数模转换器的制作方法

本发明涉及集成电路领域，具体涉及一种开关电阻可控的数模转换器。

背景技术：

1、数模转换器（digital to analog converter, dac）是一种常见的数模接口电路，用于将数字信号转换为模拟信号。dac有各种结构类型，如电流型、电容型、电阻型等。

2、电阻型dac因其结构简单，精度高，易于集成等优点，广泛应用于各类片上系统、工业物联网及无线传感网络等应用场景。在电阻型dac中，比较常见的是电阻串结构、r-2r电阻网络结构。

3、本发明中的开关用于基于r-2r电阻网络结构dac，一个典型的r-2r电阻网络结构dac原理图如图1所示。图中包含了地电平vss、参考电压vref、输出电压vout、多个第一电阻r、多个第二电阻2r，以及多个开关。依据位阶高低，该dac可以划分为高有效位（mostsignificant bit, msb）电路和低有效位（least significant bit, lsb）电路。

4、当dac的接收参考电压vref时，dac的输出范围为从0到参考电压vref。如果dac的输入数字码是m，dac的分辨率是n，则dac输出的模拟信号电压vout为：vout=vref×m/(2n-1)，其中vout为dac输出的模拟信号电压，vref是参考电压，m、n均为正整数。

5、dac常被应用于通用型微控制单元（micro controller unit, mcu）系统中，dac会把mcu计算得到的数字信号线性地转换为模拟信号，并从芯片引脚输出，以控制外部各种模块。

6、但在mcu系统中，供电电压值通常会是一个比较宽的范围，比如1.65v~5.5v。对应不同的供电电压和应用需求，mcu中的模数转换器（analog to digital converter, adc）和dac需要不同的参考电压vref，比如1.2v、1.8v、2.4v、3.6v等。而dac需要在不同的供电电压和参考电压vref下保持基本一致的精度，这就对dac设计提出了较高要求。

7、在图1中，通常高有效位电路由于精度较高，通常采用温度计码控制；低有效位电路则控制一个传统的r-2r电阻网络结构。影响dac精度的主要是电阻的匹配以及开关导通电阻。电阻的匹配主要由工艺和版图决定，这可以通过合理的版图规划实现较好的匹配。开关需要在地电平vss和参考电压vref之间进行切换，其导通电阻是除电阻匹配之外影响dac精度的主要因素。

8、一种传统的应用于dac中的开关结构如图2所示。控制n型金属氧化物半导体（negative channel metal oxide semiconductor, nmos）开关导通或关闭的信号为图中第二nmos开关栅极控制信号nmos_ctl，而控制p型金属氧化物半导体（positive channelmetal oxide semiconductor, pmos）开关导通或关闭的信号为图中第二pmos开关栅极控制信号pmos_ctl，nmos开关的衬底接地电平（voltage source source, vss），pmos开关的衬底接电源电压（voltage drain drain, vdd）。

9、在电路设计中，需要开关接地电平vss或者参考电压vref时的导通电阻远小于电阻的阻值。但开关的阻值越小，往往意味着需要占用的硅面积越大，这在电源电压和参考电压比较低的情况下尤甚，因此现实中往往需要在开关的硅面积和dac精度之间折中考虑。与此同时，dac精度同样也受nmos开关和pmos开关之间导通电阻之间匹配程度的影响。

10、本发明提出了一种dac，其包括的新的开关结构使得开关无论是在接地电平vss还是接参考电压vref时，其导通电阻都是可控的，这为宽供电电压范围的mcu设计dac时更加容易实现开关面积和dac精度的折中。

技术实现思路

1、为了缓解或部分缓解上述技术问题，本发明的解决方案如下所述：

2、一种数模转换器，具有包括若干第一电阻和若干第二电阻的r-2r电阻网络结构、nmos开关和pmos开关，所述第二电阻的阻值是所述第一电阻的阻值的两倍，所述nmos开关的漏极连接数模转换器中第二电阻的第一端，源极和衬底接地电平，栅极受控于第一nmos开关栅极控制信号；所述pmos开关的漏极连接参考电压，源极连接数模转换器中第二电阻的第一端，栅极受控于第一pmos开关栅极控制信号；当所述pmos开关导通时，pmos开关的衬底连接参考电压；当所述pmos开关关闭时，pmos开关的衬底连接电源电压。

