电流舵DAC——学习过程，发博客来记录科研

 

都知道DAC，即数字信号转化为模拟信号的一个设备。看了许多文章，介绍DAC无非是从DAC分类，性能参数，一些基本结构介绍等来介绍DAC，但是真正开始了解DAC的人都觉得了解这些都比较疏远，刚开始学并不能轻易上手，我自己觉得这些文章都写的很类似，并不能学得扎实，学完基本就忘了，所以，自己总结一些自己学的基本知识，概括起来，以来是避免自己忘了，二来总结出来的东西也比较容易上手。

 

今天描述DAC几个模块的简单组成，具体分析以后会慢慢接触

电流舵结构 DAC 由模拟部分和数字部分构成。模拟部分包括带隙基准电压源、电压转电流电路、宽摆幅高输出阻抗电流源偏置电路、电流源阵列、差分开关阵列。数字部分包括温度计译码电路、锁存器等

 

电流舱型DAC是通过输入数字信号序列来控制不同位权电流源产生的电流的输出将数字信号转换为模拟信号,所以为了产生对应数字信号，就需要有产生不同权重电流的电流源。电流舵的电流源一般由cascode的差分形式产生的电流（PNP管组成，空穴速率高于电子），如下图：



通过调节W/L可以调节输出电流的大小，比如第一位权重码电流为1LSB，其宽长比为W/L，第二位权重码电流为2LSB，则其宽长比为2W/L，以此类推。则将所有电流单元输出并联，则可累加所有电流，实现与输入数字码对应相同的电流。

 

然而，由于一些误差原因，当这种二进制权重的电流很大时，就会产生很大的静态误差，为了减小误差，高权重的输入码不能采用这种宽长比依次增大的模式，所以产生了温度计码控制，，所谓温度计码控制，就是所有的电流单元产生的电流是相同的，然后通过将高位的二进制码驱动对应十进制个数的电流单元，这样可以减少误差。

所以一般DAC都有高位MSB和低位LSB的电流单元，高位电流单元的电流是相同的，低位电流单元是不同的，高位的电流单元是低位电流最大电流的2倍。

 

上面描述了基本电流源阵列的基本组成，

为了产生电流稳定，且不受外界影响的电流，就需要稳定的VBP和VBP_C（上图），所以需要带隙基准电压源，以及电压转电流电路。

利用三极管的基源极Vbe电压具有负的温度系数，以及不同电流大小的基极发射极电压之差具有正的温度系数，



 


通过调整 R2、R3的比值以及晶体管 Q2的数量就可以使输出电压具有零温度系数。

 

电压转电流电路：



运算放大器的作用是提高转换精度。



宽摆幅高输出阻抗电流源偏置电路：

为了使输出摆幅足够大提供更大的电流变化幅度，而且输出电压不能随外阻变化过大，需要有一个宽摆幅高输出阻抗的偏置电路。具体电路以后再详细学习分析。

 

差分开关阵列



电流源是通过电流镜与偏置电路组成的电路，M1管与M2管组成差分阵列，通过控制管子的差分开关实现输出电流的有效控制。

 

 

 

接下来是数字部分：

温度计译码电路：

把高位的二进制输入码译制成温度计码的电路，一般可以通过卡诺图来实现数字电路的搭建，但其过程繁琐，一般可以总结一些规律，比如下图：



有时候为了减少门电路的管子，可以重复利用一些管子，具体的一些方法暂时不做解释。

 

锁存器:

目的是数字输入码同时的输入给差分管的输入端。

首先要注意的点是因为高位数字译码器的与低位的二进制码的延迟是不一样的，为了保证锁存器的输出位是一致的，需要保证两延迟最大不能超过锁存器的时钟间隔。

其次是为了给差分管进行控制，需要有一个合适的调变电压提供给差分管的栅极，所以还需要有一个限幅电路，同时需要保证调变期间，差分管不能同时关断。所以需要如下图的设计：


（pmos差分管实例）

再加上限幅电路，整体电路如下：

 


最后一个总结的框图：



以上总结是个人见解，初学者，还望指教。