專利名稱：電流源驅(qū)動轉(zhuǎn)變器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一般的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)，特別是涉及由一個電流源驅(qū)動的這種轉(zhuǎn)換器。
DAC用于把一個數(shù)字的編碼信號轉(zhuǎn)換成一個模擬信號，或用于與作為一個數(shù)模轉(zhuǎn)換器的一部分的逐步近似電路連接在一起。DAC可以利用在一個電阻串上施加的電壓。像晶體管這樣的開關(guān)把在電阻結(jié)點上的中間抽頭，也就是在電阻電位結(jié)點上的中間抽頭耦合到一個輸出結(jié)點上。數(shù)字編碼信號被解碼以確定那個開關(guān)導(dǎo)通。在輸出結(jié)點上產(chǎn)生的模擬電壓的幅值取決于哪個開關(guān)被導(dǎo)通。準(zhǔn)確地產(chǎn)生一個與一個數(shù)字編碼信號對應(yīng)的模擬電壓是以具有相同電阻值的電阻串的電阻為條件。既使在電阻串中是有相同的阻值，由于在與一個電壓驅(qū)動的電阻串DAC的參考電壓流的串聯(lián)所引起的任何噪音電壓改變了在電阻串每個電阻上的電壓，和改變了在每個中間抽頭上的電壓，所以在輸出結(jié)點上的模擬電壓能是不準(zhǔn)確的。由于在每個中間抽頭上的噪音電壓是不同的，所以導(dǎo)致了在輸出結(jié)點上產(chǎn)生了一個誤差模擬電壓。
根據(jù)本發(fā)明的一個圖解的實施例，一個集成電路包括一個數(shù)模轉(zhuǎn)換器，在該轉(zhuǎn)換器中通過一個電流源來驅(qū)動一個電阻串。中間抽頭被限定在電阻節(jié)點上同樣限定在電阻電流源節(jié)點上。開關(guān)晶體管被連接在一個輸出結(jié)點和對應(yīng)的中間抽頭之間。一個選擇電路與每個開關(guān)晶體管的一端連接用于有選擇地使晶體管轉(zhuǎn)換到一個預(yù)定的狀態(tài)，以便使相關(guān)的中間抽頭與輸出結(jié)點電連接。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一種圖解實施例的一個單端方式數(shù)模轉(zhuǎn)換器的電路圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一種圖解實施例的一個差分方式數(shù)模轉(zhuǎn)換器的電路圖；圖3是一種能夠?qū)崿F(xiàn)精確的附加位的差分方式數(shù)模轉(zhuǎn)換器的電路圖；圖4是一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電路圖。
在圖1中示出了根據(jù)本發(fā)明的一種圖解實施例的一個DAC10的電路圖。它表示DAC 10在一種單端方式下的操作。DAC 10包括一個與電阻串相連接的電流源以便為該電阻串提供恒定電流。如示為MOS晶體管的開關(guān)把中間抽頭耦合到一個公共輸出結(jié)點上。在輸出結(jié)點上產(chǎn)生的模擬電壓的幅值取決于哪個開關(guān)或哪些開關(guān)被導(dǎo)通。通過一個輸出放大器可以使輸出被放大。根據(jù)本發(fā)明的一種DAC適合于以一種單塊集成電路的方式制造。
電阻串14是由被用戶確定的n個串聯(lián)所構(gòu)成，它們由電阻R1至Rn來表示。電阻串與一個電流12相連接，當(dāng)DAC 10用作為一個數(shù)模轉(zhuǎn)換器時，該電流源12為電阻串14提供一個已知的恒定電流。包括電阻串的電阻的阻值根據(jù)情況而采用，并且由本領(lǐng)域里的技術(shù)人員基于像損耗功率、在電阻串上的壓降、和在電阻串中電阻的數(shù)量這樣的各種參數(shù)能夠容易地選擇。在電阻節(jié)點上，也就是在電流源電阻節(jié)點上，一個開關(guān)連接在該節(jié)點和輸出結(jié)點16之間。這些節(jié)點限定了中間抽頭T1至Tn+1。最好為晶體管的開關(guān)在圖解的實施例中被示為MOS晶體管M1至Mn+1。
