專利名稱：用于電流舵數(shù)模轉換器的高匹配電流源布局的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用于電流舵數(shù)模轉換器的高匹配電流源布
局；本實用新型還涉及一種分段式電流舵模數(shù)轉換器的溫度計型電流
源陣列布局。
背景技術：
由于數(shù)字技術所具有強抗干擾能力、高穩(wěn)定性、高度集成化、以 及靈活、可移植的特點日益突出，使得采用數(shù)字信號處理能夠方便的 實現(xiàn)各種先進的自適應數(shù)字算法，進而完成模擬電路無法實現(xiàn)的功能， 因此，越來越多的模擬信號處理正在被數(shù)字技術所取代。然而，現(xiàn)實 的世界是一個模擬信號的世界，這就需要將經(jīng)過處理的數(shù)字信號還原 為現(xiàn)實世界的模擬信號，這種轉換過程稱作數(shù)模轉換(DAC)。數(shù)模轉 換器是數(shù)字信號和模擬信號的重要接口 。
傳統(tǒng)的電壓分配或電荷分配DAC，在輸出端都需要電流/電壓轉換 的放大器，從而限制了 DAC的速度與精度，并且傳統(tǒng)的電流分配DAC 中，需要用一個很大的器件來分配電流，同樣占用很大的面積。而電 流舵結構DAC，由于在輸出端不需要電流/電壓轉換放大器，使DAC的 轉換速率以及精度得到很大提高。速度、精度、功耗和芯片面積是DAC 設計中的4個重要約束條件。
由于電流舵型數(shù)模轉換器直接輸出電流，不需要額外的輸出級做 電流/電壓轉換，且其內部沒有大的電容性結點做充放電動作，所以， 在高速、高精度的應用領域(如寬帶系統(tǒng)通信系統(tǒng)，由于頻域特性比靜態(tài)特性更為重要，而電流舵數(shù)模轉換器可以實現(xiàn)較好的頻域特性)，
電流舵機構的DAC被廣泛采用。
電流航DAC的結構主要由數(shù)字輸入的編碼方式?jīng)Q定，根據(jù)編碼方 式的不同，可分為二進制編碼DAC，溫度計編碼DAC，直接編碼DAC， 混合編碼DAC等機構。其中二進制編碼的DAC結構指利用一定數(shù)量 的二進制權重器件(如電流源、電阻、電容)實現(xiàn)數(shù)/模轉換；溫度計 編碼的DAC結構是利用一定數(shù)目的等值權重元件(電流源)，將二進制 輸入轉換成溫度計編碼方式，有溫度計編碼輸出直接控制電流開關， 實現(xiàn)DA轉換;直接編碼的DAC結構是根據(jù)數(shù)字輸入碼直接編碼后產(chǎn)生 不同的輸出幅值；而由于上述各種高速DAC有不同的優(yōu)點和缺點，所 以結合多種編碼方式實現(xiàn)的混合編碼DAC具有較好的綜合性能，所以， 現(xiàn)在對于高精度的DAC,最常用的結構就是混合編碼的電流舵結構 DAC,這種DAC不僅能夠達到4艮高的精度，而且能夠有效的減少芯片面 積。例如，DAC的低字位，電流權重小，輸出的毛刺能量較小，所以 采用二進制編碼的方式，DAC的高字位，權重較大，如果釆用二進制 編碼，輸出毛刺將會很大，所以一般采用溫度計編碼方式，這種結構， 也稱為分段式電流舵結構。
如圖1所示的電流舵型數(shù)模轉換器的原理圖，電流舵型數(shù)模轉換
器基于一ia相互匹配的電流源ij ( j-o，i，…n-i， N為整數(shù))，這組電^泉源
可以是一元權重電流源，或是二進制加權電流源。根據(jù)數(shù)字信號的大 小，相應的電流源開啟，輸出電流到輸出端。4氐位電流源為二進制加
權，根據(jù)低位數(shù)字信號對應開啟；高位電流源為一元權重電流源，即 溫度計型電流源，根據(jù)高位數(shù)字信號的值由低位到高位開啟相應數(shù)目。由于電流源是數(shù)字信號到模擬信號轉換的核心器件，因此，電流源的 精度是數(shù)模轉換器中的一個關鍵問題。在電流源陣列版圖中，由于工 藝誤差的存在，不同位置的電流源之間會產(chǎn)生失配誤差，使轉換器的 精度降低。隨著對數(shù)模轉換器精度要求的不斷提高，由電流源失配所 帶來的影響也越來越大。為了得到高精度的數(shù)模轉換器，必須對傳統(tǒng) 的電流源布局進行改進。
