本發(fā)明涉及集成電路，特別涉及一種數(shù)模轉(zhuǎn)換器及其校準(zhǔn)方法和校準(zhǔn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(dac)是將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的關(guān)鍵組件，廣泛應(yīng)用于通信、音頻處理、測(cè)量儀器等領(lǐng)域。電流型內(nèi)核的數(shù)模轉(zhuǎn)換器因其高精度和高速度的特點(diǎn)，成為許多高性能應(yīng)用的首選。然而，電流型內(nèi)核的數(shù)模轉(zhuǎn)換器在輸出時(shí)通常以電流形式存在，需要通過反向放大器將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，以便后續(xù)處理和使用。

2、在實(shí)際應(yīng)用中，反向放大器的性能對(duì)數(shù)模轉(zhuǎn)換器的整體輸出精度有著重要影響。在芯片的制造過程中，由于工藝限制和元器件匹配誤差，數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出電壓會(huì)產(chǎn)生各種形式的量化誤差。其中，零點(diǎn)誤差和增益誤差是最具代表性且影響最為重要的兩種誤差。

3、零點(diǎn)誤差是指在理想情況下，當(dāng)數(shù)字輸入信號(hào)為零時(shí)，數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出電壓應(yīng)為零。然而，由于元器件的不匹配和其他工藝誤差，實(shí)際輸出電壓可能偏離零值，導(dǎo)致零點(diǎn)誤差的產(chǎn)生。這種誤差會(huì)影響數(shù)模轉(zhuǎn)換器的精度和線性度，進(jìn)而影響整個(gè)系統(tǒng)的性能。

4、增益誤差是指在理想情況下，數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出電壓應(yīng)與數(shù)字輸入信號(hào)成正比。然而，由于元器件的匹配誤差和其他工藝因素，實(shí)際輸出電壓的增益可能偏離理想值，導(dǎo)致增益誤差的產(chǎn)生。這種誤差會(huì)影響數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出范圍和線性度，進(jìn)而影響系統(tǒng)的整體性能。

5、為了減小零點(diǎn)誤差和增益誤差，通常需要在設(shè)計(jì)和制造過程中采取各種補(bǔ)償和校準(zhǔn)措施。例如，可以通過調(diào)整電路參數(shù)、增加校準(zhǔn)電路或采用更高精度的元器件來減小這些誤差。此外，在使用過程中，也可以通過軟件校準(zhǔn)的方法對(duì)輸出電壓進(jìn)行修正，以提高數(shù)模轉(zhuǎn)換器的精度和性能。

6、但是傳統(tǒng)的校準(zhǔn)方法存在以下缺點(diǎn)：首先，校準(zhǔn)電路數(shù)量較多，并且隨著校準(zhǔn)精度的提高，校準(zhǔn)電路的面積往往呈指數(shù)趨勢(shì)增加；其次，傳統(tǒng)的校準(zhǔn)方法通常在芯片出廠前完成校準(zhǔn)并固化電路。然而，由于物理量隨著電路的老化會(huì)發(fā)生漂移，誤差會(huì)隨著時(shí)間的推移重新變大，并且無法重新進(jìn)行調(diào)節(jié)或在系統(tǒng)級(jí)進(jìn)行更加靈活的重新配置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種數(shù)模轉(zhuǎn)換器及其校準(zhǔn)方法和校準(zhǔn)系統(tǒng)，能夠在提高電路精度的同時(shí)，降低電路的面積和成本。

2、根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種數(shù)模轉(zhuǎn)換器，包括：dac電路，用于根據(jù)數(shù)字輸入信號(hào)提供模擬輸出電流；以及與所述dac電路連接的模擬信號(hào)電路，用于將所述模擬輸出電流轉(zhuǎn)換為模擬輸出電壓，其中，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器還用于在所述模擬輸出電壓存在量化誤差的情況下，通過模擬校準(zhǔn)電路向所述dac電路和所述模擬信號(hào)電路的連接路徑提供校準(zhǔn)電流以進(jìn)行粗調(diào)，并將誤差校準(zhǔn)系數(shù)與所述數(shù)字輸入信號(hào)進(jìn)行算數(shù)邏輯運(yùn)算以在所述dac電路的數(shù)字域進(jìn)行微調(diào)。

