JPH02104026A - 高速デジタル・アナログ・コンバータ - Google Patents

高速デジタル・アナログ・コンバータ

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JPH02104026A
JPH02104026A JP1148210A JP14821089A JPH02104026A JP H02104026 A JPH02104026 A JP H02104026A JP 1148210 A JP1148210 A JP 1148210A JP 14821089 A JP14821089 A JP 14821089A JP H02104026 A JPH02104026 A JP H02104026A
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pmos
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Michael G Tuthill
ミカエル ジー タッチル
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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/66—Digital/analogue converters
    • H03M1/74—Simultaneous conversion
    • H03M1/78—Simultaneous conversion using ladder network
    • H03M1/785—Simultaneous conversion using ladder network using resistors, i.e. R-2R ladders

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 光匪旦宜1 (発明の分野) 本発明は、デジタルからアナログへのコンバータ(DA
C)に関するもので、とりわけ、単チップアナログI1
0システムの一部として使用するに適したモノリシック
コンバータに関スるもので、マイクロプロセッサ−とア
ナログ素子との間の完壁なインターフェイスを提供する
。
本発明は、高速化、エラー低減等コンバータの性能を改
良する。
(従来技術) ここ何年かの間にいろいろなりACが提案され、ものに
よっては広く使用されるようになった。個別トランジス
ターを使った初期のコンバータの例として、米国特許第
3,885,045号(Pastor Iza )に開
示のものがある。このコンバータではPNP電流源トラ
ンジスタがR/2Rのはしご形回路網を駆動する。つま
り、トランジスターの電流源が各トランジスター・エミ
ッターに接続したコード制御の回路でオンからオフに切
替えられる。米国特許 第3,961,328(cra
ven)で開示するICコンバータは、電流源トランジ
スターの電流を加算バスか接地ラインへ導(ために一対
のバイポーラ差動スイッチを使用する。ここでは電流源
トランジスターのエミッタの面積が各ビット電流の強さ
に比例している。
また米国特許第4,323,795号(Hollowa
y他)は前出の第3,685,045特許の個別コンバ
ータと設定がやや似たモノリシックなりACであり、こ
こではPWP )ランジスタ電流源がR/2Rはしご形
回路網を直接駆動し、トランジスタ・エミッタに接続し
た回路でオンとオフを切りかえる。
多くの場合上記の従来技術特許は効果的に機能するが、
より先端的な技術に応用すると性能が重要な点で劣って
いることがわかった。とりわけ、マイクロプロセッサ−
をベースとするデータ収集システムの高速インターフェ
ースの−部分として使った場合に欠陥が著しい。本発明
の主たる目的は、従来設計に重要な改良を加えた、とり
わけ速度やエラー発生率等の運転特性について重要な改
良を加えたデジタルからアナログへのコンバータを提供
することにある。
光旦fl歴 以下に詳細に記載する本発明の好ましい一実施例におい
て、デジタルからアナログへのコンバーターは、連続し
て等価の出力電流を発生する電流源をもつ、複数の同一
の高速DACセルを含む。電流源はPNP トランジス
ターであり、これらのトランジスターは出力電流が同一
でありエミッタサイズが最小で、せまいダイ面積を有し
、高速で機能することができる。
電源電流はPMOSスイッチにより接地か又はR/2R
はしご形回路網上の対応するノードに切替えられる。配
線は、接地(基準)線と電圧供給線の合計電流が、入力
コードと無関係に一定の値に保持されるようにしている
。PMOSスイッチは飽和状態にしておき、はしご形回
路網で電圧が変化しても電流源トランジスタの電圧の変
化が最少限にとどまるようにするのが有効である。また
PMOSスイッチを制御してメークやビフォア・ブレー
ク・シーケンスを与えるようにすれば、コード変化によ
る電流源トランジスターの電圧変化を更に減少すること
ができ、ひいてはDAC出力の変化をさらに軽減するこ
とができる。
ま  い     の曾 ロ 添付図面を参照すると、本発明にかかるデジタル/アナ
