一种数模转换电路和数模转换装置的制作方法

本发明主要涉及集成电路领域，尤其涉及一种数模转换电路和数模转换装置。

背景技术：

1、数模转换器(dac，digital to analog converter)是数字电路和模拟电路沟通的桥梁，在显示技术、信号传输等方面都有广泛应用。随着数模转换器精度要求的提升，数模转换器对应的集成电路面积呈指数型增长，这直接影响到芯片的面积，从而影响成本。因此控制制作面积对dac的应用有着至关重要的作用。

2、数模转换器(dac)有一个主要的误差来源，是电路中多个器件之间的失配。虽然在集成电路布局上加强匹配性可以大幅减少输出时的误差，但仍然无法避免误差的出现。并且，随着精度的提升，dac仍需要增加大量的制作面积。而且，对于串行dac架构，寄生电容造成的误差在每次重分配电荷时都会累积一次，位数每增加一位，误差也会多累积一次。所以对于串行dac，要提高转换精度，只能增加主电容面积，减小电容间的失配来实现。寄生电容造成的精度影响则需要额外措施去进一步控制。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种数模转换电路和数模转换装置，实现在数模转换器的精度提升的同时，消除因电路中的寄生电容和器件失配带来的误差，并能够控制数模转换器的制作面积。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种数模转换电路，包括：第一采样电容、第二采样电容、第三保持电容、第四保持电容、第一开关模块、第三开关模块、第二开关、第四开关、第五开关、第六开关和第七开关；所述第一采样电容的第一端和第二采样电容的第一端接地；所述第一采样电容的第二端和第二采样电容的第二端之间连接有第二开关；所述第一采样电容的第二端和第二采样电容的第二端还分别通过第一开关模块和第三开关模块连接至第一参考电压、第二参考电压或中间参考电压中的一者；所述中间参考电压基于所述第一参考电压和第二参考电压得到；所述第三保持电容的第一端和第四保持电容的第一端接地；所述第三保持电容的第二端和第一采样电容的第二端之间连接有第四开关；所述第四保持电容的第二端和第二采样电容的第二端之间连接有第五开关；所述第三保持电容的第二端和第四保持电容的第二端分别通过第六开关和第七开关连接至中间参考电压；其中，所述第三保持电容的第二端和第四保持电容的第二端分别作为所述数模转换电路的第一电压输出端和第二电压输出端。

3、在本发明的一实施例中，所述中间参考电压基于所述第一参考电压和第二参考电压得到包括：vcm＝k1*vrefp+k2*vrefn；其中，vcm为所述中间参考电压，vrefp为所述第一参考电压，vrefn为所述第二参考电压；k1、k2为有理数，且k1、k2∈(0,1)。

4、在本发明的一实施例中，所述第一开关模块和第三开关模块包括多个晶体管。

5、在本发明的一实施例中，所述第二开关、第四开关、第五开关、第六开关和第七开关通过晶体管电路实现。

6、本发明还提供一种数模转换装置，包括如前任一项所述的数模转换电路；以及控制器；所述控制器被配置为执行如下操作：根据输入的数字信号对应的多位编码值，得到所述第一电压输出端对应的电压值；根据输入的数字信号对应的多位编码值，得到所述第二电压输出端对应的电压值；基于所述第一电压输出端对应的电压值和第二电压输出端对应的电压值得到所述数模转换电路的模拟电压输出值。

7、在本发明的一实施例中，根据输入的数字信号对应的多位编码值，得到所述第一电压输出端对应的电压值包括：通过第一级开关切换操作将所述第一采样电容和第二采样电容作第一轮重置；从低位到高位依次读取所述多位编码值，并且对于每一位编码值，通过第二级开关切换操作完成所述第一采样电容和第二采样电容的第一阶段电荷再分配过程；通过第三级开关切换操作完成所述第一采样电容、第二采样电容和第三保持电容的第二阶段电荷再分配过程，并得到所述第一电压输出端对应的电压值。

8、在本发明的一实施例中，根据输入的数字信号对应的多位编码值，得到所述第二电压输出端对应的电压值包括：通过第四级开关切换操作将所述第一采样电容和第二采样电容作第二轮重置；从低位到高位依次读取所述多位编码值，并且对于每一位编码值，通过第五级开关切换操作完成所述第一采样电容和第二采样电容的第三阶段电荷再分配过程；通过第六级开关切换操作完成所述第一采样电容、第二采样电容和第四保持电容的第四阶段电荷再分配过程，并采集得到所述第二电压输出端对应的电压值。

