本發(fā)明涉及一種電流D-A轉(zhuǎn)換輸出電路，尤其涉及一種電流D-A轉(zhuǎn)換平滑輸出電路。

背景技術(shù)：

在LED需要大電流驅(qū)動(dòng)情況下，為確保系統(tǒng)電路良好工作，驅(qū)動(dòng)電路需要有大電流D-A(數(shù)字-模擬)轉(zhuǎn)換輸出電路，且控制電流平滑線(xiàn)性輸出。

圖1顯示了傳統(tǒng)的大電流D-A轉(zhuǎn)換輸出電路的結(jié)構(gòu)，包括直流偏置電路1、源級(jí)輸入誤差放大器電路2和D-A轉(zhuǎn)換電路3，Iin為輸入控制電流，Io為輸出電流，Vo為輸出電壓。其中：

直流偏置電路1為其他電路提供合適的偏置電壓和偏置電流，包括NMOS管NM1、NM2、NM3、NM4、NM5、NM6、NM7和PMOS管PM6、PM12，連接方式如圖所示，其中I1、I2為電流基準(zhǔn)模塊提供的偏置電流源，V1、V2為相應(yīng)的偏置電壓，二極管連接的NMOS管NM1工作電流為I1，產(chǎn)生的偏置電壓V1與NMOS管NM4、NM5、NM7、NM10、NM11、NM13的柵極相連。

源級(jí)輸入誤差放大器電路2包括PMOS管PM2、PM3、PM4、PM5、PM7、PM8、PM9、PM10和NMOS管NM8、NM9、NM10、NM11、NM12、NM13以及電容C1，連接方式如圖所示，其中PMOS管PM2、PM3作為源級(jí)輸入對(duì)管，采樣PMOS管PM0和PM1的漏極電流，PMOS管PM4和PM5作為共源共柵管分別與PMOS管PM2和PM3構(gòu)成PMOS共源共柵串接結(jié)構(gòu)；PMOS管PM9和PM10作為共源共柵管分別與PMOS管PM7和PM8構(gòu)成PMOS共源共柵串接結(jié)構(gòu)；NMOS管NM10和NM11作為共源共柵管分別與NMOS管NM8和NM9構(gòu)成NMOS共源共柵串接結(jié)構(gòu)。NMOS管NM2、NM3柵極和NM4漏極相連于V2。源級(jí)輸入誤差放大器電路2的作用是保證D-A轉(zhuǎn)換電路3中構(gòu)成電流鏡的各個(gè)PMOS管工作在相同的工作狀態(tài)。

D-A轉(zhuǎn)換電路3包括N位時(shí)鐘加減計(jì)數(shù)電路31和電流鏡電路。N位時(shí)鐘加減計(jì)數(shù)電路31是通用數(shù)字電路，輸出的N位計(jì)數(shù)信號(hào)控制輸出鏡像電流支路的開(kāi)通和關(guān)閉，加減計(jì)數(shù)功能可實(shí)現(xiàn)輸出電流的線(xiàn)性上升和下降。電流鏡電路包括PMOS管數(shù)量值均為M₁的PM0、PM1、PK1以及數(shù)量值分別為M₂-M_n的PK2-PKn，其中PMOS管PM0、PM1、PK1-PKn的源級(jí)接電源VCC，PMOS管PM0和PM1柵極相連，PMOS管PK1-PKn柵極分別通過(guò)開(kāi)關(guān)K1-Kn與PMOS管PM0柵極相連，開(kāi)關(guān)K1-Kn由N位時(shí)鐘加減計(jì)數(shù)電路31的輸出信號(hào)相應(yīng)控制，K1是低位開(kāi)關(guān)，Kn是高位開(kāi)關(guān)。連接方式如圖所示?？稍O(shè)置M₂是M₁的兩倍，M_n是M_n-1的兩倍。根據(jù)設(shè)計(jì)需要可以設(shè)置其他不同的比例關(guān)系。D-A轉(zhuǎn)換電路3輸入信號(hào)為N位二進(jìn)制時(shí)鐘計(jì)數(shù)信號(hào)，輸出信號(hào)通過(guò)控制開(kāi)關(guān)K1-Kn控制N個(gè)電流鏡像輸出支路的開(kāi)啟與關(guān)閉。N個(gè)電流鏡像輸出支路電流大小依次增加。D-A模塊通過(guò)時(shí)鐘計(jì)數(shù)信號(hào)控制輸出電流線(xiàn)性改變，N個(gè)支路全打開(kāi)，輸出電流Io最大。雖然該電路能夠?qū)崿F(xiàn)大電流輸出，但是在電流上升或者下降過(guò)程中，特別是在大電流支路打開(kāi)，小電流支路全關(guān)的過(guò)程中，輸出電流產(chǎn)生較大的跳變毛刺，導(dǎo)致整個(gè)電流上升或者下降過(guò)程不平滑。大電流驅(qū)動(dòng)LED應(yīng)用中，輸出電流上升或者下降過(guò)程中的跳變毛刺嚴(yán)重影響到系統(tǒng)的良好工作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種電流D-A轉(zhuǎn)換平滑輸出電路，該電流D-A轉(zhuǎn)換平滑輸出電路與現(xiàn)有的電流D-A轉(zhuǎn)換輸出電路相比，輸出電流上升和下降更加平滑。

