專(zhuān)利名稱(chēng)：電流舵型數(shù)模轉(zhuǎn)換器的高位電流源單元非平衡設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及10 14位高速高精度電流舵型數(shù)模轉(zhuǎn)換器的技術(shù)領(lǐng)域，具體為電流 舵型數(shù)模轉(zhuǎn)換器的高位電流源單元非平衡設(shè)計(jì)方法。
(二)
背景技術(shù)：
現(xiàn)有高速高精度電流舵型數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其以標(biāo)準(zhǔn)深亞微米CMOS工藝為基礎(chǔ)，目前 精度覆蓋8 14位，速度高達(dá)lGHz，當(dāng)其精度達(dá)到或超過(guò)IO位時(shí)，其高速高精度電流舵型 數(shù)模轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)包括高位電流單元和低位電流單元，所述低位電流單元由M個(gè)二進(jìn)位電流 源單元，其電流大小從I到2M—4，其中I代表一個(gè)最低有效位的電流，所述高位電流單元控 制高N位，其包括(2N-1)個(gè)相同的電流源單元，每個(gè)電流源單元電流大小均為2Ml，其中高 速高精度電流舵型數(shù)模轉(zhuǎn)換器的精度即為(M+N)位。 這(2N_1)個(gè)相同的電流源單元在實(shí)際芯片中物理版圖的擺放位置形成個(gè)2W個(gè)單 元的矩陣，其中多余的一個(gè)單元為冗余單元，這種擺法使電流源單元之間最緊湊，占用的面 積最小，故而匹配也最好。 在實(shí)際中，電流源單元匹配誤差主要有隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差兩種，隨機(jī)誤差無(wú)法 克服。系統(tǒng)誤差主要表現(xiàn)為一階誤差(單調(diào)線性函數(shù))和二階誤差(偶函數(shù)拋物線)。其 通過(guò)將(2N_1)個(gè)相同的電流源單元中的每個(gè)單元分成四部分組成，這四部分分別在四個(gè)象 限對(duì)稱(chēng)放置，通過(guò)其在四個(gè)象限內(nèi)各自產(chǎn)生的一階誤差相互抵消消除其一階誤差，而現(xiàn)有 降低二階誤差主要是通過(guò)使用特定的電流源單元開(kāi)關(guān)順序來(lái)最大限度的降低二階誤差，但 是其效果不明顯，究其原因是因?yàn)槊總€(gè)象限的電流源單元矩陣的最兩邊的兩列所帶來(lái)的二 階誤差最大、最明顯，現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法有效降低其二階誤差。 其特定的電流源開(kāi)關(guān)順序以10位精度的高精度電流舵型數(shù)模轉(zhuǎn)換器的高位電流 源單元中的第二象限為例，(四個(gè)象限內(nèi)的情況分別關(guān)于對(duì)稱(chēng)軸對(duì)稱(chēng))見(jiàn)圖l，其高位電流 源單元為6位，其組成一個(gè)8X8的矩陣，其分為8行8列，其按照特定的順序依次打開(kāi)，從 左往右數(shù)，物理列的第四列式被打開(kāi)的第1列，物理列的第五列是被打開(kāi)的第2列，具體打 開(kāi)的列數(shù)順序見(jiàn)圖1中序號(hào)所示，從上往下數(shù)，物理行的第四行是被打開(kāi)的第1行，物理行 的第五行是被打開(kāi)的第2行，具體打開(kāi)的行數(shù)順序見(jiàn)圖2中序號(hào)所示。在第1列對(duì)應(yīng)行的 電流源單元按照開(kāi)關(guān)順序全部打開(kāi)后，第2列按照其開(kāi)關(guān)順序?qū)?yīng)打開(kāi)，依次類(lèi)推。
其10位精度的高精度電流舵型數(shù)模轉(zhuǎn)換器的電流源高位單元的開(kāi)關(guān)順序和系統(tǒng) 誤差示意圖，見(jiàn)圖2，圖中軸坐標(biāo)分別對(duì)應(yīng)其所在的列和所產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差，由圖中可以很 清楚地看到，現(xiàn)有的這種高位電流源單元開(kāi)關(guān)順序有個(gè)很大的弊端就是每個(gè)象限電流源單 元矩陣的兩側(cè)最外邊的列(圖中第7、第8列)相對(duì)于最先打開(kāi)的第1列帶來(lái)的系統(tǒng)的二階 誤差最大。 由于二階誤差不能有效得到降低，現(xiàn)有高速高精度電流舵型數(shù)模轉(zhuǎn)換器靜態(tài)性能 的重要指標(biāo)-積分非線性誤差(INL)高，導(dǎo)致整個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器的精度誤差大。
