专利名称：高精度数字模拟变换器及其提高电阻匹配精度的方法
技术领域：
本发明涉及一种电子器件和一种提高该电子器件精度的方法，特别是一种高精度 数字模拟变换器及其提高电阻匹配精度的方法。
背景技术：
传统R-2R阶梯是数字模拟转换器中十分常用的结构，下面来介绍R-2R阶梯网络 数字模拟转换器的工作原理。参照图1所示的R-2R阶梯网络，有图1R-2R电阻阶梯中R4，= 2RR4 = 2R//2R = RR3，= R+R4 = 2RR3 = 2R//R3，= R依此类推，对所有的i，Ri' = 2R，于是得到下面的电流关系Il = Vref/2R12 = Vref/4R13 = Vref/8R14 = Vref/16R这样，R-2R阶梯即可用于获得二进制加权电流，同时只用一个单一尺寸的电阻值 R，2R可用两个电阻R串联得到，这样R-2R方法给出了较小的尺寸和较好的准确度.图2是用R-2R阶梯网络实现的4位数字模拟变换器，基于这个R-2R的电路，有，Ir = Vref/ (2R)和vout=Rf∑bigIr/zi-1=Vref(RF/R)∑b2/zi
在用R-2R电阻阵列实现的数字模拟转换器中，R-2R电阻的精度决定了数字模拟 转换器的分辨率。然而，R-2R电阻由于位置分布的关系，导致R-2R电阻不会完全相同，如 何布局R-2R电阻，是完成R-2R数字模拟转换器的关键，传统的数字模拟转换器性价比都很 低，要么转换精度高但芯片面积大导致成本很高，要么减少了芯片面积但又导致转换精度 低，始终无法在转换精度和芯片面积上得到一个很好的平衡点。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供一种转换精度高且芯片面积小的 高精度数字模拟变换器。本发明的另一个目的是提供一种能提高数字模拟转换器转换精度且占用面积小 的提高电阻匹配精度的方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是高精度数字模拟变换器，包括译码器、R-2R电阻网络和(m、η)位二进制数据输入端，所述高m位二进制数据输入端与译码器的输入端连接，所述低η位二进制数据输入端与 R-2R电阻网络的输入端连接，所述译码器的输出端连接有普通电阻R网络，所述普通电阻R 网络的输出端连接有比较器，所述R-2R电阻网络的输出端与比较器的另一输入端连接。进一步，所述(m、n) 二进制数的位数为10。进一步，所述m为5，η为5。进一步，所述译码器为5-31译码器。进一步，所述比较器包括一运算放大器，所述运算放大器的同相输入端连接参考电压的平均值，所述运算放大器的异相输入端通过一电阻Rf与运算放大器的输出端相连接。一种提高电阻匹配精度的方法，所述普通电阻R网络与R-2R电阻网络中所有基本 电阻单元R的布局以某一质心为中心，上下对称且左右对称，形成对称的电阻矩阵。进一步，所述基数位电阻和偶数位电阻均勻分布在所述电阻矩阵质心的上下和左
右ο进一步，所述电阻矩阵上的各电阻之间的连线为金属层导线连接。进一步，所述电阻矩阵上多余的空位也布置等值的电阻R。进一步，所述电阻矩阵为6行8列的矩阵。本发明的有益效果是本发明采用(m、n)位R_2R数字模拟转换器，其中低η位二 进制位权码为R-2R电阻网络，高m位二进制位权码为R电阻网络的分段模式，有效提高了 低位电阻的精度，进而提高数字模拟转换器的转换精度，减少芯片面积，具有性价比高的优
点ο本发明的另一个有益效果是本发明采用共质心对称结构来布局R-2R结构，有效 提高R-2R结构数字模拟转换器电阻匹配精度，用较小的面积和功耗实现高精度的R-2R数 字模拟转换器。本发明用较小的面积和功耗完成了 30MHz射频发射机用DAC，比用电流型DAC节省 很大的功耗和面积。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。图1是传统的R-2R电路原理图；图2是数字模拟变换器电路原理图；图3是本发明的电路方框图；图4是本发明的电路原理图；图5是本发明的电阻矩阵布局图。
具体实施例方式参照图3，高精度数字模拟变换器，包括译码器1、R-2R电阻网络3和(m、η)位二 进制数据输入端，所述高m位二进制数据输入端与译码器1的输入端连接，所述低η位二进 制数据输入端与R-2R电阻网络3的输入端连接，所述译码器1的输出端连接有普通电阻R 网络2，所述普通电阻R网络2的输出端连接有比较器4，所述R-2R电阻网络3的输出端与比较器4的另一输入端连接。进一步参照图4，所述(m、n) 二进制数的位数为10。进一步，所述m为5，η为5。进一步，所述译码器1为5-31译码器。进一步，所述比较器4包括一运算放大器，所述运算放大器的同相输入端连接参考电压的平均值，所述运算放大器的异相输入端通过一电阻Rf与运算放大器的输出端相 连接。一种提高电阻匹配精度的方法，所述普通电阻R网络2与R-2R电阻网络3中所有 基本电阻单元R的布局以某一质心为中心，上下对称且左右对称，形成对称的电阻矩阵。进一步，所述基数位电阻和偶数位电阻均勻分布在所述电阻矩阵质心的上下和左
