数模转换器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及微电子领域，尤其涉及一种数模转换器。
【背景技术】
[0002]数模转换器(Digital to Analog Converter，简称:DAC)被广泛应用于各种电子电路系统中。在DAC的设计过程中，常采用分段结构，分别对数字码流的不同的段进行编码，例如:对于N位的DAC，对N位的数字码流进行编码，将高M位采用温度计编码的编码方式，低N-M位采用二进制编码。如图1所示，为现有技术中6位DAC采用分段结构进行编码时对高4位进行温度计编码的示意图，在该图中，6位DAC的数字码流中的高4位作为输入信号进行温度计编码。图中每个方框表示一个电流单元，方框中的数字表示该电流单元的权重，方框的大小可以直观表示电流单元的权重，阴影的部分表示该电流单元被打开。其中，温度计编码控制15个大小相等权重为4的电流单元，输入信号从0011变为1001，当输入信号为0011时，输入信号值为3，对应地有3个电流单元打开，当输入信号为1001时，输入信号值为9，对应地有9个电流单元打开，所以当输入信号从0011变换为1001时状态发生变化的电流单元有6个，也就是这6个电流单元从关闭状态进入打开状态。
[0003]如图2所示，为现有技术的6位DAC中进行温度计编码的结果示意图，在该图中，输入信号中进行温度计编码的电流单元数目为15个，对应O?14的位置，在温度计编码方式下，这15个电流单元根据输入信号的值的不同依次打开或关闭。例如，在该图中，当输入信号的值为3时，依次打开15个电流单元中的前3个，即在位置O?2的3个电流单元，当输入信号的值由3变为7时，依次打开15个电流单元中的前7个，这时，可以得到状态发生变化的电流单元的数目A = (7-3) =4。同理，当输入信号的值由7变为13时，得到状态发生变化的电流单元的数目Δ = (13-7) =6;当输入信号的值由13变为6时，得到状态发生变化的电流单元的数目A = (13-6) =7。因此，在温度计编码方式中，状态发生变化的电流单元的数目与输入信号相关，且根据输入信号的值依次打开或关闭电流单元。
[0004]可以通过对输入信号求微分得到采用温度计编码时状态发生变化的电流单元的数目，具体计算过程如下:
[0005]设输入信号Din为:
[0006]Din= 2 N*ULSB*Sin (ω *tn) = 2M*UMSB*Sin (ω *tn) (I)
[0007]其中，N为DAC的位数，M为输入信号中采用温度计编码的高位位数，队^为最小电流单元的权重，Umsb为高位电流单元的权重，ω为输入正弦信号的角频率，tn为输入信号发生变换的时间。
[0008]对输入信号求微分:
[0009]Din，= 2M* ω *UMSB*Cos (ω *tn) (2)
[0010]则可以计算得到每次输入变换时状态发生变化的电流单元数目:
[0011]Δ = Din? /Umsb= 2M* ω *Cos (ω *tn) (3)
[0012]由公式(3)可知，Δ是与输入信号同频的正弦信号，而且随着输入信号频率升高、幅度变大，状态发生变化的电流单元的数目越多。
[0013]电流单元的状态发生变化时会对电源和地产生单位冲击电流，由于电流单元从打开状态变为关闭状态与从关闭状态变为打开状态产生的单位冲击电流是一样的，所以可以认为这两种情况是等效的，则根据公式(3)可以计算得到电流单元的状态发生变化时产生的冲击电流为:
[0014]In = I 2M* ω *Cos (ω *tn) I *Α* δ (t_tn) (4)
[0015]其中A为单位冲击电流的幅度，δ (t)为冲击函数。由公式⑷可知，DAC中进行温度计编码时，状态发生变化的电流单元产生的冲击电流In实际上为输入信号频率的2倍频，即频率为2 ω的信号。
[0016]进一步地，对上述图2中的温度计编码的方式中状态发生变化的电流单元的数目做快速傅里叶变换，进行频谱分析，如图3所示，为现有技术中图2所示的状态发生变化的电流单元数目的频谱仿真图，在该图中，横坐标X是信号频率与时钟频率的比值，纵坐标Y为输入信号的幅度，输入信号的幅度的单位是dB。当输入信号频率与时钟频率比为
0.1925743时，由于状态发生变化的电流单元对应频率为2 ω的信号，所以状态发生变化的电流单元的数目对应的信号频率与时钟频率的比值为0.1925743*2 = 0.3852，从图中可以看出，当X = 0.3852时，Y = 0，即:状态发生变化的电流单元的数目对应的信号频率与时钟频率的比值为0.3852时，输入信号的幅度为OdB，所以通过温度计编码后使得DAC中存在频率为2ω的干扰。
