一种轨到轨电流输出开关

摘要

本发明提供一种轨到轨电流输出开关，包括PMOS电流开关和NMOS电流开关，还包括第一BALUN和第二BALUN，PMOS电流开关和NMOS电流开关加相同的差分CMOS信号；PMOS电流开关将差分CMOS信号转换成第一差分电流信号，第一BALUN将第一差分电流信号转换成第一单端信号输出，PMOS电流开关完成地轨道输出；NMOS电流开关将差分CMOS信号转换成第二差分电流信号，第二BALUN将第二差分电流信号转换成第二单端信号输出，NMOS电流开关完成电源轨道输出。本发明提出一种新的电流开关结构，相对于原来的电流开关电路，本发明的电路输出摆幅更大，能实现轨到轨输出。

说明书

技术领域

本发明涉及属于半导体集成电路技术领域，具体涉及一种轨到轨电流输出开关，它主要应用于高速DAC转换器电路中。

背景技术

在模拟与数字之间搭建起一座信号传递的桥梁,而模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC)正是这样一种必不可少的接口电路。

在许多典型应用下，例如有线或者无线通讯、视频信号处理、直接数字信号合成等,高速高精度转换器的性能很大程度上决定了整个系统的性能，尤其在高速通讯领域,转换器的性能甚至可能成为系统整体性能的瓶颈。

在众多类型的DAC中，电流航DAC的结构决定了其与生倶来的高速高精度特性。它通常由一组电流源和相应的电流开关组成，差分的电流开关就像舵机一样根据输入的信号将电流导向正相或者反相输出端。在电流开关之前的信号属于数字信号范畴，经过电流开关后数字信号转变成模拟信号。电流开关是DAC中数字域与模拟域的桥梁，它对DAC的性能有决定性的影响。

传统的电流开关电路通常用在高速DAC的输出端，包括两个PMOS管，两个PMOS管只起开关作用切换电流的流向，不改变总电流大小，这种电流开关工作速度很快，但输出电压摆幅有限，对高速DAC而言，无法实现轨到轨输出。

发明内容

鉴于此，本发明的目的是提供一种轨到轨电流输出开关，该电流输出开关能提高DAC的输出摆幅。

本发明的目的通过如下技术方案来实现的：一种轨到轨电流输出开关，包括PMOS电流开关和NMOS电流开关，还包括第一BALUN和第二BALUN，PMOS电流开关和NMOS电流开关加相同的差分CMOS信号；

PMOS电流开关将差分CMOS信号转换成第一差分电流信号，第一BALUN将第一差分 电流信号转换成第一单端信号输出，PMOS电流开关完成地轨道输出；

NMOS电流开关将差分CMOS信号转换成第二差分电流信号，第二BALUN将第二差分电流信号转换成第二单端信号输出，NMOS电流开关完成电源轨道输出。

进一步，所述PMOS电流开关包括第一PMOS管、第二PMOS管、第一电阻、第二电阻和电流源，所述电流源的一端与电源连接，电流源的另一端分别与第一PMOS管的源极、第二PMOS管的源极连接，所述第一PMOS管的漏极经第一电阻接地，所述第二PMOS管的漏极经第二电阻接地，所述第一PMOS管的漏极与第一BALUN的正端连接，第二PMOS管的漏极与第一BALUN的负端连接，第一PMOS管的栅极输入信号与第二PMOS管的栅极输入信号互为差分信号；所述第一BALUN的输出端作为PMOS电流开关的输出端口。

进一步，所述NMOS电流开关包括第一NMOS管、第二NMOS管、第三电阻、第四电阻和电流沉，所述电流沉的一端接地，电流沉的另一端分别与第一NMOS管的源极、第二NMOS管的源极连接；所述第一NMOS管的漏极经第三电阻与电源连接，所述第二NMOS管的漏极经第四电阻与电源连接，所述第一NMOS管的漏极与第二BALUN的正端连接，所述第二NMOS管的漏极与第二BALUN的负端连接，第一NMOS管的栅极输入信号与第二NMOS管的栅极输入信号互为差分信号；所述第二BALUN的输出端作为NMOS电流开关的输出端口。

