[发明专利]超高精度R-2R电阻网络开关阵列

说明书

超高精度R‑2R电阻网络开关阵列，涉及集成电路。本发明包括参考高电平接入线、参考低电平接入线、电压输出线、零位开关组和至少两个开关单元，每一开关单元包括第二电阻和由两个并联的MOS管组成的第一开关管组，每一开关单元还包括第二开关管组，第二开关管组亦由两个并联的MOS管组成，第二开关管组的并联连接点连接至第一开关管组的并联连接点；所述开关单元按照所在权重位分为低位段开关单元和高位段开关单元。本发明能够实现更高位的精度要求。

技术领域

本发明涉及集成电路，特别涉及16位及以上超高精度电压R-2R型D/A转换器类电路。

背景技术

R-2R电阻网络型DAC为目前主流高精度D/A转换器的经典设计方案，其核心单元为R-2R电阻网络、采样电平切换开关阵列以及控制逻辑等单元。其电阻网络以及开关阵列的等效电阻匹配精度为影响整体DAC转换线性性能的核心单元。

针对16位超高精度电阻型DAC，为保证R-2R电阻网络满足16位精度要求，需同时要求电阻阵列和开关阵列均达到16位或更高精度的匹配要求。通常针对电阻阵列而言，可通过加入校准措施等方案进行超高精度设计，目前针对电阻阵列的成熟校准措施较多；但针对开关阵列，校准措施较难，故本发明，介绍了一种适合超高精度的开关阵列设计方案。

本发明中，后续为方便理解以及叙述，部分内容中开关采用其等效电阻模型进行描述，且R-2R电阻网络均采用双端基准信号输入，单端模拟信号输出的形式。

为保证R-2R电阻阵列的高线性度要求，经典电压输出型R-2R电阻转换网络如图1所示。

实际应用电路中，为增加V_REFH和V_REFL的电流驱动能力，通常这两个电压均由缓冲器单元直接驱动，其典型应用图如图2所示。

本发明中，后续内容在无特殊说明时，均设V_REFH-V_REFL＝V_REF，设M＝01、02、···、N。所有MOS管均为NMOS管，其S端默认与衬底B端短路(如图1所示)。

如图2所示的经典R-2R电阻网络中，在正常转换过程中，同一组开关S_M中，S_M1和S_M2同时仅一个开关导通，此时另外一个开关一定处于关闭状态。

若S_M1开关导通时，V_M处电压记为V_M1，导通支路满足如下关系：

V_M1＝V_REFH+△V_M1

此时V_M1对V_OUT端的电压贡献量为：

(V_M1-V_REFL)/2^M＝(V_REF+△V_M1)/2^M  (1)

若S_M2开关导通时，V_M处电压记为V_M2，导通支路满足如下关系：

V_M2＝V_REFL+△V_M2

此时V_M2对V_OUT端的电压贡献量为：

(V_M2-V_REFL)/2^M＝△V_M2/2^M  (2)