專利名稱：高速差分電阻電壓的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的制作方法
背景技術(shù)：
數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，又稱DAC，是接收數(shù)字編碼信號并提供相應(yīng)的模擬輸出電流或電壓信號的譯碼裝置。因此，DAC常作為數(shù)字系統(tǒng)和模擬系統(tǒng)之間的接口使用。
圖1是傳統(tǒng)DAC 10的簡化的高級框圖。DAC 10的輸入是包括二進制比特流的數(shù)字字D?？蔀殡娏骰螂妷旱妮敵瞿M信號與輸入信號有如下關(guān)聯(lián)A＝KVrefD其中K是比例因子，Vref是參考電壓。D可由下式表示D＝bl/2l+b2/22+...+bN/2N其中N是總的位數(shù)，b1，b2，...是量化為1或0的比特系數(shù)。
電壓調(diào)節(jié)DAC，也在下文中也稱為VDAC，通過對串聯(lián)在參考電壓和地之間的分壓電阻進行選擇性地抽頭來產(chǎn)生模擬輸出電壓信號。采用大量的開關(guān)，例如CMOS開關(guān)，和/或譯碼邏輯來選擇一個抽頭電壓作為模擬輸出電壓信號，并對其進行傳送。存在兩種用于選擇和傳送抽頭電壓的傳統(tǒng)譯碼方法，即樹譯碼和二進制譯碼。
圖2是傳統(tǒng)3比特樹譯碼VDAC 20的示意圖，其包括總數(shù)為(23+1-2＝14)14個的CMOS晶體管開關(guān)41-48、61-64、81-82，以及數(shù)量為其一半的CMOS反相器51-54、71-72和81作為其一部分。電阻22被分為8個相等的電阻段22a、22b、...22h。使用了三個譯碼級40、60和80。譯碼級40接收分別存在于節(jié)點a，b，c，d，...，h上的八個抽頭電壓，并將其中4個傳送到所示為i、j、k、l的4個節(jié)點，對應(yīng)于三比特字b2b1b0的b0位。級60接收節(jié)點i、j、k、l的電壓并將其中兩個傳送到節(jié)點m、n上，對應(yīng)于三比特字b2b1b0的b1位。級80接收節(jié)點m、n上的兩個電壓，并將其中一個作為輸出電壓傳送到輸出端子Vout，對應(yīng)于三比特字b2b1b0中的b2位。因此，根據(jù)字b2b1b0的三個比特的值，可將節(jié)點a、b、c、...h上一個的抽頭電壓傳送到輸出端子Vout。
例如VDAC 20的樹譯碼VDAC的缺陷之一在于，從任意一個抽頭電壓到輸出端子的信號路徑包括沿著該路徑設(shè)置的閉合的三極管開關(guān)的結(jié)電容和串聯(lián)導(dǎo)通電阻，以及某些與該路徑耦合的打開的三極管開關(guān)的結(jié)電容。例如，從節(jié)點a到端子Vout的路徑包括三極管開關(guān)41、61、81的結(jié)電容和串聯(lián)導(dǎo)通電阻，以及42和62的結(jié)電容。因此，樹譯碼VDAC常用于運算速度相對不重要的應(yīng)用中。
圖3是傳統(tǒng)3比特二進制譯碼VDAC 100的示意圖，其包括總數(shù)為(23＝8)8個的CMOS晶體管開關(guān)91-98作為其一部分。VDAC 100包括設(shè)置有8個開關(guān)的一個譯碼級90。譯碼器(未示出)接收三比特字b2b1b0并產(chǎn)生分別提供給開關(guān)91-98的8路信號z0、z1、...z8。根據(jù)字b2b1b0的三位，所示8路信號z0-z8中的一路將被選定，以將節(jié)點a、b、c、...h上的一個抽頭電壓傳送到輸出端子Vout。因為在這種VDAC中每個抽頭節(jié)點使用一個開關(guān)，所以從每個抽頭節(jié)點到輸出端子的信號路徑上具有相對較小的阻抗。