动态元件匹配的方法及实现此方法的数字模拟转换器的制造方法
【专利摘要】本发明公开一种用以降低数字模拟转换器的积分非线性度的方法以及实现该方法的数字模拟转换器。是一种虚拟动态元件匹配(PDEM)方法。包含下列步骤：给定一电流源选择顺序，该电流源选择顺序是用以定义该N个电流源被选择用以输出的优先顺序，根据该优先顺序及该用于输出的电流源数目，可决定每个周期用于输出的电流源集合；以及每间隔一第一时间区间，重新设定该电流源选择顺序，使优先顺序原为最高的k个电流源变成优先顺序最低的k个电流源，其中k是一预先定义的整数常数，且1≦k＜N。相较于一前案，本发明的方法在突波方面有更好的表现，亦即会有较小的突波。相较于另一前案，本发明保证动态元件匹配方法不会因为输入的数字信号维持不变而失效。
【专利说明】动态元件匹配的方法及实现此方法的数字模拟转换器
【技术领域】
[0001]本发明是关于一数字模拟转换器的技术，特别指一种降低数字模拟转换器积分非线性度的技术。
【背景技术】
[0002]一 般而言，数字模拟转换器(Digital-to-Analog Converter, DAC)有许多种非理想特性，诸如差分非线性(Difference Non-linearity, DNL)及积分非线性(IntegralNon-1 inearity, INL),在此一领域中，有许多方法已被提出以解决该类问题，最广为人知的方法的一即为动态元件匹配(Dynamic Element Matching, DEM)。
[0003]虽然动态元件匹配(DEM)可以有效降低积分非线性的问题，然而实作上有些亟待解决的问题，比如乱数产生器的实作。其中一种解决此类问题的方法为虚拟动态元件匹配(Pseudo DEM, PDEM)，虚拟动态元件匹配是以一近似于随机的方法或以一有规律的分配顺序达到接近动态元件匹配的效果。
[0004]请参见图1，是一先前技术的实施方法，该先前技术为US7，679，539专利。在此一先前技术中，是使用一乱数产生器以决定多个一位元数字模拟转换器的「起始点」。再根据输入的数字信号及前述由乱数产生器决定的起始点，以一编码器选择用于输出的一个一位元数字模拟转换器集合。然而，在此类操作中，可能会在连续两次输出间，使用完全不同的一位元数字模拟转换器，从而产生明显的突波现象(glitch)。举例来说，假设一数字模拟转换器10有16个一位元数字模拟转换器IOf 116，第一次输出时起始点为101，则使用101、102及103当作输出单元，第二次输出时起始点为105，则使用105、106及107当作输出单元，则由于两次输出使用完全不同的输出单元，此类操作往往造成较大的突波。
[0005]为避免动态元件匹配作用时的突波现象，后有进者发展出另一类虚拟动态元件匹配法。请参见图2，其是另一先前技术的实施方法，该先前技术为US2011/0，279，292。在此一先前技术的一种实施例中，假如第一次输入值为二进位的011，亦即十进位的3，则201、202及203三个一位元数字模拟转换器被选择当作输出元件；接下来假如第二次输入值为二进位的101，亦即十进位的5，则向后再多选两个一位元数字模拟转换器作为输出元件，也就是20广205都被选择当作输出元件；如果第三次输入值为二进位的010，亦即十进位的2，则仅有204及205被保留当作输出元件。然而，在此一先前技术中，并未定义若连续两次输入值相同时，输出兀件要如何选取。亦即，在此一先前技术中，若连续出现相同的输入值，则用于输出的一位元数字模拟转换器亦会连续相同，而动态元件匹配方法在此一状况下将失去效用。
[0006]鉴于前述各种先前技术所产生的问题，本发明提出另一种以移位方法实现的虚拟动态元件匹配法(PDEM)以降低在动态元件匹配法作用时所产生突波，同时也避免当所输入的数字信号维持不变时，动态元件匹配法失效的问题。
【发明内容】
[0007]本发明的一目的是提供一种虚拟动态元件匹配(PDEM)方法以改善数字模拟转换器(DAC)的积分非线性度(INL)。
