DE10350594B4

DE10350594B4 - Verfahren zur Kalibrierung von Stromzellen für Digital-Analog-Wandlerschaltungen und Digital-Analog-Wandlerschaltung

Info

Publication number: DE10350594B4
Application number: DE2003150594
Authority: DE
Inventors: Helmut Richter; Thomas Pötscher; Martin Clara; Andreas Dr. Wiesbauer
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Intel Germany Holding GmbH
Priority date: 2003-10-30
Filing date: 2003-10-30
Publication date: 2009-07-30
Anticipated expiration: 2023-10-31
Also published as: DE10350594A1

Abstract

Verfahren zur Kalibrierung von Stromzellen (10p, 10n) für eine Digital-Analog-Wandlerschaltung,
wobei während einer Betriebsphase ein Zellstrom, der durch die Summe eines Stroms in einem Spiegel-Transistor (11) mit einem weiteren Strom in einem Kalibrierungs-Transistor (15), welcher dem Spiegel-Transistor (11) parallel geschaltet ist, gebildet ist, an einem Ausgangs-Knotenpunkt (1) der Stromzelle abgreifbar ist,
wobei während einer Kalibrierungsphase ein Referenzstrom, welchem der Zellstrom anzugleichen ist, in die Stromzelle (10p, 10n) eingeprägt wird, und
wobei der Kalibrierungs-Transistor (15) während der Kalibrierungsphase im Wesentlichen als Diode verschaltet wird, so dass der Strom durch den Kalibrierungs-Transistor (15) der Differenz des Referenzstroms und des Stroms in dem Spiegel-Transistor (11) entspricht,
wobei das Verfahren umfasst:
– Bereitstellen einer zusätzlichen Stromzelle (10p, 10n),
– Verschalten der Stromzellen (10p, 10n) abhängig von einem digitalen Eingangssignal der Digital-Analog-Wandlerschaltung mit einem Signalausgang der Digital-Analog-Wandlerschaltung, während eine der Stromzellen (10p, 10n) zur Kalibrierung mit einer Referenz-Stromquelle...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung von Stromzellen für Digital-Analog-Wandlerschaltungen und eine entsprechende stromsteuernde Digital-Analog-Wandlerschaltung.
Die US 6,583,740 B2 beschreibt eine kalibrierte Stromquelle, welche insbesondere für Digital-Analog-Wandlerschaltungen geeignet ist. Die Kalibrierung von Stromzellen einer Digital-Analog-Wandlerschaltung erfolgt, indem die zu kalibrierende Stromzelle mit einem Kalibrierungs-Schaltkreis verbunden wird, welcher den Strom in den Stromzellen derart anpasst, dass er einem vorbestimmten Wert entspricht. Der Kalibrierungsschaltkreis, welcher mit der Stromzelle verbunden ist, bestimmte den Wert des Ausgangsstroms der Stromzelle und vergleicht ihn mit einem Referenzwert. Ein Anpassungsschaltkreis wird dann derart angesteuert, dass eine geeignete Menge Strom hinzuaddiert oder subtrahiert wird, so dass der Ausgangsstrom der Stromzelle dann dem gewünschten Wert entspricht. Um das Potenzial in einem Ausgangs-Knotenpunkt der Stromzelle zwischen der Kalibrierungsphase und der Betriebsphase der Stromzelle konstant zu halten, wird vorgeschlagen, einen Kaskoden-Schalter zu verwenden, um die Stromzelle entweder in der Betriebsphase mit einer Last oder in der Kalibrierungsphase mit dem Kalibrierungs-Schaltkreis zu verschalten.
Die Veröffentlichung „A Self-Calibration Technique for Monolithic High-Resolution D/A Converters", von D. Wouter J. Groeneveld, Hans J. Schouwenaars, Henk A. H. Termeer und Cornelis A. A. Bastiaansen, IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. 24, No. 6, Dezember 1989, beschreibt allgemein Selbstkalibrierungs-Techniken für die Digital-Analog-Wandlerschaltungen. Dabei wird von der Kapazität zwischen Gate-Anschluss und Source-Anschluss von CMOS-Transistoren Gebrauch gemacht. Die Kalibrierung beruht darauf, einen Referenzstrom in eine Stromzelle einzuprägen, wobei sich aufgrund der Kapazität zwischen Gate-Anschluss und Source-Anschluss eines Feldeffekttransistors, durch welchen ein Teil des in die Stromzelle eingeprägten Stromes fließt, der Strom in der Stromzelle an den Referenzstrom anpasst. Nach Umschaltung der Stromzelle in die Betriebsphase wird der in der Kalibrierungsphase eingeprägte Strom für eine gewisse Zeitspanne beibehalten, welche durch die Entladezeit der Kapazität bestimmt ist. Die Stromzelle kann dabei auf der Verwendung eines Stromspiegels implementiert sein.
Weiterhin wird ein Konzept zur Kalibrierung einer Vielzahl von Stromzellen in einer Digital-Analog-Wandlerschaltung beschrieben. Diese sieht vor, eine Stromzelle, welche sich in der Kalibrierungsphase befindet, funktional durch eine Ersatzstromzelle zu ersetzen. Dies geschieht mittels eines Schaltnetzwerks. Bei dieser Vorgehensweise bestehen jedoch Probleme bezüglich der Koordination der Umschaltvorgänge zwischen den Stromzellen und der Ersatzstromzelle mit den digitalen Eingangssignalen der Digital-Analog-Wandlerschaltung, so dass es zu Datenverlusten kommen kann.
Aus der Veröffentlichung „Current Copier Cells", von S. J. Daubert, D. Vallancourt und Y. P. Tsividis in Electronics Letters, ISSN 0013-5194, Vol. 24, No. 25, 1988, Seiten 1560–1562 ist eine vergleichbare Technik zum Einstellen eines vorgegebenen Strom in einer Feldeffekttransistor-basierten Stromquelle beschrieben. Die darin beschriebene Schaltungsanordnung umfasst im Wesentlichen eine Referenzstromquelle, einen MOS-Transistor, eine Kapazität und Schalter. Der Referenzstrom wird während einer Kopierphase in den MOS-Transistor eingeprägt und darin gespeichert. Während der Kopierphase ist ein Ausgangsknotenpunkt der Stromzelle über einen Operationsverstärker mit dem Gate-Anschluss des MOS-Transistors verbunden, um Schwankungen der Drain-Source- Spannung des MOS-Transistors zwischen der Kopierphase und der Betriebsphase zu vermeiden.
