一種電壓轉換速率可調的數模轉換器的制作方法

本發明屬于數模混合集成電路技術領域，具體涉及一種電源管理芯片內的數模轉換器，是一種電壓轉換速率可調的數模轉換器。

背景技術：

隨著國內半導體技術的不斷發展，作為數字電路與模擬電路的接口，數模轉換器已被廣泛地應用于電源管理芯片設計中,它可以將數字信號識別并輸出對應的模擬電壓值。

在電源管理芯片中引入具有電壓轉換速率可調的數模轉換器可以實時控制芯片輸出電壓切換時的轉換速率，其速率值根據速率調節電路進行控制，從而根據電路工作狀態調節芯片軟啟動時間，保證芯片能夠正常的工作。與現有電壓轉換速率可調的數模轉換器技術相比，該芯片在調節速率上能夠達到每變化毫伏的電壓值，其轉換速率達到微秒量級，使該數模轉換器具有轉換精度更高，實用范圍更廣的特點。

技術實現要素：

為了解決上述問題，本發明提供一種電壓轉換速率可調的數模轉換器，該數模轉換器能夠根據芯片的工作狀態，通過速率調節電路調節輸出電壓切換時的轉換速率，從而控制芯片軟啟動時間，保證輸出端的模擬電壓值精確穩定地進行轉換，并且該數模轉換器內采用電阻網絡的實現形式，而不使用有源運算放大器，有利于節省電路的靜態功耗。

本發明要解決的技術問題是提供一種電壓轉換速率可調的數模轉換器，應用于電源管理芯片內。本發明的設計要點在于：

一種電壓轉換速率可調的數模轉換器，包括速率調節電路，數字比較電路和電阻網絡，所述速率調節電路根據模擬輸出電壓轉換速率的需要，通過轉換速率選擇端，調節數模轉換器的建立時間，所述數字比較電路是將至少一位數字輸入端數據與數字比較電路內計數器輸出的數據進行比較，所述電阻網絡是將數字輸出端數據轉換為對應的模擬電壓值。

所述速率調節電路的時鐘信號輸出端與數字比較電路的數字輸入端相連，所述數字比較電路的數字輸出端與電阻網絡的輸入端相連。

所述速率調節電路由D觸發器和數據選擇器組成。

所述速率調節電路時鐘信號連接第一D觸發器dff1的時鐘信號、第一數據選擇器mux1的數據端D₁，轉換速率選擇端連接第一數據選擇器mux1、第二數據選擇器mux2和第三數據選擇器mux3的數據選擇端，第一D觸發器dff1的數據輸入端連接第一D觸發器dff1的反向數據輸出端、第一數據選擇器mux1的數據端D₀，第二D觸發器dff2的數據輸入端連接第二D觸發器dff2的反向數據輸出端，第三D觸發器dff3的數據輸入端連接第三D觸發器dff3的反向數據輸出端、第二數據選擇器mux2的數據端D₀，第四D觸發器dff4的數據輸入端連接第四D觸發器dff4的反向數據輸出端，第五D觸發器dff5的數據輸入端連接第五D觸發器dff5的反向數據輸出端，第六D觸發器dff6的數據輸入端連接第六D觸發器dff6的反向數據輸出端，第七D觸發器dff7的數據輸入端連接第七D觸發器dff7的反向數據輸出端、第三數據選擇器mux3的數據端D₀，第一數據選擇器mux1的輸出端連接第二D觸發器dff2的時鐘信號、第二數據選擇器mux2的數據端D₁，第二數據選擇器mux2的輸出端連接第四D觸發器dff4的時鐘信號、第三數據選擇器mux3的數據端D₁，時鐘信號輸出端連接第三數據選擇器mux3的反向輸出端。

所述速率調節電路根據時鐘信號和轉換速率選擇端的信號值產生不同頻率的信號波形，根據轉換速率選擇端設置的信號值，對模擬電壓輸出值的轉換速率進行動態調節。

所述數字比較電路由至少一個異或門，與非門，反相器和D觸發器組成。

所述數字比較電路第一反相器inx1的輸入端連接第一D觸發器的正向輸出端、第n與非門的輸入端，第一反相器inx1的輸出端連接第一異或門xor1輸入端，第一D觸發器的輸入端連接第一異或門xor1的輸出端，第一D觸發器的時鐘信號輸入端連接來自速率調節電路的時鐘信號輸出端，第一D觸發器的反向輸出端連接數字比較器1的輸入端，數字比較器1的另一輸入端連接最高位數字輸入端，數字比較器1的輸出端連接第二反相器inx2的輸入端，這種連接方法以此類推，得到數字輸出端。

所述數字比較電路用于不斷轉換數字信號值，判斷數字輸入端數據與數字比較電路內計數器輸出的數據是否相等，如果數字比較電路的信號全部為高電平代表轉換完成，將數字輸出端數據輸出給電阻網絡的輸入端，如果沒轉換完成，則繼續進行計數轉換。

