一种应用于射频直接发射端的高速高精度数模转换器

本发明属于集成电路，具体涉及一种应用于射频直接发射端的高速高精度数模转换器。

背景技术：

1、数模转换器(dac，digital-to-analog converter)，凭借其将数字信号转换为模拟信号的能力，成为驱动多种精密器件及在复杂信号路径中生成射频前端信号的关键组件，因此在光电探测系统、雷达系统、电子战应用、量子计算技术、测量仪器以及无线通信等多个领域得到了广泛的应用。

2、随着集成电路技术的不断进步，各系统对高速高精度dac芯片的需求越来越高，模拟器件的性能逐渐成为影响整个系统性能提升的关键限制因素。因此，深入开展研究高速高精度数模转换器的关键技术，提升dac的性能和带宽，有着深远的意义。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种应用于射频直接发射端的高速高精度数模转换器。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

2、第一方面，本发明提供了一种应用于射频直接发射端的高速高精度数模转换器，包括：

3、时钟模块、spi模块、偏置模块、高速serdes接口、数字信号处理器dsp和dac内核；其中，

4、所述时钟模块，用于对外部输入时钟信号进行分频处理，输出相应的时钟信号至高速serdes接口、数字信号处理器dsp和dac内核；

5、所述spi模块，用于控制数模转换器的工作模式；

6、所述偏置模块，用于产生与温度无关的电流和偏置电压至高速serdes接口和dac内核；

7、所述高速serdes接口，用于在时钟模块的控制下，接收数字信号的正交i、q数据，通过lvds接口将状态信息回传至数字信号处理器dsp，作为数字信号处理器dsp的数据输入；

8、所述数字信号处理器dsp，用于在时钟模块的控制下，对自身的数据输入进行内插和混频处理，输出变换后的并行数据；

9、所述dac内核，用于在时钟模块的控制下，通过dem 动态匹配译码、多模式并串转换与随机化四开关驱动处理对变换后的并行数据进行数模转换，输出对应的数模转换结果。

