数模转换器电流开关中的互补开关的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及数模转换器并且，更具体地，涉及具有电流导引开关的数模转换器。
【背景技术】
[0002]现今数字电路应用对于这些电路增加的应用范围而言正变得越来越复杂。现代电子的一个重要组成部分是数模转换器(DAC)。当信号在数字域被处理时，该信号通常被转换到模拟域，例如，用于传输。许多架构存在数模转换器，包括delta-sigma数模转换器、R-2R数模转换器、串行数模转换器和电流导引数模转换器。这些架构具有不同的优点和缺点。对于高速或高转换器/采样率的应用，在不同架构中电流导引数模转换器往往工作得最出色，而对于需要高解析度的应用delta-sigma数模转换器往往工作得最出色。
[0003]数模转换器(DACs)，特别是高速电流导引数模转换器，由于公司推动以实现高瞬时带宽已被运行到越来越高的采样率。相对于现有的低带宽、低频率解决方案瞬时带宽要求带来了动力性能不应该被牺牲的附加要求。
【发明内容】
[0004]本发明提供一种用于数模转换器(DAC)的改进型电流导引开关元件实施方案。通常情况下，在数模转换器中每个电流导引开关元件提供用于转换数字输入信号的一套不同电流。通常，在电流导引开关元件中的开关和驱动器按比例缩小至根据比率由该电流导引开关元件提供的电流，同时为了克服时间误差，越来越少的电流被该开关元件驱动。然而，设备的尺寸受生产过程限制。当开关没有按比例缩放至该电流，沉降时间误差存在并影响数模转换器的性能。通过用两个互补电流导引开关取代单一开关，改进型电流导引开关元件解决了时间误差问题。
【附图说明】
[0005]图1是说明示例性电流导引数模转换器架构的简化示意图，根据本发明的实施方案;
[0006]图2A-B示出了缩放电流导引开关；
[0007]图3A-B示出了缩放和未缩放的电流导引开关说明缩放“断点”；
[0008]图4示出了用于缩放和未缩放的电流导引开关的单脉冲的标准集成充电时间；
[0009]图5A不出了未缩放的第M个电流导引开关；
[0010]图5B示出了包含互补电流导引开关的改进型第M个开关，根据本发明的一些实施方案；
[0011]图6示出了用于缩放开关和包含互补电流导引开关的改进型电流导引开关的标准集成充电时间，根据本发明的一些实施方案；
[0012]图7示出了用于说明在高速电流导引数模转换器中降低时间误差方法的示例性流程图，根据本发明的一些实施方案；
[0013]图8示出了在低输出幅度下通过带有未缩放的最低有效位(LSB)开关的数模转换器产生的噪声和失真；和
[0014]图9示出了在低输出幅度下通过带有互补开关的数模转换器产生的噪声和失真。
【具体实施方式】
[0015]现实世界的模拟信号例如温度、压力、声音或图像通常转换为现代数字系统中容易被处理的数字表征。在许多系统中，这个数字信息必须被转换回模拟形式来执行一些真实世界的功能。执行此步骤的电路是数模转换器(DACs)，其输出用于驱动各种设备。扬声器、视频显示器、电机、机械伺服系统、射频(RF)发射器及温度控制器就是一些不同的实例。数模转换器通常被合并入数字系统，在该系统中真实世界的信号由模数转换器(ADCs)进行数字化、处理、再由数模转换器转换回模拟形式。在这些系统中，数模转换器所要求的性能将受系统中的其它部件的能力和需求影响。数模转换器通常产生量化(离散步骤)模拟输出以响应数字输入代码(例如，二进制数字输入码)。
