專利名稱：具有低時(shí)滯和低干擾的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)/模(D/A)轉(zhuǎn)換器，更具體地涉及具有低時(shí)滯(skew)和低干擾(glitch)的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
通常，通常獲得對(duì)應(yīng)于多個(gè)輸出源的電流輸出總量的電壓值來執(zhí)行數(shù)/模轉(zhuǎn)換，所述多個(gè)輸出源由以數(shù)字信號(hào)控制導(dǎo)通/關(guān)斷的開關(guān)所控制。此時(shí)，單個(gè)的電流源分別根據(jù)數(shù)字信號(hào)的一個(gè)加權(quán)值而分別具有不同的輸出電流量。例如，在4位(bit)數(shù)/模轉(zhuǎn)器中，從相應(yīng)于最低有效位(LSB)和最大有效位(MSB)的電流源輸出的電流至少在量上至少兩倍或者更大的差異。在切換在電流量上具有上述差異的電流源時(shí)，電流源產(chǎn)生的電流量越大，他們的切換響應(yīng)速度就變得越慢。為了解決這個(gè)問題，產(chǎn)生大電流量的大電流源就本應(yīng)該具有一個(gè)低的內(nèi)電阻。因此，當(dāng)構(gòu)成數(shù)模轉(zhuǎn)換器的電流源的數(shù)量增加時(shí)，切換用于MSB的電流源的接通/關(guān)斷的開關(guān)的電阻應(yīng)當(dāng)變得更低。
圖1是一個(gè)用以解釋數(shù)模轉(zhuǎn)換器的操作原理的示意圖。
在圖1中表示的數(shù)模轉(zhuǎn)換器在原理上涉及具有電流單元11，12，13和14；電流開關(guān)21，22，23和2和一個(gè)負(fù)載電阻30的4位數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
電流單元11-14每個(gè)都具有一個(gè)基于其加權(quán)值的不同電流輸出量。例如，電流單元11-14分別輸出電流量為10mA，20mA，30mA，和40mA。電流開關(guān)21-24響應(yīng)數(shù)字信號(hào)D1，D2，D3，和D4，并且選擇性地起動(dòng)電流單元11-14。起動(dòng)的電流開關(guān)21-24在電流單元11-14和一個(gè)驅(qū)動(dòng)電壓VDD之間提供一條通路，以此來將電流單元11-14的一定的輸出電流提供給電阻30。提供給電阻30的電流被轉(zhuǎn)換成一定的電壓信號(hào)經(jīng)由電阻30作為輸出。也就是說，數(shù)字信號(hào)D1-D4被轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。
圖2在原理上表示了一個(gè)傳統(tǒng)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的框圖。
在圖2中表示的數(shù)模轉(zhuǎn)換器在原理上涉及具有電流單元41，42，43和44，電流開關(guān)51，52，53，和54，負(fù)載電阻61和62，和鎖存器63的4位數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
電流單元41-44輸入一個(gè)驅(qū)動(dòng)電壓VDD并且分別輸出一定的電流。單個(gè)的電流單元41-44基于它們不同的加權(quán)值而分別輸出不同的電流量。
電流開關(guān)51-54響應(yīng)數(shù)字信號(hào)D1-D4并且選擇性地起動(dòng)電流單元41-44。在此，電流開關(guān)51-54響應(yīng)數(shù)字信號(hào)D1-D4，并且接著起動(dòng)電流單元41-44以便反相和非反相的方式不同地輸出電流。因此，從電流單元41-44產(chǎn)生的電流總是流過驅(qū)動(dòng)電壓VDD和地電壓GND之間形成的路徑。如此，一直通過電流開關(guān)51-54來保持電流單元41-44的導(dǎo)通，那么當(dāng)在數(shù)模轉(zhuǎn)換器執(zhí)行數(shù)模轉(zhuǎn)換時(shí)發(fā)生干擾的幾率會(huì)有所降低，其細(xì)節(jié)將在后面描述。
圖3A和3B是在原理上解釋了由于在圖1和圖2中所表示的電流開關(guān)而產(chǎn)生的干擾的示意圖。
圖3A用以解釋當(dāng)圖1中的電流開關(guān)，例如標(biāo)號(hào)21被關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的干擾。標(biāo)號(hào)。圖3A示出，當(dāng)一個(gè)電流路徑被關(guān)斷而此時(shí)電流源11提供一個(gè)電流給地電壓GND時(shí)，由于恢復(fù)節(jié)點(diǎn)A的電壓提升到驅(qū)動(dòng)電壓VDD的現(xiàn)象而產(chǎn)生了干擾。