3、可選地，所述模擬校準(zhǔn)電路包括第一電流支路和第二電流支路，其中，所述第一電流支路提供的校準(zhǔn)電流用于增大所述dac電路的輸出電流，所述第二電流支路提供的校準(zhǔn)電流用于減小所述dac電路的輸出電流。

4、可選地，所述模擬信號(hào)電路包括反向放大器。

5、可選地，所述模擬信號(hào)電路包括：第一電阻，其第一端與所述dac電路的輸出連接；運(yùn)算放大器，其反相輸入端與所述第一電阻的第二端連接，其正相輸入端與地連接，其輸出端用于提供所述模擬輸出電壓；以及第二電阻，連接在所述運(yùn)算放大器的反相輸入端和輸出端之間。

6、可選地，所述第一電流支路包括串聯(lián)于第一參考電壓與所述運(yùn)算放大器的反相輸入端之間的第一開關(guān)和第三電阻，所述第二電流支路包括串聯(lián)于第二參考電壓與所述運(yùn)算放大器的反相輸入端之間的第二開關(guān)和第四電阻，其中，所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)不同時(shí)導(dǎo)通，且所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷受控于所述量化誤差的偏移方向。

7、可選地，當(dāng)所述量化誤差的偏移方向?yàn)樨?fù)向時(shí)，所述第一開關(guān)導(dǎo)通，當(dāng)所述量化誤差的偏移方向?yàn)檎驎r(shí)，所述第二開關(guān)導(dǎo)通。

8、可選地，所述第三電阻和所述第四電阻的電阻值相等。

9、可選地，所述第一參考電壓和所述第二參考電壓通過所述dac電路的參考電壓源提供。

10、可選地，所述誤差校準(zhǔn)系數(shù)包括零點(diǎn)誤差系數(shù)和增益誤差系數(shù)，所述算數(shù)邏輯運(yùn)算包括將所述零點(diǎn)誤差系數(shù)加至所述數(shù)字輸入信號(hào)，或者將所述數(shù)字輸入信號(hào)與所述增益誤差系數(shù)相乘后，再與所述數(shù)字輸入信號(hào)相加。

11、可選地，當(dāng)所述量化誤差的偏移方向?yàn)樨?fù)向時(shí)，所述零點(diǎn)誤差系數(shù)或所述增益誤差系數(shù)為負(fù)值；當(dāng)所述量化誤差的偏移方向?yàn)檎驎r(shí)，所述零點(diǎn)誤差系數(shù)或所述增益誤差系數(shù)為正值。

12、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種數(shù)模轉(zhuǎn)換器的校準(zhǔn)方法，包括：在所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的模擬輸出電壓存在量化誤差的情況下，通過模擬校準(zhǔn)電路向dac電路和模擬信號(hào)電路的連接路徑提供校準(zhǔn)電流；以及根據(jù)所述模擬輸出電壓確定誤差校準(zhǔn)系數(shù)，并將誤差校準(zhǔn)系數(shù)應(yīng)用于所述dac電路的數(shù)字輸入信號(hào)進(jìn)行算數(shù)邏輯運(yùn)算以在所述dac電路的數(shù)字域進(jìn)行微調(diào)。

13、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種校準(zhǔn)系統(tǒng)，包括：上述的數(shù)模轉(zhuǎn)換器；測(cè)試電路，用于測(cè)試所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的模擬輸出電壓的量化誤差的類型和偏移方向，并根據(jù)測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生誤差校準(zhǔn)系數(shù)和模擬校準(zhǔn)電路的控制信號(hào)；以及數(shù)字校準(zhǔn)電路，用于將所述誤差校準(zhǔn)系數(shù)與所述數(shù)字輸入信號(hào)進(jìn)行算數(shù)邏輯運(yùn)算以調(diào)節(jié)dac電路的模擬輸出電流。