根據(jù)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提出了一種電流D-A轉(zhuǎn)換平滑輸出電路，包括依次設(shè)置的直流偏置電路、源級(jí)輸入誤差放大器電路以及D-A轉(zhuǎn)換電路，此外，還包括：

超級(jí)源級(jí)跟隨器電路，其被配置為設(shè)置在所述源級(jí)輸入誤差放大器電路和D-A轉(zhuǎn)換電路之間，以減小D-A轉(zhuǎn)換電路中電流鏡柵極的等效阻抗，從而提高D-A轉(zhuǎn)換時(shí)電流鏡柵極電位的建立速度，使輸出電流上升和下降更加平滑。

本發(fā)明所述的電流D-A轉(zhuǎn)換平滑輸出電路在現(xiàn)有的電流D-A轉(zhuǎn)換輸 出電路的源級(jí)輸入誤差放大器電路與D-A轉(zhuǎn)換電路(通常是其電流鏡柵極)之間加入超級(jí)源級(jí)跟隨器電路，減小了D-A轉(zhuǎn)換電路中電流鏡柵極的小信號(hào)等效阻抗，提高了D-A轉(zhuǎn)換時(shí)電流鏡柵極電位的建立速度，使輸出電流上升和下降更加平滑。具體來(lái)說(shuō)，超級(jí)源級(jí)跟隨器電路具有較小的輸出阻抗，從而可以提高D-A轉(zhuǎn)換模塊中PMOS電流鏡柵極的電位建立速度，減小輸出電流支路開(kāi)啟和關(guān)閉的反應(yīng)時(shí)間，使得輸出電流平滑。

進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的電流D-A轉(zhuǎn)換平滑輸出電路中，所述超級(jí)源級(jí)跟隨器電路包括第一MOS管，所述第一MOS管的源極和漏極與所述D-A轉(zhuǎn)換電路連接。

更進(jìn)一步地，上述電流D-A轉(zhuǎn)換平滑輸出電路中，所述超級(jí)源級(jí)跟隨器電路還包括設(shè)置在所述源級(jí)輸入誤差放大器電路和所述第一MOS管之間的第二MOS管和第三MOS管，所述第二MOS管和第三MOS管把所述源級(jí)輸入誤差放大器電路的輸出電壓降壓之后再升壓，以保證所述源級(jí)輸入誤差放大器電路的輸出電壓工作在合適的直流點(diǎn)。

上述方案中，通過(guò)保證所述源級(jí)輸入誤差放大器電路的輸出電壓工作在合適的直流點(diǎn)，能保證PMOS管PM8、PM10工作在飽和區(qū)，同時(shí)還能保證Iin電流支路工作良好。

更進(jìn)一步地，上述電流D-A轉(zhuǎn)換平滑輸出電路中，所述第一MOS管和第二MOS管為NMOS管，所述第三MOS管為PMOS管，其中第二MOS管的柵極和所述源級(jí)輸入誤差放大器電路的輸出相連，第二MOS管的源極和第三MOS管的柵極相連，第三MOS管的漏極和第一MOS管的柵極相連。

更進(jìn)一步地，上述電流D-A轉(zhuǎn)換平滑輸出電路中，還包括第一電流源、第二電流源以及第三電流源，其中，第二電流源和第三電流源分別為第二MOS管和第三MOS管提供偏置電流，第一電流源和第三電流源共同為第一MOS管提供偏置電流。

更進(jìn)一步地，上述電流D-A轉(zhuǎn)換平滑輸出電路中，所述超級(jí)源級(jí)跟隨器電路的輸出小信號(hào)等效阻抗R_o的表達(dá)式為：

