[發明專利]一種基于電流舵和R-2R電阻混合型的DAC

有效

• 申請號: 202210310586.6
• 申請日: 2022-03-28
• 公開（公告）號: CN114640352B
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發明（設計）人: 于奇;宋錦華
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H03M1/78
• 分類號: H03M1/78;H03M1/74
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 閆樹平

本發明屬于模擬集成電路技術領域，具體為一種基于電流舵和R?2R電阻混合型的DAC。本發明采用了分段譯碼的結構，將電流舵的輸出和R?2R電阻網絡的輸出同時作為電流輸出，然后作用在負載電阻Rsubgt;f/subgt;上產生輸出電壓。本發明通過合理的設計使得：混合型DAC的高位部分與溫度計碼電流舵DAC相同，低位部分與R?2R梯形電阻型DAC相同。在溫度計譯碼的選擇中，為了減少數字電路的面積，進一步采用了分段的結構，大大減少了鎖存器和開關的數目，降低了DAC的功耗。本發明解決了傳統結構采用二進制編碼型電流舵存在非單調且毛刺大的問題，同時解決了R?2R梯形電阻型DAC速度慢的問題。

技術領域

本發明屬于模擬集成電路技術領域，涉及集成電路中數模轉換器，具體為一種基于電流舵和R-2R電阻混合型的DAC。

背景技術

數模轉換器(Digital-to-Analog?Converter，DAC)擔當著數字電路系統到模擬世界的出口，與其它集成電路設計一樣，針對低功耗、高速率數模轉換器的研究與設計已經成為通信芯片設計領域的中心問題之一。

DAC的種類有很多，根據電路加權發生形式的不同來進行劃分，可以分成電壓型、電荷型、電流型三種。電壓按比例縮放結構簡單且單調、線性度好，但面積大、功耗高且對寄生電容敏感；電荷按比例縮放結構速度快，但單調性差、電容工藝不好控制；細分電流型DAC有R-2R梯形電阻DAC、二進制加權型電流舵DAC、溫度計碼型電流舵DAC和分段電流舵DAC。二進制加權電阻速度快但非單調；R-2R梯形電阻網絡精度高但速度慢、非單調；二進制加權型電流舵面積小、速度快但非單調、毛刺大；溫度計碼型電流舵單調、毛刺小但速度慢、面積較大；分段式電流舵精度高、速度快、面積適中。

傳統的12位電流舵與R-2R梯形電阻混合型DAC的結構框圖如圖1所示。12位并行數據輸入d₁₁-d₀中：d₁₁-d₇輸入到高5位溫度計碼編碼，d₆-d₄輸入到中間3位二進制編碼，d₃-d₀輸入到低4位二進制編碼；高5位溫度計碼編碼輸出到同步鎖存與開關驅動的輸入，中間3位二進制編碼輸出到同步鎖存與開關驅動的輸入，低四位二進制編碼輸出到同步鎖存與開關驅動的輸入；同步鎖存與開關驅動的輸出接255個單位電流源陣列和4位LSB電流源；帶隙基準輸出的V_ref接V-I轉換電路的輸入，V-I轉換電路的輸出接255個單位電流源陣列和4位LSB電流源。

具體的，傳統的12位電流舵與R-2R梯形電阻混合型DAC的電路圖如圖2所示，5位最高位(MSB)通過溫度計譯碼后控制31個8倍于單位電流源的電流(8I₀)，3位中間位(ISB)直接控制3個權重不同的電流源，高8位控制的255個單位電流源注入到R-2R電阻網絡上的一個節點，通過電阻產生輸出電壓；4位最低位分別控制一個單位電流源，4個單位電流分別注入到R-2R電阻網絡上的4個節點，通過電阻分流在輸出端產生不同權重的電壓，例如，最低位作用到輸出端的等效電流為1/16I₀。低4位數據D₃D₂D₁D₀控制的4個單位電流分別注入到R-2R電阻網絡的4個節點上，當D_i為1時電流流到正端，D_i為0時電流流到負端，通過電阻分流在輸出端產生不同權重的電壓，從右到左電阻R和2R的交點分別為A、B、C、D，從A、B、C、D點向左看過去的電阻分別為：R₃＝3R,R₂＝11/5R,R₁＝43/21R,R₀＝171/85R。其中，R為單位電阻阻值。具體的，低4位數據D₃D₂D₁D₀控制的電流源單獨作用時在輸出端Vout產生的電壓分別為：1/2I₀R、1/4I₀R、1/8I₀R、1/16I₀R。