14、綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提供的數(shù)模轉(zhuǎn)換器采用模擬校準(zhǔn)電路和dac電路內(nèi)部的數(shù)字域校準(zhǔn)相結(jié)合的方式對(duì)數(shù)模轉(zhuǎn)換器的量化誤差進(jìn)行校準(zhǔn)，首先通過模擬校準(zhǔn)電路在數(shù)模轉(zhuǎn)換器的信號(hào)鏈上提供一個(gè)校準(zhǔn)電流來確定量化校準(zhǔn)的方向和最大范圍，然后通過在數(shù)字輸入信號(hào)上引入誤差校準(zhǔn)系數(shù)的方式來在數(shù)字域進(jìn)行微調(diào)，因此無需在模擬校準(zhǔn)電路中布置大量的開關(guān)和電阻，有利于在提高電路精度的同時(shí)，降低電路的面積和成本。

技術(shù)特征：

1.一種數(shù)模轉(zhuǎn)換器，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其中，所述模擬校準(zhǔn)電路包括第一電流支路和第二電流支路，

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其中，所述模擬信號(hào)電路包括反向放大器。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其中，所述模擬信號(hào)電路包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其中，所述第一電流支路包括串聯(lián)于第一參考電壓與所述運(yùn)算放大器的反相輸入端之間的第一開關(guān)和第三電阻，

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其中，當(dāng)所述量化誤差的偏移方向?yàn)樨?fù)向時(shí)，所述第一開關(guān)導(dǎo)通，當(dāng)所述量化誤差的偏移方向?yàn)檎驎r(shí)，所述第二開關(guān)導(dǎo)通。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其中，所述第三電阻和所述第四電阻的電阻值相等。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其中，所述第一參考電壓和所述第二參考電壓通過所述dac電路的參考電壓源提供。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其中，所述誤差校準(zhǔn)系數(shù)包括零點(diǎn)誤差系數(shù)和增益誤差系數(shù)，

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其中，當(dāng)所述量化誤差的偏移方向?yàn)樨?fù)向時(shí)，所述零點(diǎn)誤差系數(shù)或所述增益誤差系數(shù)為負(fù)值；當(dāng)所述量化誤差的偏移方向?yàn)檎驎r(shí)，所述零點(diǎn)誤差系數(shù)或所述增益誤差系數(shù)為正值。

11.一種權(quán)利要求1-10任一項(xiàng)所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的校準(zhǔn)方法，包括：

12.一種校準(zhǔn)系統(tǒng)，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種數(shù)模轉(zhuǎn)換器及其校準(zhǔn)方法和校準(zhǔn)系統(tǒng)。該數(shù)模轉(zhuǎn)換器包括：DAC電路，用于根據(jù)數(shù)字輸入信號(hào)提供模擬輸出電流；以及與DAC電路連接的模擬信號(hào)電路，用于將模擬輸出電流轉(zhuǎn)換為模擬輸出電壓，其中，數(shù)模轉(zhuǎn)換器還用于在模擬輸出電壓存在量化誤差的情況下，通過模擬校準(zhǔn)電路向DAC電路和模擬信號(hào)電路的連接路徑提供校準(zhǔn)電流，并將誤差校準(zhǔn)系數(shù)與數(shù)字輸入信號(hào)進(jìn)行算數(shù)邏輯運(yùn)算以調(diào)節(jié)DAC電路的模擬輸出電流。本發(fā)明通過采用模擬校準(zhǔn)電路和DAC電路內(nèi)部的數(shù)字域校準(zhǔn)相結(jié)合的方式對(duì)數(shù)模轉(zhuǎn)換器的量化誤差進(jìn)行校準(zhǔn)，無需在模擬校準(zhǔn)電路中布置大量的開關(guān)和電阻，有利于在提高電路精度的同時(shí)，降低電路的面積和成本。

技術(shù)研發(fā)人員：楊洋,滿雪成
受保護(hù)的技術(shù)使用者：圣邦微電子（北京）股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9