Die vorliegende Erfindung betrifft die Jitterreduzie
rung in einer Mischsignalschaltungsanordnung wie zum Bei
spiel in Digital-Analog-Konvertern [digital-to-analog con
verters] (DACs). Solch eine Schaltungsanordnung enthält eine
Mischung aus digitalen Schaltungsanordnungen und analogen
Schaltungsanordnungen.
Fig. 1 der beiliegenden Zeichnungen zeigt Teile eines
herkömmlichen DAC des sogenannten "Stromsteuer"-Typs, wie er
z. B. aus der EP 940923 A2 bekannt ist
Der DAC 1 ist so konstruiert, um ein digitales m-Bit-
Eingangswort (D1-Dm) in ein entsprechendes analoges
Ausgangssignal zu konvertieren.
Der DAC 1 enthält eine analoge Schaltungsanordnung, die
eine Vielzahl (n) von identischen Stromquellen 2 1 bis 2 n
umfaßt, wobei n = 2m - 1 ist. Jede Stromquelle 2 gibt einen
im wesentlichen konstanten Strom I weiter. Die analoge
Schaltungsanordnung enthält ferner eine Vielzahl von Diffe
renzschaltsystemen 4 1 bis 4 n, die den jeweiligen n Strom
quellen 2 1 bis 2 n entsprechen. Jedes Differenzschaltsystem 4
ist mit seiner entsprechenden Stromquelle 2 verbunden und
schaltet den Strom I, der durch die Stromquelle erzeugt
wird, entweder auf einen ersten Anschluß, der mit einer
ersten Verbindungsleitung A des Konverters verbunden ist,
oder auf einen zweiten Anschluß, der mit einer zweiten
Verbindungsleitung B des Konverters verbunden ist.
Jedes Differenzschaltsystem 4 empfängt eines von einer
Vielzahl von digitalen Steuersignalen T1 bis Tn (die aus
nachstehend erläuterten Gründen als "thermometercodierte
Signale" bezeichnet werden) und selektiert gemäß dem Wert
des betreffenden Signals entweder seinen ersten Anschluß
oder seinen zweiten Anschluß. Ein erster Ausgangsstrom IA
des DAC 1 ist die Summe aus den jeweiligen Strömen, die den
ersten Anschlüssen der Differenzschaltsysteme zugeführt
werden, und ein zweiter Ausgangsstrom IB des DAC 1 ist die
Summe aus den jeweiligen Strömen, die den zweiten Anschlüs
sen der Differenzschaltsysteme zugeführt werden.
Das analoge Ausgangssignal ist die Spannungsdifferenz
VA - VB zwischen einer Spannung VA, die durch Ziehen des
ersten Ausgangsstroms IA des DAC 1 in einen Widerstand R
erzeugt wird, und einer Spannung VB, die durch Ziehen des
zweiten Ausgangsstroms IB des Konverters in einen anderen
Widerstand R erzeugt wird.
In dem DAC von Fig. 1 werden die thermometercodierten
Signale T1 bis Tn aus dem binären Eingangswort D1-Dm durch
die digitale Schaltungsanordnung abgeleitet, die einen
Binärthermometerdecodierer 6 enthält. Der Decodierer 6
arbeitet wie folgt.
Wenn das binäre Eingangswort D1 - Dm den niedrigsten
Wert hat, sind die thermometercodierten Signale T1-Tn so,
daß jedes der Differenzschaltsysteme 4 1 - 4 n seinen zweiten
Anschluß selektiert, so daß alle Stromquellen 2 1-2 n mit
der zweiten Verbindungsleitung B verbunden werden. In diesem
Zustand ist VA = 0 und VB = nIR. Dabei ist das analoge
Ausgangssignal VA - VB = -nIR.
Wenn das binäre Eingangswort D1-Dm im Wert progressiv
zunimmt, sind die thermometercodierten Signale T1-Tn, die
durch den Decodierer 6 erzeugt werden, so, daß mehrere der
Differenzschaltsysteme ihre jeweiligen ersten Anschlüsse
selektieren (beginnend bei dem Differenzschaltsystem 4 1),
ohne daß irgendein Differenzschaltsystem, das schon seinen
ersten Anschluß selektiert hat, zurück auf seinen zweiten
Anschluß schaltet. Wenn das binäre Eingangswort D1-Dm den
Wert i hat, selektieren die ersten i Differenzschaltsysteme
4 1-4 i ihre jeweiligen ersten Anschlüsse, während die übrigen
n - i Differenzschaltsysteme 4 i+1 bis 4 n ihre jeweiligen
zweiten Anschlüsse selektieren. Das analoge Ausgangssignal
VA - VB ist gleich (2i - n)IR.
Fig. 2 zeigt ein Beispiel der thermometercodierten
Signale, die für ein binäres Drei-Bit-Eingangswort D1-D3
erzeugt werden (d. h., bei diesem Beispiel ist m = 3). In
diesem Fall sind sieben thermometercodierte Signale T1 bis
T7 erforderlich (n = 2m - 1 = 7).
Die thermometercodierten Signale T1-Tn, die durch den
Binärthermometerdecodierer 6 erzeugt werden, folgen einem
sogenannten Thermometercode, wie in Fig. 2 gezeigt, von dem
bekannt ist, daß dann, wenn ein Signal Tr r-ter Ordnung
aktiviert wird (auf "1" gesetzt wird), alle Signale T1 bis
Tr - 1 niedrigerer Ordnung auch aktiviert werden.
Die Thermometercodierung ist in DACs des Stromsteuer
typs beliebt, weil dann, wenn das binäre Eingangswort zu
nimmt, mehr Stromquellen auf die erste Verbindungsleitung A
geschaltet werden, ohne daß irgendeine Stromquelle, die
schon auf jene Leitung A geschaltet ist, auf die andere
Leitung B geschaltet wird. Daher ist die Eingabe/Ausgabe-
Charakteristik des DAC monoton, und der Störimpuls, der aus
einer Veränderung von 1 in dem Eingangswort resultiert, ist
klein.
Wenn solch ein DAC jedoch mit sehr hohen Geschwindig
keiten arbeiten soll (zum Beispiel 100 MHz oder mehr), wird
festgestellt, daß Störimpulse auf einer oder beiden der
ersten und zweiten Verbindungsleitungen A und B auftreten
können, wodurch sich ein kurzzeitiger Fehler in dem analogen
Ausgangssignal VA-VB des DAC ergibt. Diese Störimpulse in
dem analogen Ausgangssignal können codeabhängig sein und zu
einer harmonischen Verzerrung oder auch zu nichtharmonischen
Spuren in dem Ausgangsspektrum führen.
Es ist herausgefunden worden, daß einige Ursachen die
ser Störimpulse die folgenden sind.
Erstens muß die digitale Schaltungsanordnung (der Bi
närthermometerdecodierer 6 und andere digitale Schaltungen)
sehr schnell schalten, und ihre Gatteranzahl ist ziemlich
hoch. Daher könnte der Stromverbrauch der digitalen Schal
tungsanordnung eine Höhe von 20 mA pro 100 MHz bei hohen
Operationsgeschwindigkeiten erreichen. Diese Kombination aus
dem schnellen Schalten und dem hohen Stromverbrauch führt
unvermeidlich zu einem hohen Rauschgrad in den Energiezu
fuhrleitungen. Obwohl zuvor erwogen worden ist, die Energie
zufuhren für die analoge Schaltungsanordnung (z. B. die
Stromquellen 2 1 bis 2 n und Differenzschaltsysteme 4 1 bis 4 n
in Fig. 1) von den Energiezufuhren für die digitale Schal
tungsanordnung zu trennen, wird diese Maßnahme allein für
nicht voll zufriedenstellend gehalten, wenn die höchsten
Leistungsebenen gefordert werden. Im besonderen kann das
Rauschen, das sich aus der Operation des Binärthermometer
decodierers 6 ergibt, zu einer Zeitunsicherheit der Verände
rungen der thermometercodierten Signale T1-Tn als Reaktion
auf verschiedene Veränderungen des digitalen Eingangswortes
D1 bis Dm führen. Zum Beispiel wird eingeschätzt, daß die
Zeitunsicherheit mehrere hundert Pikosekunden betragen kann.
Dieser Zeitunsicherheitsbetrag bewirkt eine beträchtliche
Minderung der Leistung des DAC, und weiterhin ist es schwie
rig, die Minderung, die datenabhängig ist, vorauszusagen.