實用新型內容
本實用新型的目的在于提供一種用于電流舵數(shù)模轉換器的高匹配
電流源布局；本實用新型的另一個目的在于提供一種分段式電流舵模 數(shù)轉換器的溫度計型電流源陣列布局。
為了達到上述目的，本實用新型所采用的技術方案是
一種用于電流舵數(shù)模轉換器的高匹配電流源布局，它包括由n-l個 (n = 0，l，2，3...)溫度計型電流源組成的電流源陣列，電流源陣列排布成 m個(m = 0,l，2,3...)子陣列，電流源陣列的子陳列關于整體陣列版圖的 X軸和y軸對稱，并且，在每個細分的象限內，子陣列具有關于該象 限的x'軸和/軸對稱的軸對稱排布結構。
一種分段式電流舵模數(shù)轉換器的溫度計型電流源陣列布局，電流 源陣列由n-l個(n = 0，l，2，3..)溫度計型電流源組成，電流源陣列排布 成m個(m = 0，l，2，3...)子陣列，電流源陣列的所述的子陳列關于整體陣 列版圖的X軸和y軸對稱，并且，在每個細分的象限內，子陣列具有 關于該象限的x'軸和/軸對稱的軸對稱排布結構。
由于上述技術方案的采用采用，本實用新型與現(xiàn)有技術相比，具 有以下優(yōu)點電流源陣列采用多中心對稱結構，可以抑制奇次工藝誤差，并減 小偶次誤差。這種排布具有子陣列面小、區(qū)域內工藝誤差變化很小的 特點，使得所有的電流源受到幾乎形同的工藝誤差影響，大大的提高 了電流源之間的匹配和數(shù)模轉換器的精度。

圖1為電流舵型數(shù)模轉換器的原理圖2為一個電流源在電流源陣列中的3種不同實現(xiàn)的示意圖； 圖3本實用新型電流源陣列排布示意圖； 圖4為本實用新型一個電流源子陣列中電流源的布局圖； 其中1、電流源陣列；11、子陣列；12、溫度計型電流源；121、
子電流源。
具體實施方式
下面以采用TSMC 0. 18 um工藝、電源電壓為1. 8V的6-6分段電 流舵數(shù)模轉換器的溫度計型電流源布局為例，對本實用新型進行具體 說明。每個溫度計型電流源12由26 ( km = 26 )個子電流源121并聯(lián)構 成，在陣列版圖布局中，分散在32 ( m = 32，L = 2)個子陣列11中，每 個子陣列分布2個子電流源121,即k-2。
如圖2所示，以電流源陣列1陣列版圖布局的中心為原點O,與
工藝及熱變化相關的誤差被近似表達為泰勒表達式
ith一,tech, (x，y) = b。 + btx + b2y + b3xy + b4x2 +b5y2-. ( 1 )
其中，(x,y)是子電流源121在陣列版圖布局的坐標。
陣列的空間分布中包含線性和二階誤差(忽略高階誤差)，設一 階和二階的空間誤差為^&y)和^tey),如果每個電流源12不拆分，如圖2 (a)所示，則剩余誤差為
sres(x，y) = 0，y) + Oy) (2)
如果每個電流源12被拆分成4個子電流源121并聯(lián)，并且分布在 4個對稱的位置上，如圖2(b)所示，相當于對每個電流源12的誤差 做空間均分。當電流源12晶體管相對于x軸和y軸呈對稱設置時，一 階的線性誤差將被抵消掉，然而，二階誤差仍然存在
s""x,y)=《)(y) ( 3)
為了抑制二階誤差，電流源12必須被拆分為更多的子模塊。如果 將電流源分為16個子電流源121并聯(lián)，且相對于陣列空間的x軸和y 軸對稱的分布在不同位置，如圖2(c)所示，則剩余誤差在x方向變 為原來的i,在y方向變?yōu)樵瓉淼膇,即
4 8
由上述式(2) ~ (4)，可以得出，將電流源12拆分的越多，分 布的越分散，剩余誤差越小，電流源之間的匹配度越高。
如圖3所示的用于電流舵數(shù)模轉換器的高匹配電流源布局，它包 括由n-l個(n = i，2，3...)溫度計型電流源12組成的電流源陣列1,這里 n-64，電流源陣列l(wèi)排布成m個(m = i，2,3...)子陣列11， m=32,電流 源陣列1的子陳列11關于整體陣列版圖的x軸和y軸對稱，并且，在 每個細分的象限內，子陣列11具有關于該象限的？軸和y'軸對稱的軸 對稱排布結構。