其中，v_i和v_o分別是所述超級(jí)源級(jí)跟隨器電路的輸入電壓和輸出電壓， i_o是所述超級(jí)源級(jí)跟隨器電路的輸出電流，r₃和r₄分別是電流源I₃和I₄的輸出阻抗，r_opm11和r_onm15分別是第三MOS管和第一MOS管的輸出阻抗，g_mpm11和g_mnm15分別是第三MOS管和第一MOS管的跨導(dǎo)值，g_mbpm11是由于襯底效應(yīng)產(chǎn)生的跨導(dǎo)值。

更進(jìn)一步地，上述電流D-A轉(zhuǎn)換平滑輸出電路中，還包括第一電阻、第二電阻、第三電阻以及第四MOS管，其中第一電阻連接在第一MOS管的柵極和地之間，第二電阻連接在第二MOS管的漏極和電源VCC之間，第三電阻連接在第三MOS管的源極和電源VCC之間，第四MOS管為NMOS管，其漏極與第二MOS管的源極連接，其源極接地，其柵極與所述直流偏置電路的偏置電流源連接。

上述方案中，所述第一電阻、第二電阻、第三電阻以及第四MOS管相當(dāng)于起到為所述第一MOS管、第二MOS管以及第三MOS管提供偏置電流的作用。

本發(fā)明所述的電流D-A轉(zhuǎn)換平滑輸出電路具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

(1)與現(xiàn)有的電流D-A轉(zhuǎn)換輸出電路相比，極大地減小了D-A轉(zhuǎn)換電路中電流鏡柵極的等效阻抗，提高了D-A轉(zhuǎn)換時(shí)電流鏡柵極電位的建立速度，輸出電流上升和下降更加平滑。

(2)克服了常規(guī)結(jié)構(gòu)的電流D-A轉(zhuǎn)換輸出電路在D-A轉(zhuǎn)換中輸出電流毛刺的問(wèn)題。

(3)保證源級(jí)輸入誤差放大器輸出電壓工作在合適的直流點(diǎn)。

(4)尤其適合LED等需要大電流驅(qū)動(dòng)的場(chǎng)合。

附圖說(shuō)明

圖1為一種傳統(tǒng)的大電流D-A轉(zhuǎn)換輸出電路的電路圖。

圖2為本發(fā)明所述的電流D-A轉(zhuǎn)換平滑輸出電路的一種電路框圖。

圖3為圖2所示的電流D-A轉(zhuǎn)換平滑輸出電路在第一種實(shí)施方式下的電路圖。

圖4為圖2所示的電流D-A轉(zhuǎn)換平滑輸出電路在第一種實(shí)施方式下的超級(jí)源級(jí)跟隨器電路輸出級(jí)小信號(hào)等效電路的電路圖。

圖5為圖2所示的電流D-A轉(zhuǎn)換平滑輸出電路在第二種實(shí)施方式下的電路圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖和具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所述的電流D-A轉(zhuǎn)換平滑輸出電路做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

圖2顯示了本發(fā)明所述的電流D-A轉(zhuǎn)換平滑輸出電路的一種電路框圖。

如圖2所示，該實(shí)施方式的電流D-A轉(zhuǎn)換平滑輸出電路包括依次連接的直流偏置電路1、源級(jí)輸入誤差放大器電路2、超級(jí)源級(jí)跟隨器電路4以及D-A轉(zhuǎn)換電路3。

圖3顯示了圖2所示的電流D-A轉(zhuǎn)換平滑輸出電路在第一種實(shí)施方式下的電路圖。

如圖3所示，第一種實(shí)施方式的電流D-A轉(zhuǎn)換平滑輸出電路包括直流偏置電路1、源級(jí)輸入誤差放大器電路2、D-A轉(zhuǎn)換電路3以及超級(jí)源級(jí)跟隨器電路4，Iin為輸入控制電流，Io為輸出電流，Vo為輸出電壓，其中：

直流偏置電路1為其他電路提供合適的偏置電壓和偏置電流，包括NMOS管NM1、NM2、NM3、NM4、NM5、NM6、NM7和PMOS管PM6、PM12，連接方式如圖所示，其中I1、I2為電流基準(zhǔn)模塊提供的偏置電流源，V1、V2為相應(yīng)的偏置電壓，二極管連接的NMOS管NM1工作電流為I1，產(chǎn)生的偏置電壓V1與NMOS管NM4、NM5、NM7、NM10、NM11、NM13的柵極相連。