Um zweitens das obige Zeitunsicherheitsproblem zu redu
zieren, kann erwogen werden, einen Satz von Verriegelungs
schaltungen, die jeweilig den thermometercodierten Signalen
T1 - Tn entsprechen, zwischen der digitalen Schaltungsanord
nung und der analogen Schaltungsanordnung vorzusehen, welche
Verriegelungen durch ein gemeinsames Zeitlagensignal akti
viert werden, so daß sich deren Ausgaben gleichzeitig verän
dern. Überraschenderweise zeigt sich jedoch, daß diese
Maßnahme allein beim Entfernen der Zeitunsicherheit aus den
thermometercodierten Signalen nicht voll effektiv ist. Es
wird zum Beispiel festgestellt, daß der datenabhängige
Jitter an den Ausgängen der Verriegelungsschaltungen noch
vorhanden ist und daß der Jitter im ungünstigsten Fall
ungefähr proportional zu der Anzahl von thermometercodierten
Signalen zunimmt. Daher kann der Jitter im ungünstigsten
Fall bei (z. B.) 64 thermometercodierten Signalen einen
Betrag von 20 Pikosekunden haben, der dann, wenn eine
Hochleistung verlangt wird, übermäßig hoch ist.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung
ist eine Mischsignalschaltungsanordnung vorgesehen, die
enthält: eine analoge Schaltungsanordnung, die einen Eingang
zum Empfangen eines digitalen Steuersignals hat und be
triebsfähig ist, um eines oder mehrere analoge Signale in
Abhängigkeit von dem empfangenen digitalen Steuersignal zu
erzeugen; und eine digitale Schaltungsanordnung mit: einer
getakteten Hauptschaltung, die durch ein angewendetes Takt
signal getaktet wird und einen Ausgang hat, der mit dem
Eingang der analogen Schaltungsanordnung zum Anwenden des
digitalen Steuersignals auf ihn operativ verbunden ist, und
selektiv betriebsfähig ist, um zu bewirken, daß sich das
digitale Steuersignal zu Zeiten verändert, die durch das
Taktsignal bestimmt werden; einer getakteten Blindschaltung,
die auch durch das Taktsignal getaktet wird und ein Blind
signal an einem Ausgang von sich erzeugt und selektiv be
triebsfähig ist, um zu bewirken, daß sich das Blindsignal zu
den genannten Zeiten verändert; und einem Steuermittel, das
mit den beiden getakteten Schaltungen verbunden ist und zu
einer der genannten Zeiten, zu der keine Veränderung bei dem
digitalen Steuersignal auftritt, betriebsfähig ist, um zu
bewirken, daß solch eine Veränderung bei dem Blindsignal
auftritt, und auch zu einer der genannten Zeiten, zu der
solch eine Veränderung bei dem digitalen Steuersignal vorkommt,
betriebsfähig ist, um zu verhindern, daß solch eine
Veränderung bei dem Blindsignal auftritt.
In solch einer Mischsignalschaltungsanordnung kann der
datenabhängige Jitter beträchtlich reduziert werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung
ist eine Digital-Analog-Konvertierungsschaltungsanordnung
vorgesehen, die eine Mischsignalschaltungsanordnung enthält,
die den obigen ersten Aspekt der Erfindung verkörpert. In
einer Ausführungsform hat die analoge Schaltungsanordnung
eine Vielzahl von solchen Eingängen jeweilig zum Empfangen
solcher digitalen Steuersignale und ist betriebsfähig, um
ihr eines oder ihre mehreren analogen Signale in Abhängig
keit von den empfangenen digitalen Steuersignalen zu erzeu
gen; enthält die digitale Schaltungsanordnung ein Paar von
getakteten Schaltungen für jeden genannten Eingang der
analogen Schaltungsanordnung, wobei eine getaktete Schaltung
des genannten Paares solch eine getaktete Hauptschaltung ist
und die andere getaktete Schaltung des Paares solch eine
getaktete Blindschaltung ist; wird die getaktete Hauptschal
tung von jedem Paar durch das Taktsignal getaktet und hat
einen Ausgang, der mit einem der Eingänge der analogen
Schaltungsanordnung zum Anwenden eines der digitalen Steuer
signale auf ihn operativ verbunden ist, und ist selektiv
betriebsfähig, um zu bewirken, daß sich das digitale Steuer
signal zu den genannten Zeiten verändert; wird das getaktete
Blindelement von jedem Paar auch durch das Taktsignal getak
tet und dient dazu, ein Blindsignal an einem Ausgang von
sich zu erzeugen, und ist selektiv betriebsfähig, um zu
bewirken, daß sich das Blindsignal zu den genannten Zeiten
verändert; und ist das Steuermittel mit beiden getakteten
Schaltungen von jedem Paar verbunden und zu einer der Zei
ten, zu der keine Veränderung bei dem digitalen Steuersignal
des Paares auftritt, betriebsfähig, um zu bewirken, daß
solch eine Veränderung bei dem Blindsignal des Paares auf
tritt, und auch zu einer der Zeiten betriebsfähig, zu der
solch eine Veränderung bei dem digitalen Steuersignal des
Paares vorkommt, um das Auftreten solch einer Veränderung
bei dem Blindsignal des Paares zu verhindern; enthält die
analoge Schaltungsanordnung eine Vielzahl von Schaltungs
anordnungssegmenten, die jeweilig den Eingängen der analogen
Schaltungsanordnung entsprechen, wobei jedes Segment eine
Stromquellen- oder Stromsenkenschaltung umfaßt, und wird das
oder jedes genannte analoge Signal abgeleitet, indem die
jeweiligen Ströme summiert werden, die durch die Stromquel
len-/Senkenschaltungen, je nachdem, von selektierten der
Schaltungsanordnungssegmente der analogen Schaltungsanord
nung erzeugt oder gezogen werden, wobei die Selektion der
Schaltungsanordnungssegmente durch die digitalen Steuer
signale festgelegt wird.
Als Beispiel wird nun Bezug auf die beiliegenden Zeich
nungen genommen, in denen:
Fig. 1, die zuvor erläutert wurde, Teile eines her
kömmlichen DAC zeigt;
Fig. 2, die auch zuvor erläutert wurde, eine Tabelle
darstellt, die thermometercodierte Signale zeigt, die von
einem binären Eingangswort abgeleitet wurden;
Fig. 3 Teile eines DAC zeigt, worauf die Signalsteuer
schaltungsanordnung, die die vorliegende Erfindung verkör
pert, anwendbar ist;
Fig. 4A ein Schaltungsdiagramm einer Verriegelungs
schaltung zeigt, die zur Verwendung in dem DAC von Fig. 3
geeignet ist;
Fig. 4B ein Schaltungsdiagramm einer analogen Schal
tung zeigt, die zur Verwendung in dem DAC von Fig. 3 geeig
net ist;
Fig. 5 ein Blockschaltungsdiagramm der Signalsteuer
schaltungsanordnung zeigt, deren Verwendung in einem DAC
zuvor betrachtet wurde;
Fig. 6 einen Graph zeigt, der den Jitter in der
Signalsteuerschaltungsanordnung von Fig. 5 darstellt;
Fig. 7 Teile einer Signalsteuerschaltungsanordnung
zeigt, die die vorliegende Erfindung verkörpert;
Fig. 8 Zeitlagendiagramme zum Darstellen der Operation
der Schaltungsanordnung von Fig. 7 zeigt;
Fig. 9 ein Blockschaltungsdiagramm einer Signalsteuer
schaltungsanordnung gemäß einer anderen Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt; und
Fig. 10 ein Blockschaltungsdiagramm von Teilen einer
Signalsteuerschaltungsanordnung gemäß einer weiteren Ausfüh
rungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 3 zeigt Teile eines DAC, auf den die Signalsteu
erschaltungsanordnung, die die vorliegende Erfindung verkör
pert, anwendbar ist. Die Schaltungsanordnung von Fig. 3 ist
in drei Sektionen geteilt: eine digitale Sektion, eine
Verriegelungssektion und eine analoge Sektion. Die Verriege
lungssektion ist zwischen den digitalen und analogen Sektio
nen angeordnet.
Die digitale Sektion umfaßt die Decodiererschaltungs
anordnung 10, die mit einer anderen digitalen Schaltungs
anordnung (nicht gezeigt) verbunden ist, um ein digitales m-
Bit-Eingangswort D1 ~ Dm zu empfangen. Die Decodiererschal
tungsanordnung 10 hat eine Ausgangsstufe, die aus n digita
len Schaltungen DC1 bis DCn gebildet ist, die jeweilig
thermometercodierte Signale T1 bis Tn auf der Basis des
digitalen Eingangswortes zum Beispiel gemäß der Tabelle der
oben erläuterten Fig. 2 erzeugen.
