DE102015102769A1

DE102015102769A1 - Digital-analog-wandler mit korrektur von parasitärem routing-widerstand

Info

Publication number: DE102015102769A1
Application number: DE102015102769.0A
Authority: DE
Inventors: Avinash Gutta; Sharad Vijaykumar
Original assignee: Analog Devices Global ULC
Current assignee: Analog Devices International ULC
Priority date: 2014-03-10
Filing date: 2015-02-26
Publication date: 2015-09-10
Anticipated expiration: 2035-02-27
Also published as: US9124282B1; CN104917531A; CN104917531B; DE102015102769B4; US20150256192A1

Abstract

Eine Ausführungsform einer Digital-Analog-Wandlerschaltung umfasst ein Widerstandselementnetz, das mit einem Ausgangsknotenpunkt verbunden ist, ein Schalternetz mit einer ersten Vielzahl von Schaltern, die das Widerstandselementnetz mit einem ersten Schaltungsknotenpunkt verbinden, und einer zweiten Vielzahl von Schaltern, die das Widerstandselementnetz mit einem zweiten Schaltungsknotenpunkt verbinden, eine Spannungsreferenz zum Zuführen einer Referenzspannung zu dem ersten Schaltungsknotenpunkt und einen Stromgenerator, der mit dem ersten Schaltungsknotenpunkt und dem zweiten Schaltungsknotenpunkt verbunden ist, um einen Kompensationsstrom zu erzeugen, den Kompensationsstrom aus dem ersten Schaltungsknotenpunkt zu entnehmen und den Kompensationsstrom dem zweiten Schaltungsknotenpunkt zuzuführen. Der Stromgenerator kann den Kompensationsstrom als Funktion eines Stroms oder einer Spannung einer Komponente der Spannungsreferenz oder als Funktion einer analogen Ausgangsspannung, die an dem Ausgangsknotenpunkt produziert wird, erzeugen.

Description

HINTERGRUNDINFORMATION
Viele Typen von Digital-Analog-Wandler-(digital-to-analog converter – DAC-)Schaltungen weisen ein Widerstandselementnetz mit einzelnen Widerständen auf, die mittels eines Schalternetzes entweder mit einer Referenzspannung oder Masse als Funktion von einzelnen Bits eines digitalen Eingangs verbunden sind. Eine analoge Ausgangsspannung, die an einem Knotenpunkt des Widerstandselementnetzes produziert wird, stellt typischerweise eine Umwandlung des digitalen Eingangs in die analoge Domäne dar.
Bei der Verwendung solcher Widerstandselement- und Schalternetze in DAC-Schaltungen treten jedoch bestimmte Probleme auf. Verbindungen des Widerstandselementnetzes über das Schalternetz mit der Referenzspannung oder Masse hängen vom Wert des digitalen Eingangs zu jedem vorgegebenen Zeitpunkt ab, und daher erfahren elektrische Leitungen, die die Referenzspannung und Masse zuführen, eine variable Stromentnahme. Des Weiteren weisen die Widerstandselement- und Schalternetze typischerweise eine relativ große Anzahl von Widerständen und Schaltern auf, die mit diesen elektrischen Leitungen verbunden sind, wobei diese Verbindungen über eine physikalische Abmessung der elektrischen Leitung verteilt sind, was dazu führt, dass parasitäre Widerstände zwischen den Verbindungen in der elektrischen Leitung vorhanden sind. Die variable Stromentnahme wird dann mit den verteilten parasitären Widerständen der elektrischen Leitungen kombiniert, um Spannungspegel zu produzieren, die zu den einzelnen Schaltern und Widerstandselementen des Schalter- und des Widerstandselementnetzes geliefert werden und die sich von den vorgesehenen Referenzspannungs- oder Massespannungswerten als Funktion des digitalen Eingangs unterscheiden, wodurch die Linearität der DAC-Schaltung verschlechtert wird.
Daher besteht Bedarf an DAC-Schaltungen mit Schalter- und Widerstandselementnetzen, die mit einer oder mehreren Referenz- oder Massespannungen als Funktion des digitalen Eingangs verbunden sind, die jedoch eine verbesserte Linearität bei Vorhandensein von verteilten parasitären Widerständen der elektrischen Leitungen, welche diese Referenz- oder Massespannungen zuführen, zeigen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Damit Merkmale der vorliegenden Erfindung verständlich werden, wird nachstehend eine Anzahl von Zeichnungen beschrieben. Die beiliegenden Zeichnungen zeigen jedoch nur besondere Ausführungsformen der Erfindung und dürfen daher nicht als deren Umfang einschränkend angesehen werden, da die Erfindung andere gleichermaßen effektive Ausführungsformen umfassen kann.
1 ist ein Schaltschema mit Darstellung einer Ausführungsform einer DAC-Schaltung, die einen Stromgenerator aufweist.
2A und 2B sind Querschnittansichten von Ausführungsformen eines ersten bzw. eines zweiten Schaltungsknotenpunkts der DAC-Schaltung von 1.
3 ist ein Schaltschema mit Darstellung einer Ausführungsform des Stromgenerators und anderer Abschnitte der DAC-Schaltung von 1.
4 ist ein Schaltschema mit Darstellung einer weiteren Ausführungsform des Stromgenerators und anderer Abschnitte der DAC-Schaltung von 1.
5 ist ein Diagramm mit Darstellung einer Ausführungsform des Kompensationsstroms, der als Funktion eines digitalen Eingangs in die DAC-Schaltung von dem Stromgenerator von 4 erzeugt wird.
6 ist ein Diagramm mit Darstellung einer integralen Nichtlinearität der DAC-Schaltung von 3 und einer DAC-Schaltung, die nicht mit einem Kompensationsstrom versorgt wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine Ausführungsform einer DAC-Schaltung kann ein Widerstandselementnetz, das mit einem Ausgangsknotenpunkt verbunden ist, ein Schalternetz mit einer ersten Vielzahl von Schaltern, die das Widerstandselementnetz mit einem ersten Schaltungsknotenpunkt verbinden, und einer zweiten Vielzahl von Schaltern, die das Widerstandselementnetz mit einem zweiten Schaltungsknotenpunkt verbinden, eine Spannungsreferenz zum Zuführen einer Referenzspannung zu dem ersten Schaltungspunkt und einen Stromgenerator, der mit dem ersten Schaltungsknotenpunkt und dem zweiten Schaltungsknotenpunkt verbunden ist, um einen Kompensationsstrom zu erzeugen, den Kompensationsstrom aus dem ersten Schaltungsknotenpunkt zu entnehmen und den Kompensationsstrom dem zweiten Schaltungsknotenpunkt zuzuführen, aufweisen.
Der Stromgenerator kann den Kompensationsstrom so erzeugen, dass dieser einen Wert aufweist, der einer Subtraktion eines ersten DAC-Stroms, den das Schalternetz aus dem ersten Schaltungsknotenpunkt in das Widerstandselementnetz entnimmt, von einem konstanten Wert im Wesentlichen gleich ist, um dadurch einen Konstantstrom zumindest in einem Abschnitt des ersten und des zweiten Schaltungsknotenpunkts bei Vorhandensein eines variierenden digitalen Eingangs aufrechtzuerhalten.
Der Stromgenerator kann den Kompensationsstrom als Funktion des mindestens einen Stroms oder Spannung einer Komponente der Spannungsreferenz erzeugen. Zum Beispiel kann der Stromgenerator den Kompensationsstrom als Funktion mindestens eines Stroms oder Spannung eines Ausgangstransistors der Spannungsreferenz, die die Referenzspannung dem ersten Schaltungsknotenpunkt zuführt, erzeugen. Zu diesem Zweck kann der Stromgenerator mindestens einen Transistor zum Nachbilden des Stroms in dem Ausgangstransistor der Spannungsreferenz, eine Stromverarbeitungsschaltung zum Subtrahieren eines Stroms mit einem Wert, der dem nachgebildeten Strom im Wesentlichen gleich ist, von einer Konstanten zum Erzeugen eines Werts des Kompensationsstroms und einen Transistor zum Entnehmen des Kompensationsstroms aus dem ersten Schaltungsknotenpunkt und Zuführen des Kompensationsstroms zu dem zweiten Schaltungsknotenpunkt aufweisen.
