DE102014114216B4

DE102014114216B4 - Ein Digital-Analog-Wandler und ein Verfahren zum Betreiben eines Digital-Analog-Wandlers

Info

Publication number: DE102014114216B4
Application number: DE102014114216.0A
Authority: DE
Inventors: Fergus John Downey; Roderick McLachlan
Original assignee: Analog Devices Global ULC
Current assignee: Analog Devices International ULC
Priority date: 2013-10-09
Filing date: 2014-09-30
Publication date: 2018-01-18
Anticipated expiration: 2034-10-01
Also published as: CN104579350B; CN104579350A; US9136866B2; US20150097712A1; DE102014114216A1

Abstract

Digital-Analog-Wandler (30, 100, 120, 150, 160, 180, 190, 192), der Folgendes umfasst: einen ersten Abschnitt (32, 122, 152, 162) mit einer ersten Vielzahl von Stromflusswegen, die binäre gewichtete Werte in dem Digital-Analog-Wandler bilden; und einen zweiten Abschnitt (34, 123, 153, 164), der mit dem ersten Abschnitt verbunden ist und eine zweite Vielzahl von Stromflusswegen besitzt; wobei jeder der ersten und zweiten Vielzahl von Stromflusswegen zwischen einem ersten und einem zweiten Knoten umgeschaltet werden kann und wobei Gewichtungen von einem oder mehreren der zweiten Vielzahl von Stromflusswegen theoretisch gleich Gewichtungen von einem oder mehreren der ersten Vielzahl von Stromflusswegen sind, um im ersten Abschnitt eine Redundanz bereitzustellen.

Description

ERFINDUNGSGEBIET
Dieses Dokument betrifft Digital-Analog-Wandler und insbesondere segmentierte R2R-Digital-Analog-Wandler und Verfahren zum Steuern solcher Einrichtungen.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Ein Hauptbeitrag zur Nichtlinearität bei Digital-Analog-Wandlern (DAWs) ist die Komponentenfehlanpassung. Dem Fachmann sind verschiedene Abgleichverfahren bekannt, um eine derartige Fehlanpassung zu korrigieren. Ein Beispiel für ein Abgleichverfahren ist das LASER-Abgleichen, bei dem individuelle Komponenten einer hergestellten Einrichtung unter Verwendung eines LASER physisch abgeglichen werden. Das LASER-Abgleichen ist ein relativ langsamer und aufwändiger Prozess, der durchgeführt werden muss, bevor der DAW gekapselt wird. Dementsprechend gibt es eine Grenze für seine Genauigkeit aufgrund der nachfolgenden Beanspruchung, die die Komponenten in dem Montageprozess erfahren, und eine durch das Durchführen des LASER-Abgleichs auferlegte Kostenbürde.
WO 2001024377A1 betrifft einen D/A-Wandler mit einem dreiecksförmigen Gewichtungsfeld (triangular weight array WA). Ein Decoder wandelt dabei digitale Abtastsignale in Steuersignale um, welche eine linear gewichtete binäre Repräsentation aufweisen. Diese Steuersignale dienen der Aktivierung bzw. Deaktivierung vollständiger Reihen oder Spalten des dreiecksförmigen Gewichtungsfeldes. Die Gewichtungen werden zu einem analogen Ausgangssignal zusammengefasst.
US 20040257254A1 betrifft einen differentiellen D/A-Wandler mit einer Segmentierung in einen 6-Bit LSB-Teil und einen 15-BIT MSB-Teil zur Realisierung von differentiellen Ausgängen.
DE 10120792A1 betrifft ein Verschränkungsverfahren mit mehreren parallel angeordneten Wandlerschaltungen zur Verhinderung von Störsignalen.
DE 10 2005 017 305 A1 betrifft einen D/A-Wandler mit Selbstkalibrierung, bei dem die Redundanz zur Kalibrierung während des Betriebes verwendet wird.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Digital-Analog-Wandler (DAW) bereitgestellt, der Folgendes umfasst: einen ersten Abschnitt mit einer ersten Vielzahl von Stromflusswegen, die binäre gewichtete Werte in dem DAW bilden, und einen zweiten Abschnitt, der mit dem ersten Abschnitt verbunden ist und eine zweite Vielzahl von Stromflusswegen besitzt, wobei jeder der ersten und zweiten Vielzahl von Stromflusswegen zwischen ersten und zweiten Knoten umgeschaltet werden kann und wobei Gewichte von einem oder mehreren der zweiten Vielzahl von Stromflusswegen theoretisch gleich Gewichten von einem oder mehreren der ersten Vielzahl von Stromflusswegen sind, um dem ersten Abschnitt Redundanz bereitzustellen.
Der erste und zweite Abschnitt können durch eine gemeinsame Verbindung mit einem Ausgangsknoten des DAW miteinander verbunden sein. Der erste Abschnitt kann so angesehen werden, dass er ein erster binärer gewichteter Abschnitt ist.
Wenn der erste Knoten mit einer ersten Referenzspannung verbunden wird und der zweite Knoten mit einer zweiten Referenzspannung verbunden wird, kann der DAW dann so betrieben werden, dass er eine Spannung in einem Bereich ausgibt, der durch die erste und zweite Referenzspannung begrenzt ist, wobei die Ausgangsspannung durch einen an den DAW gelieferten digitalen Code gesteuert wird. Falls der erste und zweite Knoten gegenseitig auf den gleichen Spannungen gehalten werden und der Ausgangsknoten auf einer anderen Spannung gehalten wird, kann der DAW dann als ein stromsteuernder DAW verwendet werden, bei dem das Verhältnis der Ströme am ersten und zweiten Knoten als Reaktion auf ein an den DAW geliefertes digitales Wort gesteuert wird.
Die Vorkehrung von Stromflusswegen mit ähnlichen Gewichten kann verwendet werden, um dem DAW „Redundanz” hinzuzufügen. Redundanz gestattet, dass der gleiche Ausgang auf mehreren Wegen erreicht werden kann.
Durch Bereitstellen von Redundanz durch die Existenz von mehreren Stromflusswegen mit dem gleichen nominellen Gewicht können Fehler bei signifikanter gewichteten Stromflusswegen aufgrund einer Nichtlinearität von Komponenten des DAW durch Modifikation einer Schaltsequenz der Stromflusswege im DAW korrigiert werden.
Der zweite Abschnitt des DAW kann weiterhin einen zweiten binären gewichteten Abschnitt mit einem Ausgangsknoten umfassen, der mit einem ersten Abschnittsausgangsknoten des ersten binären gewichteten Abschnitts verbunden ist. Der zweite binäre gewichtete Abschnitt kann mehrere Stromflusswege mit Gewichten umfassen, die theoretisch gleich einem oder mehreren der zweiten Vielzahl von Stromflusswegen sind. Infolgedessen können sowohl der erste als auch der zweite binäre gewichtete Abschnitt mit Redundanz ausgestattet werden.
Der zweite Abschnitt des DAW kann weiterhin einen thermometergewichteten Abschnitt mit einer dritten Vielzahl von Stromflusswegen umfassen, die gleichermaßen gewichtete Werte im DAW bilden.
Jeder Stromflussweg in jedem der Abschnitte kann eine Impedanz wie etwa einen Widerstand in Reihe mit einem Schalter umfassen, der in der Praxis durch eine Vielzahl von Transistoren gebildet wird, um den Stromflussweg mit einem gewählten des ersten und zweiten Knotens zu verbinden.
Die Schalter können auf einen Controller reagieren.
Der Controller kann dahingehend arbeiten, die Schalter des DAW anzusteuern, um einen Übergang von gewählten Stromflusswegen im Thermometerabschnitt zu modifizieren (beispielsweise verzögern oder vorverstellen), bis ein oder mehrere weniger signifikante Stromflusswege des ersten Abschnitts mit einem gewählten des ersten und zweiten Knotens verbunden sind, beispielsweise mit dem ersten Knoten des DAW. Dadurch können weniger signifikante Stromflusswege im DAW zwischen der ersten und zweiten Referenzspannung umgeschaltet werden, um die Ausgangsspannung abzugleichen, um eine Fehlanpassung bei den signifikanteren Bits oder Stromwegen des DAW zu berücksichtigen. Der Controller kann die Schalter des DAW als Reaktion auf einen Fehlerwert ansteuern, der mindestens teilweise von Fehlern bei Werten von Komponenten des DAW resultiert. Somit können Fehler bei Werten von Komponenten im DAW, die zu falschen Ausgangsspannungen führen, derart korrigiert werden, dass die Ausgangsspannung eine digitale Eingabe präzise wiedergibt. Der Fehlerwert kann von Fehlern bei Werten von Komponenten des DAW mit einem signifikanten Beitrag (wie etwa einem Beitrag über einem Schwellwert) zur Ausgangsspannung des DAW resultieren.
Der Controller kann einen Speicher zum Speichern von Informationen bezüglich Komponenten umfassen, die im DAW fehlangepasst sind. Der Speicher kann ein beliebiger geeigneter flüchtiger und/oder nichtflüchtiger Speicher sein. Der Wert individueller Komponenten oder Fehlerwerte, die mit Komponenten assoziiert sind, kann in einer Nachschlagetabelle gespeichert sein.
Wenn bei einer Ausführungsform der erste Knoten mit einer ersten Referenzspannung verbunden ist und der zweite Knoten mit einer zweiten Referenzspannung verbunden ist, kann die erste Vielzahl von Stromflusswegen einen ersten Stromflussweg enthalten und die zweite Vielzahl von Stromflusswegen kann einen zweiten Stromflussweg enthalten, wobei der erste und zweite Stromflussweg jeweils einen Ausgangsspannungsbeitrag von N Volt an einem Ausgang des DAW besitzen und der Controller dahingehend arbeiten kann, die Schalter des DAW derart anzusteuern, dass ein Übergang des ersten und zweiten Stromflussweges von der ersten Referenzspannung zur zweiten Referenzspannung mit einem Übergang eines dritten Stromflussweges des DAW mit einem Ausgangsspannungsanteil von 2 N Volt von der zweiten Referenzspannung zur ersten Referenzspannung im Wesentlichen zusammenfällt.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Verfahren zum Ansteuern eines Digital-Analog-Wandlers (DAW) mit einem gewichteten Abschnitt bereitgestellt, wobei der erste Abschnitt eine erste Vielzahl von Stromflusswegen umfasst, die binäre gewichtete Werte im DAW bilden, und einen zweiten Abschnitt, der eine zweite Vielzahl von Stromflusswegen umfasst, wobei der erste und zweite Abschnitt jeweils zu einem Signal an einem DAW-Ausgangsknoten beitragen und jeder der Stromflusswege in dem ersten und zweiten Abschnitt zwischen ersten und zweiten Knoten geschaltet werden kann, wobei Gewichte eines oder mehrerer von Stromflusswegen der zweiten Vielzahl von Stromflusswegen theoretisch gleich Gewichten eines oder mehrerer Stromflusswege der ersten Vielzahl von Stromflusswegen sind, um eine Redundanz im ersten Abschnitt bereitzustellen, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Empfangen eines DAW-Eingangscodes, Ableiten eines DAW-Ausgangscodes, der von dem Eingangscode differiert; und Ansteuern der Schalter des DAW auf der Basis des DAW-Ausgangscodes.
