应用于电流舵的电流源控制电路和数模转换电路的制作方法

1.本技术涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种应用于电流舵的电流源控制电路和数模转换电路。


背景技术：

2.电流舵因其自身结构特点，非常适合用于高速高精度的电路系统中。在电流舵dac(全称为digital to analog converter，数字模拟转换器)转换过程中，数字输入信号通过控制相应的电流源，选中的电流源的电流叠加得到dac输出电流。由于集成电路在生产过程中存在偏差，电流舵dac的电流源与电流源之间存在误差，使得输出电流与理想输出电流不相等，从而产生非线性误差。
3.对于一般的温度计码型电流舵dac，各个电流源的偏差不同，每个电流源被选中的概率也不同。请参考图1，例如输入的待转换的数字信号为3时，则对应选中的电流源为1-3号，当下一个时刻输入的数字信号为7时，则对应选中的电流源为1-7号，再到下一时刻输入的数字信号为6时，则对应选中的电流源为1-6号。可见，现有技术中低位数字信号控制的电流源被选中的概率要比高位数字信号控制的电流源大，故低位数字信号控制的电流源对dac性能的影响更大，同时低位数字信号控制的电流源的误差对整个电路影响较大。此时，相当于误差信号与输入信号相关，这样导致dac输出信号具有严重的谐波失真，使得数模转换电路工作过程中的误差较大。


技术实现要素：

4.本技术提供一种应用于电流舵的电流源控制电路和数模转换电路，用以解决现有技术中的数模转换电路工作过程中的误差较大的技术问题。
5.一方面，本技术提供一种应用于电流舵的电流源控制电路，包括：存储电路、加法器、第一温度计码译码器、第二温度计码译码器和多个逻辑运算电路；
6.所述加法器的第一输入端用于接收输入的数字型待变换信号，加法器的第一输出端与所述存储电路的输入端连接，所述存储电路的输出端与所述加法器的第二输入端连接；所述存储电路用于对所述加法器第一时刻的输出信号进行存储，并将所述输出信号输入到所述加法器中，所述加法器用于对第一时刻的输出信号和第二时刻接收到的待变换信号进行求和处理，得到第二时刻的输出信号；
7.所述加法器的输出端与所述第一温度计码译码器的输入端连接，所述存储电路的输出端与所述第二温度计码译码器的输入端连接，所述逻辑运算电路的输入端分别与所述第一温度计码译码器和第二温度计码译码的输出端连接；
8.所述第一温度计码译码器用于将所述第二时刻的输出信号转换成第一温度计码，所述第二温度计码译码器用于将所述第一时刻的输出信号转换成第二温度计码，所述逻辑运算电路用于对所述第一温度计码和第二温度计码进行逻辑运算，得到对应的开关控制信号；所述开关控制信号用于控制对应的电流源工作。
9.根据本技术提供的一种应用于电流舵的电流源控制电路，还包括逻辑控制电路；
10.所述逻辑控制电路的输入端与所述加法器的进位信号端连接，所述逻辑控制电路的输出端与所述逻辑运算电路的控制端连接；所述逻辑控制电路用于根据所述进位信号端输出的加法进位信号生成对应的逻辑控制信号，以控制所述逻辑运算电路选择对应的运算逻辑，从而得到对应的开关控制信号。
11.根据本技术提供的一种应用于电流舵的电流源控制电路，所述逻辑运算电路包括异或门电路和同或门电路；
12.所述异或门电路的两个输入端分别与所述第一温度计码译码器和第二温度计码译码器的输出端连接；所述同或门电路的两个输入端也分别与所述第一温度计码译码器和第二温度计码译码器的输出端连接；所述异或门电路和同或门电路的输出端用于输出所述开关控制信号；
13.所述逻辑控制电路的输出端分别与所述异或门电路和同或门电路的控制端连接，当所述加法进位信号为0时，所述逻辑控制电路控制所述异或门电路工作，以使得所述异或门电路输出的信号为所述开关控制信号；当所述加法进位信号为1时，所述逻辑控制电路控制所述同或门电路工作，以使得所述同或门电路输出的信号为所述开关控制信号。
14.根据本技术提供的一种应用于电流舵的电流源控制电路，所述逻辑运算电路包括异或门电路和非门电路；