晶體管M1連接在電流源12的正端和電阻R1的節(jié)點和輸出結(jié)點16之間。晶體管Mn+1連接在電流源12的負(fù)端和電阻Rn的節(jié)點與輸出結(jié)點之間。晶體管M2至Mn每個晶體管分別使中間抽頭T2至Tn與輸出結(jié)點連接。這些晶體管是完全相同的，并且它們與在電阻串14中的電阻器的電阻值相比具有在導(dǎo)通狀態(tài)下非常大的阻抗。輸出放大器18把在輸出結(jié)點16上的輸出信號放大并且可以把輸出變換成另外一種形式，例如從一種電壓輸出變換成一種電流輸出。
如在數(shù)模轉(zhuǎn)換器技術(shù)中已公知的，代表所希望的模擬信號的數(shù)字編碼信號6被提供給一個解碼電路。該解碼電路把數(shù)字編碼信號解碼和一個驅(qū)動電路使適當(dāng)?shù)拈_關(guān)或多個開關(guān)導(dǎo)通以便把在相關(guān)一個或多個中間抽頭上的電壓傳送到輸出結(jié)點上。單個開關(guān)可以被導(dǎo)通、或多個開關(guān)可以同時處在導(dǎo)通狀態(tài)。通過開關(guān)晶體選擇和驅(qū)動電路2來控制開關(guān)晶體管M1至Mn+1。假定對于增加的數(shù)字編碼輸入6在輸出結(jié)點16上是一個階梯輸出電壓，那么由中間抽頭T1至Tn+1產(chǎn)生一個單一的輸入—輸出特性。
根據(jù)本發(fā)明，電流源12為電阻串14提供一個恒定電流。一個或多個晶體管M1至Mn+1被導(dǎo)通以便把對應(yīng)的中間抽頭耦合到輸出結(jié)點16上。通過有選擇地使晶體管M1至Mn+1導(dǎo)通，在電阻串14中相關(guān)中間抽頭上的電壓被提供在輸出結(jié)點16上。通過有選擇地使晶體管M1至Mn+1中的多個導(dǎo)通可以在輸出結(jié)點16上提供在中間抽頭上電壓之間的電壓。
由于在電流源12中固有的高阻抗，所以在電流源電阻串環(huán)路中產(chǎn)生的任何噪聲電壓不改變電流。由于在輸出結(jié)點16上產(chǎn)生的電壓僅依賴于流過電阻串14的電流和在電阻串中電阻的電阻值，所以在輸出結(jié)點16上產(chǎn)生的電壓精確性不受這種噪聲電壓的影響。
電流驅(qū)動的DAC也能夠以差分方式被操作。在圖2的電路圖中說明了一種差分方式的DAC 100。電阻串114具有24個電阻，由此限定了25個中間抽頭T1至T25。中心中間抽頭與一個參考電位連接，例如地電位。由電流源112提供了無噪聲和恒定電流，中間抽頭T1至T12工作在正電壓上，中間抽頭T13維持在地電位，中間抽頭T14至T25工作在負(fù)電壓上。為了在輸出118上提供一個模擬輸出電壓，使相對于連接到參考電壓的中間抽頭對稱的晶體管被導(dǎo)通。對于DAC 10，為了提供一個模擬輸出電壓可以使一個單個開關(guān)晶體管被導(dǎo)通，而對于DAC 100，使晶體管相對于連接到參考電壓的中間抽頭對稱成對地被導(dǎo)通。例如，如果晶體管M6導(dǎo)通，那么晶體管M20也導(dǎo)通。如果為了在輸出118上提供一個模擬輸出電壓使晶體管M2和M3被導(dǎo)通，那么晶體管M24和M23也導(dǎo)通。根據(jù)與本申請一起申請的并在此作為參考的美國專利申請?zhí)?8/327174，名稱為″減少電阻數(shù)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器和使用方法″的教導(dǎo)，在差分方式的DAC 100的電阻值114的正電壓和負(fù)電壓兩側(cè)上的多個晶體管能夠被導(dǎo)通。
導(dǎo)通一個或多個在電阻串114的正電壓側(cè)上操作的晶體管M1至M2使電容器C1充電。導(dǎo)通一個或多個在電阻串114的負(fù)電壓側(cè)上操作的晶體管M14至M25使電容器C2導(dǎo)通。當(dāng)電容器的充電完成時，在開關(guān)中的電流為零。因此在每個開關(guān)上的電壓降也為零。DAC操作不受開關(guān)電阻或開關(guān)非線性的影響。因此對于DAC的操作保持開關(guān)或閉合狀態(tài)直到電流降到零為止是重要的。
在電阻串114的正電壓側(cè)上的開關(guān)晶體管與電容器C1一起形成采樣和保持電路120。在電阻串114的負(fù)電壓側(cè)上的開關(guān)晶體管與電容器C2一起形成采樣和保持電路122。電容器電壓為差分放大器124提供正負(fù)輸入。由差分放大器124相加的電容器電壓抑制任何共模噪聲，以致在差分放大器124的輸出上產(chǎn)生一個抗噪聲的模擬輸出電壓。
