本發(fā)明涉及數(shù)模轉(zhuǎn)換器領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種數(shù)模轉(zhuǎn)換器的控制方法及數(shù)模轉(zhuǎn)換器。

背景技術(shù)：

數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(Digital-to-Analog Converter，簡稱為DAC)的積分非線性(INL)和微分非線性(DNL)是表征其性能的兩個重要指標(biāo)，其中，積分非線性(INL)是表征數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出理想值與實際轉(zhuǎn)換值之間的最大偏差。

理論上，數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC的輸出曲線是一條過原點的理想直線，而在實際中由于多種因素導(dǎo)致數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC的輸出曲線不是線性的，如圖1所示，Vin表示輸出的數(shù)字信號，Vout表示輸出的模擬信號，實際輸出曲線與理論輸出曲線存在偏差。而造成這種結(jié)果是因為數(shù)模轉(zhuǎn)換器的晶體管自身存在差異性，如圖2所示為一種典型的電流型數(shù)模轉(zhuǎn)換器電路圖。由于每個晶體管的隨機(jī)誤差不同，即每個晶體管產(chǎn)生的電流不可能完全相同；同時也由于熱傳導(dǎo)，應(yīng)力等的梯度效應(yīng)的影響，例如靠近芯片功率部分的熱量要高，晶體管受到的影響也大，以及劃片時靠近邊緣的晶體管受到的應(yīng)力大等因素影響，即使晶體管有相同的柵源電壓V_GS得到的漏極電流i也是不同的，最終造成了數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC的輸出不是理想的直線。

為了避免上述因素帶來的輸出不理想的問題，提高DAC輸出的準(zhǔn)確性，需要增大晶體管的面積，以及對其進(jìn)行復(fù)雜的匹配操作，但這樣會增加成本而且效果不明顯，因此有必要尋找一種更合適的辦法來改善DAC的輸出特性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提出了一種數(shù)模轉(zhuǎn)換器的控制方法及數(shù)模轉(zhuǎn)換器，通過取出數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸入輸出值擬合出線性函數(shù)，然后調(diào)節(jié)所述線性函數(shù)的斜率和截距，以使得擬合出的線性函數(shù)與所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的理想線性函數(shù)接近，以擬合的線性函數(shù)作為數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出函數(shù)，可以提高數(shù)模轉(zhuǎn)換器的積分非線性。

依據(jù)本發(fā)明的一種數(shù)模轉(zhuǎn)換器的控制方法，包括以下步驟：

將N個不同的數(shù)字編碼輸入至所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器，獲得對應(yīng)的模擬輸出值；

以所述輸入數(shù)字編碼和所述模擬輸出值作為坐標(biāo)，根據(jù)所述的N個不同的數(shù)字編碼和對應(yīng)的模擬輸出值獲得N個對應(yīng)的坐標(biāo)點；

根據(jù)獲得的坐標(biāo)點進(jìn)行線性擬合，以獲得擬合的線性函數(shù)；

調(diào)整所述線性函數(shù)的斜率，以使得所述線性函數(shù)的斜率與預(yù)定的斜率相等，其中，所述預(yù)定的斜率為所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的理想線性函數(shù)的斜率值；

調(diào)整所述線性函數(shù)的截距，以使得所述線性函數(shù)的截距與所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的理想線性函數(shù)的截距一致；

以調(diào)整斜率和截距后的線性函數(shù)作為所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出函數(shù)。

優(yōu)選地，以輸入的數(shù)字編碼作為橫坐標(biāo)，以模擬輸出值作為縱坐標(biāo)，獲得N個對應(yīng)的坐標(biāo)點。

優(yōu)選地，當(dāng)所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器為電流型數(shù)模轉(zhuǎn)換器時，調(diào)整所述線性函數(shù)的斜率的具體步驟包括：

調(diào)節(jié)輸入至所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器中晶體管的柵源電壓的大小，以調(diào)整所述晶體管的漏極電流的大??；