Der Stromgenerator kann alternativ den Kompensationsstrom als Funktion einer analogen Ausgangsspannung erzeugen, die an dem Ausgangsknotenpunkt der DAC-Schaltung produziert wird und einer Umwandlung eines digitalen Eingangs in den analogen Bereich entspricht. Zu diesem Zweck kann der Stromgenerator eine Vielzahl von Verstärkerschaltungen zum Erzeugen des Kompensationsstroms als Funktion der analogen Ausgangsspannung aufweisen, einschließlich einer ersten Verstärkerschaltung, welche in einer negativen Rückkopplungskonfiguration angeordnet ist, um eine Steuerspannung als Differenzfunktion auf der Basis der analogen Ausgangsspannung und der Referenzspannung zu erzeugen, und einer zweiten Verstärkerschaltung, die in einer negativen Rückkopplungskonfiguration angeordnet ist, um eine Spannung über ein Widerstandselement und eine Gate-zu-Source-Spannung eines Transistors als Funktion der Steuerspannung, die von der ersten Verstärkerschaltung erzeugt wird, zu regeln, wobei der Transistor den Kompensationsstrom aus dem ersten Schaltungsknotenpunkt entnimmt und das Widerstandselement den Kompensationsstrom dem zweiten Schaltungsknotenpunkt zuführt.
Der erste und der zweite Schaltungsknotenpunkt können eine erste bzw. eine zweite Region aus leitendem Material aufweisen. Die Spannungsreferenz kann die Referenzspannung der ersten Leiterregion an einer ersten Stelle zuführen und der Stromgenerator kann den Kompensationsstrom aus der ersten Leiterregion an einer zweiten Stelle entnehmen, wobei die erste Vielzahl von Schaltern mit der ersten Leiterregion an Stellen zwischen der ersten und der zweiten Stelle verbunden ist. Auf im Wesentlichen gleiche Weise kann der Stromgenerator den Kompensationsstrom aus der zweiten Leiterregion an einer ersten Stelle entnehmen und kann eine Masse der zweiten Leiterregion an einer zweiten Stelle zugeführt werden, wobei die zweite Vielzahl von Schaltern mit der zweiten Leiterregion an Stellen zwischen der ersten und der zweite Stelle verbunden ist.
1 zeigt eine Ausführungsform einer DAC-Schaltung 20 zum Produzieren eines analogen Ausgangs VOUT, der einem empfangenen digitalen Eingang DIN entspricht und eine Korrektur aufweist, die implementiert ist, um die Linearität bei Vorhandensein von verteilten parasitären Widerständen eines ersten und eines zweiten leitenden Knotenpunkts 36, 40, die eine Referenz- und eine Massespannung VREF, GND zuführen, zu verbessern. Die gezeigte DAC-Schaltung 20 weist ein Widerstandselementnetz 24, ein Schalternetz 28, eine Spannungsreferenz 32, einen ersten und einen zweiten Schaltungsknotenpunkt 36, 40 und einen Stromgenerator 44 auf.
Das Widerstandselementnetz 24 kann eine Vielzahl von Verzweigungen aufweisen, wobei jede Verzweigung ein oder mehrere Widerstandselemente R01, R02 ... RN1, RN2 aufweist und jede Verzweigung mit einem Ausgangsknotenpunkt VOUT an einem und einem entsprechenden einen einer Vielzahl von Schalterpaaren SP0 ... SPN des Schalternetzes 28 am anderen Ende verbunden ist. Das Schalternetz 28 kann eine Vielzahl von Paaren von Schaltern SP0 ... SPN aufweisen, wobei jedes Paar mit einer entsprechenden Verzweigung des Widerstandselementnetzes an einem ersten Durchführungsanschluss verbunden ist und einen entsprechenden einen einer ersten Vielzahl der Schalter S01 ... SN1, der mit dem ersten Schaltungsknotenpunkt 36 an einem zweiten Durchführungsanschluss verbunden ist, und einen entsprechenden einen einer zweiten Vielzahl der Schalter S02 ... SN2, der mit dem zweiten Schaltungsknotenpunkt 40 an dem zweiten Durchführungsanschluss verbunden ist, aufweist. Jeder Schalter jedes Schalterpaars SP0 ... SPN kann an einem Steueranschluss ein jeweiliges Bit D0 ... DN oder inverses Bit D0B ... DNB des digitalen Eingangs DIN empfangen und entsprechend diesem elektrisch wirksam oder unwirksam gemacht werden.
Der erste Schaltungsknotenpunkt 36 kann eine erste Region aus leitendem Material, wie z. B. eine erste geradlinige Region aus leitendem Material, aufweisen, die mit der ersten Vielzahl von Schaltern S01 ... SN1 des Schalternetzes 28 an einer Vielzahl von Stellen der Region und mit einer Referenzspannung VREF an einer anderen Stelle der Region verbunden ist. Der zweite Schaltungsknotenpunkt 40 kann eine zweite Region aus leitendem Material, wie z. B. eine zweite geradlinige Region aus leitendem Material, aufweisen, die mit der zweiten Vielzahl von Schaltern S02 ... SN2 des Schalternetzes 28 an einer Vielzahl von Stellen der Region und mit Masse GND oder wahlweise alternativ einer zweiten Referenzspannung einer anderen Stelle der Region verbunden ist.
Die Spannungsreferenz 32 kann die Referenzspannung VREF erzeugen und dem ersten Schaltungsknotenpunkt 36 zuführen. Bei Ausführungsformen kann die Spannungsreferenz 32 ferner wahlweise die zweite Referenzspannung erzeugen und dem zweiten Schaltungsknotenpunkt 40 zuführen.
Bei Betrieb können die einzelnen Bits D0 ... DN und entsprechenden inversen Bits D0B ... DNB des digitalen Eingangs DIN zu den Schaltern des Schalternetzes 28 verteilt werden und den Betrieb desselben steuern, um jede Verzweigung des Widerstandselementnetzes 24 über den ersten und den zweiten Schaltungsknotenpunkt 36, 40 entweder mit der Referenzspannung VREF oder Masse GND zu verbinden. Jeder vorgegebene Wert des digitalen Eingangs DIN kann somit zu einer entsprechenden einzigartigen Konfiguration von Widerstandselement-Verzweigungsverbindungen zwischen dem ersten Schaltungsknotenpunkt 36, dem Ausgangsknotenpunkt VOUT und dem zweiten Schaltungsknotenpunkt 40 führen, wobei die analoge Ausgangsspannung VOUT entsprechend dem digitalen Eingang DIN an dem Ausgangsknotenpunkt produziert wird. Für jeden Wert des digitalen Eingangs DIN kann ein entsprechender einzigartiger Wert oder physikalische Verteilung eines ersten DAC-Stroms IDAC1 aus der Spannungsreferenz 32 durch den ersten Schaltungsknotenpunkt 36 und zu denjenigen der ersten Vielzahl von Schaltern S01 ... SN1, die den ersten Schaltungsknotenpunkt 36 mit dem Widerstandselementnetz 28 verbinden, für diesen Wert des digitalen Eingangs DIN entnommen werden. Auf im Wesentlichen gleiche Weise kann für jeden Wert des digitalen Eingangs DIN ein einsprechender einzigartiger Wert oder physikalische Verteilung eines zweiten DAC-Stroms IDAC2 durch den zweiten Schaltungsknotenpunkt 40 zu Masse GND aus denjenigen der zweiten Vielzahl von Schaltern S02 ... SN2, die den zweiten Knotenpunkt 40 mit dem Widerstandselementnetz 28 verbinden, für diesen Wert des digitalen Eingangs DIN entnommen werden.
Der Stromgenerator 44 kann einen ersten Kompensationsstrom ICOMP1 erzeugen und aus dem ersten Schaltungsknotenpunkt 36 entnehmen und einen zweiten Kompensationsstrom ICOMP2 erzeugen und dem zweiten Schaltungsknotenpunkt 40 zuführen, um zumindest teilweise die Schwankung des ersten und des zweiten DAC-Stroms IDAC1, IDAC2 und jede Verschlechterung der Linearität der DAC-Schaltung, die daraus resultieren kann, zu kompensieren.