然而，這種VDAC需要相對大量的譯碼，尤其是當字b2b1b0的位數(shù)增加時。此外，VDAC 20和VDAC100都不適合實現(xiàn)差分數(shù)模電壓轉(zhuǎn)換。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，差分數(shù)模轉(zhuǎn)換器包括電阻和至少兩個譯碼級作為其一部分。所述電阻被分為N個等分段，每一段分別位于形成第一譯碼級的N個譯碼器的不同的一個中。每個譯碼器的電阻段進一步劃分為M個等分段以提供M個抽頭節(jié)點。第一譯碼級中的每個譯碼器將M個抽頭電壓中的兩個傳送到一對相關(guān)聯(lián)的輸出節(jié)點上。在每個譯碼器中傳送的所述兩個電壓關(guān)于譯碼器中電阻段的中心處的電壓是互補的。第二譯碼級接收由第一譯碼級中N個譯碼器中的每一個傳送的第一和第二電壓，并將所述電壓中的兩個電壓傳送至一對第三和第四輸出節(jié)點。傳送到第三和第四輸出節(jié)點的電壓關(guān)于差分數(shù)模轉(zhuǎn)換器中的電阻中心處的電壓互補。第三譯碼級將第三節(jié)點的電壓傳送至差分數(shù)模轉(zhuǎn)換器的一個輸出端子上，并將第四節(jié)點的電壓傳送至差分數(shù)模轉(zhuǎn)換器的另一輸出端子上。在N＝1的實施方案中，第一譯碼級的輸出信號作為輸入信號直接傳輸至第三譯碼級。
在某些實施方案中，第一譯碼級的譯碼器適合進行二進制譯碼運算。在另一些實施方案中，第一譯碼級的譯碼器適合進行樹譯碼運算。在又一些實施方案中，第一譯碼級的譯碼器適合進行二進制譯碼和樹譯碼相結(jié)合的運算。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中公知的、傳統(tǒng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器的簡化高級框圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)中公知的、傳統(tǒng)3比特樹譯碼數(shù)模電壓轉(zhuǎn)換器的示意圖；圖3是現(xiàn)有技術(shù)中公知的、傳統(tǒng)3比特二進制譯碼數(shù)模電壓轉(zhuǎn)換器的示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的、3比特差分數(shù)模電壓轉(zhuǎn)換器的示意圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明另一實施方案的、7比特差分數(shù)模電壓轉(zhuǎn)換器的高級框圖；圖6是根據(jù)一個實施方案的，設(shè)置在圖5所示差分數(shù)模電壓轉(zhuǎn)換器的第一譯碼級中每個譯碼器的示意圖；圖7是根據(jù)一個實施方案的，圖5所示差分數(shù)模電壓轉(zhuǎn)換器的第三譯碼級的示意圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明另一實施方案的、3比特差分數(shù)模電壓轉(zhuǎn)換器的示意圖；以及圖9是根據(jù)本發(fā)明再一個實施方案的、3比特差分數(shù)模電壓轉(zhuǎn)換器的示意圖。
具體實施例方式
圖4是根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的、3比特差分數(shù)模電壓轉(zhuǎn)換器(VDAC)150的示意圖。VDAC 150適于包括電阻160、第一譯碼級180以及第二譯碼級190作為其一部分。電阻160被劃分為相等的8段并在節(jié)點A、B、C、D、E、F和G抽頭。電阻160的節(jié)點T與正電壓電源Vref+相連，電阻160的節(jié)點B與負電壓電源Vref-相連。