ログコンバータは、同一DACセルのグループ、IOA
、 l0B110cより成る。図ではDACの最上ビッ
トから三つ目までのセルしか示していないが、目的の用
途によってはコンバータは少なくとも入力コードを8ビ
ット扱うことのできる能力をもち、この場合台ビットに
つきDACセル10が1ケずつつく。各DACセルは連
続する入力コードを記憶する入力レジスター12からデ
ータビット信号(DB7.DBθ。
・・・等)を受信する。
DACセルlOはそれぞれ、エミッタと電圧供給ライン
VllIl(たとえば+5ボルト)との間に接続したレ
ジスター16をもつPNP )ランジスタ電流源14か
ら成る。PNPベースは共通線18に接続しているが、
この共通線は公知の様式で配された演算アンプ20によ
り駆動されてv0線とベース線18との間の差を制御し
て、他のPNPトランジスタと同様である基準トランジ
スタ22を通る電流を一定に維持する。演算アンプ20
の入力は、従来形のバンドギャップ電圧源(図示せず)
から好ましい実施例中に引出された(好ましくは1.2
5ボルトの)基準電圧を与えられる。このアンプ入力に
は基準エミッタ・レジスタ30を通る、反対の電圧も与
えられる。
演算アンプ20は、ベース線18の電圧を自動的に調整
して基準レジスタ3Gを通る電流が一定であるようにす
る。(この実施例では125μa)こうして調整された
ベース線電圧は、他のトランジスタ14を通る電流を上
記に対応して一定に維持する(この実施例の場合は同じ
り125μa)。
電流源のスケーリングの必要がないため、バイポーラト
ランジスタは全てエミッターの大きさが最小ですみ、せ
まいダイ面積で高速が得られる。さらに、供給電圧線V
DDと接地線(AGND)を通る電流もDACコードと
関係なく一定に保たれるので、金属の抵抗低下によって
生ずるエラーを最小限にとどめることができる。
PNP トランジスタ14のコレクタは、番号32で示
される一連のスイッチ手段の各々の入力端部に接続して
いる。各スイッチ手段は、ソース電極が接続されてスイ
ッチ手段の入力端子を形成しドレイン電極がスイッチの
出力端子として働くような、一対のP−チャンネル(P
MO8)カスコードスイッチ34.3Bから成る。一対
のPMOSスイッチ34.3Gのゲートは、たとえば第
一DACセルIOA用に詳細に示すように、MOSスイ
ッチコントロール制御回路38により制御される。この
回路は入力レジスタ12からの各デ−タビットに反応し
て、一つのデータビットロジックステートにたいして一
方のスイッチ34をオンにし他方のスイッチ36をオフ
とし、他のロジックステートにたいしては反対のことを
する。
PMOSスイッチ34.3Bの各対は、電流を導き、対
応するPNP電流源よりのコレクタ電流を基準線40(
接地であるのが普通)と番号44で示されるR/2Rは
しご形回路網中の対応するノード42とへ交互にふりわ
ける働きをする。電流源14からの電流がPMOSスイ
ッチにより接地からはしご形回路網へ切りかえられると
、はしご形回路網よりの出力電圧が対応する量だけ出力
線46において増加する。増加の度合は、その時に高く
なったデータのバイナリ−な評価で決定される。
上述の回路配線でパラメータを図示のとおりとすると、
最大出力電圧(つまりはしご形回路出力線46における
最大出力電圧)は1.25ボルトとなってPMOSスイ
ッチのしきい値電圧より低い。DACの最大出力が低く
なっているため、PMO8電流導トランジスタ34.3
Gは常にその特性の飽和領域内で作動できることになる
。換言すると、最大電圧を1.25ボルト以下におさえ
ることにより、PMOSドレインがゲートよりもPMO
SスイッチのVTIlsに等しい量だけプラスになるこ
とがないようにしである。CVrasとは、バルクソー
スVBSにより通常しきい値電圧よりやや高くなったも
の。パックゲートソース電圧、基板ソース電圧ともいう
。)PMOSトランジスタが飽和状態に保持されている
ため、はしご形回路、[44の電圧の変化はP M O
,Sソース電圧に何ら影響しない。たとえば、実験によ
れば、飽和状態においては、PMO8のソース電圧(つ
まり関連PNPの電流源トランジスターのコレクタ電圧
)は、ドレイン電圧が1ボルト変化しても、約0.08
ボルトしか変化しない。それ故、入力コード等の変化に
より生ずるはしご形回路網電圧の変化は、PMOSソー
ス電極に接続されている対応電流源の電流出力にほとん
ど影響を与えず変換の精度を一層改良するのに役立つ。
実際には、PMOSスイッチははしご形回路の電圧の変
化の電流源14への影響を緩衝する。(NMO8の電流
導スイッチを使用するとドレイン電圧のあらゆる変化が
直接ソース電極に及ぶという上記と対照的な結果を生じ
、コードによりDAC電流ソースが比較的激しい変化を
おこして、変換機能が直線的でなくなり精度が低くなる
。) PMOSスイッチ34.3Eiの緩衝作用があるため、
入力コードの変化の後の回復時間も短縮される。つまり
、電流源トランジスタ14のコレクタベース及びコレク
タ基板の容量は比較的大きいため、コレクター上の電圧
の変化が大きいと回復時間が長くなってしまうおそれが
ある。PMOSスイッチを使ってコレクタの電圧の変化
幅を最小限にしておけば、回復時間も短くてすむ。