Der DAW-Ausgangscode kann so abgeleitet werden, dass er den Übergang von höhergewichteten Stromflusswegen derart verschiebt, dass ein oder mehrere niedrigergewichtete Stromflusswege des ersten binären gewichteten Abschnitts zum Ausgang des DAW beitragen.
Der Schritt des Ableitens des DAW-Ausgangscodes kann das Berechnen eines Fehlerwerts auf der Basis eines oder mehrerer Fehler bei Werten von Komponenten im DAW und Verstellen des DAW-Ausgangscodes mindestens teilweise auf der Basis des berechneten Fehlerwerts umfassen.
Der Fehlerwert kann von Fehlern bei Werten von Komponenten in Stromflusswegen des DAW resultieren, die einen signifikanten Beitrag zur Ausgangsspannung des DAW besitzen. Die Fehlerwerte brauchen nicht auf Fehlerwerte beschränkt zu sein, die als Ergebnis von Herstellungsvariationen auftreten. Variationen bei Widerstandswerten, die während der Verwendung auftreten, können geschätzt und berücksichtigt werden. In einigen Fällen kann eine Ohmsche Heizung auftreten und bewirken, dass die Widerstandswerte in den Stromflusswegen variieren. Die Ohmsche Heizung ist eine Funktion des Eingangscodes zum DAW und der Arbeitsspannung. Falls die Arbeitsspannung angenommen oder gemessen wird, dann kann ein Code abhängiger Fehler geschätzt und kompensiert werden. Analog können einige Technologien, wie etwa Polysiliziumwiderstände, von einer Spannung (oder genauer gesagt von einem elektrischen Feld) abhängige Änderungen bei der Impedanz aufweisen. Die Spannung an einem Widerstand kann auf der Basis des Eingangscodes und der Arbeitsspannung berechnet werden und daraus kann eine codeabhängige Änderung beim Widerstandswert berechnet und kompensiert werden.
Der DAW-Ausgangscode kann derart abgeleitet werden, dass der Übergang eines Stromflusswegs mit einem Spannungsbeitrag zum Ausgang des DAW von N Volt von der ersten Referenzspannung zur zweiten Referenzspannung mit einem Übergang einer Vielzahl von Stromflusswegen mit einem kombinierten Spannungsbeitrag zum Ausgang des DAW von N Volt von der zweiten Referenzspannung zur ersten Referenzspannung zusammenfällt, um den Übergang des Hauptstromflusswegs von der zweiten Referenzspannung zur ersten Referenzspannung zu modifizieren. Bei einer Ausführungsform, bei der der DAW einen zweiten Abschnitt mit einem zweiten Ausgangsknoten, der mit einem ersten Ausgangsknoten des ersten Abschnitts verbunden ist, umfasst, kann der DAW-Ausgangscode derart abgeleitet werden, dass der Übergang eines Stromflusswegs mit einem Spannungsbeitrag zum Ausgang des DAW von N Volt zwischen der ersten Referenzspannung und der zweiten Referenzspannung mit einem Übergang eines ersten Stromflusswegs im ersten Abschnitt und eines zweiten Stromflusswegs im zweiten Abschnitt von der zweiten Referenzspannung zur ersten Referenzspannung zusammenfällt, um den Übergang des Hauptstromflusswegs von der zweiten Referenzspannung zur ersten Referenzspannung zu verzögern, wobei der erste und zweite Stromflussweg einen kombinierten Spannungsbeitrag zum Ausgang des DAW von N Volt besitzen.
Die Schaltungen und Konfigurationen hierin eignen sich für die Vorkehrung als integrierte Schaltungen innerhalb des Kapselns von individuellen (d. h. jeweiligen) integrierten Schaltungen. Die Schaltungen können auch als ein Teilsystem beispielsweise in digitalen Signalprozessoren, Datenprozessoren und anderen integrierten Schaltungen vorgesehen werden, die benötigt werden, um die analogen und digitalen Bereiche zu überbrücken.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Ausführungsformen von Digital-Analog-Wandlern werden nun anhand eines nichtbeschränkenden Beispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 ein Schemadiagramm eines idealen segmentierten R2R-DAW;
2 eine grafische Darstellung der Ausgangsspannung über dem Eingangscode für einen Codeübergang des in 1 gezeigten R2R-DAW;
3 ein Schemadiagramm eines bekannten nichtidealen segmentierten R2R-DAW, das darin relative Widerstandsgrößen zeigt;
4 eine grafische Darstellung der Ausgangsspannung über dem Eingangscode für einen Codeübergang in dem in 3 gezeigten nichtidealen R2R-DAW;
5 ein Schemadiagramm eines segmentierten R2R-DAW gemäß dieser Offenbarung;
6 eine grafische Darstellung der Ausgangsspannung über dem Eingangscode für einen Codeübergang des in 5 gezeigten R2R-DAW;
7 ein Schemadiagramm eines segmentierten R2R-DAW, wo aufgrund einer Variation bei der Herstellung eine Fehlanpassung aufgetreten ist;
8 eine grafische Darstellung der Ausgangsspannung über dem Eingangscode für einen Codeübergang des in 7 gezeigten R2R-DAW;
9 ein Schemadiagramm eines segmentierten R2R-DAW;
10 eine grafische Darstellung der Ausgangsspannung über dem Eingangscode für einen Codeübergang des in 9 gezeigten R2R-DAW;
11 eine Tabelle von Schaltzuständen des in 5 gezeigten segmentierten R2R-DAW auf der Basis eines DAW-Eingangscodes;
12 ein Schemadiagramm eines segmentierten R2R-DAW mit einem DAW-Steuermodul;
13 ein Flussdiagramm des Betriebs des in 12 gezeigten segmentierten R2R-DAW;
14 ein Schemadiagramm einer Variation des in 5 gezeigten segmentierten R2R-DAW, das aber zu Zwecken der Veranschaulichung seiner Fehlanpassungskorrekturfähigkeiten eine Herstellungsfehlanpassung enthält, wie in 7 gezeigt;
15 eine grafische Darstellung der Ausgangsspannung über dem Eingangscode für den in 14 gezeigten R2R-DAW;
16 ein Schemadiagramm einer Variation des in 5 gezeigten segmentierten R2R-DAW;
17 eine Tabelle von Schaltzuständen des in 16 gezeigten segmentierten R2R-DAW auf der Basis eines DAW-Eingangscodes;
18 eine Tabelle von Schaltzuständen des in 16 gezeigten segmentierten R2R-DAW auf der Basis eines DAW-Eingangscodes gemäß einem alternativen Schaltverfahren;
19 ein Schemadiagramm einer weiteren Variation des in 5 gezeigten segmentierten R2R-DAW;
20 ein Schemadiagramm einer weiteren Variation des in 5 gezeigten segmentierten R2R-DAW;
21 ein Schemadiagramm einer weiteren Variation des in 5 gezeigten segmentierten R2R-DAW;
22 ein Schemadiagramm einer weiteren Variation des in 5 gezeigten segmentierten R2R-DAW 5;
23 und 24 Schemadiagramme des segmentierten R2R-DAW von 1 beim Übergang vom DAW-Eingangscode 15 zum DAW-Eingangscode 16;
25 und 26 Schemadiagramme des segmentierten R2R-DAW von 5 beim Übergang vom DAW-Eingangscode 20 zum DAW-Eingangscode 21 gemäß einem Störungsreduktionsschaltschema;
27 ein Schemadiagramm eines generischen segmentierten R2R-DAW beim Übergang gemäß einem Störungsreduktionsschaltschema und
28 eine Tabelle, die Schaltzustände während Übergängen des segmentierten R2R-DAW von 25 und 26 unter Verwendung eines Störungsreduktionsschaltschemas zeigt.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 veranschaulicht schematisch einen 6-Bit-Digital-Analog-Wandler (DAW) 1. Es versteht sich, dass in der Praxis die in diesem Dokument vorgelegten Lehren auf DAWs mit einer viel größeren Auflösung als 6 Bits angewendet werden können. Ein 6-Bit-Beispiel wurde aus Gründen der schematischen Einfachheit und der leichteren Erläuterung gewählt.
Bekannterweise kann eine Komponentenvariation während der Herstellung integrierter Schaltungen zu einer Widerstandsfehlanpassung führen. Somit besitzen in einer idealen R2R-Leiter (oder zur leichteren Notation einer R2R-Leiter) alle Widerstände entweder genau eine willkürliche Einheit des Widerstandswerts R oder zwei willkürliche Einheiten des Widerstandswerts 2R. Die 2R-Widerstände können am leichtesten durch zwei R-Widerstände in Reihe gebildet werden, so dass theoretisch jeder während der Herstellung ausgebildete Widerstand mit jedem anderen Widerstand des DAW identisch ist.
Das R-2R-Design verursacht jedoch, dass einige Widerstände (jene, die einem Ausgangsknoten 6 am nächsten liegen) stärker gewichtet sind als jene Widerstände, die sich weiter weg vom Ausgangsknoten 6 befinden. Das Erhöhen der Gewichtung und somit eine gesteigerte Nachfrage zur Anpassung an hohe Genauigkeit hat zu der Ausbildung von segmentierten Designs geführt, wo der DAW so angesehen werden kann, dass er aus einem ersten und zweiten verbundenen Abschnitt gebildet wird. Der DAW 1 umfasst einen ersten Abschnitt 2 in der Form eines 4-Bit-R2R-Leiternetzwerks, das die vier am wenigsten signifikanten Bits des DAW 1 bildet. Das 4-Bit-R2-R-Leiternetzwerk umfasst eine Vielzahl von zwei R-Widerstandszweigen, wobei R ein beliebiger Widerstandswert sein kann, wobei jeder Widerstandszweig einen 2R-Widerstand 2.1 bis 2.4 und einen jeweiligen Schalter 3.1 bis 3.4 umfasst. Die individuellen 2R-Zweige sind über Widerstände 5.1 bis 5.3 an benachbarte 2R-Zweige angeschlossen. Der Endwiderstand 5.4 ist vorgesehen, um das Ausmaß des ersten Abschnitts zu begrenzen, weil die in 1 gezeigte Einrichtung segmentiert ist. Die beiden signifikantesten Bits werden durch einen zweiten Abschnitt 7 in Form eines 2-Bit-Thermometer-DAU bereitgestellt, der drei parallele, gleichermaßen gewichtete 2R-Widerstandszweige umfasst, die jeweils ebenfalls einen 2R-Widerstand 7.1 bis 7.3 und einen Schalter 8.1 bis 8.3 umfassen, von dem R2R-Leiternetzwerk des ersten Abschnitts 2 durch den Widerstand 5.4 segmentiert. Jeder 2R-Widerstandszweig des DAW 1 kann zwischen zwei Referenzspannungen V_ref1 und V_ref2 umgeschaltet werden. Herkömmlicherweise lauten diese Spannungen V_ref1 = ±V_dd für eine logische 1 und V_ref2 = 0 für eine logische 0, es könnte sich dabei aber gleichermaßen um zwei beliebige abweichende Spannungswerte handeln. Ein auf V_ref1 geschalteter Zweig kann im Folgenden als „gesetzt” bezeichnet werden, während ein auf V_ref2 geschalteter Zweig als „nicht gesetzt” bezeichnet werden kann.
