一种带有自校准功能的轨到轨电流舵DAC结构制造技术

本发明专利技术属于集成电路技术领域，特别是模拟集成电路中的DAC电路，具体地说，是一种带有自校准功能的轨到轨电流舵DAC结构，包括数字输入寄存器、译码器、PMOS电流源差分驱动、NMOS电流源差分驱动、PMOS电流源、NMOS电流源、数字预校准模块和选通开关，数字输入寄存器接收外部数字输入并传输至译码器，译码器对输入数字信号进行译码之后将其数字信号传送至PMOS电流源差分驱动和NMOS电流源差分驱动，PMOS电流源差分驱动和NMOS电流源差分驱动分别连接到PMOS电流源和NMOS电流源，数字预校准模块连接到PMOS电流源和NMOS电流源，选通开关连接到PMOS电流源和NMOS电流源。PMOS电流源和NMOS电流源。

【技术实现步骤摘要】
一种带有自校准功能的轨到轨电流舵DAC结构


[0001]本专利技术属于集成电路
，特别是模拟集成电路中的DAC电路，具体地说，是一种带有自校准功能的轨到轨电流舵DAC结构。

技术介绍

[0002]汽车作为日常生活中不可或缺的一部分，其智能化、电气化的发展需求是汽车电子未来行业发展的趋势所在。这些发展要求使得原有的以机械结构为主，电子技术为辅的汽车电子的观念被打破，推动汽车领域由原有的以机械为主导转换为由电子信息系统所控制智能化产品。而其智能化则主要体现在汽车的电子技术方面，其中包括电子控制单元技术、电机控制技术、自动驾驶技术、智能座舱技术等。而数模转换器则是发动机电子控制系统的核心，传统的电流舵型数模转换器其输出摆幅较小，无法满足汽车发动机传感器接口轨对轨输出的设计要求。
[0003]传统的电流舵DAC其输出电压范围一般为地到电源电压的一半，并且随着其输出电压摆幅的增大，电路内部MOS电流源其越难维持工作在饱和区，电流源输出电阻阻值会随之减小，其电流舵型DAC的性能会进一步恶化。因此针对如何做到高摆幅、高精度输出的电流舵型DAC的问题，目前已经出现通过输出放大器来实现的电路结构，但由于其通过推挽放大器实现轨对轨输出，其电路静态工作点受外界影响较大，且易产生电路精度较低与速度较慢的问题。
[0004]此外，传统型电流舵DAC如果要实现输出宽摆幅，则会在输出的某一电压极限附近时因为电流源进入线性区边缘而产生较大的非线性问题，如果采用输出端增加缓冲放大器则会对电流舵DAC转换速率以及精度产生影响。r/>[0005]因此对于高摆幅电流舵型DAC，其可通过增加缓冲放大器实现，也可同时隔绝外界负载对内部网络的干扰，提供足够稳定的输出电压。但由于输出摆幅较大，其高精度以及高速度的实现较为困难。

