数字对模拟转换器及其方法技术

本发明专利技术揭露一种数字控制模拟电路，其包含数字码产生器，用于接收数字输入信号且至少产生两数字码的方式通过此数字码产生器的状态而被决定。此些数字码被解码为各自组的二进制数据。此些二进制数据分别控制多个切换电路阵列以产生符合该数字输入信号的模拟输出信号。在稳态（ｓｔｅａｄｙｓｔａｔｅ）运作期间，为了在此数字输入信号及此模拟输出信号之间建立单调函数（ｍｏｎｏｔｏｎｉｃ　　ｆｕｎｃｔｉｏｎ），所以当环绕（ｗｒａｐ－ａｒｏｕｎｄ）情况被用来检测此些数字码的其中之一时，此数字码产生器能切换多种状态。此数字码产生器使用在不同的状态内不同组方程式以导出该些数字码。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于一种数字对模拟转换器，特別是有关于一种能改善数字对模拟转换器内的单调性(monotonicity)的方法及装置。技术背景数字对模拟转换器(digital-to-analog converter, DAC)对于许多应用 电路而言是一种重要的装置。数字对模拟转换器为一种模拟电路，其具有的 多种输出特性是通过数字控制字(digital control word)所控制。本专利技术大 体上是有关于数字对模拟转换器，且可应用在多用途的数字对模拟转换器， 例如使用在数字控制振荡器(digitally controlled oscillator, DC0)的 应用。数字控制振荡器为一种用以产生周期性信号的装置，其中此周期性信号 具有由该数字控制字所控制的频率。数字控制振荡器通常包含可调整电路元 件(adjustable circuit element),其数值用以决定此数字控制振荡器的振 荡频率。此数字控制字用来设定该可调整电路元件的数值以决定振荡频率。 举例来说，具有近似于人。"/(^^)的振荡频率的LC振荡器可用来实现数 字控制振荡器，其具有固定的电感L及可变的电容器C。此可变的电容器C 的电容值由该数字控制字来控制。因为数字控制振荡器接收该数字控制字及 输出对应该数字控制字的模拟信号，所以数字控制振荡器亦为数字对模拟转 换器的一实施例。图1A为已知数字控制的可变电容器100的示意图。此可变电容器100包 含解码器(decoder) 110、固定电容器(fixed capacitor) CF、多个切换电容器 (如CO， CI, C2)及多个开关(switch)(如SO, Sl， S2)。此解码器110接收数 字控制字W且产生多个二进制数据(binary data)(如D、 D、 D)以 分别地控制该些开关。此可变的电容器100的总有效电容值(effective capacitance)为C =C/^0 * "/^ +67* ""7+67, "/^/+...。因此，具有此 可变电容器100的LC振荡器的振荡频率是通过数字控制字W来决定。此数字控制振荡器的三种重要性质为范围(range)、分辨率(resolution) 及单调性(monotonicity)。此可调整电路元件的数值的范围及精确度 (granularity)分别地决定出此数字控制振荡器的范围及分辨率。举例来说， 先前所提及的LC振荡器的分辨率是由在此些切换电容器中(如C0、 Cl、 C2) 的最小电容值来决定，同时，范围是由最大总有效电容值(如 C(max卜C尸《^67+0…)及最小总有效电容值(如G〃(min) =^月来决定。如 果此可调整电路元件的数值一同变化时(当该数字控制字增加或减少时，而随 之增加或减少)，则此数字控制振荡器的单调性将可显现出来。举例来说，如 果较大的控制字产生较大的总有效电容值时，则先前所提及的LC振荡器的单 调性是被显现出来。数字控制振荡器通常被加入至数字式锁相回路(digital phase lock loop, DPLL)以产生目标频率的输出时钟。用于数字控制振荡器的数字控制字 以闭回路方式而被建立，以控制数字控制振荡器的振荡频率。此数字控制字 具有有限的分辨率(limited resolution),且此数字控制振荡器的瞬时的振 荡频率也具有有限的分辨率。事实上，此数字控制振荡器的瞬时振荡频率不 可能与此目标频率一样地精确。已知的数字式锁相回路通常需要严格单调 (strictly monotonic)数字控制振荡器以确保能稳定操作。举例来说，较大 数字控制字对应较大输出频率时，则此数字式锁相回路将试图减少此数字控 制字以降低高于目标频率的输出频率，或试图增加此数字控制字以提高低于 目标频率的输出频率。