Die US 6,331,830 B1 beschreibt Digital-Analog-Wandler mit geschalteten Stromzellen, welche selbstkalibrierend ausgestaltet sind. Um einen kontinuierlichen Betrieb des Digital-Analog-Wandlers zu gewährleisten, ohne zusätzliche Stromzellen einsetzen zu müssen, welche die sich in der Kalibrierungsphase befindlichen Stromzellen ersetzen sollen, wird vorgeschlagen, jede der Stromzellen während jedes Umwandlungszyklus des Digital-Analog-Wandlers zu kalibrieren. Dies geschieht, indem die Stromzelle jeweils kurzzeitig mit einer Messschaltung verbunden wird, welche die Größe des Ausgangsstroms bestimmt. Basierend auf der Messung wird der Ausgabewert einer variablen Stromquelle eingestellt, um den Gesamtstrom der Stromzelle, welche aus einer Stromquelle mit einem festen Ausgangsstrom und der variablen Stromquelle besteht, an einem vorbestimmten Wert anzugleichen.
Die US 6,313,775 B1 betrifft einen Sigma-Delta-Modulator. Es wird beschrieben, dass Nichtlinearitätseffekte in Mulitbit-Sigma-Delta-Modulatoren größtenteils auf Nichtlinearitäten des internen Digital-Analog-Wandlers des Sigma-Delta-Modulators zurückzuführen sind. Als bekannten Ansatz, um diese Nichtlinearitätsproblem zu lösen, wird ein so genanntes „dynamic element matching" genannt, welches bedeutet, dass für die Digital-Analog-Wandlung verwendete Elemente wechselweise ausgetauscht werden.
Bei stromsteuernden Digital-Analog-Wandlerschaltungen werden Stromzellen, welche jeweils einen Zellstrom bereitstellen, abhängig von einem digitalen Eingangssignal der Digital-Analog-Wandlerschaltung einem Signalausgang zugeschaltet. Auf diese Weise kann in Stufen, deren Höhe den jeweiligen Zellströmen der Stromzellen entspricht, ein Stromsignal erzeugt werden, welches dem digitalen Eingangssignal entspricht.
Hierfür wird häufig eine so genannte Thermometer-Kodierung verwendet. In diesem Fall liefert jede Stromzelle den gleichen Zellstrom. Für eine n-Bit Auflösung der Digital-Analog-Wandlerschaltung sind somit, da im Allgemeinen zur Erzeugung eines Nullsignals keine Stromzelle benötigt wird, k = 2ⁿ – 1 Stromzellen erforderlich, so dass das digitale Eingangssignal in k + 1 Stufen nachgebildet werden kann.
Um eine hohe integrale und differentielle Linearität der Digital-Analog-Wandlerschaltung zu erreichen, ist ein entsprechend gutes Matching der Stromzellen erforderlich, d. h. die Zellströme einzelner Stromzellen müssen entsprechend angeglichen werden. Die Stromzellen sind dabei üblicherweise aus Transistoren aufgebaut und Abweichungen der Zellströme ergeben sich aus produktionsbedingten Abweichungen, z. B. von Transistorflächen. Das erforderliche Matching der Stromzellen kann somit z. B. durch eine entsprechend große Ausgestaltung der Transistoren erreicht werden, was jedoch bei der Realisierung der Digital-Analog-Wandlerschaltung auf einem Halbleiterchip mit einem entsprechend hohen Flächenbedarf verknüpft ist.
In diesem Zusammenhang ist es bekannt, Stromzellen derart auszugestalten, dass durch eine Kalibrierung der Stromzellen anhand eines Referenzstroms die Zellströme einem gewünschten Wert angeglichen werden können.
In 6 ist schematisch eine entsprechende, durch Feldeffekt-Transistoren realisierte Stromzelle gezeigt, die einen Kalibrierungs-Transistor 15' umfasst. Die Stromzelle umfasst als Stromquelle weiterhin einen Spiegel-Transistor 11', welcher einen Strom I_M bereitstellt. Der Kalibrierungs-Transistor 15' ist dem Spiegel-Transistor 11' parallel geschaltet, so dass der Zellstrom I_C durch die Summe des Stroms I_M in dem Spiegel-Transistor 11' und eines Stroms I_K in dem Kalibrierungs-Transistor 15' gebildet ist. In einer Betriebsphase der Stromzelle kann der Zellstrom I_C an einem Ausgangs-Knotenpunkt 1' der Stromzelle abgegriffen werden.
In einer Kalibrierungsphase wird, indem Schalter 2' geschlossen werden, ein Referenzstrom I_R in die Stromzelle eingeprägt. Der Kalibrierungs-Transistor 15' wird dabei als Diode verschaltet, d. h. sein Drain-Kontakt ist mit seinem Gate-Kontakt verbunden. Der Strom I_K in dem Kalibrierungs-Transistor 15' stellt sich derart ein, dass die Summe des Stroms IM in dem Spiegel-Transistor 11' und des Stroms I_K in dem Kalibrierungs-Transistor 15' dem Referenzstrom I_R entspricht. Hierfür stellt sich eine entsprechende Gate-Spannung an dem Gate-Kontakt des Kalibrierungs-Transistors 15' ein. Die Gate-Spannung bleibt, da während der Kalibrierungsphase eine Kapazität C_GS zwischen Gate-Kontakt und Source-Kontakt des Kalibrierungs-Transistors 15' aufgeladen wird, auch für eine Zeitspanne nach Öffnen der Schalter 2' im Wesentlichen konstant. Somit bleibt auch der Strom I_K in dem Kalibrierungs-Transistor 15' konstant und der Zellstrom I_C ist dem Referenzstrom I_R angeglichen.
Aufgrund von Leckströmen erfolgt eine Entladung der Kapazität C_GS, so dass der Kalibrierungsvorgang in bestimmten Zeitabständen, d. h. mit einer bestimmten Kalibrierungsfrequenz wiederholt werden muss. Es erfolgt somit mit der Kalibrierungsfrequenz ein Laden bzw. Entladen der Kapazität C_GS.