In einer zuvor betrachteten Konstruktion des DAC umfaßt
die Verriegelungssektion einen Satz 12 von n Verriegelungsschaltungen
L1 bis Ln. Jede Verriegelungsschaltung ist
verbunden, um ein individuell entsprechendes der thermo
metercodierten Signale T1 bis Tn zu empfangen, die durch die
Decodiererschaltungsanordnung 10 erzeugt werden. Jede Ver
riegelungsschaltung L1 bis Ln empfängt auch ein Taktsignal
CLK. Die Verriegelungsschaltungen L1 bis Ln erzeugen an
ihren Ausgängen jeweilige getaktete Thermometersignale TCK1
bis TCKn, die jeweilig den thermometercodierten Signalen T1
bis Tn entsprechen, die durch die Decodiererschaltungsanord
nung 10 erzeugt wurden.
In jedem Zyklus des DAC wird ein neuer Abtastwert des
digitalen Eingangswortes D1 ~ Dm genommen, und so verändern
sich die thermometercodierten Signale T1 bis Tn normaler
weise von einem Zyklus zu dem nächsten. In jedem Zyklus wird
zwangsläufig von dem Moment an, wenn der neue Abtastwert
genommen wird, eine begrenzte Zeit benötigt, damit sich
diese Signale auf ihre endgültigen Sollwerte stabilisieren.
Ferner werden einige digitale Schaltungen DC1 bis DCn ihre
jeweiligen thermometercodierten Signale unvermeidlich früher
als andere erzeugen. Auf Grund der getakteten Operation der
Verriegelungsschaltungen L1 bis Ln kann verhindert werden,
daß sich die getakteten Thermometersignale TCK1 bis TCKn
verändern, bevor sich alle thermometercodierten Signale T1
bis Tn bei einem besonderen Zyklus des DAC auf ihre Soll
werte stabilisiert haben.
Die analoge Sektion umfaßt einen Satz 14 von n analogen
Schaltungen AC1 bis ACn. Jede der analogen Schaltungen AC1
bis ACn empfängt ein individuell entsprechendes der getakte
ten Thermometersignale TCK1 bis TCKn. Die analogen Schaltun
gen AC1 bis ACn haben jeweils einen oder mehrere analoge
Ausgangsanschlüsse, und Signale, die an den analogen Aus
gangsanschlüssen erzeugt werden, werden auf geeignete Weise
kombiniert, um eines oder mehrere analoge Ausgangssignale zu
erzeugen. Zum Beispiel können Ströme durch Summierungsver
bindungsleitungen wie in Fig. 1 summiert werden. Als Bei
spiel sind in Fig. 3 zwei solche analogen Ausgangssignale
OUTA und OUTB gezeigt.
In der Schaltungsanordnung von Fig. 3 bildet jede di
gitale Schaltung DC1 bis DCn zusammen mit ihrer entsprechen
den Verriegelungsschaltung L1 bis Ln und ihrer entsprechen
den analogen Schaltung AC1 bis ACn eine sogenannte "Zelle"
des DAC. Somit enthält jede Zelle eine digitale Schaltung
DC, eine Verriegelungsschaltung L und eine analoge Schaltung
AC. Die digitale Schaltung DC erzeugt ein erstes digitales
Signal (thermometercodiertes Signal) T für ihre Zelle. Die
Verriegelungsschaltung für die Zelle empfängt das erste
digitale Signal T und führt der analogen Schaltung AC der
Zelle ein zweites digitales Signal (getaktetes Thermometer
signal) TCK zu, das dem ersten digitalen Signal T ent
spricht, sobald sich die ersten digitalen Signale von allen
Zellen auf ihre endgültigen Sollwerte stabilisiert haben. So
dient die Verriegelungsschaltung als Signalsteuerschaltung
zum Ableiten des zweiten digitalen Signals von dem ersten
digitalen Signal und zum Steuern der Zeitlage seiner Anwen
dung auf die analoge Schaltung AC. Das zweite digitale
Signal TCK dient als Steuersignal zur Verwendung beim Steu
ern einer vorbestimmten Operation der analogen Schaltung AC
der Zelle. Diese vorbestimmte Operation kann irgendeine
Operation eines geeigneten Typs der Zelle sein. Zum Beispiel
könnte sie eine Schalt- oder Selektionsoperation zum Ein-
oder Ausschalten oder zum Steuern des Ausgangsweges eines
analogen Ausgangssignals der Zelle sein. Ein Beispiel für
die analoge Schaltung AC einer Zelle wird später unter
Bezugnahme auf Fig. 4B beschrieben.
Fig. 4A und 4B zeigen jeweilig Beispiele für die
Konstruktion der Verriegelungsschaltung L und der analogen
Schaltung AC von einer Zelle der Schaltungsanordnung von
Fig. 3.
Die Verriegelungsschaltung L von Fig. 4A ist ein Dif
ferenz-D-Typ, der (bei diesem Beispiel) eine Master-Slave-
Konfiguration hat. Die Schaltung von Fig. 4A hat ein Ma
ster-Flipflop 60, das aus NAND-Gattern 62 und 64 gebildet
ist, und ein Slave-Flipflop 66, das aus NAND-Gattern 68 und
70 gebildet ist. Die NAND-Gatter 72 und 74 empfangen jeweils
an einem Eingang von sich ein Taktsignal CLK (Fig. 3). Die
anderen Eingänge der Gatter 72 und 74 sind jeweilig mit
Eingängen T und T der Schaltung verbunden. Der Eingang T
empfängt das thermometercodierte Signal T, das durch die
digitale Schaltung DC der betreffenden Zelle erzeugt wurde.
Der Eingang T ist verbunden, um ein Signal T zu empfangen,
das zu dem thermometercodierten Signal komplementär ist.
Komplementäre Signale T und T werden in dieser Ausführungs
form verwendet, da jede Veränderung des Signals T mit einer
komplementären Veränderung des Signals T einhergeht, wo
durch das Rauschen reduziert wird, das den Energiezufuhrlei
tungen auferlegt wird, wenn sich das Eingangswort verändert.
Falls gewünscht, könnte jedoch die Schaltung von Fig. 4A
abgewandelt werden, um einen einzelnen Eingang T zu haben,
in welchem Fall dann ein zusätzlicher Inverter (nicht ge
zeigt) zwischen jenem einzelnen Eingang und dem relevanten
Eingang des Gatters 74 vorgesehen wäre.
Die Schaltung von Fig. 4A enthält auch NAND-Gatter 76
und 78, die zwischen Ausgängen M und M des Master-Flipflops
60 und Eingängen des Slave-Flipflops 66 verbunden sind.
Diese Gatter 76 und 78 empfangen eine invertierte Version
CLK des Taktsignals CLK, die durch einen Inverter 80 erzeugt
wird. Ausgänge des Slave-Flipflops erzeugen jeweilig
gegenseitig komplementäre Ausgangssignale TCK und TCK.
Bei Verwendung der Schaltung von Fig. 4A werden dann,
wenn das Taktsignal CLK auf dem H-Pegel ist, die Gatter 72
und 74 freigegeben, wodurch die Ausgaben M und M des Ma
ster-Flipflops 60 zwingend auf dieselben Logikwerte wie die
Eingänge T bzw. T gesetzt werden, d. h., M = T und M = T.
Die Gatter 76 und 78 werden gesperrt, so daß das Slave-
Flipflop 66 seinen vorherigen Zustand beibehält. Wenn das
Taktsignal CLK von dem H-Pegel auf den L-Pegel wechselt,
werden die Eingänge zu dem Master-Flipflop von den Eingangs
signalen T und T getrennt, während die Eingänge des Slave-
Flipflops 66 gleichzeitig mit den Ausgängen M und M des
Master-Flipflops 60 gekoppelt werden. Das Master-Flipflop 60
überträgt demzufolge seinen Zustand auf das Slave-Flipflop
66. Bei den Ausgangssignalen TCK und TCK können keine
weiteren Veränderungen auftreten, da das Master-Flipflop 60
jetzt effektiv gesperrt ist. Bei der nächsten ansteigenden
Flanke des Taktsignals CLK wird das Slave-Flipflop 66 von
dem Master-Flipflop 60 abgekoppelt, und es behält seinen
Zustand bei, während das Master-Flipflop 60 noch einmal den
Eingangssignalen T und T folgt.