譯碼級180接收以上7個節(jié)點的抽頭電壓，并傳送相對于電阻160的中心抽頭節(jié)點D互補的、節(jié)點U、V處的一對電壓。譯碼級180適于包括接收譯碼信號Z0、Z1、Z2和Z3之一的8個三極管開關(guān)。2-4譯碼器(未示出)接收數(shù)字字b2b1b0中最不重要的兩位b0和b1，并產(chǎn)生四位譯碼信號Z0-Z3。信號Z0被提供至開關(guān)184和185，信號Z1被提供至開關(guān)183和186，信號Z2被提供至開關(guān)182和187，信號Z3被提供至開關(guān)181和188。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，譯碼級傳送至節(jié)點U、V的電壓是相對于電阻160中心抽頭節(jié)點D互補的。例如，如果選定信號Z3，那么關(guān)于中心抽頭節(jié)點D的電壓互補的節(jié)點A和G上的電壓被分別傳送至節(jié)點U和V。同樣，如果例如信號Z2被選定，那么關(guān)于中心抽頭節(jié)點D的電壓互補的節(jié)點B和F上的電壓被分別傳送至節(jié)點U和V。也就是說，根據(jù)本發(fā)明，VDAC的第一譯碼級產(chǎn)生關(guān)于VDAC中分段電阻中心處的電壓互補的一對信號。
例如，假設(shè)電阻160的節(jié)點T和B的電壓分別為2V和0V。那么，節(jié)點D的電壓是1V。如果信號Z3被選定，則分別為1.75V和0.25V的節(jié)點A和G的電壓分別被傳送至節(jié)點U和V。同樣，如果例如選定信號Z2，則分別為1.5V和0.5V的節(jié)點B和F的電壓分別被傳送至節(jié)點U和V。也就是說，分別傳送至節(jié)點U和V的電壓總是關(guān)于電阻160中心節(jié)點電壓互補的。
如圖4所示，第二譯碼級190將接收節(jié)點U和V的電壓，并根據(jù)b2位的值，將所述電壓分別傳送至輸出端子Outp和Outn，或分別傳送至輸出端子Outn和Outp。如果，b2位例如為1，則將節(jié)點U的電壓提供給輸出端子Outn，節(jié)點V的電壓提供給輸出端子Outp。如果，與之相反，b2位為0，則將節(jié)點U的電壓提供給輸出端子Outp，將節(jié)點V的電壓提供給輸出端子Outn。
圖5是根據(jù)本發(fā)明另一實施方案的、7比特差分數(shù)模電壓轉(zhuǎn)換器(VDAC)200的高級框圖。VDAC 200包括電阻、第一譯碼級250、第二譯碼級255以及第三譯碼級260作為其一部分。電阻位于第一譯碼級250中，并連接在正參考電壓Vref1和負參考電壓Vref2之間。
所示第一譯碼級包括8個譯碼器2051、2052、2053、2054、2055、2056、2057和2058。每個譯碼器205中都設(shè)置有電阻的1/8等分段。每個譯碼器中的電阻段被進一步劃分為16等份，從而提供由譯碼器抽頭的16個節(jié)點。每個譯碼器進一步用于接收7比特字的b2b1b0三位，并提供關(guān)于其中的電阻段中心處的電壓互補的兩個電壓信號。因此，8對這樣的差分信號由譯碼級250提供，并由第二譯碼級255接收。
譯碼級255接收7比特字的b5b4b3三位，并作為響應(yīng)，將4對Ui，Vi中的一路的作為第一信號傳送至輸出節(jié)點，且將8對中另4對U9-i，V9-i中的一路作為第二信號傳送至另一輸出節(jié)點，本實施方案中i為1到4的整數(shù)。由譯碼級255傳送的第一和第二信號關(guān)于第一譯碼級250中電阻R中心處的電壓互補。因此，由于信號Ui和V9-i關(guān)于電阻R中心處的電壓互補，所以譯碼級255適于響應(yīng)于b5b4b3位的某些值將所述兩路信號傳送至節(jié)點W和X。同樣，由于信號Vi和U9-i關(guān)于電阻R中心處的電壓互補，所以譯碼級255適于響應(yīng)于b5b4b3位的某些其它值將所述兩路信號傳送至節(jié)點W和X。該第一和第二電壓信號包括例如信號(U1，V8)、(V1，U8)、(U3，V5)、(V4，U5)等。