Ein Problem bei der oben beschriebenen Kalibrierung besteht jedoch darin, dass mit dem Laden bzw. Entladen der Kapazität C_GS Umladevorgänge an dem Ausgangs-Knotenpunkt 1' der Digital-Analog-Wandlerschaltung verbunden sind. Da dieser Ausgangs-Knotenpunkt 1' mit dem Signal-Ausgang der Digital-Analog-Wandlerschaltung verschaltet wird, erzeugen diese Umladevorgänge in dem Ausgangssignal der Digital-Analog-Wandlerschaltung ein überlagertes Signal mit der Kalibrierungsfrequenz sowie Spektralkomponenten davon. Dies ist insbesondere bei frequenzkritischen Anwendungen, z. B. bei einem Einsatz der Digital-Analog-Wandlerschaltung in einem Rückkoppelzweig einer Sigma-Delta-Modulatorschaltung, nicht erwünscht.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Kalibrierung von Stromzellen für eine Digital-Analog-Wandlerschaltung und eine entsprechend ausgestaltete Digital-Analog-Wandlerschaltung bereitzustellen, welche das oben beschriebene Problem lösen und insbesondere eine Kalibrierung der Stromzellen ermöglichen, welche störende Signale mit der Kalibrierungsfrequenz und deren Spektralkomponenten minimiert.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren bzw. eine Digital-Analog-Wandlerschaltung mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 7 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren vorteilhafte oder bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.
Erfindungsgemäß umfasst eine Stromzelle als Stromquelle einen Spiegel-Transistor, welcher einen Strom bereitstellt. Dem Spiegel-Transistor ist ein Kalibrierungs-Transistor parallel geschaltet, so dass ein Zellstrom durch die Summe des Stroms durch den Spiegel-Transistor und eines Stroms durch den Kalibrierungs-Transistor gebildet ist. Während einer Betriebsphase ist der Zellstrom über einen Ausgangs-Knotenpunkt der Stromzelle abgreifbar. Während einer Kalibrierungsphase wird ein Referenzstrom in die Stromzelle eingeprägt, so dass sich der Strom in dem Kalibrierungs-Transistor derart einstellt, dass er der Differenz des Referenzstroms und des Stroms in dem Spiegel-Transistor entspricht. Hierfür wird der Kalibrierungs-Transistor im Wesentlichen als Diode verschaltet, so dass sich eine Steuer-Spannung an einem Steuer-Kontakt des Kalibrierungs-Transistors entsprechend dem Strom durch den Kalibrierungs-Transistor einstellt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Kalibrierung der Stromzelle sieht vor, dass vorzugsweise das Potenzial an dem Ausgangs-Knotenpunkt der Stromzelle, an welchem während der Betriebsphase der Zellstrom abgegriffen wird, und in welchen während der Kalibrierungsphase der Referenzstrom eingeprägt wird, durch entsprechende schaltungstechnische Maßnahmen im Wesentlichen konstant gehalten wird. Hierdurch werden Umladevorgänge an dem Ausgangs-Knotenpunkt vermieden und Signalkomponenten mit der Kalibrierungsfrequenz und deren Spektralkomponenten in dem Ausgangssignal einer entsprechenden Digital-Analog-Wandlerschaltung minimiert.
Das Potenzial an dem Ausgangs-Knotenpunkt wird vorzugsweise konstant gehalten, indem der Ausgangs-Knotenpunkt und der Steuer-Kontakt des Kalibrierungs-Transistors während der Kalibrierungsphase über eine Differenzstufe verschaltet werden. Hierdurch wird der Ausgangs-Knotenpunkt von den Umladevorgängen an dem Steuer-Kontakt des Kalibrierungs-Transistors entkoppelt. Weiterhin ergibt sich hieraus als Vorteil, dass das Potenzial des Ausgangs-Knotenpunkts über einen weiteren Eingang der Differenzstufe eingestellt werden kann.
Eine Kapazität zwischen dem Steuer-Kontakt und einem weiteren Kontakt des Kalibrierungs-Transistors, welche während der Kalibrierungsphase aufgeladen wird, um danach die Steuer-Spannung im Wesentlichen konstant zu halten, ist vorzugsweise durch eine intrinsische Kapazität des Kalibrierungs-Transistors, z. B. eine Gate-Source-Kapazität, gebildet. Der Kalibrierungs-Transistor wird dabei hinsichtlich der intrinsischen Kapazität und hinsichtlich von Leckströmen derart ausgestaltet, dass eine erforderliche Zeitkonstante erreicht wird. Hierdurch wird der Aufbau der Schaltung vereinfacht und der Flächenbedarf auf einem Halbleiterchip reduziert.
Weiterhin ist es vorteilhaft, den Spiegel-Transistor und den Kalibrierungs-Transistor derart zu dimensionieren, dass ein Hauptanteil des Zellstroms durch den Strom in dem Spiegel-Transistor gebildet wird. Hierdurch kann die Größe des Kalibrierungs-Transistors besser hinsichtlich der erforderlichen intrinsischen Kapazität optimiert werden. Insbesondere kann, wenn nur ein kleiner Anteil des Zellstroms durch den Kalibrierungs-Transistor fließt, die Gate-Source-Kapazität klein gehalten werden, wodurch der Flächenbedarf auf dem Halbleiterchip weiter reduziert wird und sich die Ladezeit der Gate-Source-Kapazität verkürzt. Letzteres verkürzt die zur Kalibrierung erforderliche Zeitspanne.
Bei sehr kleinem Zellstrom ergibt sich dabei auch ein sehr kleiner Kalibrierungs-Transistor. Dies kann dazu führen, dass die intrinsische Kapazität nicht ausreichend groß ist. In diesem Fall kann eine zuschaltbare externe Kapazität vorgesehen sein, um eine höhere Gesamtkapazität bereitzustellen. Bei Zuschaltung der externen Kapazität verlängert sich zwar die zur Kalibrierung erforderliche Zeitspanne, dafür muss die Kalibrierung auch nicht so oft durchgeführt werden.