通過調(diào)節(jié)所述漏極電流的大小調(diào)節(jié)所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出值的大小，從而調(diào)節(jié)所述線性函數(shù)的斜率。

優(yōu)選地，當(dāng)所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器為電流型數(shù)模轉(zhuǎn)換器時，調(diào)整所述線性函數(shù)的截距的具體步驟包括：

利用不受輸入數(shù)字編碼控制的多個晶體管控制所述線性函數(shù)的截距；

所述多個晶體管通過相同的柵源電壓時漏極電流不相同，通過開啟不同的晶體管以獲得不同的截距大小。

優(yōu)選地，在輸入數(shù)字編碼全部為零時將所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器中的所有晶體管關(guān)閉，以使得所述線性函數(shù)經(jīng)過零點。

優(yōu)選地，當(dāng)所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器為電阻型數(shù)模轉(zhuǎn)換器時，調(diào)整所述線性函數(shù)的斜率的具體步驟包括：

調(diào)節(jié)所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的參考電壓值和電壓源輸出值的差值，以調(diào)節(jié)所述線性函數(shù)的斜率，其中，所述電壓源輸出值為輸入至所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器中運算放大器的正向輸入端的電壓值。

優(yōu)選地，當(dāng)所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器為電阻型數(shù)模轉(zhuǎn)換器時，所述調(diào)整所述線性函數(shù)的截距的具體步驟包括：

保持二者壓差不變以調(diào)節(jié)所述電壓源輸出值和數(shù)模轉(zhuǎn)換器的參考電壓值以調(diào)節(jié)所述線性函數(shù)的截距。

依據(jù)本發(fā)明的一種數(shù)模轉(zhuǎn)換器，將N個不同的數(shù)字編碼輸入至所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器，獲得對應(yīng)的模擬輸出值；

以輸入數(shù)字編碼和模擬輸出值作為坐標(biāo)，根據(jù)所述的N個不同的數(shù)字編碼和對應(yīng)的模擬輸出值獲得N個對應(yīng)的坐標(biāo)點；

根據(jù)獲得的坐標(biāo)點進(jìn)行線性擬合，以獲得擬合的線性函數(shù)；

調(diào)整所述線性函數(shù)的斜率，以使得所述線性函數(shù)的斜率與預(yù)定的斜率相等，其中，所述預(yù)定的斜率為所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的理想線性函數(shù)的斜率值；

調(diào)整所述線性函數(shù)的截距，以使得所述線性函數(shù)的截距與所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的理想線性函數(shù)的截距一致；

以調(diào)整斜率和截距后的線性函數(shù)作為所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出函數(shù)。

優(yōu)選地，當(dāng)所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器為電流型數(shù)模轉(zhuǎn)換器時，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器包括多個并聯(lián)的第一晶體管，

調(diào)節(jié)輸入至所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器中多個并聯(lián)的第一晶體管的柵源電壓的大小，以調(diào)整所述多個并聯(lián)的第一晶體管的漏極電流的大小；

通過調(diào)節(jié)所述漏極電流的大小調(diào)節(jié)所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出值的大小，從而調(diào)節(jié)所述線性函數(shù)的斜率。

優(yōu)選地，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器還包括多個不受輸入數(shù)字編碼控制的第二晶體管，

所述多個第二晶體管通過相同的柵源電壓時漏極電流不相同，通過開啟不同的晶體管以獲得不同的截距大小。

優(yōu)選地，在輸入數(shù)字編碼全部為零時，將數(shù)模轉(zhuǎn)換器中的所有第一晶體管和第二晶體管關(guān)閉，以使得所述線性函數(shù)經(jīng)過零點。

優(yōu)選地，當(dāng)所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器為電阻型數(shù)模轉(zhuǎn)換器，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器包括多個并聯(lián)的電阻和運算放大器，