好ましい実施例中のMOSスイッチ回路38は、メーク
・ビフォア・ブレーク・シーフェンスで作動するように
配線されている。換言すると、作動されるべきスイッチ
34又は36が最初にとじて、ソースからドレインに至
る回路を形成し、次に他方のスイッチが開く。両方のス
イッチが同時に開いていることはない。このため、バイ
ポーラ電流源トランジスタI4のコレクタ上の電圧の変
化はさらに減少されて、DCおよびAC性能がよくなる
。
上記においては特定の好ましい実施例についてのみ詳説
したが、これは実施例の作動の態様について説明するた
めだけであっていがなる意味においても制約的なもので
はないことを了解されたい。本分野の専門家であれば、
本発明の原理を違ったやりかたで実施すること、たとえ
ば違った用途に合わせることができることは明白である
。
【図面の簡単な説明】
添付の図面は略図で、本発明にかかるデジタルからアナ
ログへのコンバータの関連のある部分を示す。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)2進入力コードを受信する手段と、R/2Rはし
    ご形回路網の対応する入力ノードへの選択的接続のため
    に連続電流出力を発生してはしご形回路網の出力線に入
    力コードに応じた複合アナログ信号を出力する複数の同
    一な高速DACセルを具備するデジタル・アナログ・コ
    ンバータ(DAC)において、該同一DACセルのそれ
    ぞれが (A)レジスタを介してDC供給線に接続されたエミッ
    タを有し、エミッタ電圧がトランジスタのベース電圧と
    あらかじめ決められた態様で異なるため、高精度の電流
    源として機能することのできるバイポーラ・トランジス
    タと(B)該連続する出力電流を受けるため該バイポー
    ラ・トランジスタのコレクタに接続する入力端子を有し
    、該連続出力電流を伝達するためスイッチ手段入力端子
    と交互に接続させることのできる第一と第二の出力端子
    をもち、該第一と第二の出力端子が(1)共通の基準線
    と、(2)R/2Rはしご形回路網の対応する入力ノー
    ドとにそれぞれ接続されている、PMOSスイッチ手段
    と (C)対応するPMOSスイッチ手段の条件を制御する
    ための該入力コードに反応して該出力端子の選択された
    方の一方の端子を作動して、対応するバイポーラ電流源
    の該連続電流を該共通基準線かあるいは対応するはしご
    形回路網の入力ノードのいずれかへ送るための回路手段
    と から成ることを特徴とする、デジタル・アナログ・コン
    バータ(DAC)。
  2. (2)該バイポーラトランジスタがPNP形である、特
    許請求の範囲第1項に記載のDAC。
  3. (3)該PMOSスイッチ手段が該スイッチ手段の該入
    力端子として働くために互いに接続された類似の電極を
    もつ一対のPMOSトランジスタから成り、該PMOS
    トランジスタの他の電極が該出力端子としてそれぞれ機
    能することを特徴とする、特許請求の範囲第1項に記載
    のDAC。
  4. (4)該類似電極が該PMOSトランジスタのソース電
    極であり、該他の電極が該トランジスタの各ドレイン電
    極であることを特徴とする、特許請求の範囲第3項に記
    載のDAC。
  5. (5)該はしご形回路が発生する出力電圧の幅が該PM
    OSスイッチ手段が常に飽和状態に保持されるようにあ
    らかじめ決められた値に維持され、電流源トランジスタ
    の電圧が該はしご形回路網において電圧が変化してもほ
    ぼ一定であることを特徴とする、特許請求の範囲第1項
    に記載のDAC。
  6. (6)該はしご形回路出力電圧が、PMOSスイッチの
    ドレイン電極がゲート電極よりPMOSスイッチ手段の
    V_T_B_Sと等しい量以上プラスになることのない
    ようにある一定の範囲内に維持されることを特徴とする
    、特許請求の範囲第5項に記載のDAC。
  7. (7)該はしご形回路の最大出力電圧が約1.25ボル
    トの値に設定されていることを特徴とする、特許請求の
    範囲第5項に記載のDAC。
  8. (8)各DACセルの該PMOSスイッチ手段がメーク
    ・ビフォア・ブレイク手段から成り、スイッチ手段が作
    動されると、該入力端子と他方出力端子との間の以前に
    形成された導電路が断たれる前に、該入力端子と選択さ
    れた出力端子との間に導電路が設定されることを特徴と
    する、特許請求の範囲第1項に記載のDAC。
  9. (9)該PMOSスイッチ手段が、入力端子を共用し出
    力端子はそれぞれ別のものをもつ一対のPMOSスイッ
    チと、スイッチ作動中に作動して他方スイッチが開かれ
    る前に新しく一方のスイッチを閉じることの出来るスイ
    ッチ制御手段とから成ることを特徴とする、特許請求の
    範囲第8項に記載のDAC。
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