圖3B是用以在原理上詳細(xì)表示圖2中的電流開關(guān)例如標(biāo)號(hào)51的示意圖。正如在圖3B中表示的，電流開關(guān)51分別地由數(shù)字信號(hào)D和其反相數(shù)字信號(hào)/D不同地控制操作。當(dāng)數(shù)字信號(hào)D在邏輯上是“高”，開關(guān)51a電連通電流源41和地GND，而，當(dāng)數(shù)字信號(hào)D在邏輯上是“低”，開關(guān)51b電連通電流源41和地GND。因此，在圖3B中表示的開關(guān)51與圖3A中表示的電流開關(guān)相比大大降低了干擾。
圖4是用于表示了基于圖3B中的電流開關(guān)的原理而構(gòu)成的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的一個(gè)單元電流開關(guān)和一個(gè)單元電流源的詳細(xì)電路。
圖4中表示的單元電流開關(guān)具有一個(gè)第一開關(guān)部分80和一個(gè)第二開關(guān)部分90。
第一開關(guān)部分80響應(yīng)數(shù)字信號(hào)D接著輸出一個(gè)電流源70的電流給第一輸出端out1，同時(shí)第二開關(guān)部分90響應(yīng)反相數(shù)字信號(hào)/D并輸出電流源70的電流給第二輸出端out2。因此，第一和第二開關(guān)部分80和90交替地操作以便將電流源70的電流輸出給第一和第二輸出端out1和out2。
第一開關(guān)部分80在數(shù)字信號(hào)D是邏輯“高”時(shí)導(dǎo)通一個(gè)PMOS晶體管84，以便將電流源70的電流輸出給第一輸出端out1。類似地，第二開關(guān)部分90在反相數(shù)字信號(hào)/D為邏輯“高”時(shí)導(dǎo)通一個(gè)PMOS晶體管94，以便將電流源70的電流輸出給第二輸出端out2。此時(shí)，當(dāng)數(shù)字信號(hào)D為邏輯“低”時(shí)，第一開關(guān)部分80的NMOS81和82提供施加于NMOS82的柵極的電壓Vb給PMOS晶體管84，以使電流源70的電流并不通過PMOS晶體管84提供給第一輸出端out1。NMOS晶體管81是一個(gè)通過反相的數(shù)字信號(hào)/D而導(dǎo)通和關(guān)斷的開關(guān)，NMOS82將NMOS晶體管81的源極電壓限制在柵極電壓Vb，并且將NMOS晶體管81的源極電壓提供給PMOS晶體管84。因此，在一定程度上，將提供給PMOS晶體管84的電壓范圍變?yōu)榻档土穗妷篤b，以至在第一輸出端出現(xiàn)的干擾的絕對(duì)電壓值變得低了。除了由反相的數(shù)字信號(hào)/D驅(qū)動(dòng)第二輸出端out2外，第二開關(guān)部分90的操作與第一開關(guān)部分80的操作是一樣的，因此第二開關(guān)部分90的操作在此將被忽略。
同時(shí)，當(dāng)電流源70的電流在數(shù)量上增加時(shí)，單元電流開關(guān)降低了其響應(yīng)速度。為了解決其響應(yīng)速度降低的問題，提供大量電流的電流開關(guān)的內(nèi)電阻應(yīng)當(dāng)比提供少量電流的電流開關(guān)的內(nèi)電阻要小。這就意味著，由于當(dāng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器用上面的單元電流開關(guān)構(gòu)成時(shí)，對(duì)應(yīng)于MSB的單元電流開關(guān)驅(qū)動(dòng)最大的電流量同時(shí)對(duì)應(yīng)于LSB的單元電流開關(guān)驅(qū)動(dòng)最小的電流量，那么可以將數(shù)模轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)成使每個(gè)單元電流開關(guān)具有不同的導(dǎo)通電阻值，所述導(dǎo)通電阻值取決于由單元電流開關(guān)分別驅(qū)動(dòng)的電流量的大小。如果不論電流源的輸出電流量是多少，用以導(dǎo)通/關(guān)斷電流源的單元電流開關(guān)都具有相同的導(dǎo)通電阻，那么來自單個(gè)的電流源的電流會(huì)在不同的時(shí)間到達(dá)輸出端，這導(dǎo)致了時(shí)間時(shí)滯(skew)。
圖5A-圖5D表示的是用以形成一個(gè)PMOS晶體管，例如標(biāo)號(hào)84或94的過程的橫截面圖，當(dāng)圖4中的單元電流開關(guān)應(yīng)用到一個(gè)4位數(shù)模轉(zhuǎn)換器中時(shí)所構(gòu)成的一個(gè)單元電流開關(guān)。
