[发明专利]一种基于电流舵和R-2R电阻混合型的DAC

说明书

本发明属于模拟集成电路技术领域，具体为一种基于电流舵和R‑2R电阻混合型的DAC。本发明采用了分段译码的结构，将电流舵的输出和R‑2R电阻网络的输出同时作为电流输出，然后作用在负载电阻Rsubgt;f/subgt;上产生输出电压。本发明通过合理的设计使得：混合型DAC的高位部分与温度计码电流舵DAC相同，低位部分与R‑2R梯形电阻型DAC相同。在温度计译码的选择中，为了减少数字电路的面积，进一步采用了分段的结构，大大减少了锁存器和开关的数目，降低了DAC的功耗。本发明解决了传统结构采用二进制编码型电流舵存在非单调且毛刺大的问题，同时解决了R‑2R梯形电阻型DAC速度慢的问题。

技术领域

本发明属于模拟集成电路技术领域，涉及集成电路中数模转换器，具体为一种基于电流舵和R-2R电阻混合型的DAC。

背景技术

数模转换器(Digital-to-Analog Converter，DAC)担当着数字电路系统到模拟世界的出口，与其它集成电路设计一样，针对低功耗、高速率数模转换器的研究与设计已经成为通信芯片设计领域的中心问题之一。

DAC的种类有很多，根据电路加权发生形式的不同来进行划分，可以分成电压型、电荷型、电流型三种。电压按比例缩放结构简单且单调、线性度好，但面积大、功耗高且对寄生电容敏感；电荷按比例缩放结构速度快，但单调性差、电容工艺不好控制；细分电流型DAC有R-2R梯形电阻DAC、二进制加权型电流舵DAC、温度计码型电流舵DAC和分段电流舵DAC。二进制加权电阻速度快但非单调；R-2R梯形电阻网络精度高但速度慢、非单调；二进制加权型电流舵面积小、速度快但非单调、毛刺大；温度计码型电流舵单调、毛刺小但速度慢、面积较大；分段式电流舵精度高、速度快、面积适中。

传统的12位电流舵与R-2R梯形电阻混合型DAC的结构框图如图1所示。12位并行数据输入d₁₁-d₀中：d₁₁-d₇输入到高5位温度计码编码，d₆-d₄输入到中间3位二进制编码，d₃-d₀输入到低4位二进制编码；高5位温度计码编码输出到同步锁存与开关驱动的输入，中间3位二进制编码输出到同步锁存与开关驱动的输入，低四位二进制编码输出到同步锁存与开关驱动的输入；同步锁存与开关驱动的输出接255个单位电流源阵列和4位LSB电流源；带隙基准输出的V_ref接V-I转换电路的输入，V-I转换电路的输出接255个单位电流源阵列和4位LSB电流源。

具体的，传统的12位电流舵与R-2R梯形电阻混合型DAC的电路图如图2所示，5位最高位(MSB)通过温度计译码后控制31个8倍于单位电流源的电流(8I₀)，3位中间位(ISB)直接控制3个权重不同的电流源，高8位控制的255个单位电流源注入到R-2R电阻网络上的一个节点，通过电阻产生输出电压；4位最低位分别控制一个单位电流源，4个单位电流分别注入到R-2R电阻网络上的4个节点，通过电阻分流在输出端产生不同权重的电压，例如，最低位作用到输出端的等效电流为1/16I₀。低4位数据D₃D₂D₁D₀控制的4个单位电流分别注入到R-2R电阻网络的4个节点上，当D_i为1时电流流到正端，D_i为0时电流流到负端，通过电阻分流在输出端产生不同权重的电压，从右到左电阻R和2R的交点分别为A、B、C、D，从A、B、C、D点向左看过去的电阻分别为：R₃＝3R,R₂＝11/5R,R₁＝43/21R,R₀＝171/85R。其中，R为单位电阻阻值。具体的，低4位数据D₃D₂D₁D₀控制的电流源单独作用时在输出端Vout产生的电压分别为：1/2I₀R、1/4I₀R、1/8I₀R、1/16I₀R。