具體的，假定通過電流源陣列1所在的陣列版圖的中心原點O的 兩條相互垂直的直線分別為x軸和y軸，經(jīng)過一次細分，x軸、y軸將 電流源陣列1所在區(qū)域版圖分割成四個象限1，11，111，1^, 32個子陣列11分別關于x軸、y軸對稱設置；在上述基礎上，假設象限lL是對電流 源陣列1區(qū)域版圖的一個L次細分象限，假定通過象限In的象限中心 原點的兩條相互垂直的直線分別為所述的象限Iw的x'軸和/軸，位于 象限^中的^個(^21)子陣列11分別關于x'軸和/軸對稱設置。 在本實施例中，L=2,即，對電流源陣列1區(qū)域版圖進行兩次細分， 第一次細分形成四個區(qū)域，即，四個象限1，11，111，1^，每個象限各8個 子陣列，進而，經(jīng)過第二次細分，將四象限wm，w中的每一個分成4 個區(qū)域，圖3中虛線所示，共形成16個區(qū)域，并且，對于四象限1，11，111，1^ 中的每一個，他所包含的8個子陣列關于該象限的x'軸和/軸對稱設置。
通過兩次，甚至更多次的將陣列版圖細分，并且在細分區(qū)域內排 布關于該區(qū)域的x軸和y軸對稱的子陣列，將每個細分區(qū)域的剩余誤 差降低到最小，這樣，經(jīng)過多層細分區(qū)域直至整塊陣列版圖，剩余誤 差也被降低至很小。
n-l個溫度計型電流源12中的每一個由km個(k-l,2，3…)子電流 源121并聯(lián)組成，每個子陣列11中均設置有屬于每個溫度計型電流源 12中的k個子電流源121。在本實施例中，km-64，將分屬于每個溫度 計型電流源12的64個子電流源121分配排列在32個子陣列中，每 個子陣列朝'F放2個子電流源121。
如圖4所示，每個溫度計型電流源12上連接有一個獨立的控制開 關，控制開關控制km個子電流源121的開合，在每個子陣列11中， 由開啟次序相鄰近的控制開關控制的子電流源121相間隔設置。圖4 中，每個數(shù)字編號代表屬于一個溫度計型電流源12的兩個子電流源121，相鄰編號代表他們的控制開關相鄰近，在布局時，將相鄰近的開 關控制的溫度計型電流源12隔開，以防止由于處于同一象限區(qū)域，相 同極性的誤差發(fā)生累積。
如圖4所示，每個子陣列11中設置有一個用于消除線上壓降影響
的獨立偏置L,由外部輸入的參考電流，根據(jù)每一個子陣列11的U 值，形成對立的參考電流。
權利要求1、一種用于電流舵數(shù)模轉換器的高匹配電流源布局，它包括由n-1個(n＝1，2，3…)溫度計型電流源(12)組成的電流源陣列(1)，所述的電流源陣列(1)排布成m個(m＝1，2，3…)子陣列(11)，其特征在于所述的電流源陣列(1)的所述的子陳列(11)關于整體陣列版圖的x軸和y軸對稱，并且，在每個細分的象限內，所述的子陣列(11)具有關于該象限的x′軸和y′軸對稱的軸對稱排布結構。
2、 根據(jù)權利要求1所述的用于電流舵數(shù)模轉換器的高匹配電流 源布局，其特征在于假定通過所述的電流源陣列(1 )所在的陣列版圖的中心原點O的 兩條相互垂直的直線分別為x軸和y軸，經(jīng)過一次細分，所述的x 軸、y軸將所述的電流源陣列(1)區(qū)域版圖分割成四個象限 (I，II，III，VI )， m個所述的子陣列(11)分別關于所述的x軸、所述的 y軸對稱設置；在上述基礎上，假設象限(i,)是對所述的電流源陣列(1 )區(qū) 域版圖的一個L次細分象限，假定通過象限()的象限中心原點的兩條相互垂直的直線分別為所述的象限()的x'軸和/軸，位于所述的象限(iw )中的^r個(^21)所述的子陣列(11)分別關于所述的x'軸和/軸對稱設置。
3、 根據(jù)權利要求2所述的用于電流舵數(shù)模轉換器的高匹配電流 源布局，其特征在于n-i個所述的溫度計型電流源(12)中的每一 個由km個(k = l，2，3...)子電流源(121)并聯(lián)組成，每個所述的子陣 列(11)中均設置有屬于每個所述的溫度計型電流源(12)中的k個 子電流源(121 )。