圖5A表示的是形成提供給LSB的PMOS晶體管的過程的橫截面圖，圖5D表示的是形成提供給MSB的PMOS晶體管的過程的橫截面圖，并且圖5B和圖5C分別表示的是形成的PMOS晶體管的過程的橫截面圖，所述PMOS晶體管順序分配給LSB和MSB。
正如在圖5A，5B，5C和5D表示的，傳統(tǒng)的MOS晶體管有一個(gè)氧化層，例如，SiO2層，在其漏極和源極之間，通過增加SiO2層的寬度W而保持恒定的長度“L”來改變導(dǎo)通電阻。這樣的過程有的優(yōu)點(diǎn)是通過改變SiO2層的寬度W而很容易的改變PMOS晶體管的導(dǎo)通電阻，但是卻出現(xiàn)了在PMOS晶體管的柵極(未表示出)和漏極之間形成的電容增加的問題。在PMOS晶體管的柵極和漏極之間形成的電容增加了響應(yīng)于提供給PMOS晶體管的柵極的信號(hào)的導(dǎo)通和關(guān)斷響應(yīng)時(shí)間，并且導(dǎo)致了當(dāng)電容增大時(shí)提供給PMOS晶體管的信號(hào)也通過其漏極的現(xiàn)象。也就是說，當(dāng)這樣一個(gè)PMOS晶體管在一個(gè)數(shù)字?jǐn)?shù)模轉(zhuǎn)換器的單元電流開關(guān)中使用時(shí)，由于發(fā)生了穿通現(xiàn)象而在數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端產(chǎn)生干擾。而且，由于當(dāng)PMOS晶體管有不同的電容時(shí)單個(gè)PMOS晶體管有不同的響應(yīng)時(shí)間，那么根據(jù)PMOS晶體管的響應(yīng)時(shí)間的不同而發(fā)生時(shí)間時(shí)滯現(xiàn)象。因此，一個(gè)具有這樣PMOS晶體管的數(shù)模轉(zhuǎn)換器當(dāng)其高速執(zhí)行數(shù)模轉(zhuǎn)換時(shí)，由于響應(yīng)時(shí)間的不同而導(dǎo)致了數(shù)據(jù)值的誤差，并且因?yàn)楸仨殞?duì)于取樣的時(shí)間間隔指定一個(gè)高容限，以補(bǔ)償根據(jù)時(shí)間時(shí)滯而產(chǎn)生的誤差，所以在執(zhí)行數(shù)模轉(zhuǎn)換時(shí)會(huì)出現(xiàn)問題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)方面是提供一個(gè)具有低時(shí)滯和低干擾的高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
為了實(shí)現(xiàn)以上方面，一個(gè)具有低時(shí)滯和低干擾的數(shù)字-模擬(D/A)轉(zhuǎn)換器，包括有至少一個(gè)輸出不同電流量的電流單元，和響應(yīng)外部提供的數(shù)字信號(hào)而選擇性地起動(dòng)電流單元的電流開關(guān)。電流開關(guān)具有至少一個(gè)具有可調(diào)節(jié)的長寬比(aspect ratio)的MOS晶體管以使之具有一個(gè)恒定的電容負(fù)載而不論從電流單元來的輸出電流量的大小，并且當(dāng)由于恒定的電容負(fù)載而產(chǎn)生不同輸出電流的電流單元導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)，數(shù)模轉(zhuǎn)換器降低了時(shí)滯和干擾的發(fā)生。
優(yōu)選地，在MOS晶體管中，從MOS晶體管的源極到漏極的長度L與在長度L的垂直方向上形成的寬度W的倍數(shù)是一個(gè)恒定的數(shù)值而無論電流單元的電流量大小如何。
優(yōu)選地，電容值是在MOS晶體管的柵極和源極之間，在MOS晶體管的柵極和漏極之間，以及在柵極和用于MOS晶體管的襯底之間的寄生電容的總和。
電流開關(guān)每個(gè)都有一個(gè)與電流單元的電流量成反比的導(dǎo)通電阻。
優(yōu)選地，數(shù)模轉(zhuǎn)換器進(jìn)一步包括一個(gè)電壓控制器，用以將導(dǎo)通和關(guān)斷電流開關(guān)的電壓電平降低到最小的電流開關(guān)的這作點(diǎn)。
優(yōu)選地，電流開關(guān)一直交替地操作以在驅(qū)動(dòng)電壓和地之間為電流源形成電流路徑。
優(yōu)選地，電流單元以具有相同的輸出電流量的溫度計(jì)(thermom2ter)型形成。
更加優(yōu)選地，電流單元被分成至少兩個(gè)或更多的組，并且設(shè)計(jì)成各個(gè)劃分的組有不同的電容負(fù)載。
以下，本發(fā)明將結(jié)合附圖詳細(xì)描述。


