放大系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開(kāi)一般涉及包括數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器（DAC)和DAC的輸出級(jí)的放大系統(tǒng)，特別 是，包括高度線性和區(qū)域有效輸出級(jí)的數(shù)模轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器（DAC)通常通過(guò)一個(gè)輸出級(jí)驅(qū)動(dòng)負(fù)載，該輸出級(jí)可充當(dāng)DAC和 負(fù)載之間的緩沖，以向負(fù)載供給驅(qū)動(dòng)電流。此外，輸出級(jí)可向負(fù)載提供不同范圍的電壓。例 如，DAC的輸出通常具有[0, 2. 5V]的電壓范圍。DAC的輸出級(jí)可以轉(zhuǎn)換DAC的電壓范圍[0， 2.5V]到不同的電壓范圍，諸如范圍[0,5V]、[0，10V]、[0,20V]、[_5V，5V]、[_10V，10V]或 [_20V，20V]。僅覆蓋正電壓的那些范圍通常被稱為單極電壓范圍，以及那些覆蓋正和負(fù)電 壓范圍通常被稱為雙極性電壓范圍。
[0003] DAC的輸出級(jí)可以借助軟件控制的開(kāi)關(guān)通過(guò)電阻器的不同組合實(shí)現(xiàn)單極性范圍。 但是，為了實(shí)現(xiàn)雙極性范圍，DAC的輸出級(jí)可以進(jìn)一步包括偏置電壓，從而轉(zhuǎn)換輸出成負(fù)電 壓區(qū)域。目前，單極和雙極輸出之間的切換通過(guò)旁路開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)，該旁路開(kāi)關(guān)連接在偏移電 壓和地面基準(zhǔn)的節(jié)點(diǎn)之間。因此，當(dāng)旁路開(kāi)關(guān)被接合為單極性范圍時(shí)，在提供偏移電壓的節(jié) 點(diǎn)的信號(hào)被引導(dǎo)到地面，從而繞過(guò)偏移電壓。當(dāng)旁路開(kāi)關(guān)被切斷時(shí)，則偏移電壓被踢入，使 得輸出級(jí)可提供雙極性范圍。
[0004] 旁路開(kāi)關(guān)通常通過(guò)使用表現(xiàn)出非線性電阻的金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (MOSFET)設(shè)備實(shí)現(xiàn)，該非線性電阻作為穿過(guò)MOSFET設(shè)備的電流的函數(shù)而改變。信號(hào)路徑中 的MOSFET設(shè)備的非線性電阻可導(dǎo)致DAC的整體積分非線性（INL)受損。較大的MOSFET設(shè) 備可減少由MOSFET設(shè)備的非線性電阻所造成的INL。然而，更大的MOSFET設(shè)備占據(jù)更大的 電路區(qū)并在高溫下可能泄漏電流。
【附圖說(shuō)明】
[0005] 圖1示出數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。
[0006] 圖2示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，包括數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器（DAC)的輸出級(jí)的數(shù)字-模擬 轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。
[0007] 圖3示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，生成多個(gè)輸出范圍的數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。
[0008] 圖4示出根據(jù)實(shí)施例，具有降低噪聲耦合的DAC的輸出級(jí)。
[0009] 圖5示出根據(jù)另一實(shí)施例的DAC輸出級(jí)。
[0010] 圖6示出了根據(jù)替代實(shí)施例的DAC輸出級(jí)。
[0011] 圖7示出根據(jù)另一實(shí)施例的DAC輸出級(jí)。
[0012] 圖8示出了根據(jù)替代實(shí)施例的變型輸出級(jí)。
[0013] 圖9A示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，包括參考緩沖器的輸出級(jí)。
[0014] 圖9B示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，包括增益提高基準(zhǔn)緩沖器的輸出級(jí)。