Eine erfindungsgemäße Digital-Analog-Wandlerschaltung umfasst entsprechend ihrer Auflösung eine Anzahl k von Stromzellen, welche abhängig von einem digitalen Eingangssignal mit einem Signalausgang der Digital-Analog-Wandlerschaltung verschaltet werden. Die Stromzellen sind dabei wie oben beschrieben ausgestaltet und zur Durchführung des beschriebenen Kalibrierungsverfahrens geeignet.
Die Stromzellen der Digital-Analog-Wandlerschaltung umfassen vorzugsweise einen Kaskoden-Transistor, welcher jeweils zwischen den Spiegel-Transistor und die Ausgangs-Knotenpunkt der Stromzellen geschaltet sind, um eine Kaskoden-Struktur zu bilden. Hierdurch wird der Innenwiderstand der Stromzellen erhöht.
Erfindungsgemäß umfasst die Digital-Analog-Wandlerschaltung eine Referenz-Stromquelle. Die Referenz-Stromquelle kann dabei auf einfache Weise durch Stromspiegel realisiert sein und ebenfalls Kaskoden-Transistoren umfassen. Die Digital-Analog-Wandlerschaltung ist dabei derart ausgestaltet, dass die Stromzellen nacheinander mit der selben Referenz-Stromquelle kalibriert werden. Hierfür umfasst die Digital-Analog-Wandlerschaltung entsprechend angesteuerte Schaltmittel, welche die jeweilige Stromzelle entweder zur Kalibrierung mit der Referenz-Stromquelle verschalten oder abhängig von dem digitalen Eingangssignal der Digital-Analog-Wandlerschaltung die jeweilige Stromquelle mit dem Signalausgang der Digital-Analog-Wandlerschaltung verschalten. Durch die Kalibrierung aller Stromzellen mit der selben Referenz-Stromquelle ist eine optimale Angleichung der Zellströme gewährleistet.
Für einen kontinuierlichen Betrieb der Digital-Analog-Wandlerschaltung ist weiterhin die Digital-Analog- Wandlerschaltung mit einer zusätzlichen Stromzelle versehen. Auf diese Weise steht immer die erforderliche Anzahl von Stromzellen zur Verfügung, um abhängig von dem digitalen Eingangssignal ein entsprechendes analoges Ausgangssignal zu erzeugen, während eine der Stromzellen sich in der Kalibrierungsphase befindet, d. h. mit der Referenz-Stromquelle verschaltet ist. Die zu kalibrierende Stromzelle wird zyklisch abhängig von einem Taktsignal ausgetauscht.
Zur Ansteuerung der Schaltmittel durch ein dementsprechendes Weiterschalten der digitalen Eingangssignale umfasst die Digital-Analog-Wandlerschaltung Auswahlschalter. Die Auswahlschalter sind derart ausgestaltet, dass sie eine Anzahl k von Signalen, welche eine Thermometer-Kodierung des digitalen Eingangssignals der Digital-Analog-Wandlerschaltung bilden, mit den k + 1 Stromzellen verschalten. Jeweils eine der Stromzellen ist dabei nicht von den Signalen der Thermometer-Kodierung angesteuert und wird abhängig von dem Taktsignal ausgetauscht. Hierfür ist jeder Stromzelle ein Auswahlschalter zugeordnet, welcher die Stromzelle wahlweise mit einem bestimmten Signal der Thermometer-Kodierung oder mit einem anderen, z. B. benachbarten, Signal der Thermometer-Kodierung ansteuert, so dass jedem Signal der Thermometer-Kodierung wahlweise eine von jeweils zwei Stromzellen zur Verfügung steht.
Die Auswahlschalter sind vorzugsweise derart ausgestaltet, dass die Signale der Thermometer-Kodierung zur Ansteuerung der Stromzellen jeweils nur ein Schaltmittel, z. B. in Form eines Transmission-Gates, durchlaufen müssen. Hierdurch wird eine Zeitverzögerung zwischen einem Eingang eines digitalen Eingangssignals und dem Erhalt eines entsprechenden Ausgangssignals am Ausgang der Digital-Analog-Wandlerschaltung reduziert.
Es ist weiterhin vorteilhaft, die Ansteuerung der Stromzellen derart zu gestalten, dass die zu kalibrierende Stromzelle nur dann zwischen der Betriebsphase und der Kalibrierungsphase umschaltet, wenn sie nicht durch Datensignale, d. h. Signale der Thermometer-Kodierung, angesteuert ist. Hierdurch werden Datenverluste vermieden. Dies kann beispielsweise durch separate Steuerleitungen geschehen welche die Schaltmittel der Stromzellen entsprechend ansteuern.
Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit zur Steuerung des Umschaltens zwischen der Betriebsphase und der Kalibrierungsphase besteht darin, die aus k Signalen bestehende Thermometer-Kodierung um ein Signal zu erweitern, welches aus einem festgelegten Potenzial, z. B. einem Massepotenzial, abgeleitet ist. Dieses Signal kann verwendet werden, um eine zu kalibrierende Stromzelle anzusteuern. Vorzugweise wir hierfür eine weitere Thermometer-Kodierung eingesetzt, welche durch Invertierung aus der ersten Thermometer-Kodierung hervorgeht, so dass für eine zu kalibrierende Stromzelle sowohl das Signal der Thermometer-Kodierung als auch das Signal der invertierten Thermometer-Kodierung aus dem bestimmten Potenzial abgeleitet sind. Dieser Zustand kann von einer einfachen Logik in den Stromzellen erkannt werden, so dass die Logik mittels der Schaltmittel ein Umschalten in die Kalibrierungsphase veranlasst.
Die zuletzt beschriebene Ansteuerung mittels einer Thermometer-Kodierung und einer invertierten Thermometer-Kodierung ist besonders vorteilhaft im Zusammenhang mit einer differentiellen Ausführungsform der Digital-Analog-Wandlerschaltung. In dieser Ausführungsform sind die Schaltmittel derart ausgestaltet, dass die Stromzellen jeweils mit einem ersten, positiven Signalausgang der Digital-Analog-Wandlerschaltung oder mit einem zweiten, negativen Signalausgang verschaltet werden. Hierfür wird ein erster Schalter mit einem der Signale der Thermometer- Kodierung angesteuert, und ein zweiter Schalter mit einem entsprechenden Signal der invertierten Thermometer-Kodierung angesteuert. Hierdurch kann ein gesteuertes Umschalten der Stromzelle zwischen Betriebsphase und Kalibrierungsphase erreicht werden, ohne dass zusätzliche Steuerleitungen erforderlich sind.