本發(fā)明將結(jié)合以下的附圖詳細(xì)說明，其中相同的數(shù)字涉及同樣的元件，其中圖1是解釋一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器的操作原理的示意圖；圖2在原理上表示了一個(gè)傳統(tǒng)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的框圖；圖3A和圖3B在原理上解釋了由于圖1和圖2中的表示的電流開關(guān)所產(chǎn)生的干擾的示意圖；圖4是基于圖3B中表示的電流開關(guān)而產(chǎn)生的用于數(shù)模轉(zhuǎn)換器的單元電流開關(guān)和單元電流源的詳細(xì)電路圖；圖5A-圖5D是橫截面圖，用于表示將圖4中所示的單元電流開關(guān)應(yīng)用到4位數(shù)模轉(zhuǎn)換器時(shí)構(gòu)成單元電流開關(guān)的PMOS晶體管的制作過程；圖6是根據(jù)本發(fā)明的典型實(shí)施例的數(shù)模轉(zhuǎn)換器原理上的示意性框圖；圖7表示的是在圖6中所示的其中一個(gè)電流開關(guān)的詳細(xì)電路圖；圖8A是如圖7所示的PMOS晶體管的制作過程的示意圖；圖8B-圖8E是用于表示當(dāng)將如圖8A所示的單元電流開關(guān)中的PMOS晶體管應(yīng)用于如圖7所示的電流開關(guān)時(shí)，提供在電流開關(guān)中的PMOS晶體管的制作過程的示意圖；圖9A-圖9C是用于比較傳統(tǒng)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器和具有根據(jù)本發(fā)明的典型實(shí)施例的電流開關(guān)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出波形示意圖；和圖10是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的圖6所示的其中一個(gè)電流開關(guān)的示意圖。
圖11A和圖11B是將傳統(tǒng)的電流開關(guān)和具有根據(jù)本發(fā)明的可調(diào)節(jié)長寬比的MOS晶體管的電流開關(guān)的響應(yīng)特性相比較的示意圖。
典型實(shí)施例的詳細(xì)描述圖6是根據(jù)本發(fā)明的典型實(shí)施例的數(shù)模轉(zhuǎn)換器在原理上的示意性框圖。
圖6所示的數(shù)模轉(zhuǎn)換器在原理上涉及4位數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其具有電流單元110，120，130和140，電流開關(guān)210，220，230，和240，負(fù)載電阻251和252，和鎖存器300。
電流單元110-140被施加驅(qū)動(dòng)電壓VDD并且輸出預(yù)定的電流。電流單元110-140每個(gè)具有一個(gè)基于其不同的加權(quán)值而不同的輸出電流。
電流開關(guān)210-240響應(yīng)數(shù)字信號(hào)D1，D2，D3，和D4并且選擇性地起動(dòng)電流單元110-140。也就是說，電流開關(guān)210-240響應(yīng)數(shù)字信號(hào)D1-D4，并且不同地以反相或非反相的方式輸出電流單元110-140的電流。因此，電流單元110-140的電流輸出總是在驅(qū)動(dòng)電壓VDD和地GND之間形成電流通路。通過保持由電流開關(guān)210-240所電導(dǎo)通的電流單元110-140，當(dāng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器執(zhí)行數(shù)模轉(zhuǎn)換時(shí)干擾產(chǎn)生的數(shù)量被降低了。
當(dāng)數(shù)字信號(hào)按照取樣時(shí)鐘被施加到單獨(dú)的電流開關(guān)210-240時(shí)，鎖存器300匹配該時(shí)間。
負(fù)載電阻251和252將來自由電流開關(guān)210-240選擇性地導(dǎo)通的電流源的電流總量轉(zhuǎn)變成電壓值。
圖7是圖6所示的電流開關(guān)210-240的詳細(xì)電路。
圖7中所示的電流開關(guān)分別用數(shù)字信號(hào)D和反相的數(shù)字信號(hào)/D從不同方式操作。當(dāng)數(shù)字信號(hào)D為邏輯“高”時(shí)，導(dǎo)通NMOS晶體管212a以將地電壓GND提供給PMOS晶體管213a的柵極。因此，PMOS晶體管213a在電流源110和輸出端out1之間提供了一條電流路徑。