在稳定数字式锁相回路的稳态内，此数字控制字通常 在两数值之间变动，其中，两数值的其一符合稍微高于目标频率的输出频率 及两数值的另一符合稍微低于目标频率的输出频率，使得平均输出频率接近 于该目标频率。此数字控制字的变动导致输出时钟内产生多个不需要的抖动(j i Uer)。 这些抖动可通过增加数字控制振荡器的分辨率而减少，使得瞬时振荡频率可 更接近于目标频率。然而，由于噪声的发生，数字式锁相回路易受到干扰， 该数字式锁相回路的稳态值会短暂地漂离以对应前述的干扰。幸运地，如果 此数字控制振荡器为单调状态，则此干扰的效应仅会暂时地(temporary)发 生。举例来说，如果此数字控制字因干扰的存在而漂移偏高(或偏低)，此数 字式锁相回路将检测该输出频率过高(或过低)且将减低(或增加)该数字控制 字的平均值以纠正此错误。然而，若此数字控制振荡器不为严格单调状态时，此数字式锁相回路可能在错误方向上调整数字控制字，而造成该些抖动的增 加或回3各不稳定性。有一种方法是使用温度计码解码架构(thermometer-code decoding scheme)以确保在数字控制振荡器能处于严格单调状态。图IB是绘示将数字 控制字W映像(map)为8个二进制数据(如DO, Dl， ... D7)的温度计码解码的 范例。请参阅先前所提及的LC振荡器的实施例，在此数字控制字W内每一增 加的改变量导致额外的控制位来开始增加总有效电容值。藉此，可保证数字 控制振荡器的其单调性。 一般而言，在没有使用温度计码解码架构下，要保 证单调性是困难的。然而，此温度计码解码架构通常需要非常多个切换电容 器。因此，如何减少数字控制振荡器所使用的切换元件，且实际上(vi r tua 11 y) 依然能确保单调性是急待解决的问题。
技术实现思路
为解决上述的问题，本专利技术是提出一种数字对模拟转换器(或数字控制模 拟电路)，其包含有限状态机(finite state machine),接收数字输入字(或 数字控制字)及依据此数字输入字的方式而至少产生第一数字码及第二数字 码，其中该方式由此有限状态机的状态而被决定。在一实施例中，当检测到 第二数字码存有环绕(wrap-around)情况时，此有限状态机发生状态转换。在 一实施例中，在不依赖严格温度计码解码架构(strictly thermometer-code decoding scheme)之下，于稳态运作期间，此有限状态机改变此些状态以增 进数字对模拟转换器的单调性(monotonicity)。在本专利技术的一应用实施例中，此数字输入字是映像使得此第一数字码表 示此数字输入字的最高有效位(most significant bit, MSB)及第二数字码表 示此数字输入字的最低有效位(least significant bit， LSB)。 一种检测该 环绕情况的方法为决定此第二数字码何时以数值方式增加来对应此数字输入 字的数值的减少或以数值方式减少来对应此数字输入字的数值的增加。在一 实施例中，此第一数字码具有第一范围数值，而此第二数字码具有第二范围 数值，且第二范围数值与第一范围数值有至少一部分重迭。举例来说，此第 二数字码具有最大数值，其大于(如，至少两倍)由此第一数字码的最低有效 位所表示的数值。在本专利技术的一实施例中，此有限状态机具有第一状态及第二状态。此第二数字码在第一状态内，是通过以此数字输入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字对模拟转换器，包含：　　　　数字码产生器，根据数字输入信号用以至少产生一第一数字码与一第二数字码，该数字码产生器具有第一状态与第二状态，其中，当该数字码产生器检测到该第二数字码存有环绕状况时，则该数字码产生器进行状态转换；　　　　第一解码器，依据该第一数字码以输出第一群数据；　　　　第二解码器，依据该第二数字码以输出第二群数据；　　　　第一切换电路阵列，根据该第一群数据以产生第一模拟输出信号；以及　　　　第二切换电路阵列，根据该第二群数据以产生第二模拟输出信号；　　　　其中，该第一模拟输出信号与该第二模拟输出信号的加总以输出对应该数字输入信号的模拟输出信号。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：林嘉亮，
申请(专利权)人：瑞昱半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]