一种改善电流舵型DAC线性度的电流源及一种DAC制造技术

本发明专利技术公开了一种改善电流舵型DAC线性度的电流源及一种DAC，包括：带有正负阻并联结构的两组电流源管(Mn1、Mn3，Mn2、Mn4)、两只共栅管(Mcas)、两组差分开关管(Msw)；所述两组电流源管由正阻部件(Mn1、Mn4)、负阻部件(Mn2、Mn3)交叉耦合并联形成；所述正阻部件、负阻部件的漏极分别与两只共栅管的源极连接；所述两只共栅管的漏极分别连接到两组差分开关管的源极。本发明专利技术极大提升DAC电流源的输出阻抗，减小非理想输出阻抗带来非线性问题的影响，可大大改善由于有限输出阻抗带来的非线性失真问题；可节省电压空间，不需要额外的放大器电路，减小整体电路的复杂度并节约功耗。整体电路的复杂度并节约功耗。整体电路的复杂度并节约功耗。

【技术实现步骤摘要】
一种改善电流舵型DAC线性度的电流源及一种DAC


[0001]本专利技术涉及混合信号电路领域，特别是涉及一种带有负阻结构的提升DAC(数模转换器)电流源输出阻抗的电流源及应用该电流源的DAC。

技术介绍

[0002]在通信领域中，数模转换器(DAC)是一个非常重要的模块，被广泛应用于各个领域。在射频系统中，它是发射机的重要组成部分，将数字信号转换为模拟信号进行信号的传输。在广泛应用于各种电子仪器领域的直接数字频率合成(DDS)系统中，DAC是其核心模块，负责将相位查找后的数字信号转换为模拟信号实现函数波形的构建与输出。随着通信技术的不断更新换代，速度更快，精度更高也就成为了DAC的一个主流发展方向。
[0003]电流舵型(current steering)DAC是目前高速高精度DAC的主流架构，图1A所示为一个的电流舵型DAC简单示意。该DAC主要由高速信号接口LVDS、二进制码
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温度计码数字解码器、锁存器、基准电压源、电压转电流电路以及电流源阵列等部分组成。由于高速传输数据的要求，通常会采用低摆幅的数字输入信号，并在高速信号接口LVDS的接收端接收，将其在DAC内部成为全摆幅的二进制输入数字信号。
[0004]对于电流舵型DAC，输入的二进制数字信号通常会以两种编码形式的控制信号来控制电流源阵列输出对应的模拟信号。一种编码是二进制码，具有硬件成本低，面积小的优点，但是单调性差，高分辨率失配严重。另外一种是温度计码，相对于二进制码精度更高，但面积成本也会更高。因此，对于高分辨率的高速DAC，通常会采取两种编码形式相结合的形式，选择合适的分段形式得到适合设计指标的编码结构。因此对于分段式结构的DAC经过数字信号接口的二进制数字信号，会分成两路分别通过二进制码
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温度计码的解码器和延时模块后输入到下一级的开关驱动电路中。开关驱动电路根据输入的编码信号，产生合适的差分控制信号，驱动电流源开关产生输出电流，并由负载电阻转化为输出的模拟电压信号。
[0005]高速DAC的一个重要的指标就是谐波失真比(SFDR)，这一指标反映了DAC输出的谐波失真的程度。DAC的失真谐波的一个重要原因是由于其输出级的电流源并非是理想的电流源，其输出阻抗并不是无限的，因此不可避免的会产生非线性失真。对于单端输出的DAC，二次谐波的的影响最大。采用差分的输出形式可以有效的抑制偶数次谐波的影响。最大谐波失真变为较小的奇数次谐波，三次谐波影响通常最大。在低频情况下，DAC的设计精度越高，为了达到对应的谐波失真(SFDR)指标所需要的电流源输出阻抗就会越高。对于高频情况，由于寄生电容的存在，输出阻抗会进一步恶化，非线性失真会变得更加严重。为了尽量减小失真影响，电流源的输出阻抗应该是越高越好，因此高速高精度的DAC的一个重要的问题就是，如何设计优化合适的电流源，以得到足够的输出阻抗，避免过大的非线性谐波失真的影响。
[0006]现有技术之一通常在DAC的设计中会采用常用的共源共栅的电流源的设计结构来提高输出阻抗，如图1B所示的DAC电流源阵列结构，其中，Mcs是电流源管，Mcas是提升阻抗的共源共栅管，Msw是被二进制码或温度计码控制的开关管，当这些管子都工作在饱和区
时，相当于两级共源共栅结构。这种结构可以成倍地提升电流源的输出阻抗，但在很多高速高精度的DAC的应用场景中这种结构的输出阻抗依然不满足设计要求，因此在这种电流源共源共栅的结构基础上，有些设计在开关和输出级之间再添加一级cascode(共源共栅结构)以便能够达到输出阻抗的要求，代价是多级的cascode结构会占据很大的电压空间。
[0007]另一种现有技术(Fang
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Jie Luo,Yong
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Sheng Yin,Shang
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Quan Liang and Ming
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Lun Gao,"Current switch driver and current source designs for high
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speed current
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steering DAC,"2008 2nd International Conference on Anti
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counterfeiting,Security and Identification,Guiyang,2008,pp.364
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367,doi:10.1109/IWASID.2008.4688421.)采用放大器常用的gain boosting技术(增益提高技术)，在电流源管和共源共栅管的基础上添加放大器形成gain boosting的结构，将共源共栅结构的输出阻抗再提升放大器增益的倍数,由于需要额外的放大器电路，整体电路较为复杂且功耗较大。

