CN109150188A - 一种可调输出共模电平的电流型数模转换器输出级电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可调输出共模电平的电流型数模转换器输出级电路，包括：负反馈环路系统和数模转换器；负反馈环路系统包括晶体管M1、晶体管M2、负载电阻RL1、负载电阻RL2和放大器，负载电阻RL1和负载电阻RL2相接端连接放大器的正相输入端cmsense，负载电阻RL1的另一端接数模转换器的输出端vo_p以及晶体管M1的漏极，负载电阻RL2的另一端接数模转换器的输出端vo_p以及晶体管M2的漏极，输入参考电平vcm_ref接放大器的反相输入端，放大器的输出端amp_out接晶体管M1的栅极和晶体管M2的栅极。本发明参考共模电平可以来自正常偏置电路，也可以来自负载电路，进而实现能够实现输出级电路和负载电路之间共模电平的完美匹配。

Description

一种可调输出共模电平的电流型数模转换器输出级电路

技术领域

本发明涉及模拟集成电路技术领域，更具体的说是涉及一种电流转换电压电路。

背景技术

目前，电流型数模转换器的输出通常为一对电阻，电流型数模转换器的输出电流流过电阻产生电压，如图1所示。其中，数模转换器的输出总电流为Itot＝Ip+In，输出电压为(Ip-In)*RL，输出共模电压为Vdd-(Ip+In)*RL/2＝Vdd-Itot*RL/2(其中Vdd为电源电压)，输出电压范围从Vdd到Vdd-Ttot*RL。由于电路架构的原因，输出共模电平是固定的，从而导致数模转化器的输出电压范围过于接近电源电压，对于芯片内后续电路的设计造成极大困难。

其改进版电路，如图2所示，虽然可以调输出共模电压，但是共模电压精度比较低，图2所示的架构中电阻随半导体工艺参数的变化与负载电路的晶体管随工艺参数的变化完全不相关，并且电阻随工艺参数变化很大(比如约+/-20％电阻值变化)，因而导致在不同的半导体工艺角下，输出级电路的输出共模电平与负载电路需要的共模电平相差会很大，进而影响负载电路的工作状态。

因此，如何提供一种更有益于负载电路接收数模转换器的输出信息是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种可调输出共模电平的电流型数模转换器输出级电路，其参考共模电平可以来自正常偏置电路，也可以来自负载电路，进而能够实现输出级电路和负载电路之间共模电平的完美匹配。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种可调输出共模电平的电流型数模转换器输出级电路，包括：负反馈环路系统和数模转换器；

所述负反馈环路系统包括晶体管M1、晶体管M2、负载电阻RL1、负载电阻RL2和放大器，所述负载电阻RL1和所述负载电阻RL2相接端连接所述放大器的正相输入端cmsense，所述负载电阻RL1的另一端接所述数模转换器的输出端vo_p以及所述晶体管M1的漏极，所述负载电阻RL2的另一端接所述数模转换器的输出端vo_p以及所述晶体管M2的漏极，所述放大器的反相输入端接输入参考电平vcm_ref，所述放大器的输出端amp_out接所述晶体管M1的栅极和所述晶体管M2的栅极。

进一步，所述负载电阻RL1和所述负载电阻RL2的共模电平等于所述放大器的正相输入端cmsense电平。

进一步，所述放大器的正相输入端cmsense电平与所述输入参考电平vcm_ref端电平之间的关系为：

S_cmsense/S_{vcm_ref}＝1/(1+T) (1)

其中，S_cmsense表示放大器正相输入端cmsense电平，S_{vcm_ref}表示输入参考电平vcm_ref端电平，T表示环路增益。

上述进一步技术方案的有益效果为：放大器工作频率很低，很容易满足高增益要求，故本发明可轻易满足环路增益T＞＞1，且当T＞＞1时，S_cmsense≈S_{vcm_ref}。

进一步，所述晶体管M1和所述晶体管M2单管电流源或共源共栅结构电流源。

上述进一步技术方案的有益效果为：晶体管M1和晶体管M2采用共源共栅架构能够提高电路的电源抑制比，同时提高环路增益。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种可调输出共模电平的电流型数模转换器输出级电路，可以通过调节输入参考电平vcm_ref来调节本输出级电路的共模电平，若与数模转换器后级电路配合使用，vcm_ref可以来自后级电路进而实现数模转换器的输出共模与后级电路的输入共模完美匹配，解决了传统数模转换器的输出电平不可调，共模电压精度比较低，受工艺和温度影响不能很好的匹配后级电路共模电压要求的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为现有技术电流型数模转换器的输出电阻电路示意图。

图2附图是对图1改进的电路示意图。

图3附图为本发明提供的一种可调输出共模电平的电流型数模转换器输出级电路示意图。

图4附图为本发明实施例1提供的输出级电路接独立负载时的电路示意图。

图5附图为本发明实施例2提供的输出级电路接相关负载时的电路示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种可调输出共模电平的电流型数模转换器输出级电路，如图3，包括：负反馈环路系统和数模转换器(DAC)；

