具有共享校准的数字模拟转换器

摘要

一种具有两级(例如分别用于MSB和LSB)的多通道DAC。第一级由通道共享。校准系数被存储用于校正数字输入数据并且提供DAC通道的校正的DC传递特性(例如偏移量、增益、线性度)。校准系数由全部通道或者由它们中的所选组共享。

说明书

技术领域

本发明涉及数字模拟转换器(DAC)，更加具体地涉及多级DAC，该多级DAC使用共享的校正系数来校准多级中的第一级。

背景技术

数字模拟转换器或DAC在用于提供数字域和模拟域之间的接口的技术领域中是众所周知的。DAC通过将通常是二进制的数字输入码转换成通常是电压或电流的相应模拟信号而起作用。它们可以以各种方式实施，诸如使用简单的开关或者使用电阻器、电容器或电流源的网络来实施。

在分段的DAC构造中，DAC构造中的第一级的输出用于为第二级提供输入。第一级提供第一输出和第二输出，而第二级则在这第一输出和第二输出之间进行插值以便为DAC提供总体输出。这样的电路在本领域中是众所周知的。

在US7015847中公开了对这种传统DAC构造的修改，该专利被共同转让给本发明的受让人，并且其内容通过引用结合于此。该专利公开了第一级如何可以被多个第二级共享。通过使用多个第二级可以提供多通道DAC。

使用这样的多通道DAC装置，DAC通道中的一个或多个可以与其它的DAC通道并行操作，结果可以同时有来自DAC的多个输出。这对于许多应用是有利的。然而，如果要求DC精确度性能好于制造过程要求的初始匹配，那么将会要求某种校准以确保实现具有必要水平的精确转换。

进一步存在对校准又快又便宜的要求，以便在DAC的操作期间使DAC更新的延迟最小化。对于集成电路的设计者而言总是存在使实现电路所需的硅的面积最小化的压力，因此如果要为DAC提供校准，则优选的是以不占用硅上的太多空间的方式来提供校准的实施。

因此需要提供可以容易地实施的用于这种多通道DAC的校准技术。

发明内容

这些以及其它问题通过根据本发明教导的DAC电路得以解决，所述DAC电路提供了跨越多通道DAC装置的多个通道的校准系数的共享。用这种方式减少了每个DAC通道所需的这种校准系数的存储所需的数据存储要求。

根据本发明教导的第一实施例提供了一种多通道DAC电路，其包括主DAC，所述主DAC向多个子DAC中的每一个提供多个输出以便形成多通道DAC，其中每个通道的输出与其它通道的输出相关联，并且其中用于第一通道的DAC电路的校准实现了用于第二通道的DAC电路的相应校准。

参考示例性实施例，从提供了本发明教导的图示的以下附图中，这些以及其它特征将会是明显的。

附图说明

现在参考附图来描述本发明，其中：

图1是以方框的形式示出根据本发明教导的电路装置的示意图；以及

图2示出了根据本发明教导的DAC电路如何可以被提供作为ADC的一部分的例子。

具体实施方式

如图1所示，根据本发明教导的电路提供了多通道DAC电路100，该多通道DAC电路100包括耦合到多个子DAC 110a、110b、110c、110d的主DAC 105。每个子DAC被布置成在从主DAC输出的两个信号115、116之间进行插值，以便为该通道提供输出120。DAC的这种操作对于本领域技术人员而言将会是众所周知的。通过以多个子DAC的形式提供多个通道，可以提供多个DAC通道。

如前面在背景技术部分中提到的那样，在US7015847(US’847)中提供了这种多通道DAC装置的例子。在US’847中，从单组元件中导出第一级输出。US’847的装置将该组示出为一组电阻器，但是本领域技术人员将会认识到，等效地，电容器或者其它器件如MOS或双极晶体管可以用于不同的应用。本发明人已认识到，因为存在第一级的共同性或共享的程度，使得通过该组共享部件生成的任何DC误差分量都会跨越共享该相同部件的全部通道而被反映。最终结果是，可以认为影响电路DC精确度的误差源为全部DAC所共有。本发明人已利用了这种认识：在电路中存在共同性程度之处，使用共享的一组校准系数可以实现这种电路的校准。DAC传递函数中的这种DC误差的例子包括涉及线性度、增益和偏移量的DC误差，目的是在该特定DAC所需的性能参数之内，所述校准将DAC传递函数的性能带回到理想DAC的性能。

将会意识到的是，本发明的装置使用并利用了每个子DAC对主DAC的共享。用这种方式，为主DAC的操作提供的单组元件用作多通道DAC的多个通道的第一级。全部的第一级输出115、116因此从相同的该组元件中导出，所以将会理解的是，影响电路的DC精确度并且例如可以影响积分非线性度(INL)的误差源为全部DAC所共有。

该组元件的优选实施是作为电阻器串装置，如本领域技术人员将会意识到的那样，该电阻器串装置广泛用于电平设置应用。大多数应用中所需的精确度水平都需要校正DC误差。在以前的方案中，每个DAC需要它自己的一组校正系数，因为影响每个通道的DC误差的误差源不同。