所述電阻網絡由至少一個電阻和開關管組成，用于將六位數字信號轉換為數字信號所對應的模擬信號電壓值。

所述電阻網絡基準電壓與地端依次連接電阻R₁至R₆₄，開關S₀連接下標為偶數的電阻第一端，開關連接下標為奇數的電阻第一端，開關S₁和分別連接各個開關S₀、依此連接方式，S₅、連接信號輸出端V_OUT。

所述電阻網絡的第i個電阻接頭處的電壓值為：

其中，V_REF為基準電壓值。模擬輸出端的輸出電壓值V_OUT根據所選開關的二進制字來決定大小。

本發明的有益效果在于：本發明的電壓轉換速率可調的數模轉換器可以實時控制芯片輸出電壓切換時的轉換速率，其速率值根據速率調節電路進行控制，從而根據電路工作狀態調節芯片軟啟動的時間，保證芯片能夠正常工作。該芯片在調節速率上能夠達到每變化毫伏的電壓值，其轉換速率達到微秒量級，該數模轉換器具有轉換精度更高，實用范圍更廣的特點。且該數模轉換器內采用電阻網絡的實現形式，而不使用有源運算放大器，有利于節省電路的靜態功耗，值得應用與推廣。

附圖說明

下面結合附圖對本發明進行進一步說明：

圖1為本發明一種電壓轉換速率可調的數模轉換器的結構原理框圖；

圖2為速率調節電路結構原理圖；

圖3為邏輯比較電路結構原理圖；

圖4為電阻網絡結構原理圖；

圖5為各轉換速率下的模擬輸出變化圖。

具體實施方式

本發明所應用的數模轉換器包括速率調節電路、邏輯比較電路以及電阻網絡。具體實施方式如下：

圖1為本發明的結構原理框圖，一種電壓轉換速率可調的數模轉換器，包括速率調節電路，數字比較電路和電阻網絡。

圖2為對應于圖1的具體實施方式的速率調節電路結構原理圖，具體如下：

時鐘信號連接第一D觸發器dff1的時鐘信號、第一數據選擇器mux1的數據端D₁，轉換速率選擇端連接第一數據選擇器mux1、第二數據選擇器mux2和第三數據選擇器mux3的數據選擇端，第一D觸發器dff1的數據輸入端連接第一D觸發器dff1的反向數據輸出端、第一數據選擇器mux1的數據端D₀，第二D觸發器dff2的數據輸入端連接第二D觸發器dff2的反向數據輸出端，第三D觸發器dff3的數據輸入端連接第三D觸發器dff3的反向數據輸出端、第二數據選擇器mux2的數據端D₀，第四D觸發器dff4的數據輸入端連接第四D觸發器dff4的反向數據輸出端，第五D觸發器dff5的數據輸入端連接第五D觸發器dff5的反向數據輸出端，第六D觸發器dff6的數據輸入端連接第六D觸發器dff6的反向數據輸出端，第七D觸發器dff7的數據輸入端連接第七D觸發器dff7的反向數據輸出端、第三數據選擇器mux3的數據端D₀，第一數據選擇器mux1的輸出端連接第二D觸發器dff2的時鐘信號、第二數據選擇器mux2的數據端D₁，第二數據選擇器mux2的輸出端連接第四D觸發器dff4的時鐘信號、第三數據選擇器mux3的數據端D₁，時鐘信號輸出端連接第三數據選擇器mux3的反向輸出端。速率調節電路根據轉換速率的需要，通過轉換速率選擇端，可以調節數模轉換器的建立時間，即根據三位轉換速率選擇端，動態調節時鐘信號輸出端的頻率，從而保證數模轉換器可以穩定的進行轉換速率的切換。

圖3為對應于圖1的具體實施方式的數字比較電路結構原理圖，具體如下：

第一反相器inx1的輸入端連接第一D觸發器的正向輸出端、第n與非門的輸入端，第一反相器inx1的輸出端連接第一異或門xor1輸入端，第一D觸發器的輸入端連接第一異或門xor1的輸出端，第一D觸發器的時鐘信號輸入端連接來自速率調節電路的時鐘信號輸出端，第一D觸發器的反向輸出端連接數字比較器1的輸入端，數字比較器1的另一輸入端連接最高位數字輸入端，數字比較器1的輸出端連接第二反相器inx2的輸入端，這種連接方法以此類推，得到數字輸出端。

數字比較電路是判斷輸入信號端的數據與轉換后的數據是否相等，若相等說明邏輯轉換完成，產生二進制電平控制電阻網絡的開關。

圖4為對應于圖1的具體實施方式的電阻網絡的電路結構原理圖，具體如下：

基準電壓與地端依次連接電阻R₁至R₆₄，開關S₀連接下標為偶數的電阻第一端，開關連接下標為奇數的電阻第一端，開關S₁和分別連接各個開關S₀、依此連接方式，S₅、連接信號輸出端V_OUT。所以第i個電阻接頭處的電壓值為：