Das R2R-Leiternetzwerk des ersten Abschnitts 2 arbeitet als eine Kette von Potentialteilern, so dass die vier am wenigsten signifikanten Bits in ihrem Beitrag zur Ausgangsspannung V_out gewichtet werden. Im Gegensatz dazu sind die 2R-Zweige des zweiten Abschnitts 7 alle direkt mit dem Ausgang verbunden und als solches ist jeder ihrer jeweiligen Beiträge zu V_out der gleiche. Bei dem gezeigten Beispiel besitzt der durch den Widerstand 2.1 und den Schalter 3.1 gebildete erste Zweig somit den am wenigsten signifikanten Beitrag zur Ausgangsspannung. Er erhält ein willkürliches Gewicht von einer Einheit. Der nächste Widerstand 2.2 trägt doppelt so viel zur Ausgangsspannung bei und besitzt somit ein Gewicht von zwei Einheiten. Der dritte Widerstand 2.3 besitzt ein effektives Gewicht von vier Einheiten und der vierte Widerstand 2.4 trägt ein Gewicht von acht Einheiten bei. Die Anwesenheit des Widerstands 5.4 am Ausgang des ersten Abschnitts bedeutet, dass die 2R-Widerstände 7.1 bis 7.3 jeweils ein Gewicht von 16 Einheiten zur Ausgangsspannung am Ausgangsknoten 6 beitragen.
Weil das R2R-Leiternetzwerk des ersten Abschnitts 2 als eine Kette von gewichteten Stromteilern arbeitet, hängt die Ausgangsgenauigkeit davon ab, wie gut die R- und 2R-Widerstände aufeinander abgestimmt sind. Ein kleiner Fehler beim Widerstandswert des signifikantesten Bit (wie etwa Widerstände 2.4, 7 und 7.1–7.3 in diesem Beispiel) kann den Beitrag von weniger signifikanten Bits (z. B. 2.1 und 2.2) vollständig überwältigen. Dementsprechend führt eine Widerstandswertfehlanpassung zu einem nichtlinearen und nicht-monotonen Verhalten des DAW.
2 veranschaulicht grafisch die Änderung bei der Ausgangsspannung V_out am Ausgangsknoten 6 während eines Übergangs von einem DAW-Eingangscode von 15 (in 1 gezeigte Schaltkonfiguration) zu Code 16. Während dieses Übergangs besitzen die Bits 1, 2, 4 und 8 des R2R-Netzwerks des ersten Abschnitts 2 ein kollektives Gewicht von 15, werden von V_ref1 auf V_ref2 umgeschaltet (d. h. nicht gesetzt) und der erste der segmentierten Widerstände 7.1 im zweiten Abschnitt 7 mit einem relativen Gewicht von 16 wird von Masse auf V_ref umgeschaltet. Weil in diesem idealisierten Beispiel alle 2R-Widerstände (2.1 bis 2.4, 7.1 bis 7.3) gleichermaßen abgestimmt sind, wird die Ausgangsspannung V_out des Ausgangsknotens 6 um eine Spannung angehoben, die identisch zu der ist, die von dem Widerstand des am wenigsten signifikanten Bits beigetragen wird, im Folgenden als eine LSB-Spannung oder eine Einheit bezeichnet. Es versteht sich, dass die Ausgangsspannungsänderung V_out für jeden stufenweisen Codeübergang gleich 1 LSB-Spannung ist, die der Wert des Spannungsbeitrags des am wenigsten signifikanten Bit des DAW 1 ist. Dementsprechend folgt in dem in 1 gezeigten Idealfall die Ausgangsspannung am Ausgangsknoten 6 einer linearen Folge zwischen V_ref2, wenn alle Schalter des DAW 1 auf Masse umgeschaltet sind, und V_ref1 – 1 LSB-Spannung, wenn alle Schalter V_ref1 umgeschaltet sind (die Ausgangsspannung erreicht niemals V_ref1, da der Abschlusszweig des R2R-Netzwerks mit V_ref2 verbunden ist, wodurch die Ausgangsspannung um 1 LSB reduziert wird).
Nunmehr unter Bezugnahme auf 3 wird ein DAW 17 gezeigt, der dem von 1 äquivalent ist, mit einem 4-Bit-R2R-Netzwerk in einem ersten Abschnitt 2 und einem 2-Bit-segmentierten zweiten Abschnitt 7. Gleiche Teile werden anhand der in 1 verwendeten Bezeichnungen bezeichnet. Im Gegensatz zu dem in 1 gezeigten Idealfall besitzt ein Widerstand 7.1 des zweiten Abschnitts 7 jedoch einen inhärenten 10%-Fehler aufgrund einer Fehlanpassung bei seinem Widerstandswert (1.8R statt 2R) relativ zu den übrigen 2R-Widerständen. Wenn dieser 2R-Zweig 7.1 auf V_ref1 umgeschaltet wird, beträgt dementsprechend sein Beitrag zu V_out etwa 10% mehr als der des entsprechenden Zweigs in 1, wodurch eine Spannung von 17,6 LSBs zum Ausgangsknoten 6 anstelle der normalen 16 LSBs beigetragen wird. 4 veranschaulicht grafisch den gleichen Übergang wie der in 2 gezeigte, aber für den in 3 gezeigten DAW. DA der DAW-Code von 15 auf 16 geändert ist, werden die vier am wenigsten signifikanten Bits 1, 2, 4 und 8 zurückgesetzt und von V_ref1 auf V_ref2 umgeschaltet und zur gleichen Zeit wird der fehlangepasste 1.8R-Widerstandszweig 14.1 gesetzt und von V_ref2 auf V_ref1 umgeschaltet, was zu einem Anstieg bei der Ausgangsspannung am Knoten 6 von 2,6 LSB-Spannungen führt. Dementsprechend wird die 16-LSB-Zielausgangsspannung total verfehlt, wie auch der 17-LSB-Punkt. Die Spannung am Knoten 6 liegt tatsächlich auf 17,6 LSB-Spannungen. Dementsprechend kann ein Fehler auf einem signifikanteren Widerstandszweig eines DAW zu einem großen Ausgangsspannungsübergang führen, was bedeutet, dass einige Zielspannungspegel niemals erreicht werden können. Dieser Fehler stellt ein Problem dar, wenn eine genaue Umwandlung eines digitalen Signals in eine analoge Spannung erforderlich ist. Es versteht sich, dass ein Fehler aufgrund einer Widerstandsfehlanpassung von weniger signifikanten Zweigen des DAW 17 viel weniger ein Problem ist als das, das durch eine Fehlanpassung bei höhergewichteten Zweigen verursacht wird. Der durch eine Fehlanpassung auf einem signifikanteren Zweig verursachte Fehler, oben beschrieben, kann mit dem gleichen 10%-Fehler auf einem niedrigergewichteten Zweig des R2R-Netzwerks 2 verglichen werden. Beispielsweise bewirkt ein 10%-Fehler beim Wert des Widerstands 2.2 des 2-LSB-gewichteten Zweigs des DAW 17 nur eine Änderung um 0,2 LSB bei dem Ausgangswert des DAW 17.
5 zeigt eine Ausführungsform eines 6-Bit-DAW 30 gemäß den Lehren dieser Offenbarung. Der DAW 30 umfasst einen ersten Abschnitt 32 und einen zweiten Abschnitt 34. Der erste Abschnitt 32 wird durch ein R-2R-Leiternetzwerk gebildet (wie bezüglich 1 beschrieben) mit Zweigen 54, 56, 58 und 60. Die relativen Beiträge dieser Zweige betragen 1, 2, 4 bzw. 8 Einheiten zu einem Ausgangsknoten 57 des DAW 30. Die Zweige 54 und 56 kann man sich so denken, dass sie einen weniger signifikanten Teil 52 des ersten Abschnitts 32 bilden und die Zweige 58 und 60 einen signifikanteren Teil des ersten Abschnitts 32 bilden. Sowohl der erste als auch der zweite Abschnitt sind mit einem Ausgangsknoten 57 verbunden. Der zweite Abschnitt umfasst einen thermometercodierten Abschnitt 38, der aus einer Vielzahl paralleler Zweige 40, 42 gebildet wird, die in einem thermometercodierten Stil verwendet werden können, in Assoziation mit einem zweiten R-2R-Leiternetzwerk 36. Das zweite R-2R-Leiternetzwerk 36 umfasst Zweige 44 und 46, die aufgrund einer Verbindung mit dem Ausgangsknoten 57 über einen R-wertigen Widerstand 47 effektive Gewichte von 8 bis 4 Einheiten besitzen. Das extreme Ende des R-2R-Netzwerks 36 umfasst zwei parallele Zweige (nicht durch einen R-wertigen Widerstand getrennt) 48 und 50, die jeweils individuell einen Beitrag von zwei Einheiten zum Ausgangswort beisteuern. Die Zweige 44, 46 des zweiten R2R-Leiternetzwerks 36 können gleichzeitig als ein Block oder separat umgeschaltet werden. Analog können die am wenigsten signifikanten Zweige 48, 50 des zweiten R2R-Netzwerks 36 simultan oder separat umgeschaltet werden. Bei weiteren Variationen können ein oder mehrere am wenigsten signifikante Zweige des zweiten R2R-Netzwerks ungeschaltet bleiben oder ständig mit Vref2 verbunden sein.
Durch Ersetzen eines Thermometer-2R-Zweigs mit dem zweiten R2R-Netzwerk 36 erhält die Architektur aufgrund einer Duplizierung von gleichermaßen gewichteten Zweigen in dem R2R-Hauptnetzwerk (ersten Netzwerk) 32 und dem zweiten Netzwerk 36 eine Redundanz. Die geringergewichteten Zweige 48, 50 des zweiten Abschnitts 34 können dementsprechend verwendet werden, um Übergänge eines oder mehrerer der höhergewichteten Zweige des ersten Abschnitts (z. B. Zweig 60 des R2R-Netzwerks des ersten Abschnitts 32 und segmentierte 2R-Zweige 40, 42 des zweiten Abschnitts 34) zu modifizieren, beispielsweise zu verzögern oder vorzuverstellen, bis die am wenigsten signifikanten Bits 52 des ersten R2R-Netzwerks im ersten Abschnitt 32 (ohne den Abschlusszweig 51) mehr als V_ref2 zur Ausgangsspannung V_out beitragen (z. B. bis mindestens einer der Zweige 54, 56 der LSBs 52 auf V_ref1 umgeschaltet ist) oder gewählt worden sind, indem sie durch einen digitalen Eingangscode „gesetzt” werden. Dadurch kann eine Komponentenfehlanpassung bei den höhergewichteten Bits 40, 42 berücksichtigt und korrigiert werden durch Umschalten der R2R-LSBs 52 oder der Redundanzzweige 48, 50 des zweiten R-2R-Netzwerks, um die an den Ausgangsknoten 58 gelieferte Gesamtspannung entweder zu erhöhen oder abzusenken. Wegen des durch die Zweige 48, 50 und die R2R-LSBs 52 bereitgestellten relativ kleinen Beitrags ist zudem ein Fehler bei Komponentenwerten dieser Zweige vernachlässigbar im Vergleich zu dem Fehler, der durch eine Fehlanpassung der höhergewichteten Bits eingeführt wird, die durch die thermometercodierten Zweige 40, 42 dargestellt werden.