Bei einer Ausführungsform können der erste und der zweite Kompensationsstrom ICOMP1, ICOMP2 Werte aufweisen, die so gewählt sind, dass sie im Wesentlichen gleich einem Wert sind, der benötigt wird, um einen ersten und einen zweiten Konstantstrom ICONST1, ICONST2 zumindest in einem Abschnitt des ersten bzw. des zweiten Schaltungsknotens 36, 40 bei Vorhandensein des variablen ersten und zweiten DAC-Stroms IDAC1, IDAC2 aufrechtzuerhalten. Das heißt, dass der erste und der zweite Kompensationsstrom ICOMP1, ICOMP2 so gewählt sein können, dass sie Werte aufweisen, die die folgenden Gleichungen erfüllen: ICOMP1 = ICONST1 – IDAC1; und (1) ICOMP2 = ICONST2 – IDAC2. (2)
Des Weiteren können bei einer Ausführungsform der erste und der zweite Kompensationsstrom ICOMP1, ICOMP2 Werte aufweisen, die so gewählt sind, dass sie einander im Wesentlichen gleich sind und als Kompensationsstrom ICOMP bezeichnet werden und einem Wert im Wesentlichen gleich sind, der benötigt wird, um einen Konstantstrom ICONST zumindest in einem Abschnitt des ersten oder des zweiten Schaltungsknotenpunkts 36, 40 bei Vorhandensein des ersten und des zweiten DAC-Stroms IDAC1, IDAC2 aufrechtzuerhalten. Das heißt, dass der Kompensationsstrom ICOMP so gewählt sein kann, dass er einen Wert aufweist, der zumindest eine der folgenden Gleichungen erfüllt: ICOMP = ICONST – IDAC1; oder (3) ICOMP = ICONST – IDAC2. (4)
Ferner können bei einer Ausführungsform der erste und der zweite DAC-Strom IDAC1, IDAC2 als einander im Wesentlichen gleich angesehen werden und als Leiterknotenpunkt-Strom IDAC bezeichnet werden, und der Kompensationsstrom ICOMP kann so gewählt sein, dass er einen Wert aufweist, der die folgende Gleichung erfüllt: ICOMP = ICONST – IDAC. (5)
Durch das Aufrechterhalten von im Wesentlichen konstanten Strömen zumindest in Abschnitten des ersten und/oder des zweiten Schaltungsknotenpunkts 36, 40 kann die Linearität der DAC-Schaltung 20 verbessert werden durch zumindest teilweises Eliminieren von Abweichungen aus der Referenzspannung VREF und Masse GND an den Verbindungen des ersten und des zweiten Schaltungsknotenpunkts 36, 40 mit den Durchführungsanschlüssen der ersten und der zweiten Vielzahl von Schaltern S01 ... SN1, S02 ... SN2 des Schaltnetzes 28, die andernfalls aus dem variablen ersten und zweiten DAC-Strom IDAC1, IDAC2, falls diese unkompensiert bleiben, angesichts der verteilten parasitären Widerstände des ersten und des zweiten Schaltungsknotenpunkts 36, 40 resultieren können.
Der Stromgenerator 40 kann ferner wahlweise einen weiteren Strom dem ersten Schaltungsknotenpunkt 36 zuführen oder die analoge Ausgangsspannung VOUT der DAC-Schaltung 20 empfangen, wie bei den Ausführungsformen von 3 und 4, die nachstehend diskutiert werden, was in 1 durch die mit einer gestrichelten Linie dargestellten Verbindungen zwischen dem Stromgenerator 40 und anderen Komponenten der DAC-Schaltung 20 gezeigt ist.
Die erste und die zweite Region aus einem leitenden Material des ersten und des zweiten Schaltungsknotenpunkts können eine oder mehrere physikalische Abmessungen in einer Ebene aufweisen, wobei die erste und die zweite Vielzahl von Schaltern S01 ... SN1, S02 ... SN2 des Schalternetzes 28 in Abständen entlang einer dieser physikalischen Abmessungen mit dem ersten bzw. dem zweiten Schaltungsknotenpunkt 36, 40 verbunden sind, und der Stromgenerator 44 kann den Kompensationsstrom ICOMP aus dem ersten Schaltungsknotenpunkt 36 entnehmen und den Kompensationsstrom ICOMP dem zweiten Schaltungspunkt 40 an Stellen in diesen Regionen aus leitendem Material zuführen, die so gewählt sind, dass sie die Effektivität des Kompensationsstroms ICOMP beim Kompensieren der Schwankung des ersten und des zweiten Leiterknotenpunkt-Stroms ICAC1, IDAC2 optimieren.
2A und 2B zeigen Ausführungsformen der physikalischen Implementierung des ersten und des zweiten Schaltungsknotenpunkts 36, 40 und deren Verbindungen mit der Spannungsreferenz 32, dem Stromgenerator 44, der ersten und der zweiten Vielzahl von Schaltern S01 ... SN1, S02 ... SN2 des Schalternetzes 28. Der erste und der zweite Schaltungsknotenpunkt 36, 40 können eine erste und eine zweite Region 38, 42 aus leitendem Material, wie z. B. eine erste und eine zweite geradlinige Region aus leitendem Material, mit einer oder mehreren physikalischen Gesamtabmessungen, wie z. B. Gesamtlängen und -breiten, aufweisen. Die erste Vielzahl von Schaltern S01 ... SN1 des Schalternetzes 28 kann in regelmäßigen Abschnitten entlang einer der physikalischen Gesamtabmessungen, wie z. B. entlang der Gesamtlänge, der ersten Region aus leitendem Material 38 geschaltet sein, und die zweite Vielzahl von Schaltern S02 ... SN2 des Schalternetzes 28 kann in regelmäßigen Abständen entlang einer der physikalischen Gesamtabmessungen, wie z. B. entlang der Gesamtlänge, der zweiten Region aus leitendem Material 42 geschaltet sein.
Die erste und die zweite Region aus leitendem Material 38, 42 des ersten und des zweiten Schaltungsknotenpunkts 36, 40 können als Vielzahl von parasitären Widerständen RP10 ... RP1N1, RP20 ... RP2N1, die zwischen der ersten und der zweiten Stelle der Regionen aus leitendem Material 38, 42 entlang einer der physikalischen Abmessungen dieser Regionen elektrisch in Reihe geschaltet sind, dargestellt sein, wie durch gestrichelte Linien in 2A und 2B gezeigt ist. Diese Folgen von parasitären Widerständen RP10 ... RP1N1, RP20 ... RP2N1 können die parasitären Widerstände RP10, RP20 zwischen der ersten Stelle der Regionen aus leitendem Material 38, 42 und den ersten Verbindungen mit den Schaltern S01, S02 des ersten Schalterpaars SP0 des Schalternetzes 28, die parasitären Widerstände RP11 ... RP1N, RP21 ... RP2N zwischen jeder Verbindung von Schaltern eines vorgegebenen Schalterpaars des Schalternetzes 28 mit den Schaltern eines nächsten Schalterpaars des Schalternetzes 28 und die parasitären Widerstände RP1N1, RP2N1 zwischen einer letzten Verbindung mit den Schaltern SN1, SN2 eines letzten Schalterpaars SPN des Schalternetzes 28 und der zweiten Stelle der Regionen aus leitendem Material 38, 42 aufweisen.
Der Stromgenerator 44 kann den Kompensationsstrom ICOMP aus dem ersten Schaltungsknotenpunkt 36 entnehmen und den Kompensationsstrom ICOMP dem zweiten Schaltungsknotenpunkt 40 an Stellen der ersten und der zweiten Region aus leitendem Material 38, 42 zuführen, die gewählt sind, um die Effektivität des Kompensationsstroms ICOMP beim Kompensieren der Schwankung des ersten und des zweiten DAC-Stroms IDAC1, IDAC2 zu optimieren. Bei einer Ausführungsform kann der Stromgenerator 44 so mit dem ersten und dem zweiten Schaltungsknotenpunkt 36, 40 an Stellen der ersten und der zweiten Region aus leitendem Material 38, 42 verbunden sein, dass die Verbindungen der ersten und der zweiten Vielzahl von Schaltern S01 ... SN1, S02 ... SN2 des Schalternetzes 28 oder alternativ ein Teilsatz dieser Schalter mit der ersten und der zweiten Region aus leitendem Material 38, 42 zwischen den Verbindungen des Stromgenerators 40, der Spannungsreferenz 32 und Masse GND an der ersten und der zweiten Stelle der ersten und der zweiten Region aus leitendem Material 38, 42 liegen. Auf diese Weise kann durch das Entnehmen des Kompensationsstroms ICOMP aus dem ersten Schaltungsknotenpunkt 36 und das Zuführen des Kompensationsstroms ICOMP zu dem zweiten Schaltungsknotenpunkt 42 jeder der Teilströme, der über jede der ersten und der zweiten Vielzahl von Schaltern S01 ... SN1, S02 ... SN2, die für jeden vorgegebenen digitalen Eingang DIN wirksam gemacht sind, zu dem ersten und dem zweiten DAC-Strom IDAC1, IDAC2 beiträgt, zumindest teilweise kompensiert werden.