3、在某实施例中，所述数模转换器还包括第一电压切换pmos开关和第二电压切换pmos开关；所述第一电压切换pmos开关的源极连接所述pmos开关的衬底；所述第二电压切换pmos开关的源极连接所述pmos开关的衬底。

4、在某实施例中，所述第一电压切换pmos开关的衬底连接电源电压；所述第二电压切换pmos开关的衬底连接电源电压；所述第一电压切换pmos开关的栅极连接第二pmos开关栅极控制信号，所述第二电压切换pmos开关的栅极连接第二pmos开关栅极反相控制信号，第二pmos开关栅极反相控制信号是第二pmos开关栅极控制信号的反相信号；所述第一电压切换pmos开关的漏极连接参考电压；所述第二电压切换pmos开关的漏极连接电源电压。

5、在某实施例中，产生所述第一nmos开关栅极控制信号的第一nmos开关栅极控制信号生成电路包括：第一运算放大器，其反相输入端接收带隙基准电压，其同相输入端与第四电阻第一端连接；第一运算放大器受第一运算放大器关断信号控制，以控制第一运算放大器的通断。

6、在某实施例中，产生所述第一nmos开关栅极控制信号的第一nmos开关栅极控制信号生成电路，还包括：第三电阻第二端与第四电阻第一端连接，第四电阻的第二端与第一运算放大器的输出端连接，第一运算放大器的输出端还与第一nmos管的漏极和栅极连接，第一运算放大器的输出端还与第二nmos管的漏极连接；第一nmos管的源极和第二nmos管的源极共同连接低电平；第二nmos管的栅极受控于第一运算放大器关断信号。

7、在某实施例中，产生所述第一nmos开关栅极控制信号的第一nmos开关栅极控制信号生成电路，还包括：电源电压同时连接于第一可调电阻的第一端和第一pmos管的源极；第一可调电阻的第二端和第一pmos管的漏极相连，输出第二地电平，所述第二地电平的电压值比地电平的电压值高；第一pmos管的栅极受控于第一运算放大器关断反相信号，第一运算放大器关断反相信号是第一运算放大器关断信号的反相信号；第一可调电阻受控于第一数字控制码而改变阻值，第一可调电阻的第二端连接第三电阻的第一端；第一缓冲器的电源端接收第二电源电压，第一缓冲器的接地端连接地电平；第一缓冲器的输入端为第二nmos开关栅极控制信号，输出端为第一nmos开关栅极控制信号。

8、在某实施例中，产生所述第一pmos开关栅极控制信号的第一pmos开关栅极控制信号生成电路，包括：第二运算放大器，其反相输入端接收带隙基准电压，同相输入端与第六电阻的第一端连接；第二运算放大器受第二运算放大器关断信号控制，以控制第二运算放大器的通断。

9、在某实施例中，产生所述第一pmos开关栅极控制信号的第一pmos开关栅极控制信号生成电路，还包括：第二运算放大器的输出端与第二pmos管的漏极、第二pmos管的栅极、第三pmos管的漏极和第五电阻的第一端连接，第六电阻r6的第一端与第五电阻的第二端连接；第二pmos管的源极、第三pmos管的源极以及第二缓冲器的电源端和电源电压连接；第三pmos管的栅极受控于第二运算放大器关断信号。

10、在某实施例中，产生所述第一pmos开关栅极控制信号的第一pmos开关栅极控制信号生成电路，还包括：第六电阻的第二端输出第二地电平，第六电阻的第二端与第二可调电阻第一端、第三nmos管的漏极和第二缓冲器的接地端连接；第二可调电阻的第二端和第三nmos管的源极接地电平，第二可调电阻受控于第二数字控制码而改变阻值。

11、在某实施例中，通过调整第一数字控制码和第二数字控制码，实现第一nmos开关栅极控制信号和第一pmos开关栅极控制信号的控制范围调整；或者，将第一运算放大器关断信号和第二运算放大器关断信号设置为1，以关闭第一运算放大器和第二运算放大器。

12、本发明技术方案，具有如下有益的技术效果：

13、本发明的pmos开关的bulk在pmos开关导通时接vref，在pmos开关关断时接vdd，nmos开关和pmos开关的栅极控制信号由专门的控制电路产生，从而保证nmos开关和pmos开关导通电阻的精准匹配。

14、此外，本发明还具有的其它有益效果将在具体实施例中提及。