Weiterhin kann die Digital-Analog-Wandlerschaltung derart ausgestaltet sein, dass die Stromzellen aus PMOS-Transistoren, d. h. Feldeffekt-Transistoren mit Löcherleitung, aufgebaut sind und einen ersten Zweig bilden, und dass die Digital-Analog-Wandlerschaltung einen weiteren Zweig umfasst, welcher entsprechend dem ersten Zweig aufgebaut ist, dessen Stromzellen jedoch, komplementär zu dem ersten Zweig, aus NMOS-Transistoren, d. h. Feldeffekt-Transistoren mit Elektronenleitung, aufgebaut sind. Durch diese so genannte Dual-Polarity-Bauweise sind die Signalausgänge der Digital-Analog-Wandlerschaltung gegenüber einer virtuellen Masse definiert, ohne dass hierfür zusätzlicher Schaltungsaufwand erforderlich ist. Dies ist von besonderem Vorteil bei Einsatz der Digital-Analog-Wandlerschaltung in einer Rückkopplungsschleife einer Sigma-Delta-Modulatorschaltung.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Kalibrierung von Stromzellen ermöglicht insgesamt eine platzsparende Realisierung der Stromzellen auf einem Halbleiterchip bei gleichzeitig hoher Auflösung und Linearität der darauf basierenden Digital-Analog-Wandlerschaltung. Die beschriebene digitale Ansteuerung der Stromzellen bietet den Vorzug geringer Laufzeiten der Signale und einer Vermeidung von Datenverlusten.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
1 zeigt einen Zweig einer Digital-Analog-Wandlerschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
2 zeigt eine in dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eingesetzte Differenzstufe,
3 zeigt schematisch eine Ansteuerung von Stromzellen in einer Digital-Analog-Wandlerschaltung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
4 zeigt einen Auswahlschalter gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
5 veranschaulicht eine Ansteuerung der Auswahlschalter in dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und
6 zeigt eine Schaltung zur Kalibrierung einer Stromzelle gemäß dem allgemeinen Stand der Technik.
In 1 ist ein Zweig einer Digital-Analog-Wandlerschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der Zweig der Digital-Analog-Wandlerschaltung umfasst für eine Digital-Analog-Wandlung mit n Bit Auflösung eine Anzahl k = 2ⁿ identischer Stromzellen 10p.
Die Stromzellen 10p umfassen als Stromquelle jeweils einen Spiegel-Transistor 11, welcher mit einem für alle Stromzellen 10p gemeinsamen Stromspiegel-Schaltungsblock 9, welcher weitere Transistoren 13, 14, 16 umfasst, verbunden ist. Die Stromzellen umfassen weiterhin jeweils einen Kalibrierungs-Transistor 15, welcher dem Spiegel-Transistor 11 parallel geschaltet ist, und einen Kaskoden-Transistor 12, welcher zwischen einen Ausgangs-Knotenpunkt 1 der Stromzelle und den Spiegel-Transistor 11 geschaltet ist, um mit diesem eine Kaskoden-Struktur zu bilden. Bei den Spiegel-Transistoren 11, Kalibrierungs-Transistoren 15 und Kaskoden-Transistoren 12 der Stromzellen 10p handelt es sich um PMOS-Transistoren, d. h. Feldeffekt-Transistoren mit Löcherleitung.
Die Ausgangs-Knotenpunkte 1 der Stromzellen 10p sind durch Schaltmittel 3a, 3b mit einem positiven ersten Signalausgang 7 und mit einem negativen zweiten Signalausgang 8 der Digital-Analog-Wandlerschaltung verbunden. Durch entsprechende Ansteuerung der Schaltmittel 3a, 3b können die Stromzellen 10p jeweils mit einem der Signalausgänge 7, 8 verschaltet werden, oder, wenn beide Schaltmittel 3a, 3b geöffnet sind, von den Signalausgängen 7, 8 getrennt werden.
Weiterhin umfassen die Stromzellen 10p Schaltmittel 2, durch welche die Stromzellen mit einer Referenz-Stromquelle 30 verschaltet werden können. Die Referenz-Stromquelle 30 ist im Wesentlichen durch Stromspiegel realisiert, welche Transistoren 33, 34, 36 umfassen, bei welchen es sich im Speziellen um NMOS-Transistoren, d. h. Feldeffekt-Transistoren mit Elektronenleitung handelt.
Darüber hinaus umfasst die Digital-Analog-Wandlerschaltung eine Differenzstufe 20, welche, ebenfalls mittels der Schaltmittel 2, zwischen die Ausgangs-Knotenpunkte 1 der Stromzellen und einen Gate-Kontakt der Kalibrierungs-Transistoren 15 geschaltet werden kann, so dass ein erster Eingang der Differenzstufe 20 mit dem jeweiligen Ausgangs-Knotenpunkt 1 verbunden ist und ein Ausgang der Differenzstufe mit dem Gate-Kontakt des jeweiligen Kalibrierungs-Transistors 15 verbunden ist. Über einen zweiten Eingang der Differenzstufe 20 kann das Potenzial an den Ausgangs-Knotenpunkten 1 eingestellt werden. Der erste Eingang der Differenzstufe ist mittels einer Kapazität 26 an Masse gekoppelt, wodurch die Stabilität der Potenzialeinstellung an dem Ausgangs-Knotenpunk 1 erhöht wird.
Der in 1 dargestellte Zweig der Digital-Analog-Wandlerschaltung umfasst k Stromzellen 10p, von denen k – 1 Stromzellen 10p zur Erzeugung eines Ausgangssignals der Digital-Analog-Wandlerschaltung benötigt werden. Die Stromzellen werden zyklisch nacheinander kalibriert, d. h. es wird jeweils eine der Stromzellen mittels der Schaltmittel 2 mit der Referenz-Stromquelle 30 verschaltet, so dass ein von der Referenz-Stromquelle erzeugter Referenzstrom I_R in die Stromzelle 10p eingeprägt wird. Während dieser Kalibrierungsphase ist die Stromzelle 10p von den Signalausgängen 7, 8 getrennt, d. h. die der Stromzelle zugeordneten Schaltmittel 3a, 3b sind geöffnet.
