[发明专利]基于对偶权电阻链的ADC和DAC

说明书

技术领域：本发明是模数转换器和数模转转器范畴(以下，本文将模数转换器简称为ADC，数模转转器简称为DAC)，属于数字通信、数码器件类、电子产品类。 

背景技术：ADC和DAC应用于数字通信、雷达、数码产品等，现已有多种ADC和DAC，但都存在很多不足。 

关于DAC有不少的方法，如：R-2R、权电阻、恒流源等方法，然而其基本原理就只一个：令基本单位电流为I₀，将数字信号变成不同的权电流(2⁰I₀，2¹I₀，2²I₀，2³I₀，…)，然后再叠加并经过运算放大器转换成模拟电压信号。这种原理有两大缺点：①、所需电流很大，以10位DAC为例，那么最大总电流为I₀＊2¹⁰＝1024＊I₀，对3G手机等移动通信工具而言，耗电大得让人受不了；②、使电流达到很高的精度困难很大、结构复杂。 

可否直接将数字信号转换成模拟电压信号，而不要转换成权电流这个中间环节呢？迄今还没有看到过这样的“直接转换法”，本文提出的对偶权电阻链式DAC(以下简称”对偶式DAC”)是一种“直接转换法”。通过权电阻链的分压关系，直接将数字信号转换成模拟电压信号，而不要转换成权电流的中间环节，所以，电流仅需当前DAC的电流的1/2^N；同时转换精度是取决于电阻的精度，而提高电阻的精度比提高权电流精度容易得多。 

主流ADC工作原理有三大类：并行式ADC(高速)、逐次逼近式ADC(中速)、双积分式ADC(低速)，还有一些在此基础上结构的变化，如两步式、流水式、折叠式、内插式等，都存在着转换速度与器件量、能耗之间的矛盾。 

本发明的目的是解决ADC和DAC的器件量、能耗与转换速度之间的矛盾。 

名词定义：器件量——组成ADC和DAC电子器件数量。ADC和DAC由很多的电子器件组成，目前常用“芯片面积大小”来描述器件的多少，这不合理，因为同一个电路，用100nm的技术和35nm的技术制造，其芯片面积不一样大，而器件量相同；拍——时钟CP的一个脉冲称为—个“时钟周期”，本文简称为“一拍”；一个采样转换周期(多拍)称为一大拍；采样保持器简称采保器，采样保持以下简称采保，一个采保周期分为采样瞬间和保持期； 

发明申请内容：本发明是一种基于对偶权电阻链的DAC和ADC，其特征是：包含对偶权电阻链；对电路的工作原理解释以及专有名词和专用符号定义如下： 

●位数都是指二进制位数，对于多级转换而言，n_α、n_β、n_γ、n_δ分别为第α、β、γ、δ级的位数，N为对偶链式ADC或对偶链式DAC总位数； 

●全文的j通配从N-1至0的任意整数二进制位，D_j为第j位的值，如1_j表示第j位等于1； 

●寄生电阻r——理想数字开关S_j的导通电阻r＝0，实际上r是有数十欧的，是一个难以回避的电阻，命名为寄生电阻r；V_r表示由r产生的压降，主副电阻链各有N个r，主链总寄生电压符号为V_Nr，表示由N个r产生的压降，即V_Nr＝V_N*r＝N*V_r；都称为寄生电压； 

●净权电阻——电阻阻值简称电阻，电阻链中基准电阻为 副电阻链中基准电阻为 令 表示主电阻链中第j位的净权电阻； 表示副电阻链中第j位的净权电阻； 为第0位即最小权净电阻； 

●V_M、 Δ——V_M为ADC满量程电压，Δ为均匀量化单位，也是最小电压砝码单位，对偶链的电压采用均匀量化方式，一个N位对偶链，有2^N-1个均匀量化单位Δ，Δ＝V_M/(2^N-1)；对偶链中电流为固定值I， 为最小净权电压，