[发明专利]一种用于高速电流舵数模转换器的电流开关电路

说明书

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种用于高速电流舵数模转换器的电流开关电路。

背景技术

人类对更便捷有效的沟通方式的需求促进了信息技术的不断发展，如现代无线宽带通信技术、多媒体图像处理和数字化技术等。随着片上系统(system on chip，SOC)概念的提出更是要求将所有的模拟信号和数字信号放在同一个系统里集成。高性能的数据转换器接口，包括数模转换器(digital to analog，DAC)和模数转换器(analog to digital，ADC)逐渐成为这些技术研究领域中最具挑战性的模块之一。随着对带宽和信息处理能力需求的增加，现代无线宽带通信、数字信号处理(digital signal processing，DSP)以及SOC技术对集成DAC的速度和精度提出了更高的挑战。高速高精度的DAC一般采用电流舵结构，因为这种结构不需要另外的输出电压缓冲器而可以直接驱动阻性负载，而且其内部的核心模块电流源阵列可以达到高匹配度。电流舵DAC一般由数字译码器、同步锁存器、电流开关电路和电流源阵列组成，其中电流开关电路是电流舵DAC的关键模块之一。

电流开关电路一般包括开关驱动电路和开关主体电路。理想的开关驱动电路应该为后级的开关主体电路提供足够的驱动能力而且不会引入过量的时钟馈通(clock feed through，CFT)误差。考虑到电流开关不可能是理想的，所以在开关过程中需要保证电流源不能完全关断。为了解决这个问题，电流开关需要被设计成差分开关，当输入数据发生转换时，差分开关一边关断而另一边导通，这样电流源在转换过程中就不会完全关断。为了能够实现电流开关的上述功能，开关驱动信号需要被设计成一对具有低交叉点(low crossing point)的差分信号。因此，高速高精度DAC对开关驱动电路的要求是能提供给开关主体电路一对具有足够驱动能力、低交叉点且不会引入过量的时钟馈通误差的差分信号；而对于开关主体电路的要求则是具备较快的电流开关速度并且能够有效减小馈通误差对输出信号的影响。

两种传统的电流开关电路如图1和图2所示，图1的电流开关电路采用一对具备正反馈的MOS管M105和M106来实现产生稳定的差分开关信号，而图2的电流开关电路则是将图1的电流开关电路中的PMOS管M105和M106换成了NMOS管M205和M206，同时也调整了相应的连线关系。

图1的电流开关电路中，由MOS管M101、M103和M102、M104构成了两对差分输入管，差分控制信号的正相信号VIN施加到MOS管M101和M103的栅极；差分控制信号的反相信号VINB施加到MOS管M102和M104的栅极。MOS管M107和M108组成了一对差分开关，其源极均被施加恒定电流，MOS管M107的漏极作为电流开关电路的一个差分输出端OUTA，MOS管M108的漏极作为电流开关电路的另一个差分输出端OUTB。

在图1的电流开关电路中，由两对差分输入管接收差分控制信号，并为输出提供一定的驱动能力，而由MOS管M105和M106组成的具有正反馈的类锁存器结构则起到了保持输出信号的作用，同时提供了另一部分驱动能力。

为了减小时钟馈通效应，一般的方法是减少开关驱动电源电压，但是图1的电流开关电路的缺点是不能应用于开关驱动电源电平值较低的情况，因为图1中的MOS管M103、M104、M105和M106均为PMOS管，当电源端VDD电平较低而输入信号电平较高时，PMOS管M103、M104、M105和M106的驱动能力将大大下降使得差分开关信号S0和S1的上升沿变得十分缓慢，甚至导致PMOS管M105和M106所组成的类锁存器结构无法正常工作。

图2的电流开关电路由MOS管M201、M203和M202、M204构成了两对差分输入管，差分控制信号的正相信号VIN施加到MOS管M201、M206和M203的栅极；差分控制信号的反相信号VINB施加到MOS管M202、M205和M204的栅极。MOS管M207和M208组成了一对差分开关，其源极均被施加恒定电流，MOS管M207的漏极作为电流开关电路的一个差分输出端OUTA，MOS管M208的漏极作为电流开关电路的另一个差分输出端OUTB。