Zum Beispiel kann, wie in 2A gezeigt ist, die Spannungsreferenz 32 mit dem ersten Schaltungsknotenpunkt 36 an der ersten Stelle der ersten Region aus leitendem Material 38 verbunden sein und kann der Stromgenerator 44 mit dem ersten Schaltungsknotenpunkt 36 an der zweiten Stelle der ersten Region aus leitendem Material 38 gegenüber der ersten Stelle verbunden sein, so dass die erste Vielzahl von Schaltern S01 ... SN1 des Schalternetzes 28 mit dem ersten Schaltungsknotenpunkt 36 in Abständen entlang der Gesamtlänge der ersten Region aus leitendem Material 38 zwischen der ersten und der zweiten Stelle verbunden sein kann. Auf im Wesentlichen gleiche Weise kann, wie in 2B gezeigt ist, der Stromgenerator 44 mit dem zweiten Schaltungsknotenpunkt 40 an der ersten Stelle der zweiten Region aus leitendem Material 42 verbunden sein und kann Masse GND mit dem zweiten Schaltungsknotenpunkt 40 an der zweiten Stelle der zweiten Region aus leitendem Material 42 gegenüber der ersten Stelle verbunden sein, so dass die zweite Vielzahl von Schaltern S02 ... SN2 des Schalternetzes 28 mit dem zweiten Schaltungsknotenpunkt 40 in Abständen entlang der Gesamtlänge der zweiten Region aus leitendem Material 42 zwischen der ersten und der zweiten Stelle verbunden sein kann.
Es sei darauf hingewiesen, dass andere elektrische Verbindungen mit den Regionen aus leitendem Material 38, 42 zusätzlich zu denjenigen, die in 2A und 2B gezeigt sind, vorhanden sein können. Zum Beispiel kann bei Ausführungsformen, wie z. B. derjenigen von 3, die nachstehend diskutiert wird, eine weitere elektrische Verbindung von dem Stromgenerator 44 zu der ersten Stelle der ersten Region aus leitendem Material 38 erstellt werden, um einen weiteren Strom zuzuführen.
Das leitende Material der Regionen aus leitendem Material 38, 42 des ersten und des zweiten Schaltungsknotenpunkts 36, 40 kann z. B. eines oder mehrere aus Aluminium, Kupfer, Titan, Polysilizium oder anderen Metallen oder leitenden Halbleitermetallen aufweisen.
Bei einer Ausführungsform kann der Stromgenerator 44 den Kompensationsstrom ICOMP als Funktion einer Spannung oder eines Stroms einer oder mehrerer Schaltungskomponenten der Spannungsreferenz 32 erzeugen. 3 zeigt einen Abschnitt der DAC-Schaltung mit Darstellung von Details einer Ausführungsform des Stromgenerators 44A, der so ausgelegt ist, dass er den Kompensationsstrom ICOMP als Funktion einer Spannung oder eines Stroms eines Ausgangstransistors P1 der Spannungsreferenz 32 erzeugt. Zum Zweck dieser Beschreibung zeigt 3 nur den Stromgenerator 44A und Abschnitte der DAC-Schaltung 20, die mit dem gezeigten Stromgenerator 44A interagieren, wie z. B. Abschnitte der Spannungsreferenz 32 und des ersten und des zweiten Schaltungsknotenpunkts 36, 40.
Die Spannungsreferenz 32 kann die Referenzspannung VREF und den ersten DAC-Strom IDAC1 erzeugen und dem ersten Schaltungsknotenpunkt 36 zuführen. Die Spannungsreferenz kann unterschiedliche Teilschaltungen zum Durchführen verschiedener Funktionen aufweisen, zum Zweck dieser Diskussion zeigt 3 jedoch nur einen Abschnitt einer Ausgangsstufe 48 der Spannungsreferenz 32, die die Referenzspannung VREF und den ersten DAC-Strom IDAC1 bereitstellt. Die Ausgangsstufe 48 kann den Ausgangstransistor P1 aufweisen, der mit einem Ausgangsknotenpunkt der Spannungsreferenz verbunden ist, um die Referenzspannung VREF und den ersten DAC-Strom IDAC1 dem ersten Schaltungsknotenpunkt 36 zuzuführen. Die Ausgangsstufe kann ferner eine Stromquelle I1 zum Zuführen eines Vorspannstroms zu diesem Ausgangstransistor P1 aufweisen.
Der Stromgenerator 44A von 3 kann den Kompensationsstrom ICOMP als Funktion einer Spannung oder eines Stroms des Spannungsreferenz-Ausgangstransistors P1 erzeugen, der die Referenzspannung VREF und den ersten DAC-Strom IDAC1 zuführt. Der Stromgenerator 44A kann einen Transistor P2 zum Nachbilden der Gatespannung des Spannungsreferenz-Ausgangstransistors P1 und des von diesem zugeführten Stroms, eine Stromverarbeitungsschaltung 52 zum Erzeugen einer oder mehrerer Kopien eines Stroms mit einem vorgesehenen Wert des Kompensationsstroms ICOMP aus dem nachgebildeten Strom, einen Transistor P3 zum Zuführen eines Stroms mit einem Wert, der dem Kompensationsstrom ICOMP im Wesentlichen gleich ist, zu dem ersten Schaltungsknotenpunkt 36 parallel zu dem ersten DAC-Strom IDAC1, der von dem Spannungsreferenz-Ausgangstransistor P1 zugeführt wird, und einen Transistor N1 zum Entnehmen des Kompensationsstroms ICOMP aus dem ersten Schaltungsknotenpunkt 36 und Zuführen des Kompensationsstroms ICOMP zu dem zweiten Schaltungsknotenpunkt 40 aufweisen.
Genauer gesagt kann der Transistor P2 ein Gate, das mit dem Gate des Spannungsreferenz-Ausgangstransistors P1 verbunden ist, eine Source, die mit einem selben Knotenpunkt verbunden ist wie die Source des Ausgangstransistors P1, und einen Drain, der mit der Stromverarbeitungsschaltung 52 verbunden ist, aufweisen. Der Transistor P2 kann somit eine Gate-zu-Source-Spannung aufweisen, die derjenigen des Ausgangstransistors P1 nachgebildet ist, und einen Strom der Stromverarbeitungsschaltung 52 zuführen, der einem Strom des Ausgangstransistors P1 nachgebildet ist. Der Ausgangstransistor-Strom und somit auch der nachgebildete Strom, der von dem Transistor P2 bereitgestellt wird, kann einen Wert aufweisen, der einer Summe des ersten DAC-Stroms IDAC1 und eines Stroms der Stromquelle I1 im Wesentlichen gleich oder IP1 = I1 + IDAC1 ist.
Die Stromverarbeitungsschaltung 52 kann die Nachbildung des Spannungsreferenz-Ausgangstransistor-Stroms aus dem Transistor P2 empfangen und eine oder mehrere Kopien eines Stroms mit einem vorgesehenen Wert des Kompensationsstroms ICOMP zum Bereitstellen durch die Transistoren P3 und N2 zu/aus dem ersten und dem zweiten Schaltungsknotenpunkt 36, 40 erzeugen. Die Stromverarbeitungsschaltung 52 kann einen Stromspiegel 56 zum Empfangen und Spiegeln des nachgebildeten Stroms aus dem Transistor P2, eine Stromquelle I2 zum Zuführen eines Vorspannstroms zum Ausgang des Stromspiegels 56 und einen Stromspiegel 60, wobei der Stromspiegel 60 einen Strom mit dem vorgesehenen Wert des Kompensationsstroms ICOMP von dem Stromspiegel 56 und der Stromquelle I2 empfängt, und einen Stromspiegeltransistor P4 zum Empfangen dieses Stroms aus dem Stromspiegel 60 aufweisen.
