[发明专利]D/A转换器、差动开关、半导体集成电路、视频设备以及通信设备

说明书

技术领域

本发明涉及将数字信号转换成模拟信号的D/A转换器(DAC)、差动开关、半导体集成电路、视频设备以及通信设备，尤其涉及在D/A转换器中改善线性(度)特性和失真特性的技术。

背景技术

近年来，伴随着各种视频设备、通信设备被投入市场，用于这些设备中的半导体集成电路器件正在不断地被开发出来。这样的半导体集成电路器件大规模化显著，且要求高性能化、高速化、多功能化、小型化以及低功耗化等的呼声强烈。

在这样的要求下，在各种电子设备中，当从半导体集成电路内部向外部交换信号时，为了将数字信号转换成模拟信号，根据控制系统、显示系统、图像系统、音声系统、通信系统等的用途而广泛应用各种D/A转换器。例如用于图像、通信等的LSI中，能够进行数十MHz～数百MHz或数GHz这样的高速工作的电流驱动型D/A转换器(Current Steering D/A Converter)是必不可少的。另外，为了实现高功能的视频设备、通信设备，需要更高分辨率、更高精度的D/A转换器，强烈要求D/A转换器的高性能化。

作为现有的D/A转换器的例子，有如下例子。

图11是现有的电流驱动型D/A转换器的电路结构图。图11所示的D/A转换器400是8位的D/A转换器，包括多个电流源(IS1、IS2以及IS3-1～IS3-63)、多个差动开关(SW1、SW2以及SW3-1～SW3-63)、偏置电路401、解码电路402。

各差动开关(SW1～SW2、SW3-1～SW3-63)的晶体管尺寸不同，但均为相同结构的差动开关，如图11所示，包括2个P沟道晶体管(P沟道晶体管406、407)。

另外，各电流源的晶体管的尺寸不同，但均为相同结构的电流源。

电流源IS1是1LSB的电流源、电流源IS2是2LSB的电流源、电流源IS3-1～IS3-63的每一个是4LSB的电流源，用这些电流源的组合表现8位即256个等级。这些电流由在偏置电路401产生的第一偏置电压VB1、第二偏置电压VB2来确定。并且，由输入数字码IN0～IN7在解码电路402中被解码而得到的信号即解码信号D1、D2、D3-1～D3-63，以及各自的反相信号即反相解码信号D1B、D2B、D3-1B～D3-63B来控制各差动开关(SW1、SW2、和SW3-1～SW3-63)。由此，由差动开关SW1、SW2以及SW3-1～SW3-63，切换是使来自各电流源的电流流向模拟正相输出端子OUT一侧、还是流向模拟反相输出端子NOUT一侧。

然后，来自各电流源的电流在模拟正相输出端子OUT端子或模拟反相输出端子NOUT端子相加，输出与输入数字码对应的模拟输出电流。模拟输出电流被电流-电压转换用的电阻器403-1或电阻器403-2转换成电压，结果，得到与输入数字码对应的模拟输出电压。

电流源IS1、IS2、IS3-1～IS3-63由栅-阴(cascode)连接的2个P沟道晶体管(P沟道晶体管404、405)构成。栅极端子被施加VB1的晶体管是用于确定电流值的晶体管(以下称为电流源晶体管)，栅极端子被施加VB2的晶体管是为了实现电流源的输出阻抗的提高(提高恒流特性)而与电流源晶体管栅-阴连接的晶体管(以下称为栅-阴晶体管)。

一般通过将栅-阴晶体管与电流源晶体管连接，使输出阻抗变为电流源晶体管的输出阻抗的大致gm/gds倍(栅-阴晶体管的gm、gds)。

通常，电流源晶体管、栅-阴晶体管的背栅极(back gate)端子均为零偏置，即与电源VDD连接。

偏置电路401包括图11所示那样连接的第一偏置晶体管401a、第二偏置晶体管401b以及电流源，输出第一偏置电压VB1和第二偏置电压VB2。此时，构成电流源IS1、IS2、IS3-1～1S3-63的电流源晶体管、栅-阴晶体管的每一个、构成电流镜对的偏置电路401内的第一偏置晶体管401a和第二偏置晶体管401b的背栅极端子均与电源VDD连接。

一般而言，D/A转换器的代表特性有线性特性和失真特性。

在D/A转换器400中，为了实现线性的高精度化、低失真化，一般需要提高电流源的相对精度和电流源的输出阻抗。