[发明专利]耐高压的电流舵数模转换器及芯片

说明书

本发明公开了耐高压的电流舵数模转换器及芯片，涉及数模转换器技术领域。所述电流舵数模转换器，包括电流源矩阵模块，电流源矩阵模块用于将输入的差分控制信号转换成相应的模拟输出信号；电流源矩阵模块包含保护器件，保护器件串联在电流源器件上进行分压，同时通过偏置电压产生电路的支路为各保护器件提供所需偏置电压；如此，当电源电压较高时，通过配置保护器件和偏置电压，可以在正常工作模式和关断模式下都对各器件进行保护。本发明有效解决了器件的超压问题，提高了器件使用寿命，尤其适合于需要使用普通低耐压器件设计实现耐高电源电压的数模转换器的应用场景，降低了生产成本，提高了芯片制造工艺选择的灵活性。

技术领域

本发明涉及数模转换器技术领域，尤其涉及一种耐高压的电流舵数模转换器及芯片。

背景技术

高速高精度的数模转换器(Digital to Analog Converters，简称DAC)是视频信号处理和通讯系统中的重要模块。其中，电流舵数模转换器（Current Steering Digitalto Analog Converter, 简称CSDAC）基于高匹配的电流镜阵列，能够直接驱动负载电阻，实现高速度数模转换，不需要额外的电压缓冲器，相较于其他数模转换器有着明显的速度优势，因此得到了广泛应用。以电流舵数模转换器在视频信号处理芯片中的应用为例，VGA（Video Graphics Array）和CVBS（Composite Video Broadcast Signal）视频信号经数字电路（通常采用具有抗干扰能力的数字电路）运算处理后，再通过高速的电流舵数模转换器将数字信号转换成模拟信号。

电流舵数模转换器的结构较为简单，通常由二进制电流源或者电流源矩阵，再加上二进制数控制的电流开关（对应二进制编码方式）或者经过译码器电路转成的温度计码控制器（对应温度计编码方式）构成。为了提高电流源的匹配特性，通常采用单位电流源阵列代替二进制电流源，即采用温度计编码DAC结构，温度计编码DAC结构是利用一定数目的等值权重元件，将二进制输入转换成温度计编码方式，由温度计编码输出控制电流开关，实现数模转换。参见图1所示，示例了温度计编码DAC的典型结构，可以包括译码电路、锁存器、驱动电路和电流源矩阵模块，该电路的工作过程如下：译码电路接收数字电路输出的（N+1）位比特（bit）的二进制码信号DIN[N:0]，并将二进制码信号转换成（M+1）位比特的温度计码信号DT[M:0]，再经由锁存器和驱动电路处理后，输出差分的控制信号DP_BUF[M:0]和DN_BUF[M:0]至电流源矩阵模块（采用差分结构可以减小共模噪声对输出模拟信号的干扰），电流源矩阵模块输出转换后的模拟信号DAC_OUTP和DAC_OUTN。其中，电流源矩阵模块是数字信号到模拟信号转换的核心器件，电流源矩阵由多个相同的子单元组成，对应图1中的差分控制信号DP_BUF[M:0]和DN_BUF[M:0]，所述电流源矩阵由M+1个完全相同的子单元组成。子单元的典型结构可以参见图2所示：每个子单元由1个电流源I0和2个开关SW0、SW1组成，开关SW0、SW1分别受信号DP_BUF和DN_BUF控制，DP_BUF和DN_BUF是一组差分信号；开关SW0一端接电流源的输出，另外一端接输出DAC_OUTP；开关SW1一端接电流源的输出，另外一端接DAC_OUTN。DP_BUF为高电平、DN_BUF为低电平时，开关SW0闭合，开关SW1断开，电流源I0输出电流至DAC_OUTP端；DP_BUF为低电平、DN_BUF为高电平时，开关SW0断开，开关SW1闭合，电流源I0输出电流至DAC_OUTN端。

在视频信号处理芯片输出和终端设备之间，除了负载电阻、连接线之外，通常还需要考虑降低电磁干扰以及电子浪涌的问题。为了降低电磁干扰和防护电子浪涌，在传统的低成本设计中，串联电阻通常会被使用。然而，串联电阻的使用，对电流舵数模转换器的输出幅度提出了更高的要求（即需要电流舵数模转换器的输出幅度更大），比如需要的输出幅度可能达到2V（伏）及以上。