N位数字-模拟转换器及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种N位数字‑模拟转换器及其制造方法。N位数字‑模拟转换器(DAC)是基于：第一级，包括与数字输入的较高阶位对应的第一组电阻器；以及第二级，包括与所述数字输入的较低阶位对应的第二组电阻器。多个传送晶体管被配置成将根据数字输入而选择的所述第一级中的所述第一组电阻器的第一子集连接至根据所述数字输入而选择的所述第二级中的所述第二组电阻器的第二子集。提供一种用于减小根据数字输入而选择的所述多个传送晶体管中的传送晶体管的导通电阻之和的变化的构件，由此在较宽的范围上在数字‑模拟转换器的输出电压中产生更均匀的阶跃。

【技术实现步骤摘要】
N位数字-模拟转换器及其制造方法
本专利技术属于集成电路
，涉及一种适合在集成电路上实际应用的N位数字-模拟转换器及其制造方法。
技术介绍
数字-模拟转换器(DAC)接收表示电压电平的数字输入，并将所述数字输入转换成模拟信号。能够基于大的数字输入以高分辨率产生模拟信号的数字-模拟转换器比较复杂，且在集成电路上需要大量的区域。基于具有恒定值的电阻器串已经开发出了一种类型的数字-模拟转换器。所述电阻器串可由以负反馈组态(negativefeedbackconfiguration)配置的运算放大器(operationalamplifier)驱动，其中输出电压电平根据所述电阻器串中的所选择电阻器的数目而变化。每一电阻器上的旁路节点(bypassnode)连接至传送晶体管，所述传送晶体管在其中保持相对恒定的反馈电压的电路中将所述节点连接至反馈节点。针对给定数位输入在所述电阻器串中所选择的电阻器的数目是根据哪一传送晶体管被输入译码器赋能而确定。在电阻器串DAC中的输出电压中的每一阶跃的准确度根据所述电阻器串中的每一电阻器的电阻的均匀性而变化。为达成译码相对大的数字输入所需的高分辨率，所述电阻器串中的电阻器的数目及所需的传送晶体管的数目可为极高的。举例而言，10位输入可需要210-1个或1023个串联排列的精密电阻器及210个传送晶体管。极大数目的电阻器及传送晶体管使得难以以高均匀性进行制造，且在集成电路上需要大的区域。为了减小所需的电阻器的数目，可分两级来制作电阻器串DAC，其中上级包括2N-M-1个串联的电阻器，且下级需要2M个串联的电阻器。以其中M为2的10位为例，可使用包括28-1个电阻器的上级及包括22个电阻器的下级，一共259个电阻器。所需要的传送晶体管的数目也减小。然而，两级式电阻器串DAC需要传送晶体管的更复杂的配置，所述传送晶体管针对每一所选择电阻值包括至少二个传送晶体管。此外，传送晶体管的电阻是反馈回路的一部分，因此所选择的传送晶体管的导通电阻的变化可减小输出电压电平的改变的准确度及均匀性。需要提供一种适合用于集成电路中的具有较低成本、高分辨率、及高准确度的数字-模拟转换器。
技术实现思路
本专利技术阐述了基于电阻器串的经改良的数字-模拟转换器(DAC)，所述数字-模拟转换器能以高分辨率、高准确度以及相对低的成本制成。本文中所述的数字-模拟转换器的实施例包括电阻器串的包括至少第一级及第二级的多个级。第一级可具有与输出电压中的较高阶阶跃(step)对应的电阻器串，且第二级可具有与输出电压中的较低阶阶跃对应的电阻器串。传送晶体管被配置成耦合所述第一级与所述第二级，以使得根据数字输出信号而提供所述第一级及所述第二级中的电阻器的各种组合。提供构件，所述构件呈各种组态以用于减小用于任意特定数位输入的传送晶体管的导通电阻(RON)之和的变化。因此，提高了数字-模拟转换器的准确度。本专利技术还阐述了具有两个级的数字-模拟转换器，所述数字-模拟转换器包括放大器，所述放大器具有连接至电压参考点的第一输入及连接至反馈信号的第二输入，并在输出节点上产生输出电压。所述第一级包括在输出节点与电路中的第二节点之间串联连接的第一组电阻器，所述第二节点位于第一级与第二级之间的中间位置。所述第一组电阻器可具有2N-M-1个成员，所述2N-M-1个成员在一些实施例中可由具有相同电阻RD的电阻器组成。