技术实现思路

[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术披露了一种带有自校准功能的轨到轨电流舵 DAC结构，该结构是双差分输出的轨到轨DAC结构，采取预校准的方法，解决了由于不同类型MOS器件所构成的电流源受外界环境影响而产生的误差不同所导致的输出线性度较差的问题，以及输出阶梯式递增时在电源电压一半处由于输出单元切换而导致的较大毛刺问题。
[0007]本专利技术采用的具体技术方案如下：
[0008]一种带有自校准功能的轨到轨电流舵DAC结构，包括数字输入寄存器、译码器、PMOS电流源差分驱动、NMOS电流源差分驱动、PMOS电流源、NMOS 电流源、数字预校准模块和选通开关，数字输入寄存器接收外部数字输入并传输至译码器，译码器对输入数字信号进行译码之后将其数字信号传送至PMOS电流源差分驱动和NMOS电流源差分驱动，PMOS电流源差分驱动和NMOS电流源差分驱动分别连接到PMOS电流源和NMOS电流源，数字预校准模块连
接到 PMOS电流源和NMOS电流源，选通开关连接到PMOS电流源和NMOS电流源。
[0009]相比与传统数模转换电路，本专利技术加入了四元驱动电路、互补电流源、互补输出的选通开关、以及用于校准输出的数字预校准模块。
[0010]本专利技术在工作时将会分为两个模式：
[0011](1)预校准模式；
[0012](2)正常数模转换模式。
[0013]设定该电流舵DAC为10bit DAC：
[0014]预校准模式：
[0015]在电路正式开始进行数模转换前，电路将会首先进入预校准模式，此时预校准模式将会将DAC外部数字输入、电路选通开关模块暂时断开，使其OUTP， OUTN无输出信号。并将输入数字寄存器的输出钳位至固定的数字值＂10b
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1000000000＂，数字输入寄存器将钳位的数字信号经过时钟同步之后传输至译码器单元。译码器通过对输入数字信号进行译码，之后将其数字信号传送至电流源差分驱动单元，使其译码之后的同步多个数字输出信号作为每一路电流源MOS 开关的驱动信号，以此控制每一路电流源开关的通断，来控制输出总电流的大小，并通过负载电阻转化为电路所需的模拟电压信号。所要得到的轨到轨数模转换应是数字码为＂10b
’
1111111111＂时输出模拟信号为电源电压值，因此当输入数字值为＂10b
’
1000000000＂时，根据正常数模转换模式可知这个数字输入在理想情况下其PMOS电流源对应输出P_ONTP和NMOS电流源对应输出N_OUTP 应当恰好对应输入数字码为＂10b
’
1111111111＂时输出模拟信号电压的一半。此时将按照顺序依次校准NMOS和PMOS电流源栅极电压偏置信号，当DAC 启动后便进入复位状态，此时将用于校准的数字时钟信号和此时由基准模块所产生的PMOS电流源与NMOS电流源栅压偏置作为校准模块的输入，因为PMOS 电流源阵列与NMOS电流源阵列的栅压偏置信号均由基准模块中电流源栅压偏置信号复制得来，且同类型电流源阵列栅压为同一信号。将数字信号各个位置复位后开始校准，通过数字时钟信号来作为预校准模块的时钟信号控制预校准模块内计数器计数，以此控制内部电阻阵列，同时将P_OUTP与N_OUTP两路输出分别进行与电阻分压产生的标准1/2供电电压进行比较来控制计数器的计数，进而改变PMOS电流源阵列与NMOS电流源阵列栅压的大小。并在校准结束后将校准之后的电流源阵列栅极电压偏置锁存在相应位置上，数字预校准模块输出校准后的PMOS电流源与NMOS电流源阵列栅压偏置，并在下一个预校准模式来临之前固定该偏置电压不变。通过上述过程将NMOS电流源电压偏置和PMOS 电流源电压偏置依次校准完成。数字预校准模式用来解决因为工艺误差以及其他环境因素造成的PMOS电流源与NMOS电流源的偏差。并解决在中间电位时由于NMOS电流源和PMOS电流源输出切换时造成的输出电压跳变的问题。
[0016]正常数模转换模式：
[0017]在预校准完成之后，数字预校准模块使选通开关使能，数字输入寄存器读取电流舵DAC输入数字信号，将其经过寄存器同步之后输入10位同步数字码数字码至译码器单元，译码器单元通过对称译码器将输入的数字码译为多个数字信号。将译码后的数字信号分别输入至PMOS电流源开关驱动单元与NMOS电流源开关驱动单元，两路开关驱动单元输入相同。经过驱动单元后的数字信号作为开关驱动输出INP#P，INN#P，INP#N，INN#N。且INP#N与INN#P，INP#P与 INN#N为逻辑相同的信号，且INP#N与INN#P与译码器输出数字信号逻辑相
同， INP#P与INN#N与译码器输出数字信号逻辑相反。驱动模块输出的数字信号作为MOS开关的栅压控制输出电流源阵列的每一路导通与否来控制其输出电流的大小，从而控制施加在负载电阻上电流的大小。
[0018]本专利技术电流舵DAC采用四元驱动，即经过电流源差分驱动后PMOS电流源与NMOS电流源开关阵列各有一组差分数字信号控制其电流源的差分输出，使得输出双差分电压，分别为NOUT_P、NOUT_N、POUT_P、POU本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带有自校准功能的轨到轨电流舵DAC结构，其特征在于，包括数字输入寄存器、译码器、PMOS电流源差分驱动、NMOS电流源差分驱动、PMOS电流源、NMOS电流源、数字预校准模块和选通开关，所述数字输入寄存器接收外部数字输入并传输至所述译码器，所述译码器对输入数字信号进行译码之后将其数字信号传送至PMOS电流源差分驱动和NMOS电流源差分驱动，所述PMOS电流源差分驱动和NMOS电流源差分驱动分别连接到PMOS电流源和NMOS电流源，所述数字预校准模块连接到所述PMOS电流源和NMOS电流源，所述选通开关连接到所述PMOS电流源和NMOS电流源。2.根据权利要求1所述的带有自校准功能的轨到轨电流舵DAC结构，其特征在于，该DAC结构在工作时分为：预校准模式和正常数模转换模式。3.根据权利要求2所述的带有自校准功能的轨到轨电流舵DAC结构，其特征在于，所述预校准模式为：设定电流舵DAC为10bit DAC，在电路正式开始进行数模转换前，电路将会首先进入预校准模式，此时预校准模式将会将DAC外部数字输入、电路选通开关模块暂时断开，使其OUTP，OUTN无输出信号，并将输入数字寄存器的输出钳位至固定的数字值＂10b
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1000000000＂，数字输入寄存器将钳位的数字信号经过时钟同步之后传输至译码器单元，译码器通过对输入数字信号进行译码，之后将其数字信号传送至电流源差分驱动单元，使其译码之后的同步多个数字输出信号作为每一路电流源MOS开关的驱动信号，以此控制每一路电流源开关的通断，来控制输出总电流的大小，并通过负载电阻转化为电路所需的模拟电压信号，将按照顺序依次校准NMOS和PMOS电流源栅极电压偏置信号，当DAC启动后便进入复位状态，此时将用于校准的数字时钟信号和此时由基准模块所产生的PMOS电流源与NMOS电流源栅压偏置作为校准模块的输入，将数字信号各个位置复位后开始校准，通过数字时钟信号来作为预校准模块的时钟信号控制预校准模块内计数器计数，以此控制内部电阻阵列，同时将P_OUTP与N_OUTP两路输出分别进行与电阻分压产生的标准1/2供电电压进行比较来控制计数器的计数，进而改变PMOS电流源阵列与NMOS电流源阵列栅压的大小，并在校准结束后将校准之后的电流源阵列栅极电压偏置锁存在相应位置上，数字预校准模块输出校准后的PMOS电流源与NMOS电流源阵列栅压偏置，并在下一个预校准模式来临...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐佳钰，张瑛，张豪哲，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：