15.所述异或门电路的两个输入端分别与所述第一温度计码译码器和第二温度计码译码器的输出端连接，所述异或门电路的输出端与所述非门电路的输入端连接，所述非门电路的输出端用于输出所述开关控制信号；
16.所述逻辑控制电路的输出端与所述非门电路的控制端连接，当所述加法进位信号为0时，所述逻辑控制电路控制所述非门电路不工作，以使得所述异或门电路输出的信号为所述开关控制信号；当所述加法进位信号为1时，所述逻辑控制电路控制所述非门电路工作，以使得所述非门电路输出的信号为所述开关控制信号。
17.根据本技术提供的一种应用于电流舵的电流源控制电路，所述逻辑运算电路包括异或门电路、非门电路和选择器电路；
18.所述异或门电路的两个输入端分别与所述第一温度计码译码器和第二温度计码译码器的输出端连接，所述异或门电路的一个输出端与所述非门电路的输入端连接，所述异或门电路的另一个输出端以及所述非门电路的输出端均与所述选择器电路的输入端连接，所述选择器电路的输出端用于输出所述开关控制信号；
19.所述逻辑控制电路的输出端与所述选择器电路的控制端连接，当所述加法进位信号为0时，所述选择器电路用于选择所述异或门电路输出的信号为所述开关控制信号；当所述加法进位信号为1时，所述选择器电路用于选择所述非门电路输出的信号为所述开关控制信号。
20.根据本技术提供的一种应用于电流舵的电流源控制电路，所述逻辑控制电路包括与门电路；
21.所述与门电路的一个输入端与所述加法器的进位信号端连接，所述与门电路的另一端用于接收第一时钟控制信号，所述与门电路的输出端为所述逻辑控制电路的输出端；所述第一时钟控制信号与所述第二时刻同步。
22.根据本技术提供的一种应用于电流舵的电流源控制电路，所述逻辑运算电路的个数为m；
23.所述m＝2n，所述n为所述加法器输入的待变换信号的最大位数。
24.根据本技术提供的一种应用于电流舵的电流源控制电路，所述存储电路为寄存器；
25.所述寄存器上设置有时钟信号端，用于接收第二时钟控制信号，所述第二时钟控制信号晚于所述第一时钟控制信号半个周期。
26.根据本技术提供的一种应用于电流舵的电流源控制电路，所述多个逻辑运算电路的输出端分别用于和多个电流源的控制端连接；
27.当所述逻辑运算电路输出的开关控制信号为1时，对应的电流源工作，当所述逻辑运算电路输出的开关控制信号为0时，对应的电流源停止工作。
28.另一方面，本技术还提供一种数模转换电路，其包括如上述任一种所述的应用于电流舵的电流源控制电路。
29.本技术提供的应用于电流舵的电流源控制电路和数模转换电路，通过存储电路对加法器第一时刻的输出信号进行存储，并将第一时刻的输出信号再次输入到加法器中，然后加法器第二时刻输出的信号就累加了第一时刻的数字信号。这样通过两个温度计码译码器对两个第二时刻和第一时刻的数字信号进行转换后，在对转换后的第一温度计码和第二温度计进行逻辑运算，就考虑了第一时刻数字信号的大小，从而得到的各个电流源对应的开关控制信号以控制对应的电流源工作，这样避免了低位数字信号控制的电流源被选中工作的概率较大，使得各个电流源被选中的概率几乎相同，从而减小电流舵因电流源失配所产生的误差。
附图说明
30.为了更清楚地说明本技术或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
31.图1是现有技术中dac中选择电流源的原理示意图；
32.图2是本技术提供的电流源控制电路示意图之一；
33.图3是依据本技术提供的电流源控制电路工作时选择电流源示意图之一；
34.图4是本技术提供的电流源控制电路示意图之二；
35.图5是依据本技术提供的电流源控制电路工作时选择电流源示意图之二。
具体实施方式
36.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术中的附图，对本技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
37.本实施例的提供的应用于电流舵的电流源控制电路，通过寄存器记录第一时刻输