所述多個并聯(lián)的電阻通過與其串聯(lián)的開關(guān)接收外部的參考電壓信號，

所述運算放大器的負(fù)向輸入端與所述多個并聯(lián)的電阻的公共連接端連接，正向輸入端接收固定電壓源的輸出值；

調(diào)節(jié)所述參考電壓信號和電壓源輸出值的差值，以調(diào)節(jié)所述線性函數(shù)的斜率。

優(yōu)選地，保持二者壓差不變以調(diào)節(jié)所述電壓源輸出值和所述參考電壓信號以調(diào)節(jié)所述線性函數(shù)的截距。

綜上所述，依據(jù)本發(fā)明數(shù)模轉(zhuǎn)換器的控制方法及數(shù)模轉(zhuǎn)換器，通過取出數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入輸出點坐標(biāo)，擬合出一個線性函數(shù)，然后調(diào)節(jié)所述線性函數(shù)的斜率和截距，以使得擬合出的線性函數(shù)與所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的理想線性函數(shù)接近，以擬合的線性函數(shù)作為數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出函數(shù)，這樣經(jīng)過調(diào)整后的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出比調(diào)整前的輸出值更接近于理論值，可以提高數(shù)模轉(zhuǎn)換器的積分非線性。本發(fā)明的控制方法通過數(shù)字控制調(diào)節(jié)容易地實現(xiàn)了積分非線性的提升，可以提高數(shù)模轉(zhuǎn)換器的精確度。

附圖說明

圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)中數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出函數(shù)和理論函數(shù)的對比曲線圖；

圖2所示為依據(jù)本發(fā)明的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的控制方法的擬合函數(shù)曲線圖；

圖3為依據(jù)本發(fā)明的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的控制方法的調(diào)整后的擬合函數(shù)曲線圖；

圖4所示為依據(jù)本發(fā)明的電流型數(shù)模轉(zhuǎn)換器的電路圖；

圖5所示為依據(jù)本發(fā)明的電阻型數(shù)模轉(zhuǎn)換器的電路圖。

具體實施方式

以下將結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的一些優(yōu)選實施例，但本發(fā)明不限于此。

數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)在工作時，每增加一位輸入數(shù)字編碼，DAC增加一個最低有效位(LSB)的輸出，由于存在隨機(jī)誤差和梯度誤差，所以每個LSB不同，最終導(dǎo)致輸出不是線性的。本申請發(fā)明人為了減小積分線性度(INL)以提高DAC的輸出線性度，提出一種擬合方式來調(diào)整積分線性度INL的方法。

圖2所示為依據(jù)本發(fā)明的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的控制方法的擬合函數(shù)曲線圖；本發(fā)明的一種數(shù)模轉(zhuǎn)換器的控制方法，包括以下步驟：

第一：將N個不同的數(shù)字編碼輸入至所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器，獲得對應(yīng)的模擬輸出值。

第二，以輸入的數(shù)字編碼和模擬輸出值作為坐標(biāo)，根據(jù)所述的N個不同的數(shù)字編碼和對應(yīng)的模擬輸出值獲得N個對應(yīng)的坐標(biāo)點，本實施例中，以輸入的數(shù)字編碼作為橫坐標(biāo)，以模擬輸出值作為縱坐標(biāo)，獲得N個對應(yīng)的坐標(biāo)點，當(dāng)然，也可以反之。圖2中以a、b、c、d四個坐標(biāo)點為例，根據(jù)圖2中的坐標(biāo)點，可以得知實際的輸出函數(shù)為如圖2中所示的曲線函數(shù)，而本領(lǐng)域技術(shù)人員知道，理想的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出函數(shù)為如圖2中所示的理論線性函數(shù)，兩者的偏差很大，也即是數(shù)模轉(zhuǎn)換器的積分線性度很大。

