[发明专利]数模转换器

说明书

技术领域

本申请涉及集成电路设计技术领域，特别是涉及一种数模转换器，用以将数字输入代码转换成模拟信号输出。

背景技术

随着数字技术，特别是计算机技术的飞速发展与普及，在现代控制、通信及检测等领域，为了提高系统的性能指标，对信号的处理广泛采用了数字计算机技术。由于系统的实际对象往往都是一些模拟量(如温度、压力、位移、图像等)，要使计算机或数字仪表能识别、处理这些信号，必须首先将这些模拟信号转换成数字信号；而经计算机分析、处理后输出的数字量也往往需要将其转换为相应模拟信号才能为执行机构所接受。这样，就需要一种能在模拟信号与数字信号之间起桥梁作用的电路--模数和数模转换器。

数模转换器的原理在于：数字量是用代码按数位组合起来表示的，对于有权码，每位代码都有一定的位权。为了将数字量转换成模拟量，必须将每1位的代码按其位权的大小转换成相应的模拟量，然后将这些模拟量相加，即可得到与数字量成正比的总模拟量，从而实现了数字-模拟转换。

n位数模转换器的方框图如图1所示。数模转换器由数码寄存器、模拟电子开关电路、解码网络、求和电路及基准电压几部分组成。数字量以串行或并行方式输入、存储于数码寄存器中，数字寄存器输出的各位数码，分别控制对应位的模拟电子开关，使数码为1的位在位权网络上产生与其权值成正比的电流值，再由求和电路将各种权值相加，即得到数字量对应的模拟量。

按解码网络结构不同，数模转换器有倒T形电阻网络数模转换器、T形电阻网络数模转换器和权电流数模转换器等。

倒T形电阻网络数模转换器中的模拟开关，存在导通电阻和导通电压，它们的存在无疑会引起求和电流的误差。为进一步提高数模转换器的精度可采用全电流型数模转换器。

N位权电流数模转换器的传统电路10如图2所示。图中，具有电流负反馈的NMOS管组成恒流源电路。

N位权电流数模转换器的传统电路10包括：基准电流源，用以提供基准电流I_ref；基准电压源，用以提供基准电压V_ref，基准电压源连接于电源电压VDD；基准晶体管M_b，连接于基准电流源；N个NMOS晶体管(M_N-1、M_N-2、.........M₂、M₁)，与基准晶体管M_b构成镜像电流源阵列；N个开关装置15，分别与对应的NMOS晶体管连接，每个开关装置根据数字输入代码b₀、b₁.........b_N-2、b_N-1把与它连接的NMOS晶体管的电流输出至求和电路13；求和电路13由第一运算放大器131和电阻132构成；第二运算放大器14，基准晶体管M_b连接在第二运算放大器14的同相输入端和输出端之间构成负反馈，第二运算放大器的同相输入端与第一运算放大器13的同相输入端共接后连接基准电压源。

第二运算放大器14为所有的NMOS晶体管提供了一个相同的栅源极电压：

V_A＝V_-V_o＝V_ref-V_o    (1)

M_b、M_N-1、M_N-2、.........M₂、M₁组成的是镜像电流源阵列，输入n位数字信号(b₀、b₁、.........b_N-2、b_N-1)控制相应的开关装置15。由图中可以得出

V_out＝R(b_N-1I+b_N-22I+......b₀2^N-1I)+V_ref    (2)

对于数模转换器来说，输出线性范围是很重要的一个技术参量。由公式(2)可以看出，图2所示的数模转换器的输出线性范围在参考电压V_ref和电源电压VDD之间，由于电源电压VDD受工艺控制无法改变，因此要提高数模转换器的线性范围，就必须降低参考电压V_ref。

晶体管的删源极电压必须要大于阀值电压V_th，由公式(1)可得，