圖6提供了每個譯碼器205更詳細的視圖。位于每個譯碼器205中的、阻值為R/8的電阻段220被劃分為16等份(即R/128)，以提供16個抽頭節(jié)點Nj，其中j為1到16的整數(shù)。所述16個抽頭節(jié)點提供了關(guān)于譯碼器205中R/8電阻中心處的電壓互補的8對電壓信號。也就是說，節(jié)點Nj的電壓與節(jié)點N17-j的電壓是互補的。例如，節(jié)點N1的電壓與節(jié)點N16的電壓互補。同樣，節(jié)點N3的電壓與節(jié)點N14的電壓互補。每個譯碼器205都適用于將一對互補的節(jié)點Nj和N17-j的抽頭電壓作為輸出電壓傳送至節(jié)點U和V。
在圖6所示實施方案中，到輸出節(jié)點的抽頭電阻電壓的選擇和傳送通過包括16個CMOS開關(guān)210j的二進制譯碼器實現(xiàn)。邏輯譯碼器(未示出)接收b2b1b0位，并作為響應(yīng)產(chǎn)生8路譯碼信號Zk，其中當j為1到8時k等于j，當k為9到16時k等于(j-8)。譯碼信號Zk被提供至開關(guān)210j。因此，當抽頭節(jié)點N1的電壓傳送至輸出節(jié)點U時，抽頭節(jié)點N1+8的電壓被傳送至輸出節(jié)點V，其中1為1到8的整數(shù)。如圖6所示并如上所述，傳送至節(jié)點U和V的電壓關(guān)于每一譯碼器205中的電阻220中心處的電壓互補?？衫斫猓總€譯碼器205可適合執(zhí)行樹譯碼或樹譯碼與二進制譯碼的結(jié)合以產(chǎn)生傳送至節(jié)點U、V的電壓。
由譯碼器205提供的、節(jié)點Ui、Vi上的8對互補電壓信號被傳送至譯碼級255。如上所述，響應(yīng)于b5b4b3位，譯碼級255將節(jié)點Ui、Vi上的4對信號中的一路以及節(jié)點U9-i、V9-i上的4對信號中的另一路傳送至輸出節(jié)點W和X。由譯碼級255傳送至輸出節(jié)點的兩路電壓信號關(guān)于VDAC 200中的電阻R中心處的電壓互補。因此，由于信號Ui和V9-i關(guān)于電阻R中心處的電壓互補，所以譯碼級255適用于響應(yīng)于b5b4b3位的某些值將所述兩路信號傳送至節(jié)點W和X。同樣，由于信號Vi和U9-i關(guān)于電阻R中心處的電壓互補，所以譯碼級255適用于響應(yīng)b5b4b3位的另外某些值將所述兩路信號傳送至節(jié)點W和X?？梢岳斫猓g碼級255可使用二進制譯碼器、樹譯碼器、或二進制譯碼器與樹譯碼器相結(jié)合，以響應(yīng)于b5b4b3位將電壓傳送至輸出節(jié)點W和X。
譯碼級260接收節(jié)點W、X上的互補電壓，并響應(yīng)于b6位將兩電壓之一傳送至輸出端子Outp，將兩電壓中的另一個傳送至輸出端子Outn。圖7提供了根據(jù)一個實施方案的，每個譯碼器260的更詳細的視圖。如果b6為1，則開關(guān)274和278是閉合的，因此接收自端子W的電壓被傳送至端子Outn，而接收自端子X的電壓被傳送至端子Outp。如果b6為0，則開關(guān)272和276是閉合的，因此接收自端子X的電壓被傳送至端子Outn，而接收自端子W的電壓被傳送至端子Outp。
圖8是根據(jù)本發(fā)明另一實施方案的、3比特差分VDAC 300的示意圖。VDAC 300適于包括電阻310以及一對二進制譯碼級340和370作為其一部分。電阻310被等分為8段以提供8個抽頭節(jié)點310i，本實施方案中i為從1到8的整數(shù)。譯碼邏輯(未示出)接收b2b1b0位，并產(chǎn)生傳送至譯碼級340和370的譯碼信號Zi。