Ein beispielhafter inkrementaler Übergang des segmentierten DAW 30 vom DAW-Code 17 zu Code 18 wird nun unter Bezugnahme auf die 5, 6, 7 und 8 beschrieben. Wie es bei 1 der Fall war, zeigt 5 eine ideale Architektur, bei der alle Zweige des DAW 30 einen Widerstandswert von 2R besitzen. Die Schalter des DAW 30 sind derart gesetzt, dass die Ausgangsspannung V_out auf 17 LSBs liegt. Dieser Beitrag kommt von den Bits 1, 4 und 8 des ersten (Haupt-)R2R-DAW des ersten Abschnitts 32 und den beiden am niedrigsten gewichteten Bits 48 und 50 des zweiten R2R-DAW, die jeweils ein Gewicht von 2 LSBs vom zweiten Abschnitt 34 besitzen. Anstatt jedoch einen der segmentierten 2R-Zweige 40, 42 am Übergang zwischen 15 und 16 auf V_ref1 umzuschalten, wurde dieser Übergang durch das Umschalten der Redundanzzweige 48, 50 auf V_ref1 verzögert (zu einem höheren digitalen Code verschoben). Dadurch trägt der Zweig 54 der RS2-LSBs 52 weiterhin eine Spannung größer als V_ref2 zum Ausgangsknoten 58 bei. Es versteht sich, dass im Fall eines Codedekrements der Übergang eines der segmentierten 2R-Zweige 40, 42 als vorverstellt (zu einem höheren digitalen Code verschoben) angesehen werden kann.
Wenn während des Betriebs der DAW-Eingangscode von 17 auf 18 zunimmt, wird einer der 2R-Zweige 40, 42 des thermometercodierten Teils 38 mit einem Gewicht von 16 LSBs gesetzt (von V_ref2 auf V_ref1 umgeschaltet) und gleichzeitig Zweige 54, 58 und 60 mit Gewichten von 1, 4 bzw. 8 LSBs zurückgesetzt (von V_ref1 auf V_ref2 umgeschaltet) und der Zweig 56 mit einem Gewicht von 2 LSBs wird gesetzt. Dementsprechend liefert der V_ref1 und den Ausgangsknoten 58 geschaltete Gesamtwiderstandswert eine Ausgangsspannung von 16 + 2 = 18 LSBs, wie in 6 gezeigt.
Nunmehr unter Bezugnahme auf den in 7 gezeigten nicht-idealen Fall wird der segmentierte DAW 30 von 5 gezeigt. Einer der parallelen Widerstandszweige 40, 42 besitzt jedoch einen Widerstandswert 10% kleiner, als er sein sollte (1,8R statt 2R), so dass er mehr Strom durchlässt und somit sein Beitrag zum Ausgangswert proportional größer ist. Dementsprechend beträgt der Spannungsbeitrag dieses Zweigs 40 bei Verbindung mit V_ref1 17,6 LSBs anstelle von 16 LSBs. 8 veranschaulicht die resultierende Ausgangsspannung während des Übergangs zwischen den DAW-Codes 17 und 18. Da der DAW-Code von 17 auf 18 übergeht, steigt die Ausgangsspannung am Knoten 57 auf 17,6 + 2 = 19,6 LSBs, 1,6 LSBs über der Zielausgangsspannung.
Im Gegensatz zur Architektur nach dem Stand der Technik, bei dem wenig getan werden kann, um die Ausgangsspannung auf ein erforderliches Ziel herunterzureduzieren, weil die am wenigsten signifikanten Bits 54, 56 immer noch mehr als V_ref2 zur Ausgangsspannung beitragen, kann bei dem hier beschriebenen erfindungsgemäßen DAW der Zweig 54 auf V_ref2 und der Zweig 56 auf V_ref1 umgeschaltet werden, wodurch die Ausgangsspannung um 1 LSB auf 18,6 LSBs reduziert wird, wie in 9 und 10 gezeigt.
Durch sorgfältige Wahl der Schaltsequenz der beiden niedrigergewichteten Zweige 54 und 56 des R2R-Hauptnetzwerks 32 und der Korrekturzweige 48, 50 des zweiten R2R-Netzwerks 36 können durch höhergewichtete Zweige eingeführte Fehler berücksichtigt und korrigiert werden, indem die Ausgangsspannung am Ausgangsknoten 57 entweder reduziert oder erhöht wird. Bei geeigneter Wahl der Zweigschaltsequenz kann ein Abgleich im Wesentlichen über den ganzen Spannungsbereich erzielt werden, d. h. durch alle DAW-Codes (in diesem Fall 0 bis 63). Es versteht sich jedoch, dass, da der Fehlerbeitrag aufgrund einer Fehlanpassung in niedrigergewichteten Zweigen relativ insignifikant ist, ein Abgleich unter einem Codeschwellwert möglicherweise nicht erforderlich ist. Beispielsweise wird ein Abgleich möglicherweise nicht für die Codes 0 bis 7 benötigt, da diese Codes Beiträge von den drei am wenigsten signifikanten Bits 45, 46, 58 beinhalten, wo Fehler aus einer Fehlanpassung relativ insignifikant sind.
Die Zweige 48 und 50 des zweiten Abschnitts und die Zweige 54 und 56 des ersten Abschnitts des DAW 30, die zum Abgleichen der Ausgangsspannung verwendet werden, werden als Korrekturbits bezeichnet, wie auch die entsprechenden Zweige der unten beschriebenen DAWs.
Es ist deshalb vorteilhaft, eine modifizierte Schaltsequenz zu definieren, die eine zugrundeliegende Reihenfolge von Schaltübergängen für die Schalter ergibt, so dass Korrekturen, falls erforderlich, der zugrundeliegenden Schaltsequenz überlagert werden können, um sie zu modifizieren, wobei solche Korrekturen bestimmt worden sind durch Analysieren der Spannungsausgabe von dem DAW als Reaktion auf eine Bewertungssequenz von digitalen Wörtern, die ihm während einer Kalibrierungsphase vorgelegt werden, wie unten ausführlicher beschrieben werden wird.
Ein Beispielalgorithmus zum Berechnen der Schaltsequenz der DAW-Zweige und insbesondere der relativen Übergänge der Korrekturbits wird nun unter Bezugnahme auf 11 zusammen mit 9 beschrieben. Bei diesem Beispiel wird angenommen, dass die am wenigstens signifikanten Bits 48, 50 des zweiten R2R-Netzwerks 36, die die Redundanzzweige des DAW 30 bilden, simultan als ein Paar umgeschaltet werden. Wie unten beschrieben werden wird, können jedoch bei anderen Ausführungsformen die Redundanzzweige 48, 50 des zweiten R2R-Netzwerks 36 separat umgeschaltet werden.
Wie oben erwähnt, ist aufgrund des relativ niedrigen Beitrags der Zweige 54, 56 und 58 bei diesem Beispiel des DAW 30 jeder Fehler aufgrund einer Widerstandswertfehlanpassung bei diesen Komponenten weniger signifikant als der durch die höhergewichteten Zweige bereitgestellte vergleichsweise große Beitrag. Gleichermaßen werden die Redundanzzweige 48, 50 bevorzugt so skaliert, dass eine etwaige Fehlanpassung zwischen ihnen und dem gleichwertig gewichteten 2R-Zweig in R2R-Hauptnetzwerk 32 unter 1 LSB liegt. Beispielsweise besitzen die Redundanzzweige 48, 50 im DAW von 3 eine kombinierte Gewichtung von 4 LSBs, so dass der gleichermaßen gewichtete 2R-Zweig in R2R-Hauptnetzwerk 32 des DAW 30 der Zweig 58 ebenfalls mit einer Gewichtung von 4 LSBs ist. Eine 10%-Fehlanpassung bei der Gewichtung des Widerstands im Zweig 58 kommt 0,4 LSBs gleich, d. h., ist erheblich niedriger als 1 LSB.
Falls das Gewicht der Redundanzzweige 2^x (LSBs) beträgt, wobei x eine beliebige positive ganze Zahl ist, dann können 2R-Zweige mit Gewichten unter 2^x im R2R-Netzwerk des ersten Abschnitts 32 als die weniger signifikanten Bits des ganzen DAW angesehen werden und es kann angenommen werden, dass sie aufgrund ihres vergleichsweise niedrigen Beitrags zur Gesamtausgangsspannung V_out eine Nichtlinearität von signifikant unter 1 LSB besitzen. Wie oben erwähnt, können diese weniger signifikanten Bits und die Redundanzbits kollektiv als die Korrekturbits bezeichnet werden. Beliebige 2R-Zweige mit einem Gewichtsbeitrag größer oder gleich 2^x LSBs werden als die mittleren Bits des DAW angesehen. Im Fall des DAW 30 sind diese Bits die Zweige 58 und 60, die allgemein als mittlere Bits oder R2R-MSBs (Most Significant Bits-signifikantesten Bits des ersten R2R-DAW) bezeichnet werden. Die thermometercodierten Zweige übernehmen die Rolle der signifikantesten Bits des DAW 30.
Um einen standardmäßigen DAW-Code, der bereitgestellt wurde, um Schalter eines herkömmlichen segmentierten DAW zu steuern, in einen Code umzuwandeln, der sich dafür eignet, einen segmentierten DAW mit Redundanz wie der in 9 gezeigten zu steuern, kann die folgende Prozedur durchgeführt werden. Man betrachte eine Ausführungsform, wo die Gewichtung des Redundanzbits 2^x LSBs beträgt. Bei einigen Ausführungsformen kann die Prozedur verwendet werden, um den Übergang der mittleren Bits 58 und 60 und der thermometercodierten Zweige 40 und 42 zu bewegen, bis die R2R-LSBs des ersten Abschnitts 32 gewählt/gesetzt worden sind (ganz oder teilweise). Als Teil dieser Prozedur kann 2^x von dem Code für die mittleren Bits 58, 60 des DAW 30 und der thermometercodierten Zweige 40 und 42 und der signifikanteren Zweige 44, 46 des R2R-DAW 36 des zweiten Abschnitts 34 subtrahiert werden, während der Code für die LSBs 54, 56 unverändert bleiben kann. Für DAW-Codes unter 2^x werden Beiträge zur Ausgangsspannung nur durch die LSBs 54, 56 geliefert. Wenn der DAW-Eingangscode 2^x oder ein Mehrfaches davon beträgt, können zum Berücksichtigen der Subtraktion die Redundanzbits 48, 50 gesetzt werden (auf V_ref1 umgeschaltet werden). Wenn der Eingang der DAW-Code 2^x + 2^x-1 ist, werden die Redundanzbits 48, 50 zurückgesetzt (auf V_ref2 umgeschaltet). Während der DAW-Code erhöht wird, schaltet das Redundanzbit weiterhin alle 2^x-1 Inkremente zwischen V_ref1 und V_ref2 um bis zum finalen 2^x-1 Inkrement zur vollen Skala, wo es bei V_ref1 hoch bleibt. Im Fall des DAW 30 beispielsweise, wo das Redundanzbit ein Gewicht von 4 LSBs besitzt, ist so x = 2 und so wird das Redundanzbit bei Code 4 auf hoch umgeschaltet und dann alle 2 DAW-Codeinkremente umgeschaltet.
Das obige Schaltverfahren hat den Effekt, die Hauptübergänge der mittleren Bits 4, 8 und/oder die segmentierten Bits 40, 42 zu verzögern (wenn der Code inkrementiert) oder vorzuverstellen (wenn der Code dekrementiert), bis sich die LSBs 54, 56 an oder nahe der Mitte der Skala befinden (wobei ein Beitrag von 2^x-1 LSBs zu der Ausgangsspannung bereitgestellt wird). Das Ergebnis davon ist, dass der DAW 30 einen Abgleichsbereich von t 2^x-1 besitzt, der für die Korrektur von Nichtlinearität in höhergewichteten Zweigen 58, 60, 40, 42, 44 und 46 zur Verfügung steht.