[0015] 圖10示出根據(jù)另一實(shí)施例，生成多個(gè)輸出范圍的數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 實(shí)施例可包括一個(gè)數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以包括數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器和輸 出級(jí)，用于將數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓范圍。輸出級(jí)可以包括：第一放大 器，包括用于接收所述數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)的第一輸入；第一電阻元件，耦合在第 一放大器的第二輸入和輸出之間；第二電阻元件，親合在所述第一放大器的第一輸入和接 地參考之間；以及第三電阻元件，可切換地從所述第一放大器的第二輸入耦合（例如，經(jīng)由 開(kāi)關(guān)親合）到第二放大器的輸出和輸入。
[0017] 實(shí)施例可包括一個(gè)數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以包括數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器和輸 出級(jí)，用于將數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓范圍。輸出級(jí)可以包括：第一放大 器，包括用于接收所述數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)的第一輸入；第一電阻元件，耦合在第 一放大器的的第二輸入和輸出之間；串聯(lián)連接的第二和第三電阻元件，耦合在第一放大器 的第二輸入端和接地參考之間；以及第四電阻元件，從第二和第三電阻元件的互連節(jié)點(diǎn)可 切換地耦合（例如，經(jīng)由開(kāi)關(guān)耦合）到第二放大器的輸出和輸入。
[0018] 實(shí)施例可包括一個(gè)數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以包括數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器和輸 出級(jí)，用于將數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓范圍。輸出級(jí)可以包括：第一放大 器，包括用于接收所述數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)的第一輸入端；從第一放大器的第二 輸入耦合到輸出的串聯(lián)連接的第一和第二電阻元件；第三電阻元件，耦合在第一放大器的 第二輸入和接地參考之間；以及第四電阻元件，從第一和第二電阻元件的互連節(jié)點(diǎn)可切換 地耦合（例如，經(jīng)由開(kāi)關(guān)耦合）到第二放大器的輸出和輸入。
[0019] 發(fā)明詳述
[0020] 圖1示出數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器（DAC)，以及可產(chǎn)生 不同電壓范圍的DAC的輸出級(jí)。數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可包括：數(shù)模轉(zhuǎn)換器12,它可以是電 阻串DAC，以及輸出級(jí)14。輸出級(jí)14可進(jìn)一步包括第一和第二放大器16、18,多個(gè)電阻器 的輸出R1-R4和多個(gè)開(kāi)關(guān)S1-S6。該DAC 12將數(shù)字碼轉(zhuǎn)換成特定電壓范圍內(nèi)的相應(yīng)模擬 電壓，諸如電壓范圍[0, VREF]，例如[0, 2. 5V]。輸出級(jí)14可耦合到DAC12的輸出，以充當(dāng) DAC 12的緩沖器，并且可以借助開(kāi)關(guān)S1-S6通過(guò)放大器16、18和電阻器R1-R4的不同組合 將DAC12的輸出轉(zhuǎn)換成不同電壓范圍。
