数模转换器制造技术

本发明专利技术提供一种数模转换器，用于将输入的数字信号转换为模拟信号，其中，所述数模转换器至少包括：第一级电阻串结构，其至少包括串联连接的多个第一级电阻和多个开关，所述第一级电阻和所述开关间隔排布；译码器，与所述第一级电阻串结构连接；第一单电压选择器，与所述第一级电阻串结构连接；第二单电压选择器，与所述第一级电阻串结构连接；第二级电阻串结构，分别与所述第一单电压选择器、所述第二单电压选择器连接，其至少包括串联连接的多个第二级电阻；第三单电压选择器，与所述第二级电阻串结构连接。本发明专利技术结构简单，功耗低，面积小，且具有高精度；与现有技术相比，减小了面积和功耗，大大降低了误差。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成电路
，特别是涉及一种数模转换器。
技术介绍
真实的世界是由模拟量组成的，数模转换器(Digital-to-AnalogConverter，DAC)是数模混合集成电路中最重要的组成部分，它的作用是将数字信号转换成真实世界的模拟信号。DAC作为数字和模拟的接口器件必不可少，已经被越来越多的应用在信号采集和处理、数字通信、自动检测控制和多媒体技术当中。DAC的性能(面积、功耗、精度、速度等)直接影响到整个系统的品质和性能。传统的DAC结构为单级电阻串DAC(Resistor-stringDAC)，简称RDAC，如图1所示，输入信号通过控制n位电压选择开关阵列从全局电阻串中选择对应的参考电压，实现数字信号到模拟信号的转换，RDAC的优点是结构简单且单调性好，但是随着精度的提高，其电压选择开关阵列的开关数量呈指数增加，芯片面积也随之急剧增加，因此这种结构的DAC不适用于高精度应用场合。为了解决上述问题，一些两级结构的DAC被提出来，如图2(a)所示为一种典型的两级电阻串DAC，这种结构将DAC分为两级，通常第一级采用采用全局电阻串结构，通过电压选择器从全局电阻串中选择两个相邻的电压，然后第二级通过电阻串分压将第一级得到的两个相邻电压进行精确分压，得到最终的模拟电压；其中，为了减小第二级电阻串对第一级电阻串的负载效应，该结构在两级电阻串之间插入两个单位增益缓冲器。另外，文献“A10-bitresistor-floating-resistor-stringDAC(RFR-DAC)forhighcolor-depthLCDdriverICs”(C.-W.Lu、P.-Y.Yin、C.-M.Hsiao、M.-C.F.Chang和Y.-S.Lin等，IEEEJ.Solid-StateCircuits，vol.47，no.10，pp.2454–2466，Oct.2012)中提出了一种Resistor-floating-resistor-stringDAC(RFR-DAC)，如图2(b)所示，该DAC也采用两级电阻串结构，第一级实现相邻电压的选择，第二级通过电阻串实现精确分压，与图2(a)结构不同的是，该结构DAC在第二级电阻串的上下两端插入两个同样大小的电流源，使得第二级电阻串的所有节点都呈现出高阻抗特性，从而大大降低了第二级电阻串的负载效应，提高了DAC的精度。上述两种两级电阻串DAC与传统单级电阻串DAC相比，降低了芯片面积，但也存在一些不足，如对于图2(a)所示的两级DAC中，由于在两级电阻串中间插入了两个单位增益缓冲器，使得电路功耗增加，同时，由于工艺失配，单位增益缓冲器会存在失调误差，进而使得DAC也产生误差；对于图2(b)中的两级结构DAC，上述文献在具体实现过程中，两个电流源采用的是MOS管组成的电流镜结构电流源，由于MOS管存在沟道长度调制效应，因此两个电流源的大小会受到第一级电阻串输出电压的影响，使得该结构两级电阻串DAC的精度降低。由上可见，传统单级电阻串DAC随着精度提高，面积指数增加，不适用于高精度应用。