R-2R型数模转换器

r-2r型数模转换器
技术领域
1.本发明涉及数模转换器领域，特别涉及一种r-2r数模转换器。


背景技术：

2.现有数字-模拟转换器(digital-to-analog conveter，dac)结构主要采用电压按比例缩放型、电流按比例缩放型和电荷按比例缩放型三种结构。其中电流按比例缩放型中的r-2r型电阻网路dac结构由于其功耗小、结构紧凑、精度适中，因而在温度传感器中得以广泛应用。但是在r-2r型电阻网络dac中，开关的导通电阻会导致r-2r电阻网络中的电阻不匹配，从而影响dac的精度。现有的减小开关导通电阻的方法存在以下缺陷：在高位(如n位，n》10)r-2r型电阻网络数模转换器中，虽然可以通过nmos管和pmos管的并联减小开关导通电阻，但每条r-2r支路中的开关导通电阻的减小量是相同的。因此不能根据位数的不同，调整每条r-2r支路中开关导通电阻的减小量，进而提高r-2r电阻网络的匹配度以及r-2r型电阻网络数模转换器的精度。


技术实现要素：

3.发明目的：本发明的目的是提出一种r-2r型数模转换器，可以提高r-2r电阻网络的电阻匹配度，以及r-2r电阻网络数模转换器的精度。
4.技术方案：本发明所述的r-2r型数模转换器，包括参考电压源、r-2r电阻网络和跨阻放大器，所述r-2r电阻网络中的每个电阻对的一端均与一个开关阵列的电流输入端连接，所述开关阵列的两个电流输出端分别对应连接形成数模转换器的第一电流输出端和第二电流输出端，所述开关阵列的开关单元数量从高位至低位成倍递增。
5.进一步的，高位的所述开关阵列仅包括一个开关单元，低位的所述开关阵列包括2
(n/2-i+1)
个并联的开关单元，其中n为数模转换器的总位数，i为所述开关阵列对应的位数。
6.进一步的，所述开关单元包括两个nmos管和两个pmos管，第一nmos管和第一pmos管的源极连接，第二nmos管和第二pmos管的漏极连接，第一nmos管和第一pmos管的栅极连接数字信号，第二nmos管和第二pmos管的栅极通过反相器连接数字信号，第一pmos管的漏极和第二nmos管的源极连接作为所述开关单元的第一电流输出端，第一nmos管的漏极和第二pmos管的源极连接作为所述开关单元的第二电流输出端，第一nmos管和第一pmos管的连接节点与第二nmos管和第二pmos管的连接节点连接作为所述开关单元的电流输入端。
7.进一步的，所述反相器包括一个nmos管和一个pmos管，所述nmos管的漏极与所述pmos管的漏极连接作为所述反相器的输出端，所述pmos管的源极连接vdd，所述nmos管的源极接地，所述nmos管和所述pmos管栅极连接作为所述开关单元的电流输入端。
8.进一步的，所述跨阻放大器包括差分运算放大器及电阻，所述差分运算放大器的反向输入端连接数模转换器的第二电流输出端，所述差分运算放大器的同相输入端接地，所述差分运算放大器的输出端通过电阻连接其反向输入端。
9.进一步的，所述电阻为poly电阻。
10.有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：能根据位数的不同，调整每条r-2r支路中开关导通电阻的减小量，使开关导通电阻按照从最低位到最高位的二进制权重依次减小，从而进一步提高r-2r电阻网络的电阻匹配度，以及r-2r电阻网络数模转换器的精度。
附图说明
11.图1为本发明实施例的r-2r数模转换器的结构示意图；
12.图2为本发明实施例的第七至第十二位的开关阵列的示意图；
13.图3为本发明实施例的第一至第六位的开关阵列的示意图。
具体实施方式
14.下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
15.参照图1，根据本发明实施例的r-2r数模转换器，包括参考电压源10、r-2r电阻网络20、开关网络30和跨阻放大器60，开关网络30包括多个开关阵列，r-2r电阻网络20的每个电阻对的一端均连接一个开关阵列的电流输入端，所有开关阵列的两个电流输出端分别对应连接形成数模转换器的第一电流输出端40和第二电流输出端50。第一电流输出端40接地，第二电流输出端50连接跨阻放大器60的反相输入端。高位电阻对的另一端与相邻低位的电阻对内两个电阻的连接节点连接，最低位的电阻对的另一端接地，最高位的电阻对的两个电阻的连接节点连接参考电压源10，其中开关阵列的基本单元数量从高位至低位成倍数递增。
16.根据上述技术方案的r-2r数模转换器，通过根据位数调节r-2r电阻网络20中每条支路的mos管数量，调整每条r-2r支路中开关导通电阻的减小量，使开关导通电阻从低位到最高位的二进制权重依次减小，提高r-2r电阻网络20的电阻匹配度，从而提高r-2r数模转换器的转换精度，适用于温度传感器中的高位(大于10位)的r-2r数模转换器。
17.实际中，为了使电路面积不至于太大，可以仅对支路电流占比较小的高位或低位进行上述设置。在本实施例中，高位的开关阵列仅包括一个开关单元，低位的开关阵列包括2
(n/2-i+1)
个并联的开关单元，其中n为数模转换器的总位数，i为该开关阵列对应的位数。以12位为例，第七至第十二位的开关阵列3012至307仅包括一个开关单元，第六位的开关阵列306包括2个开关单元并联，第五位的开关阵列305包括4个开关单元，第四位的开关阵列304包括8个开关单元，第三位的开关阵列303包括16个开关单元，第二位的开关阵列302包括32个开关单元，第一位的开关阵列301包括64个开关单元。
18.参照图1，在本实施例中，r-2r电阻网络20包括一对2r-2r电阻和十一对r-2r电阻，2r-2r电阻对作为数模转换器的最低位。
19.参照图2，在本实施例中，单个开关单元包括两个nmos管和两个pmos管，第一nmos管和第一pmos管的源极连接，第二nmos管和第二pmos管的漏极连接，第一nmos管和第一pmos管的栅极连接数字信号，第二nmos管和第二pmos管的栅极通过反相器连接数字信号。第一pmos管的漏极和第二nmos管的源极连接作为开关单元的第一电流输出端，第一nmos管的漏极和第二pmos管的源极连接作为开关单元的第二电流输出端，第一nmos管和第一pmos管的连接节点与第二nmos管和第二pmos管的连接节点连接作为开关单元的电流输入端。
20.参照图3，在本实施例中，第六位至第一位的开关阵列，由对应数量的开关单元并联而成，每个开关单元的数字信号端、电流输入端、第一电流输出端和第二电流输出端分别对应连接，再分别连接数字信号、对应的电阻对、接地或连接跨阻放大器60的输入端。在本实施例中，开关阵列中的nmos管尺寸为w/l＝2μm/600nm，pmos管尺寸为w/l＝2μm/500nm，均采用tsmc 0.18μm cmos工艺制造。
21.参照图1，跨阻放大器60包括差分运算放大器及电阻，差分运算放大器的反向输入端连接第二电流输出端50，差分运算放大器的同相输入端接地，差分运算放大器的输出端通过电阻连接其反向输入端。在本实施例中，电阻为poly电阻，阻值为300kω。