CN1035216A - 电流源循环控制的数模转换器 - Google Patents

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Abstract

在附带“转换”电流源(c)的D/A转换器中，一 个单独的循环移位寄存器由m个循环移位寄存器部 分(st…)所代替。其p＝(2-1)/m的输入和n数二 进制信号(b)电-变码器(cω)改变为温度计码。变码 器中间输出(8)和在其两边的变码器相同数目的输出 与该移位寄存器部分之一(st1)相连。同理，变码器 由中间向外的输出与其它移位寄存器相连。这样，时 钟信号(t)作为一个移位信号用于移位寄存器部分仅 需具有一个频率，该频率是取样信号的p倍，以其取 样信号，一个比如模拟音频信号被数字化。

Description

在对高精度电流源进行单片集成化以大量生产固体电路的过程中，由于电流源的制作不同，产生了由后者提供的电流并不相互精确地相等的问题。这种电流源是通过比如：双极晶体管的集电极-发射极之间的通路或者场效应管的源漏极间通路得到实现的，上述场效应管;即所谓电流库，最好是绝缘栅型的，且其基极或该栅极各端分别与一个共同的恒定电压相连接。
根据《电子学》杂志1983年6月13日一期上的130-134页以及《电子元件和应用》杂志1980年8月一期上的235-241页，带有双极晶体管的、十四位单片集成数模转换器（即D/A转换器）的电流不精确度大部分由于采用了分流器以及采用了以“旋转”方式、通过一循环移位寄存器将若干电流源的电流转接到三个电流通路中（其第一、第二电流通路的电流为第三通路的一半）的方法而得到补偿。将若干这种分流器分级联接，就可得到一种高精度单片集成D/A转换器。
本发明采用了上述两份参考资料所谓的“动态元件匹配”的原理，但是并未使用先有技术中D/A转换器里的上述分流器，而是回到了申请人的未予公开的EP-A87    103742，0（ITT卷S.Mehrgardt    21-44;美国申请S/N    071074，205中阐述的构思：采用一个二进制信号，不直接地驱动电流源的“转换”，而是通过一个变码器将其变为一个二进制编码信号，该信号有一个同类状态的连续序列，其瞬时数目与该二进制信号的瞬时值相等，以此通过（另一个）循环移位寄存器来引起二进制信号“转换”，然后，使用这一转换信号驱动开关对各个电流源开启或关闭或者将它们转换连接。
移位寄存器的移位信号频率必须至少比取样信号频率高出（2-1）倍，在其取样信号的脉冲重复率上产生二进制信号。然而，这种移位信号并不是总可以得到的，因为，比方说，一个频率相应稳定的振荡器对于一项具体的应用方面说来价格就太贵了。此外，移位信号的频率范围通常要求特殊仔细地去设计集成电路以及要求具体的制作该集成电路的生产方法。
因此，本发明所提出的目的就是修改上述尚未公开的先有申请中的基本构思，方法是将该移位寄存器的时钟信号频率大大降低。
本发明的基本构思是：在大多数模拟信号中，特别是在音频信号中，零线附近的幅度比远离静态值、特别是最大值的幅度出现的机会要多得多。此外，由于大多音频系统都有一种过载存留功能，相应于那些模拟信号最大、可能的正、负值的值实际上决不会出现在二进制信号中。
基于这样基本上的考虑，按照本发明，移位寄存器可划分为多个循环移位寄存器部分，其中移位信号频率仅须为相应于前述移位寄存器部分数目的、取样信号频率的数分之一。其后者须按权利要求中以及下述说明中所述方法从变码器的输出中驱除。
下面对本发明将参照唯一的一张附图、即本发明实施方案的方框图进行详细说明。图中，二进制信号b，即一个n位的、表示音频的信号，举例来讲，加至变码器Cω。变码器Cω将信号变为一个二进制信号，该信号带有一个最大为2个同样状态的连续序列，其瞬时数目与二进制信号b的瞬时值相同。该二进制信号的编码因而是一个纯记数码，其中单元数与状态数相同。这种码比如说是一所谓温度计码，其中各个零或1的连续序列代表二进制信号b的瞬时值。这样，当变码器Cω的15级输出1…15如图所示为1时，二进制信号Cω，如出现在纯二进制码中，其值为1111，相等于十进制的15。如果二进制信号b有十进位值8，输出1…8为1（正逻辑）或0（负逻辑）。
如图所示的实施方案，其输出数为奇数，输出8为中间输出;如输出数为偶数，会有两个邻接的中间输出。如所有的直至中间输出的输出处于上述同等的状态中，即这些输出皆为0或1，那么这变码器Cω的输出状态可视为零线或者视为表示模拟信号所有输出状态的零状态。
附图所示方案基于一具体的数字例，即：二进制信号b中位数n等于4，移位寄存器部分st1、st2、stm的数目m等于3，以便每一个移位寄存器部分有-P＝（2-1）/m＝5的输入。
由此，代表二进制信号b的脉冲重复频率的取样信号S和作为移位寄存器部分st…的移位信号的时钟信号之间的频率比同样相等于数字P。为表示这一关系，图中包括了分频器ft，它把时钟信号t的频率用p分频以提供一取样信号s，并把该信号s加至移位寄存器部分st…的启动输入Le上。为了清楚起见，附图并不表明每一移位寄存器部分st…都是一个循环式寄存器即：其序列输入与其序列输出相联接。
按照本发明，变码器Cω的2-1＝15输出1…15与后面移位寄存器部分st1、st2、stm的p＝5级输入的三个组相联接。中间输出8以及在其两边的邻接输出：6、7和9、10即P个邻接输出全部与第一移位寄存器部分st1的输入111…115相联接;与第二移位寄存器部分st2的级联输入211…215相联接的是在第一p输出两侧的全部P个变码器输出，即输出4、5和11、12、13;同理，第三和最末一级的移位寄存器部分stm的级联输入311…315与变码器Cω的剩余其它的输出1、2、3和14、15相连接。
通过本发明的变码器Cω的级联输出1…15与三个移位寄存器部分st1、st2和stm的级联输入111…115、211、…215和311…315连接方式，根据统计，本D/A变换器经常表现了对于变码器Cω的P输出状态来说理想的线性。仅仅在超出了这个范围的时候，才出现一些可予准许的非线性，但在这个范围内，由于微小模拟信号，比如低音频信号的存在，线性得到全部保留。
为实现上述“转换”，在取样信号S（该信号加至移位寄存器部分st…的启动输入Le）的每一周期的开始期，变码器Cω的瞬时输出状态传输至移位寄存器部分并且在该周期内转换。在下一周期的开始期，下一状态被输入，然后“转换”。
附图大致地表示移位寄存器st的每一级联输出都有一个与其相连的开关sω，后接一个电流源c。这些开关sω由移位寄存器部分的各自的输出信号所关闭或开启。开关设在电流源的电流通路的适当位置上，以使各自的电流得以从汇总点sp上转换或切断，或者从汇总点流入或流出。
该示意图还表示了上述电流源C的电流库，其电流都流入汇总点sp作为D/A变换器的模拟输出aa。汇总点sp通过图示电阻器与电压源的电压相连接。
如果移位寄存器部分的数目是：总级联输入数超过变码器Cω的输出数，那么多出的级联输入必须接至一恒定电压上。比如，如果有15个变码器输出，四个移位寄存器部分，每一个有一个输入，就应该这样接，以便匀出一个输入并将其接至恒压上。
本发明的D/A转换器最好采用集成电路技术，特别是MOS技术。可以是一较大的集成电路，但也可由一单独的集电路来充当。