當(dāng)數(shù)字信號(hào)D為邏輯“低”時(shí)，NMOS晶體管212b導(dǎo)通以將地電壓GND提供給PMOS晶體管213b的柵極。因此，導(dǎo)通PMOS晶體管213b以在電流源110和輸出端out2之間提供一條電流路徑。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電流開關(guān)代表了在圖7所示的PMOS晶體管213a和213b的特征。倘若在MOS晶體管的柵極和源極之間設(shè)計(jì)步驟，也就是說，在制作的步驟中，通過調(diào)整氧化層，例如SiO2層，的長-寬比，PMOS晶體管213a和213b的每一個(gè)都在其柵極和源極之間有一定的電容而無論的電流源110的電流量的大小如何。利用以上的恒定值的電容，應(yīng)用電流開關(guān)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器具有降低時(shí)滯和干擾的效果，而無論每個(gè)電流單元的輸出電流量的大小如何，其細(xì)節(jié)將在以后描述。
圖8A是圖7中所示的PMOS晶體管213a或213b的形成過程的剖面圖。
標(biāo)號(hào)410表示一個(gè)用于在一個(gè)P型的襯底上植入一個(gè)PMOS晶體管以形成溝道的n型阱。標(biāo)號(hào)420表示在n型阱中形成的源極。標(biāo)號(hào)430表示在n型阱中形成的漏極。標(biāo)號(hào)440表示形成在源極420和漏極430之間的氧化層，例如，SiO2層。盡管在圖7中沒有表示出，但是沉淀在氧化層的金屬形成了柵極。
同時(shí)，在柵極(未示出)和源極420之間形成的電容取決于氧化層的面積，例如起絕緣層作用的SiO2層。例如，圖8A所示的PMOS晶體管具有一個(gè)與寬W和長L的乘積成正比而形成的寄生電容，其能用如下的方程式1來表述[方程式1]C(總量)≌Cgs＝K·(W×L)C(總量)表示在一個(gè)PMOS晶體管中形成的寄生電容的總量，Cgs表示在PMOS晶體管的柵極和源極之間的寄生電容，W和L每個(gè)分別表示氧化層的寬度和長度，并且K表示比例常數(shù)。方程式1用寄生電容的總量替換最能影響寄生電容的干擾和時(shí)滯的Cgs。
進(jìn)一步地，一個(gè)PMOS晶體管的導(dǎo)通電阻能用如下的方程式2來表述[方程式2]Ron＝μ·Cox·(Vgs-Vth-Vd)·(L/W)＝K·(L/W)μ表示空穴移動(dòng)速度，Cox表示氧化層的單位電容，W和L分別表示氧化層的寬度和長度，Vgs表示在柵極和源極之間的電壓，Vth表示閾值電壓，K表示比例常數(shù)。
也就是說，隨著布置在源極420和漏極430之間的氧化層440的寬度W變得更寬，導(dǎo)通電阻變得更小，而隨著氧化層的長度L變得更長，導(dǎo)通電阻變大。
圖8B-圖8E是在單元電流開關(guān)中所提供的PMOS晶體管的處理過程的示意圖，該過程是所述單元電流開關(guān)，例如標(biāo)號(hào)210-240在將圖8A所示的單元電流開關(guān)的PMOS晶體管，標(biāo)號(hào)213a或213b提供給如圖7所示的電流開關(guān)時(shí)的過程。
圖8B是一橫截面圖，用于表示響應(yīng)第一位，也就是說最低有效位(LSB)，將在圖6所示的電流開關(guān)之中的PMOS晶體管提供給電流開關(guān)240的處理過程。在圖8B所示的PMOS晶體管形成的寬度W為25μm，長度L為2μm。因此，寬度W乘以長度L變?yōu)?0μm2，并且導(dǎo)通電阻基于方程式2變?yōu)?.08×K(比例常數(shù))。
圖8C是橫截面圖，用于表示響應(yīng)第二位將在圖6所示的電流開關(guān)之中的PMOS晶體管提供給的電流開關(guān)230的處理過程。在圖8C中所示的PMOS晶體管形成寬W為35.4μm，長L為1.4μm，因此寬度W乘以長度L變?yōu)?9.6μm2，導(dǎo)通電壓基于方程式2變?yōu)?.04×K(比例常數(shù))。
圖8D是一橫截面圖，用于表示響應(yīng)第三位將在圖6所示的電流開關(guān)之中的PMOS晶體管提供給電流開關(guān)220的處理過程。在圖8D中所示的PMOS晶體管形成寬W為50μm，長L為1μm。因此，寬度W乘以長度L變?yōu)?0μm2，并且導(dǎo)通電壓基于方程式2變?yōu)?.02×K(比例常數(shù))。
圖8E是一橫截面圖，用于表示響應(yīng)第四位也就是最大有效位，將在圖6所示的電流開關(guān)中的PMOS晶體管提供給電流開關(guān)210的處理過程。，的在圖8E中所示的PMOS晶體管形成寬W為70.7μm，長L為0.71μm。因此，寬度W乘以長度L變?yōu)?0.2μm2，并且導(dǎo)通電壓基于方程式2變?yōu)?.01×K(比例常數(shù))。
在圖8B，8C，8D，和8E中所示的每個(gè)PMOS晶體管的氧化層的寬度W和長度L的乘積總是有一個(gè)恒定值(大約為50μm2)，所以，當(dāng)一個(gè)n位數(shù)模轉(zhuǎn)換器以提供有這樣的PMOS晶體管的電流開關(guān)來構(gòu)成時(shí)，用于轉(zhuǎn)換位的單個(gè)電流單元具有相同的電容值。因此，對(duì)應(yīng)于位的單個(gè)電流開關(guān)具有相同的響應(yīng)時(shí)間而不論電流源的輸出電流量大小如何，以此降低時(shí)滯，起動(dòng)具有提供PMOS晶體管的電流開關(guān)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器來高速操作。