Der Stromspiegel 56 kann den nachgebildeten Strom aus dem Transistor P2 empfangen und diesen Strom in den Knotenpunkt spiegeln, der mit der Stromquelle I2 und dem Stromspiegel 60 verbunden ist, wodurch eine Summe dieser Ströme an diesem Knotenpunkt implementiert wird und der vorgesehene Wert des Kompensationsstroms ICOMP produziert wird. Der Stromspiegel 56 kann einen Transistor N2 mit einem Gate und einem Drain, die mit einem Drain des Transistors P2 verbunden sind, um den nachgebildeten Strom aus dem Transistor P2 zu empfangen, und einen Transistor N3 mit einem Gate, das mit dem Gate und Drain des Transistors N2 verbunden ist, und einer Source, die mit demselben Knotenpunkt verbunden ist wie die Source des Transistors N2 aufweisen, um den nachgebildeten Strom zu reproduzieren.
Der Stromspiegel 60 kann einen Strom aus dem Knotenpunkt empfangen, der den Stromspiegel 56, die Stromquelle I2 und den Stromspiegel 60 verbindet. Der Schnittpunkt der Ströme an diesem Verbindungsknotenpunkt kann auf effektive Weise den Wert des ersten DAC-Stroms IDAC1 von einem konstanten Wert subtrahieren, wodurch der vorgesehene Wert des Kompensationsstroms ICOMP erzeugt wird. Der Stromspiegel 60 kann einen Transistor N4 mit einem Gate und einem Drain, die mit dem Knotenpunkt verbunden sind, der den Stromspiegel 56, die Stromquelle I2 und den Stromspiegel 60 verbindet, um einen Strom aus dem Verbindungsknotenpunkt zu empfangen, und einen Transistor N5 mit einem Gate, das mit dem Gate und Drain des Transistors N4 verbunden ist, und einer Source, die mit demselben Knotenpunkt verbunden ist wie die Source des Transistors N4, um den aus dem Transistor N4 empfangenen Strom nachzubilden, aufweisen.
Der Strom, der von dem Transistor N4 empfangen und von dem Transistor N5 gespiegelt wird, kann einen Wert aufweisen, der einer Subtraktion des Stroms in dem Transistor N3 von dem Strom der Stromquelle I2 oder einem Strom IN4 mit einem Wert entsprechend IN4 = I2 – IN3 = I2 – (I1 + IDAC) im Wesentlichen gleich ist. Dieser Ausdruck kann neugeordnet werden, um einen Ausdruck für den Strom IN4 bezüglich des ersten DAC-Stroms IDAC1 und des Konstantstroms ICONST oder IN4 = (I2 – I1) – IDAC1 oder IN4 = ICONST – IDAC zu ergeben, wenn der erste und der zweite DAC-Strom IDAC1, IDAC2 als gleich angesehen werden können. Somit produziert der Stromspiegel 60 einen Strom in dem Transistor N4 mit einem Wert, der dem vorgesehenen Wert des Kompensationsstroms ICOMP im Wesentlichen gleich ist wie in Gleichungen (3) und/oder (5), wobei der Wert des Konstantstroms ICONST durch Wählen der Werte der Ströme der Stromquellen I1 und I2 wählbar ist.
Der Stromspiegel-Transistor P4 kann Teil eines Stromspiegels sein, der einen Transistor P3 aufweist, welcher parallel zur Bereitstellung der Referenzspannung VREF und des ersten DAC-Stroms IDAC1 zu diesem Schaltungsknotenpunkt 36 einen Strom mit einem Wert des Kompensationsstroms ICOMP dem ersten Schaltungsknotenpunkt 36 zuführen kann. Der Stromspiegel-Transistor P4 kann ein Gate und ein Drain aufweisen, die mit dem Drain des Transistors N5 des Stromspiegels 60 verbunden sind, um den Strom zu empfangen, der von dem Transistor N5 mit dem Wert des Kompensationsstroms ICOMP bereitgestellt wird.
Der Transistor P3 kann parallel zu der und wahlweise an einer im Wesentlichen gleichen physikalischen Stelle wie bei der Lieferung der Referenzspannung VREF und des ersten DAC-Stroms IDAC1 zu dem ersten Schaltungsknotenpunkt 36 den Strom mit dem Wert des Kompensationsstroms ICOMP dem ersten Schaltungsknotenpunkt 36 zuführen. Der Transistor P3 kann ein Gate, das mit einem Gate und einem Drain des Transistors P4 verbunden ist, und eine Source, die mit demselben Knotenpunkt verbunden ist wie die Source des Transistors P4 aufweisen, und kann somit eine Nachbildung des Stroms in dem Transistor P4 mit dem Wert des Kompensationsstroms ICOMP zu dem ersten Schaltungsknotenpunkt 36 liefern.
Der Transistor N1 kann den Kompensationsstrom ICOMP aus dem ersten Schaltungsknotenpunkt 36 an der zweiten Stelle dieses Knotenpunkts 36 entnehmen und den Kompensationsstrom ICOMP dem zweiten Schaltungsknotenpunkt 40 an der ersten Stelle dieses Knotenpunkts 40 zuführen. Der Transistor N1 kann ein Gate, das mit einem Gate des Transistors N4 verbunden ist, und eine mit einem Knotenpunkt verbundene Source mit einer im Wesentlichen gleichen Spannung wie die Source des Transistors N4 aufweisen, und kann somit den Kompensationsstrom ICOMP aus dem ersten Schaltungsknotenpunkt 36 entnehmen und den Kompensationsstrom ICOMP dem zweiten Schaltungsknotenpunkt als Nachbildung des Stroms in dem Transistor N4 zuführen.
Somit kann bei Betrieb der Stromgenerator 44A von 3 den Kompensationsstrom durch Nachbilden des Stroms in dem Spannungsreferenz-Ausgangstransistor P1, der die Referenzspannung VREF und den ersten DAC-Strom IDAC1 dem ersten Schaltungsknotenpunkt 36 zuführt, erzeugen; den Wert des Kompensationsstroms ICOMP gemäß den Gleichungen (3) und/oder (5) durch Reproduzieren des nachgebildeten Stroms und Subtrahieren des reproduzierten nachgebildeten Stroms von einem konstanten Wert erzeugen, um eine Differenz zwischen einem Konstantstrom ICONST und dem ersten DAC-Strom IDAC1 zu bilden; den Kompensationsstrom ICOMP aus dem ersten Schaltungsknotenpunkt 36 an der zweiten Stelle diese Knotenpunkts 36 entnehmen und den Kompensationsstrom ICOMP dem zweiten Schaltungsknotenpunkt 40 an der ersten Stelle dieses Knotenpunkts 40 zuführen. Ausführungsformen des Stromgenerators 44 können andere Schaltungen aufweisen als in 3 gezeigt sind, die jedoch diese Funktionen durchführen.
Durch Nachbilden von Strömen durch Verwendung von gateverbundenen Transistoren und Stromspiegeln in dem Stromgenerator 44A von 3 kann entweder ein Strom identisch nachgebildet werden oder der Strom mit einem vergrößerten oder verkleinerten Verhältnis durch Wählen einer relativen Bemessung der gateverbundenen oder Stromspiegel-Transistoren zum Wählen eines Verhältnisses des nachzubildenden Stroms und des nachgebildeten Stroms nachgebildet werden.
Variationen des in 3 gezeigten Stromgenerators 44A können so ausgelegt sein, dass sie den Kompensationsstrom ICOMP als Funktion einer Spannung oder eines Stroms einer oder mehrerer anderer Schaltungskomponenten der Spannungsreferenz 32 als dem Ausgangstransistor P1, wie z. B. eines oder mehrerer eines anderen Transistors, Widerstands, Kondensators oder Induktivität der Spannungsreferenz 32, erzeugen.
