[发明专利]具有输出阻抗补偿辅助差分晶体管的数模转换器电流单元

说明书

【技术领域】

本发明涉及电流单元（current-cell）数模转换器（DAC），特别涉及其阻抗不取决于数字码（digital code）的电流单元。

【背景技术】

很多应用都使用转换器，如数模转换器（DAC）。在诸如工业、医学、汽车、和消费领域的应用里，往往需要使用高速且高分辨率的DAC。

电流单元DAC中有多个电流单元，它们通过一个数字码来接通或断开电流。这些电流汇总后产生一个组合模拟电流，其即是该数字码的模拟表示。该组合模拟电流经过一个电阻器后就被转换成一个模拟电压。

温度计码DAC总共有2^N-1个电流单元，每个电流单元产生相同的电流。二进制加权DAC中的电流单元，其电流是每个后续电流单元的双倍。混合型DAC有一些二进制加权电流单元诸如用于最高有效位（MSB）和一些相同的电流单元诸如用于最低有效位（LSB）。

图1显示一个电流单元DAC。所有电流源31、32、33、…、35、36都有相同的电流I₀。一个数字输入被转换成温度计码S1、S2、S3、…、S(2^N-2)、S(2^N-1)以控制开关21、22、23、…、25、26。每个开关都让单元电流I₀要么切换到真输出OUT+要么切换到补输出OUT-。模拟电源电压AVDD和OUT-、OUT+之间的电阻器10、12产生模拟电压，该电压是从由温度计码表示的数字值而转换来的。

图2是DAC的频谱性能图。DAC输出的信号强度在基频F0处是最强的。信号强度在其他运行频率上较弱，但是在杂散频率（spur frequency）F1上则较高。基频上的信号强度14和杂散频率上的信号强度16之间的差值即是无杂散动态范围（SFDR）。对于性能较好的高速DAC来说，较大的SFDR是很重要的。

通常在基频的谐波上出现较大的杂散（spur），特别是二阶和三阶谐波上。较高输出阻抗的电流单元可以增加SFDR。

发明人已经认识到输出阻抗是随着将被转换的数字码的变化而变化的。与码相关的输出阻抗是谐波失真的一个原因，谐波失真会增加杂散信号强度，因此减小SFDR，而降低DAC的高速性能。

为改进DAC的高速性能即在谐波上有降低的杂散，DAC最好能有不随着数字码而变化的高输出阻抗。DAC最好是由具有与被转换的数字码无关的恒定输出阻抗的电流单元构成。

【附图说明】

图1显示一个电流单元DAC。

图2是DAC频谱性能图。

图3是一个理想化的具有均衡输出阻抗的电流单元DAC示意图。

图4显示一个具有辅助电流驱动器的电流单元，其输出阻抗在开（ON）和闭（OFF）状态时是相等的。

图5是用于DAC的一个具有均衡阻抗辅助结构的电流单元的NMOS实施。

图6是用于DAC的一个具有均衡阻抗辅助结构的电流单元的PMOS实施。

图7是一个标准电流单元和一个具有均衡阻抗辅助结构的电流单元的输出阻抗关于频率的函数图。

【发明详述】

本发明涉及改进的电流单元DAC。以下描述使本领域技术人员能够依照特定应用及其要求制作和使用在此提供的本发明。所属领域的技术人员将明了对优选实施例的各种修改，且本文所界定的一般原理可应用于其它实施例。因此，本发明不希望限于所展示和描述的特定实施例，而是应被赋予与本文所揭示的原理和新颖特征一致的最广范围。

图3是一个理想化的具有均衡输出阻抗的电流单元DAC示意图。一个数字值由一个温度计码值M来表示。M可以是从0到2^N-1的任一值。在此示意图中M将被转换成一个模拟电流。

电流源31、32、33、…、35、36都有相同的电流I₀。一个数字输入被转换成温度计码S1、S2、S3、…、S(2^N-2)、S(2^N-1)以控制开关21、22、23、…、25、26。每个开关都让单元电流I₀要么切换到真输出OUT+要么切换到补输出OUT-。可以添加电阻器（未显示）到模拟电源电压AVDD和OUT-、OUT+之间以产生模拟电压，该电压是从由温度计码M表示的数字值而转换来的。

切换到真输出OUT+上的总电流是M*I₀。切换到补输出OUT-上的总电流是(2^N-1-M)*I₀。