与单级电阻串DAC相比，相同精度的两级电阻串DAC的面积虽然大大降低，但是两级结构DAC中为了减小第二级电阻串对第一级电阻串的负载效应而引入的隔离电路会影响DAC的精度。因此，如何进一步优化DAC结构，使其在降低面积的同时尽可能的提高精度，是亟待解决的问题。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种数模转换器，用于解决现有技术中单级电阻串DAC随着精度提高，面积指数增加，不适用于高精度应用，以及两级电阻串DAC为了减小第二级电阻串对第一级电阻串的负载效应而引入的隔离电路会影响DAC的精度的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种数模转换器，用于将输入的数字信号转换为模拟信号，其中，所述数模转换器至少包括：第一级电阻串结构，其至少包括串联连接的多个第一级电阻和多个开关，所述第一级电阻和所述开关间隔排布；译码器，与所述第一级电阻串结构连接，用于基于所述输入数字信号的高位控制，输出多个控制信号，以控制所述第一级电阻串结构中各开关的打开和关闭；第一单电压选择器，与所述第一级电阻串结构连接，用于基于所述输入数字信号的高位控制，从所述第一级电阻串结构中选择第一级输出电压；第二单电压选择器，与所述第一级电阻串结构连接，用于基于所述输入数字信号的高位控制，从所述第一级电阻串结构中选择与所述第一级输出电压相邻的第二级输出电压；第二级电阻串结构，分别与所述第一单电压选择器、所述第二单电压选择器连接，其至少包括串联连接的多个第二级电阻，用于将所述第一级输出电压和所述第二级输出电压进行精确分压；第三单电压选择器，与所述第二级电阻串结构连接，用于基于所述输入数字信号的低位控制，从所述第二级电阻串结构中选择输出电压，作为所述数模转换器的输出模拟电压。优选地，所述输入数字信号为n位，所述输入数字信号的低位为m位，所述输入数字信号的高位为n-m位，所述第一级电阻和所述开关均为2n-m个，所述第二级电阻为2m个，且满足如下公式：Rminor=Rmain2m;]]>其中，Rmain为所述第一级电阻的阻值，Rminor为所述第二级电阻的阻值，n为大于1的自然数，m为小于n的自然数。优选地，所述译码器具有2n-m个控制信号输出端，用于输出2n-m个所述控制信号，所述译码器的2n-m个控制信号输出端与2n-m个所述开关一一对应连接。优选地，所述译码器输出的2n-m个所述控制信号控制第个所述开关打开，其余的所述开关关闭；其中，bi+m为所述输入数字信号的第i+m位信号。优选地，在所述第一级电阻串结构中，第1个所述开关的一端连接高参考电平，另一端连接第1个所述第一级电阻，第2n-m个所述第一级电阻的一端连接第2n-m个所述开关，另一端连接低参考电平，其余的所述第一级电阻和其余的所述开关以一一相互间隔的方式串联连接。优选地，所述第一单电压选择器和所述第二单电压选择器均具有2n-m个参考电平输入端和一个参考电平输出端，所述第一单电压选择器的2n-m个参考电平输入端一一对应连接在2n-m个所述开关的高压端，所述第二单电压选择器的2n-m个参考电平输入端一一对应连接在2n-m个所述第一级电阻的低压端，所述第一单电压选择器的参考电平输出端用于输出所述第一级输出电压，所述第二单电压选择器的参考电平输出端用于输出所述第二级输出电压，所述第一级输出电压的电压值大于所述第二级输出电压的电压值，且满足如下公式：VH=VREFH-VREFL2n-m(1+Σi=0n-m-12ibi+m)+VREFL,]]>VL=VREFH-VREFL2n-mΣi=0n-m-12ibi+m+VREFL;]]>其中，VH为所述第一级输出电压的电压值，VL为所述第二级输出电压的电压值，VREFH为所述高参考电平，VREFL为所述低参考电平，bi+m为所述输入数字信号的第i+m位信号。优选地，在所述第二级电阻串结构中，2m个所述第二级电阻依次串联连接；其中，第1个所述第二级电阻还连接所述第一级输出电压，第2m个所述第二级电阻还连接所述第二级输出电压。