[发明专利]一种二段式电阻网络及基于二段式电阻网络的数模转换器

说明书

一种二段式电阻网络及基于二段式电阻网络的数模转换器，二段式电阻网络包括级联的2^M个第一电阻模块，第一电阻模块中第一电阻的第一连接端连接第一电阻模块的第一连接端，第二连接端通过第一开关后连接第一电阻模块的第二连接端，第一开关两端分别通过第二开关接参考电压和通过第三开关接地；第2^M个第一电阻模块的第一电阻包括2^L个串联的第二电阻和分别接在2^L个第二电阻的第二连接端和输出端之间的2^L个第四开关。数模转换器将N位数字信号分为高M位和低L位两部分，N＝M+L，高M位数字信号进行译码后控制2^M个第一电阻模块中的开关，低L位数字信号进行译码后控制2^L个第四开关。本发明相比简单电阻串DAC而言继承了其单调特性但大大减少了开关数量。

技术领域

本发明属于集成电路和模拟电路技术领域，涉及一种二段式电阻网络，以及基于该二段式电阻网络构成的高精度数模转换器。

背景技术

电阻网络是数模转换器(digital-to-analog convertor,DAC)的重要组成部分，其对数模转换器DAC的功耗、面积以及精度等各方面都有着很大的影响，现有的高精度DAC有多种架构，比如：电阻串架构和R2R架构，这两种架构均为采用数字控制逻辑的模拟电路。

如图1所示是简单电阻串架构的电阻网络构成的DAC，简单电阻串DAC有着很好的单调特性，但并不适合高分辨率的DAC应用。从图1中可以看到，对于一个N位的电阻串DAC，有2^N个电阻串联，需要2¹+2²+……+2^N＝2^N+1-2个开关，最少的情况下也需要最左边的一列的2^N个开关，开关数量与分辨率呈指数关系。如果要实现一个10位的DAC，至少需要1024个开关，这对于面积以及版图工作都有很高的要求。

如图2所示是R2R梯形电阻网络DAC的结构示意图，R2R梯形电阻网络DAC的每一位分辨率都由1个R电阻器、2R电阻器以及开关组成的集合实现，其中开关控制信号0、1表示控制对应开关常开和常关，开关控制信号D₀和D_0Z、D₁和D_1Z、……、D_N-1和D_(N-1)Z分别是由N位输入数字码产生的N对互为反相的信号控制对应的开关在参考电压与接地之间切换。R2R梯形电阻网络DAC能够通过二进制加权的方式，极大的简化面积与版图工作，但是其单调性较差，在Full Range/2处(即二分之一满量程范围处)容易出现非单调点。DAC的单调性是指当数模转换器的输入信号在其满量程范围之内，模拟输出信号在一个转换台阶和下一个转换台阶之间不会降低。

可见上述两种电阻网络构成的数模转换器都无法平衡面积和精度的要求。

发明内容

针对上述传统电阻串架构和R2R架构的数模转换器无法同时实现高精度和小面积的不足之处，本发明提出一种二段式电阻网络，相比电阻串架构的电阻网络大大减少了开关数目，极大的减小了面积与版图工作量；基于本发明的二段式电阻网络设计的数模转换器极大的继承了简单电阻串DAC的单调特性，具有高精度的特点。

本发明提出的二段式电阻网络的技术方案为：

一种二段式电阻网络，包括级联的2^M个第一电阻模块，M为正整数，第i个所述第一电阻模块的第一连接端连接第i+1个所述第一电阻模块的第二连接端，i为正整数且i∈[1,2^M-1]；第2^M个第一电阻模块的第一连接端连接第1个第一电阻模块的第二连接端；