二进制加权电流产生电路及数模转换器制造技术

本发明专利技术提供一种二进制加权电流产生电路及数模转换器，包括：驱动电压产生模块，基于一预设电流产生驱动电压；电流划分模块，连接于所述驱动电压产生模块的输出端，通过串联电阻将所述驱动电压分压后驱动各电流输出晶体管，利用晶体管的电压‑电流指数关系将所述预设电流依次除以2，并输出若干个二进制加权电流；电流设定模块，连接所述电流划分模块，用于设定流过串联电阻的电流值。本发明专利技术的二进制加权电流产生电路及数模转换器适用于微安培级或纳安培级的小电流场合，精度高，性能好，且电路结构简单。

【技术实现步骤摘要】
二进制加权电流产生电路及数模转换器
本专利技术涉及电路设计领域，特别是涉及一种二进制加权电流产生电路及数模转换器。
技术介绍
在传感器应用中，将输出端极小的电流直接转换为数字量的需求日益加剧，例如在具有极低满量程电流的电流控制模数转换器中。许多模数（A/D）转换的架构中一个基本的模块是数模（D/A）转换器，数模转换器通常使用二进制加权单元阵列，包括电阻、电容或电流源。数字代码所代表的数字量通过每一位的电压或电流的加权转换得到对应的模拟电压或模拟电流，各位模拟电压或模拟电流的相加得到数字量对应的模拟量。权重为2的幂的数模转换器称为二进制加权数模转换器。而电流控制型数模转换器使用加权电流，并在输出端产生相应的模拟电流。在偏置电流的数字调整中也需要二进制加权电流源，例如，用于补偿模拟模块的失调。如图1所示，申请号为No.3,982,172的美国专利通过具有相等控制电压的差分晶体管获得除以2的电流，该方法适用于10微安培范围内的电流。对于数百纳安或更小范围内的电流，非理想效应和工艺制造误差会使得8位以上的除法结果不准确。如图2所示，现有技术中还通过R-2R梯形网络得到除以2的电流，每个节点右侧的电阻阻值均为R，两个相等阻值的电阻并联实现输入电流除以2，通过各开关的控制决定各二进制加权电流是否被选用。限制该方法性能的一个因素是输出节点的电压约束，该点电压必须等于节点A。因此，如何提供一种产生二进制加权电流的方法，适用于小电流范围、精确度高、性能好，已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。
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二进制加权电流产生电路及数模转换器，用于解决现有技术中产生二进制加权电流的方法不适用于小电流范围，精确度低，性能差等问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种二进制加权电流产生电路，所述二进制加权电流产生电路至少包括：驱动电压产生模块，基于一预设电流产生驱动电压；电流划分模块，连接于所述驱动电压产生模块的输出端，通过串联电阻将所述驱动电压分压后驱动各电流输出晶体管利用晶体管的电压-电流指数关系将所述预设电流依次除以2，并输出若干个二进制加权电流；电流设定模块，连接所述电流划分模块，用于设定流过串联电阻的电流值。可选地，所述驱动电压产生模块包括电流源及第一晶体管，所述第一晶体管连接为二极管形式，所述第一晶体管与所述电流源串联于电源电压与参考地之间。更可选地，所述第一晶体管为NMOS、PMOS、NPN或PNP。可选地，各二进制加权电流为微安培级或纳安培级。可选地，所述电流划分模块包括k个分压电阻及k+1个电流输出晶体管；各分压电阻依次串联于所述驱动电压产生模块的输出端；各电流输出晶体管的控制端分别连接各分压电阻的一端，第一端连接预设电平，第二端输出对应的二进制加权电流；其中，各分压电阻的阻值相等，各电流输出晶体管的尺寸相同，k为自然数。更可选地，各电流输出晶体管为NMOS或NPN，所述预设电平为参考地；各电流输出晶体管为PMOS或PNP，所述预设电平为电源电压。更可选地，所述电流设定模块包括第二晶体管、第三晶体管、第一电阻、第二电阻、运算放大器及第四晶体管；所述第二晶体管与所述第一电阻串联于电源电压与参考地之间，所述第三晶体管与所述第二电阻串联于电源电压与参考地之间，所述第二晶体管及所述第三晶体管的控制端分别连接一电流输出晶体管的控制端，且所述第三晶体管与所述第二晶体管的数量比值为对应电流输出晶体管输出的二进制加权电流的比值的倒数；所述运算放大器的输入端分别连接所述第二晶体管与所述第一电阻的连接节点及所述第三晶体管与所述第二电阻的连接节点；所述第四晶体管的一端连接所述电流划分模块中电阻串的电流输出端，另一端接地，控制端连接所述运算放大器的输出端。更可选地，所述第二晶体管及所述第三晶体管的类型与各电流输出晶体管的类型相同，所述第四晶体管为NMOS或NPN。更可选地，所述驱动电压产生模块的输出端与所述电流划分模块的输入端之间还设置有缓冲器。更可选地，所述二进制加权电流产生电路还包括若干个电流划分模块及与各电流划分模块一一对应的电流设定模块，各电流划分模块依次级联。更可选地，第一级电流划分模块以后的各电流划分模块中分压电阻与电流输出晶体管的数量相同，连接于输入端的电流输出晶体管去除。更可选地，各电流划分模块之间还设置有缓冲器。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，所述数模转换器至少包括：上述二进制加权电流产生电路，用于得到二进制加权电流；数模转换电路，连接所述二进制加权电流产生电路，基于数字信号及所述二进制加权电流得到对应的模拟信号。如上所述，本专利技术的二进制加权电流产生电路及数模转换器，具有以下有益效果：本专利技术的二进制加权电流产生电路及数模转换器适用于微米培级或纳安培级的小电流场合，精度高，性能好，且电路结构简单。附图说明图1显示为现有技术中的获取二进制加权电流的一种电路结构示意图。图2显示为现有技术中的获取二进制加权电流的另一种电路结构示意图。图3显示为本专利技术的二进制加权电流产生电路的一种电路结构示意图。图4显示为本专利技术的二进制加权电流产生电路的另一种电路结构示意图。元件标号说明1-二进制加权电流产生电路；11-驱动电压产生模块；12-电流划分模块；12a-第一电流划分模块；12b-第二电流划分模块；13-电流设定模块；13a-第一电流设定模块；13b-第二电流设定模块；131、132-运算放大器；14-第一缓冲器；15-第二缓冲器。具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图3~图4。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。本专利技术涉及一种在微安培或纳安培的小电流范围内对电流进行除以2操作的技术，利用双极晶体管或深亚阈值区中金属氧化物半导体晶体管中电压和电流的对数关系，控制反馈确保精确除以2k的运算结果。根据近似表达，双极晶体管或深亚阈值区的金属氧化物半导体晶体管中电流和控制电压成指数关系：，，其中，Ic为双极晶体管的集电极电流，I0B为饱和电流，VBE为双极晶体管的基极-发射极电压，VT为热电压，ID为金属氧化物半导体晶体管的漏极电流，I0M为金属氧化物半导体晶体管的特征本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二进制加权电流产生电路，其特征在于，所述二进制加权电流产生电路至少包括：/n驱动电压产生模块，基于一预设电流产生驱动电压；/n电流划分模块，连接于所述驱动电压产生模块的输出端，通过串联电阻将所述驱动电压分压后驱动各电流输出晶体管利用晶体管的电压-电流指数关系将所述预设电流依次除以2，并输出若干个二进制加权电流；/n电流设定模块，连接所述电流划分模块，用于设定流过串联电阻的电流值。/n