[0008]在本发明的一实施例中，每隔一段时间以一电流源选择顺序产生器产生一组新的电流源选择顺序，以决定多个输出电流大致相同的电流源被数字模拟转换器选择为输出电流元件的优先顺序，优先顺序越高的电流源将被先被选为输出电流元件。每次产生新的电流源选择顺序时，是将优先顺序最高的一个或多个电流源其优先顺序改为最低，从而产生新的电流源选择顺序。
[0009] 本发明的一实施例中，重新产生电流源选择顺序的时间间隔是由一匹配变更指示器决定，其方法是由该匹配变更指示器乱数产生一数值，决定下次变更前须经过多少个操作周期。
[0010]本发明的一实施例中，是否重新产生电流源选择顺序是由一匹配变更指示器决定，其方法为每一操作周期产生一旗标，决定下一周期是否变更电流源选择顺序。
[0011]为了达到上述目的，本发明提供一种改善数字模拟转换器积分非线性度的方法，该数字模拟转换器包含一脉冲信号源用以定义该数字模拟转换器的周期及一输入端用以在每个周期接收一输入信号以及N个输出电流大致相同的电流源用以输出电流，其中N为一正整数，每个周期根据所接收的输入信号，决定一用于输出的电流源数目，该方法包含下列步骤:
[0012]给定一电流源选择顺序，该电流源选择顺序是用以定义该N个电流源被选择用以输出的优先顺序，根据该优先顺序及该用于输出的电流源数目，可决定每个周期用于输出的电流源集合；以及
[0013]每间隔一第一时间区间，重新设定该电流源选择顺序，使优先顺序原为最高的k个电流源变成优先顺序最低的k个电流源，其中k是一预先定义的整数常数，且I g k < N。
[0014]其中，k=l。
[0015]其中，该第一时间区间为m个周期，其中m为一正整数。
[0016]其中，m=l。
[0017]其中，m是一预先定义的正整数。
[0018]其中，m是由一数值产生器产生。
[0019]为了达到上述目的，本发明还提供一种数字模拟转换器，包含:
[0020]一脉冲信号源，用以定义该数字模拟转换器的周期；
[0021]P个电流源，用以输出电流，其中每个电流源的电流大致相同，其中P为一正整数；
[0022]一输入端，用以在每个周期接收一 η位元的输入信号，该输入信号是决定该多个电流源中用于输出的电流源数目，其中η为一正整数；
[0023]一电流源选择顺序产生器，每隔一第一时间间隔，产生一电流源选择顺序，该电流源选择顺序是用以定义该P个电流源中每个电流源被选择的优先顺序，其中每次重新产生的电流源选择顺序是将前一次电流源选择顺序中，优先顺序最高的特定数目电流源的优先顺序改为优先顺序最低的特定数目电流源；以及
[0024]一编码器，每个周期根据所接收的输入信号及该电流源选择顺序决定该周期中，该P个电流源中一个或多个电流源用于输出。
[0025]其中，更包含一匹配变更指示器，是决定该第一时间间隔。[0026]其中，更包含一匹配变更指示器，是在每一周期决定该电流源选择顺序产生器是否重新产生一电流源选择顺序。
[0027]其中，该第一时间间隔是一预设数值。
[0028]其中，该第一时间间隔为周期的m倍，其中m为一正整数。
[0029]其中，m=l。
[0030]其中，该特定数目电流源为一个电流源。
[0031]其中，p>2n_l。
[0032]从以下对某些具体实施例的解说及其相应的图示，将可轻易了解本发明其他目标、技术内容、技术特征及优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]图1为一先前技术如何决定输出电流源的示意图；
[0034]图2为另一先前技术如何决定输出电流源的示意图；
[0035]图3为本发明最佳实施例的电路示意图；
[0036]图4为本发明最佳实施例的流程示意图；
[0037]图5是用以解释本发明中电流顺序产生器的一运作模式；
[0038]图6A飞D中电流顺序产生器的另一运作模式；
[0039]图7A及7B是用以说明本发明中一匹配变更指示器的运作方式；以及
[0040]图8A及8B为实施本发明的一具体电路结构；以及 图9为本发明一具体实施例状态图。
【具体实施方式】
[0041]本发明详述如下。所述的例是用以呈现最佳实施例而非用以限缩本发明的范畴。