11 zeigt eine Tabelle der justierten DAW-Codewerte, die von dem oben beschriebenen Algorithmus auf der Basis eines herkömmlichen DAW-Eingangscodes bereitgestellt werden. Aus dieser Tabelle ist ersichtlich, dass Übergänge von höhergewichteten Zweigen verzögert worden sind. Beispielsweise wurden herkömmliche Hauptübergänge (von höhergewichteten Zweigen) zwischen Code 7 und 8 und zwischen Code 47 und 48 zu höheren digitalen Codes verschoben. Diese Übergänge treten nun zwischen dem DAW-Code 9 und 10 und dem DAW-Code 49 und 50 auf. Dementsprechend können die Korrekturbits (LSBs 54, 56 und Redundanzbit 48, 50) verstellt werden, um die Ausgangsspannung sowohl in einer positiven als auch negativen Richtung zu korrigieren.
Wenn der Übergang zwischen den Codes 49 und 50 als Beispiel genommen wird, können, falls die Ausgangsspannung zu hoch ist, der Zweig 54 gesetzt (zu V_ref1 umgeschaltet) und der Zweig 56 zurückgesetzt (auf V_ref2 umgeschaltet) werden, wodurch die Ausgangsspannung um 1 LSB reduziert wird. Gleichermaßen können, falls die Ausgangsspannung V_out zu niedrig ist, eine oder mehrere des Zweigs 54 und der Redundanzzweige 48, 50 so gesetzt werden, dass V_out um bis zu 5 LSBs erhöht wird.
Es versteht sich, dass zum Berücksichtigen und Korrigieren einer Komponentenfehlanpassung es bevorzugt wird, etwaige fehlangepasste Widerstände vor dem Betreiben des DAW zu kennen. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die jeweiligen Widerstandswerte jedes der höhergewichteten (signifikanteren) Stromflusswege der DAWs derart gemessen und gespeichert werden, dass eine etwaige erforderliche Korrektur implementiert werden kann. Bei einigen Ausführungsform wird eine Kalibrierungsroutine an dem hergestellten DAW vor der Verwendung durchgeführt. Eine Kalibrierungsroutine kann den Widerstandswert einiger oder aller der Widerstandszweige in dem DAW messen, um eine Widerstandsfehlanpassung zu detektieren. Beispielsweise kann die Kalibrierungsroutine einige oder alle der Widerstände im DAW mit einem Referenzwiderstandswert von bekanntem Wert vergleichen. Eine alternative Kalibrierungsroutine kann schrittweise durch den DAW-Eingangscode gehen und die Schrittgrößenfehler (DNL) jedes Übergangs messen oder die Ausgangsspannung bei gewählten Eingangscodes messen. Ein Algorithmus kann dann den relativen Beitrag jedes Bits in Abhängigkeit von den gemessenen Schrittgrößenfehlern oder Ausgangswerten berechnen. Der Fehler beim Widerstandswert, der eine Funktion der Differenz zwischen dem gemessenen Widerstandswert und dem Widerstandswert einer Referenz sein kann, kann in einem Speicher zur zukünftigen Verwendung (z. B. Betrieb des DAW) gespeichert werden. Jedes geeignete Verfahren kann verwendet werden, um einen oder mehrere Fehlerwerte zu speichern, die bevorzugt auf gewisse Weise mit dem Widerstand verknüpft sind, den sie betreffen. Dementsprechend können Fehlerinformationen bezüglich eines bestimmten Widerstands oder Zweigs des DAW, wenn erforderlich, aus dem Speicher zurückgegeben werden. Bei einigen Ausführungsformen werden Widerstandsfehlerinformationen in einer Nachschlagetabelle gespeichert.
Nunmehr unter Bezugnahme auf 12 wird ein System dargestellt zum Ansteuern des gemäß einiger Ausführungsformen dieser Offenbarung gebildeten DAW 30. Schaltertreiberschaltungen 62, 64, 66 können an die Schalter des DAW 30 gekoppelt sein. Die Schaltertreiberschaltungen 62, 64, 66 können als voneinander getrennte Elemente auf einem Die oder als eine Einzelschaltung bereitgestellt werden, die dahingehend arbeiten kann, Schalter gemäß einem gewünschten Schaltverfahren anzusteuern. Gleichermaßen können Schaltertreiberschaltungen 62, 64, 66 in den DAW integriert oder separat vorgesehen werden. Bei der gezeigten Ausführungsform liefert ein R2R-MSB-Schaltertreiber 62 Steuerung an die Schalter 58a, 60a der MSB-Zweige 58, 60 des R2R-Netzwerks des ersten Abschnitts 32, ein Segmentschaltertreiber 64 liefert Steuerung an die Schalter 40a, 42a, 44a, 46a der signifikanteren Stromflusswege im zweiten Abschnitt 34, wie etwa die thermometercodierten Zweige 40 und 42, und die signifikanteren Stromflusswege des zweiten R2R-DAW 36. Ein LSB-/Redundanzschaltertreiber 66 liefert Steuerung an die Schalter 54a, 56a, 48a, 50a der Korrekturbits (LSB-Zweige 54, 56 des R2R-Netzwerks des ersten Abschnitts 32 und die zwei Redundanzzweige 48, 50). Die Schaltertreiber 62, 64, 66 sind an einen DAW-Controller 68 gekoppelt. Der DAW-Controller 68 kann einen herkömmlichen DAW-Code empfangen und (a) den Code für das Redundanzschaltverfahren einstellen, (b) eine Korrektur auf der Basis von Kalibrierungsdaten hinzufügen, die in einem flüchtigen oder nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind, und/oder (c) einen justierten DAW-Redundanzcode an die Schaltertreiber 62, 64, 66 liefern, um den empfangenen DAW-Code zu implementieren.
Der DAW-Controller 68 kann einen Decodierer 72 umfassen, der dahingehend arbeiten kann, einen herkömmlichen DAW-Code 70 in einen DAW-Redundanzcode umzuwandeln, wie oben beschrieben, zusammen mit Segment- und R2R-MSB-Korrekturcode-Nachschlagemodulen 74, 76 und einem ersten und zweiten Summierer 78. 80. Ausgänge des Decodierers 72 bezüglich einer Steuerung der R2R-MSB-Schalter 58a, 60a und der Schalter 40a, 42a der Segmente sind sowohl mit den R2R-MSB- und Segmentschaltertreiberschaltungen 62, 64 als auch den Segment- und R2R-MSB-Korrekturcode-Nachschlagemodulen 74, 76 verbunden. Ausgänge des Segmentkorrekturcode-Nachschlagemoduls 74 und des R2R-MSB-Korrekturcode-Nachschlagemoduls 76 werden beim ersten Summierer 78 kombiniert, dessen Ausgang am zweiten Summierer 80 mit dem von dem Decodierer empfangenen Teil des DAW-Redundanzcodes bezüglich der R2R-LSB-Schalter 54a, 56a kombiniert werden. Der Ausgang des zweiten Summierers wird dann an die LSB- und Redundanzschaltertreiberschaltung 66 geliefert.
13 zeigt eine detailliertere Ansicht des DAW-Controllers 68 zusammen mit den Schaltertreibern 62, 64, 66. Insbesondere ist der Decodierer 72 so gezeigt, dass er einen Segment- und R2R-MSB-Decodierer 72a und einen R2R-LSB- und Redundanzdecodierer 72b umfasst. Der Einfachheit halber sind der DAW 30 und Verbindungen zwischen den Schaltertreibern 62, 64, 66 und den Schaltern 44a bis 60a des DAW 30 nicht gezeigt.
Während des Betriebs wird ein DAW-Code empfangen und in Codeteile aufgeteilt, die einerseits den Segment- und R2R-MSB-Schaltern 40a, 42a, 58a, 90a – an den Segment- und R2R-MSB-Decodierer 72a geliefert – und andererseits den R2R-LSB- und Redundanzschaltern 48a, 50a, 54a, 56a – an den R2R0LSB-Redundanzdecoder 72b geliefert – entsprechen. Der empfangene DAC-Code kann bereits in ein Format umgewandelt worden sein, das umgeschaltet werden kann, um einen DAW mit einem thermometercodierten signifikantesten Bitabschnitt anzusteuern.
Auf der Basis des verwendeten Redundanzalgorithmus kann der Segment- und R2R-MSB-Decodierer 72a die empfangenen Codeteile so umwandeln, dass die den gewählten Algorithmus wiedergeben. Bei einer Ausführungsform kann dies das Subtrahieren eines Werts, der der Wert des Redundanzbits (oder des größten Redundanzbits) sein kann, von Teilen des Codes entsprechend den Segmenten und den R2R-MSBs beinhalten. Der justierte DAW-Redundanzcode wird dann von dem Decodierer 72a direkt an die R2R-MSB- und Segmentschaltertreiber 62, 64 ausgegeben, da sich die Werte der Segment- und R2R-MSB-Schalter 40, 42, 44, 46, 58, 60 als Reaktion auf einen Bitfehlerkorrekturalgorithmus nicht ändern. Um den Korrekturcode für die Redundanz- und R2R-LSB-Schalter 48a, 50a, 54a, 56a zu bestimmen, wird jedoch zusätzlich auch der DAW-Ausgangsredundanzcode an ein Segmentcodekorrektur-Nachschlagemodul 74 und an ein R2R-MSB-Codekorrektur-Nachschlagemodul 76 ausgegeben, deren Funktion unten beschrieben werden wird.
Der R2R-LSB- und Redundanzdecodierer 72b kann einen herkömmlichen DAW-Codeteil entsprechend den R2R-LSB- und Redundanzschaltern 48a, 50a, 54a, 56a empfangen und auf der Basis eines gewählten Redundanzverfahrens einen DAW-Redundanzcode generieren. Wie oben beschrieben, kann der Wert des Redundanzbits je nach den Werten der Segmente und kann der Wert des Redundanzbits je nach den Werten der Segmente und der MSBs der R2R-Leiter des ersten Abschnitts 32 auf hoch oder niedrig verstellt werden. Beispielsweise kann das Redundanzbit hochgesteuert werden, wenn der DAW-Eingangscode 2^x beträgt und danach alle 2^x-1 DAC-Codeinkremente umgeschaltet wird. Dementsprechend wird ein Redundanzbitsignal von dem Segment- und R2R-MSB-Decodierer 72a an den R2R-LSB-Redundanzdecodierer 72b geliefert, der konfiguriert ist, dem R2R-LSB- und Redundanzdecodierer 72b zu signalisieren, das Redundanzbit in dem DAW-Redundanzcode zu setzen oder zurückzusetzen. Der Codeteil des DAW-Codes bezüglich der R2R-LSBs wird von dem R2R-LSB- und Redundanzdecodierer 72b nicht modifiziert und bleibt somit unverändert.
