高清視頻CMOS電流舵數(shù)／模轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)

圖2是一個(gè)說明8位分段式電流舵基本結(jié)構(gòu)的例子。圖中采用6+2分段結(jié)構(gòu)，高6位數(shù)字信號(hào)通過行譯碼器(Rows Decoders)、列譯碼器(Columns Decod-ers)轉(zhuǎn)換為溫度計(jì)碼，分別控制26-1=63個(gè)單位電流源，構(gòu)成8×8電流源矩陣。多余的一個(gè)電流源作為Dummy器件，63個(gè)單位電流源和低2位二進(jìn)制加權(quán)電流源的電流之和形成了陣列中整體電流源的電流。

2 譯碼邏輯電路
在DAC設(shè)計(jì)中，電流源單元、譯碼器和消除毛刺(噪聲)結(jié)構(gòu)是重要部分，DAC的性能由這些部分決定。為了改進(jìn)在高頻率動(dòng)態(tài)線性，在此提出由傳輸門和晶體管組成組合邏輯譯碼電路。
2．1 傳輸門邏輯
因?yàn)镹MOS管可以通過邏輯變量0傳輸，PMOS管可以通過邏輯變量1傳輸，用這兩個(gè)MOS平行放置構(gòu)成互補(bǔ)結(jié)構(gòu)。在此，可以得到傳輸門(TG)，并且對(duì)于TG，邏輯變量0，1都可以很好的傳輸。大家都知道，譯碼器之間的延遲時(shí)間是毛刺發(fā)生的主要原因，并且與全部使用CMOS邏輯電路比較，用TG設(shè)計(jì)的邏輯電路性能更好，延遲更小。經(jīng)過驗(yàn)證，所有二輸入邏輯門的可由傳輸門和反相器組成。作為一個(gè)事例，實(shí)現(xiàn)與非門邏輯，全部CMOS技術(shù)要求6只晶體管，但采用TG結(jié)構(gòu)只需要5只晶體管。在內(nèi)在DAC芯片上，它有兩個(gè)信號(hào)，并且有翻轉(zhuǎn)信號(hào)，因此沒有反相器的需要，因而二只晶體管被減少。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，芯片面積和功耗的大大減少了。
2．2 邏輯譯碼電路
為減小功耗和減少延時(shí)，應(yīng)該設(shè)計(jì)最少邏輯水平的行和列譯碼，運(yùn)用TG邏輯電路組成3～8位行、列譯碼器。如此從高3位得到行譯碼器和從中間3位輸入得到列譯碼器。運(yùn)用TG的行譯碼器電路如圖3所示。

行譯碼器結(jié)構(gòu)與列譯碼器基本相同，但沒有電源節(jié)點(diǎn)。使用TG邏輯譯碼器的另一巨大好處是可以減少晶體管的數(shù)量。在靜態(tài)邏輯，參考文獻(xiàn)[9]的譯碼器由84 只晶體管組成，但用TG結(jié)構(gòu)組成的行和列譯碼器有30只晶體管，并且總數(shù)是60。這意味著芯片面積可能也被減少。較少的晶體管級(jí)數(shù)也幫助減少延時(shí)。另一方面，使用TG結(jié)構(gòu)的邏輯門最大級(jí)數(shù)可減少到2級(jí)；不使用傳輸門結(jié)構(gòu)的全CMOS結(jié)構(gòu)的最高門級(jí)數(shù)是3，以上充分說明使用TG結(jié)構(gòu)更有利減少延時(shí)和改進(jìn)工作頻率。表1給出相關(guān)的參量對(duì)比。

2．3 工作原理
用行列譯碼器進(jìn)行譯碼，單位電流源是導(dǎo)通還是截止，共有三種情況。第一種是所在行和下一行都是“1”，在這種情況下，無論列控制信號(hào)是否為“1”，該電流源均被選中。也就是說，對(duì)應(yīng)的電流源開關(guān)狀態(tài)為接通狀態(tài)。第二種情況是所在的行控制信號(hào)為“1”，但是下一行的控制信號(hào)為“0”，這時(shí)，電流源是否被選中，要根據(jù)列控制信號(hào)來決定。如果列控制信號(hào)為“1”，則該電流源被選中；如果列控制信號(hào)為“0”，則該電流源不被選中，處于截止?fàn)顟B(tài)。第三種情況是所在行和下一行的控制信號(hào)均為“0”，那么不管其所在列的控制信號(hào)為多少，此電流源不會(huì)被選中，處于截止?fàn)顟B(tài)。TG構(gòu)成的開關(guān)電路如圖4所示。

3 電流源電路及減少毛刺電路
電流源電路是DAC的重要部分，同時(shí)為了減小毛刺反應(yīng)，下面將介紹減少毛刺的電路。
3．1 電流單元
一般常用的設(shè)計(jì)均采用減少電路噪聲和降低電流源的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。例如，差分電路、偏置電路、參考電流等需要很多數(shù)量的晶體管。在這個(gè)設(shè)計(jì)中，使用一個(gè)簡單的電流單元結(jié)構(gòu)，并且電流源采用由二只晶體管組成的電流源單元。與其他芯片相比，電路的面積可以大大減小，如圖5所示。