”；及在音响工程协会39 (1991)的AES期刊(七月/八月，第7/8号，美国纽约)中，R.W.亚当斯(R.ff.Adams)、P.F.弗格森(P.F.Ferguson)、Α.甘尼申(A.Ganesan)、S.万瑟莱(S.Vincelette), A.沃尔普(A.Volpe)及 R.利伯特(R.Libert)的“五阶 Σ-ΔΑ/D 转换器的理论及实际实施方案(Theory and Practical Implementat1n of a fifth-OrderSigma-Delta Converter) ”。亦从指派给申请人的美国专利US7, 102, 558知晓五层反馈数/模转换器，所述美国专利据此以引用方式并入。
[0007]在Σ Δ转换器中，如果调制器由切换式电容器构成，那么电容性电荷转移DAC通常用来实现调制器的反馈。多位架构具有优良的优点，包含较少量化噪声、更多稳定性、对闲置频调的较不敏感性以及优选失真行为。由于DAC输出驻留在调制器的输入处，因此DAC的不精确性直接发射到信号且难以补偿。因此，能够实现具有尽可能多的层的线性DAC是关键的(制成多层快闪ADC是较容易的，这是因为在Σ Δ调制器中其在站在信号链的末端处时不需要与DAC差不多的精确度)。具有多于5层的多层DAC需要多个电容器及动态元件匹配以能够在两个相中转移信号(基于切换式电容器的大多数Σ Δ调制器具有两个相，一个相用于取样信号，一个相用于将信号转移到下一级)。这些多层DAC通常实现为电荷转移DAC。在这些类型的DAC中，通过转移到DAC的输出的不同电荷量界定每一输出电平。因此，电荷转移DAC转移电荷且因此以不同于电压或电流DAC的方式操作。
[0008]然而，具有五层以上的多层DAC需要多个电容器及动态元件匹配以能够在两个相中转移信号(基于切换式电容器的大多数Σ Δ调制器具有两个相:一个相用于取样信号且一个相用于将信号转移到下一级)。
【发明内容】
[0009]根据实施例的一种供在Σ Δ调制器中使用的电荷转移类型的数/模转换器(DAC)包含可操作以产生4n+l个输出电平的电容器开关单元，所述电容器开关单元包括:多个第二切换单元，其用于将多个参考电容器对的第一端子与正或负参考信号耦合；其中所述多个参考电容器对的第二端子分别并联耦合；其中针对偶数转移提供单个切换组合以达成线性且其中针对奇数转移提供不同切换组合的平均数以达成线性；其中偶数转移是在所述DAC的输入为偶数时且奇数转移是在到所述DAC的输入为奇数时。在某些实施例中，所述多个第二切换单元中的每一者的开关为独立控制的。
[0010]根据实施例的一种Σ Δ调制器包含:电荷转移类型的DAC，其包含可操作以产生4n+l个输出电平的电容器开关单元及用于将多个参考电容器对的第一端子与正或负参考信号耦合的多个第二切换单元；其中所述多个参考电容器对的第二端子分别并联耦合；及第一切换单元，其用于将输入电容器对的第一端子与正或负输入信号耦合，其中所述输入电容器对及所述多个参考电容器对的所述第二端子分别并联耦合；其中针对偶数转移提供单个切换配置以达成线性且其中针对奇数转移提供不同切换组合的平均数以达成线性；其中奇数转移是在所述DAC的输入为偶数时且奇数转移是在到所述DAC的输入为奇数时。在某些实施例中，所述调制器包含将所述输入电容器及所述参考电容器的所述第二端子与差分放大器耦合的切换网络。
[0011]根据实施例的一种电荷转移类型的数/模转换器(DAC)包含:参考电压切换布置，其包括并联的η个个别五层参考电压切换布置；切换式电容器级，其用于产生4η+1个输出电压电平；及切换控制器，所述切换控制器经配置以控制切换配置；其中针对偶数转移提供单个切换配置以达成线性且其中针对奇数转移提供不同切换组合的平均数以达成线性；其中偶数转移是在所述DAC的输入为偶数时且奇数转移是在到所述DAC的输入为奇数时。在某些实施例中，所述切换控制器经配置以非周期性地选择奇数转移的转移次序。