圖3表示了一種能夠把具有一個附加位的數(shù)字編碼輸入轉(zhuǎn)換成一個模擬輸出的DAC 110的電路圖，它利用與在圖2中所示實施例中的相同的電阻串的電阻數(shù)和與中間抽頭連接的開關(guān)數(shù)。DAC 110允許數(shù)字編碼信號具有比DAC 100多一位并產(chǎn)生兩倍的離散模擬輸出，該模擬輸出延續(xù)到正和負(fù)兩個范圍。特別是數(shù)字編碼輸入的范圍的中點與零模擬輸出相對應(yīng)。其它技術(shù)也能夠用于把各個范圍的數(shù)字編碼輸入轉(zhuǎn)換成輸出。兩個等級的解碼被使用。最小的有效位被解碼以產(chǎn)生信號的幅值。最大的有效位在第二級中被解碼以確定哪個電阻信號與哪個電容器相連接。
在圖4中示出了一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器200，該模數(shù)轉(zhuǎn)換200含有一個根據(jù)本發(fā)明的實施例的數(shù)模轉(zhuǎn)換器。該模數(shù)轉(zhuǎn)換器把一個模擬電流信號轉(zhuǎn)換成一個相應(yīng)的數(shù)字編碼信號。開關(guān)晶體管M1至M17可以形成上面所公開的結(jié)構(gòu)式任何公知的結(jié)構(gòu)。模數(shù)轉(zhuǎn)換是以兩步順序來完成的。在第一步中，模擬電流經(jīng)過電阻串以產(chǎn)生一個電壓。通過一個采樣和保持電路保持在整個電阻串上產(chǎn)生的電壓。在第二步中，逐步近似電路通過選代產(chǎn)生一系列中間抽頭電壓，該電壓更接近由采樣和保持電路維持的電壓。逐步近似過程延續(xù)到由采樣和保持電路保持的數(shù)字等效電壓被確定為止。
在模數(shù)轉(zhuǎn)換器200中，通過晶體管M30、M31和M34被轉(zhuǎn)換到導(dǎo)通狀態(tài)和晶體管M32和M33被轉(zhuǎn)換到關(guān)斷狀態(tài)，在線201上接收到一個模擬電流信號202。導(dǎo)通的晶體管M34把由電流源212產(chǎn)生的電流接地。在電阻串214兩端上產(chǎn)生的電壓對電容器203充電并為比較器204提供正輸入。然后晶體管M30、M31和M34變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)而晶體管M32和M33變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。正在導(dǎo)通的晶體管M33把模擬電流信號202接地。晶體管M30、M31、M32、M33和M34與電容器203一起構(gòu)成了一個采樣和保持電路，該電路維持在電阻串214兩端上產(chǎn)生的電壓作為比較器204正輸入。逐步近似電路206最初使適當(dāng)?shù)囊粋€開關(guān)晶體管或多個晶體管M1至M17導(dǎo)通以便在輸出結(jié)點314上產(chǎn)生電阻串214的中點電壓。在輸出結(jié)點314上的電壓為比較器204提供負(fù)輸入并在比較器204上與在電容器203上維持的電壓相比較。如果代表在維持在電容器203上的電壓和通過電流逐步近似迭代在輸出結(jié)點314上的產(chǎn)生的電壓之間差值的比較器204的輸出232是正的，那么上半個電阻串的中點被電連接作為比較器204的輸入并且與維持在電容器203上的電壓相比較。如果輸出232是負(fù)的，那么下半個電阻串214的中點被電連接作為比較器204的輸入。利用逐步近似電路206來控制一個開關(guān)晶體管或多個晶體管被導(dǎo)通的選擇。從一個有差位的狀態(tài)開始，每次迭代確定一個二進(jìn)制的位的、或其它的編碼的表示法輸出234，并且逐步近似過程對于本領(lǐng)域里的技術(shù)人員來說是公知的并且可以如上面所述或以任何公知方法被進(jìn)行。二進(jìn)制表示法234被提供為逐步近似電路206和模數(shù)轉(zhuǎn)換器200的輸出。
