前台校正的互补电流电路、开关电路及电流型数模转换器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及数模转换电路技术领域，尤其涉及一种前台校正的互补电流电路、开关电路及电流型数模转换器。
【背景技术】
[0002]数模转换器(DAC)作为数字域与模拟域之间转换的重要桥梁，在信号处理和通信领域中有着重要作用。随着现代通信中信息量的提高要求数模转换器有更高的速度。同时由于频谱的复用，使得单一信道中同时存在的信号频谱范围更宽，为降低不同频段内信号的干扰，同时降低非线性引入的谐波的干扰，要求数模转换器有更高的线性度。DAC的线性度通常采用无杂散动态范围(SFDR)来描述，SFDR定义为输出关心的频带范围内，信号能量和能量最大的谐波的能量之比。在更宽的频带范围内达到更高的SFDR是当前应用领域的发展对数模转换器提出的新的性能要求，也是当前研究领域的热点之一。
[0003]在高速数模转换器中，电流型数模转换器因其比其他结构的DAC速度更快，功耗低，且带负载能力强，因而被广泛采用。如图1所示，为电流型数模转换器的基本结构，包含一组电流源整列以及与每个电流源相连接的一对开关单元。输入数字信号控制开关单元的通断，从而控制每个电流源的电流流向特定的输出端，来自电流源的电流在两个输出端分别进行相加求和，两个输出端相加求和后取差值即是输入数字信号对应的模拟量输出。
[0004]在传统的电流型DAC中，影响SFDR性能的主要因素大概可以分为以下两大类:静态因素和动态因素。其中静态因素主要指电流源匹配误差导致输出端在每一个输入数字码转换输出稳定时存在的与理想输出之间的误差。同时走线上电阻压降导致电路中同一走线各点电压的梯度变化，以及温度梯度带来的影响也会引入电流源实际输出与理想输出之间的误差，当输入数字信号与这些输出误差相关时，便会在输出端引入与输入信号相关的谐波从而降低SFDR。为了降低电流源匹配误差，最简单的方法是采用更大的晶体管面积以提高匹配程度，但是晶体管面积的增加将导致寄生电容的增加，从而限制DAC的速度。并且单纯增加电流源的面积并不能改善走线压降以及温度梯度所带来的误差。
[0005]影响SFDR的动态因素主要是和数模转换器的数字码字切换过程相关。在数字码字切换过程中，由于时序误差，驱动信号的强弱，以及开关管的失配等都会引入切换过程中的非理想输出，从而引入毛刺，进一步导致降低输出信号的SFDR。除此之外，有限输出阻抗是限制整个DAC在高频时SFDR的关键因素，如图2所示，随着输出阻抗的增加SFDR得以提高。由于输出阻抗为有限值，并且由于寄生电容的影响，导致输出阻抗中存在容性成分，在高频下，输出阻抗进一步恶化。为了提高输出阻抗，C.H-Lin等人在2009年国际固态电路会议(ISSC2009)中提出增加小电流支路的办法来提高输出阻抗，但是受原理所限，对SFDR的提升有限。
【发明内容】
[0006]本发明旨在至少解决上述技术问题之一。
[0007]为此，本发明的第一个目的在于提出一种前台校正的互补电流电路。
[0008]本发明的第二个目的在于提出一种前台校正的互补电流的开关电路。
[0009]本发明的第三个目的在于提出一种前台校正的电流型数模转换器。
[0010]为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种前台校正的互补电流电路，包括:可调互补电流生成模块，所述可调互补电流生成模块用于根据电流控制信号生成第一输出电流和第二输出电流，所述可调互补电流生成模块包括第一电流引出端和第二电流引出端，所述第一电流引出端与第一电流输出端通过第一开关(S3)连接，所述第二电流引出端与第二电流输出端通过第二开关(S4)连接；电流大小比较器，所述电流大小比较器的正输入端与所述第一电流引出端通过第三开关(S5)连接，所述电流比较器的负输入端与所述第二电流引出端通过第四开关(S6)连接，所述电流大小比较器的输出端与校正控制单元连接；第一参考电流源(15)，与所述第三开关(S5)和所述电流大小比较器的正输入端之间的节点连接；第二参考电流源(16)，与所述第四开关(S6)与所述电流大小比较器的负输入端之间的节点连接；以及校正控制单元，所述校正控制单元根据所述电流大小比较器的输出结果生成所述电流控制信号、第一开关控制信号和第二开关控制信号，其中，所述第一开关控制信号用于控制第三开关(S5)和第四开关(S6)的同步开启或闭合，所述第二开关控制信号控制所述第一开关(S3)和所述第二开关(S4)同步开启或闭合。