In der Kalibrierungsphase ist der Kalibrierungs-Transistor 15 im Wesentlichen als Diode verschaltet, d. h. der Drain-Kontakt des Kalibrierungs-Transistors ist über den Kaskoden-Transistor 12 und die Differenzstufe 20 mit dem Gate-Kontakt des Kalibrierungs-Transistors 15 verbunden, so dass eine Gate-Spannung an dem Gate-Kontakt des Kalibrierungs-Transistors 15 einen Wert annimmt, welcher einem Strom I_K in dem Kalibrierungs-Transistor 15 entspricht. Der Strom I_K in dem Kalibrierungs-Transistor 15 entspricht wiederum der Differenz zwischen dem Referenzstrom I_R und einem vorgegebenen Strom IM in dem Spiegel-Transistor 11. Entsprechend der Gate-Spannung erfolgt ein Aufladen einer Gate-Source-Kapazität C_GS des Kalibrierungs-Transistors 15.
Werden die Schaltmittel 2 geöffnet, d. h. die Referenz-Stromquelle 30 von der Stromzelle getrennt, bleibt die Gate-Spannung an dem Kalibrierungs-Transistor 15 zunächst konstant, so dass auch der Strom I_K durch den Kalibrierungs-Transistor 15 konstant bleibt. Ein Zellstrom I_C, welcher in einer auf die Kalibrierungsphase folgenden Betriebsphase der Stromzelle 10p an dem Ausgangs-Knotenpunkt 1 abgegriffen werden kann, entspricht der Summe aus dem vorgegebenen Strom I_M in dem Spiegel-Transistor 11 und dem Strom I_K in dem Kalibrierungs-Transistor 15, welcher sich in der Kalibrierungsphase eingestellt hat, d. h. der Zellstrom I_C entspricht dem Referenzstrom I_R.
In 2 ist eine schaltungstechnische Realisierung der Differenzstufe 20 gezeigt, mittels welcher in der Kalibrierungsphase der Ausgangs-Knotenpunkt 1 und der Gate-Kontakt des Kalibrierungs-Transistors 15 der zu kalibrierenden Stromzelle 10p verbunden werden.
Die Differenzstufe 20 wird durch einen Bias-Strom I_B gespeist und ist derart ausgestaltet, dass ein Verstärkungsfaktor der Differenzstufe eins beträgt. Mittels an den Eingängen in₊ bzw. in_– der Differenzstufe 20 anliegenden Eingangs-Spannungen werden Transistoren 22 bzw. 23 angesteuert, so dass sich der Bias-Strom in einem durch die Eingangs-Spannungen vorgegebenen Verhältnis auf einen ersten Zweig mit dem Transistor 22 und einen zweiten Zweig mit dem Transistor 23 verteilt. Weiterhin umfasst jeder der Zweige einen als Diode verschalteten Transistor 24. Ein Ausgangssignal out der Differenzstufe 20 wird einseitig an dem zweiten Zweig zwischen dem Transistor 23 und dem Transistor 24 abgegriffen. Die Differenzstufe 20 gewährleistet, dass das Potenzial an den Ausgangs-Knotenpunkten 1 der Stromzellen 10p auch während eines Umschaltens zwischen Kalibrierungsphase und Betriebsphase im Wesentlichen konstant ist. Durch die Wahl des Verstärkungsfaktors eins werden Instabilitäten der Gesamtschaltung vermieden.
3 zeigt schematisch die Ansteuerung der Schaltmittel 3a, 3b in der Digital-Analog-Wandlerschaltung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Es ist jeweils eine Stromzelle 10p des durch PMOS-Transistoren realisierten Zweiges der Digital-Analog-Wandlerschaltung und eine Stromzelle 10n eines durch NMOS-Transistoren realisierten Zweigs der Digital-Analog-Wandlerschaltung gezeigt. Die Ströme der Stromzellen 10p, 10n werden wahlweise mit dem positiven Signalausgang 7 oder dem negativen Signalausgang 8 der Digital-Analog-Wandlerschaltung verschaltet. In der Kalibrierungsphase sind die Schaltmittel 3a, 3b geöffnet, so dass die Stromzellen 10p, 10n von den Signalausgängen 7, 8 getrennt sind. Sowohl der durch PMOS-Transistoren realisierte Zweig als auch der durch NMOS-Transistoren realisierte Zweig umfassen zur Kalibrierung der Stromzellen 10p, 10n eine entsprechend ausgestaltete Referenzstromquelle, die in 3 jedoch nicht dargestellt ist.
Weiterhin umfasst die Schaltung einen Ausgangsblock 50 mit einem differentiellen Ausgangsverstärker 55 und Widerständen 52 zur Umsetzung der Stromsignale in den Signalausgängen 7, 8 in Spannungssignale.
Die Stromzellen 10p, 10n umfassen, wie in 3 gezeigt, jeweils eine Logik 18. Die Logik 18 ist derart ausgestaltet, dass sie die Ansteuerung der Schaltmittel 3a, 3b überwacht und, wenn die Stromzelle durch die Schaltmittel 3a, 3b von beiden Signalausgängen 7, 8 getrennt ist, das Umschalten der Stromzelle in die Kalibrierungsphase mittels der Schaltmittel 2 (in 3 nicht gezeigt) veranlasst.
Hierfür werden die Schaltmittel 3a, 3b durch die Steuersignale 102, 102' in einer entsprechenden Weise angesteuert. Die Steuersignale 102, 102' umfassen jeweils eine Anzahl Einzelsignale, welche der Anzahl k der Stromzellen 10p, 10n in jeweils einem der Zweige der Digital-Analog-Wandlerschaltung entspricht. Davon sind im Falle der Steuersignale 102 k – 1 Untersignale aus einer Thermometer-Kodierung 100 des digitalen Eingangssignals der Digital-Analog-Wandlerschaltung abgeleitet.
