数模转换器制造技术

本发明专利技术公开了一种将具有预定位数的数字信号转换为对应的模拟信号的数模转换器，所述数模转换器包括：具有第一控制信号的第一电流源元件，所述第一控制信号对所述第一电流源元件提供的传导电流进行控制；以及具有第二控制信号的第二电流源元件，所述第二控制信号对所述第二电流源元件提供的传导电流进行控制，其中所述第一控制信号和所述第二控制信号在所述数模转换器的操作过程中具有不同的电压。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及数模转换器。
技术介绍
各种不同的数模转换器(DAC)被用来将数字信号转换为模拟信号。 二进制加权DAC因需要相对较少的部件从而相对较小，因此具有多种应 用。二进制加权DAC包括多个电流或电压产生元件，每个元件与输入数字 信号的一位对应。才艮据元件所对应位的有效性(significance)，不同元件 的输出被加权。对应高有效位的元件的加权高于和地有效位对应的元件。 所有输出的总和等于输出的模拟信号。由于需要相对少量的元件，并因而 能够实现在相对较小芯片区域上，因此加权二进制DAC是有优势的。另一 方面，加权二进制DAC常常面临较差的故障(glitch)特性。并且，为了 确保线性操作，必须仔细调整每个元件的加权。温度计编码(Thermometer-Coded)DAC解决了二进制加权DAC的一些 问题，温度计编码DAC首先将二进制输入转换为温度计编码，下面表1显 示了 二进制码与温度计编码之间的转换。例子中需要用七个温度计编码位 来表示三个二进制位。温度计编码DAC包括用于输入数字信号的每个可能数值的电流或电 压产生元件，解码器接收输入数字信号，并获得温度计编码。温度计编码 是具有对于输入数字信号每个可能的数值具有一位的数字信号。温度计编 码中设置的位数与输入数字信号的值成正比，温度计编码的每个位被提供 给一个对应的元件。当一位被设置时，对应的元件产生一个输出(例如电 流或电压)。与二进制加权DAC不同，在温度计编码DAC中所有的元件 输出是相等的。所有元件输出的总和就是输出的模拟信号。温度计编码DAC 的故障特性更优于二进制加权DAC,并且更易于校准。但是，由于对于每个分配的数值需要一个单独的元件，温度计编码DAC需要许多元件，并需要较大的芯片区域。<table>table see original document page 6</column></row><table>图1显示了传统二进制和温度计编码混合DAC 100的电流源部分结 构，混合DAC IOO具有12位。二进制方块110将四个最低有效位(LSB) 转换为模拟电流，并且温度计编码方块120将八个最高有效位(MSB)转 换为模拟电流。这些模拟电流总计用来表示转换模拟信号。特别地，用于 二进制方块110的电流源包括四个P型金属氧化半导体(PMOS)晶体管 B。如果用于最低有效位的PMOS晶体管B具有一条腿，例如M=l, 则用于更高位的PMOS晶体管B、B和B将分别具有2、4和8条腿。 参考图1，腿的数量由M的数量表示。腿的数量越多，传导电流i越大。 因此，PMOS晶体管B的尺寸和传导电流都是PMOS晶体管B的两倍 大，例如i=2*i。同样地，i=2*i，并且i=2*i、然后，当所有晶体管都打开时，二进制方块110产生的电流总量为15*i。再次参考图1,温度计编码方块120具有255个相同大小的平行连接 的PMOS晶体管T，例如所有的晶体管均具有16条腿(M=16)。 任何一个PMOS晶体管T的传导电流是i的16倍，例如j=16*i。 12位DAC 100能够产生的总电流等于(255*16+15 ) *i=4095*i。这表 示用于12位DAC 100的电流源区域占用基本PMOS晶体管B的4095 条腿的空间。温度计编码DAC还需要一个二进制-温度计编码解码器。在 温度计编码DAC改善DAC精确度和转换速度的同时，相比单纯二进制 DAC，它也占据了较大的芯片区域，并因而增加了成本。图2显示了另 一传统二进制和温度计编码混合DAC 200的电流源部分 结构。该混合DAC 200也具有12位，4位的二进制方块110与图1相同， 8个最高有效位被划分为两个温度计编码方块220和230。