数模电压转换器制造技术

一种数模电压转换器

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】数模电压转换器


[0001]本公开涉及数模电压转换器
。
本公开进一步涉及包括该数模电压转换器的光子计数电路和用于医学诊断的设备
。

技术介绍

[0002]数模转换器
(DAC)
被运用于表示模拟域中的数字值
。
一类
DAC
以电阻式
DAC
为代表，其采取连接在两个参考电压之间的匹配电阻器串，以生成多个等间距的中间电压，这些电压由提供
DAC
输出的模拟多路复用器选择
。
由于模拟多路复用器的复杂性随着
DAC
级数的增加而增加，对于高于8位的分辨率，这种类型的解决方案倾向于变得面积密集
。
[0003]在这种情况下，粗
‑
精架构
(coarse
‑
fine architecture)(
也被称为两步架构
)
或子范围架构提供了一种高效实现电阻器串
DAC
的方法
。
这种架构借助于粗电阻器串以生成低分辨率模拟表示，该低分辨率模拟表示随后通过添加或减少精电阻器串的输出被细化，该精电阻器串理想地覆盖等于粗步长的范围，因此在两步近似过程中生成最终模拟值
。
这种架构实现可以被分为两个分支：无源和有源，或者无缓冲和缓冲架构
。
[0004]在第一种情况下
(
无源
/
无缓冲架构
)
，精电阻器串与粗串的子集并行连接，提供其抽头间
(tap
‑
to
‑
tap)
电压差的无源插值
。
这需要考虑开关电阻以及负载效应，从而导致非线性，分别是微分非线性
(DNL)
和积分非线性
(INL)。
[0005]在第二种情况下
(
有源
/
缓冲架构
)
，粗串通过缓冲放大器与第二串隔离，使得网络对开关电阻不敏感
。
它的可扩展性也更强，因为从单个粗串可以导出更多的输出
。
然而，这种架构会引入偏移
、
噪声和增加的复杂性
。
图2显示了第二类别的现状的示例
。