10、在本发明的一个实施例中，时钟模块，包括：

11、时钟接收器和时钟分频器；其中，

12、所述时钟接收器，用于接收外部输入时钟信号；

13、所述时钟分频器，用于对外部输入时钟信号进行分频处理，产生相应的时钟信号至高速serdes接口、数字信号处理器dsp和dac内核。

14、在本发明的一个实施例中，dac内核，包括：

15、dem译码电路、并串转换电路、随机开关编码电路和四开关驱动电路；其中，

16、所述dem译码电路，用于对数字信号处理器dsp输出的并行数据进行格式转换与随机化处理，得到低速并行数据；

17、所述并串转换电路，用于对低速并行数据进行数据转换，输出高速串行数据；

18、所述随机开关编码电路，用于根据随机化四开关控制逻辑对高速串行数据进行处理，输出相应的控制信号；

19、所述四开关驱动电路，用于根据控制信号和偏置模块输出的偏置电压输出电流信号，经负载电阻的转化，输出对应的模拟电压作为数模转换结果。

20、在本发明的一个实施例中，在随机化处理的过程中，采用动态编码匹配技术对温度计码的电流源进行随机化选择，降低温度计码中电流源失配引起的非线性影响。

21、在本发明的一个实施例中，并串转换电路，包括：

22、两组8路转1路的并串转换模块；

23、每组并串转换模块包含31个并串转换单元。

24、在本发明的一个实施例中，数模转换器的工作模式，包括：

25、nrz模式、mix-mode模式和2×nrz模式；

26、在nrz模式下，两路并串转换模块输出相同的数据；

27、在mix-mode模式下，两路并串转换模块输出的数据相同，符号相反；

28、在2×nrz模式下，两路并串转换模块输出两路并行的数据。

29、在本发明的一个实施例中，随机开关编码电路根据随机化四开关控制逻辑对高速串行数据进行处理，输出相应的控制信号的过程，包括：

30、并串转换电路输出的高速串行数据

douta和

doutb分别经过dff触发器进行同步并转换为差分信号、、和；

31、对差分信号、、和与时钟信号对应的随机码进行与逻辑，得到对应的控制逻辑；

32、

douta对应的控制逻辑经过两级锁存器，得到a路锁存信号；

33、

doutb对应的控制逻辑经过三级锁存器，得到b路锁存信号；

34、通过选择器将a路锁存信号和b路锁存信号合并，得到4对互补的控制信号。

35、在本发明的一个实施例中，a路锁存信号与b路锁存信号存在半个采样时钟周期的相位差。

36、在本发明的一个实施例中，四开关驱动电路，包括：

37、mos管m1、mos管m2、mos管m3、mos管m4、mos管m5和mos管m6；其中，

38、所述mos管m1的源极接入电源电压，栅极接入第二偏置电压vb1，漏极与所述mos管m2的源极连接；

39、所述mos管m2的栅极接入第一偏置电压vb0，漏极分别与所述mos管m3的源极、mos管m4的源极、mos管m5的源极和mos管m6的源极连接；

40、所述mos管m3的栅极接入随机开关编码电路输出的第一控制信号，漏极与所述mos管m5的漏极作为并串转换电路的第一输出端；

41、所述mos管m4的栅极接入随机开关编码电路输出的第二控制信号，漏极与所述mos管m6的漏极作为并串转换电路的第二输出端；

42、所述mos管m5的栅极接入随机开关编码电路输出的第三控制信号；

43、所述mos管m6的栅极接入随机开关编码电路输出的第四控制信号。

44、在本发明的一个实施例中，dac内核采用分段式结构，其中高位采用温度计编码，低位采用二进制编码。

45、本发明的有益效果：

46、本发明所提供的方案中，通过dem动态匹配译码、多模式并串转换与随机化四开关驱动技术，有效抑制了电流源失配非线性与开关非理想效应引入的谐波失真，实现了高精度高无杂散动态范围的要求，并设计nrz、mixmode、2×nrz三种工作模式灵活切换，最高支持16倍数字时钟采样率输出，全面满足射频直接发射系统对高速率、高精度、高sfdr与宽带宽的核心要求，突破了传统 dac 在高速射频应用中的性能瓶颈，为雷达、无线通信与精密测量等领域提供高性能数模转换解决方案。

1.一种应用于射频直接发射端的高速高精度数模转换器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种应用于射频直接发射端的高速高精度数模转换器，其特征在于，所述时钟模块，包括：

3.根据权利要求1所述的一种应用于射频直接发射端的高速高精度数模转换器，其特征在于，所述dac内核，包括：

4.根据权利要求3所述的一种应用于射频直接发射端的高速高精度数模转换器，其特征在于，在随机化处理的过程中，采用动态编码匹配技术对温度计码的电流源进行随机化选择，降低温度计码中电流源失配引起的非线性影响。

5.根据权利要求3所述的一种应用于射频直接发射端的高速高精度数模转换器，其特征在于，所述并串转换电路，包括：

6.根据权利要求5所述的一种应用于射频直接发射端的高速高精度数模转换器，其特征在于，所述数模转换器的工作模式，包括：

7.根据权利要求3所述的一种应用于射频直接发射端的高速高精度数模转换器，其特征在于，随机开关编码电路根据随机化四开关控制逻辑对高速串行数据进行处理，输出相应的控制信号的过程，包括：

8.根据权利要求7所述的一种应用于射频直接发射端的高速高精度数模转换器，其特征在于，a路锁存信号与b路锁存信号存在半个采样时钟周期的相位差。

9.根据权利要求3所述的一种应用于射频直接发射端的高速高精度数模转换器，其特征在于，所述四开关驱动电路，包括：

10.根据权利要求1所述的一种应用于射频直接发射端的高速高精度数模转换器，其特征在于，所述dac内核采用分段式结构，其中高位采用温度计编码，低位采用二进制编码。