第三，根據(jù)獲得的坐標(biāo)點(即a、b、c、d)進(jìn)行線性擬合，以獲得擬合的線性函數(shù)，如圖2中擬合線性函數(shù)，擬合線性函數(shù)為與理論線性函數(shù)形狀相同的直線，但存在斜率和截距的不同。這里可以利用最小二乘法的擬合方式獲得所述線性函數(shù)，最小二乘法擬合是利用實際測量的點和擬合直線對應(yīng)點的差值平方和最小，也就是均方誤差達(dá)到極小值時所對應(yīng)的直線為擬合直線，Q(k，b)＝∑(kxi+b－Pi)²，Pi為橫坐標(biāo)，xi點實際測得DAC的輸出值，實際應(yīng)用時，可以使用matlab，Origin或者EXCEL等工具獲得擬合的線性函數(shù)，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可知不限于上述擬合方式。

由于存在斜率和截距上的不同，因此，本申請控制方法的第四步需要對擬合的線性函數(shù)的斜率和截距進(jìn)行調(diào)整，本實施例中以電流型數(shù)模轉(zhuǎn)換器為例闡述斜率和截距的調(diào)整過程。參考圖4所示為依據(jù)本發(fā)明的電流型數(shù)模轉(zhuǎn)換器的電路圖；如圖4所示，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器包括多個并聯(lián)的第一晶體管，如晶體管①、②、③、④，所述多個并聯(lián)的第一晶體管的源極端均接地，漏極端通過串聯(lián)一開關(guān)后連接至公共連接點，公共連接點連接至所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端。所述多個并聯(lián)的第一晶體管的柵極接收驅(qū)動電壓信號，這里由于源極端接地，則多個第一晶體管的柵源電壓記為V_GS。本實施方式中，通過調(diào)節(jié)輸入至所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器中多個第一晶體管的柵源電壓V_GS的大小，以調(diào)整所述晶體管的漏極電流i的大??；通過調(diào)節(jié)所述漏極電流的大小調(diào)節(jié)所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出值的大小，從而調(diào)節(jié)所述線性函數(shù)的斜率。

例如，需要調(diào)整斜率時，斜率偏小則通過測試機(jī)增大輸入至晶體管V_GS的值，其中增大的部分△V_GS對應(yīng)每個晶體管的LSB電流則會相應(yīng)增加△i，N個管子增加n△i，n+1個管子增加(n+1)△i，由此例推，由此數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出值增加，可使得線性函數(shù)的斜率增加；相反斜率偏大則通過測試機(jī)減小輸入至晶體管柵極電壓的值，使其變小，最終調(diào)整后的擬合線性函數(shù)的斜率與理論線性函數(shù)的斜率值相等。

擬合線性函數(shù)的截距調(diào)整則是通過多個不受輸入數(shù)字編碼控制的第二晶體管實現(xiàn)，如圖4所示，在數(shù)模轉(zhuǎn)換器還包括多個不受輸入數(shù)字編碼控制的第二晶體管，第二晶體管也通過與其串聯(lián)的開關(guān)連接至上述的公共連接端點。所述多個第二晶體管通過相同的柵源電壓時漏極電流不相同，例如，分別為i/16、i/8、i/4等，通過開啟不同的第二晶體管就可以獲得不同的截距大小。

需要補(bǔ)充的是，調(diào)整過后的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出曲線不一定過零點，為此，在本申請中，在輸入數(shù)字編碼全部為零時將數(shù)模轉(zhuǎn)換器中的所有晶體管關(guān)閉，包括將多個第一晶體管和多個第二晶體管關(guān)閉，以使得所述擬合的線性函數(shù)經(jīng)過零點。

這樣，經(jīng)過調(diào)整后的擬合線性函數(shù)斜率與截距與理論線性函數(shù)的斜率與截距相同，如圖3所示為經(jīng)過調(diào)整后的擬合線性函數(shù)，由圖3可知調(diào)整后的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的INL比調(diào)整前的INL’小很多。因此達(dá)到了改善DAC輸出的精度的目的。

