高清视频CMOS电流舵数／模转换器的设计

图2是一个说明8位分段式电流舵基本结构的例子。图中采用6+2分段结构，高6位数字信号通过行译码器(Rows Decoders)、列译码器(Columns Decod-ers)转换为温度计码，分别控制26-1=63个单位电流源，构成8×8电流源矩阵。多余的一个电流源作为Dummy器件，63个单位电流源和低2位二进制加权电流源的电流之和形成了阵列中整体电流源的电流。

2 译码逻辑电路
在DAC设计中，电流源单元、译码器和消除毛刺(噪声)结构是重要部分，DAC的性能由这些部分决定。为了改进在高频率动态线性，在此提出由传输门和晶体管组成组合逻辑译码电路。
2．1 传输门逻辑
因为NMOS管可以通过逻辑变量0传输，PMOS管可以通过逻辑变量1传输，用这两个MOS平行放置构成互补结构。在此，可以得到传输门(TG)，并且对于TG，逻辑变量0，1都可以很好的传输。大家都知道，译码器之间的延迟时间是毛刺发生的主要原因，并且与全部使用CMOS逻辑电路比较，用TG设计的逻辑电路性能更好，延迟更小。经过验证，所有二输入逻辑门的可由传输门和反相器组成。作为一个事例，实现与非门逻辑，全部CMOS技术要求6只晶体管，但采用TG结构只需要5只晶体管。在内在DAC芯片上，它有两个信号，并且有翻转信号，因此没有反相器的需要，因而二只晶体管被减少。实验结果说明，芯片面积和功耗的大大减少了。
2．2 逻辑译码电路
为减小功耗和减少延时，应该设计最少逻辑水平的行和列译码，运用TG逻辑电路组成3～8位行、列译码器。如此从高3位得到行译码器和从中间3位输入得到列译码器。运用TG的行译码器电路如图3所示。

行译码器结构与列译码器基本相同，但没有电源节点。使用TG逻辑译码器的另一巨大好处是可以减少晶体管的数量。在静态逻辑，参考文献[9]的译码器由84 只晶体管组成，但用TG结构组成的行和列译码器有30只晶体管，并且总数是60。这意味着芯片面积可能也被减少。较少的晶体管级数也帮助减少延时。另一方面，使用TG结构的逻辑门最大级数可减少到2级；不使用传输门结构的全CMOS结构的最高门级数是3，以上充分说明使用TG结构更有利减少延时和改进工作频率。表1给出相关的参量对比。

2．3 工作原理
用行列译码器进行译码，单位电流源是导通还是截止，共有三种情况。第一种是所在行和下一行都是“1”，在这种情况下，无论列控制信号是否为“1”，该电流源均被选中。也就是说，对应的电流源开关状态为接通状态。第二种情况是所在的行控制信号为“1”，但是下一行的控制信号为“0”，这时，电流源是否被选中，要根据列控制信号来决定。如果列控制信号为“1”，则该电流源被选中；如果列控制信号为“0”，则该电流源不被选中，处于截止状态。第三种情况是所在行和下一行的控制信号均为“0”，那么不管其所在列的控制信号为多少，此电流源不会被选中，处于截止状态。TG构成的开关电路如图4所示。

3 电流源电路及减少毛刺电路
电流源电路是DAC的重要部分，同时为了减小毛刺反应，下面将介绍减少毛刺的电路。
3．1 电流单元
一般常用的设计均采用减少电路噪声和降低电流源的复杂结构。例如，差分电路、偏置电路、参考电流等需要很多数量的晶体管。在这个设计中，使用一个简单的电流单元结构，并且电流源采用由二只晶体管组成的电流源单元。与其他芯片相比，电路的面积可以大大减小，如图5所示。