進(jìn)一步地，在圖8B，8C，8D，和8E中所示的PMOS晶體管的氧化層的寬度W和長度L的乘積總是恒定，但是每個(gè)PMOS晶體管具有不同的導(dǎo)通電阻。例如，對(duì)于最低有效位的具有最小輸出電流量的電流開關(guān)具有0.08×K的導(dǎo)通電阻，而對(duì)于最大有效位的具有最大輸出電流量的電流開關(guān)具有0.01×K的導(dǎo)通電阻，因此不會(huì)發(fā)生取決于電流輸出量的響應(yīng)時(shí)間延遲。
圖9A，9B，和9C是傳統(tǒng)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器和根據(jù)本發(fā)明的具有電流開關(guān)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出波形相比較的示意圖。
圖9A所示的是應(yīng)用圖3A中所示的電流開關(guān)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出波形的示意圖，圖9B所示的是應(yīng)用圖3B中所示的電流開關(guān)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出波形的示意圖，圖9C所示的是應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明所示的電流開關(guān)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出波形的示意圖。
如圖9A，9B，和9C所示，可以看出在應(yīng)用了根據(jù)本發(fā)明的電流開關(guān)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出波形的區(qū)域C中干擾與傳統(tǒng)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器即相比于圖9A和9B中區(qū)A和B的干擾相比，在發(fā)生頻率和大小方面都是非常小的。這是因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明的電流開關(guān)具有恒定的寄生電容而不論輸出電流量大小如何，這解決了用以驅(qū)動(dòng)電流單元的數(shù)字信號(hào)D1-D4由于當(dāng)傳統(tǒng)的電流開關(guān)以更高的位操作時(shí)電容值變得更大而導(dǎo)致時(shí)滯和干擾的問題。進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明的電流開關(guān)保持電容值的恒定而不論電流源的輸出電流量大小如何，以此降低了對(duì)應(yīng)于導(dǎo)致大的輸出電流量上位的位由于從PMOS晶體管的柵極到源極的饋送通導(dǎo)電流而產(chǎn)生的干擾。
這是因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明的電流開關(guān)具有恒定的寄生電容而無論他們的輸出電流量大小如何，解決了由于從PMOS晶體管的柵極到源極的饋送通導(dǎo)電流而產(chǎn)生的干擾的問題。
圖10是根據(jù)本發(fā)明的典型實(shí)施如圖6所示的電流開關(guān)210-240的其中之一的示意圖。所示的實(shí)施例是應(yīng)用圖8B-8E中所示的PMOS晶體管的電流開關(guān)，它們與圖7所示的電流開關(guān)具有相似的結(jié)構(gòu)和操作，因此相同的數(shù)字代表相同的元件，同時(shí)相同元件的描述將被部分省略。
如圖10中所示的電流開關(guān)具有一個(gè)第一開關(guān)部分210a和一個(gè)第二開關(guān)部分210b。
第一開關(guān)部分210a有NMOS晶體管215a，216a和217a串接在驅(qū)動(dòng)電壓VDD和地GND之間并且分別響應(yīng)反相數(shù)字信號(hào)/D，控制電壓Vb，數(shù)字信號(hào)D，PMOS晶體管218a，其源極連接到電流源的一個(gè)輸出端，其柵極連接到NMOS晶體管217a的漏極，PMOS晶體管219a其源極連接到PMOS晶體管218a的漏極，其柵極連接到地GND，其漏極形成一個(gè)第一輸出端out1。
