[发明专利]辅助数字模拟转换器及其执行方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种辅助数字模拟转换器的装置和方法，且特别是关于一种用具有快速转换、小面积、超低功率和宽电源范围等特点的辅助数字模拟转换器的装置和方法。

背景技术

辅助数字模拟转换器(auxiliary digital to analog converter，DAC)是集成电路系统(integrated circuit system)中一种常见的功能方块。除了主要用于工业控制和自动测试应用外，DAC也用于通信收发器IC(communication transceivers ICs)的自动增益控制(automatic gain control，AGC)中。对于伺服控制系统(servo control system)，单调辅助DAC(monotonic auxiliary DAC)对于伺服环路(servo loop)的闭合是至关重要的。对于数据采集系统(data acquisition system)，辅助DAC广泛用于校准(calibration)或修整(trimming)高分辨率数据转换器(high-resolution data converters)。对于RF系统，辅助DAC的采用确保了I信道和Q信道增益匹配(gain matching)和偏移控制(offset control)。辅助DAC同时也为高精度仪表系统中提供必要功能。微控制器单元(micro-controller unit，MCU)和现场可编程门数组(field programmable gate array，FPGA)都具有各种辅助DAC功能以便客户端使用。因此，辅助DAC在当今的集成电路系统中是极为普遍的。

随着系统变得越来越复杂和具有更快的速度，对具有更高采样率(sampling rate)和更高分辨率的辅助DAC的需要也愈来愈大。便携式电子产品使得具低功率的辅助DAC的应用更为广泛。对通用自动测试设备来说，精确控制DAC可提供跨越多个电压范围的输出。对大型系统级芯片(SoC)集成电路来说，辅助DAC可用来控制周围的实用IC(utility IC)，例如功率管理IC(power management IC，PMIC)，以在温度的环境变化中提供精确的电压电源。一个系统通常会同时放置多个辅助DAC，因此，如果辅助DAC其面积如果不够紧凑，则占用的硅面积将会是很大的问题。

本发明开发的单端电容式DAC(single-ended capacitive DAC)配合跨导(transconductance(GM)-based)缓冲器(buffer)可以实现高分辨率、高采样率、宽电源范围、极低功率、紧凑面积以及能够驱动高电容/低电阻负载等特性的辅助DAC。

发明内容

一方面本发明提出一种使用单端电容式DAC与其后的跨导缓冲器架构，以实现具有高分辨率、高采样率、宽电源范围、极低功率以及紧凑面积等特性的辅助DAC。

另一方面本发明提出一种包括使集成电路技术制造的辅助DAC，其包括电容式DAC和基于单极跨导的缓冲器以驱动低电阻和高电容加载。

在另一方面，本发明提出一种数据转换器，其包括单端电容式DAC；具有输出的跨导(GM)缓冲器，所述GM缓冲器的正输入耦接到单端电容式DAC而负输入耦接到所述GM缓冲器的输出；以及并联的电阻器和电容器，所述电阻器和所述电容器的一端耦合到所述GM缓冲器的输出而另一端接地。所述将单端电容式DAC耦接于GM缓冲器的结构为通用辅助DAC的应用提供了快速转换并且在非常紧凑的硅面积下实现非常低的功率消耗。

本发明提出的转换器具有以下一个或多个优点。本发明提出的转换器提供最小的电流消耗和最小的硅面积。此外，本发明提出的转换器具有非常宽的电源范围。而这些优点对转换器在SoC系统的使用是非常重要的。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举优选实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1示出一种习知辅助DAC架构。

图2示出一种R-2R电阻梯形DAC架构。

图3示出一种电流转向DAC架构。

图4A示出一种使用PMOS电流源的电流转向DAC。

图4B示出一种使用NMOS电流源的电流转向DAC。

图5示出一种电容式DAC架构。

图6示出总结不同种类的DAC架构其优点和缺点的总表。