由于采用了以上技术方案，本发明具有以下有益技术效果：

本发明提出一种新的电流开关结构，相对于原来的电流开关电路，本发明的电路输出摆幅更大，能实现轨到轨输出。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明提出的电流开关电路图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

一种轨到轨电流输出开关，包括PMOS电流开关C1、第一BALUN、NMOS电流开关C2 和第二BALUN。

PMOS电流开关C1包括第一PMOS管MP1、第一PMOS管MP2、第一电阻R1、第二电阻R2和电流源I1。PMOS电流开关C1还包括输入端口D和DN，输出端口OUTN。

NMOS电流开关C2包括第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2、第三电阻R3、第四电阻R4和电流沉I2。NMOS电流开关C2还包括输入端口D和DN，输出端口OUTP。

以下为了描述方便，将PMOS电流开关用C1代替，将NMOS电流开关用C2代替，将第一PMOS管用MP1代替，同理对其他的电气元件用简称代替。

对C1而言，电流源I1的一端与电源相连，另一端分别与MP1的源极、MP2的源极相连；MP1的栅极与端口D相连，MP2的栅极与输入端口DN相连；电阻R1的一端接地，另一端分别与MP1的漏极、第一BALUN的正端相连；电阻R2的一端接地，另一端分别与MP2的漏极、第一BALUN的负端相连；第一BALUN的输出端接端口OUTN。MP1的栅极输入信号与MP2的栅极输入信号互为差分信号。

对C2而言，电流沉I2的一端与地相连，另一端和MN1、MN2的源极相连；MN1的栅极与端口D相连，MN2的栅极与端口DN相连；电阻R3的一端接电源，另一端和MN1的漏极、BALUN2的正端相连；电阻R4的一端接电源，另一端和MN2的漏极、BALUN2的负端相连；BALUN2的输出端接端口OUTP。MN1的栅极输入信号与MN2的栅极输入信号互为差分信号

下面分析一下C1的工作原理，D和DN端通常送入差分CMOS信号。

当D送入高电平、DN送入低电平时，MP1截止，MP2导通，恒流源I1的电流全部流过MP2，MP1中无电流流过，电流流过R2后信号转变成电压信号，BALUN1将差分信号转换成单端信号，OUTN输出为低。

当D送入低电平、DN送入高电平时，MP1导通，MP2截止，恒流源I1的电流全部流过MP1，MP2中无电流流过，电流流过R1后信号转变成电压信号，第一BALUN将差分信号转换成单端信号，OUTN输出为高。

MP1和MP2总有一个导通，对恒流源来说，电流永不关断。这样节点X不会经历从0开始的充放电过程。相对应的X点电压几乎不动。MP1和MP2只负责切换电流，但不改变输出总电流的大小，这种结构的电流开关工作速度很高。由于是PMOS电流开关，C1实现共模在地轨附近的摆动。

相对应的，可以分析一下C2的工作原理，D和DN端通常送入差分CMOS信号。

当D送入高电平、DN送入低电平时，MN1导通，MP2截止，恒流沉I2的电流全部流过 MN1，MN2中无电流流过，电流流过R3后信号转变成电压信号，第二BALUN将差分信号转换成单端信号，OUTP输出为低。

当D送入低电平、DN送入高电平时，MN1截止，MP2导通，恒流沉I2的电流全部流过MN2，MN1中无电流流过，电流流过R4后信号转变成电压信号，第二BALUN将差分信号转换成单端信号，OUTP输出为高。

MN1和MN2总有一个导通，对恒流源来说，电流永不关断。这样节点Y不会经历从0开始的充放电过程。相对应的X点电压几乎不动。MN1和MN2只负责切换电流，但不改变输出总电流的大小，这种结构的电流开关工作速度很高。由于是NMOS电流开关，C2实现共模在电源轨附近的摆动。

C1和C2结合起来，就能实现电源轨到地轨的输出。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。