第二组电阻器串联连接于电路中的第二节点与第三节点之间。所述第二组电阻器具有2M-1个成员，所述2M-1个成员在一些实施例中可由具有等于RD/M的相同电阻的电阻器组成。反馈电路连接于第三节点与电源供应参考电压(例如，地电压)之间。反馈电路根据所述第三节点处的电压来向放大器提供反馈信号。传送晶体管被配置成根据数字输入信号选择一对传送晶体管，针对数字输入的每一值在输出节点与第三节点之间将来自第一组的电阻器的子集与来自第二组的电阻器的子集串联连接。阐述一个实施例，所述实施例具有：第一群组传送晶体管，具有2N-M个成员并与第一组电阻器耦合；以及第二群组传送晶体管，具有2M个成员并与第二组电阻器耦合。第一群组中的传送晶体管连接于第一组中的电阻器各自的节点与第二节点之间。第二群组中的传送晶体管连接于第二组中的电阻器各自的节点与第二节点之间。因此，使用包括第一群组的一个成员及第二群组的一个成员的一对传送晶体管来将两个级耦合于一起。译码器连接至数字输入，并针对数字输入的不同值而向所选择的不同对传送晶体管供应栅极电压。所选择的每一对传送晶体管包括根据数字输入的较高阶位而选择的第一群组中的传送晶体管与根据所述数字输入中的较低阶位而选择的第二群组中的传送晶体管。在一个实施例中，通过在至少第一群组中或第二群组中以不同的有效尺寸来传送晶体管，所选择的成对的传送晶体管的导通电阻RON之和变得更均匀。举例而言，第二群组中的传送晶体管包括晶体管T(i)，其中i为2M至1，所述晶体管T(i)分别连接至译码器的与数字输入的M个较低阶位的译码值对应的输出，且对于群组中任意给定晶体管而言与输入信号的较低阶位的第一值对应的晶体管T(i)的有效尺寸大于与较低阶位的低于第一值的第二值对应的晶体管T(i-1)的有效尺寸。因此，在选择时晶体管T(i)的导通电阻小于晶体管T(i-1)的导通电阻。此事实上补偿由于以下而发生的第一群组中的传送晶体管的导通电阻的变化：根据数字输入信号的较低阶位，第二节点上的电压根据电阻器串中所包括的第二组电阻器的子集而变化。在另一实施例中，译码器被配置成向所选择传送晶体管施加栅极电压，所述栅极电压具有根据数字输入信号而变化的电压电平。在一个实例中，施加至第一群组中的传送晶体管的栅极电压根据数字输入信号的较低阶位而被设定至一值。如此一来，传送晶体管上的过驱动电压可变得更恒定，由此减小所选择的传送晶体管的导通电阻的变化。通过阅读各附图、详细说明、及权利要求书可看出本专利技术的其他实施例及优点。附图说明图1是包括本文中所述的两级式数字-模拟转换器的示意图。图2是适合用于如同图1所示者的电路中的、第二群组中的传送晶体管的布局图。图3是适合用于如同图1所示者的电路中的、第二群组中的传送晶体管的替代布局图。图4是适合用于如同图1所示者的电路中的、第二群组中的传送晶体管的另一替代布局图。图5说明适合用于如同图1所示者的电路中的三重阱晶体管。图6说明可用于如同图1所示者的电路中的替代译码器配置。【符号说明】2-0、2-1、2-2、2-225：传送晶体管；3-0、3-1、3-2、3-3：传送晶体管；10：运算放大器；11：节点/输出节点；12：数字-模拟转换器电阻器/第一组电阻器；13：第二节点/节点；14：第二组数字-模拟转换器电阻器；15：第三(反馈)节点；41：较高阶译码器；42：较低阶译码器；130a、131a、132a、133a：有源区域；130b、131b、132b、133b：栅极；135、235、335：阱；230a、231a、232a、233a：有源区域；230b、231b、232b、233b：栅极；330a、331a、332a、333a：源极区域；330b、331b、332b、333b：栅极；330c、331c、332c、333c：漏极区域；433：三重阱晶体管本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种N位数字‑模拟转换器，包括：第一级，包括与数字输入的较高阶位对应的第一组电阻器；第二级，包括与所述数字输入的较低阶位对应的第二组电阻器；以及多个传送晶体管，被配置成将根据所述数字输入而选择的所述第一级中的所述第一组电阻器的第一子集，连接至根据所述数字输入而选择的所述第二级中的所述第二组电阻器的第二子集，其中所述多个传送晶体管中的传送晶体管具有不同的有效尺寸，所述有效尺寸被配置成减小用于连接所述第一组电阻器或所述第二组电阻器的不同所选择子集的所述多个传送晶体管中的传送晶体管的导通电阻之和的变化。