當(dāng)數(shù)字信號(hào)D為邏輯“高”時(shí)第一開關(guān)部分210a導(dǎo)通NMOS晶體管217a以連接PMOS晶體管218a的柵極和地GND。因此，PMOS晶體管218a在電流源110和輸出端out1之間提供了一條電流通路。同時(shí)，提供給NMOS晶體管216a的柵極的控制電壓Vb改變時(shí)，導(dǎo)入到NMOS晶體管216a的源極的電壓增加或降低。例如，一旦3V電壓提供給NMOS晶體管216b柵極，導(dǎo)入到NMOS晶體管216b的源極的電壓就變?yōu)榇蠹s2V。即，當(dāng)關(guān)斷PMOS晶體管218a時(shí)，發(fā)生干擾的絕對(duì)電壓值能被降低。PMOS晶體管218a提供了如圖8B-8E所示的長寬比。
第二開關(guān)部分210b與第一開關(guān)部分210a具有相似的結(jié)構(gòu)和操作，因此其描述省略。
圖11A和11B是傳統(tǒng)的電流開關(guān)和提供有根據(jù)本發(fā)明的具有可調(diào)節(jié)的長寬比的MOS晶體管的電流開關(guān)的響應(yīng)特性相比較的示意圖。
圖11A表示的是圖4中所示的電流開關(guān)按位表示的響應(yīng)曲線圖。
標(biāo)號(hào)E代表用于產(chǎn)生最小輸出電流量的第一位(LSB)的電流開關(guān)的響應(yīng)曲線，標(biāo)號(hào)F代表用于第二位的電流開關(guān)的響應(yīng)曲線，標(biāo)號(hào)G代表用于第三位的電流開關(guān)的響應(yīng)曲線，標(biāo)號(hào)H代表用于第四位(MSB)的電流開關(guān)的響應(yīng)曲線，并且標(biāo)號(hào)Vth代表PMOS晶體管的閾值電壓。
如圖11A中所示，可以看出具有最小輸出電流量的標(biāo)號(hào)E具有參照PMOS晶體管的閾值電壓的最快的響應(yīng)速度，而具有最大輸出電量的標(biāo)號(hào)H具有最低的響應(yīng)速度。
圖11B表示的是提供有根據(jù)本發(fā)明具有可調(diào)節(jié)長寬比的PMOS晶體管的電流開關(guān)的響應(yīng)曲線圖。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)橛捎诿恳粋€(gè)PMOS晶體管具有可調(diào)節(jié)長寬比，在對(duì)應(yīng)于電流源的電流開關(guān)中形成恒定的電容，那么可以看出分別相應(yīng)于每一位的響應(yīng)曲線E′，F(xiàn)′，G′，和H′具有幾乎一樣的響應(yīng)特性。
需要考慮的是，參照閾值電壓Vth來得到相同的響應(yīng)速度，并且當(dāng)以高速執(zhí)行數(shù)模轉(zhuǎn)換時(shí)上述響應(yīng)特性防止了數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，而不需要考慮每個(gè)位的響應(yīng)時(shí)間而增加時(shí)間容限。
同時(shí)，當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的PMOS晶體管應(yīng)用了體溫計(jì)型數(shù)模轉(zhuǎn)換器和綜合型數(shù)模轉(zhuǎn)換器時(shí)，其中綜合型數(shù)模轉(zhuǎn)換器除了傳統(tǒng)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器外部分地應(yīng)用了體溫計(jì)型數(shù)模轉(zhuǎn)換器，PMOS晶體管能夠?qū)崿F(xiàn)降低干擾和時(shí)滯的作用。
涉及數(shù)模轉(zhuǎn)換器的體溫計(jì)型與在數(shù)模轉(zhuǎn)換器中提供的所有電流源有一樣的輸出電流量，并且通過按數(shù)字信號(hào)的加權(quán)值的比例增加或者減少導(dǎo)通電流源的數(shù)量來執(zhí)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。因此，體溫計(jì)型的特點(diǎn)在于電流源每個(gè)都具有恒定的寄生電容值，但體溫計(jì)型數(shù)模轉(zhuǎn)換器與一般的數(shù)模轉(zhuǎn)換器相比在執(zhí)行數(shù)模轉(zhuǎn)換時(shí)需要更多的電流源。綜合型數(shù)模轉(zhuǎn)換方法涉及的數(shù)模轉(zhuǎn)換方法為將電流源數(shù)N分成兩組，傳統(tǒng)的數(shù)模轉(zhuǎn)換方法應(yīng)用于所分組之一，體溫計(jì)型數(shù)模轉(zhuǎn)換方法應(yīng)用于另一組。在應(yīng)用綜合型數(shù)模轉(zhuǎn)換方法的數(shù)模轉(zhuǎn)換器中中，當(dāng)每個(gè)都具有根據(jù)本發(fā)明的PMOS晶體管的電流開關(guān)被應(yīng)用于施加加權(quán)值的組的電流源時(shí)，就能夠降低干擾和時(shí)滯。