Bei einer Ausführungsform kann der Stromgenerator 44 den Kompensationsstrom ICOMP als Funktion der analogen Ausgangsspannung VOUT der DAC-Schaltung 20 erzeugen. 4 zeigt einen Abschnitt der DAC-Schaltung 20 mit Darstellung von Details einer Ausführungsform des Stromgenerators 44B, der so ausgelegt ist, dass er den Kompensationsstrom ICOMP als Funktion der analogen Ausgangsspannung VOUT erzeugt. Zum Zweck dieser Beschreibung zeigt 4 nur den Stromgenerator 44B und Abschnitte der DAC-Schaltung 20, die mit dem gezeigten Stromgenerator 44B interagieren, wie z. B. die Spannungsreferenz 32, den ersten Schaltungsknotenpunkt 36 und den zweiten Schaltungsknotenpunkt 40.
Der Stromgenerator 44B kann eine erste Verstärkerschaltung 64 zum Empfangen der analogen Ausgangsspannung VOUT und der Referenzspannung VREF und Erzeugen einer Steuerspannung VC als Funktion der empfangenen analogen Ausgangsspannung VOUT und Referenzspannung VREF und eine zweite Verstärkerschaltung 68 zum Empfangen der Steuerspannung VC und Erzeugen des Kompensationsstroms ICOMP als Funktion der empfangenen Steuerspannung VC aufweisen.
Die erste Verstärkerschaltung 64 kann einen ersten Verstärker A1, ein erstes und ein zweites geschaltetes Widerstandselementnetz und einen Schaltsignalgenerator aufweisen und kann in einer negativen Rückkopplungskonfiguration angeordnet sein, um einen Differenzausgang als Funktion der analogen Ausgangsspannung VOUT und der Referenzspannung VREF zu produzieren.
Der Verstärker A1 kann ein Operationsverstärker mit einem positive Eingangs-, einem negativen Eingangs- und einem Ausgangsanschluss sein. Das erste geschaltete Widerstandselementnetz kann ein Widerstandselement R1, das über einen Schalter SA1 zwischen der analogen Ausgangsspannung und einem positiven Eingangsanschluss des Verstärkers A1 geschaltet ist, ein Widerstandselement R2, das über einen Schalter SA2 zwischen der Referenzspannung und dem positiven Eingangsanschluss geschaltet ist, und ein Widerstandselement R3, das zwischen Masse GND und dem positiven Eingangsanschluss geschaltet ist, aufweisen. Das zweite geschaltete Widerstandselementnetz kann ein Widerstandselement R4, das über einen Schalter SA3 zwischen der analogen Ausgangsspannung VOUT und einem negativen Eingangsanschluss des Verstärkers A1 geschaltet ist, ein Widerstandselement R5, das über einen Schalter SA4 zwischen der Referenzspannung VREF und dem negativen Eingangsanschluss geschaltet ist, und ein drittes Widerstandselement R6, das zwischen einem Ausgangsanschluss und dem negativen Eingangsanschluss des Verstärkers A1 geschaltet ist, aufweisen.
Der Schaltsignalgenerator kann einen Komparator COMP und einen Inverter INV aufweisen. Der Komparator COMP kann die analoge Ausgangsspannung VOUT an einem positiven Eingangsanschluss und eine Spannung mit einem Wert, der einer halben Referenzspannung VREF oder VREF/2 im Wesentlichen gleich ist, an einem negativen Eingangsanschluss empfangen und ein Schaltsteuersignal VSW an einem Ausgangsanschluss produzieren. Der Inverter INV kann das Schaltsteuersignal VSW an einem Eingang empfangen und ein invertiertes Schaltsteuersignal VSWB an einem Ausgang produzieren, wobei das invertierte Schaltsteuersignal VSWB eine Inverse des Schaltsteuersignals VSW ist.
Bei Betrieb kann der Schaltsignalgenerator die analoge Ausgangsspannung VOUT mit einer halben Referenzspannung VREF oder VREF/2 vergleichen und einen logischen H-Wert des Schaltsteuersignals VSW für Werte der analogen Ausgangsspannung VOUT, die größer sind als eine halbe Referenzspannung VREF oder VREF/2, und einen logischen L-Wert des Schaltsteuersignals VSW für Werte der analogen Ausgangsspannung VOUT, die kleiner sind als eine halbe Referenzspannung VREF oder VREF/2, erzeugen.
Für den logischen H-Wert des Schaltsteuersignals VSW und den entsprechenden logischen L-Wert des inversen Schaltsteuersignals VSWB kann die analoge Ausgangsspannung VOUT über den Schalter SA1 elektrisch mit dem Widerstandselement R1 verbunden sein, kann die Referenzspannung VREF über den Schalter SA2 elektrisch von dem Widerstandselement R2 getrennt sein, kann die analoge Ausgangsspannung VOUT über den Schalter SA3 elektrisch von dem Widerstandselement R4 getrennt sein und kann die Referenzspannung VREF über den Schalter SA4 elektrisch mit dem Widerstandselement R5 verbunden sein. Mit selektiv ausgewählten Widerstandswerten der Widerstandselemente R1–R6 kann die erste Verstärkerschaltung 64 einen ersten Wert der Steuerspannung VC gemäß der folgenden Gleichung produzieren: VC = VOUT – 1 / 2VREF. (6)
Für den logischen L-Wert des Schaltsteuersignals VSW und den entsprechenden logischen H-Wert des inversen Schaltsteuersignals VSWB kann die analoge Ausgangsspannung VOUT über den Schalter SA1 elektrisch von dem Widerstandselement R1 getrennt sein, kann die Referenzspannung VREF über den Schalter SA2 elektrisch mit dem Widerstandselement R2 verbunden sein, kann die analoge Ausgangsspannung VOUT über den Schalter SA3 elektrisch mit dem Widerstandselement R4 verbunden sein und kann die Referenzspannung VREF über den Schalter SA4 elektrisch von dem Widerstandselement R5 getrennt sein. Mit selektiv ausgewählten Widerstandswerten der Widerstandselemente R1–R6 kann die Verstärkerschaltung 64 einen Wert der Steuerspannung VC gemäß der folgenden Gleichung produzieren: VC = 1 / 2VREF – VOUT. (7)
Zum Beispiel kann ein Satz von Widerstandswerten, der erste und zweite Werte der Steuerspannung VC gemäß den Gleichungen (6) und (7) produzieren kann, R1 = RN, R2 = 3RN, R3 = RN, R4 = RN, R5 = 2RN und R6 = RN aufweisen, wobei RN ein Nominal- oder Einheit-Widerstandswert ist.
Die zweite Verstärkerschaltung 68 kann einen zweiten Verstärker A2, einen Transistor N6 und ein Widerstandselement R aufweisen, die in einer negativen Rückkopplungskonfiguration angeordnet sind, um den Kompensationsstrom ICOMP als Funktion der empfangenen Steuerspannung VC und somit der analogen Ausgangsspannung VOUT und der Referenzspannung VREF zu produzieren.
Der Verstärker A2 kann ein Operationsverstärker mit einem positive Eingangs-, einem negative Eingangs- und einem Ausgangsanschluss sein und kann die Steuerspannung VC aus der ersten Verstärkerschaltung 68 an dem positiven Eingangsanschluss empfangen. Der Transistor N6 kann ein Gate, das mit dem Ausgangsanschluss des Verstärkers A2 verbunden ist, eine Source, die mit dem negativen Eingangsanschluss des Verstärkers A2 und einem ersten Anschluss des Widerstandselements R verbunden ist, und einen Drain, der mit dem ersten Schaltungsknotenpunkt 36 verbunden ist, aufweisen. Das Widerstandselement R kann den ersten Anschluss, der mit dem Transistor N6 verbunden ist, und einen zweiten Anschluss, der mit dem zweiten Schaltungsknotenpunkt 40 verbunden ist, aufweisen.