Die Steuersignale 102' umfassen k – 1 Untersignale, welche aus einer invertierten Thermometerkodierung 100' des digitalen Eingangssignals der Digital-Analog-Wandlerschaltung abgeleitet sind. Jeweils ein Untersignal der Steuersignale 102, 102' ist aus einem Massepotenzial abgleitet. Die Steuersignale 102' entsprechen einer Invertierung der Steuersignale 102, so dass in jedem Zweig für k – 1 Stromzellen 10p, 10n entweder das Schaltmittel 3a oder das Schaltmittel 3b geöffnet ist. Eine Stromzelle 10p, 10n jedes Zweiges ist durch die aus dem Massepotenzial abgeleiteten Untersignale angesteuert, so dass die Schaltmittel 3a und die Schaltmittel 3b geöffnet sind. In diesem Fall veranlasst die Logik 18 ein Umschalten der Stromzelle 10p, 10n in die Kalibrierungsphase.
Zur Bereitstellung der Steuersignale 102 und der invertierten Steuersignale 102' abhängig von dem digitalen Eingangssignal der Digital-Analog-Wandlerschaltung umfasst die Digital-Analog-Wandlerschaltung jeweils eine Anzahl Auswahlschalter 40, welche der Anzahl k der Stromzellen in dem PMOS- bzw. NMOS-Zweig der Digital-Analog-Wandlerschaltung entspricht, d. h. die Digital-Analog-Wandlerschaltung umfasst k Auswahlschalter 40 für die Steuersignale 102 und k weitere Auswahlschalter 40 für die invertierten Steuersignale 102'. Die Auswahlschalter 40 werden durch Steuersignale 110, 110' angesteuert. Jeder Stromzelle sind somit zwei Auswahlschalter 40 zugeordnet, einer für die Steuersignale 102, einer für die invertierten Steuersignale 102'.
Die Auswahlschalter 40 zur Erzeugung der Steuersignale 102 sind, wie aus 4 hervorgeht, derart ausgestaltet, dass sie abhängig von Untersignalen 110a, 110a' der Steuersignale 110, 110' eines von zwei Untersignalen 100a, 100b der Thermometer-Kodierung 100 des digitalen Eingangssignals der Digital-Analog-Wandlerschaltung, auf ihren Signalausgang 102a weiterleiten, oder, wenn beide Untersignale 110a, 110a' der Steuersignale 110, 110' null sind, ihren Signalausgang 102a, mittels eines Schalttransistors 46 auf Masse ziehen.
Hierfür umfasst der in 4 dargestellte Auswahlschalter ein Schaltmittel in Form eines Transmission-Gates 42 zum Durchschalten des Signals 100a auf seinen Signalausgang 102a und ein Schaltmittel in Form eines weiteren Transmission-Gates 43 zum Durchschalten des Signals 100b auf seinen Signalausgang 102a. Falls beide Steuersignale 110a, 110a' null sind, wird mittels eines NOR-Gatters 44 veranlasst, dass der Signalausgang des Auswahlschalters 40 auf Masse gezogen wird. Die Auswahlschalter 40 zur Erzeugung des invertierten Steuersignals 102' sind entsprechend ausgestaltet, an ihren Eingängen jedoch mit Untersignalen der invertierten Thermometer-Kodierung 100' beaufschlagt.
Die Steuersignale 110, 110' umfassen jeweils eine Anzahl von Untersignalen, welche der Anzahl k von Stromzellen in jedem Zweig der Digital-Analog-Wandlerschaltung entspricht. Paare von einem der Untersignale der Steuersignale 110 und einem entsprechenden Untersignal der Steuersignale 110' dienen der Ansteuerung eines entsprechenden Auswahlschalters 40, welcher wiederum eine entsprechende Stromzelle 10p, 10n ansteuert. Die Steuersignale 110 stellen eine Thermometer-Kodierung eines Zählers dar, welcher abhängig von einem Taktsignal die Werte von 0 bis k – 1 durchläuft.
Die Steuersignale 110' gehen durch ein Invertieren und ein zyklisches Verschieben um eine Position der Steuersignale 110 aus diesen hervor. Auf diese Wiese wird erreicht, dass für genau eines der Paare von Untersignalen der Steuersignale 110, 110' beide Untersignale null sind, so dass die entsprechende Stromzelle 10p, 10n in die Kalibrierungsphase umgeschaltet wird.
Die Thermometer-Kodierung der Steuersignale 110 und die um eine Position versetzte invertierte Thermometer-Kodierung können beispielsweise derart gewählt sein, dass wenn der Zähler den Wert i annimmt, für ein i-tes Paar von Untersignalen der Steuersignale 110, 110' beide Untersignale den Wert null annehmen. Ein Beispiel für eine 2-Bit-Thermometer-Kodierung zur Ansteuerung von 4 Stromzellen ist in der folgenden Tabelle gezeigt. Dabei bezeichnet Z den Wert des Zählers, T die entsprechende Thermometer-Kodierung, und I die invertierte, um eine Position versetzte Thermometer-Kodierung.

Z T/I T/I T/I T/I

0 0/1 0/1 0/1 0/0

1 0/1 0/1 0/0 1/0

2 0/1 0/0 1/0 1/0

3 0/0 1/0 1/0 1/0
Die Ansteuerung der Auswahlschalter 40 durch die Steuersignale 110, 110' ist in 5 veranschaulicht. Ein Kalibrierungs-Taktsignal 200 wird über ein Flip-Flop-Speicher-Element 66 einem Digital-Zähler 60 zugeführt. Ein Wert des Digital-Zählers 60 wird von einem Thermometer-Kodierungs-Block 65 in die entsprechende Thermometer-Kodierung und die entsprechende invertierte, um eine Position versetzte Thermometer-Kodierung umgesetzt, so dass als Ausgangssignale des Thermometer-Kodierungs-Blocks 65 die zuvor beschriebenen Steuersignale 110, 110' bereitgestellt sind. Die Steuersignale 110, 110' dienen der Ansteuerung der Auswahlschalter 40.
Die Eingangssignale der Auswahlschalter 40 sind durch Untersignale 100a, 100b der Thermometer-Kodierung 100 des digitalen Eingangssignals der Digital-Analog-Wandlerschaltung, bzw. durch Untersignale 100a', 100b' der invertierten Thermometer-Kodierung 100' des digitalen Eingangssignals der Digital-Analog-Wandlerschaltung gebildet.