Fig. 4B zeigt Teile einer typischen analogen Schaltung
AC von einer Zelle der Schaltungsanordnung von Fig. 3. Die
analoge Schaltung AC umfaßt eine Konstantstromquelle 90 und
ein Differenzschaltsystem 100. Das Differenzschaltsystem 100
umfaßt erste und zweite PMOS-Feldeffekttransistoren (FETs)
S1 und S2. Die jeweiligen Sources der Transistoren S1 und S2
sind mit einem gemeinsamen Knoten CN verbunden, mit dem auch
die Stromquelle 90 verbunden ist. Die jeweiligen Drains der
Transistoren S1 und S2 sind mit jeweiligen ersten und zweiten
Summierungsausgangsanschlüssen OUTA und OUTB der Schal
tung verbunden. In dieser Ausführungsform sind die Ausgangs
anschlüsse OUTA von allen Zellen zusammen verbunden und sind
die jeweiligen Ausgangsanschlüsse OUTB der Zellen zusammen
verbunden.
Jeder Transistor S1 und S2 hat eine entsprechende Trei
berschaltung 106 1 und 106 2, die mit seinem Gate verbunden
ist. Die getakteten Thermometersignale TCK und TCK, die
durch die Verriegelungsschaltung L der Zelle erzeugt werden
(z. B. Fig. 4A), werden jeweilig auf Eingänge der Treiber
schaltungen 106 1 und 106 2 angewendet. Jede Treiberschaltung
puffert und invertiert ihr empfangenes Eingangssignal TCK
oder TCK, um ein Schaltsignal SW1 oder SW2 für ihren zuge
ordneten Transistor S1 oder S2 zu erzeugen, so daß unter der
Bedingung des stationären Zustandes einer der Transistoren
S1 und S2 ein ist und der andere aus ist. Wenn zum Beispiel
das Eingangssignal TCK auf dem H-Pegel (H) ist und das
Eingangssignal TCK auf dem L-Pegel (L) ist, wie in Fig. 2
selbst gezeigt, ist das Schaltsignal SW1 (Gatesteuerspan
nung) für den Transistor S1 auf dem L-Pegel L, wodurch
bewirkt wird, daß der Transistor EIN ist, während das
Schaltsignal SW2 (Gatesteuerspannung) für den Transistor S2
auf dem H-Pegel H ist, wodurch bewirkt wird, daß der Transi
stor AUS ist. Daher wird in diesem Zustand der gesamte Strom
I, der in den gemeinsamen Knoten CN fließt, zu dem ersten
Ausgangsanschluß OUTA geführt, und kein Strom gelangt zu dem
zweiten Ausgangsanschluß OUTB.
Wenn die Eingangssignale TCK und TCK komplementären
Veränderungen von dem in Fig. 4B gezeigten Zustand unter
liegen, wird der Transistor S1 zu derselben Zeit, zu der der
Transistor S2 EINgeschaltet wird, AUSgeschaltet.
Was die digitalen Schaltungen anbelangt, kann jede ge
eignete Binärthermometerdecodierschaltungsanordnung verwen
det werden. Ein zweistufiger Decodierprozeß kann eingesetzt
werden, bei dem ein sogenannter globaler Decodierer das
Eingangswort in zwei oder mehr Sätze (oder Dimensionen) von
thermometercodierten Signalen decodiert (die als Reihen- und
Spaltensignale oder als Reihen-, Spalten- und Tiefensignale
bezeichnet werden). Diese zwei oder mehreren Sätze von
Signalen werden einer Vielzahl von lokalen Decodierern
zugeführt, die jeweilig den Zellen entsprechen. Jeder lokale
Decodierer braucht nur eine kleine Anzahl (z. B. zwei oder
drei) der Signale in den Sätzen, die durch den globalen
Decodierer erzeugt werden, zu empfangen und zu decodieren.
Es kann davon ausgegangen werden, daß diese logischen Deco
dierer logisch (nicht unbedingt auch physikalisch) in zwei
oder mehr Dimensionen angeordnet sind, die jeweilig den
Sätzen von thermometercodierten Signalen entsprechen. Die
lokalen Decodierer werden durch die Sätze der thermometer
codierten Signale adressiert und leiten unter Verwendung
einer einfachen kombinatorischen Logik jeweilige "lokale"
thermometercodierte Signale für ihre jeweiligen Zellen ab.
Die digitalen Schaltungen DC1 bis DCn in Fig. 3 können zum
Beispiel nur aus solchen jeweiligen lokalen Decodierern
gebildet sein, wobei der globale Decodierer gegenüber diesen
digitalen Schaltungen DC1 bis DCn extern angeordnet ist.
Weitere Einzelheiten der zweistufigen Thermometerdecodierung
sind zum Beispiel in unserer ebenfalls eingereichten euro
päischen Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. EP-A-0930717
enthalten (die der Patentveröffentlichung des Vereinigten
Königreichs Nr. GB-A-2333171 entspricht), deren gesamter
Inhalt hierin durch Bezugnahme inkorporiert ist.
Andere Merkmale und Abwandlungen der Schaltungsanord
nung von Fig. 3 sind in unserer ebenfalls eingereichten
europäischen Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. EP-A-
0940923 eingehender beschrieben (die der Patentveröffentli
chung des Vereinigten Königreichs Nr. GB-A-2335097 ent
spricht), deren gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme
inkorporiert ist.
Fig. 5 ist ein Blockschaltungsdiagramm, das eine zuvor
betrachtete Implementierung der Verriegelungssektion der
Schaltungsanordnung von Fig. 3 zeigt. Bei dieser Implemen
tierung ist eine Taktgeneratorschaltung 210 mit einer ein
zelnen Taktpufferschaltung 220 zum Anwenden eines Basistakt
signals BCLK auf sie verbunden. Der Taktpuffer 220 hat
jeweilige nichtinvertierende und invertierende Ausgänge, an
denen komplementäre Taktsignale CLK und CLK erzeugt werden,
wenn die Schaltungsanordnung in Gebrauch ist.
Das nichtinvertierte Taktsignal CLK kann einfach durch
Puffern des Basistaktsignals BCLK erzeugt werden, und das
invertierte Taktsignal CLK kann durch Invertieren und
Puffern des Basistaktsignals BCLK erzeugt werden. Der Takt
puffer 220 könnte auch eine Frequenzteilungsfunktion haben,
so daß zum Beispiel die komplementären Taktsignale CLK und
CLK die Hälfte der Frequenz des Basistaktsignals BCLK
haben. In diesem Fall könnte der Taktpuffer 220 durch ein D-
Typ-Flipflop implementiert werden, dessen invertierender
Ausgang zu seinem Dateneingang zurückgekoppelt ist, wobei
das Basistaktsignal BCLK auf den Takteingang des Flipflops
angewendet wird und die erforderlichen Nichtinversions- und
Inversionstaktsignale CLK und CLK an den nichtinvertieren
den bzw. invertierenden Ausgängen des Flipflops erzeugt
werden.
Die komplementären Taktsignale CLK und CLK werden über
Verteilungsleitungen 230 bzw. 240 an die Takteingänge der
Verriegelungsschaltungen L1 bis Ln verteilt. Diese Verriegelungsschaltungen
L1 bis Ln können jeweils die in Fig. 4A
gezeigte Konfiguration haben, mit der Ausnahme, daß der
Inverter 80 von Fig. 4A nicht erforderlich ist, da das
invertierte Taktsignal CLK bei diesem Beispiel durch den
Taktpuffer 220 erzeugt wird.
Die in Fig. 5 gezeigte Taktverteilungsanordnung arbei
tet bei anspruchsvollen Anwendungen nicht immer zufrieden
stellend, da der datenabhängige Jitter in den Ausgangsther
mometersignalen TCK1 bis TCKn und TCK1 bis TCKn vorhanden
ist.
Fig. 6 zeigt die Veränderung des Jitters bei verschie
denen Veränderungen von Abtastwert zu Abtastwert des Ein
gangscodes D1 ~ Dm, der auf den Decodierer 10 in Fig. 3
angewendet wird. Wenn der Eingangscode von einem Abtastwert
bis zu dem nächsten unverändert ist (d. h., das Eingangswort
D1 ~ Dm ist vor und nach einem Zyklus des Basistaktsignals
BCLK dasselbe), kann der Jitter in den Ausgangsthermometer
signalen TCK, TCK vernachlässigt werden. Wenn sich jedoch
das Eingangswort von einem Zyklus bis zu dem nächsten verän
dert, wird beobachtet, daß der Jitterbetrag ungefähr propor
tional zu der Größe der Veränderung von Abtastwert zu Ab
tastwert zunimmt. Solch eine maximale Veränderung von Ab
tastwert zu Abtastwert tritt auf, wenn sich das Eingangswort
entweder von seinem negativen Skalenendwert -FS auf seinen
positiven Skalenendwert +FS oder umgekehrt verändert. In
diesem Fall kann der Jitter 20 ps betragen. Bei kleineren
Veränderungen des Eingangswortes wird der Jitter proportio
nal reduziert. Wenn zum Beispiel das Eingangswort um einen
Betrag zunimmt, der einem Viertel des Skalenendwertes FS
gleich ist (wenn sich das Eingangswort z. B. von +½FS auf
+¾FS verändert), beträgt der beobachtete Jitter etwa 5 ps.