[0021] 如圖1所示，放大器16的非反相輸入端可從DAC12接收輸出電壓。放大器16可 以充當(dāng)在DAC12和負(fù)載設(shè)備20之間的緩沖區(qū)，其中該負(fù)載可以是電容性和/或電阻性。電 阻R1-R3可以經(jīng)由開(kāi)關(guān)S2-S4選擇地耦合在放大器16的輸出與反相輸入端之間，以產(chǎn)生不 同電壓范圍內(nèi)的Vout。放大器16的輸出Vout可以連接到負(fù)載設(shè)備20。電阻R4可以耦 合在電阻R3和節(jié)點(diǎn)N之間，在節(jié)點(diǎn)N，該電壓偏移由放大器18通過(guò)開(kāi)關(guān)S5、S6有選擇地供 給。節(jié)點(diǎn)N還經(jīng)由開(kāi)關(guān)Sl選擇性地耦合到接地參考。因此，如果開(kāi)關(guān)S2嚙合（ON)以及開(kāi) 關(guān)S3、S4斷開(kāi)（OFF)，電阻R1-R3串聯(lián)連接在放大器16的反相輸入和輸出端之間，而電阻 器R4耦合在反相輸入端和節(jié)點(diǎn)N之間。如果開(kāi)關(guān)S3嚙合和開(kāi)關(guān)S2、S4斷開(kāi)，電阻Rl和R2 串聯(lián)連接在放大器16的反相輸入的輸出端之間，而電阻器R3和R4串聯(lián)連接在反相輸入端 和節(jié)點(diǎn)N之間。如果開(kāi)關(guān)S4之間接合和開(kāi)關(guān)S2、S3分離，電阻器Rl連接在放大器16的反 相輸入和輸出之間，而電阻器R2-R3串聯(lián)連接在反相輸入端和節(jié)點(diǎn)N之間。在任何時(shí)候，選 擇性地接合開(kāi)關(guān)S2-S4中的一個(gè)。
[0022] 為了產(chǎn)生單極性電壓范圍，開(kāi)關(guān)Sl嚙合，并同時(shí)開(kāi)關(guān)S5，S6被分離。因此，節(jié)點(diǎn)N 在單極模式下被連接到接地參考。在這種情況下，信號(hào)電流可以流過(guò)開(kāi)關(guān)S1，這通常是呈 現(xiàn)非線性電阻的軟件控制MOSFET設(shè)備。開(kāi)關(guān)Sl的非線性電阻可增加輸出Vout的不希望 的INL分量。另一方面，為了產(chǎn)生雙極電壓范圍，開(kāi)關(guān)S5，S6被接合而開(kāi)關(guān)Sl被斷開(kāi)。在 這種情況下，節(jié)點(diǎn)N通過(guò)偏移緩沖區(qū)（或放大器18)設(shè)置為正電壓。在節(jié)點(diǎn)N的正電壓引 起在輸出Vout的負(fù)電壓偏移。以這種方式，Vout可處于包括負(fù)電壓的雙極性范圍。
[0023] 通過(guò)選擇性地接合開(kāi)關(guān)S1-S6,輸出級(jí)可在單極性或雙極性范圍輸出電壓。例如， 當(dāng)電阻器R1-R4的電阻分別是12K、6K、3K和3K，根據(jù)表1所示的開(kāi)關(guān)可產(chǎn)生電壓范圍[0， 20V]、[10V，10V]、[0,10V]、[-5V，5V]和[0, 5V]。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種放大系統(tǒng)，包括： 模擬輸入；和 輸出級(jí)，將所述模擬輸入轉(zhuǎn)換成電壓范圍，所述輸出級(jí)包括： 第一放大器，包括用于接收所述模擬輸入的第一輸入； 第一電阻元件，親合在第一放大器的第二輸入和輸出之間； 第二電阻元件，耦合在所述第一放大器的第二輸入和接地參考之間；和 第三電阻元件，可從所述第一放大器的第二輸入切換地耦合到偏置電壓。
2. 如權(quán)利要求1所述的放大系統(tǒng)，其中，所述放大系統(tǒng)是如下的至少一個(gè)：數(shù)字-模擬 轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，和放大單極輸入電壓范圍到單極和雙極性輸出跨度的至少一個(gè)的系統(tǒng)。
3. 如權(quán)利要求1所述的放大系統(tǒng)，其中，當(dāng)偏移電壓被切換到所述第一放大器的第二 輸入時(shí)，所述第一放大器的輸出端輸出雙極性電壓范圍。
4. 如權(quán)利要求1所述的放大系統(tǒng)，其中，當(dāng)偏移電壓被從第一放大器的第二輸入切換 時(shí)，所述第一放大器的輸出端輸出單極性電壓范圍。
5. 如權(quán)利要求1所述的放大系統(tǒng)，其中，所述第一電阻元件包括多個(gè)串聯(lián)連接的電阻 器，其中每個(gè)可切換地耦合在所述第一放大器的第二輸入和所述第一放大器的輸出端之 間。
6. 如權(quán)利要求5所述的放大系統(tǒng)，其中，所述第二電阻元件包括多個(gè)串聯(lián)連接的電阻 器，以及所述第二電阻元件的的多個(gè)串聯(lián)連接的電阻器的互連節(jié)點(diǎn)每個(gè)可切換地耦合在所 述第一放大器的第二輸入和接地參考之間。
7. 如權(quán)利要求5所述的放大系統(tǒng)，進(jìn)一步包