技术实现思路

[0006]专利技术人已经发现了与图2所示的已知的
DAC 200
相关联的许多问题
。
在图2的
DAC
中，需要两个电压缓冲器
210、212
和两个用于粗选择的粗开关树
208a、208b。
这是不利的，因为开关和缓冲器占据了硅面积
。
具体地，对于中等分辨率的串，开关树是非常面积密集的
。
[0007]此外，两个缓冲放大器的偏移会导致非单调性
。
在图2的
DAC
中，在任何粗码处，查看在最低精码和最高精码处的输出电压，在
DAC
输出处观察到偏移，这分别是底端缓冲器
212
的偏移或顶端缓冲器
210
的偏移
。
这会在输出处引入精码相关偏移
(fine
‑
code
‑
dependent offset)(
基本上是两个缓冲器的偏移的加权和，取决于码
)。
也就是说，精范围受两个缓冲器偏移的影响
。
当码增加1，使得下一个码步长
(code
‑
step)
需要改变粗码时，精码被重置为最低的，这可能导致非单调性，例如如果顶部缓冲器
210
具有正偏移，而底部缓冲器
212
具有负偏移
(
或者通常如果偏移差大于
DAC
步长
)。
在图2的
DAC
中，这通过使用顶部缓冲器
210
总是用于顶部粗抽头和底部缓冲器
212
总是用于底部粗抽头
(
导致所谓的“跳跃式
(leap
‑
frogging)”抽头选择
)
来避免
。
[0008]有些应用需要大量的
DAC
；这种结构可以被称为
DAC
的集群
。
[0009]用现有的粗
‑
精电阻式架构实现的
DAC
的集群可以受益于共享的粗级，从而在面积
和功耗方面得到显著节省
。
另一方面，每个精级需要两个独立的电压缓冲器或电路来消除负载效应，并且需要两个独立的开关树用于粗电压选择
。
[0010]作为示例，
10
个
DAC
的集群将需要
20
个电压缓冲器
、20
个粗开关树和
10
个精开关树
。
假设
(>8
位的
)
高分辨率串的面积占用由开关面积渐进地
(asymptotically)
支配，则该电路将受到开关面积的限制，并且将包含大阵列的电压缓冲器，从而大大增加面积和功率消耗
。
[0011]根据本公开的一方面，提供了一种数模电压转换器，包括：第一电阻器串，在第一电阻器串的第一端和第一电阻器串的第二端之间具有多个电阻器；以及多个数模电压转换器级，每个数模电压转换器级耦合到所述第一电阻器串，并且包括：电压缓冲器；耦合到第一电阻器串的第一开关级，第一开关级被配置用于取决于接收数模电压转换器的数字输入的第一子字
(sub
‑
word)
来向电压缓冲器提供输入；具有一个或多个电阻器的第二电阻器串，其中第二电阻器串的第一端耦合到第二跨导体，并且第二电阻器串的第二端耦合到电压缓冲器的输出；以及耦合到第二电阻器串的第二开关级，第二开关级被配置用于取决于接收数模电压转换器的数字输入的第二子字来提供模拟电压作为数模电压转换器级的输出
。
[0012]通过具有单个粗开关树
(
第一开关级
)
和单个电压缓冲器，本公开的实施例通过招致更少的有效面积
(
尤其是当考虑
DAC
集群时
)
来提供显著的尺寸优势
。
此外，有利地降低了根据本公开的实施例的
DAC
的复杂性和功率消耗
。
[0013]另外，与现有技术相比，仅需要一个缓冲器和一个开关树
(
第一开关级
)
来选择粗串输出，在高分辨率的实现中导致1位的渐近分辨率优势
。
如果面积受到开关的限制，则在相同的面积中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种数模电压转换器
(300)
，包括：第一电阻器串
(306)
，在所述第一电阻器串的第一端和所述第一电阻器串的第二端之间具有多个电阻器；以及多个数模电压转换器级
(305)
，每个数模电压转换器级耦合到所述第一电阻器串，并且包括：电压缓冲器
(312)
；耦合到所述第一电阻器串的第一开关级
(308)
，所述第一开关级被配置用于取决于接收所述数模电压转换器的数字输入的第一子字来向所述电压缓冲器提供输入；具有一个或多个电阻器的第二电阻器串
(314)
，其中所述第二电阻器串的第一端耦合到电流源
(311b、313b、402b)
，并且所述第二电阻器串的第二端耦合到所述电压缓冲器
(312)
的输出；以及耦合到所述第二电阻器串的第二开关级
(316)
，所述第二开关级被配置用于取决于接收所述数模电压转换器的数字输入的第二子字来提供模拟电压作为所述数模电压转换器级的输出
。2.
根据权利要求1所述的数模电压转换器，其中，所述数模电压转换器包括由输入电压控制并且耦合到所述第一电阻器串的第一跨导体
(311a、313a、402a)
，并且所述电流源是由所述输入电压控制的第二跨导体，使得所述第一跨导体向所述第一电阻器串输送与所述第二跨导体向所述第二电阻器串输送的电流成比例的电流
。3.
根据权利要求2所述的数模电压转换器，其中，由所述第一跨导体输送的电流和由所述第二跨导体输送的电流是相同的
。4.
根据权利要求2或3所述的数模电压转换器，其中，所述第一跨导体包括
p
型晶体管
(311a)
，并且所述第二跨导体包括
p
型晶体管
(311b)。5.
根据权利要求4所述的数模电压转换器，其中：所述第一跨导体的栅极端被布置用于接收所述输入电压，并且所述第一跨导体的漏极端耦合到所述第一电阻器串的所述第一端；并且所述第二跨导体的栅极端被布置用于接收所述输入电压，并且所述第二跨导体的漏极端耦合到所述第二电阻器串的所述第一端
。6.
根据权利要求5所述的数模电压转换器，包括：第一参考电压缓冲器
(301)
，包括电压放大器
(302)
和所述第一跨导体，其中所述电压放大器被布置用于接收第一参考电压作为输入，其中所述电压放大器的输出端耦合到所述第一跨导体的所述栅极端，以向所述第一跨导体提供所述输入电压
。7.
根据权利要求5或6所述的数模电压转换器，包括：第二参考电压缓冲器
(303)
，其被布置用于接收第二参考电压作为输入，其中所述第二参考电压缓冲器的输出端耦合到所述第一电阻器串的所述第二端
。8.
根据权利要求2或3所述的数模电压转换器，其中，所述第一跨导体包括
n
型晶体管
(313a)
，并且所述第二跨导体包括
n
型晶体管
(313b)。9.
根据权利要求8所述的数模电压转换器，其中：所述第一跨导体的栅极端被布置用于接收所述输入电压，并且所述第一跨导体的漏极
端耦合到所述第一电阻器串的所述第二端；并且所述第二跨导体的栅极端被布置用...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：ams，
类型：发明
国别省市：