优选地，所述第三单电压选择器具有2m个参考电平输入端本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数模转换器，用于将输入的数字信号转换为模拟信号，其特征在于，所述数模转换器至少包括：第一级电阻串结构，其至少包括串联连接的多个第一级电阻和多个开关，所述第一级电阻和所述开关间隔排布；译码器，与所述第一级电阻串结构连接，用于基于所述输入数字信号的高位控制，输出多个控制信号，以控制所述第一级电阻串结构中各开关的打开和关闭；第一单电压选择器，与所述第一级电阻串结构连接，用于基于所述输入数字信号的高位控制，从所述第一级电阻串结构中选择第一级输出电压；第二单电压选择器，与所述第一级电阻串结构连接，用于基于所述输入数字信号的高位控制，从所述第一级电阻串结构中选择与所述第一级输出电压相邻的第二级输出电压；第二级电阻串结构，分别与所述第一单电压选择器、所述第二单电压选择器连接，其至少包括串联连接的多个第二级电阻，用于将所述第一级输出电压和所述第二级输出电压进行精确分压；第三单电压选择器，与所述第二级电阻串结构连接，用于基于所述输入数字信号的低位控制，从所述第二级电阻串结构中选择输出电压，作为所述数模转换器的输出模拟电压。

【技术特征摘要】
1.一种数模转换器，用于将输入的数字信号转换为模拟信号，其特征在于，所述数模转换器至少包括：第一级电阻串结构，其至少包括串联连接的多个第一级电阻和多个开关，所述第一级电阻和所述开关间隔排布；译码器，与所述第一级电阻串结构连接，用于基于所述输入数字信号的高位控制，输出多个控制信号，以控制所述第一级电阻串结构中各开关的打开和关闭；第一单电压选择器，与所述第一级电阻串结构连接，用于基于所述输入数字信号的高位控制，从所述第一级电阻串结构中选择第一级输出电压；第二单电压选择器，与所述第一级电阻串结构连接，用于基于所述输入数字信号的高位控制，从所述第一级电阻串结构中选择与所述第一级输出电压相邻的第二级输出电压；第二级电阻串结构，分别与所述第一单电压选择器、所述第二单电压选择器连接，其至少包括串联连接的多个第二级电阻，用于将所述第一级输出电压和所述第二级输出电压进行精确分压；第三单电压选择器，与所述第二级电阻串结构连接，用于基于所述输入数字信号的低位控制，从所述第二级电阻串结构中选择输出电压，作为所述数模转换器的输出模拟电压。2.根据权利要求1所述的数模转换器，其特征在于，所述输入数字信号为n位，所述输入数字信号的低位为m位，所述输入数字信号的高位为n-m位，所述第一级电阻和所述开关均为2n-m个，所述第二级电阻为2m个，且满足如下公式：Rminor=Rmain2m;]]>其中，Rmain为所述第一级电阻的阻值，Rminor为所述第二级电阻的阻值，n为大于1的自然数，m为小于n的自然数。3.根据权利要求2所述的数模转换器，其特征在于，所述译码器具有2n-m个控制信号输出端，用于输出2n-m个所述控制信号，所述译码器的2n-m个控制信号输出端与2n-m个所述开关一一对应连接。4.根据权利要求3所述的数模转换器，其特征在于，所述译码器输出的2n-m个所述控制信号控制第个所述开关打开，其余的所述开关关闭；其中，bi+m为所述输入数字信号的第i+m位信号。5.根据权利要求2所述的数模转换器，其特征在于，在所述第一级电阻串结构中，第1个所述开关的一端连接高参考电平，另一端连接第1个所述第一级电阻，第2n-m个所述第一级电阻的一端连接第2n-m个所述开关，另一端连接低参考电平，其余的所述第一级电阻和其余的所述开关以一一相互间隔的方式串联连接。6.根据权利要求5所述的数模转换器，其特征在于，所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪辉，黄尊恺，汪宁，田犁，章琦，黄景林，叶汇贤，
申请(专利权)人：中国科学院上海高等研究院，
类型：发明
国别省市：上海;31