Ein Grund dafür, daß der Jitter gemäß der Größe der
Veränderung von Abtastwert zu Abtastwert schwankt, ist der,
daß die Belastung der Taktsignale CLK und CLK, die durch
den Taktpuffer 220 erzeugt werden, von der Anzahl von Ver
riegelungsschaltungen L1 bis Ln abhängt, die ihren Zustand
von einem Taktzyklus bis zu dem nächsten verändern. Wenn das
Eingangswort von einem Taktzyklus bis zu dem nächsten das
selbe ist, verändert keine der Verriegelungsschaltungen
ihren Zustand, so daß die Belastung der Taktsignale CLK und
CLK minimal ist. Wenn sich andererseits das Eingangswort
verändert, müssen einige der Verriegelungsschaltungen L1 bis
Ln ihren Zustand von einem Taktzyklus bis zu dem nächsten
verändern, und je größer die Anzahl von Verriegelungsschal
tungen ist, die den Zustand verändern, desto größer ist die
Belastung, die den Taktsignalen CLK und CLK auferlegt wird.
Obwohl in Erwägung gezogen werden könnte, daß eine adäquate
Lösung für dieses Problem einfach darin bestünde, die Größe
der Ausgangstransistoren in dem Taktpuffer 220 zu erhöhen,
um ein größeres Laststeuervermögen vorzusehen, ist solch
eine Lösung in der Praxis nicht befriedigend. Zum einen wird
dann der Stromverbrauch des Taktpuffers 220 erhöht, woraus
das Einkoppeln eines zusätzlichen Rauschens in die Energie
zuführungen der Verriegelungsschaltung VERRIEGELUNG VDD und
VERRIEGELUNG GND resultiert, was unvermeidlich zu einer
Kreuzkopplung in den empfindlichen analogen Energiezuführun
gen ANALOG VDD und ANALOG GND führt. Wenn ferner die schwer
belasteten Verteilungsleitungen 230 und 240 relativ lang
sind und daher eine relativ hohe parasitäre Kapazität haben,
ist unvermeidlich eine Zeitunsicherheit der Taktsignale
vorhanden, die den verschiedenen Verriegelungsschaltungen
von dem Taktpuffer 220 zugeführt werden.
Ein anderer Grund dafür, daß der Jitter gemäß der Größe
der Veränderung von Abtastwert zu Abtastwert schwankt, ist
der, daß der Strom, der durch die Verriegelungssektion
gezogen wird, insgesamt gemäß der Anzahl von Verriegelungs
schaltungsanordnungen L1 bis Ln schwankt, die ihren Zustand
von einem Zyklus bis zu dem nächsten verändern. Dies beein
trächtigt die Energiezufuhr zu der Verriegelungssektion,
wodurch ein Jitter herbeigeführt wird. Auch wenn eine sepa
rate Energiezufuhr für die analoge Sektion verwendet wird,
ist zusätzlich eine gewisse Kreuzkopplung von der Energie
zufuhr der Verriegelungssektion zu der Energiezufuhr der
analogen Sektion unvermeidlich, was zu einem weiteren Jitter
führt. Wenn zum Beispiel eine individuelle Verriegelungs
schaltung den Zustand bei einer Taktflanke verändert, kann
die Stromspitze bei der Flanke zweimal so groß wie dann
sein, wenn bei jener Flanke keine Zustandsveränderung auf
tritt. Wenn mehrere Verriegelungsschaltungen betrachtet
werden, kann die Schwankung bei der Gesamtstromspitze bei
verschiedenen Taktflanken eine Höhe von 5 mA aufweisen, d. h.,
10 mA, wenn alle Verriegelungsschaltungen den Zustand
bei einer Taktflanke verändern, und 5 mA, wenn keine Verrie
gelungsschaltungen den Zustand bei einer Taktflanke verän
dern.
Nun wird unter Bezugnahme auf Fig. 7 und 8 eine bevor
zugte Lösung des Jitterproblems beschrieben, das unter
Bezugnahme auf Fig. 5 und 6 erläutert wurde.
Fig. 7 zeigt eine Signalsteuerschaltung 120, die an
stelle von jeweils einer der Verriegelungsschaltungen L1 bis
Ln in der Signalsteuerschaltungsanordnung 12 des DAC von
Fig. 3 verwendet wird. Somit ist eine solche Signalsteuer
schaltung 120 pro Zelle des DAC vorhanden.
Die Signalsteuerschaltung 120 umfaßt eine Hauptverrie
gelung 122 und eine Blindverriegelung 124. In dieser Ausführungsform
ist jede der Verriegelungen 122 und 124 der Diffe
renz-D-Typ, der eine Master-Slave-Konfiguration hat, wie sie
zuvor unter Bezugnahme auf Fig. 4A beschrieben wurde.
Die Hauptverriegelung 122 empfängt an ihren komplemen
tären Dateneingängen D und D die komplementären thermome
tercodierten Signale T und T für die betreffende Zelle. Die
Hauptverriegelung 122 erzeugt an ihren komplementären Aus
gängen Q und Q jeweilige komplementäre getaktete thermo
metercodierte Signale TCK und TCK. Die Hauptverriegelung
122 empfängt komplementäre getaktete thermometercodierte
Signale CLK und CLK von der Takterzeugungs- und -vertei
lungsschaltungsanordnung (in Fig. 7 nicht gezeigt), wie etwa
von der Taktgeneratorschaltung 210 und der Taktpufferschal
tung 220 von Fig. 5.
Die Signalsteuerschaltung 120 enthält ferner ein exklu
sives NOR-Gatter 126, jeweilige erste und zweite exklusive
ODER-Gatter 128 und 130 und erste und zweite Kondensatoren
C1 und C2. Das exklusive NOR-Gatter 126 empfängt an seinen
Eingängen das thermometercodierte Signal T und das getak
tete thermometercodierte Signal TCK. Ein Ausgang des exklu
siven NOR-Gatters 126 ist mit einem Eingang von jedem der
exklusiven ODER-Gatter 128 und 130 zum Anwenden eines Verän
derungsdetektionssignals CHG auf diesen verbunden. Der
andere Eingang des ersten exklusiven ODER-Gatters 128 ist
mit einem Q-Ausgang der Blindverriegelung 124 verbunden, und
der andere Eingang des zweiten exklusiven ODER-Gatters 130
ist mit einem Q-Ausgang der Blindverriegelung 124 verbun
den. Gegenseitig komplementäre getaktete Blindsignale DTCK
und DTCK werden an den Ausgängen Q bzw. Q der Blindverrie
gelung 124 erzeugt.
Ein Ausgang des ersten exklusiven ODER-Gatters 128 ist
mit einem Eingang D der Blindverriegelung 124 zum Anwenden
eines Steuersignals DI auf diesen verbunden. Ein Ausgang des
zweiten exklusiven ODER-Gatters 130 ist mit einem Eingang D
der Blindverriegelung 124 zum Anwenden eines Steuersignals
DI auf diesen verbunden, das zu dem Steuersignal DI komple
mentär ist.
Der Kondensator C1 ist zwischen dem Ausgang Q der
Blindverriegelung 124 und GND verbunden, und der Kondensator
C2 ist zwischen dem Ausgang Q und GND verbunden.
Unter Bezugnahme auf Fig. 8 wird nun die Operation der
Signalsteuerschaltung von Fig. 7 beschrieben. In Fig. 8 wird
angenommen, daß die Hauptverriegelung 122 und die Blindver
riegelung 124 anfangs jeweils in einem Rücksetzzustand sind,
so daß TCK und DTCK L sind und TCK und DTCK H sind. Ferner
wird angenommen, daß die Eingangssignale T und T anfangs L
bzw. H sind. In diesem Zustand ist CHG H und sind DI und DI
H bzw. L.