發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了電流舵型數(shù)模轉(zhuǎn)換器的高位電流源單元非平衡設(shè)計(jì) 方法，其能有效降低積分非線性誤差(INL)，從而提高高速高精度電流舵型數(shù)模轉(zhuǎn)換器的精 度。 其技術(shù)方案是這樣的其包括現(xiàn)有的特定開(kāi)關(guān)順序下高位電流源單元結(jié)構(gòu)，其特 征在于其通過(guò)調(diào)整每個(gè)象限電流源單元矩陣的兩側(cè)最外邊的列MOS管的寬長(zhǎng)比(W/L)，調(diào) 整其電流大小，使其與同一象限內(nèi)其它列電流源單元所產(chǎn)生的電流大小不相等，用這種非 平衡的電流差來(lái)抵消系統(tǒng)帶來(lái)的二階誤差。 其進(jìn)一步特征在于所述每個(gè)象限電流源單元矩陣的兩側(cè)最外邊的列M0S管的長(zhǎng) 度不變，根據(jù)制造廠家進(jìn)行CMOS工藝生產(chǎn)自身所帶來(lái)的二次誤差對(duì)所述每個(gè)象限電流源 單元矩陣的兩側(cè)最外邊的列MOS管的寬度進(jìn)行調(diào)整。 采用本發(fā)明的方法后，其通過(guò)調(diào)整每個(gè)象限電流源單元矩陣的兩側(cè)最外邊的列 MOS管的寬長(zhǎng)比(W/L)、調(diào)整器電流大小，進(jìn)而使其與同一象限內(nèi)其它列電流源單元所產(chǎn)生 的電流大小不相等，由于現(xiàn)有的高位電流源單元開(kāi)關(guān)順序有個(gè)很大的弊端就是每個(gè)象限電 流源單元矩陣的兩側(cè)最外邊的列相對(duì)于最先打開(kāi)的第1列帶來(lái)的系統(tǒng)的二階誤差最大，其 調(diào)整每個(gè)象限電流源單元矩陣的兩側(cè)最外邊的列電流大小后，其產(chǎn)生的非平衡電流差能有 效抵消系統(tǒng)帶來(lái)的二階誤差，進(jìn)而能有效降低積分非線性誤差(INL)，提高高速高精度電流 舵型數(shù)模轉(zhuǎn)換器的精度。


圖1是高精度電流舵型數(shù)模轉(zhuǎn)換器的高位電流源單元第二象限矩陣圖； 圖2是電流源高位單元的開(kāi)關(guān)順序和系統(tǒng)誤差示意圖； 圖3是一種誤差率下10位電流單元平衡和非平衡兩種方法下的INL對(duì)比示意圖 圖4是一種誤差率下10位電流單元平衡和非平衡兩種方法下的INL對(duì)比示意圖 圖5是一種誤差率下11位電流單元平衡和非平衡兩種方法下的INL對(duì)比示意圖 圖6是一種誤差率下12位電流單元平衡和非平衡兩種方法下的INL對(duì)比示意圖,
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明包括現(xiàn)有的特定開(kāi)關(guān)順序下高位電流源單元結(jié)構(gòu)，其通過(guò)調(diào)整每個(gè)象限電 流源單元矩陣的兩側(cè)最外邊的列MOS管的寬長(zhǎng)比(W/L)，調(diào)整其電流大小，使其與同一象限 內(nèi)其它列電流源單元所產(chǎn)生的電流大小不相等，用這種非平衡的電流差來(lái)抵消系統(tǒng)帶來(lái)的 二階誤差。所述每個(gè)象限電流源單元矩陣的兩側(cè)最外邊的列MOS管的長(zhǎng)度不變，根據(jù)制造 廠家進(jìn)行CMOS工藝生產(chǎn)自身所帶來(lái)的二次誤差對(duì)所述每個(gè)象限電流源單元矩陣的兩側(cè)最 外邊的列MOS管的寬度進(jìn)行調(diào)整。
