[发明专利]一种R-2R梯形网络架构的数模转换器

说明书

本发明公开了一种R‑2R梯形网络架构的数模转换器，该数模转换器为由串联的第一开关和第一电阻、与串联的第二开关和第二电阻组成的R‑2R梯形网络结构，数模转换器的每一位串联的第一开关的导通阻抗与第一电阻的阻抗之和，为第二开关的导通阻抗与第二电阻的阻抗之和的一半，以使经过每一位支路的电流为经过相邻的高一位支路的电流的一半。

技术领域

本发明涉及电路设计技术领域，更具体地，涉及一种R-2R梯形网络架构的数模转换器。

背景技术

在今日的通讯、计算机系统、电子产品及高画质电视的应用中，高速数字模拟转换器(Digital to Analog converter，DAC)有着非常重要的功能及地位，它的功能是将数字编码精准地转换为模拟讯号，其性能往往决定了终端商品的优劣。

DAC有很多不同种类的架构，其中R-2R阶梯网络架构的数字模拟转换器是很常见且简单的一种架构。但是，传统R-2R阶梯网络架构的数字模拟转换器存在一个很大的缺点，就是开关的导通阻抗要随着位数的增加而减少，每增加一位需减少原本一半阻抗，以维持R-2R阶梯网络架构的电阻比例。而在集成电路的制作上，开关通常使用NMOS管来制作，而如果使得开关的导通阻抗减半，就必须将并联的NMOS管的数量加倍。

图1a为现有的9位的R-2R阶梯网络架构的数模转换器的电路示意图，图1b为图1a中数模转换器的等效电路示意图，图1a中的M表示对应位并联的NMOS管的数量。图1a和图1b中所标识的R和2R为对应电阻的阻抗，b0～b8分别为9位数字信号的输入位，r为每个NMOS管的导通阻抗，VIN为数模转换器的电源端，VDD为数模转换器的参考电压输入端，IOUT为数模转换器的电流输出端。

根据图1a和图1b可以看出，在9位的R-2R阶梯网络架构的数模转换器中总共需要256颗NMOS管，来维持R-2R阶梯网络架构的电阻比例。

如果数字模拟转换器中的NMOS的数量太多，不仅会使得电路面积变大，还会导致其寄生电容非常大，对于开关切换时的瞬时响应会有非常大的RC时间常数，导致整个电路的操作速度将严重降低，并且会有大的噪声(glitch)产生，影响电路的动态效能。此外，随着R-2R阶梯网络架构位数的增加，NMOS管的数量也必须一直以2的次方倍增，使每位的NMOS管的开关匹配越来越难实现，让制程偏移造成的不匹配的问题越来越严重，使得DNL(Differential Nonlinearity，差分非线性)变差。

发明内容

本发明实施例的一个目的是提供一种R-2R梯形网络架构的数模转换器的新的技术方案。

根据本发明的第一方面，提供了一种R-2R梯形网络架构的数模转换器，所述数模转换器为由串联的第一开关和第一电阻、与串联的第二开关和第二电阻组成的R-2R梯形网络结构，所述数模转换器的每一位串联的第一开关的导通阻抗与第一电阻的阻抗之和，为第二开关的导通阻抗与第二电阻的阻抗之和的一半，以使经过每一位支路的电流为经过相邻的高一位支路的电流的一半。

可选的，所述R-2R梯形网络结构中，每一位的第二开关和第二电阻的串联支路与相邻的低一位的支路并联。

可选的，所述第一电阻的阻抗是所述第二电阻的阻抗的一半，且所述第一开关的导通阻抗为所述第二开关的导通阻抗的一半。

可选的，所述R-2R梯形网络结构中还包括由第三开关和第三电阻组成的串联支路，所述串联支路与最低位的第二开关和第二电阻并联连接，其中，所述第三开关的导通阻抗和所述第三电阻的阻抗之和，与最低位的第二开关的导通阻抗和第二电阻的阻抗之和相等。

可选的，所述第三电阻的阻抗和最低位的第二电阻的阻抗相等，所述第三开关的阻抗和最低位的第二开关的阻抗相等。

可选的，所述第一开关的控制端、及所述第三开关的控制端均与所述数模转换器的基准电压输入端连接。