Bei der abfallenden Flanke A des Signals CLK beginnt
ein erster Operationszyklus ZYKLUS1. Zu Beginn von ZYKLUS1
sind die Signale T und TCK, die auf die Eingänge des exklu
siven NOR-Gatters angewendet werden, dieselben (H). Als
Resultat ist das Veränderungsdetektionssignal CHG auch H
(inaktiv). Das Veränderungsdetektionssignal CHG ist ein
low-aktives Signal, welches H ist, wenn die Signale T und
TCK dieselben sind, und L ist, wenn die Signale T und TCK
verschieden sind.
Jedes der exklusiven ODER-Gatter 128 und 130 ist mit
einer Rückführungsschleife zwischen einem der Ausgänge Q und
Q und seinem zugeordneten der Eingänge D oder D der Blindverriegelung
T24 verbunden. Wenn das Veränderungsdetektions
signal CHG inaktiv (H) ist, dient das exklusive ODER-Gatter
in jeder Rückführungsschleife dazu, die Rückführungsschleife
invertierend zu machen. Wenn das Veränderungsdetektions
signal CHG aktiv (L) ist, dient das exklusive ODER-Gatter
in jeder Rückführungsschleife dazu, die Rückführungsschleife
nicht invertierend zu machen.
Demzufolge sind, wie in Fig. 8 gezeigt, beide Rückfüh
rungsschleifen um die Blindverriegelung 124 herum bei der
abfallenden Flanke A invertierend, da CHG H ist. Dies
bewirkt, daß die Ausgangssignale DTCK und DTCK der Blind
verriegelung 124 als Reaktion auf die abfallende Flanke A
invertiert werden. Daher verändert sich DTCK kurze Zeit nach
der abfallenden Flanke A von L auf H, und DTCK verändert
sich kurze Zeit nach der abfallenden Flanke A von H auf L.
Somit ist ersichtlich, daß die Ausgangssignale DTCK und
DTCK der Blindverriegelung 124 komplementären Veränderungen
unterliegen, wie es durch den Vermerk "C" bei beiden Signa
len bei der abfallenden Flanke A in Fig. 8 gekennzeichnet
ist, obwohl sich die Ausgangssignale TCK und TCK der Haupt
verriegelung 122 als Reaktion auf die abfallende Flanke A
nicht verändern, wie es durch den Vermerk "NC" bei beiden
Signalen bei der abfallenden Flanke A in Fig. 8 gezeigt ist.
Kurz nach den komplementären Veränderungen der Signale
DTCK und DTCK im ZYKLUS1 unterliegen die Signale DI und DI
komplementären Veränderungen von H auf L bzw. von L auf H,
wenn die Rückführungsschleifen um die Blindverriegelung 124
herum noch in dem invertierenden Zustand sind (CHG = H).
Im ZYKLUS1 verändern sich die Eingangssignale T und T
nicht, so daß zu Beginn des ZYKLUS2 (abfallende Flanke B des
Signals CLK) CHG H bleibt. Aus diesem Grund sind die Si
gnale DI und DI an den Eingängen der Blindverriegelung 124
L bzw. H bei der abfallenden Flanke B, so daß die Ausgangs
signale DTCK und DTCK der Blindverriegelung 124 als Reak
tion auf die abfallende Flanke B wieder invertiert werden.
Obwohl die Ausgangssignale DTCK und DTCK der Hauptverriege
lung 122 als Reaktion auf die abfallende Flanke B nicht
verändert werden ("NC" in Fig. 8), unterliegen somit die
Ausgangssignale DTCK und DTCK der Blindverriegelung 124 wie
bei der abfallenden Flanke A komplementären Veränderungen
("C" in Fig. 8).
Im ZYKLUS2 unterliegen die Eingangssignale T und T
komplementären Veränderungen. Dies bedeutet, daß zu Beginn
des ZYKLUS3 (abfallende Flanke C in Fig. 8) die Ausgangs
signale TCK und TCK der Hauptverriegelung 122 komplementä
ren Veränderungen unterzogen werden, wie es durch "C" in
Fig. 8 gekennzeichnet ist. Als Reaktion auf die Veränderun
gen von T und T ändert sich das Veränderungsdetektions
signal CHG von dem inaktiven Zustand H auf den aktiven
Zustand L. Dies bedeutet, daß jede Rückführungsschleife um
die Blindschaltung 124 herum von dem invertierenden Zustand
in den nichtinvertierenden Zustand versetzt wird. Demzufolge
ist bei der abfallenden Flanke C DI = DTCK und DI = DTCK,
so daß sich die Signale DTCK und DTCK als Reaktion auf die
abfallende Flanke C nicht verändern. Obwohl die Ausgangs
signale TCK und TCK der Hauptverriegelung 122 als Reaktion
auf die abfallende Flanke C Veränderungen unterliegen ("C"
in Fig. 8), verändern sich daher die Ausgangssignale DTCK
und DTCK der Blindverriegelung 124 als Reaktion auf jene
abfallende Flanke nicht, wie es durch "NC" in Fig. 8 gezeigt
ist.
Die Operation setzt sich auf diese Weise während suk
zessiver Zyklen fort, wobei die Ausgangssignale DTCK und
DTCK der Blindverriegelung als Reaktion auf abfallende
Flanken des Signals CLK unverändert sind, bei denen sich die
Ausgangssignale TCK und TCK der Hauptverriegelung ändern,
und DTCK und DTCK als Reaktion auf abfallende Flanken
komplementären Veränderungen unterliegen, bei denen sich die
Ausgangssignale TCK und TCK der Hauptverriegelung nicht
ändern.
Die Ausgangssignale DTCK und DTCK der Blindverriege
lung 124 sind über die Kondensatoren C1 und C2 mit GND
verbunden. Daher wird Strom durch die Kondensatoren nur
verbraucht, wenn sich die Ausgangssignale DTCK und DTCK der
Blindverriegelung 124 verändern. Zusätzlich zu dem Strom,
der in die Kondensatoren C1 und C2 oder aus diesen heraus
fließt, wenn solche Veränderungen auftreten, verbraucht die
Blindverriegelung 124 selbst auch Strom, wenn sie den Zu
stand verändert, wie zum Beispiel infolge des Ladens/Ent
ladens von parasitären Kapazitäten, die den internen Transi
storen zugeordnet sind, und/oder temporärer Stromwege, die
zwischen den Energiezufuhrleitungen während des Schaltens
gebildet werden. Die Hauptverriegelung 122 und die Blindver
riegelung 124 sind in dieser Ausführungsform identisch
konstruiert, so daß der Strom, der durch eine der Verriege
lungen verbraucht wird, wenn sie den Zustand verändert, im
wesentlichen derselbe wie der Strom sein sollte, der durch
die andere Verriegelung verbraucht wird, wenn sie den Zu
stand verändert. Zusätzlich werden die Kondensatoren C1 und
C2 so gewählt, daß die Ströme, die in die Blindverriege
lungsausgänge fließen/aus diesen herausfließen, wenn die
Blindverriegelung den Zustand verändert, im wesentlichen
dieselben wie die Ströme sind, die von der analogen Schal
tung AC der Zelle (z. B. Fig. 4B) in die Hauptverriegelungs
ausgänge fließen/aus diesen heraus zu der analogen Schaltung
AC der Zelle fließen, wenn die Hauptverriegelung ihren
Zustand verändert. Zum Beispiel können C1 und C2 eine Kapa
zität von ungefähr 20 fF haben (ungefähr dieselbe Kapazität
wie die Eingänge der Schalttreiberschaltungen 106 1 und 106 2
in Fig. 4B).
Auf diese Weise kann gewährleistet werden, daß die Ver
änderung des Zufuhrstroms bei jeder abfallenden Flanke des
Signals CLK in Fig. 8 im wesentlichen dieselbe ist, ungeach
tet dessen, ob sich die Hauptverriegelungsausgangssignale
TCK und TCK als Reaktion auf jene abfallende Flanke verän
dern werden oder nicht. Somit ist der Zufuhrstrom nicht mehr
datenabhängig, so daß der datenabhängige Jitter, der sich
aus den Energiezuführungen ergibt, beträchtlich reduziert
wird.