本发明使用单组校准或校正系数来提供这些误差源的校正，以便提供总体多通道电路的DC精确度的改善。

使用如描述的那样的构造提供跨越许多通道(组)的共享电阻器串。这意味着影响组内每个DAC的DC精确度的误差源是类似的。由于误差源类似，所以每组只需要保存一组校准系数，这显著减少了数据存储所需的硅面积。因此这种构造使对于电路的总体校准要求最小化。

如图1所示，可以实现校正的示例性方式是通过提供数字存储器130来实现的，该数字存储器130配置成存储校准/校正系数。存储器130耦合到数字控制块140，使得被提供作为对DNA的输入的控制字150可使用校正算法来修改。校正算法通常会使用用于DAC电路的第一级(主DAC)中的每一个电平设置元件的校正系数。这样的数字校正和可以实施的方式对于本领域技术人员是明显的，并且例如可以使用合适的硬件如状态机和乘法器等等，或者例如可以用软件来实施。

接口160也耦合到数字逻辑块，并且提供创建输入的数字字以便通过DAC随后将其转换成模拟等效值的方式。接口可以是用户接口，由此用户可以特别地访问DAC构造并且实现期望的字的转换，或者接口例如可以简单地是对另一个电路的接口。将会理解的是，不是所有的电路部件都需要提供在同一芯片上。例如虚线180之内总体示出的接口、数字存储器和数字控制块可以提供在第二芯片上，然后简单地与第一和第二级的DAC部件对接。例如部件180可以提供在现场可编程门阵列FPGA或某种其它可编程逻辑器件上。

在图2中示出了本发明的DAC电路如何可以结合另一个电路使用的例子，其中DAC部件100提供在模拟数字ADC电路200之内。在实施二通道ADC的这个示例性实施例中，第一模拟输入205和第二模拟输入210每个被提供到各自的转换元件215、220。转换元件将输入提供给ADC控制块225、230，在其中实现适当数字选择。这些控制块中的每一个的输出的一部分提供了ADC的第一数字输出235和第二数字输出240。该输出的一部分还作为对提供在反馈配置中的根据本发明教导的DAC的输入而被馈送。

将会理解的是，因为基于DAC的第一级所需的校正来校正对DAC的每一个输入字或控制码，并且因为跨越DAC的通道来共享该第一级的部件，所以对多通道的校准是基于与否则可能需要的部件——如果例如每个通道未被关联的话——相比较少的一组部件来实现的。即使只使用一组系数，许多DAC通道也可以从改善的DC精确度中获益。根据本发明教导的方案因此提供了在不占用用于通常需要的多个校准系数组的芯片上的太多面积的情况下就可以实现校准的方式。进而，因为校准是在决定使用哪个通道之前实现的，所以DAC电路的设计者可以利用此点来提供与通道无关的方案，该方案可以以较少的数字电路实现，以便提供与迄今可能的方案相比以更高的速度实施的较低成本的方案。具有较少复杂性并且结合了本发明的数字校准的数字电路设计的提供将会被本领域技术人员意识到具有许多应用。

将会理解的是，跨越DAC多个通道的部件共享和那些共享部件的校准提供了特殊的好处和精确度，其中那些部件是电路中的主要误差源。为了从DAC校准系数的共享中获得最大益处，DAC应当被设计成使得主要DC误差源是共享元件。这可以通过以下来进行：通过设计来减少每个子DAC的误差源(诸如非线性度之类)。这例如可以使用对于数字模拟转换器设计与实施领域的技术人员而言众所周知的设计和布局技术来进行，其中的一些例如记载在Pelgrom等人的论文中(M.J.M.Pelgrom，A.C.J.Duinmaijer，and A.P.G.Welbers，Matching properties of MOS transistors，IEEE J.Solid-State Circuits，vol.24，pp.1433-1440，May 1989)，该论文的内容通过引用结合于此。在整个DAC中的主要DC误差源为共享元件的情况下，使用共享校准可以基本上去除总体DAC的DC误差。

已参考多通道DAC电路描述了根据本发明教导的电路的优选实施例，所述多通道DAC电路提供了多个通道中的所选通道之间的相关性，使得单组校准系数可以用于多个通道的校准。虽然可以希望多个可用通道中的全部通道都可以共享相同的系数，但将会意识到的是，某些应用或设计考虑可能要求通道中的所选通道不与其它通道相关联，并且同样可能不与那些其它通道共享系数。

虽然已参考本发明的优选实施例描述了本发明，但是将会理解和意识到的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以进行许多修改。本发明也应当被认为受到限制，如受到鉴于所附权利要求而会被视为必要的那种限制。进而，虽然已参考示例性的块边界描述了本发明的操作，所述示例性的块边界限定了根据本发明教导的电路的特定部件或整体的操作，但是本领域技术人员将会意识到，数字设计电路可以如希望的那样不分组而是合成，这可以去除为了说明的目的而在此示出的块边界。

本说明书中使用的词语“包括”旨在说明存在表述的特征、整体、步骤或部件，而不是排除存在或添加一个或多个其它特征、整体、步骤、部件或其组合。