如上所述，本發(fā)明可調(diào)節(jié)在電流開關(guān)中所提供的MOS晶體管寄生電容變成恒定而無論輸出電流量大小如何，因此數(shù)模轉(zhuǎn)換器能夠?qū)崿F(xiàn)在低時(shí)滯和干擾下高速操作。
當(dāng)參照本發(fā)明典型實(shí)施例時(shí)，已經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明，而本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解在不背離本發(fā)明的權(quán)利要求所定義的保護(hù)范圍內(nèi)的形式和細(xì)節(jié)上的各種變化。
權(quán)利要求
1.一種具有低時(shí)滯和干擾的數(shù)模(D/A)轉(zhuǎn)換器，包括至少一個(gè)電流單元，用于輸出一個(gè)不同的電流量；和一個(gè)電流開關(guān)，用于響應(yīng)外部提供的數(shù)字信號(hào)選擇性地起動(dòng)至少一個(gè)的電流單元，所述電流開關(guān)具有至少一個(gè)可調(diào)節(jié)長寬比的MOS晶體管以便具有恒定的電容負(fù)載而不論來自至少一個(gè)電流單元的輸出電流量的大小如何，其中數(shù)模轉(zhuǎn)換器降低了當(dāng)至少一個(gè)產(chǎn)生不同輸出電流的電流單元由于恒定電容負(fù)載而導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的時(shí)滯和干擾。
2.如權(quán)利要求1中的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其中，在至少一個(gè)MOS晶體管中，從MOS晶體管的源極到漏極的長度L與在長度L的垂直方向上形成的寬度W的乘積是恒定的而無論至少一個(gè)電流單元的電流量的大小如何。
3.如權(quán)利要求2中的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其中電容值是在至少一個(gè)MOS晶體管的柵極和源極之間，至少一個(gè)MOS晶體管柵極和漏極之間，和至少一個(gè)MOS晶體管的柵極和襯底之間的寄生電容的總和。
4.如權(quán)利要求1中的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其中電流開關(guān)每個(gè)都具有與至少一個(gè)電流單元的電流量成反比的導(dǎo)通電阻。
5.如權(quán)利要求1中的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，進(jìn)一步包括一個(gè)電壓控制器，用以將導(dǎo)通和關(guān)斷電流開關(guān)的電壓電平降低到電流開關(guān)的最低工作點(diǎn)。
6.如權(quán)利要求1中的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其中電流開關(guān)交替地工作以便在驅(qū)動(dòng)電壓和地之間始終為電流源形成電流路徑。
7.如權(quán)利要求1中的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其中至少一個(gè)電流單元被分成至少兩個(gè)或更多的組，并且根據(jù)體溫計(jì)型將所分組之一設(shè)計(jì)成具有相同的輸出電流量。
全文摘要
本發(fā)明公開一種具有低時(shí)滯和干擾的數(shù)模轉(zhuǎn)換器。該數(shù)模轉(zhuǎn)換器具有每個(gè)均輸出不同的電流量的電流單元和可以選擇性地起動(dòng)電流單元的電流開關(guān)，同時(shí)通過操作電流開關(guān)從對(duì)應(yīng)于電流單元的輸出電流的電壓得到模擬信號(hào)，其特征在于電流開關(guān)每個(gè)都被提供有每個(gè)都具有可調(diào)節(jié)的長寬比的MOS晶體管以便具有恒定的電容負(fù)載而無論來自電流單元的輸出電流量大小如何。在這樣的數(shù)模轉(zhuǎn)換器中，在電流開關(guān)中所提供的MOS晶體管的寄生電容是可調(diào)節(jié)的常數(shù)而無論輸出電流量大小如何，因此數(shù)模轉(zhuǎn)換器能夠以低時(shí)滯和低干擾高速操作。
文檔編號(hào)H03M1/74GK1527485SQ20041003303
公開日2004年9月8日 申請(qǐng)日期2004年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月23日
發(fā)明者權(quán)大勛, 趙啟鈺, 文載畯 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社