Wie oben erwähnt, wird der DAW-Ausgangsredundanzcode von dem Segment- und R2R-MSB-Decodierer auch an ein Segmentcodekorrektur-Nachschlagemodul 74 und ein R2R-MSB-Codekorrektur-Nachschlagemodul 76 ausgegeben. Bei dem Segmentcodekorrektur-Nachschlagemodul 74 wird der empfangene Codeteil mit einem entsprechenden Eintrag in einer Nachschlagetabelle verglichen, um zu prüfen, ob eine Korrektur erforderlich ist, um Fehler in Komponenten der Widerstände 40, 42 zu berücksichtigen, die in diesem Beispiel Teil eines thermometercodierten Abschnitts des DAW sind. Falls eine Korrektur erforderlich ist, wird ein Korrekturcode an den Summierer 78 geschickt. Analog wird bei dem R2R-MSB-Codekorrektur-Nachschlagemodul 76 der empfangene Codeteil mit einem entsprechenden Eintrag in einer Nachschlagetabelle verglichen, um zu prüfen, ob eine Korrektur erforderlich ist, um Fehler in Komponenten der R2R-MSB-Widerstände 58, 60 zu berücksichtigen. Falls eine Korrektur erforderlich ist, wird ein Korrekturcode an den Summierer 78 geschickt, wo er mit dem von dem Segmentcodekorrektur-Nachschlagemodul 74 empfangenen Korrekturcode kombiniert wird.
Ein Ausgang des ersten Summierers 78 wird dann an den zweiten Summierer 80 geliefert, wo er mit dem Ausgang von dem R2R- und Redundanzdecodierer 72b kombiniert wird, um eine Komponentenfehlanpassung in den R2R-MSB-Widerständen 58, 60 und Segmentwiderständen 40, 42 zu korrigieren. Der Ausgang des weiteren Summierers 80 wird dann an den LSB-/Redundanzschaltertreiber 66 geliefert, der den Zustand der Schalter 54, 56, 58, 60 gemäß dem DAW-Redundanzcode und dem berechneten Korrekturcode justiert.
Bisher beschriebene Redundanz-DAW-Ausführungsformen haben eine Korrekturauflösung von 1 LSB bereitgestellt. Mit anderen Worten wird unter Bezugnahme auf 9 als Beispiel ein Redundanz-DAW 30 mit zwei LSB-Zweigen 54, 56 und einem Redundanzbit 48, 50 versehen, der umgeschaltet werden kann, um die Ausgangsspannung V_out am Knoten 57 um Inkremente gleich einem Wert des am wenigsten signifikanten Bits 54 zu verstellen. Bei anderen Ausführungsformen kann es jedoch wünschenswert sein, die Auflösung der Korrektur so zu erhöhen, dass feinere Justierungen an der Ausgangsspannung vorgenommen werden können, um die bestmögliche analoge Darstellung eines DAW-Eingangscodes zu erzielen. Eine Beispielarchitektur dafür ist in 14 gezeigt, bei der ein Redundanz-DAW 100 mit einer Architektur bereitgestellt wird, die der zuvor gezeigten ähnlich ist. Der DAW 100 wurde jedoch mit dem Zusatz von zwei zusätzlichen Feinabgleichszweigen 102, 104 zu dem R2R-Hauptleiternetzwerk des ersten Abschnitts modifiziert. Die Feinabgleichszweige 102, 104 liefern eine Gewichtung an den Ausgangsknoten 57 von einem Viertel bzw. einer Hälfte des am wenigstens signifikanten Bit 54. Dementsprechend liefern die vier am wenigsten signifikanten Zweige 102, 104, 54, 56 des R2R-Hauptnetzwerks (kollektiv als 112 angegeben) zusammen mit den zwei Redundanzzweigen 48, 50 eine Verstellungsauflösung vom 0,25fachen des Gewichts von 1 LSB, d. h. 0,25 LSBs. Es versteht sich, dass 14 zwar zeigt, dass die zusätzlichen Zweige in dem R2R-Hauptnetzwerk bereitgestellt werden, Feinabgleichszweige aber gleichermaßen auf ähnliche Weise im zweiten DAW 36 bereitgestellt werden könnten.
Um die Erklärung des Effekts einer erhöhten Verstellungsauflösung zu unterstützen, wurde der in 14 gezeigte Redundanz-DAW 100 mit einem 10% Widerstandswertfehler in einem seiner signifikanteren Zweige 40 versehen. Dementsprechend liefert der Zweig 40 ein Gewicht von 17,6 LSBs an den Ausgangsknoten 57 bei Kopplung an V_ref1, wie gezeigt. Aufgrund der Anwesenheit der Feinabgleichszweige 102, 104 jedoch kann die Ausgangsspannung mit einer Genauigkeit von weniger als 0,25 LSBs der erforderlichen Ausgangsspannung V_out korrigiert werden. Beispielsweise wird, wie in 14 und 15 für einen DAW-Code von 18 gezeigt, um die Widerstandswertsfehlanpassung des nicht-idealen Segmentwiderstands 40 zu korrigieren, der 2-LSB-gewichtete Zweig 56 zurückgesetzt (von V_ref1 auf V_ref2 umgeschaltet) und der 0,5-LSB-Zweig 104 wird gesetzt, um eine Ausgangsspannung V_out an den Ausgangsknoten 57 von 18,1 LSBs zu liefern. Es versteht sich, dass je nach der erforderlichen Genauigkeit am Ausgangsknoten 57 zusätzliche geringergewichtete Widerstände weiterhin an dem am wenigsten signifikanten Ende des R2R-Hauptleiternetzwerks des ersten Abschnitts oder des zweiten R2R-Netzwerks 36 des zweiten Abschnitts hinzugefügt werden können, um die Auflösung der Korrekturbits zu erhöhen.
Während die oben beschriebenen DAWs alle zwei Bits an Redundanz enthielten (was ein Gewicht von 4 LSBs trägt, die in zwei LSB-Zweige aufgeteilt sind), können bei anderen Ausführungsformen eine beliebige Anzahl und/oder ein beliebiges Gewicht von Redundanzzweigen vorgesehen werden. Es gibt Mehrfachanordnungen des Redundanz-DAW, die ein effektives Redundanzverfahren bereitstellen. Diese können (a) das Umschalten der Redundanzzweige des DAW zusammen oder getrennt, (b) das Ändern des Gewichts der Redundanzzweige insgesamt oder relativ zueinander und/oder (c) das allgemeine Erhöhen des Redundanzausmaßes im DAW beinhalten.
16 liefert einen Beispiel-DAW, bei dem die Verteilung der Redundanz variiert worden ist. Ein DAW 120 wird mit einem ersten Abschnitt 122, der ein R2R-Hauptwiderstandsleiternetzwerk umfasst, und mit einem zweiten Abschnitt 123, der zwei parallele 2R-Widerstände 128 und ein zweites R2R-Widerstandsleiternetzwerk 130 umfasst, versehen. Im Gegensatz jedoch zu den zuvor beschriebenen zweiten R2R-Leiternetzwerken umfasst das R2R-Leiternetzwerk 130 zwei R-2R-Teile 131, 132 und einen nichtabgeschlossenen 2R-Zweig 134, wobei der finale R-2R-Teil 132 und der finale 2R-Zweig 134 jeweils ein Gewicht von 4 LSBs besitzen, um dem DAW 120 8 LSBs von Redundanz zu liefern.
Die Redundanzzweige 132, 134 können entweder gleichzeitig oder unabhängig umgeschaltet werden und können einen Korrekturabgleich von bis zu ±7 LSBs bereitstellen. In jedem Fall wird bevorzugt ein anderes Schaltverhalten verwendet. Wenn die Redundanzzweige 132, 134 gleichzeitig umgeschaltet werden, können die ersten drei R2R-Zweige 138, 140, 142 des ersten Abschnitts 122 zum Abgleichen des DAW verwendet werden und können dahingehend arbeiten, einen Korrekturabgleich einem Gewicht von ±7 LSBs zusätzlich zu den Redundanzbits 132, 134 zu liefern, die beim gemeinsamen Umschalten einen Korrekturabgleich von ±8 LSBs liefern. Eine Tabelle, die die Codesequenz für herkömmliche DAW-Eingangscodes darstellt, ist in 17 gezeigt.
In dem zweiten Verfahren, bei dem die Redundanzzweige 132, 134 des DAW 120 getrennt umgeschaltet werden, werden nur die zwei am wenigsten signifikanten R2R-Zweige 138, 140 des ersten Abschnitts 122 verwendet, um den DAW abzugleichen, wobei die beiden Redundanzzweige 132, 140 eine weitere Korrektur jeweils bis zu ±4 LSBs je nach ihrem Zustand an einem bestimmten Übergang bereitstellen. 18 zeigt ein beispielhaftes Schaltverfahren für den DAW 120, wenn die Redundanzzweige 132, 134 unabhängig umgeschaltet werden.
In beiden Fällen bedeutet das erhöhte Gewicht der Redundanzbits, dass der durch die Korrekturbits des DAW bereitgestellte Abgleichsbereich vergrößert ist.
Bei noch einer weiteren, in 19 gezeigten Variation wird ein DAW 150 mit einem ersten Abschnitt 152, der ein R2R-Hauptwiderstandsleiternetzwerk umfasst, und einem zweiten Abschnitt 153, der zwei parallele 2R-Zweige und ein zweites R2R-Netzwerk 156 umfasst, bereitgestellt. Im Gegensatz zu dem DAW 120 von 16 umfasst das zweite R2R-Netzwerk 156 jedoch vier R2R-Zweige 156.1–156.4 zusammen mit dem einzelnen, nicht-abschließenden 2R-Widerstandszweig 157. Diese Konfiguration liefert eine vergrößerte Auflösung an die Redundanzbits 158.
Bei noch einer weiteren Variation zeigt 20 eine Ausführungsform, bei der ein DAW 160 mit einem ersten Abschnitt 162, der ein R2R-Hauptleiternetzwerk umfasst, und einem zweiten Abschnitt 164 bereitgestellt wird. Der zweite Abschnitt 164 umfasst einen optionalen thermometercodierten Abschnitt der der schematischen Einfachheit halber als ein einzelner paralleler 2R-Widerstand 166 dargestellt ist. Der zweite Abschnitt umfasst weiterhin ein zweites und drittes R2R-Leiternetzwerk 168, 170. Somit wurde im Gegensatz zu dem in 9 gezeigten DAW 30 einer der parallelen 2R-Widerstände des zweiten Abschnitts 164 durch ein R2R-Leiternetzwerk 170 ersetzt. Die resultierende Architektur sorgt für weitere Redundanz und Auflösung in den Redundanzbits. Beispielsweise können die am wenigsten signifikanten Zweige 172, 174 des zweiten R2R-Netzwerks 168 und/oder die am wenigsten signifikanten Zweige 176, 178 des dritten R2R-Netzwerks 170 als Redundanzbits für den DAW 160 verwendet werden. Es versteht sich, dass die effektive Impedanz des dritten R2R-Netzwerks 170 äquivalent dem des ersetzten einzelnen parallelen 2R-Widerstands ist.
Sich noch weiter weg von dem in 20 gezeigten DAW 160 bewegend, zeigt 21 einen DAW 180, der gegenüber dem DAW 160 in 16 durch den Austausch eines weiteren Thermometerzweigs mit einem vierten R2R-Leiternetzwerk 182 modifiziert worden ist, wodurch noch weitere Möglichkeiten für Redundanzkonfigurationen bereitgestellt werden.