入的数字信号，同时加法器对第一时刻输入的数字信号和第二时刻输入的数字信号进行累加。最后通过两个温度计码译码器分别对第一时刻输入的数字信号和当前累加后的数字信号转换成温度计码，再通过对第一温度计码和第二温度计码进行逻辑运算，得到对应的开关控制信号以控制电流源的开启和关闭。这样使得每个电流源被选中的概率趋向相等，即使得误差信号与输入信号无关，从而减小dac输出信号(即模拟信号)的谐波失真。从频域上看，此时的高次谐波能量被均匀地分布在整个频谱范围，之后可以通过低通滤波，过滤掉信号带宽以外的部分。这样可以让各个电流源被选中的概率趋向相等，从而提高dac的工作性能。
38.其中，本实施例中的第二时刻晚于第一时刻，第二时刻可以是当前周期的任意时刻，第一时刻可以是该当前周期的上一个周期的任意时刻。例如第二时刻是当前周期的开始时刻，第一时刻是上一个周期的结束时刻。
39.实施例一：
40.本实施例提供一种应用于电流舵的电流源控制电路，如图2，该控制电路包括：存储电路10、加法器11、第一温度计码译码器12、第二温度计码译码器13和多个逻辑运算电路18。
41.其中，加法器11的第一输入端用于接收输入的数字型待变换信号，加法器11的第一输出端sum与存储电路10的输入端连接，存储电路10的输出端与加法器11的第二输入端连接。存储电路10用于对加法器11第一时刻的输出信号进行存储，并将输出信号输入到加法器11中，加法器11用于对第一时刻的输出信号和第二时刻接收到的待变换信号进行求和处理，得到第二时刻的输出信号。如图2中，为了方便理解，本实施例中将加法器11第一时刻的输出信号表示为i
start
，将加法器11第二时刻的输出信号表示为i
end
，i
start
和i
end
均为二进制的数字信号。
42.其中，加法器11的输出端还与第一温度计码译码器12的输入端连接，存储电路10的输出端与第二温度计码译码器13的输入端连接，逻辑运算电路18的输入端分别与第一温度计码译码器12和第二温度计码译码13的输出端连接。第一温度计码译码器12用于将第二时刻的输出信号i
end
转换成第一温度计码，第二温度计码译码器13用于将第一时刻的输出信号i
start
转换成第二温度计码，逻辑运算电路用于对第一温度计码和第二温度计码进行逻辑运算，得到对应的开关控制信号，开关控制信号用于控制对应的电流源的开启和关闭。
43.本实施例的电流源控制电路，首先采用存储电路10和加法器11的协同工作，使得第二时刻的输出信号i
end
考虑了第一时刻输出信号i
start
的大小，从而使得转换成温度计码后对应的选中的电流源的位置就会发生变化，最后结合两个时刻的输出信号i
end
和i
start
的大小，经过逻辑运算电路18进行对应的逻辑运算处理后，得到了用于控制对应电流源工作的开关控制信号。采用本实施例提供的控制电路，使得数模转换时各个电流源被选中的概率趋向相等，减小电流舵因电流源失配所产生的误差，从而提高电流舵dac的工作性能。
44.在一种实施例中，电流源控制电路还包括逻辑控制电路。逻辑控制电路的输入端与加法器11的进位信号端co连接，逻辑控制电路的输出端与逻辑运算电路的控制端连接；逻辑控制电路用于根据进位信号端输出的加法进位信号生成对应的逻辑控制信号，以控制逻辑运算电路选择对应的运算逻辑，从而得到对应的开关控制信号。其中，加法进位信号表示i
end
和i
start
相加时是否具有加法进位，如果存在加法进位则进位信号端co输出1，若果不
存在加法进位，则进位信号端co输出0，逻辑控制电路根据进位信号端co输出的1或0控制所有的逻辑运算电路工作，以得到对应的开关控制信号。
45.经过测试，依据本实施例提供的控制电路，经过实验，若i
end
和i
start
相加时加法进位信号为0时，则对第一温度计码译码器12和第二温度计码译码器12输出的第一温度计码和第二温度计码进行异或运算，则得到的温度计码刚好和对应的电流源的状态对应，例如此时异或运算后第五号电流源对应的温度计码的第五位编码为1，则刚好表示开启该第五号电流源，第七号电流源对应的温度计码的第七位编码为0，则刚好表示关闭该第七号电流源。