$V_i=\frac{\underset{k=1}{\overset{i}{\Σ}}{R}_k}{\underset{k=1}{\overset{64}{\Σ}}{R}_k}{V}_{REF}(i=1,2,\mathrm{...},64)$

其中，V_REF為基準電壓值。輸出電壓值V_OUT根據所選開關的二進制字來決定大小。

圖5為轉換速率下的模擬輸出變化圖，左圖信號比右圖信號的斜率平緩，因此左圖信號達到穩定的上升時間慢于右圖信號達到穩定的上升時間。可以看出輸出電壓切換時，轉換速率的快慢程度可以調節。

綜上，本實施例的方案為：速率調節電路時鐘信號連接第一D觸發器dff1的時鐘信號、第一數據選擇器mux1的數據端D₁，轉換速率選擇端連接第一數據選擇器mux1、第二數據選擇器mux2和第三數據選擇器mux3的數據選擇端，第一D觸發器dff1的數據輸入端連接第一D觸發器dff1的反向數據輸出端、第一數據選擇器mux1的數據端D₀，第二D觸發器dff2的數據輸入端連接第二D觸發器dff2的反向數據輸出端，第三D觸發器dff3的數據輸入端連接第三D觸發器dff3的反向數據輸出端、第二數據選擇器mux2的數據端D₀，第四D觸發器dff4的數據輸入端連接第四D觸發器dff4的反向數據輸出端，第五D觸發器dff5的數據輸入端連接第五D觸發器dff5的反向數據輸出端，第六D觸發器dff6的數據輸入端連接第六D觸發器dff6的反向數據輸出端，第七D觸發器dff7的數據輸入端連接第七D觸發器dff7的反向數據輸出端、第三數據選擇器mux3的數據端D₀，第一數據選擇器mux1的輸出端連接第二D觸發器dff2的時鐘信號、第二數據選擇器mux2的數據端D₁，第二數據選擇器mux2的輸出端連接第四D觸發器dff4的時鐘信號、第三數據選擇器mux3的數據端D₁，時鐘信號輸出端連接第三數據選擇器mux3的反向輸出端。

數字比較電路第一反相器inx1的輸入端連接第一D觸發器的正向輸出端、第六與非門的輸入端，第一反相器inx1的輸出端連接第一異或門xor1輸入端，第一D觸發器的輸入端連接第一異或門xor1的輸出端，第一D觸發器的時鐘信號輸入端連接來自速率調節電路的時鐘信號輸出端，第一D觸發器的反向輸出端連接數字比較器1的輸入端，數字比較器1的另一輸入端連接最高位數字輸入端，數字比較器1的輸出端連接第二反相器inx2的輸入端，這種連接方法以此類推，得到數字輸出端。

電阻網絡基準電壓與地端依次連接電阻R₁至R₆₄，開關S₀連接下標為偶數的電阻第一端，并且開關端連接數字比較器1的數字輸出端，開關連接下標為奇數的電阻第一端，并且開關端連接數字比較器1經過反相器inx2后的數字輸出端，開關S₁和分別連接各個開關S₀、依此連接方式，S₅、連接信號輸出端V_OUT。

速率調節電路根據時鐘信號和轉換速率選擇端的信號值產生不同頻率的信號波形，根據轉換速率選擇端設置的信號值，對模擬電壓輸出值的轉換速率進行動態調節。數字比較電路用于不斷轉換數字信號值，判斷數字輸入端數據與數字比較電路內計數器輸出的數據是否相等，如果數字比較電路的信號全部為高電平代表轉換完成，將數字輸出端數據輸出給電阻網絡的輸入端，如果沒轉換完成，則繼續進行計數轉換。當數字比較電路的信號全部為高電平代時，電阻網絡的第i個電阻接頭處的電壓值為：

$V_i=\frac{\underset{k=1}{\overset{i}{\Σ}}{R}_k}{\underset{k=1}{\overset{64}{\Σ}}{R}_k}{V}_{REF}(i=1,2,\mathrm{...},64)$

其中，V_REF為基準電壓值，模擬輸出端的輸出電壓值V_OUT根據所選開關的二進制字來決定大小。

本數模轉換器能夠根據芯片的工作狀態，調節芯片輸出電壓切換時的轉換速率，即根據轉換速率選擇端的編碼值，使轉換速率最快可以達到10mV/0.15us，最慢可以達到10mV/19.2us，從而能夠控制芯片軟啟動的時間，保證輸出端的模擬電壓值精確穩定的進行轉換。且該數模轉換器內采用電阻網絡的實現形式，而不使用有源運算放大器，有利于節省電路的靜態功耗，值得應用與推廣。