[发明专利]电路以及用于确定源端连接的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体结构，并且更具体地涉及具有部分电阻器网络重构的电阻器-2电阻器(R-2R)数模转换器和使用方法。

背景技术

为了实现诸如显示监控器和音频输出之类的人机界面，计算机系统采用数模(DAC)电路，其将数字矢量或地址转换为模拟电压或电流。另外，DAC电路被用在集成电路(IC)内的过多的应用中，以控制、调节、校准或测试更大更复杂的系统。

模拟被用于建立在DAC输出处的最小电压V_min和最大电压V_max，分别如由等式(1)和(2)定义的那样：

V_min＝具有最小化数字地址输入的DAC输出等式(1)；以及

V_max＝具有最大化数字地址输入的DAC输出等式(2)。

这些电压V_max、V_min被用于计算在每个数字地址值处的如由等式(3)至(5)定义的预期DAC输出电压VOUT_EXPECT，以及在相差一位的两个数字地址之间的输出电压值中的预期改变。

VOUT_EXPECT＝(LSB*BIN2DEC(数字地址))+V_min等式(3)；

LSB＝(V_max-V_min)/MAXSTEPS等式(4)；以及

MAXSTEPS＝(2^N-1)，其中N＝数字地址矢量的宽度等式(5)。

一旦取得了用于这些计算的数据，数字地址以一个位增量从其最小值步进到其最大值，同时在每个步长处测量输出电压。理想的DAC输出是阶梯状，其中每个平台或梯面表示数字地址输入的电压等效物，并且电压输出随着数字地址输入从其最低值递增到其最高值而上升。

这些计算还用于确定对DAC电路质量的三个量度：(i)积分非线性(INL)，如由等式(6)定义的那样；(ii)微分非线性(DNL)，如由等式(7)定义的那样；以及(iii)电路的单调性。说明性地，INL＝(VOUT_MEASURED-VOUT_EXPECT)/LSB等式(6)；以及DNL＝(VOUT_{MEASURED(ADDRESS)}-VOUT_{MEASURED(ADDRESS-1)})/LSB等式(7)。

INL是对在每个地址步长下(即在数字地址增加一位时)在DAC输出处的电压测量结果与预测值匹配得多么紧密的测量。DNL是对在每个地址步长下所测量的两个连续地址之间的电压步长与针对被测量DAC计算的理想LSB步长值匹配得多么紧密的测量。期望INL和DNL值在+/-1.0LSB之间。在DAC输出电压的改变方向与数字地址的改变方向相同时，即在数字地址增加，DAC输出电压增加时，并且反之亦然，DAC是单调的。

示例DAC电路包括阶梯DAC和R-2R DAC。阶梯(ladder)DAC包括置于上参考电压供应与接地(或替代地，下参考电压供应)之间的一系列电阻器，例如电阻器阶梯。电阻器阶梯吸收电压供应与接地之间的电流，并充当多抽头分压器。在每个电阻器连接点处的选择开关基于数字地址将阶梯节点选择性地连接到DAC的输出节点。在实施方式中，阶梯DAC需要至少2^N个电阻器和2^N个选择元件，其中N是数字地址中的位的数目。虽然阶梯DAC提供良好的INL、DNL和单调性能，但是物理实现变大，并且电压供应、接地和DAC输出之间的有效阻抗随着位数增加而增加，从而限制瞬态性能。

R-2R DAC包括由分离电阻器分离的多个电阻器堆叠。数字地址的每个位确定是否该数字地址位独有的电阻器堆叠的源端端子是由电压供应或者接地(或替代地，下参考电压供应)驱动的。与最高有效位(MSB)关联的电阻器堆叠的漏端连接到DAC输出。此外，R-2R DAC包括设置在接地和与最低有效位关联的电阻器堆叠的漏端之间的电阻器堆叠。

在使用电阻器和选择元件方面，R-2R DAC是高效的。更具体地，所需要的电阻器的数目由(3*N)+1确定，并且选择元件的数目由2*N确定，其中N是数字地址位的数目。从而，在硅面积以及电压供应、接地和DAC输出之间的阻抗方面，R-2R DAC与阶梯DAC相比是有利的，从而导致更快的瞬态响应。