Obwohl der gesamte Strom, der durch die jeweiligen
Signalsteuerschaltungen 120 von allen Zellen verbraucht
wird, in diesem Fall höher als in der Signalsteuerschal
tungsanordnung von Fig. 5 ist (außer wenn alle Verriege
lungsschaltungen L1 bis Ln in Fig. 5 den Zustand zusammen
verändern), ist übrigens der erhöhte Stromverbrauch selbst
kein Problem, da dieser keinen Jitter induziert. Es ist die
Schwankung des Zufuhrstroms von einem Zyklus zu dem näch
sten, die das Jitterproblem bewirkt. In jedem Fall können
die Signalsteuerschaltungen unter Verwendung einer einfachen
digitalen Schaltungsanordnung implementiert werden, die
wenige Transistoren hat, so daß der tatsächlich verbrauchte
Strom ziemlich niedrig ist. Vorzugsweise werden die Signal
steuerschaltungen unter Verwendung von CMOS-Transistoren
implementiert, um die Ströme, die im stationären Zustand
verbraucht werden, auf einem sehr niedrigen Niveau zu
halten.
In der Signalsteuerschaltung 120 ist die Belastung, die
den Taktsignalen CLK und CLK auferlegt wird, auch dieselbe,
ob sich die Hauptverriegelungsausgangssignale TCK und TCK
bei der abfallenden Flanke von CLK verändern oder nicht.
Dies bedeutet, daß die Taktbelastung von jeglichen Verände
rungen der Daten, die auf die analoge Schaltung der Zelle
angewendet werden, unabhängig ist. Wenn alle Zellen zusammen
betrachtet werden, bedeutet dies, daß die Taktbelastung von
Veränderungen des binären Eingangswortes, das auf den DAC
angewendet wird, von einem Zyklus zu dem nächsten unabhängig
ist.
In der Ausführungsform von Fig. 7 kann im Vergleich zu
der Schaltungsanordnung von Fig. 5 eine Jitterreduzierung
von 80-90% erreicht werden, d. h., ein Verbesserungsfak
tor von 5 bis 10. Insgesamt kann der datenabhängige Jitter
den geringen Betrag von nur 10 ps haben.
Da die Taktbelastung datenunabhängig ist, kann jede
geeignete Taktverteilungstechnik eingesetzt werden. Zum
Beispiel kann wie in Fig. 5 ein gemeinsamer Taktpuffer
verwendet werden. Alternativ können die Signalsteuerschal
tungen 120 mit jeweiligen lokalen Taktpuffern B1 bis Bn
versehen sein, wie in Fig. 9 gezeigt. In diesem Fall muß
jeder Taktpuffer B1 bis Bn nur eine Signalsteuerschaltung
120 steuern, so daß die Größe der Ausgangstransistoren von
ihr in dem Taktpuffer 220 von Fig. 5 viel kleiner sein kann.
Da in Fig. 9 jede Signalsteuerschaltung 120 ihre eigene
Pufferschaltung B1 bis Bn hat, die zwischen ihr und der
Taktgeneratorschaltung 210 angeordnet ist, wird die Taktver
teilungsleitung 250, die die Taktgeneratorschaltung 210 mit
den Pufferschaltungen B1 bis Bn verbindet, durch Zustandsveränderungen
der Signalsteuerschaltungen viel weniger als
die entsprechenden Taktverteilungsleitungen 230 und 240 in
Fig. 5 beeinträchtigt. Daher wird der Jitterbetrag noch
weiter reduziert.
In Fig. 9 ist es ferner möglich, zwei Taktverteilungs
leitungen zu verwenden, um gegenseitig komplementäre Basis
taktsignale BCLK und BCLK an die Pufferschaltungen zu
verteilen, in welchem Fall jede Pufferschaltung einfach
jeweilige Inverter zum Ableiten der erforderlichen komple
mentären "lokalen" Taktsignale CLK und CLK von den Basis
taktsignalen hat. Dies hat den Vorteil, daß die Taktvertei
lungsleitungen komplementären Veränderungen unterliegen, so
daß das Substrat (mit dem die zwei Taktverteilungsleitungen
kapazitiv gekoppelt sind) durch Taktsignalveränderungen
weniger beeinträchtigt wird.
Es ist nicht erforderlich, daß jede Signalsteuerschal
tung mit ihrer eigenen Pufferschaltung wie in Fig. 9 ver
sehen ist. Zum Beispiel wäre es möglich, daß zwei oder mehr
Signalsteuerschaltungen (z. B. zwei benachbarte Signalsteu
erschaltungen) dieselbe Pufferschaltung B gemeinsam nutzen,
wodurch die Gesamtanzahl von Pufferschaltungen reduziert
werden kann.
Die Signalsteuerschaltung von Fig. 7 ist effektiv, wie
oben beschrieben, wenn die Belastung auf den Energiezufüh
rungen der Signalsteuerschaltungsanordnung von der Schritt
größe von einem Taktzyklus zu dem nächsten unabhängig ge
macht wird, d. h., unabhängig von der Anzahl von Hauptver
riegelungen 122, die den Zustand von einem Taktzyklus zu dem
nächsten verändern. Um den Jitter, der von der Energiezufuhr
abhängt, weiter zu reduzieren, kann jedoch, wie in Fig. 10
gezeigt, die Signalsteuerschaltungsanordnung in n individu
elle Einheiten PSU1 bis PSUn zu Energiezufuhrzwecken geteilt
werden, wie es in unserer ebenfalls eingereichten europäi
schen Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. EP-A-0940923
beschrieben ist (die der Patentveröffentlichung des Verei
nigten Königreichs Nr. GB-A-2335097 entspricht), deren
gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme inkorporiert ist.
Jede Einheit PSU ist aus einer Taktpufferschaltung B' und
einer Signalsteuerschaltung 120 gebildet.
In dieser Ausführungsform dient eine Taktgenerator
schaltung 310 dazu, gegenseitig komplementäre Basistakt
signale BCLK und BCLK zu erzeugen, die durch verschiedene
jeweilige Taktverteilungsleitungen 320 bis 330 an jede der
verschiedenen Taktpufferschaltungen B1' bis Bn' verteilt
werden. Jede Taktpufferschaltung B' umfaßt dementsprechend
zwei Inverter zum Erzeugen der erforderlichen "lokalen"
gegenseitig komplementären Taktsignale zur Anwendung auf
ihre zugeordnete Signalsteuerschaltung 120.
In der Ausführungsform von Fig. 10 sind die VDD- und
GND-Zuführungen für die verschiedenen Einheiten PSU1 bis
PSUn unter Verwendung von ersten und zweiten Widerständen RA
und RB und eines Kondensators C voneinander entkoppelt. Der
Widerstand RA verbindet einen ersten Energiezufuhrknoten NA
seiner Einheit PSU mit einer positiven Hauptzufuhrleitung
VERRIEGELUNG VDD der Signalsteuerschaltungsanordnung. Dieser
erste Energiezufuhrknoten NA ist innerhalb der Einheit PSU
mit den VDD-Verbindungsanschlüssen der Taktpufferschaltung
B' und der Signalsteuerschaltung 120 von jener Einheit
verbunden. Ähnlich verbindet der Widerstand RB einen zweiten
Energiezufuhrknoten NB seiner Einheit PSU mit einer elektri
schen Haupterdleitung VERRIEGELUNG GND der Signalsteuer
schaltungsanordnung. Dieser zweite Energiezufuhrknoten NB
ist innerhalb der Einheit PSU mit den GND-Verbindungsan
schlüssen der Pufferschaltung B' und der Signalsteuerschal
tung 120 von der betreffenden Einheit PSU verbunden. Der
Kondensator C ist zwischen den zwei Knoten NA und NB verbun
den.
In dieser Ausführungsform ist der Widerstand RA, wie in
Fig. 10 selbst gezeigt, aus einem PMOS-Transistor gebildet,
dessen Source mit der positiven Hauptzufuhrleitung
VERRIEGELUNG VDD verbunden ist und dessen Drain mit dem
Knoten NA verbunden ist. Das Gate des PMOS-Transistors ist
mit VERRIEGELUNG GND verbunden. Der Widerstand RB ist aus
einem NMOS-Transistor gebildet, dessen Source mit der elek
trischen Haupterdleitung VERRIEGELUNG GND verbunden ist und
dessen Drain mit dem Knoten NB verbunden ist. Das Gate des
NMOS-Transistors ist mit VERRIEGELUNG VDD verbunden. Der
Grund zum Verbinden der Transistorgates mit VERRIEGELUNG GND
bzw. VERRIEGELUNG VDD liegt darin zu bewirken, daß die
Widerstände der Transistoren Veränderungen der Energiezu
fuhrspannungen VERRIEGELUNG VDD und VERRIEGELUNG GND folgen.
Falls die Potentialdifferenz zwischen diesen zwei Zufuhrlei
tungen zunimmt, werden die Transistoren stärker eingeschal
tet, wodurch ihre jeweiligen Widerstände reduziert werden.