本發(fā)明在通信系統(tǒng)中和使用集成電路的設(shè)備中在數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器應(yīng)用方面是特別有用的。這種通信系統(tǒng)和設(shè)備具有不受在轉(zhuǎn)換器的電阻串中產(chǎn)生的噪聲的影響的優(yōu)點。
雖然在圖4中所示的模數(shù)轉(zhuǎn)換器被示為以單端方式操作，但是本領(lǐng)域里的技術(shù)人員能夠構(gòu)成一個以差分方式操作的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
權(quán)利要求
1.一種集成電路，包括一個用于在一個輸出結(jié)點上提供一個模擬輸出的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，該數(shù)模轉(zhuǎn)換器包括一個具有一個正端和負(fù)端的電源(例如、12、112，212)，一個連接在電流的正負(fù)端上的電阻串(例如、14、114、214)、該電阻串包括多個串聯(lián)連接的電阻(例如，R1-Rn；R1-R24；R1-R16)和提供一個電流通路、在電阻串中電阻的節(jié)點上和在電阻串與電源的正負(fù)端的節(jié)點上所限定的中間抽頭(例如，T1-Tn+1；T1-T25；T1-T17)，多個開關(guān)晶體管(例如M1-Mn+1；M1-M25；M1-M17)，每個開關(guān)晶體管連接在輸出節(jié)點(例如，16、18、232)和對應(yīng)的一個中間抽頭之間，和一個連接到每個開關(guān)晶體管的一端的選擇電路用于選擇地使晶體管轉(zhuǎn)換到一個預(yù)定的狀態(tài)，因此，當(dāng)相應(yīng)的開關(guān)晶體管轉(zhuǎn)換到預(yù)定狀態(tài)時，一個中間抽頭(例如，T1-Tn+1；T1-T25；T1-T17)被連接到輸出結(jié)點(例如，16，118，232)上，該數(shù)模轉(zhuǎn)換器的特征在于電源是一個電流源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成電路，進(jìn)一步的特征在于每一次只有一個開關(guān)晶體管(例如M1-Mn+1；M1-M25；M1-M17)能夠轉(zhuǎn)換到預(yù)定的狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的一種集成電路，進(jìn)一步的特征在于至少兩個開關(guān)晶體管(例如，M1-Mn+1；M1-M25；M1-M17)同時能夠被轉(zhuǎn)換到預(yù)定狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的一種集成電路，進(jìn)一步的特征在于該數(shù)模轉(zhuǎn)換器以單端方式工作。
5.一種用于提供模擬輸出的集成電路，該集成電路包括一個具有一個正端和一個負(fù)端的電源(例如112、212)、一個連接在電源的正負(fù)端上的電阻串(例如，114、214)，該電阻串包括多個串聯(lián)的電阻(例如，R1-R24；R1-R16)，并提供一個電流通路，在電阻串中電阻的節(jié)點上和在電阻串與電源的正負(fù)端的結(jié)點上所限定的中間抽頭(例如，T1-T25；T1-T17)，一個中間抽頭(例如T13)與一個參考電位連接，所述的一個中間抽頭(例如，T13)把其它中間抽頭分成在所述一個中間抽頭和電源的正端之間的第一組中間抽頭(例如T1至T12)和在所述一個中間抽頭(例如T13)與電源負(fù)端之間的第二組中間抽頭(例如T14至T25)，第一組開關(guān)晶體管(例如M1至M12)，每個第一組的開關(guān)晶體管連接在第一個結(jié)點與第一組中間抽頭的一個對應(yīng)的中間抽頭之間，第二組開關(guān)晶體管(例如M14至M25)，每個第二組的開關(guān)晶體管連接在第二輸出結(jié)點和第二組中間抽頭的一個對應(yīng)的中間抽頭之間，和一個具有第一和第二輸入端及一個輸出端的差分放大器(例如，124)，差分放大器的第一輸入端與第一輸出結(jié)點相連接以接收從其來的一個信號，差分放大器的第二輸入端與第二輸出結(jié)點相連接以接收從其來的一個信號，該差分放大器在其輸出端(例如118)提供一個信號，該輸出信號是在其第一和第二輸入端接收的信號之間的差值信號，由此，通過在差分放大器的輸出上產(chǎn)生的模擬信號來抑制其模噪聲，該集成電路的特征在于所述電源是一個電流源。