[0016]电流模式数模转换器一般通过将数字输入信号，例如，X位数字输入信号转换为数字输入信号模拟表示的电流来操作。提供数字输入信号的电流输出表示的示范性方法是通过提供和分配比特或部分数字信号到二进制加权开关阵列(通常每比特一个开关)，基于该数字输入信号位每个都提供适当的(二进制加权的)电流输出。从最高有效位到最低有效位，开关依次提供更小的电流。这种类型的X位数模转换器由X加权电流源(其可以简单地是电阻器和基准电压源)，其中开关尺寸对应于由为I的系数加权的最高有效位(MSB)，并且最低有效位(LSB)开关尺寸由为1/2X-1的系数加权。理论是简单的但对于8位数模转换器制造电流开关尺寸或甚至128:1的电阻率的经济尺寸集成电路的实际问题是显著的，尤其它们必须具有匹配的温度系数。缩放这个问题不仅存在于二进制加权开关，也存在于将数字输入信号转换为模拟输出信号的提供一组不同的电流的其它架构中。
[0017]图1是说明示例性电流导引数模转换器架构的简化示意图，根据本发明的实施方案。为便于说明，在图1所示的电流导引数模转换器被配置为使用四个二进制加权开关阵列转换4位数字输入信号。开关机制使电流1、1/2、1/4和1/8 (加权二进制数字输入)被提供给电流组合网络。由开关提供的电流的总和/聚合形成以电流形式输出的数字输入信号的模拟表不。
[0018]其它架构可以根据一组特定的权重(不必要是一组二进制权重)利用加权电流导引开关产生电流输出。该设计所选择此组权重依赖于所期望的输出电流和应用。在某些架构中，该架构被分割成用于处理不同的位组或部分数字输入信号的多个子数模转换器。应该注意的是二进制加权电流导引开关仅仅是可能的架构并且本说明中仅作为例子被提供。其他合适的架构也可由本发明设想。
[0019]电流导引开关的缩放
[0020]电流导引数模转换器通常是由从差动路径的一侧到另一侧切换电流的开关阵列组成。这些开关以不同的权重传输电流用以提供必要步长达到转换器所需的分辨率。此夕卜，每个开关最好是由一些数字驱动单元驱动。开关阵列中的元件最好是所有同时开关且各自波形最好相同以便开关之间的差异不会导致宽带谐波分量失真。为了最小化这种失真机制，该开关必须不仅路由电流到两个输出中的一个，而且不管通过各开关的电流运行量电流必须从开关到开关相同地沉降。为了实现这一目标，开关的尺寸和寄生通常根据(固定)比率以在每个开关的电流量直接或按比例缩放。该比率通常是由较大开关(或电流导引开关阵列中的最大开关)设置，这里的比率是较大开关的尺寸(即，用于较大/最大开关中的晶体管的宽度/长度)和被较大开关引导的电流之间的缩放关系。开关驱动器也将被按比例缩放以免引入加载依赖时间误差。在本发明的某些段落中，具有开关和/或根据比率按比例缩放到的电流量的开关的开关驱动器的电流导引开关被称为“缩放开关”。电流导引开关和/或不按比例缩放的电流量的开关(即不根据比率)的开关驱动器被称为“未缩放开关”。对于这些未缩放开关，用于被未缩放开关引导的电流时该开关尺寸通常太大(相对于缩放开关的比率)。当制造工艺的限制不允许开关尺寸小型化时此未缩放开关的问题会发生。
[0021]在本发明的某些内容中，“最高有效位”(MSB)是指在最高比特位置(具有最大位值)的比特，而“最低有效位”(LSB)是指在在最低比特位置(具有最低位值)的比特。“最高有效位指的是在较高比特位置的比特的集合相比于在较低比特位置的“最低有效位们”。
[0022]图2A-B示出了缩放电流导引开关。这些开关通常被配置成如果d0为高电平时将路由相应的电流到1utp，如果dOb为高电平时路由相应的电流到1utn。d0为数字输入信号的比特值，而dOb是d0的倒数。随着被开关驱动的电流变小，缩放通过在集成电路或芯片中的开关和驱动器尺寸依次较小来实现。在图2A中，最高有效位开关，或用于传输最大量电流Imsb的开关元件，因而具有最大尺寸。开关(即，晶体管)具有W/L尺寸；开关驱动器具有IX尺寸；寄生具有Cp尺寸。随着电流下降该开关通常在开关尺寸和用于缩小开关所提供的开关电流之间设置比率。
[0023]对于阵列中其他开关由于电流改变，电流、开关尺寸和驱动器尺寸相