所述每個譯碼級包括8個開關(guān)，每個開關(guān)適用于接收不同的一路譯碼信號Zi，這樣傳送至端子Outp和Outn的電壓關(guān)于電阻310的中心節(jié)點3104處的電壓是互補的。所示譯碼級340中具有8個開關(guān)345i，開關(guān)345i適用于接收譯碼信號Zi。同樣，所示譯碼級370中具有8個開關(guān)375i，開關(guān)375i適用于接收譯碼信號Zi。因此，對于每路譯碼信號Zi，節(jié)點310(9-i)的電壓通過開關(guān)345i傳送至端子Outp，并通過開關(guān)375i傳送至端子Outn。
圖9是根據(jù)本發(fā)明再一個實施方案的、3比特差分VDAC 400的示意圖。VDAC 400適于包括電阻410以及一對樹譯碼級440和470作為其一部分。電阻410被等分為8段以提供8個抽頭節(jié)點410i，本實施方案中i為1到8的整數(shù)。
樹譯碼級440包括14個開關(guān)，并適用于將電阻410的一路抽頭電壓傳送至端子Outp。同樣，樹譯碼級470包括14個開關(guān)，并適用于將電阻410的另一路抽頭電壓傳送至端子Outn。傳送至輸出端子Outp和Outn的電壓關(guān)于電阻410中心節(jié)點4104處的電壓互補。因此，如果將例如電阻410的節(jié)點4101的電壓傳送至輸出端子Outp，則將電阻410的節(jié)點4107的電壓傳送至輸出端子Outn。同樣，如果將例如電阻410的節(jié)點4104的電壓傳送至輸出端子Outp，則將電阻410的節(jié)點4105的電壓傳送至輸出端子Outn。
本發(fā)明的上述實施方案是說明性的而非限制性的。各種替代方案和等價方案都是可能的。本發(fā)明不受開關(guān)類型的限制，例如CMOS或可用于本發(fā)明的差分數(shù)模電壓轉(zhuǎn)換電路的其它開關(guān)。本發(fā)明不受接收數(shù)字字并產(chǎn)生譯碼信號的譯碼邏輯的類型限制。本發(fā)明不受本發(fā)明所處集成電路類型的限制。本發(fā)明也不受用于制造本發(fā)明的處理工藝的任何特殊類型的限制，例如CMOS、雙極型或BICMOS。此外，本發(fā)明顯然存在其他的添加、刪減或變形，其一并落入所附權(quán)利要求的保護范圍中。
權(quán)利要求
1.一種差分數(shù)模轉(zhuǎn)換器，包括譯碼級，包括N個譯碼器，其中每個譯碼器適用于接收M個電壓，所述M個電壓與電阻的N個不同等分段中一個的M個抽頭節(jié)點相關(guān)聯(lián)；每個譯碼器進一步適用于將所述接收的M個電壓中的第一和第二電壓傳送至一對相關(guān)聯(lián)的第一和第二節(jié)點，其中所述N個譯碼器每一個中的所述第一和第二被傳送的電壓關(guān)于所述譯碼器中所述電阻段的中心點處的電壓互補；第二譯碼級，適用于接收N個第一電壓和N個第二電壓，并將所述N個第一電壓中的一個作為第三電壓、將所述N個第二電壓中的一個作為第四電壓傳送至一對第三和第四輸出端子，其中所述第三和第四電壓關(guān)于所述電阻中心點處的電壓互補；以及第三譯碼級，適用于將所述第三和第四電壓中的一個傳送至所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的第一輸出端子，并將所述第三和第四電壓中的另一個傳送至所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的第二輸出端子。
2.如權(quán)利要求1所述的差分數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其中，所述第一譯碼級中的每個譯碼器適用于執(zhí)行二進制譯碼運算。