Bei Betrieb kann die negative Rückkopplungskonfiguration der zweiten Verstärkerschaltung 68 die Spannung an dem negative Eingangsanschluss regeln, um der Steuerspannung VC, die an dem positive Eingangsanschluss des Verstärkers A2 empfangen wird, teilweise zu folgen durch Produzieren einer Ausgangsspannung an dem Ausgangsanschluss des Verstärkers A2, die erforderlich ist, um einen Strom in dem Transistor N6 zu erzeugen, der einem Strom entspricht, welcher von der Steuerspannung VC produziert wird, die über das Widerstandselement R auftritt. Die Steuerspannung VC kann somit an dem ersten Anschluss des Widerstandselements R auftreten, wobei der zweite Anschluss des Widerstandselements R zum Zweck der vorliegenden Diskussion effektiv mit Masse GND verbunden ist und die Spannung über das Widerstandselement R somit effektiv gleich der Steuerspannung VC sein kann, die von der ersten Verstärkerschaltung 64 erzeugt und aus dieser empfangen wird. Der Strom, der durch das Widerstandselement R und den Transistor N6 läuft, und somit der Kompensationsstrom ICOMP, der aus dem ersten Schaltungsknotenpunkt 36 entnommen und dem zweiten Schaltungsknotenpunkt 40 zugeführt wird, kann daher als Funktion der Steuerspannung VC wie in der folgenden Gleichung dargestellt werden: ICOMP = VC / R2. (8)
Dieser Ausdruck des Kompensationsstroms kann unter Anwendung der vorstehenden Gleichungen (6) und (7) neu geschrieben werden, um für Werte des analogen Ausgangs VOUT, die größer sind als die halbe Referenzspannung VREF oder VREF/2 und dem logischen H-Wert des Steuersignals VC entsprechen, Werte des Kompensationsstroms ICOMP gemäß der folgenden Gleichung zu ergeben: ICOMP = 1 / R(VOUT – 1 / 2VREF); (9) und für Werte des analogen Ausgangs VOUT, die kleiner sind als die halbe Referenzspannung VREF oder VREF/2 und dem logischen L-Wert des Steuersignals VC entsprechen, Werte des Kompensationsstroms ICOMP gemäß der folgenden Gleichung zu ergeben: ICOMP = 1 / R( 1 / 2VREF – VOUT). (10)
5 zeigt eine Ausführungsform einer Darstellung des Kompensationsstroms ICOMP, der von dem Stromgenerator 44B von 4 als Funktion des digitalen Eingangs DIN (d. h. Code) erzeugt wird, welcher von der DAC-Schaltung 20 empfangen wird. Bei einem Nullcode-Digitaleingang DIN, der einer Nullwert-Analog-Ausgangsspannung VOUT entspricht, kann der Kompensationsstrom ICOMP einen Maximalwert erreichen. Bei einem Mittelcode-Digitaleingang DIN, der einem Wert der analogen Ausgangsspannung VOUT bei einer halben Referenzspannung VREF oder VREF/2 entspricht, kann der Kompensationsstrom ICOMP einen Minimalwert von null erreichen. Bei einem Vollcode-Digitaleingang DIN, der einem Maximalwert der analogen Ausgangsspannung VOUT entspricht, die der Referenzspannung VREF im Wesentlichen gleich ist, kann der Kompensationsstrom ICOMP wieder einen Maximalwert erreichen. Der so erzeugte Kompensationsstrom ICOMP kann linear zwischen den Maximal-, Minimal- und Maximalwerten schwanken, die für diese Null-, Mittel- oder Vollcode-Digitaleingänge DIN erzeugt werden. Der Widerstandswert R kann ferner so gewählt sein, dass er die spezifischen Werte dieser Maximal- und Minimal-Kompensationsstromwerte setzt.
Der Kompensationsstrom ICOMP, der von dem Stromgenerator 44B erzeugt wird, kann im Wesentlichen die Werte des Kompensationsstroms, die von der Gleichung (5) wiedergegeben sind, erfüllen oder sich diesen annähern.
6 ist ein Diagramm mit Darstellung einer integralen Nichtlinearität (INL) der DAC-Schaltung 20 von 3 im Vergleich zu einer im Wesentlichen gleichen DAC-Schaltung ohne einen Stromgenerator, der einen Kompensationsstrom bereitstellt. Wie in 6 gezeigt ist, kann durch Bereitstellen des Kompensationsstroms ICOMP durch den Stromgenerator 44 die INL der DAC-Schaltung 20 um ungefähr das Vierfache derjenigen einer im Wesentlichen gleichen DAC-Schaltung ohne einen Stromgenerator, der einen Kompensationsstrom bereitstellt, verbessert werden.
Verschiedene unterschiedliche Ausführungsformen von Verstärkern, Komparatoren und Invertern können als Verstärker, Komparatoren und Inverter, die hier diskutiert worden sind, verwendet werden. Die Schalter des Schalternetzes können jeweils durch einen oder mehrere Transistoren implementiert sein. Verschiedene andere Ausführungsformen von Schaltern können ebenfalls verwendet werden, um die Schalter des Schalternetzes zu implementieren. Das Widerstandselementnetz kann ebenfalls verschiedene unterschiedliche Konfigurationen von Widerstandselement-Verzweigungen aufweisen, wie z. B. verschiedene Konfigurationen von parallelen und seriellen Widerstandselementen.
Weitere Ausführungsformen der DAC-Schaltung 20 und des Stromgenerators 44 sind möglich. Zum Beispiel kann jedes Merkmal jeder der Ausführungsformen der DAC-Schaltung 20 oder des Stromgenerators 44, das hier beschrieben worden ist, wahlweise in jeder anderen Ausführungsform der DAC-Schaltung 20 oder des Stromgenerators 44 verwendet werden. Ferner können Ausführungsformen der DAC-Schaltung 20 und des Stromgenerators 44 wahlweise jeden Teilsatz der Komponenten oder Merkmale der DAC-Schaltung 20 oder des Stromgenerators 44, die hier beschrieben worden sind, aufweisen.

Claims

Digital-Analog-Wandler-(DAC-)Schaltung, die umfasst: ein Widerstandselementnetz, das mit einem Ausgangsknotenpunkt verbunden ist; ein Schalternetz mit einer ersten Vielzahl von Schaltern, die das Widerstandselementnetz mit einem ersten Schaltungsknotenpunkt verbinden, und einer zweiten Vielzahl von Schaltern, die das Widerstandselementnetz mit einem zweiten Schaltungsknotenpunkt verbinden; eine Spannungsreferenz zum Zuführen einer Referenzspannung zu dem ersten Schaltungsknotenpunkt; und einen Stromgenerator, der mit dem ersten Schaltungsknotenpunkt und dem zweiten Schaltungsknotenpunkt verbunden ist, um einen Kompensationsstrom zu erzeugen, den Kompensationsstrom aus dem ersten Schaltungsknotenpunkt zu entnehmen und den Kompensationsstrom dem zweiten Schaltungsknotenpunkt zuzuführen.
DAC-Schaltung nach Anspruch 1, wobei der Stromgenerator den Kompensationsstrom als Funktion des mindestens einen eines Stroms oder einer Spannung einer Komponente der Spannungsreferenz erzeugt.
DAC-Schaltung nach Anspruch 1, wobei der Stromgenerator den Kompensationsstrom als Funktion einer analogen Ausgangsspannung erzeugt, die an dem Ausgangsknotenpunkt produziert wird und einer Umwandlung eines digitalen Eingangs, der von der DAC-Schaltung empfangen wird, in den analogen Bereich entspricht.
DAC-Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schalternetz einen ersten DAC-Strom aus dem ersten Schaltungsknotenpunkt in das Widerstandselementnetz entnimmt und der Stromgenerator den Kompensationsstrom so erzeugt, dass dieser einen Wert aufweist, der einer Subtraktion des ersten DAC-Stroms von einem konstanten Wert im Wesentlichen gleich ist.
DAC-Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Schaltungsknotenpunkt eine erste Region aus leitendem Material aufweist, die Spannungsreferenz die Referenzspannung der ersten Region aus leitendem Material an einer ersten Stelle zuführt, der Stromgenerator den Kompensationsstrom aus der ersten Region aus leitendem Material an einer zweiten Stelle entnimmt und die erste Vielzahl von Schaltern mit der ersten Region aus leitendem Material zwischen der ersten und der zweiten Stelle verbunden ist.
DAC-Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Schaltungsknotenpunkt eine zweite Region aus leitendem Material aufweist, der Stromgenerator in Stromflussverbindung mit der zweiten Region aus leitendem Material an einer ersten Stelle steht, eine Masse der zweiten Region aus leitendem Material an einer zweiten Stelle zugeführt wird und die zweite Vielzahl von Schaltern mit der zweiten Region aus leitendem Material an Stellen zwischen der ersten und der zweiten Stelle verbunden ist.