[0042]本发明提出一种用以降低电流引导(current steering)数字模拟转换器(DAC)的积分非线性度(INL)的方法，本发明是使用一种改良式虚拟动态元件匹配(PDEM)法，相较于如图1所叙述的前案，本发明可有效降低动态元件匹配作用时的突波(glitch);相较于如图2所叙述的前案，本发明可避免当输出值连续相同时，动态元件匹配失效的问题。
[0043]请参见图3，是描述本发明一实施例的电路示意图，一数字模拟转换器30包括一脉冲信号301, —输入端302,多个输出电流大致相同的电流源组成的电流输出矩阵303, —匹配变更指示元件304，一电流源选择顺序产生器305，一输出端306，以及一解码装置307。该脉冲信号301是用以提供该数字模拟转换器30的工作脉冲，亦即用以定义该数字模拟转换器30的操作周期。该输入端302是于每一周期接收一输入信号。该电流选择顺序产生器305是用于每几个周期重新产生一电流源选择顺序，决定该电流输出矩阵303中每个单一电流源被选择的优先顺序，其操作细节将于后文详述的。该匹配变更指示器304是用以决定该电流选择顺序产生器305何时需要重新产生一电流选择顺序。该解码装置307在每个周期根据当时的输入信号及当时的电流选择顺序，决定该电流输出矩阵303中用于输出电流的电流源。该用于输出电流的电流源电性连接到该输出端306以输出电流。
[0044]本发明的一流程如下，请参见图4，其是本发明的一流程图。
[0045]步骤401:首先给定一电流引导式数字模拟转换器，其包含一脉冲信号源用以定义该数字模拟转换器的操作周期，多个输出电流大致相同的电流源用以提供电流，一输入端用以在每个操作周期接收一组数字信号，该组数字信号决定前述多个输出电流大致相同的电流源中，应有多少数量的电流源被用于输出电流，一输出端用以将被选择电流源所供给的电流输出。
[0046]步骤402:接着给定一电流源选择顺序，该电流源选择顺序决定了该多个输出电流大致相同的电流源被选择为输出电流源的优先顺序。
[0047]步骤403:嗣后每隔一特定时间间隔重设该电流源选择顺序，将原本优先顺序最高的特定数量电流源的优先顺序改为最低，其中该特定数量可为一预设常数。
[0048]步骤404:每一操作周期根据所接收的一组数字信号及当时的电流源选择顺序，决定一组用于输出电流的电流源。
[0049]在步骤404中例如有一输入信号其对应的输出需要十个电流源提供电流，则在该电流源选择顺序中，优先顺序最高的十个电流源将被选为输出电流源。
[0050]关于该电流选择顺序产生器305的一种运作方法，请参见图5，501~515分别代表前述电流矩阵中的15个输出电流大致相同的电流源。该电流选择顺序产生器305第一次产生一第一电流选择顺序51，其中501有最高的优先顺序，502有第二高的优先顺序，515则将最后被选择。若此时有一输入信号其对应的输出电流需要四个前述输出电流大致相同的电流源提供，则501、502、503及504将被选择。当第二次要产生一第二电流选择顺序52时，假如一预设电路设定变更量为三，则在第一电流选择顺序51中优先顺序最高的三个电流源，亦即501、502及503将变成优先顺序最低的三个电流源。则在该第二电流选择顺序52中，504有最高的优先顺序，505有第二高的优先顺序，而503有最低的优先顺序，502有第二低的优先顺序，501的优先顺序为第三低。若此时有以输入信号其对应的输出电流需要七个前数输出电流大致相同的电流 源提供，则50510将被选择。
[0051]在本发明的另一实施例中，请参见图6Α?)，其是电流选择顺序产生器305的另一实作方法，在此一实作概念中，电流源50f 515排成一循环，如图6A。当该电流选择顺序产生器305每次产生电流选择顺序时，仅决定电流选择顺序的起始点及选取方向。起始点决定由哪一个电流源开始选择做为输出，选取方向则定义了选择的顺序为顺时针或逆时针。如图6B，假设第一次决定503为起始点，顺序为顺时针，则选取的优先顺序如表61所示。此时若有一输入信号其对应的输出电流需由七个输出电流大致相同的电流源提供，则503~509将被选作输出电流源。
