DAC: ARCHITETTURE DI BASE - 7

DAC a Commutazione di Corrente (Current Steering DAC)

La scelta iniziale di una tecnologia esclusivamente di tipo CMOS conduce all’uso di convertitori a correnti commutate (SI), come il DAC a commutazione di corrente, poiché gli elementi di riferimento e di somma nonché gli switch sono molto semplici da implementare. Gli elementi di riferimento sono generatori di corrente (current sources) mentre gli elementi di somma sono rappresentati soltanto dalle piste di connessione; infine gli switch sono realizzati con transistori MOS o trasmission gates. E’ possibile realizzare un DAC a commutazione di corrente a peso binario (binary-weighted), come in figura 2.6.

Figura 2.6: DAC current steering binario con buffer d’uscita.

Gli switch sono controllati dai bit d’ingresso, bn, dove n = 1, 2, ...,N, ed N e' il numero di bit. Il buffer d’uscita migliora la capacità di pilotaggio e può essere, anche, progettato in modo da eseguire la reiezione d’immagine di cui si e' parlato. Il LSB e' b1 e il generatore di corrente corrispondente ha il valore di corrente DC pari a 1LSB. Il generatore controllato dal bit bn, cioe', l’n-esimo generatore di corrente LSB, e' realizzato preferibilmente, connettendo 2n-1 generatori di corrente LSB in parallelo; di conseguenza, il generatore relativo al MSB avrà il valore di corrente DC pari a I_MSB = 2N-1 ·I_LSB. L’uso di generatori di corrente unitari permette di utilizzare tecniche di layout che migliorano il matching dei generatori, migliorando nel complesso le prestazioni. La corrente d’uscita Iout, indicata in figura 2.6 e' data da:

dove X e' l’ingresso digitale. Il DAC a commutazione di corrente ha numerosi vantaggi come quello di essere molto piccolo per risoluzioni al di sotto dei dieci bit e può essere molto veloce; un altro vantaggio consiste nella sua capacità di fornire quasi tutta la potenza in uscita cioè ha una efficienza di potenza molto elevata. Gli svantaggi maggiori derivano dalla sua alta sensibilità al mismatch dei componenti e alla limitata impedenza d’uscita del generatore di corrente. Questo tipo di convertitore e' particolarmente adatto nelle applicazioni a larga banda, ad elevata velocita' (quando soprattutto un’ attenta fase di progetto e' rivolta al mismatch e all’impedenza d’uscita del convertitore). Per garantire la monotonicita' e ridurre l’influenza dei glitch, nonché la sensibilità agli errori relativi al matching, il DAC a commutazione di corrente sfrutta la segmentazione.