Es ist vorzuziehen, die Größen der Transistoren, die
verwendet werden, um die Widerstände RA und RB vorzusehen,
an die Größen der Transistoren anzupassen, die in der Schal
tungsanordnung (d. h., in der Pufferschaltung B' und der
Signalsteuerschaltung 120) einer individuellen der Einheiten
PSU enthalten sind. Zum Beispiel kann die Größe von jedem
der Transistoren, die verwendet werden, um RA und RB vorzu
sehen, der Gesamtgröße der Transistoren in der Pufferschal
tung und Signalsteuerschaltung einer individuellen Einheit
PSU gleich gemacht werden.
Der oben unter Bezugnahme auf Fig. 10 beschriebene Ge
danke zum Entkoppeln der Energiezufuhr kann auch vorteilhaft
zum Einsatz kommen, wenn die Taktverteilungsanordnung so wie
in Fig. 5 ist. Da in diesem Fall die verschiedenen Signalsteuerschaltungen
keine jeweiligen Taktpufferschaltungen
haben, ist jede individuelle Einheit PSU zu Energiezufuhr
zwecken einfach aus einer der Signalsteuerschaltungen 120
allein gebildet. Wenn zwei oder mehr Signalsteuerschaltungen
dieselbe Taktpufferschaltung gemeinsam nutzen (eine weitere
Möglichkeit, die oben erwähnt wurde), könnte eine Einheit
PSU zu Energiezufuhrzwecken auf ähnliche Weise aus jenen
zwei oder mehr Signalsteuerschaltungen zusammen mit der
gemeinsamen Pufferschaltung gebildet sein, die Taktsignale
auf jene Signalsteuerschaltungen anwendet.
In keiner der obigen Ausführungsformen ist es notwen
dig, daß die digitale Schaltungsanordnung (10 in Fig. 3)
thermometercodierte Signale erzeugt. Die analogen Schal
tungen könnten vielmehr gemäß den digitalen Steuersignalen,
die durch die digitale Schaltungsanordnung erzeugt werden,
individuell selektiert werden, statt kombinatorisch, wie in
dem Fall, wenn thermometercodierte Signale verwendet werden.
Somit könnten die digitalen Steuersignale, die durch die
digitale Schaltungsanordnung erzeugt werden, gegenseitig
exklusive Selektionssignale sein.
Die Maßnahmen, die in Verbindung mit den obigen Ausfüh
rungsformen beschrieben wurden, sind in jeder Situation
anwendbar, bei der empfindliche analoge Schaltungen jeweili
gen vorbestimmten Operationen zu einem einzelnen, wohldefi
nierten Zeitpunkt oder auch zu jeweiligen gestaffelten (aber
wohldefinierten) Zeitpunkten unterzogen werden können müs
sen.
In der Signalsteuerschaltungsanordnung, die die vorlie
gende Erfindung verkörpert, ist es möglich, anstelle der
Verwendung von Kondensatoren C1 und C2 eine analoge Blind
schaltung an den Ausgängen der Blindverriegelung vorzusehen,
so daß die Ströme, die in die Blindverriegelungsausgänge
fließen/aus ihnen herausfließen, noch mehr mit den Strömen
übereinstimmen, die in die Hauptverriegelungsausgänge flie
ßen/aus diesen herausfließen. Es ist nicht erforderlich, daß
die gesamte Schaltungsanordnung der analogen Schaltung für
die analoge Blindschaltung dupliziert wird. Zum Beispiel
könnten nur die Schalttreiber (106 1 und 106 2) in Fig. 4B
vorgesehen sein, wobei die übrigen Teile weggelassen werden.
Es versteht sich, daß viele andere Konstruktionen der
analogen Schaltung zum Einsatz kommen können. Zum Beispiel
sind andere Differenzschaltsysteme in unserer ebenfalls
eingereichten europäischen Patentanmeldungsveröffentlichung
Nr. EP-A-0935345 (die der Patentveröffentlichung des Verei
nigten Königreichs Nr. GB-A-2333191 entspricht) beschrieben,
deren gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme inkorporiert
ist, und andere Zellenarrays zur Verwendung in DACs und
anderen Mischsignalschaltungsanordnungen sind in unserer
ebenfalls eingereichten europäischen Patentanmeldungsveröf
fentlichung Nr. EP-A-0929158 (die der Patentveröffentlichung
des Vereinigten Königreichs Nr. GB-A-2333190 entspricht)
beschrieben, deren gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme
inkorporiert ist.
Obwohl die Haupt- und Blindverriegelungen, die in der
Ausführungsform von Fig. 7 verwendet werden, komplementäre,
volle D-Typ-Verriegelungen waren, versteht sich, daß jeder
unvermeidliche Verriegelungstyp verwendet werden kann, zum
Beispiel eine transparente oder Halbverriegelung.
Obwohl in den obigen Ausführungsformen die Signalsteu
erschaltungsanordnung, die die digitale Schaltungsanordnung
mit der analogen Schaltungsanordnung verbindet, aus Verrie
gelungsschaltungen gebildet worden ist, ist dies nicht
unbedingt erforderlich. Jede Signalsteuerschaltungsanordnung
kann verwendet werden, solange sie wenigstens ein digitales
Steuersignal erzeugen und so auf den Eingang (die Eingänge)
der analogen Schaltungsanordnung anwenden kann, daß die
Zeitlage der Anwendung des oder jedes digitalen Steuer
signals auf den Eingang der analogen Schaltungsanordnung gut
gesteuert wird. Die Eingangssignale und Ausgangssignale der
Signalsteuerschaltungsanordnung brauchen in der Anzahl nicht
gleich zu sein. Zum Beispiel könnte die Signalsteuerschal
tungsanordnung eine kombinatorische Logikfunktion zum Kombi
nieren von zwei oder mehr digitalen Eingangssignalen haben,
um ein Ausgangssignal (digitales Steuersignal) zu erzeugen.
Es ist auch nicht unbedingt erforderlich, daß die digitalen
Steuersignale auf die verschiedenen Eingänge der analogen
Schaltungsanordnung gleichzeitig angewendet werden. In
manchen Situationen könnte eine gestaffelte Anwendung der
digitalen Steuersignale erforderlich sein, wobei die Zeiten,
wenn die verschiedenen digitalen Steuersignale auf ihre
jeweiligen Eingänge angewendet werden, dennoch eine sorgfäl
tige Steuerung erfordern.
Die Signalsteuerschaltungsanordnung braucht auch über
haupt keine Eingangsdatensignale zu haben. Zum Beispiel
könnte die Signalsteuerschaltungsanordnung aus einer Viel
zahl von individuellen Zählern gebildet sein, die bei jedem
oder bei jedem selektierten Operationszyklus inkrementiert
werden, wobei die Zählerausgaben die digitalen Steuersignale
vorsehen.
Weiterhin könnte die Signalsteuerschaltungsanordnung
Multiplexerelemente enthalten, die zwischen den Ausgängen
der Hauptverriegelungen in den Signalsteuerschaltungen und
den Eingängen der analogen Schaltungsanordnung verbunden
sind, wie es zum Beispiel in unserer Patentveröffentlichung
des Vereinigten Königreichs GB-A-2356301 beschrieben ist,
deren gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme inkorporiert
ist.
Es ist nicht unbedingt erforderlich, daß die Signal
steuerschaltung von Fig. 7 bewirkt, daß ihre Blindverriegelung
den Zustand immer dann (Taktflanke) verändert, wenn die
Hauptverriegelung in demselben Zustand bleibt, und umge
kehrt. Die Signalsteuerschaltung von Fig. 7 könnte so konfi
guriert sein, um zu bewirken, daß ihre Blindverriegelung den
Zustand nur zu gewissen Zeiten (Taktflanken) verändert, wenn
die Hauptverriegelung in demselben Zustand bleibt. Zum
Beispiel könnten die Veränderungen der Blindverriegelung
durch ein externes Steuersignal verhindert werden (um den
Energieverbrauch niedrig zu halten, wenn der Jitter nicht
auf einem kritischen Niveau ist), oder immer dann, wenn die
Hauptverriegelung in einem gewissen Zustand (z. B. TCK = L
und TCK = H) ist.
In der Signalsteuerschaltung von Fig. 7 wäre es mög
lich, anstelle eines zweiten Rückführungsweges von dem
Ausgang Q zu dem Eingang D der Blindverriegelung einen
Inverter zu verwenden, um das Signal DI aus dem Signal DI
zu erzeugen. In Abhängigkeit von dem Verriegelungstyp ist es
ferner möglich, den Eingang D der Blindverriegelung einfach
in einem offenen Schaltungszustand zu belassen.