上述以電流型數(shù)模轉(zhuǎn)換器為例闡述了本申請的擬合調(diào)整INL的方式，但本發(fā)明的擬合控制方法不限于應(yīng)用于電流型數(shù)模轉(zhuǎn)換器中，下面再以電阻型數(shù)模轉(zhuǎn)換器介紹本申請的擬合控制方法，參考圖5為一種電阻型數(shù)模轉(zhuǎn)換器的電路圖。所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器包括多個并聯(lián)的電阻和運算放大器，所述多個并聯(lián)的電阻通過與其串聯(lián)的開關(guān)(這里為單刀雙擲開關(guān))接收外部的參考電壓信號V_REF，通過所述多個電阻的電流依次為I、I/2、I/4、I/8、I/16等，所述運算放大器的負(fù)向輸入端與所述多個并聯(lián)的電阻的公共連接端連接，運算放大器的負(fù)向輸入端的電壓即電阻的公共連接端的電壓記為Vx，正向輸入端接收固定電壓源的輸出值Vd，運算放大器的輸出端電壓記為Vo，運算放大器的輸出端連接至所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端。

根據(jù)上述的電路結(jié)構(gòu)有，輸出電壓和負(fù)向輸入端之間的電壓差值為：Vo-Vx＝Rf*ΣI，而ΣI＝(V_REF-Vd)/Rx(Rx為輸入數(shù)字編碼后的等效電阻)，Vx＝Vd，因此有：Vo＝(V_REF-Vd)/Rx*Rf+Vd，由此可以看出，調(diào)節(jié)參考電壓信號V_REF和固定電壓源輸出值Vd的差值即可調(diào)節(jié)數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出電壓值，也就是可以調(diào)節(jié)線性函數(shù)的斜率。

同樣的，從上述公式可以看出，等幅度調(diào)節(jié)所述電壓源輸出值Vd和數(shù)模轉(zhuǎn)換器的參考電壓信號以調(diào)節(jié)所述線性函數(shù)的截距。因此，在圖5中參考電壓信號V_REF和電壓源輸出值Vd均是可調(diào)節(jié)的，可通過可調(diào)電壓源等電路實現(xiàn)。

這里，需要補(bǔ)充的是，當(dāng)調(diào)節(jié)截距時會改變Vd的大小，但此時如果斜率已經(jīng)調(diào)整好的話需要同時改變V_REF的值，防止截距改變后改變了V_REF與Vd的差值而影響到斜率。

綜上，依據(jù)本發(fā)明數(shù)模轉(zhuǎn)換器的控制方法及數(shù)模轉(zhuǎn)換器，首先通過擬合的方式獲得線性函數(shù)，然后調(diào)節(jié)所述線性函數(shù)的斜率和截距，以使得擬合出的線性函數(shù)與所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的理想線性函數(shù)接近，以擬合的線性函數(shù)作為數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出函數(shù)，這樣經(jīng)過調(diào)整后的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出比調(diào)整前的輸出值更接近于理論值，可以提高數(shù)模轉(zhuǎn)換器的積分非線性。

本發(fā)明的控制方式通過數(shù)字?jǐn)M合控制調(diào)節(jié)容易地實現(xiàn)了積分非線性的提升，可以提高數(shù)模轉(zhuǎn)換器的精確度。上述以電流型和電阻型數(shù)模轉(zhuǎn)換器為例將本申請的控制方式進(jìn)行闡述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可知，該擬合的控制方式不限于上述結(jié)構(gòu)的電流型或電阻型數(shù)模轉(zhuǎn)換器，還可以應(yīng)用在其他電流或電阻結(jié)構(gòu)或其他類型的數(shù)模轉(zhuǎn)換器中，在本發(fā)明的思想范圍內(nèi)的修改和替換都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

以上對依據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的控制方法及數(shù)模轉(zhuǎn)換器進(jìn)行了詳盡描述，但關(guān)于該專利的電路和有益效果不應(yīng)該被認(rèn)為僅僅局限于上述所述的，公開的實施例和附圖可以更好的理解本發(fā)明，因此，上述公開的實施例及說明書附圖內(nèi)容是為了更好的理解本發(fā)明，本發(fā)明保護(hù)并不限于實施例公開的范圍，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明實施例的替換、修改均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。