46.基于上述电流源和温度计码的对应的关系，本实施例提供以下几种逻辑运算电路。
47.在一种实施例中，例如逻辑运算电路18包括异或门电路和同或门电路。异或门电路的两个输入端分别与第一温度计码译码器12和第二温度计码译码器12的输出端连接；同或门电路的两个输入端也分别与第一温度计码译码器12和第二温度计码译码器13的输出端连接；异或门电路和同或门电路的输出端用于输出开关控制信号。逻辑控制电路的输出端分别与异或门电路和同或门电路的控制端连接，此时，例如当加法进位信号为0时，逻辑控制电路控制异或门电路工作，以使得异或门电路输出的信号为开关控制信号；当加法进位信号为1时，逻辑控制电路控制同或门电路工作，以使得同或门电路输出的信号为开关控制信号。其中，本实施例的同或门电路是指可以进行同或运算的电路，具体的例如同或门电路包括一个异或门电路和非门电路，先对输入的信号进行异或门运算，然后再对异或门运算的结果进行非门运算，以达到同或运算的目的。
48.在一种实施例中，例如逻辑运算电路18包括异或门电路和非门电路；异或门电路的两个输入端分别与第一温度计码译码器12和第二温度计码译码器13的输出端连接，异或门电路的输出端与非门电路的输入端连接，非门电路的输出端用于输出开关控制信号。逻辑控制电路的输出端与非门电路的控制端连接，当加法进位信号为0时，逻辑控制电路控制非门电路不工作，以使得异或门电路输出的信号为开关控制信号；当加法进位信号为1时，逻辑控制电路控制非门电路工作，以使得非门电路输出的信号为开关控制信号。
49.在一种实施例中，如图2，例如逻辑运算电路18包括异或门电路14、非门电路15和选择器电路16。异或门电路14的两个输入端分别与第一温度计码译码器12和第二温度计码译码器13的输出端连接，异或门电路14的一个输出端与非门电路15的输入端连接，异或门电路的另一个输出端以及非门电路15的输出端均与选择器电路16的输入端连接，选择器电路16的输出端用于输出开关控制信号。逻辑控制电路的输出端与选择器电路16的控制端连接，当加法进位信号为0时，选择器电路16用于选择异或门电路14输出的信号为开关控制信号；当加法进位信号为1时，选择器电路16用于选择非门电路15输出的信号为开关控制信号。例如图2中，输出信号i
end
和i
start
通过第一温度计码译码器12和第二温度计码译码器123译码后，分别得到温度计码a0、a1、...am和b0、b1、...bm，其中am和bm恒为0。最后通过逻辑运算电路18的运算后得到的开关控制信号分别为s0、s1、...sm，当加法进位信号为0时，则选择器电路16选择图2中选择器电路16标记为0的端子输出的信号为开关控制信号，当加法进位信号为1时，则选择器电路16选择图2中标记为1的端子输出的信号为开关控制信号。
50.在一种实施例中，如图2，逻辑控制电路包括与门电路17。与门电路17的一个输入
端与加法器11的进位信号端co连接，与门电路17的另一端用于接收第一时钟控制信号clk，与门电路的输出端为逻辑控制电路的输出端，即与门电路的输出端与选择器电路16的控制端连接。本实施例中第一时钟控制信号clk与第二时刻同步。
51.具体的，本实施例的存储电路10为寄存器；寄存器上设置有时钟信号端，时钟信号端用于接收第二时钟控制信号clk
′
，第二时钟控制信号晚于第一时钟控制信号半个周期。对应的，本实施例中第一时刻对应第二时钟控制信号clk
′
，第二时刻对应第一时钟控制信号clk。
52.一般的，逻辑运算电路18的个数需要根据系统输入的最大的待变换信号的位数确定，例如逻辑运算电路的个数为m，m＝2n，n为加法器输入的待变换信号的最大位数。多个逻辑运算电路18的输出端分别用于和多个电流源的控制端连接；依据本实施例提供的图2中的电路，当逻辑运算电路18输出的开关控制信号为1时，对应的电流源工作，当逻辑运算电路18输出的开关控制信号为0时，对应的电流源停止工作。
53.本实施例中，以n＝2时为例，校准电路开始工作，若初始输入的待转换信号(数字信号)为01，此时信号i
end
＝01，i
start