右ο进一步，所述电阻矩阵上的各电阻之间的连线为金属层导线连接。进一步，所述电阻矩阵上多余的空位也布置等值的电阻R。进一步，所述电阻矩阵为6行8列的矩阵。图3是10位R-2R数字模拟转换器结构，电阻的位置布局是实现高精度数字模拟
转换器的关键，图3中b0、bl.....b9是输入数据，其中b0是低位数据，b9是高位数据.。
dl到d31是高5位数据(b5到b9)译码后得到的数据，swO、swl.....sw35是两相开关，当
控制开关的数据位为1时，开关接Vref+，当控制开关的数据位为0时，开关接Vref-。Rl = R2 =…=R31 = Rl' = R2' = R3' = R4' = R5' =RA = RB = RC = RD = RE = RF = R，Rf是连接运算放大器的反馈电阻，运算放大器的正输入端连接共模电 压 Vcm= ((Vref-)+ (Vref+))/2 ο参照图5表格本发明的共质心结构布局Rl'、R2'、...、R5'和RA、RB、. . .、RF布局如表格1，连接二进制译码器的电阻
R1、R2.....R31在水平方向和垂直方向以共质心为对称中心，偶数和奇数标记的电阻分布
在公共质心的两边，Rdummy是多余的一个空位，可以放与R等值的电阻。这样在水平方向 和垂直方向各个电阻的误差都比较小，消除了位置变化对电阻值的影响.。同时，禁止在电 阻上布各个电阻之间的连线。用这种布局方法，可以达到10位数字模拟转换器的要求。以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施 例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替 换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
权利要求
高精度数字模拟变换器，其特征在于包括译码器(1)、R-2R电阻网络(3)和(m、n)位二进制数据输入端，所述高m位二进制数据输入端与译码器(1)的输入端连接，所述低n位二进制数据输入端与R-2R电阻网络(3)的输入端连接，所述译码器(1)的输出端连接有普通电阻R网络(2)，所述普通电阻R网络(2)的输出端连接有比较器(4)，所述R-2R电阻网络(3)的输出端与比较器(4)的另一输入端连接。
2.根据权利要求1所述的高精度数字模拟变换器，其特征在于所述(m、η)二进制数 的位数为10。
3.根据权利要求2所述的高精度数字模拟变换器，其特征在于所述m为5，η为5。
4.根据权利要求3所述的高精度数字模拟变换器，其特征在于所述译码器(1)为 5-31译码器。
5.根据权利要求4所述的高精度数字模拟变换器，其特征在于所述比较器(4)包括 一运算放大器，所述运算放大器的同相输入端连接参考电压的平均值，所述运算放大器的 异相输入端通过一电阻Rf与运算放大器的输出端相连接。
6.根据权利要求1至5任一项的一种提高电阻匹配精度的方法，其特征在于所述普 通电阻R网络(2)与R-2R电阻网络(3)中所有基本电阻单元R的布局以某一质心为中心， 上下对称且左右对称，形成对称的电阻矩阵。
7.根据权利要求6所述的一种提高电阻匹配精度的方法，其特征在于所述基数位电 阻和偶数位电阻均勻分布在所述电阻矩阵质心的上下和左右。
8.根据权利要求6或7所述的一种提高电阻匹配精度的方法，其特征在于所述电阻 矩阵上的各电阻之间的连线为金属层导线连接。
9.根据权利要求6或7所述的一种提高电阻匹配精度的方法，其特征在于所述电阻 矩阵上多余的空位也布置等值的电阻R。
10.根据权利要求6或7所述的一种提高电阻匹配精度的方法，其特征在于所述电阻 矩阵为6行8列的矩阵。
全文摘要
本发明公开了一种高精度数字模拟变换器及提高电阻匹配精度的方法，变换器包括译码器、R-2R电阻网络和(m、n)位二进制数据输入端，所述译码器的输出端连接有普通电阻R网络，所述普通电阻R网络的输出端连接有比较器，所述R-2R电阻网络的输出端与比较器的另一输入端连接。一种提高电阻匹配精度的方法，所述普通电阻R网络与R-2R电阻网络中所有基本电阻单元R的布局以某一质心为中心，上下对称且左右对称，形成对称的电阻矩阵。本发明有效提高了低位电阻的精度，进而提高数字模拟转换器的转换精度，减少芯片面积，具有性价比高的优点。本发明作为一种高精度数字模拟变换器及其提高电阻匹配精度的方法应用于30MHz射频发射机中。
文档编号H03M1/80GK101847995SQ201010151530
公开日2010年9月29日 申请日期2010年4月14日 优先权日2010年4月14日
发明者张建强, 徐肯 申请人:广州市广晟微电子有限公司