【技术特征摘要】
1.一种二进制加权电流产生电路，其特征在于，所述二进制加权电流产生电路至少包括：
驱动电压产生模块，基于一预设电流产生驱动电压；
电流划分模块，连接于所述驱动电压产生模块的输出端，通过串联电阻将所述驱动电压分压后驱动各电流输出晶体管利用晶体管的电压-电流指数关系将所述预设电流依次除以2，并输出若干个二进制加权电流；
电流设定模块，连接所述电流划分模块，用于设定流过串联电阻的电流值。


2.根据权利要求1所述的二进制加权电流产生电路，其特征在于：所述驱动电压产生模块包括电流源及第一晶体管，所述第一晶体管连接为二极管形式，所述第一晶体管与所述电流源串联于电源电压与参考地之间。


3.根据权利要求2所述的二进制加权电流产生电路，其特征在于：所述第一晶体管为NMOS、PMOS、NPN或PNP。


4.根据权利要求1所述的二进制加权电流产生电路，其特征在于：各二进制加权电流为微安培级或纳安培级。


5.根据权利要求1所述的二进制加权电流产生电路，其特征在于：所述电流划分模块包括k个分压电阻及k+1个电流输出晶体管；各分压电阻依次串联于所述驱动电压产生模块的输出端；各电流输出晶体管的控制端分别连接各分压电阻的一端，第一端连接预设电平，第二端输出对应的二进制加权电流；其中，各分压电阻的阻值相等，各电流输出晶体管的尺寸相同，k为自然数。


6.根据权利要求5所述的二进制加权电流产生电路，其特征在于：各电流输出晶体管为NMOS或NPN，所述预设电平为参考地；或者各电流输出晶体管为PMOS或PNP，所述预设电平为电源电压。


7.根据权利要求5所述的二进制加权电流产生电路，其特征在于：所述电流设定模块包括第二晶体管、第三晶体管、第一电阻、第二电阻、运算放大器及第四晶体管；
所述第二晶体管与所述第一电阻串联于电源电压与参...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗朗哥·马洛贝蒂，阿尔珀·阿克迪克门，戴彬，史林森，
申请(专利权)人：微龛广州半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44