[0052]当该电流选择顺序产生器305要产生第二电流选择顺序时，如图6C，其根据前一瞬间所被选择的电流定义所谓优先顺序最高的电流源。再决定选取方向，最后根据一预设的变更量决定起始点。如符号62所指，前一瞬间被选取的电流源为507~510，则其被定义为优先顺序最高的一组电流源。若选取方向被设定为顺时针，且该预设的变更量为二，则不论的前的选取方向为顺时针或逆时针，第二电流选择顺序中，起始点为509,选取方向为顺时针，如符号63所指。
[0053]请参见图6D，如符号64所指，若前一瞬间被选取的电流源为503~508，则其被定义为优先顺序最高的一组电流源。此时若选取方向被设定为逆时针，且该预设的变更量为四，则不论的前的选取方向为顺时针或逆时针，第二电流选择顺序中，起始点为504，选取方向为逆时针，如符号65所指。
[0054]前述关于电流选择顺序产生器305的运作方式中所提及的预设的变更量，可为一预设值，亦可由乱数产生器每隔一段时间决定该变更量的数值。
[0055]在本发明的一实施例中，请参见图7A，其是用以说明本发明中匹配变更指示器304的一种运作方式，首先，电流选择顺序产生器305产生一电流选择顺序，如步骤701。接着该匹配变更指示器304产生一第一整数常数k并设定一第二常数cnt为零，其中k兰1，如步骤702。每一个周期将cnt的值增加I,如步骤703。每一周期检查cnt是否等于k,如步骤704。如果cnt不等于k,则跳回步骤703。如果cnt等于k,则跳到步骤701。换句话说，该匹配变更指示器304是用以决定两次变更之间间隔多少周期。
[0056]在本发明的另一实施例中，请参见图7B，其是用以说明本发明中匹配变更指示器304的另一种运作方式，首先，每个周期产生一布林常数，如步骤711。如果该布林常数为真，则电流选择顺序产生器305重新产生一电流选择顺序，如步骤712。由是，该匹配变更指示器304是于每一周期决定该电流选择顺序产生器305是否重新产生一电流选择顺序。
[0057]此外，匹配变更指示器304亦可用以储存一预设的数值，依此，则每隔固定时间，本发明的动态匹配方法将作动一次。
[0058]在本发明的一实施例中，一数字模拟转换器其输入端是用以接收一 4位元的数字信号。一般而言，其需要15个输出电流大致相同的电流源，然而在本实施例中，使用25个输出电流大致相同的电流源，换句话说，电流源的数目大于输入信号所对应需要的数目。
[0059]在本发明的一实施例中，请参见图8A及SB，其是用以说明本发明的一具体实施电路架构，一数字模拟转换器80包含一脉冲信号801用以定义该数字模拟转换器80的周期，一输入端802用以在每个周期接收一组数字信号，一个由多个输出电流大致相同的电流源所组成的电流源矩阵803，一个匹配变更指示器804用以决定何时该重新产生二组电流选择顺序，一个电流选择顺序产生器805用以产生电流选择顺序，一个列编码器(rowencoder)806在每个周期根据当时所接收的该组数字信号决定哪几列电流源被选为输出电流源。每一列电流源包含一个行编码器(column encoder) 807在每个周期根据当时所接收的该组数字信号以及当时知电流选择顺序决定哪几个电流源被选为输出电流源。每一个电流源若被所对应的列编码器及行编码器同时决定用于输出，则该电流源将被连接至一输出端 808。
[0060]在本发明的一具体实施例中，请参见图9，一应用本发明的数字模拟转换器包含一输入端用以接收一 3位兀的信号、一输出端用以输出模拟信号及七个输出电流大致相同的电流源，由左至右为第一至第七个电流源。其中，该数字模拟转换器被设定每一周期进行一次本发明所揭露的动态元件匹配法，且该预设变更量为1，依此，则每周期的起始点会向右移动一位，当起始点为第七个电流源时，下一周期起始点为第一个电流源。举例而言，第一周期时，该数字模拟转换器将一起始点设定在第三个电流源，且接收一 011的输入信号，因此用以输出的电流源为第三、第四、第五个电流源，如状态91所示。当第二周期时，先进行一次动态元件匹配，则重新设定该起始点于第四个电流源。此时，接收一 101的输入信号，则用以输出的电流源为第四到第七个电流源以及第一个电流源，如状态92所示。在第三周期时，再进行一次动态元件匹配，设定该起始点于第五个电流源。此时，接收一 010的输入信号，则用以输出的电流源为第五及第六个电流源，如状态93所示。