温度计编码方块 220转换两个二进制位，并因而具有三个温度计编码位，并使用具有16条 腿，例如M=16的三个PMOS晶体管S，它们的传导电流k=16*i。 温度计编码方块230转换6个最高有效二进制位，因而具有63个温度计编 码位，并使用63个PMOS晶体管T。用于PMOS晶体管T的 M=64,因此每个晶体管的传导电流m-64"。混合DAC 200的总电流为 传导电流(63*64+3*16+15 ) *i=4095* i。混合DAC 200在芯片区域内 占据的空间与混合DAC 100相同，它们均具有占据较大芯片和成本高的缺 点。
技术实现思路
本专利技术公开了一种将具有预定位数的数字信号转换为对应的模拟信号 的数模转换器(DAC),所述数模转换器包括具有第一控制信号的第一 电流源元件，所述第 一控制信号对所述第 一电流源元件提供的传导电流进 行控制；以及具有第二控制信号的第二电流源元件，所述第二控制信号对 所述第二电流源元件提供的传导电流进行控制，其中所述第 一控制信号和 所述第二控制信号在所述数模转换器的操作过程中具有不同的电压。但是，当结合附图了解时，本专利技术的结构和操作方法及其附加目的和优点将通过下文的特定实施例描述得到最好的理解。 附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中图1为传统二进制和温度计编码混合DAC的电流源部分结构示意图； 图2为另 一传统二进制和温度计编码混合DAC的电流源部分结构示意图3为本专利技术实施例的混合DAC的电流源部分结构示意图4为本专利技术另 一 实施例的混合DAC的电流源部分结构示意图。具体实施例方式图1和图2所示为用于数模转换器(DAC)的传统电流源，以晶体管 的尺寸按比例获得每个单独位的加权电流。DAC具有的位数越多，用于更 高有效位的晶体管的尺寸变得越大。本专利技术公开了一种电流源方案，该方 案以晶体管的偏压而不是尺寸为比例来获得用于各个位的加权电流。返回参考图1和图2,在图1或图2中的二进制方块110或者温度计 编码方块120、 220和230中的每个电流源元件为PMOS晶体管。当饱和 PMOS晶体管以不同的栅极电压被偏置时，其源-漏极传导电流遵循下面的 公式<formula>formula see original document page 8</formula> (公式1)其中，4为源-漏极传导电流，^'为栅极偏压，^为阈值电压，W和L 分别为晶体管沟道宽度和长度。传统的按比例调整传导电流的方法是通过 改变晶体管沟道宽度W。根据本专利技术的实施例，调整晶体管栅极偏压4'来 获得传导电流4的比例效果。根据公式l，由于传导电流4与4'的平方成 正比，因此调整^、'更有效。图3为本专利技术实施例的混合12位DAC 300的电流源部分的结构图。 如同图1和图2，四个最低有效位仍通过二进制方块110进行转换。八个 最高有效位由温度计编码方块320转换，其中温度计编码方块320具有255个电流源元件D。电流源元件D例如由PMOS晶体管实现。 由于电流源元件D由相同的节点Nl偏置，并具有相同的晶体管尺 寸，因此用于各个电流源元件D的电流j是相同的。如
技术介绍
部分 所述，传导电流〗=2*1。为了达此目的，如图l所示，传统方法是在所有 的PMOS晶体管B和T被相同偏置的同时，使得PMOS晶体管 T为PMOS晶体管本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将具有预定位数的数字信号转换为对应的模拟信号的数模转换器，所述数模转换器包括：　具有第一控制信号的第一电流源元件，所述第一控制信号对所述第一电流源元件提供的传导电流进行控制；以及　具有第二控制信号的第二电流源元件，所述第二控 制信号对所述第二电流源元件提供的传导电流进行控制，　其中所述第一控制信号和所述第二控制信号在所述数模转换器的操作过程中具有不同的电压。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄嵋箴，周文昇，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]