【技术特征摘要】
2017.07.25 US 15/658,7451.一种N位数字-模拟转换器，包括：第一级，包括与数字输入的较高阶位对应的第一组电阻器；第二级，包括与所述数字输入的较低阶位对应的第二组电阻器；以及多个传送晶体管，被配置成将根据所述数字输入而选择的所述第一级中的所述第一组电阻器的第一子集，连接至根据所述数字输入而选择的所述第二级中的所述第二组电阻器的第二子集，其中所述多个传送晶体管中的传送晶体管具有不同的有效尺寸，所述有效尺寸被配置成减小用于连接所述第一组电阻器或所述第二组电阻器的不同所选择子集的所述多个传送晶体管中的传送晶体管的导通电阻之和的变化。2.根据权利要求1所述的数字-模拟转换器，包括：放大器，具有连接至电压参考点的第一输入及连接至反馈信号的第二输入，并在输出节点上产生输出电压；其中所述第一组电阻器串联连接于所述输出节点与第二节点之间，所述第一组具有2N-M-1个成员，其中M为小于N的正整数；且所述第二组电阻器串联连接于所述第二节点与第三节点之间，所述第二组具有2M-1个成员，其中，M的值小于、大于或等于N值的二分之一；以及反馈电路，连接于所述第三节点与电源供应参考电压之间，根据所述第三节点处的电压来提供所述反馈信号。3.根据权利要求1所述的数字-模拟转换器，其中所述多个传送晶体管包括第一群组传送晶体管及第二群组传送晶体管，所述第一群组传送晶体管具有2N-M个成员，所述第一群组中的所述传送晶体管连接于所述第一组中的所述电阻器各自的节点与中间节点之间，所述第二群组传送晶体管具有2M个成员，所述第二群组中的所述传送晶体管连接于所述中间节点与所述第二组中的所述电阻器各自的节点之间，其中M为小于N的正整数，所述第一群组传送晶体管或所述第二传送晶体管的有效尺寸可被调整。4.根据权利要求3所述的数字-模拟转换器，包括：译码器，连接至数字输入，并针对所述数字输入的不同值而向所选择的不同对传送晶体管供应栅极电压，所选择的每一对传送晶体管包括根据所述数字输入的N-M个较高阶位而选择的所述第一群组中的传送晶体管以及根据所述数字输入中的M个较低阶位而选择的所述第二群组中的传送晶体管。5.根据权利要求3所述的数字-模拟转换器，其中所述第二群组中的所述传送晶体管包括晶体管T(i)，其中i为2M至1，所述晶体管T(i)分别连接至所述译码器的与所述数字输入的所述M个较低阶位的译码值对应的输出，且晶体管T(i)的有效尺寸大于晶体管T(i-1)的有效尺寸。6.根据权利要求3所述的数字-模拟转换器，其中所述第一群组中的所述传送晶体管具有共享的通道组态，且所述第二群组中的传送晶体管的所述通道组态变化，以补偿因所述第一群组中的所述传送晶体管上的过驱动电压的变化而引起的所述第一群组的导通电阻的变化。7.根据权利要求3所述的数字-模拟转换器，其中所述第一群组中的所述传送晶体管包括三重阱晶体管，所述三重阱晶体管的源极端连接至其各自的通道阱。8.根据权利要求4所述的数字-模拟转换器，其中所述译码器被配置成对所述第一群组中的所述所选择传送晶体管施加栅极电压，所述栅极电压具有根据所述数字输入的所述M个较低阶位而变化的电压电平。9.根据权利要求1所述的数字-模拟转换器，其中所述多个传送晶体管中的所述传送晶体管包括三重阱晶体管，所述三重阱晶体管的源极端连接至其各自的通道阱。10.一种制造N位数字-模拟转换器的方法，包括：形成第一级，所述第一级包括与数字输入的较高阶位对应的第一组电阻器；形成第二级，所述第二级包括与所述数字输入的较低阶位...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨宜山，
申请(专利权)人：旺宏电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71