[發(fā)明專利]一種用于高速電流舵數(shù)模轉(zhuǎn)換器的電流開關(guān)電路

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110112601.8
• 申請日: 2011-05-03
• 公開（公告）號: CN102158211A
• 公開（公告）日: 2011-08-17
• 發(fā)明（設計）人: 薛曉博;何樂年;劉國家
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學
• 主分類號: H03K17/567
• 分類號: H03K17/567
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于集成電路技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于高速電流舵數(shù)模轉(zhuǎn)換器的電流開關(guān)電路。

背景技術(shù)

人類對更便捷有效的溝通方式的需求促進了信息技術(shù)的不斷發(fā)展，如現(xiàn)代無線寬帶通信技術(shù)、多媒體圖像處理和數(shù)字化技術(shù)等。隨著片上系統(tǒng)(system?on?chip，SOC)概念的提出更是要求將所有的模擬信號和數(shù)字信號放在同一個系統(tǒng)里集成。高性能的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器接口，包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器(digital?to?analog，DAC)和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(analog?to?digital，ADC)逐漸成為這些技術(shù)研究領(lǐng)域中最具挑戰(zhàn)性的模塊之一。隨著對帶寬和信息處理能力需求的增加，現(xiàn)代無線寬帶通信、數(shù)字信號處理(digital?signal?processing，DSP)以及SOC技術(shù)對集成DAC的速度和精度提出了更高的挑戰(zhàn)。高速高精度的DAC一般采用電流舵結(jié)構(gòu)，因為這種結(jié)構(gòu)不需要另外的輸出電壓緩沖器而可以直接驅(qū)動阻性負載，而且其內(nèi)部的核心模塊電流源陣列可以達到高匹配度。電流舵DAC一般由數(shù)字譯碼器、同步鎖存器、電流開關(guān)電路和電流源陣列組成，其中電流開關(guān)電路是電流舵DAC的關(guān)鍵模塊之一。

電流開關(guān)電路一般包括開關(guān)驅(qū)動電路和開關(guān)主體電路。理想的開關(guān)驅(qū)動電路應該為后級的開關(guān)主體電路提供足夠的驅(qū)動能力而且不會引入過量的時鐘饋通(clock?feed?through，CFT)誤差。考慮到電流開關(guān)不可能是理想的，所以在開關(guān)過程中需要保證電流源不能完全關(guān)斷。為了解決這個問題，電流開關(guān)需要被設計成差分開關(guān)，當輸入數(shù)據(jù)發(fā)生轉(zhuǎn)換時，差分開關(guān)一邊關(guān)斷而另一邊導通，這樣電流源在轉(zhuǎn)換過程中就不會完全關(guān)斷。為了能夠?qū)崿F(xiàn)電流開關(guān)的上述功能，開關(guān)驅(qū)動信號需要被設計成一對具有低交叉點(low?crossing?point)的差分信號。因此，高速高精度DAC對開關(guān)驅(qū)動電路的要求是能提供給開關(guān)主體電路一對具有足夠驅(qū)動能力、低交叉點且不會引入過量的時鐘饋通誤差的差分信號；而對于開關(guān)主體電路的要求則是具備較快的電流開關(guān)速度并且能夠有效減小饋通誤差對輸出信號的影響。

兩種傳統(tǒng)的電流開關(guān)電路如圖1和圖2所示，圖1的電流開關(guān)電路采用一對具備正反饋的MOS管M105和M106來實現(xiàn)產(chǎn)生穩(wěn)定的差分開關(guān)信號，而圖2的電流開關(guān)電路則是將圖1的電流開關(guān)電路中的PMOS管M105和M106換成了NMOS管M205和M206，同時也調(diào)整了相應的連線關(guān)系。

圖1的電流開關(guān)電路中，由MOS管M101、M103和M102、M104構(gòu)成了兩對差分輸入管，差分控制信號的正相信號VIN施加到MOS管M101和M103的柵極；差分控制信號的反相信號VINB施加到MOS管M102和M104的柵極。MOS管M107和M108組成了一對差分開關(guān)，其源極均被施加恒定電流，MOS管M107的漏極作為電流開關(guān)電路的一個差分輸出端OUTA，MOS管M108的漏極作為電流開關(guān)電路的另一個差分輸出端OUTB。

在圖1的電流開關(guān)電路中，由兩對差分輸入管接收差分控制信號，并為輸出提供一定的驅(qū)動能力，而由MOS管M105和M106組成的具有正反饋的類鎖存器結(jié)構(gòu)則起到了保持輸出信號的作用，同時提供了另一部分驅(qū)動能力。

為了減小時鐘饋通效應，一般的方法是減少開關(guān)驅(qū)動電源電壓，但是圖1的電流開關(guān)電路的缺點是不能應用于開關(guān)驅(qū)動電源電平值較低的情況，因為圖1中的MOS管M103、M104、M105和M106均為PMOS管，當電源端VDD電平較低而輸入信號電平較高時，PMOS管M103、M104、M105和M106的驅(qū)動能力將大大下降使得差分開關(guān)信號S0和S1的上升沿變得十分緩慢，甚至導致PMOS管M105和M106所組成的類鎖存器結(jié)構(gòu)無法正常工作。

圖2的電流開關(guān)電路由MOS管M201、M203和M202、M204構(gòu)成了兩對差分輸入管，差分控制信號的正相信號VIN施加到MOS管M201、M206和M203的柵極；差分控制信號的反相信號VINB施加到MOS管M202、M205和M204的柵極。MOS管M207和M208組成了一對差分開關(guān)，其源極均被施加恒定電流，MOS管M207的漏極作為電流開關(guān)電路的一個差分輸出端OUTA，MOS管M208的漏極作為電流開關(guān)電路的另一個差分輸出端OUTB。