＝00，分别经过两个温度计译码器后，得到a0＝1、a1＝0、a2＝0、a3＝0和b0＝0、b1＝0、b2＝0、b3＝0；相对应的an与bn经过异或门后，相同时输出为1，不同则输出为0；又由于此时加法器的进位co＝0，与时钟信号clk经过与门输出为0，当时钟为高电平时，两路选择器的输出等于异或门的输出，即s0＝1，s1＝0，s2＝0，s3＝0；在此时钟周期内，时钟变为低电平时，寄存器保存当前信号，即i
start
＝01。
54.当第二个输入数字信号为10时，此时输入数字信号与寄存器保存的信号经过加法器相加得到i
end
＝11，i
start
依然为＝01，i
end
和i
start
分别经过两个温度计译码器后，得到a0＝1、a1＝1、a2＝1、a3＝0和b0＝1、b1＝0、b2＝0、b3＝0；相对应的an与bn经过异或门后，相同时输出为1，不同则输出为0；又由于此时加法器的进位co＝0，与时钟信号clk经过与门输出为0，当时钟为高电平时，两路选择器的输出等于异或门的输出，即s0＝0，s1＝1，s2＝1，s3＝0；在此时钟周期内，时钟信号变为低电平时，寄存器保存当前信号，即i
start
＝11。可见，a0和b0经过异或门输出为0，这一过程去掉了之前的数字信号，完成了电流源的循环选择。
55.当第三个输入的数字信号为10时，此时输入数字信号与寄存器保存的信号经过加法器相加得到i
end
＝01，i
start
依然为＝11，i
end
和i
start
分别经过温度计译码器后，得到a0＝1、a1＝0、a2＝0、a3＝0和b0＝1、b1＝1、b2＝1、b3＝0；相对应的an与bn经过异或门后，相同时输出为1，不同则输出为0；又由于加法器的进位co＝1，与时钟信号clk经过与门输出为clk，当时钟为高电平时，两路选择器的输出与异或门的输出相反，即选择非门电路15的输出信号，即s0＝1、s1＝0、s2＝0、s3＝1；在此时钟周期内，时钟变为低电平时，寄存器保存当前信号，即i
start
＝01。以此类推，本实施例的控制电路完成对电流源的循环选择，且使各个电流源被选中的概率趋向相等，有效减小电流舵dac因电流源失配所产生的误差。例如，图3为采用本实施例的电路根据输入实现的电流源选择示意图，图3中黑色填充表示选中该电流源工作，白色填充表示该电流源不工作。
56.本实施例中，基于tsmc(台积电)的22nm工艺，采用本提案所提出的dwa校准方案，设计了4位输入信号的dwa电路，其输出控制信号随输入信号变化效果如图4所示，从图也可以看出，随着输入信号的变化，控制电路完成对电流源的循环选择。经统计，本实施例提供的控制电路的门电路数量为295，电路的延迟时间为3ns，非常适用于高速电流舵dac。
57.实施例二：
58.基于本技术的设计构思，本实施例提供一种上述实施例一的变形方案，如图4为本实施例提供一种应用于电流舵的电流源控制电路，图4中的指针寄存器相当于图2中的寄存器，同时图4中的加法器和指针寄存器共同组成控制移位电路，指针寄存器用于存储第一时刻输入的数字信号，控制移位电路用于控制对数移位电路，输入的二进制码的数字信号通过温度计码译码器译码后，通过对数移位电路输出控制信号以完成对电流源的依次选择。具体的实现原理和达到的等概率选择电流源的效果如图5所示，如图5，当输入信号为3时，选择1-3号电流源工作，当第二次输入信号为7时，选择4-10号电流源工作，当第三次输入信号为6时，选择11-15号以及1号电流源工作。因此基于本实施例图4所示的电路也可以实现对电流源的循环选择，在一定程度上也可以减小电路的误差，但是具体搭建图4中的电路时较为复杂、门电路较多，使得电路面积大、响应速度慢，限制了其在高速电流舵dac上的应用。
59.以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
60.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
61.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围。