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的一種集成電路，進(jìn)一步的特征在于一個選擇電路(例如2,206)與在第一和第二組開關(guān)晶體管中的每個開關(guān)晶體管的一端相連接，該選擇電路用于根據(jù)一個數(shù)字編碼信號把已選擇的晶體管的狀態(tài)轉(zhuǎn)換到一個預(yù)定狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的一種集成電路，進(jìn)一步的特征在于轉(zhuǎn)換器以一種差分方式工作。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的一種集成電路，進(jìn)一步的特征在于選擇電路(例如，2,206)能夠把至少兩個開關(guān)晶體管同時轉(zhuǎn)換到預(yù)定的狀態(tài)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的一種集成電路，進(jìn)一步的特征在于所述至少兩個開關(guān)晶體管中的一個晶體管是在第一組開關(guān)晶體管(例如M1至M12)中，而所述至少兩個開關(guān)晶體管中的另一個晶體管是在第二組開關(guān)晶體管(例如M14至M25)中。
10.一種集成電路，包括一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于產(chǎn)生一個模擬信號的數(shù)字表示，該模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括一個具有一個正端和一個負(fù)端的電源(例如212)、一個提供電流路徑的電阻串(例如214)，該電阻串由多個串聯(lián)連接的電阻(例如R1-R16)組成，該電阻串連接在電源的正負(fù)端上，在電阻串中的電阻的節(jié)點上和在電阻串與電源的正端和負(fù)端的節(jié)點上限定的中間抽頭(例如T1-T17)，多個開關(guān)晶體管(例如M1-M17)，每個開關(guān)晶體管連接在一個輸出結(jié)點(例如，314)和一個對應(yīng)的中間抽頭之間，一個具有第一和第二輸入端和一個輸出端(例如232)的比較器(例如204)，其中第一輸入端與輸出結(jié)點(例如324)連接以接收產(chǎn)生的模擬信號，第二輸入端被連接以接收模擬信號，該比較器在其輸出端(例如232)上提供一個差值信號，該差值信號是在其第一和第二輸入端上接收的信號之間的差值，和一個逐步近似開關(guān)晶體管選擇和驅(qū)動電路(例如206)，該逐步近似電路接收由比較器輸出的差值信號，該逐步近似電路與多個開關(guān)晶體管的每個晶體管的一端連接用于有選擇地把開關(guān)晶體管轉(zhuǎn)換到一種預(yù)定的狀態(tài)，以便當(dāng)由一個電源為電阻串供電時，輸出已被產(chǎn)生的模擬信號，該逐步近似電路逐步地近似模擬信號并且產(chǎn)生一個數(shù)字表示作為一個輸出，其特征是所述電源是一個電流源。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的一種集成電路，進(jìn)一步的特征在于該轉(zhuǎn)換器以一種單端方式工作。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種集成電路，該集成電路包括一個具有由電流源(例如12)驅(qū)動的電阻串(例如14)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(例如10)。該電阻串與電流源連接。在電阻節(jié)點上也就是電阻電流源節(jié)點上限定了中間抽頭(例如，T
文檔編號H03M1/76GK1131845SQ9511991
公開日1996年9月25日 申請日期1995年10月20日 優(yōu)先權(quán)日1994年10月21日
發(fā)明者小喬治·弗蘭西斯·格羅斯, 塔亞姆庫蘭格拉·拉馬斯瓦米·威斯瓦納坦 申請人:美國電報電話公司