[0061]在本发明的实施方法中虽仅提到输出电流大致相同的电流源，然每一输出电流大致相同的电流源亦可以一一位元数字模拟转换器取代的，任何熟习技艺者当可轻易理解并据以实施。
[0062]本发明的最佳实施例详述如上。然而此实施例非用以限制本发明，显而易见地，在不脱离本发明的精神与范围内，任何熟习技艺者得以完成许多更动及润饰。本发明的专利保护范围须视本说明书所附的申请专利范围所界定者为准。
【权利要求】
1.一种改善数字模拟转换器积分非线性度的方法，其特征在于，该数字模拟转换器包含一脉冲信号源用以定义该数字模拟转换器的周期及一输入端用以在每个周期接收一输入信号以及N个输出电流大致相同的电流源用以输出电流，其中N为一正整数，每个周期根据所接收的输入信号，决定一用于输出的电流源数目，该方法包含下列步骤: A.给定一电流源选择顺序，该电流源选择顺序是用以定义该N个电流源被选择用以输出的优先顺序，根据该优先顺序及该用于输出的电流源数目，可决定每个周期用于输出的电流源集合；以及 B.每间隔一第一时间区间，重新设定该电流源选择顺序，使优先顺序原为最高的k个电流源变成优先顺序最低的k个电流源，其中k是一预先定义的整数常数，且I = k<N。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，k=l。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该第一时间区间为m个周期，其中m为一正整数。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，m=l。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，m是一预先定义的正整数。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，m是由一数值产生器产生。
7.一种数字模拟转换器，其特征在于，包含: 一脉冲信号源，用以定义该数字模拟转换器的周期； P个电流源，用以输出电流，其中每个电流源的电流大致相同，其中P为一正整数； 一输入端，用以在每个周期接收一 η位元的输入信号，该输入信号是决定该多个电流源中用于输出的电流源数目，其中η为一正整数； 一电流源选择顺序产生器，每隔一第一时间间隔，产生一电流源选择顺序，该电流源选择顺序是用以定义该P个电流源中每个电流源被选择的优先顺序，其中每次重新产生的电流源选择顺序是将前一次电流源选择顺序中，优先顺序最高的特定数目电流源的优先顺序改为优先顺序最低的特定数目电流源；以及 一编码器，每个周期根据所接收的输入信号及该电流源选择顺序决定该周期中，该P个电流源中一个或多个电流源用于输出。
8.根据权利要求7所述的数字模拟转换器，其特征在于，更包含一匹配变更指示器，是决定该第一时间间隔。
9.根据权利要求7所述的数字模拟转换器，其特征在于，更包含一匹配变更指示器，是在每一周期决定该电流源选择顺序产生器是否重新产生一电流源选择顺序。
10.根据权利要求7所述的数字模拟转换器，其特征在于，该第一时间间隔是一预设数值。
11.根据权利要求7所述的数字模拟转换器，其特征在于，该第一时间间隔为周期的m倍，其中m为一正整数。
12.根据权利要求11所述的数字模拟转换器，其特征在于，m=l。
13.根据权利要求7所述的数字模拟转换器，其特征在于，该特定数目电流源为一个电流源。
14.根据权利要求7所述的数字模拟转换器，其特征在于，p>2n-l。
【文档编号】H03M1/66GK103905051SQ201210576166
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2012年12月26日 优先权日:2012年12月26日
【发明者】庄文贤, 刘湘伟, 蔡仁威, 汪鼎豪 申请人:创意电子股份有限公司, 台湾积体电路制造股份有限公司