[发明专利]电流舵型数模转换器高位电流源单元开关解码电路及方法

说明书

技术领域

本发明属于电流舵型数模转换器(Current steering DAC)领域，具体涉及一种电流舵型数模转换器高位电流源单元开关解码电路及方法。

背景技术

高速高精度电流舵型数模转换器(数模转换器简称DAC)，由于其在工艺要求、芯片面积、功耗和速度方面的巨大优势，近年来取得了较快的发展。以标准深亚微米CMOS工艺为基础，目前精度覆盖8～16位，速度高达1GHz，以该结构为基础的单一转换器芯片或作为IP集成于SOC芯片在通信、工业、医疗成像和国防领域都得到广泛的应用。在高速时钟速率，高频输入信号的应用中，SFDR这个动态指标异常的重要。传统的固定开关顺序由于会引入电流源单元匹配误差带来的谐波，该方法已经不能满足要求了。

经典的电流舵型数模转换器系统如图1至图3所示(为了简化绘图和说明,以12bit单端电流输出数模转换器为例子，实际应用中会出现8～16位及差分电流输出的情况，但基本原理一致)，图1是一种最简单的实现方式,用2进制的方法控制电流源单元。D11～D0是输入的12位数字信号，D0为最低位，D11为最高位，用这些数字输入的高低电平控制12个电流源单元I0～I11的电流输出与否。高电平闭合电流源单元下面的开关，使其电流流向输出口，反之低电平使电流源单元下面的开关断开，电流不流向输出口。I0的电流为最小的电流I(1个LSB),I1的电流为2I,I2的电流为2²I,以此类推,I11的电流为2¹¹I。这些电流源单元的电流输出之和为数模转换器总的输出电流IOUT，输出电流流过电阻R，转换成电压，比如通讯上常用的50Ω，视频上常用的75Ω。然而这种简单的实现方式，使静态性能的一个重要指标-微分非线性误差(DNL)非常的差，在高精度应用中不能接受。尤其是DAC输入码从011111111111，变为100000000000时，D11控制的2¹¹I打开(电流源单元打开,即电流源单元的电流流向输出端,下同)，D10～D0控制的1023I关闭，也就是说有1023个基本电流源I输出发生了改变，这些电流源的匹配误差被最大化，导致DNL很差。图2是另一种实现方式，用温度计码(thermometer code)控制所有电流源单元。D11～D0经过解码控制SW0～SW4094共4095个开关来控制2¹²-1个电流值均为I的电流源单元。输入码增大1，就多打开一个基本电流源I。当DAC输入码从011111111111，变为100000000000时，已打开的电流源不变，只是多增加打开一个电流源单元，这种方法可以使数模转换器有很好的DNL。但是电流源个数太多，当精度越高,则电流源单元个数越多，解码，连线会很复杂，占用大量芯片面积。解码的复杂性导致工作的速率降低。