[0017]因此，在温度计编码方式中，由于状态发生变化的电流单元的数目与输入信号相关，且这种相关性会造成DAC的电源上含有频率为2 ω的干扰的冲击电流，而频率为2 ω的干扰很容易与输入信号本身产生混频输出3 ω的谐波，降低DAC的动态线性度。
【实用新型内容】
[0018]本实用新型提供一种数模转换器，用以降低状态发生变化的动作单元的数目与输入信号的相关性，提高DAC的动态线性度。
[0019]本实用新型提供一种数模转换器，包括:
[0020]温度计编码器，用于将输入信号转换为温度计码；
[0021]动态元件匹配DEM模块，用于生成随机数，采用所述随机数对所述温度计码进行随机化；
[0022]动作单元阵列，用于根据随机化后的温度计码，控制所述动作单元阵列的动作。
[0023]在本实用新型中，通过温度计编码器将输入信号转换为温度计码，动态元件匹配(Dynamic Element Matching，简称:DEM)模块生成随机数，采用该随机数对温度计码进行随机化，动作单元阵列根据随机化后的温度计码控制该动作单元阵列的动作。这样，将温度计码进行随机化，可以随机打开或关闭动作单元，从而得到的状态发生变化的动作单元的数目也就是随机的，因此，改变了动作单元的打开顺序，不再像温度计编码那样根据输入信号的值依次打开或关闭动作单元，使得动作单元的状态随机发生变化，从而降低状态发生变化的动作单元的数目与输入信号的相关性，进而减少频率为2 ω的干扰，提高DAC的动态线性度。
【附图说明】
[0024]图1为现有技术中6位DAC采用分段结构进行编码时对高4位进行温度计编码的示意图；
[0025]图2为现有技术的6位DAC中进行温度计编码的结果示意图；
[0026]图3为现有技术中图2所示的状态发生变化的电流单元数目的频谱仿真图；
[0027]图4为本实用新型数模转换器第一实施例的结构示意图；
[0028]图5为本实用新型数模转换方法第一实施例的流程示意图；
[0029]图6为本实用新型数模转换器第二实施例的结构示意图；
[0030]图7为本实用新型数模转换方法第二实施例的流程示意图；
[0031]图8为本实用新型数模转换器第二实施例中DEM模块42对温度计码进行随机化的动作单元变化示意图；
[0032]图9为本实用新型数模转换器第三实施例的结构示意图；
[0033]图10为本实用新型数模转换方法第三实施例的流程示意图；
[0034]图11为本实用新型数模转换器第三实施例中DEM模块42对温度计码进行随机化的一种动作单元变化示意图；
[0035]图12为本实用新型数模转换器第三实施例中DEM模块42对温度计码进行随机化的一种动作单元变化对应的状态发生变化的动作单元数目的频谱仿真图；
[0036]图13为本实用新型数模转换器第三实施例中DEM模块42对温度计码进行随机化的另一种动作单元变化示意图。
【具体实施方式】
[0037]下面结合说明书附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步的描述。
[0038]如图4所示，为本实用新型数模转换器第一实施例的结构示意图，该数模转换器可以包括:温度计编码器41、DEM模块42和动作单元阵列43，DEM模块42与温度计编码器41连接，动作单元阵列43与DEM模块42连接。
[0039]在本实施例中，温度计编码器41用于将输入信号转换为温度计码；DEM模块42用于生成随机数，采用随机数对温度计码进行随机化，具体地，根据生成的随机数，将温度计码随机化，随机打开或关闭温度计编码器进行温度计编码时控制的动作单元，随机得到状态发生变化的动作单元的数目；动作单元阵列43用于根据随机化后的温度计码，控制动作单元阵列的动作。
[0040]可选地，在本实施例中，动作单元阵列43可以为电容阵列、电阻阵列或电流单元阵列，具体可以根据DAC的类型决定。无论动作单元阵列43具体为哪一种类型的阵列，采用本实施例中的数模转换器对输入信号进行处理的原理都是一样的。
[0041]本实施例的工作过程如下:如图5所示，为本实用新型的数模转换方法第一实施例的流程示意图，该方法具体可以包括如下步骤:
[0042]步骤51、温度计编码器41将输入信号转换为温度计码；
[0043]步骤52、DEM模块42生成随机数，采用随机数对温度计码进行随机化；
[0044]具体地，DEM模块42可以根据生成的随机数，将温度计码随机化，随机打开或关闭温度计编码器进行温度计编码时控制的动作单元，随机得到状态发生变化的动作单元的数目；
[0045]步骤53、动作单元阵列43根据随机化后的温度计码，控制动作单元阵列的动作。
[0046]在本实施例中，通过温度计编码器41将输入信号转换为温度计码，DEM模块42生成随机数，采用该随机数对温度计码进