源級(jí)輸入誤差放大器電路2包括PMOS管PM2、PM3、PM4、PM5、PM7、PM8、PM9、PM10和NMOS管NM8、NM9、NM10、NM11、NM12、NM13以及電容C1，連接方式如圖所示，其中PMOS管PM2、PM3作為源級(jí)輸入對(duì)管，采樣PMOS管PM0和PM1的漏極電流，PMOS管PM4和PM5作為共源共柵管分別與PMOS管PM2和PM3構(gòu)成PMOS共源共柵串接結(jié)構(gòu)；PMOS管PM9和PM10作為共源共柵管分別與PMOS管PM7和PM8構(gòu)成PMOS共源共柵串接結(jié)構(gòu)；NMOS管NM10和NM11作為共源共柵管分別與NMOS管NM8和NM9構(gòu)成NMOS共源共柵串接結(jié)構(gòu)。NMOS管NM2、NM3柵極和NM4漏極相連于V2。源級(jí)輸入誤差放大器電路2的作用是保證D-A 轉(zhuǎn)換電路3中構(gòu)成電流鏡的各個(gè)PMOS管工作在相同的工作狀態(tài)。

D-A轉(zhuǎn)換電路3包括N位時(shí)鐘加減計(jì)數(shù)電路31和電流鏡電路。N位時(shí)鐘加減計(jì)數(shù)電路31是通用數(shù)字電路，輸出的N位計(jì)數(shù)信號(hào)控制輸出鏡像電流支路的開(kāi)通和關(guān)閉，加減計(jì)數(shù)功能可實(shí)現(xiàn)輸出電流的線(xiàn)性上升和下降。電流鏡電路包括PMOS管數(shù)量值均為M₁的PM0、PM1、PK1以及數(shù)量值分別為M₂-M_n的PK2-PKn，其中PMOS管PM0、PM1、PK1-PKn的源級(jí)接電源VCC，PMOS管PM0和PM1柵極相連，PMOS管PK1-PKn柵極分別通過(guò)開(kāi)關(guān)K1-Kn與PMOS管PM0柵極相連，開(kāi)關(guān)K1-Kn由N位時(shí)鐘加減計(jì)數(shù)電路31的輸出信號(hào)相應(yīng)控制，K1是低位開(kāi)關(guān)，Kn是高位開(kāi)關(guān)。連接方式如圖所示?？稍O(shè)置M₂是M₁的兩倍，M_n是M_n-1的兩倍。根據(jù)設(shè)計(jì)需要可以設(shè)置其他不同的比例關(guān)系。D-A轉(zhuǎn)換電路3輸入信號(hào)為N位二進(jìn)制時(shí)鐘計(jì)數(shù)信號(hào)，輸出信號(hào)通過(guò)控制開(kāi)關(guān)K1-Kn控制N個(gè)電流鏡像輸出支路的開(kāi)啟與關(guān)閉。N個(gè)電流鏡像輸出支路電流大小依次增加。D-A模塊通過(guò)時(shí)鐘計(jì)數(shù)信號(hào)控制輸出電流線(xiàn)性改變，N個(gè)支路全打開(kāi)，輸出電流Io最大。

超級(jí)源級(jí)跟隨器電路4包括第一MOS管NM15、第二MOS管NM14以及第三MOS管PM11，其中第一MOS管NM15和第二MOS管NM14為NMOS管，第三MOS管PM11為PMOS管，第一MOS管NM15的源極和漏極與D-A轉(zhuǎn)換電路3連接，第二MOS管NM14的柵極和源級(jí)輸入誤差放大器電路2的輸出相連，第二MOS管NM14的源極和第三MOS管PM11的柵極相連，第三MOS管PM11的漏極和第一MOS管NM15的柵極相連。此外，還包括電流基準(zhǔn)模塊提供的偏置電流，其包括第一電流源I3、第二電流源I5以及第三電流源I4，其中，第二電流源I5和第三電流源I4分別為第二MOS管NM14和第三MOS管PM11提供偏置電流，第一MOS管NM15的偏置電流為第一電流源I3與第三電流源I4的電流差值，具體連接方式如圖3所示。為了保證NM15的正確工作，要求第一電流源I3電流值大于第三電流源I4電流值。第二MOS管NM14和第三MOS管PM11把源級(jí)輸入誤差放大器電路2的輸出電壓降壓之后再升壓，以保證源級(jí)輸入誤差放大器電路2的輸出電壓工作在合適的直流點(diǎn)，既能保證PMOS管PM8、PM10工作在飽和區(qū)，又能保證Iin電流支路工作良好。

