電路設計考量

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圖3.29 電流源的輸出電阻

圖3.30 單位電流源電路

而影響輸出表現最顯著的為突波的產生，因為突波會影響到數位 類比轉換器的速度與精準度，故產生突波的原因為此處討論重點，以 下幾項為一般所討論產生突波的主要來源。造成突波的原因由[15]可 知有以下幾點：

(1) 輸入訊號的不同步 (2) 電流源的關閉

(3) 電流源輸出電壓的波動 (4) 開關電晶體的關閉

(5) 數位訊號直接貫穿開關電晶體到輸出

第一，輸入訊號的不同步。由於信號經過解碼電路及反向器後，

兩路的信號延遲時間不相同，故需要同步電路讓，本論文將高速門閂 電路放置在開關之前，透過高速門閂電路達成同步。

第二，電流源的關閉。假使輸入控制信號的電壓為 VDD/2，也

就是信號上升時間與下降時間相同的那一點，使的電流源的汲源端電 壓會因為偏壓的不足而導致在該時間點電流源電晶體關閉，等到離開 該點後，電流源電晶體重新形成通道，期間須經過三級管區再到此處 使用的飽和區，此一動作不僅降低了數位類比轉換器的速度，更造成 了輸出電流的突波現象。為了解決此一缺點，在輸入信號進入開關電 晶體前，設計一對反向器使得輸入信號的電壓交錯點往上移，以避免 上述情形發生。結果如圖 3.31與圖3.32所示，當訊號交錯點在VDD

⁄ 2時，電流源輸出端電壓的變動較大，當訊號交錯點高於 VDD ⁄ 2時

，電流源輸出端電壓的變動較小。

圖3.31 訊號交錯的位置等於VDD ⁄ 2

圖3.32 訊號交錯的位置大於VDD ⁄ 2

第三，電流源輸出電壓的波動。要降低電流源輸出電壓的飄動，

可以增加在輸出端所看入的電阻值，故在設計電流源時，便使用疊接 的電流源，讓由輸出端看入的電阻值可以大大地提升。

第四，開關電晶體的關閉。縱使再第二點的輸入信號能保證讓電 流源不關閉，但假使輸入信號電壓交錯點低於開關電晶體的臨界電 壓，便會讓開關電晶體關閉，導致無法流出電流。所以在輸入信號進 入開關電晶體前，須找出適當的開關時間。故輸入信號的電壓交錯 點，要同時滿足電流源與開關電晶體，不會發生同時關閉的情形。

第五，數位訊號直接貫穿至開關電晶體到輸出。主要是由於電晶 體開關的閘源極間的寄生電容所造成，數位信號透過寄生電容耦合到 輸出端，使得輸出端在開關切換時有較大的突波。為了解決這個問 題，本論文在開關電晶體電路上再疊接一級 NMOS 電晶體來隔絕開 關電晶體的寄生電容與輸出端。當控制信號由低到高時，開關電晶體 形成通道，疊接電晶體仍保持在關閉狀態，因此從開關電晶體的汲極 到輸出端的路徑上保持開路，阻止了信號的耦合。當控制信號從高到 低時，初始仍會有部份控制信號耦合至輸出，但當疊接電晶體開始關

閉後，之後的控制信號將不會再耦合到輸出端[16]。