Bei noch einer weiteren Variation können anstelle von oder zusätzlich zu der Vorkehrung von Feinabgleichszweigen, wie unter Bezugnahme auf 14 beschrieben, zusätzliche Zweige den Haupt- und zweiten R2R-DAWs bereitgestellt werden, wie in 22 gezeigt, um die möglichen Schaltkonfigurationen zu vergrößern, die relativ zu einem herkömmlichen DAW äquivalenter Größe zur Verfügung stehen. 22 zeigt einen DAW 192 äquivalent dem DAW 30 von 5, abgesehen davon, dass der 2-LSB-gewichtete Zweig des R2R-Leiternetzwerks 32 von DAW 30 durch zwei parallele 1-LSB-gewichtete Zweige 196, 198 jeweils mit einem Widerstandswert von 4R ersetzt ist. Die Zweige 196, 198 können als Paar oder getrennt umgeschaltet werden. Ein entsprechendes Umschalten der Zweige des DAW 192 kann einen ausreichenden Abgleich bereitstellen, um eine etwaige Fehlanpassung beim Beitrag der signifikanteren Bits zu berücksichtigen. Es versteht sich, dass jeder der 2R-Zweige des R2R-Leiternetzwerks 194 durch eine Vielzahl paralleler Zweige mit einer kombinierten äquivalenten Gewichtung zu der des ersetzten 2R-Zweigs ersetzt werden könnte.
Es versteht sich auch, dass die unter Bezugnahme auf 22 beschriebene Ausführungsform mit anderen oben beschriebenen Ausführungsformen auf beliebige geeignete Weise kombiniert werden kann, um eine Komponentenfehlanpassung zu berücksichtigen. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen die Redundanz sowohl in dem R2R-Haupt-DAW als auch in den nachfolgenden R2R-DAWs bereitgestellt werden.
Bei den obigen Ausführungsformen haben wir uns auf das Vergrößern der Redundanz in DAWs konzentriert, um die Fälle zu reduzieren, bei denen eine Zielspannung aufgrund einer Komponentenfehlanpassung innerhalb einer Einrichtung nicht erreicht werden kann. Die Erfinder haben jedoch auch erkannt, dass Korrekturbits in oben beschriebenen Ausführungsformen auch verwendet werden können, um mit Schaltübergängen in DAWs assoziierte Ausgangsstörungen zu reduzieren. Wie in der Technik bekannt ist, kann eine Störung als eine unerwünschte Spannungsstörung, ein Überschwingen oder Unterschwingen während eines Codeübergangs beschrieben werden. Solche Spannungsvariationen können zur Einrichtungsnichtlinearität beitragen, insbesondere unter Wechselstrombedingungen. Es gibt zwei Hauptgründe für eine Störung. Der Erste ist auf die Zeitsteuerdiskrepanzen beim Schalten von mehreren Widerstandszweigen zurückzuführen. Der Zweite ist die zeitliche Variation bei der Signalausbreitung von individuellen Zweigen zum Ausgang. Dies wird durch eine RC-Verzögerung aufgrund des Widerstandswerts der Widerstände und die Eigenkapazität der Widerstände und des Substrats/Metalls jedes Zweigs verursacht. Die Auswirkung dieser Verzögerungen nimmt zu, sowohl wenn größere gewichtete Zweige eines DAW umgeschaltet werden als auch wenn eine größere Anzahl von Zweigen des DAW gleichzeitig umgeschaltet wird. Zu einem geringeren Grad nehmen solche Verzögerungen auch zu, je weiter zwei gleichzeitig umgeschaltete Zweige voneinander entfernt sind. Bei herkömmlichen R2R-DAWs nach dem Stand der Technik wird die größte Störung bei einem mittleren Code gefunden, da dies der Punkt ist, bei dem alle Widerstandszweige zur gleichen Zeit umschalten.
Zu bisherigen Versuchen zum Reduzieren der Störung hat der Einsatz Voll-segmentierter DAWs gezählt, wie durch einen vollständig thermometercodierten DAW exemplifiziert. Bei solchen Konfigurationen wird die Störung minimiert, weil sich nur ein Zweig zwischen aufeinanderfolgenden Codes ändert. Vollständig segmentierte DAWs nehmen jedoch eine Unmenge an Raum auf dem Chip relativ zu ihren R2R-Gegenstücken in Anspruch.
Ausführungsformen des segmentierten R2R mit eingebauter Redundanz wie oben beschrieben können einen Kompromiss zwischen reduzierter Störung und reduzierter Einrichtungsfläche liefern. Unter Verwendung der beispielsweise in 12 gezeigten Redundanzstruktur kann die Anzahl an Widerstandszweigen, die die Polarität zu einem beliebigen gegebenen Zeitpunkt ändern, reduziert werden. Dies kann durch den Einsatz der redundanten Bits erreicht werden, um alternative Schaltkonfigurationen bereitzustellen, um eine gegebene Ausgangsspannung zu erreichen. Zum Minimieren der Störungen besteht das Ziel darin, für einen beliebigen Übergang Folgendes bereitzustellen:

(a) so wenige Zweige wie möglich schalten zu einem Zeitpunkt,
(b) Zweige, die schalten, sollten so nahe wie möglich beieinander liegen, und
(c) Zweige, die schalten, sollten sich so nahe wie möglich am Ausgangsknoten des fraglichen DAW befinden oder alternativ sollen Zweige, die schalten, eine gleiche Impedanz relativ zum Ausgangsknoten wie die eines gleichermaßen gewichteten Gegenstücks in einem separaten R2R-Netzwerk, das ebenfalls auf ähnliche Weise schaltet, besitzen.

Der Betrieb eines Störungsreduktionsschaltverfahrens gemäß einiger Ausführungsformen wird nun unter Bezugnahme auf die 23, 24, 25 und 26 beschrieben.
Die 23 und 24 zeigen den DAW 1 von 1 beim Übergang zwischen DAW-Code 15 und Code 16. Während dieses Übergangs gehen alle der Zweige 2.1 bis 2.4 des R2R-Widerstandsnetzwerks des Abschnitts 2 zur gleichen Zeit von V_ref1 zu V_ref2 über (Umsetzen), wie eines der signifikanten Bits des zweiten Abschnitts 7 von V_ref2 zu V_ref1 übergeht. Dementsprechend bewirkt dieser Übergang eine signifikante Störung auf der Ausgangsspannung aufgrund der oben beschriebenen Effekte.
Nunmehr unter Bezugnahme auf die 25 und 26 wird der in 5 gezeigte DAW 30 dargestellt, dieses Mal beim Übergang von Code 20 in 25 zu Code 21 in 26. Bei Code 20, in 5 gezeigt, werden die Zweige 54, 56, 40, 42, 48 und 50 zurückgesetzt (umgeschaltet zu V_ref2), während die Zweige 58, 60, 44 und 46 gesetzt werden (zu V_ref1 umgeschaltet). Während des Übergangs von Code 20 zu 21 wird ein Segment 42 mit relativ großem Gewicht und somit Beitrag zur Ausgangsspannung (paralleler 2R-Widerstand 40) von V_ref2 zu V_ref1 umgeschaltet. Um die mit diesem Übergang assoziierte Störung zu minimieren, werden zwei geringergewichtete Zweige (in diesem Beispiel Zweig 60 und Zweig 44 jeweils mit einem Gewicht von 8 LSBs, d. h. der Hälfte dessen von Zweig 40) von V_ref1 zu V_ref2 umgeschaltet, wodurch ihr Beitrag zu V_out um ein Ausmaß reduziert wird, das gleich dem des segmentierten Zweigs 40 ist. Dementsprechend wird die mit dem Übergang des Zweigs 40 mit einem Gewicht von 16 LSBs assoziierte Störung durch den Übergang der beiden halbgewichtigen Zweige 60, 44 aufgehoben. Weil die gleichmäßig gewichteten Zweige 60, 44 eine im Wesentlichen gleiche Impedanz relativ zum Ausgangsknoten 57 besitzen, wird zudem eine etwaige, durch den Übergang von einem eingeführte Störung durch die andere aufgehoben.
Es versteht sich, dass zur gleichen Zeit wie die obigen Übergänge, so dass die Ausgangsspannung am Ausgangsknoten 57 den zunehmenden Code von 20 zu 21 wiedergibt, der am wenigsten signifikante Zweig 54 von V_ref2 zu V_ref1 übergeht. Aufgrund der vergleichbaren Insignifikanz des Gewichts dieses Zweigs 54 jedoch ist eine etwaige, durch diesen Übergang eingeführte Störung insignifikant im Vergleich zu der Störung, die anderweitig mit dem hochgewichteten Zweig 40 assoziiert gewesen wäre, der unter Verwendung eines herkömmlichen Schaltverfahrens von V_ref2 zu V_ref1 übergeht.
Das Verfahren zum Reduzieren einer Störung während des Übergangs von hochgewichteten Zweigen des Redundanz-DAW kann unter Bezugnahme auf 27 beschrieben werden, die eine vereinfachte Version des Redundanz-DAW gemäß einiger Ausführungsformen dieser Offenbarung zeigt. In 27 sind Schalter der Widerstandszweige nicht gezeigt. Stattdessen sind die Widerstandszweige des DAW entweder auf V_ref1 oder V_ref2 festgelegt gezeigt. Es versteht sich, dass die Schalter vorliegen, aber nicht gezeigt sind, und in jedem Fall kann jeder Widerstandszweig V_ref1 und V_ref2 umgeschaltet werden. Der DAW 190 kann ein R2R-Hauptwiderstandsleiternetzwerk in einem ersten Abschnitt, einen zweiten Abschnitt, der mehrere parallele Stromflusszweige enthalten kann, und eine zweite R2R-Leiter mit einer inhärenten Redundanz umfassen (alle nicht gezeigt). Während des Übergangs des signifikantesten Bits 194 von V_ref1 zu V_ref2 werden zwei Zweige 196, 198, die bevorzugt auf beiden Seiten des Ausgangsknotens V_out positioniert sind und jeweils ein Gewicht gleich der Hälfte des Gewichts des signifikantesten Zweigs 194 besitzen, gleichzeitig von V_ref1 auf V_ref2 umgeschaltet. Dementsprechend hebt die mit dem Schaltübergang des Zweigs 196 des R2R-Haupt-DAW assoziierte Verzögerung die mit dem Schalten des Zweigs 198 im zweiten R2R-DAW assoziierte Verzögerung aufgrund ihrer Positionierung und jeweiligen Impedanzen relativ zum Ausgangsknoten V_out auf.
Es versteht sich, dass bei einer bevorzugten Ausführungsform dieser Übergang mit einem Übergang des am wenigsten signifikanten Bit von V_ref2 zu V_ref1 zusammenfällt, so dass die Ausgangsspannung mit dem Inkrement beim DAC-Eingangscode steigt. Dies ist in 28 deutlicher gezeigt, die den Schalterstatus jedes der Zweige des in 16 gezeigten DAW, die gemäß einem Störungsreduktionsverfahren geschaltet werden, aufführt. Zuerst unter Bezugnahme auf den Übergang von dem DAW-Code 10 zu Code 11 wird ein Zweig mit einem Gewicht von 8 LSBs von logisch 0 auf logisch 1 umgeschaltet und gleichzeitig werden zwei Zweige mit einem Gewicht von 4 LSBs von logisch 1 auf logisch 0 umgeschaltet und das am wenigsten signifikante Bit geht von logisch 0 auf logisch 1 über. Analog geht beim Übergang vom DAW-Code 20 auf 21 der bei 16 LSBs gewichtete Zweig (ein segmentierter Teil) von logisch 0 auf logisch 1 über und gleichzeitig gehen die beiden bei 8 LSBs gewichteten Zweige von logisch 1 auf logisch 0 über. Wieder fällt dieser Übergang mit einem Übergang des am wenigsten signifikanten Bit von logisch 0 auf logisch 1 zusammen.