下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明 實(shí)施例一 10位精度的高速高精度電流舵型數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其低位電流單元由4個(gè) 二進(jìn)位電流源單元組成，其高位電流單元控制6高位，其包括63個(gè)電流源單元，這63個(gè)電 流源單元在實(shí)際芯片中物理版圖的擺放位置中每個(gè)單元分成四部分組成，這四部分分別在 四個(gè)象限對(duì)稱(chēng)放置，其在每個(gè)象限形成個(gè)8 X 8的矩陣，其分為8行8列，其中多余的一個(gè)單元為冗余單元，由于其分別在四個(gè)象限對(duì)稱(chēng)放置，其每個(gè)象限內(nèi)的單元均按照特定的順序 依次打開(kāi)，以第二象限為例，見(jiàn)圖l，從左往右數(shù)，物理列的第四列式被打開(kāi)的第1列，物理 列的第五列是被打開(kāi)的第2列，具體打開(kāi)的列數(shù)順序見(jiàn)圖1中序號(hào)所示，從上往下數(shù)，物理 行的第四行是被打開(kāi)的第1行，物理行的第五行是被打開(kāi)的第2行，具體打開(kāi)的行數(shù)順序見(jiàn) 圖1中序號(hào)所示。在第1列對(duì)應(yīng)行的電流源單元按照開(kāi)關(guān)順序全部打開(kāi)后，第2列按照其 開(kāi)關(guān)順序?qū)?yīng)打開(kāi)，依次類(lèi)推。其中CMOS工藝生產(chǎn)自身所帶來(lái)的二階誤差為0. 024%，其 63個(gè)電流源單元的M0S管的長(zhǎng)度均為L(zhǎng)，其中第1、2、3、4、5、6列M0S管的寬度均為W，第7 列M0S管的寬度為0. 99W，第8列M0S管的寬度為1. OIW。 通過(guò)對(duì)第7列和第8列M0S管寬度的調(diào)整后，其INL示意圖見(jiàn)圖3中的a線，其工 藝相同，且每列的M0S的寬度均為W的INL示意圖見(jiàn)圖3中的b線，圖3中，a線的INL (LSB) 的范圍為_(kāi)3. 3 1. l，b線的INL(LSB)的范圍為-3. 3 4. 5，圖3中的橫坐標(biāo)代表依次序 打開(kāi)的各個(gè)電流單元序號(hào)，縱坐標(biāo)代表積分非線性誤差(INL)。 實(shí)施例二 10位精度的高速高精度電流舵型數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其低位電流單元由4個(gè) 二進(jìn)位電流源單元組成，其高位電流單元控制6高位，其包括63個(gè)電流源單元，這63個(gè)電 流源單元在實(shí)際芯片中物理版圖的擺放位置中每個(gè)單元分成四部分組成，這四部分分別在 四個(gè)象限對(duì)稱(chēng)放置，其第二象限結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖1。其中CMOS工藝生產(chǎn)自身所帶來(lái)的二階誤差 為0. 032%，其63個(gè)電流源單元的MOS管的長(zhǎng)度均為l，其中第1、2、3、4、5、6列MOS管的寬 度均為w，第7列MOS管的寬度為0. 985w，第8列MOS管的寬度為1. 015w。
通過(guò)對(duì)第7列和第8列MOS管寬度的調(diào)整后，其INL示意圖見(jiàn)圖4中的c線，其工 藝相同，且每列的MOS的寬度均為w的INL示意圖見(jiàn)圖4中的d線，圖4中，c線的INL (LSB) 的范圍為-4. 5 1. 6，d線的INL (LSB)的范圍為_(kāi)4. 5 6，圖4中的橫坐標(biāo)代表依次序打 開(kāi)的各個(gè)電流單元序號(hào)，縱坐標(biāo)代表積分非線性誤差(INL)。 實(shí)施例三11位精度的高速高精度電流舵型數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其低位電流單元由5個(gè) 二進(jìn)位電流源單元組成，其高位電流單元控制6高位，其包括63個(gè)電流源單元，這63個(gè)電 流源單元在實(shí)際芯片中物理版圖的擺放位置中每個(gè)單元分成四部分組成，這四部分分別在 四個(gè)象限對(duì)稱(chēng)放置，其第二象限結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖1。其中CMOS工藝生產(chǎn)自身所帶來(lái)的二階誤差 為O. 036X，其63個(gè)電流源單元的M0S管的長(zhǎng)度均為1'，其中第1、2、3、4、5、6列MOS管的 寬度均為w'，第7列M0S管的寬度為0.98w'，第8列M0S管的寬度為1.02w'。