[0012]根据实施例的一种电荷转移类型的数/模转换器(DAC)包含:切换式电容器级，其用于产生多个输出电压；参考电压切换布置，其包括并联的η个个别五层参考电压切换布置；及切换控制器，其可操作以控制所述切换式电容器级及所述参考电压切换布置以产生针对所述多个输出电压中的每一者的切换模式，其中每一模式包括充电相及转移相；其中针对偶数转移提供单个切换配置以达成线性且其中针对奇数转移提供不同切换组合的平均数以达成线性；其中偶数转移是在所述DAC的输入为偶数时且奇数转移是在到所述DAC的输入为奇数时。
[0013]在某些实施例中，所述切换式电容器级经配置以产生4n+l个输出电平。在某些实施例中，所述切换控制器经配置以针对VREF及-VREF在所述η个个别五层参考电压切换布置中的每一者上控制相同数目个转移，其中VREF及-VREF为到所述η个个别五层参考电压切换布置的参考电压输入。在某些实施例中，针对奇数转移影响所述转移的序列次序的随机化。
[0014]根据实施例的一种用于产生电荷转移类型的数/模转换器(DAC)的方法包含:提供用于产生多个输出电压的切换式电容器级；提供包括并联的η个个别五层参考电压切换布置的参考电压切换布置；及提供可操作以控制所述切换式电容器级及所述参考电压切换布置以产生针对所述多个输出电压中的每一者的切换模式的切换控制器，其中每一模式包括充电相及转移相；其中针对偶数转移提供单个切换配置以达成线性且其中针对奇数转移提供不同切换组合的平均数以达成线性；其中偶数转移是在所述DAC的输入为偶数时且奇数转移是在到所述DAC的输入为奇数时。
[0015]在某些实施例中，所述切换式电容器级经配置以产生4η+1个输出电平。在某些实施例中，所述切换控制器经配置以针对VREF及-VREF在所述η个个别五层参考电压切换布置中的每一者上控制相同数目个转移，其中VREF及-VREF为到所述η个个别五层参考电压切换布置的参考电压输入。在某些实施例中，针对奇数转移影响所述转移的序列次序的随机化。
[0016]根据实施例的一种用于操作电荷转移类型的数/模转换器(DAC)的方法包含:借助切换式电容器级产生多个输出电压；使用包括并联的η个个别五层参考电压切换布置的参考电压切换布置来产生参考电压；及控制所述切换式电容器级及所述参考电压切换布置以产生针对所述多个输出电压中的每一者的切换模式，其中每一模式包括充电相及转移相；其中针对偶数转移实施单个切换配置以达成线性且其中针对奇数转移实施不同切换组合的平均数以达成线性；其中偶数转移是在所述DAC的输入为偶数时且奇数转移是在到所述DAC的输入为奇数时。
[0017]在某些实施例中，所述切换式电容器级经配置以产生4η+1个输出电平。在某些实施例中，所述方法包含针对VREF及-VREF在所述η个个别五层参考电压切换布置中的每一者上控制相同数目个转移，其中VREF及-VREF为到所述η个个别五层参考电压切换布置的参考电压输入。在某些实施例中，所述方法包含针对奇数转移使所述转移的序列次序随机化。
[0018]当结合以下说明及附图考虑时，将更好地了解及理解本发明的这些及其它方面。然而，应理解，尽管指示本发明的各种实施例及其众多特定细节，但以下说明是以图解说明方式而非限制方式给出。可在不背离本发明的精神的情况下在本发明的范围内做出许多替换、修改、添加及/或重新布置，且本发明包含所有此等替换、修改、添加及/或重新布置。
【附图说明】
[0019]包含随附且形成本说明书的一部分的图式以描绘本发明的某些方面。应注意，图式中所图解说明的特征未必按比例绘制。通过参考连同附图一起进行的以下说明可获取对本发明及其优点的更完整理解，在附图中相似元件符号指示相似特征，且其中:
[0020]图1是示意性地图解说明示范性Σ-Δ模/数转换器的图式；
[0021]图2是示意性地图解说明根据