Claims (1)

1、用于代表模拟信号的n数二进制信号(b)的数模转换器，其中，模拟信号产生于取样信号的脉冲重复频率上并且控制各个开关(sω)，控制方式是：与每一开关相连的电流源(c)的恒定电流从所有电流的一个汇总点(sp)上转接或切断，形成一个模拟输出(aa)或者从汇总点上流入或流出，该数模转换器包括一个循环移位寄存器，该寄存器有若干状态输出，每一状态输出驱动每一开关，其特征是：
二进制信号(b)加至一变码器(cω)，该变码器将此二进制信号转变为一带有最大为2n个同类状态的连续序列的层进制信号，其瞬时数目与该二进制信号的瞬时值相等；
该循环移位寄存器包括m个循环寄存器部分(st…)，对这些部分加入时钟信号(t)作为移位信号，其频率为取样频率(s)的p=(2n-1)/m倍，并且对其启动输入(Le)加入取样信号，以及
变码器(cω)的每一级联输出(下称输出(1…15)与各个移位寄存器部分其中之一的P级联输入(下称输入)之一(111…115；211…215；311…315)相联接，其方式如下：
…包括其第一P个输出的中间输出(8)或两个中间输出以及两边许多邻近输出(6、7；9、10)与第一移位寄存器部分(st1)的输入(111…115)相连接；
…包括第二个P个输出的第一P个输出两边许多邻近输出(4，5；11、12、13)与第二移位寄存器(st2)部分的输入端(211…215)相联接，
…以此类推，以至第m个移位寄存器部分(stm)。其P个输入的其余任何输入皆与一恒定电压相连接。
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