Es versteht sich, dass das Störungsreduktionsschaltmuster den Abgleichskorrekturbereich zur gleichen Zeit verringert, wie eine Störung innerhalb des DAW reduziert wird. Dementsprechend kann in einigen Situationen ein Kompromiss zwischen dem Störungsreduktionsschaltverfahren, bei dem eine Störung minimiert wird, und einem Redundanzverfahren, bei dem der Bereich der Korrektur, der für die Ausgangsspannung zur Verfügung steht, maximiert wird, erfolgen.
Wenngleich Ausführungsformen unter Bezugnahme auf Spannungsmodus-DAWs beschrieben worden sind, versteht sich, dass Strommodusäquivalente analog implementiert werden können. Es versteht sich auch, dass oben beschriebene Verfahren zum Reduzieren einer Störung für Strommoduseinrichtungen relevant sein können, die größere Schaltstörung aufweisen als Spannungsmoduseinrichtungen, da ihre Schalter direkt mit der oder den Ausgangsleitungen verbunden sind.
Es versteht sich auch, dass die oben beschriebenen DAWs unter Verwendung diskreter Komponenten oder auf einer oder mehreren integrierten Schaltungen implementiert werden können. Um die Linearität zu vergrößern, werden Widerstandszweige von in ICs implementierten DAWs bevorzugt im gleichen Fabrikationsschritt abgeschieden.
Es ist somit möglich, einen verbesserten DAW bereitzustellen.

Claims

Digital-Analog-Wandler (30, 100, 120, 150, 160, 180, 190, 192), der Folgendes umfasst: einen ersten Abschnitt (32, 122, 152, 162) mit einer ersten Vielzahl von Stromflusswegen, die binäre gewichtete Werte in dem Digital-Analog-Wandler bilden; und einen zweiten Abschnitt (34, 123, 153, 164), der mit dem ersten Abschnitt verbunden ist und eine zweite Vielzahl von Stromflusswegen besitzt; wobei jeder der ersten und zweiten Vielzahl von Stromflusswegen zwischen einem ersten und einem zweiten Knoten umgeschaltet werden kann und wobei Gewichtungen von einem oder mehreren der zweiten Vielzahl von Stromflusswegen theoretisch gleich Gewichtungen von einem oder mehreren der ersten Vielzahl von Stromflusswegen sind, um im ersten Abschnitt eine Redundanz bereitzustellen.
Digital-Analog-Wandler (30, 100, 120, 150, 160, 180, 190, 192) nach Anspruch 1, wobei der erste (32, 122, 152, 162) und zweite (34, 123, 153, 164) Abschnitt durch eine gemeinsame Verbindung mit einem Ausgangsknoten (V_OUT, 57) des Digital-Analog-Wandlers miteinander verbunden sind.
Digital-Analog-Wandler (30, 100, 120, 150, 160, 180, 190, 192) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite Vielzahl von Stromflusswegen binäre gewichtete Werte in dem Digital-Analog-Wandler bildet.
Digital-Analog-Wandler (30, 100, 120, 150, 160, 180, 190, 192) nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei der erste Knoten mit einer ersten Referenzspannung (V_REF1) verbunden ist und der zweite Knoten mit einer zweiten Referenzspannung (V_REF2) verbunden ist.
Digital-Analog-Wandler (30, 100, 120, 150, 160, 180, 190, 192) nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei der zweite Abschnitt (34, 123, 153, 164) weiterhin eine dritte Vielzahl von Stromflusswegen umfasst, die gleichermaßen gewichtete Werte im Digital-Analog-Wandler bilden.
Digital-Analog-Wandler (30, 100, 120, 150, 160, 180, 190, 192) nach Anspruch 5, weiterhin umfassend einen Controller, der dahingehend arbeiten kann, Schalter zum Steuern jedes der Stromflusswege des Digital-Analog-Wandlers anzusteuern, um den Übergang eines oder mehrerer der dritten Vielzahl von Stromflusswegen zu verzögern, bis einer oder mehrere niedrigergewichtete Stromflusswege des ersten Abschnitts (32, 122, 152, 162) in eine Verbindung mit dem ersten Knoten geschaltet sind.
Digital-Analog-Wandler (30, 100, 120, 150, 160, 180, 190, 192) nach Anspruch 6, wobei der Controller mindestens einige der Schalter des Digital-Analog-Wandlers als Reaktion auf einen Fehlerwert ansteuert, der mindestens teilweise aus Fehlern bei Werten von Komponenten im Digital-Analog-Wandler resultiert oder der aufgrund von Änderungen von Werten von Komponenten, die während des Betriebs auftreten, resultiert.
Digital-Analog-Wandler (30, 100, 120, 150, 160, 180, 190, 192) nach Anspruch 7, wobei der Fehlerwert aus Fehlern bei Werten von Komponenten des Digital-Analog-Wandlers resultiert, die einen signifikanten Beitrag zur Ausgangsspannung des Digital-Analog-Wandlers besitzen.
Digital-Analog-Wandler (30, 100, 120, 150, 160, 180, 190, 192) nach Anspruch 6, 7 oder 8, weiterhin umfassend einen Speicher zum Speichern eines oder mehrerer der Komponentenwerte oder Fehlerwerte von Komponenten in dem Digital-Analog-Wandler.
Digital-Analog-Wandler (30, 100, 120, 150, 160, 180, 190, 192) nach Anspruch 6, 7, 8 oder 9, wenn diese mittelbar auf Anspruch 4 rückbezogen sind, wobei ein erster Stromflussweg der ersten Vielzahl von Stromflusswegen und ein zweiter Stromflussweg der zweiten Vielzahl von Stromflusswegen einen kombinierten Ausgangsspannungsbeitrag von N Volt besitzen und wobei der Controller dahingehend arbeiten kann, die Schalter des Digital-Analog-Wandlers derart anzusteuern, dass ein Übergang der ersten und zweiten Stromflusswege von der ersten Referenzspannung zur zweiten Referenzspannung mit einem Übergang eines dritten Stromflusswegs des Digital-Analog-Wandlers mit einem Ausgangsspannungsbeitrag von N Volt von der zweiten Referenzspannung zur ersten Referenzspannung zusammenfällt.
Digital-Analog-Wandler (30, 100, 120, 150, 160, 180, 190, 192) nach Anspruch 3 oder einem der Ansprüche 4 bis 10 bei Abhängigkeit von Anspruch 3, wobei der zweite Abschnitt (34, 123, 153, 164) weiterhin eine vierte Vielzahl von Stromflusswegen umfasst, die binäre gewichtete Werte im Digital-Analog-Wandler bilden.
Verfahren zum Ansteuern eines Digital-Analog-Wandlers (30, 100, 120, 150, 160, 180, 190, 192) mit einem ersten Abschnitt (32, 122, 152, 162), wobei der erste Abschnitt eine erste Vielzahl von Stromflusswegen umfasst, die binäre gewichtete Werte im Digital-Analog-Wandler bilden, und einen zweiten Abschnitt (34, 123, 153, 164), der eine zweite Vielzahl von Stromflusswegen umfasst, wobei der erste und zweite Abschnitt jeweils zu einem Signal an einem Digital-Analog-Wandler-Ausgangsknoten beitragen und wobei jeder der Stromflusswege in dem ersten und zweiten Abschnitt zwischen ersten und zweiten Knoten geschaltet werden kann, wobei Gewichtungen eines oder mehrerer von Stromflusswegen der zweiten Vielzahl von Stromflusswegen theoretisch gleich Gewichtungen eines oder mehrerer Stromflusswege der ersten Vielzahl von Stromflusswegen sind, um eine Redundanz im ersten Abschnitt bereitzustellen, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Empfangen eines Digital-Analog-Wandler-Eingangscodes; Ableiten eines Digital-Analog-Wandler-Ausgangscodes, der von dem Eingangscode abweicht; und Ansteuern der Schalter des Digital-Analog-Wandlers auf der Basis des DAW-Ausgangscodes.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Digital-Analog-Wandler-Ausgangscode derart abgeleitet wird, dass ein Übergang eines gewichteten Stromflussweges mit einer ersten Gewichtung nur stattfindet, wenn ein oder mehrere gewichtete Stromflusswege des ersten binären gewichteten Abschnitts und mit Gewichtungen kleiner als der ersten Gewichtung in eine Verbindung mit dem zweiten Knoten geschaltet werden.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei der Schritt des Ableitens des Digital-Analog-Wandler-Ausgangscodes Folgendes umfasst: Berechnen eines Fehlerwerts auf der Basis eines oder mehrerer Fehler bei Werten von Komponenten im Digital-Analog-Wandler und Verstellen des DAW-Ausgangscodes mindestens teilweise auf der Basis des berechneten Fehlerwerts.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Wert eines Fehlers aus Fehlern in Werten von Stromflusswegen des Digital-Analog-Wandlers mit einem Beitrag über einem ersten Schwellwert zur Ausgangsspannung des Digital-Analog-Wandlers resultiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12, 13, 14 oder 15, wobei der Digital-Analog-Wandler-Ausgangscode derart abgeleitet wird, dass ein erster Stromflussweg der ersten Vielzahl von Stromflusswegen und ein zweiter Stromflussweg der zweiten Vielzahl von Stromflusswegen mit einem kombinierten Ausgangsspannungsbeitrag von N Volt vom ersten Knoten zum zweiten Knoten zu der Zeit umgeschaltet wird, wenn ein dritter Stromflussweg des Digital-Analog-Wandlers mit einem Ausgangsspannungsbeitrag von N Volt vom zweiten Knoten zum ersten Knoten umgeschaltet wird.
Integrierte Schaltung, die einen Digital-Analog-Wandler (30, 100, 120, 150, 160, 180, 190, 192) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 umfasst.
Digital-Analog-Wandler (30, 100, 120, 150, 160, 180, 190, 192), der Folgendes umfasst: einen ersten Abschnitt (32, 122, 152, 162) mit einer ersten Vielzahl von Stromflusswegen, die binäre gewichtete Werte im Digital-Analog-Wandler bilden; und einen zweiten Abschnitt (34, 123, 153, 164), der mit dem ersten Abschnitt an einem Ausgangsknoten des Digital-Analog-Wandlers verbunden ist, wobei der zweite Abschnitt eine zweite Vielzahl von Stromflusswegen besitzt, die binäre gewichtete Werte im Digital-Analog-Wandler bilden, und eine dritte Vielzahl von Stromflusswegen, die gleichermaßen gewichtete Werte im Digital-Analog-Wandler bilden, wobei jeder der ersten und zweiten Vielzahl von Stromflusswegen zwischen ersten und zweiten Knoten umgeschaltet werden kann und wobei Gewichtungen von einem oder mehreren der zweiten Vielzahl von Stromflusswegen theoretisch gleich Gewichtungen von einem oder mehreren der ersten Vielzahl von Stromflusswegen sind, um im ersten Abschnitt eine Redundanz bereitzustellen.