[0011]根据本发明实施例的前台校正的互补电流电路，通过引入补偿电流源，从而实现了对互补电流结构中的差分输出电流的差值与理论差值之间的误差的校正，即保留了原有的互补电流结构，保证了高频输出阻抗的同时，也提高了电流源的匹配性能，从而提高了线性度。同时由于校正技术的引入，使得电流源的尺寸得以降低，从而减小了寄生电容带来的影响，进一步提高了输出阻抗，同时电路的速度也得以提升。
[0012]另外，根据本发明上述实施例的前台校正的互补电流电路，还可以具有如下附加的技术特征:
[0013]进一步地，所述可调互补电流生成模块包括:第一电流源(13)，所述第一电流源
[13]与所述第一电流引出端连接；第二电流源(14)，所述第二电流源(14)与所述第二电流引出端连接；以及子数模转换器，所述子数模转换器用于接收所述电流控制信号生成反馈电流，并将所述反馈电流反馈给所述第一电流源。
[0014]为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种前台校正的互补电流的开关电路，包括权利要求上述的前台校正的互补电流电路，还包括:
[0015]第一输出端，所述第一输出端与所述前台校正的互补电流电路的第一电流输出端通过第七开关(S7)连接，所述第一输出端与所述前台校正的互补电流电路的第二电流输出端通过第八开关(S9)连接；
[0016]第二输出端，所述第二输出端与所述前台校正的互补电流电路的第一电流输出端通过第九开关(S8)连接，所述第二输出端与所述前台校正的互补电流电路的第二电流输出端通过第十开关(SlO)连接。
[0017]根据本发明实施例的前台校正的互补电流的开关电路，通过加入一对互补的电流源以及开关单元，从而提高了有效的输出阻抗，缓解了高频输出时寄生电容带来的输出阻抗的降低。从而提高了输出信号的无杂散动态范围。同时，互补开关对的存在，使得开关切换过程中，毛刺的能量得到一定程度的抵消，这样避免开关切换过程中引入的动态误差，从而提高输出的无杂散动态范围。
[0018]为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种前台校正的电流型数模转换器，包括:开关电流阵列，所述开关电流阵列的每个单元均为开关电流电路，每个所述开关电流电路包括:至少一个电流源；以及至少一对控制信号互为反相的开关，所述开关与电流源连接；译码器，所述译码器用于输出差分信号，所述差分控制信号输出模块的正向控制信号控制第七开关(S7)和所述第十开关(SlO)同步开启或闭合，所述差分控制器的反向控制信号控制所述第八开关(S9)和所述第九开关(S8)同步开启或闭合；其中，所述开关电流阵列中至少一个单元为权利要求3所述的互补电流的开关电路。
[0019]根据本发明实施例的前台校正的电流型数模转换器，该电流型数模转换器，由于加入了电流源的校正，使得静态匹配性能得到很大程度的提高。同时由于采用的是互补电流开关电路作为基本的结构单元，使得该电流型数模转换器在高频时仍然能够保持非常好的线性度。
[0020]另外，根据本发明上述实施例的前台校正的电流型数模转换器，还可以具有如下附加的技术特征:
[0021]进一步地，所述电流大小比较器、所述第一参考电流源(15)、第一参考参考电流源
(16)、和校正控制单元部分或全部彼此共享。
[0022]本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中