圖4顯示了上述實(shí)施方式下的超級(jí)源級(jí)跟隨器電路輸出級(jí)小信號(hào)等效電 路。

如圖4所示，上述超級(jí)源級(jí)跟隨器電路4的輸出小信號(hào)等效阻抗R_o的表達(dá)式為：

其中，v_i和v_o分別是所述超級(jí)源級(jí)跟隨器電路的輸入電壓和輸出電壓，i_o是所述超級(jí)源級(jí)跟隨器電路的輸出電流，r₃和r₄分別是電流源I₃和I₄的輸出阻抗，r_opm11和r_onm15分別是第三MOS管PM11和第一MOS管NM15的輸出阻抗，g_mpm11和g_mnm15分別是第三MOS管PM11和第一MOS管NM15的跨導(dǎo)值，g_mbpm11是由于襯底效應(yīng)產(chǎn)生的跨導(dǎo)值。

電流i_a、i_b、i_c和i_d的大小分別為：

i_a＝g_mpm11×(v_i-v_o)

i_b＝-g_mbpm11×v_o

i_c＝g_mnm15×v₂

其中，v₂為r₄兩端的電壓。

如果第一電流源I3和第三電流源I4為理想電流源，則r₃和r₄阻抗為無(wú)窮大，假定以下條件成立：

r₃→∞

r₄→∞

r_onm15→∞

(g_mpm11+g_mbpm11)×r_opm11>>1，

則輸出小信號(hào)等效阻抗R_o可簡(jiǎn)化為下式(1)：

如果不加超級(jí)源級(jí)跟隨器電路4，則D-A轉(zhuǎn)換電路3中電流鏡柵極的等效阻抗R_o’如下式(2)所示：

R_o′≈(g_mpm10×r_opm10×r_opm8)//r_oin (2)

其中，g_mpm10是PMOS管PM10的跨導(dǎo)，r_opm10和r_opm8分別是PMOS管PM10和PM8的輸出阻抗，r_oin為I_in電流源的輸出等效阻抗。常規(guī)集成電路MOS管參數(shù)設(shè)定情況下，式(1)阻抗值要遠(yuǎn)小于式(2)阻抗值。因此，超級(jí)源級(jí)跟隨器電路4的加入極大地減小了D-A轉(zhuǎn)換電路3中電流鏡柵極的等效阻抗，提高了D-A轉(zhuǎn)換時(shí)電流鏡柵極電位的建立速度，使輸出大電流上升和下降更加平滑。

圖5顯示了圖2所示的電流D-A轉(zhuǎn)換平滑輸出電路在第二種實(shí)施方式下的電路圖。

如圖5所示，結(jié)合參考圖3，第二種實(shí)施方式與上述第一種實(shí)施方式的區(qū)別主要是超級(jí)源級(jí)跟隨器電路4中的各電流源采用一種具體電路結(jié)構(gòu)代替。具體來(lái)說(shuō)，各電流源的代替結(jié)構(gòu)包括第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3以及第四MOS管NM16，其中第一電阻R1連接在第一MOS管NM15的柵極和地之間，第二電阻R2連接在第二MOS管NM14的漏極和電源VCC之間，第三電阻R3連接在第三MOS管PM11的源極和電源VCC之間，第四MOS管NM16為NMOS管，其漏極與第二MOS管NM14的源極連接，其源極接地，其柵極與直流偏置電路1的偏置電流源I2的偏置電壓V2連接。

從上述實(shí)施方式可以看出，源級(jí)輸入誤差放大器電路2與D-A轉(zhuǎn)換電路3的電流鏡柵極之間加入了超級(jí)源級(jí)跟隨器電路4，減小了D-A轉(zhuǎn)換電路3中電流鏡柵極的小信號(hào)等效阻抗，提高了D-A轉(zhuǎn)換時(shí)電流鏡柵極電位的建立速度，使大電流輸出上升和下降更加平滑，克服了常規(guī)結(jié)構(gòu)D-A轉(zhuǎn)換中電流毛刺的問(wèn)題。

要注意的是，以上列舉的僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例，顯然本發(fā)明不限于以上實(shí)施例，隨之有著許多的類(lèi)似變化。本領(lǐng)域的技術(shù)人員如果從本發(fā)明公開(kāi)的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。