技术实现思路

[0008]为了弥补上述现有技术非线性失真较大的不足，本专利技术提出一种改善电流舵型DAC线性度的电流源及应用该电流源的DAC。
[0009]本专利技术的技术问题通过以下的技术方案予以解决：本专利技术提出一种改善电流舵型DAC线性度的电流源，包括：带有正负阻并联结构的两组电流源管、两只共栅管、两组差分开关管；所述两组电流源管由正阻部件、负阻部件交叉耦合并联形成；所述正阻部件、负阻部件的漏极分别与两只共栅管的源极连接；所述两只共栅管的漏极分别连接到两组差分开关管的源极。
[0010]在一些实施例中，所述正阻部件包括第一晶体管、第四晶体管，所述负阻部件包括第二晶体管、第三晶体管；其中，所述第一晶体管和第四晶体管组成一对差分晶体管；所述第二晶体管的栅极连接到第一晶体管的漏极和栅极，第二晶体管的漏极连接到第四晶体管的漏极和栅极；所述第三晶体管的栅极连接到第四晶体管的漏极和栅极，第三晶体管的漏极连接到第一晶体管的漏极和栅极。
[0011]在一些实施例中，所述第一晶体管和第四晶体管的跨导一致，所述第二晶体管和第三晶体管的跨导一致。
[0012]在一些实施例中，四个并联晶体管及其外围电路之间的连接关系设置使得电流源输出阻抗为四个并联晶体管跨导之差的倒数，其中一组输出节点阻抗的计算公式为：gm1和gm3分别为并联晶体管的跨导，gds1和gds3分别为并联晶体管的小信号输出阻抗的倒数。
[0013]在一些实施例中，将四个并联晶体管均设置为原电流源晶体管的一半宽长比，通过调节其中一个并联晶体管的宽减小跨导差。
[0014]本专利技术还提出一种改善电流舵型DAC线性度的电流源，包括：带有正负阻并联结构的两组电流源管、两只共栅管、两组差分开关管；所述两组电流源管由正阻部件、负阻部件交叉耦合并联形成；所述正阻部件、负阻部件分别与两组差分开关管的源极连接。
[0015]在一些实施例中，所述正阻部件包括第一晶体管、第四晶体管，所述负阻部件包括
第二晶体管、第三晶体管；其中，所述第一晶体管和第四晶体管组成一对差分晶体管；所述第二晶体管的栅极连接到第一晶体管的漏极和栅极，第二晶体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改善电流舵型DAC线性度的电流源，其特征在于，包括：带有正负阻并联结构的两组电流源管(Mn1、Mn3，Mn2、Mn4)、两只共栅管(Mcas)、两组差分开关管(Msw)；所述两组电流源管(Mn1、Mn3，Mn2、Mn4)由正阻部件(Mn1、Mn4)、负阻部件(Mn2、Mn3)交叉耦合并联形成；所述正阻部件(Mn1、Mn4)、负阻部件(Mn2、Mn3)的漏极分别与两只共栅管(Mcas)的源极连接；所述两只共栅管(Mcas)的漏极分别连接到两组差分开关管(Msw)的源极。2.如权利要求1所述的改善电流舵型DAC线性度的电流源，其特征在于，所述正阻部件包括第一晶体管(Mn1)、第四晶体管(Mn4)，所述负阻部件包括第二晶体管(Mn2)、第三晶体管(Mn3)；其中，所述第一晶体管(Mn1)和第四晶体管(Mn4)组成一对差分晶体管；所述第二晶体管(Mn2)的栅极连接到第一晶体管(Mn1)的漏极和栅极，第二晶体管(Mn2)的漏极连接到第四晶体管(Mn4)的漏极和栅极；所述第三晶体管(Mn3)的栅极连接到第四晶体管(Mn4)的漏极和栅极，第三晶体管(Mn3)的漏极连接到第一晶体管(Mn1)的漏极和栅极。3.如权利要求2所述的改善电流舵型DAC线性度的电流源，其特征在于，所述第一晶体管(Mn1)和第四晶体管(Mn4)的跨导一致，所述第二晶体管(Mn2)和第三晶体管(Mn3)的跨导一致。4.如权利要求2所述的改善电流舵型DAC线性度的电流源，其特征在于，四个并联晶体管及其外围电路之间的连接关系设置使得电流源输出阻抗为四个并联晶体管跨导之差的倒数，其中一组输出节点阻抗的计算公式为：gm1和gm3分别为并联晶体管的跨导，gds1和gds3分别为并联晶体管的小信号输出阻抗的倒数。5.如权利要求4所述的改善电流舵型DAC线性度的电流源，其特征在于，将四个并联晶体管均设置为原电流源晶体管(Mcs)的一半宽长比，通过调节其中一个并联晶体管的宽减小跨导差。6.一种改善电流舵型DAC线性度的电流源，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：幸新鹏，张钰坤，冯海刚，王志华，李冬梅，
申请(专利权)人：清华大学深圳国际研究生院，
类型：发明
国别省市：