负反馈环路系统包括晶体管M1、晶体管M2、负载电阻RL1、负载电阻RL2和放大器(AMP)，负载电阻RL1和负载电阻RL2相接端连接放大器的正相输入端cmsense，负载电阻RL1的另一端接数模转换器的输出端vo_p以及晶体管M1的漏极，负载电阻RL2的另一端接数模转换器的输出端vo_p以及晶体管M2的漏极，输入参考电平vcm_ref接放大器的反相输入端，放大器的输出端amp_out接晶体管M1的栅极和晶体管M2的栅极。

本发明反馈环路系统工作原理为：假设放大器的正相输入端cmsense端电压升高，则放大器的输出端amp_out电压升高，进而导致晶体管M1和晶体管M2的漏端，也就是Vo_p和Vo_n电压降低，Vo_p和Vo_n的共模电平即为放大器的正相输入端cmsense电平，所以，放大器的正相输入端cmsense的电压降低，与假设的cmsense端电压升高相抵消，从而完成负反馈系统。

又因为，放大器的正相输入端cmsense与输入参考电平vcm_ref之间的关系为：

S_cmsense/S_{vcm_ref}＝1/(1+T) (1)

其中，S_cmsense表示放大器正相输入端电平，S_{vcm_ref}表示输入参考电平端电平，T表示环路增益，当T＞＞1时，S_cmsense≈S_{vcm_ref}，即可以认为放大器正相输入端电平S_cmsense与输入参考电平端的电平S_{vcm_ref}相等，所以，可以通过调节输入参考电平vcm_ref的电平来调节本输出级电路的共模电平。

实施例1：图4为本发明输出级电路接独立负载时的电路示意图，该负载电路(LoadCircuit)采用差分对管结构，其可以代表很多种应用，比如放大器、比较器、缓冲器、有源滤波器等等。该差分对管结构本身必须在一定的输入共模范围内才能正常工作，而本发明的输入参考电平vcm_ref针对不同的应用可以通过多种方式产生，比如电阻分压、二极管分压、电流流入电阻、电流流入晶体管等方式产生。图4中示例为电流流入栅漏相连的晶体管，输入参考电平vcm_ref产生电路，可以使放大器的正相输入端cmsense，也就是该输出级电路的输出共模电平与负载电路需求的共模输入电平有一定的相关性(输出级电路的输出共模电平与负载电路需求的共模输入电平随工艺、温度变化的方向是一样的，即跟随工艺、温度等同时变大或者同时变小)，故更容易满足负载电路的输入共模范围的要求，使负载电路能够正常工作。

实施例2：如图5，本发明输出级电路接相关负载时的电路示意图，此时负载电路(Load Circuit)除了接收输出级电路输出Vo_p/Vo_n外，同时输出一根共模信号Vcm来指示该负载电路需要的共模电平。

尽管图4的架构相比图2架构引入了一定的共模电平的相关性进而提高了性能，但是仍然不能满足有些应用的要求，比如负载电路是线性跨导电路等对输入共模电平很敏感的应用，比如负载电路是输出共模恒定的源极跟随器的应用等。此时负载电路通常会设计一个输出Vcm信号，该信号代表了负载电路需要的共模输入电平，把该输出Vcm接本发明的输入参考电平vcm_ref，从而本输出级的输出共模电平cmsense约等于负载电路的输入共模电平要求Vcm，并且它们的差值不随半导体工艺、温度等的变化而变化，从而满足本输出级电路的共模电平完美匹配负载电路要求。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种可调输出共模电平的电流型数模转换器输出级电路，其特征在于，包括：负反馈环路系统和数模转换器；

所述负反馈环路系统包括晶体管M1、晶体管M2、负载电阻RL1、负载电阻RL2和放大器，所述负载电阻RL1和所述负载电阻RL2相接端连接所述放大器的正相输入端cmsense，所述负载电阻RL1的另一端接所述数模转换器的输出端vo_p以及所述晶体管M1的漏极，所述负载电阻RL2的另一端接所述数模转换器的输出端vo_p以及所述晶体管M2的漏极，所述放大器的反相输入端接输入参考电平vcm_ref，所述放大器的输出端amp_out接所述晶体管M1的栅极和所述晶体管M2的栅极。

2.根据权利要求1所述的一种可调输出共模电平的电流型数模转换器输出级电路，其特征在于，所述负载电阻RL1和所述负载电阻RL2的共模电平等于所述放大器的正相输入端cmsense电平。

3.根据权利要求2所述的一种可调输出共模电平的电流型数模转换器输出级电路，其特征在于，所述放大器的正相输入端cmsense电平与所述输入参考电平vcm_ref端电平之间的关系为：

S_cmsense/S_{vcm_ref}＝1/(1+T) (1)

其中，S_cmsense表示放大器正相输入端cmsense电平，S_{vcm_ref}表示输入参考电平vcm_ref端电平，T表示环路增益。

4.根据权利要求3所述的一种可调输出共模电平的电流型数模转换器输出级电路，其特征在于，所述晶体管M1和所述晶体管M2为单管电流源或共源共栅结构电流源。