4、 根據(jù)權利要求3所述的用于電流舵數(shù)模轉換器的高匹配電流 源布局，其特征在于每個所述的溫度計型電流源(12)上連接有一 個獨立的控制開關，所述的控制開關控制km個所述的子電流源(121 ) 的開合，在每個所述的子陣列(11)中，由開啟次序相鄰近的控制開 關控制的所述的子電流源(121)相間隔設置。
5、 根據(jù)權利要求3所述的用于電流舵數(shù)模轉換器的高匹配電流 源布局，其特征在于每個所述的子陣列(11)中設置有一個用于消 除線上壓降影響的獨立偏置(lref)。
6、 一種分段式電流舵模數(shù)轉換器的溫度計型電流源陣列(1 )布 局，所述的電流源陣列(1 )由n-l個(n = l,2，3...)溫度計型電流源(12 )組成，所述的電流源陣列(1 )排布成m個(m = l，2，3...)子陣列(11 )，其特征在于所述的電流源陣列(1)的所述的子陳列(11)關于整 體陣列版圖的x軸和y軸對稱，并且，在每個細分的象限內，所述的 子陣列(11)具有關于該象限的x'軸和/軸對稱的軸對稱排布結構。
7、 根據(jù)權利要求6所述的分段式電流舵模數(shù)轉換器的溫度計型 電流源陣列布局，其特征在于假定通過所述的電流源陣列(1 )所在的陣列版圖的中心原點O的 兩條相互垂直的直線分別為x軸和y軸，經(jīng)過一次細分，所述的x 軸、y軸將所述的電流源陣列(1)區(qū)域版圖分割成四個象限 (i，n,m,vi), m個所述的子陣列(11)分別關于所述的X軸、所述的y軸對稱設置；在上述基礎上，假設象限(i,)是對所述的電流源陣列(1)區(qū) 域版圖的一個L次細分象限，假定通過象限(I,.,)的象限中心原點的兩條相互垂直的直線分別為所述的象限(Iw )的x'軸和/軸，位于所述的象限()中的^r個(^21)所述的子陣列(11)分別關于所述的x'軸和/軸對稱設置。
8、 根據(jù)權利要求7所述的分段式電流舵模數(shù)轉換器的溫度計型 電流源陣列布局，其特征在于n-l個所述的溫度計型電流源(12) 中的每一個由km個(k = l，2，3..)子電流源(121)并聯(lián)組成，每個所 述的子陣列(11)中均設置有屬于每個所述的溫度計型電流源(12) 中的k個子電流源(121)。
9、 根據(jù)權利要求8所述的分段式電流舵模數(shù)轉換器的溫度計型 電流源陣列布局，其特征在于每個所述的溫度計型電流源(12)上 連接有一個獨立的控制開關，所述的控制開關控制km個所述的子電 流源(121)的開合，在每個所述的子陣列(11)中，由開啟次序相 鄰近的控制開關控制的所述的子電流源(121 )相間隔設置。
10、 根據(jù)權利要求8所述的分段式電流舵模數(shù)轉換器的溫度計型 電流源陣列布局，其特征在于每個所述的子陣列(11)中設置有一 個用于消除線上壓降影響的獨立偏置(Iref)。
專利摘要一種用于分段式電流舵數(shù)模轉換器的高匹配電流源布局，其中，溫度計型電流舵對數(shù)模轉換器的性能影響至關重要，它包括由n-1個(n＝0，1，2，3…)溫度計型電流源組成的電流源陣列，電流源陣列排布成m個(m＝0，1，2，3…)子陣列，電流源陣列的子陳列關于整體陣列版圖的x軸和y軸對稱，并且，在每個細分的象限內，子陣列具有關于該象限的x′軸和y′軸對稱的軸對稱排布結構。電流源陣列采用雙中心對稱結構，可以抑制奇次工藝誤差，并減小偶次誤差。這種排布具有子陣列面小、區(qū)域內工藝誤差變化很小的特點，使得所有的電流源受到幾乎相同的工藝誤差影響，大大的提高了電流源之間的匹配和數(shù)模轉換器的精度。
文檔編號H03M1/66GK201374692SQ200920141789
公開日2009年12月30日 申請日期2009年2月24日 優(yōu)先權日2009年2月24日
發(fā)明者張建玲 申請人:蘇州通創(chuàng)微芯有限公司