9、在本发明的一实施例中，基于所述第一电压输出端对应的电压值和第二电压输出端对应的电压值得到所述数模转换电路的模拟电压输出值包括：

10、当所述第二开关闭合时，vout＝a1*(voutp-voutn)，a1＝2csam/(2csam+chol)；当所述第二开关断开时，vout＝a2*(voutp-voutn)，a2＝csam/(csam+chol)；其中，vout为所述数模转换电路的模拟电压输出值，voutp为所述第一电压输出端对应的电压值，voutn为所述第二电压输出端对应的电压值；csam为所述第一采样电容和第二采样电容的电容值，chol为所述第三保持电容和第四保持电容的电容值。

11、在本发明的一实施例中，通过第一级开关切换操作将所述第一采样电容和第二采样电容作第一轮重置包括：闭合所述第六开关，通过所述第一开关模块和第三开关模块分别将所述第一采样电容的第二端连通至所述中间参考电压；经过第一时间间隔后，断开所述第六开关，并断开所述第一开关模块和第三开关模块。

12、在本发明的一实施例中，对于每一位编码值，通过第二级开关切换操作完成所述第一采样电容和第二采样电容的第一阶段电荷再分配过程包括：当所述编码值对应于高电平时，通过所述第一开关模块将所述第一采样电容的第二端连通至所述第一参考电压；当所述编码值对应于低电平时，通过所述第一开关模块将所述第一采样电容的第二端连通至所述中间参考电压；经过第二时间间隔后，断开所述第一开关模块，并闭合所述第二开关；经过第三时间间隔后，断开所述第二开关，完成第一采样电容和第二采样电容的第一阶段电荷再分配过程。

13、在本发明的一实施例中，通过第三级开关切换操作完成所述第一采样电容、第二采样电容和第三保持电容的第二阶段电荷再分配过程，并得到所述第一电压输出端对应的电压值包括：闭合所述第二开关和第四开关；经过第四时间间隔后，断开所述第二开关和第四开关，完成所述第一采样电容、第二采样电容和第三保持电容的第二阶段电荷再分配过程。

14、在本发明的一实施例中，通过第四级开关切换操作将所述第一采样电容和第二采样电容作第二轮重置包括：闭合所述第七开关，通过所述第一开关模块和第三开关模块分别将所述第一采样电容的第二端连通至所述中间参考电压；经过第五时间间隔后，断开所述第七开关，并断开所述第一开关模块和第三开关模块。

15、在本发明的一实施例中，对于每一位编码值，通过第五级开关切换操作完成所述第一采样电容和第二采样电容的第三阶段电荷再分配过程包括：当所述编码值对应于高电平时，通过所述第三开关模块将所述第二采样电容的第二端连通至所述第二参考电压；当所述编码值对应于低电平时，通过所述第三开关模块将所述第二采样电容的第二端连通至所述中间参考电压；经过第六时间间隔后，断开所述第三开关模块，并闭合所述第二开关；经过第七时间间隔后，断开所述第二开关，完成第一采样电容和第二采样电容的第三阶段电荷再分配过程。

16、在本发明的一实施例中，通过第六级开关切换操作完成所述第一采样电容、第二采样电容和第四保持电容的第四阶段电荷再分配过程，并采集得到所述第二电压输出端对应的电压值包括：闭合所述第二开关和第五开关；经过第八时间间隔后，断开所述第二开关和第五开关，完成所述第一采样电容、第二采样电容和第四保持电容的第四阶段电荷再分配过程。

17、在本发明的一实施例中，基于所述第一电压输出端对应的电压值和第二电压输出端对应的电压值得到所述数模转换电路的模拟电压输出值包括：当所述第二开关闭合时，vout＝(2p-1)*a1*(voutp-voutn)，a1＝2csam/(2csam+chol)；当所述第二开关断开时，vout＝(2p-1)*a2*(voutp-voutn)，a2＝csam/(csam+chol)；其中，vout为所述数模转换电路的模拟电压输出值，voutp为所述第一电压输出端对应的电压值，voutn为所述第二电压输出端对应的电压值；csam为所述采样电容的电容值，chol为所述保持电容的电容值；p为电压极性调整码，p的取值0或1。

18、与现有技术相比，本发明具有以下优点：本技术的技术方案，将输出电压以差模方式输出，并将电路中的寄生电容、器件失配等因素带来的误差也一并等量的计入两个差模电压的共模部分，从而消除寄生电容、器件失配等因素带来的误差，并能够控制数模转换器的制作面积，便于扩展数模转换器的应用场景。