DAC-Schaltung nach Anspruch 2 oder einem der Ansprüche 4 bis 6 bei Rückbezug auf Anspruch 2, wobei die Spannungsreferenz einen Ausgangstransistor zum Zuführen der Referenzspannung zu dem ersten Schaltungsknotenpunkt aufweist und der Stromgenerator den Kompensationsstrom als Funktion mindestens eines Stroms oder einer Spannung des Ausgangstransistors der Spannungsreferenz erzeugt.
DAC-Schaltung nach Anspruch 7, wobei der Stromgenerator mindestens einen Transistor aufweist, der mit einem Strom in dem Ausgangstransistor der Spannungsreferenz verbunden ist und diesen nachbildet.
DAC-Schaltung nach Anspruch 8, wobei der Stromgenerator eine Stromverarbeitungsschaltung zum Subtrahieren eines Stroms mit einem Wert, der dem nachgebildeten Strom des Ausgangstransistors im Wesentlichen gleich ist, von einem Konstantstrom aufweist, um einen Wert des Kompensationsstroms zu erzeugen.
DAC-Schaltung nach Anspruch 7, 8 oder 9, wobei der Stromgenerator einen Transistor zum Entnehmen des Kompensationsstroms aus dem ersten Schaltungsknotenpunkt und Zuführen des Kompensationsstroms zu dem zweiten Schaltungsknotenpunkt aufweist.
DAC-Schaltung nach Anspruch 7, 8, 9 oder 10, wobei der Stromgenerator einen Transistor zum Zuführen eines Stroms mit einem Wert, der demjenigen des Kompensationsstroms im Wesentlichen gleich ist, zu dem ersten Schaltungsknotenpunkt aufweist.
DAC-Schaltung nach Anspruch 1, wobei der Stromgenerator den Kompensationsstrom als Funktion des mindestens einen eines Stroms oder einer Spannung mindestens eines eines Widerstandselements, eines Kondensators oder einer Induktivität der Spannungsreferenz erzeugt.
DAC-Schaltung nach Anspruch 3 oder einem der Ansprüche, die sich auf Anspruch 3 rückbeziehen, wobei der Stromgenerator eine Vielzahl von Verstärkerschaltungen zum Erzeugen des Kompensationsstroms als Funktion der analogen Ausgangsspannung aufweist.
DAC-Schaltung nach Anspruch 13, wobei die Vielzahl von Verstärkerschaltungen aufweist: eine erste Verstärkerschaltung, die einen ersten Verstärker, eine Vielzahl von Widerstandselementen und eine Vielzahl von Schaltern aufweist, die in einer negativen Rückkopplungskonfiguration angeordnet sind, um eine Steuerspannung als Differenzfunktion auf der Basis der analogen Ausgangsspannung und der Referenzspannung zu erzeugen; und eine zweite mit der ersten Verstärkerschaltung verbundene Verstärkerschaltung, die einen zweiten Verstärker, einen Transistor und ein zweites Widerstandelement aufweist, die in einer negativen Rückkopplungskonfiguration angeordnet sind, um eine Spannung über das Widerstandselement und eine Gate-zu-Source-Spannung des Transistors als Funktionen der Steuerspannung, die von der ersten Verstärkerschaltung erzeugt wird, zu regeln, wobei der Transistor und das Widerstandselement der zweiten Verstärkerschaltung miteinander verbunden sind, der Transistor den Kompensationsstrom aus dem ersten Schaltungsknotenpunkt entnimmt und das Widerstandselement den Kompensationsstrom dem zweiten Schaltungsknotenpunkt zuführt.
Verfahren zum Betreiben einer Digital-Analog-Wandler-(DAC-)Schaltung, wobei die DAC-Schaltung ein Widerstandselementnetz, das mit einem Ausgangsknotenpunkt verbunden ist, ein Schalternetz mit einer ersten Vielzahl von Schaltern, die das Widerstandselementnetz mit einem ersten Schaltungsknotenpunkt verbinden, und eine zweite Vielzahl von Schaltern, die das Widerstandselementnetz mit einem zweiten Schaltungsknotenpunkt verbinden, und eine Spannungsreferenz zum Zuführen einer Referenzschaltung zu dem ersten Schaltungsknotenpunkt aufweist, wobei das Verfahren umfasst: Erzeugen eines Kompensationsstroms durch einen Stromgenerator, der mit dem ersten Schaltungsknotenpunkt und dem zweiten Schaltungsknotenpunkt verbunden ist; Entnehmen des Kompensationsstroms durch den Stromgenerator aus dem ersten Schaltungsknotenpunkt, und Zuführen des Kompensationsstroms durch den Stromgenerator zu dem zweiten Schaltungsknotenpunkt.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Stromgenerator den Kompensationsstrom als Funktion des mindestens einen eines Stroms oder einer Spannung einer Komponente der Spannungsreferenz erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Stromgenerator den Kompensationsstrom als Funktion einer analogen Ausgangsspannung erzeugt, die an dem Ausgangsknotenpunkt produziert wird und einer Umwandlung eines digitalen Eingangs, der von der DAC-Schaltung empfangen wird, in den analogen Bereich entspricht.
Verfahren nach Anspruch 15, 16 oder 17, wobei das Schalternetz einen ersten DAC-Strom aus dem ersten Schaltungsknotenpunkt in das Widerstandsnetz entnimmt und der Stromgenerator den Kompensationsstrom so erzeugt, dass dieser einen Wert aufweist, der einer Subtraktion des ersten DAC-Stroms von einem konstanten Wert im Wesentlichen gleich ist.
Verfahren nach Anspruch 15, 16, 17 oder 18, wobei der erste Schaltungsknotenpunkt eine erste Region aus leitendem Material aufweist, die Spannungsreferenz die Referenzspannung der ersten Region aus leitendem Material an einer ersten Stelle zuführt, der Stromgenerator den Kompensationsstrom aus der ersten Region aus leitendem Material an einer zweiten Stelle entnimmt und die erste Vielzahl von Schaltern mit der ersten Region aus leitendem Material an Stellen zwischen der ersten und der zweiten Stelle verbunden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei der zweite Schaltungsknotenpunkt eine zweite Region aus leitendem Material aufweist, der Stromgenerator den Kompensationsstrom der zweiten Region aus leitendem Material an einer ersten Stelle zuführt, eine Masse der zweiten Region aus leitendem Material an einer zweiten Stelle zugeführt wird und die zweite Vielzahl von Schaltern mit der zweiten Region aus leitendem Material an Stellen zwischen der ersten und der zweiten Stelle verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Spannungsreferenz einen Ausgangstransistor zum Zuführen der Referenzspannung zu dem ersten Schaltungsknotenpunkt aufweist und der Stromgenerator den Kompensationsstrom als Funktion mindestens eines Stroms oder einer Spannung des Ausgangstransistors der Spannungsreferenz erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei der Stromgenerator mindestens einen Transistor aufweist, der mit einem Strom in dem Ausgangstransistor der Spannungsreferenz verbunden ist und diesen nachbildet.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei der Stromgenerator eine Stromverarbeitungsschaltung zum Subtrahieren eines Stroms mit einem Wert, der dem nachgebildeten Strom des Ausgangstransistors im Wesentlichen gleich ist, von einem Konstantstrom aufweist, um einen Wert des Kompensationsstroms zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 16 oder einem der Ansprüche, die sich auf Anspruch 16 rückbeziehen, wobei der Stromgenerator einen Transistor zum Entnehmen des Kompensationsstroms aus dem ersten Schaltungsknotenpunkt und Zuführen des Kompensationsstroms zu dem zweiten Schaltungsknotenpunkt aufweist.
Verfahren nach Anspruch 16 oder einem der Ansprüche, die sich auf Anspruch 16 rückbeziehen, wobei der Stromgenerator einen Transistor zum Zuführen eines Stroms mit einem Wert, der demjenigen des Kompensationsstroms im Wesentlichen gleich ist, zu dem ersten Schaltungsknotenpunkt aufweist.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Stromgenerator den Kompensationsstrom als Funktion des mindestens einen eines Stroms oder einer Spannung mindestens eines eines Widerstandselements, eines Kondensators oder einer Induktivität der Spannungsreferenz erzeugt.