通過(guò)對(duì)第7列和第8列MOS管寬度的調(diào)整后，其INL示意圖見(jiàn)圖5中的e線，其工藝 相同，且每列的MOS的寬度均為w'的INL示意圖見(jiàn)圖5中的f線，圖5中，e線的INL (LSB) 的范圍為-4. 9 1. 8，f線的INL (LSB)的范圍為_(kāi)5 6. 7，圖5中的橫坐標(biāo)代表依次序打 開(kāi)的各個(gè)電流單元序號(hào)，縱坐標(biāo)代表積分非線性誤差(INL)。 實(shí)施例四12位精度的高速高精度電流舵型數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其低位電流單元由6個(gè) 二進(jìn)位電流源單元組成，其高位電流單元控制6高位，其包括63個(gè)電流源單元，這63個(gè)電 流源單元在實(shí)際芯片中物理版圖的擺放位置中每個(gè)單元分成四部分組成，這四部分分別在 四個(gè)象限對(duì)稱(chēng)放置，其第二象限結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖1。其中CMOS工藝生產(chǎn)自身所帶來(lái)的二階誤差 為0. 04%，其63個(gè)電流源單元的MOS管的長(zhǎng)度均為L(zhǎng)'，其中第1、2、3、4、5、6列MOS管的 寬度均為W'，第7列M0S管的寬度為0. 975W'，第8列MOS管的寬度為1. 025W'。
通過(guò)對(duì)第7列和第8列MOS管寬度的調(diào)整后，其INL示意圖見(jiàn)圖6中的g線，其工藝相同，且每列的MOS的寬度均為W'的INL示意圖見(jiàn)圖6中的h線，圖6中，g線的INL (LSB) 的范圍為-5. 3 2. l，h線的INL (LSB)的范圍為-5. 6 7. 4，圖6中的橫坐標(biāo)代表依次序 打開(kāi)的各個(gè)電流單元序號(hào)，縱坐標(biāo)代表積分非線性誤差(INL)。
權(quán)利要求
電流舵型數(shù)模轉(zhuǎn)換器的高位電流源單元非平衡設(shè)計(jì)方法，其包括現(xiàn)有的特定開(kāi)關(guān)順序下高位電流源單元結(jié)構(gòu)，其特征在于其通過(guò)調(diào)整每個(gè)象限電流源單元矩陣的兩側(cè)最外邊的列MOS管的寬長(zhǎng)比(W/L)，調(diào)整其電流大小，使其與同一象限內(nèi)其它列電流源單元所產(chǎn)生的電流大小不相等，用這種非平衡的電流差來(lái)抵消系統(tǒng)帶來(lái)的二階誤差。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流舵型數(shù)模轉(zhuǎn)換器的高位電流源單元非平衡設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述每個(gè)象限電流源單元矩陣的兩側(cè)最外邊的列MOS管的長(zhǎng)度不變，根據(jù)制造廠家進(jìn)行CMOS工藝生產(chǎn)自身所帶來(lái)的二次誤差對(duì)所述每個(gè)象限電流源單元矩陣的兩側(cè)最外邊的列MOS管的寬度進(jìn)行調(diào)整。
全文摘要
本發(fā)明為電流舵型數(shù)模轉(zhuǎn)換器的高位電流源單元非平衡設(shè)計(jì)方法。其能有效降低積分非線性誤差(INL)，從而提高高速高精度電流舵型數(shù)模轉(zhuǎn)換器的精度。其包括現(xiàn)有的特定開(kāi)關(guān)順序下高位電流源單元結(jié)構(gòu)，其特征在于其通過(guò)調(diào)整每個(gè)象限電流源單元矩陣的兩側(cè)最外邊的列MOS管的寬長(zhǎng)比(W/L)，調(diào)整其電流大小，使其與同一象限內(nèi)其它列電流源單元所產(chǎn)生的電流大小不相等，用這種非平衡的電流差來(lái)抵消系統(tǒng)帶來(lái)的二階誤差。
文檔編號(hào)H03M1/66GK101694843SQ20091020820
公開(kāi)日2010年4月14日 申請(qǐng)日期2009年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月21日
發(fā)明者馬輝 申請(qǐng)人:無(wú)錫安芯半導(dǎo)體有限公司;