3.如權(quán)利要求1所述的差分數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其中，所述第一譯碼級中的每個譯碼器適用于執(zhí)行樹譯碼運算。
4.如權(quán)利要求1所述的差分數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其中，所述第一譯碼級中的每個譯碼器執(zhí)行二進制和樹譯碼運算。
5.一種差分數(shù)模轉(zhuǎn)換器，包括第一譯碼級，適用于接收與劃分為N個等分段的電阻的N個抽頭節(jié)點相關(guān)聯(lián)的N個電壓；所述第一譯碼級進一步適用于將接收電壓的第一和第二電壓傳送至第一和第二節(jié)點，其中所述被傳送的第一和第二電壓關(guān)于所述電阻的中心處的電壓互補；以及第二譯碼級，適用于接收傳送至第一和第二節(jié)點的所述電壓，并響應(yīng)于數(shù)字字中的位的接收，將所述電壓傳送至一對輸出端子。
6.如權(quán)利要求5所述的差分數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其中，所述第一譯碼級適用于執(zhí)行二進制譯碼運算。
7.如權(quán)利要求5所述的差分數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其中，所述第一譯碼級適用于執(zhí)行樹譯碼運算。
8.如權(quán)利要求5所述的差分數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其中，所述第一譯碼級適用于執(zhí)行二進制和樹譯碼運算。
9.一種用于將表示電壓的數(shù)字字轉(zhuǎn)換為模擬電壓的方法，所述方法包括在電阻的N個等分段的每一個中抽頭出M個節(jié)點，以在所述電阻的所述N個等分段的每一個中產(chǎn)生M個抽頭電壓；響應(yīng)于所述數(shù)字字的位的第一子集，從所述電阻的所述N個等分段的每一個中的M個抽頭電壓中選擇第一電壓和第二電壓，所述第一電壓和第二電壓關(guān)于所述電阻段的中心處的電壓互補；響應(yīng)于所述數(shù)字字的位的第一子集，從所選的N個第一電壓和所選的N個第二電壓中選擇關(guān)于所述電阻的中心處的電壓互補的一對電壓；以及響應(yīng)于所述數(shù)字字的位的第三子集，將所選的一對電壓傳送至一對輸出端子。
10.一種用于將表示電壓的數(shù)字字轉(zhuǎn)換為模擬電壓的方法，所述方法包括在電阻上抽頭出M個節(jié)點，以產(chǎn)生M個抽頭電壓；響應(yīng)于所述數(shù)字字的位的第一子集，從所述M個抽頭電壓中選擇關(guān)于所述電阻的中心處的電壓互補的第一電壓和第二電壓；以及響應(yīng)于所述數(shù)字字的位的第二子集，將所述所選的一對電壓對傳送至一對輸出端子。
全文摘要
一種差分數(shù)模電壓轉(zhuǎn)換器(VDAC)，包括電阻和至少兩個譯碼級作為其一部分。所述電阻被分為N個等分段，每一段分別位于形成第一譯碼級的N個譯碼器的不同的一個中。每個譯碼器的電阻段進一步劃分為M個等分段以提供M個抽頭節(jié)點。第一譯碼級中的每個譯碼器將M個抽頭電壓中的兩個傳送到一對相關(guān)聯(lián)的輸出節(jié)點上，并且所述兩個電壓關(guān)于譯碼器中電阻段的中心處的電壓互補。第二譯碼級接收由N個譯碼器中的每一個傳送的第一和第二電壓，并將關(guān)于電阻中心處的電壓互補的兩個電壓傳送至一對第三和第四輸出節(jié)點。
文檔編號H03M1/78GK101084628SQ200580043961
公開日2007年12月5日 申請日期2005年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月21日
發(fā)明者巴爾曼·福托希 申請人:?？怂_公司