[发明专利]电流舵型数模转换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种电流舵型数模转换器，尤其涉及一种能抑制系统的非线性失真和抑制系统引入的噪声的电流舵型数模转换器。

背景技术

在视频信号处理和通讯系统中，高速高精度的数模转换器是极其重要的模块之一。电流舵型数模转换器(Current Steering Digital to Analog Converter)基于匹配度非常高的电流源阵列，可以直接驱动阻性负载，响应速度明显优于电压型数模转换器，所以得到了广泛的应用。

数模转换器的评价指标可分为静态和动态两种。静态指标包括：积分非线性、微分非线性、增益误差和失调电压等，静态指标主要取决于单位电流源的面积和相互之间的匹配程度。动态特性包括：信噪比、总谐波失真、无杂散动态范围和信号噪声失真比等，动态特性主要取决于电路的线性度和所引入的噪声。

图1为现有技术的一电流舵型数模转换器的结构示意图，如图1所示，此电流舵型数模转换器包括解码器101、电流源阵列102、电流开关阵列103和负载电阻R₁、R₂。数字输入一般为二进制编码，如果直接用它们去控制电流源，则会在转换过程中产生非常大的毛刺(glitch)。所以，数模转换的第一步一般都是把二进制编码转换成容易控制的编码形式，比如温度计编码(thermometer code)。n位的二进制编码d₁～d_n经过解码器101后变成了m位数据t₁～t_m，t₁～t_m可能是一种编码形式，也可能是分段地包含一种或多种编码形式。对应于m位的解码器输出，电流开关阵列也包含m对差分开关以控制m组电流源，每一对差分开关都是由两个PMOS晶体管组成，它们的源极共同接到电流源的输出端，漏极分别接到对应的输出节点V_OUTN和V_OUTP，栅极分别接到由t₁～t_m产生的互补控制信号Q_P1～Q_Pm和Q_N1～Q_Nm。m组电流源a₁·I_CELL～a_m·I_CELL也是按照每位数据所占权重进行划分的，这些电流最后分成两组流过电阻R₁和R₂，产生输出电压V_OUTP和V_OUTN。

V_OUTN和V_OUTP可以作为差分输出端，用来减小共模的各种误差，这时要求R₁和R₂的阻值相同；也可以单独使用其中一个作单端输出，这时不用的一端可直接接地。

在上述的电流舵型数模转换器中，当开关晶体管P_m1或P_m2打开时，它们的栅极电压等于地电压GND，当输出端的电压高于PMOS晶体管的阈值电压绝对值|V_TP|时，开关晶体管P_m1或P_m2就进入了线性区，电流源将会受到输出点电压变化的影响，如果这点电压太高还可能导致电流源进入线性区，严重影响系统的动态性能。

图2为现有技术的又一电流舵型数模转换器的结构示意图，如图2所示，针对以上电流舵型数模转换器的不足，美国专利号为US6,369,734的专利公开了一种增加电流舵型数模转换器线性度与降低噪声的方法。此电流舵型数模转换器为一种单端输出的电流舵型数模转换器，晶体管402用来产生电流，晶体管404和晶体管406构成差分的电流开关，晶体管404和晶体管406的栅极接到一对互补的控制信号，偏压电路430用来产生电压Va，电压Va由电阻R418和R416对电源Vdd分压后经过电压缓冲器414产生。非门驱动器408和非门驱动器410的正端接到Vdd，负端接到Va。图3为图2中电流开关的控制信号示意图，如图3所示，晶体管404和晶体管406的栅极控制信号的低压为Va，如果合理设计Va，就可以保证任何状态下晶体管404和晶体管406都处在饱和状态，所以在一定程度上提高了系统的线性度。