Die Zuordnung der k – 1 Untersignale der Thermometer-Kodierung 100 zu den k Auswahlschaltern 40, welche jeweils einer der Stromzellen 10p, 10n zugeordnet sind, ist speziell derart gewählt, dass ein j-tes Untersignal der Thermometer-Kodierung 100 als Eingangssignal des j-ten Auswahlschalters 40 und als Eingangssignal des (j + 1)-ten Auswahlschalters 40 verwendet wird, so dass während der Kalibrierungsphase der j-ten Stromzelle 10p, 10n das j-te Untersignal der Thermometer-Kodierung 100 die (j + 1)-te Stromzelle ansteuern kann.
Die Zuordnung der k – 1 Untersignale der invertierten Thermometer-Kodierung 100' zu den k weiteren Auswahlschaltern 40 ist entsprechend der oben beschriebenen Zuordnung der k – 1 Untersignale der Thermometer-Kodierung 100 zu den k Auswahlschaltern 40 gestaltet.
Der Thermometer-Kodierungs-Block 65, das Flip-Flop-Speicher-Element 66, sowie weitere Flip-Flop-Speicher-Elemente 66 an den Signalausgängen der Auswahlschalter 40 sind durch ein Speicher-Taktsignal 210 angesteuert.
Das beschriebene Verfahren zur Kalibrierung von Stromzellen ist besonders vorteilhaft, wenn es in einer Digital-Analog-Wandlerschaltung im Zusammenhang mit der beschriebenen digitalen Ansteuerung eingesetzt wird. Für die digitale Ansteuerung bestehen jedoch auch unabhängig von der Kalibrierung von Stromzellen vorteilhafte Einsatzmöglichkeiten.

Claims

Verfahren zur Kalibrierung von Stromzellen (10p, 10n) für eine Digital-Analog-Wandlerschaltung, wobei während einer Betriebsphase ein Zellstrom, der durch die Summe eines Stroms in einem Spiegel-Transistor (11) mit einem weiteren Strom in einem Kalibrierungs-Transistor (15), welcher dem Spiegel-Transistor (11) parallel geschaltet ist, gebildet ist, an einem Ausgangs-Knotenpunkt (1) der Stromzelle abgreifbar ist, wobei während einer Kalibrierungsphase ein Referenzstrom, welchem der Zellstrom anzugleichen ist, in die Stromzelle (10p, 10n) eingeprägt wird, und wobei der Kalibrierungs-Transistor (15) während der Kalibrierungsphase im Wesentlichen als Diode verschaltet wird, so dass der Strom durch den Kalibrierungs-Transistor (15) der Differenz des Referenzstroms und des Stroms in dem Spiegel-Transistor (11) entspricht, wobei das Verfahren umfasst: – Bereitstellen einer zusätzlichen Stromzelle (10p, 10n), – Verschalten der Stromzellen (10p, 10n) abhängig von einem digitalen Eingangssignal der Digital-Analog-Wandlerschaltung mit einem Signalausgang der Digital-Analog-Wandlerschaltung, während eine der Stromzellen (10p, 10n) zur Kalibrierung mit einer Referenz-Stromquelle (30) verschaltet wird, und – zyklisches Austauschen der zu kalibrierenden Stromzelle (10p, 10n) abhängig von einem Taktsignal (200), dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiterhin umfasst: – Ansteuern von k + 1 Stromzellen mittels einer Anzahl k von Untersignalen, welche eine Thermometer-Kodierung (100) des digitalen Eingangssignals darstellen in einer solchen Weise, dass die Stromzellen jeweils wahlweise durch ein bestimmtes Untersignal der Thermometer-Kodierung (100), durch ein anderes Untersignal der Thermometer-Kodierung (100) oder derart angesteuert sind, dass ein Umschalten in die Kalibrierungsphase erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Potenzial an dem Ausgangs-Knotenpunkt (1) der Stromzelle (10p, 10n), an welchem während der Betriebsphase der Zellstrom abgreifbar ist, und in welchen während der Kalibrierungsphase der Referenzstrom eingeprägt wird, im Wesentlichen konstant gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass während der Kalibrierungsphase eine intrinsische Kapazität des Kalibrierungs-Transistors (15) aufgeladen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom in dem Spiegel-Transistor (11) derart eingestellt wird, dass dieser einen Hauptanteil des Zellstroms ausmacht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Kalibrierungsphase eine Differenzstufe (20) zwischen den Ausgangs-Knotenpunkt (1) und einen Steuer-Kontakt des Kalibrierungs-Transistors (15) geschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass während der Kalibrierungsphase ein erster Eingang der Differenzstufe (20) mit dem Ausgangs-Knotenpunkt (1) und ein Ausgang der Differenzstufe (20) mit dem Steuer-Kontakt des Kalibrierungs-Transistors (15) verbunden wird, während über einen zweiten Eingang der Differenzstufe (20) das Potenzial an dem Ausgangs-Knotenpunkt (1) eingestellt wird.
Digital-Analog-Wandlerschaltung, umfassend eine Anzahl von Stromzellen (10p, 10n), wobei zur Erzeugung eines analogen Ausgangssignals abhängig von einem digitalen Eingangssignal der Digital-Analog-Wandler-Schaltung die Stromzellen (10p, 10n) mit einem Signalausgang der Digital-Analog-Wandlerschaltung (10p, 10n) verschaltbar sind, wobei die Stromzellen (10p, 10n) jeweils einen Spiegel-Transistor (11), welcher einen Strom bereitstellt, und einen Kalibrierungs-Transistor (15), in welchem ein weiterer Strom fließt, und welcher dem Spiegel-Transistor (11) parallel geschaltet ist, umfassen, und wobei jede der Stromzellen (10p, 10n) derart ausgestaltet ist, dass in einer Betriebsphase ein Zellstrom, welcher durch die Summe des Stroms in dem Spiegel-Transistor (11) und des Stroms in dem Kalibrierungs-Transistor (15) gebildet ist, an einem Ausgangs-Knotenpunkt (1) der Stromzelle (10p, 10n) abgreifbar ist, und dass in einer Kalibrierungsphase, während der ein Referenzstrom, welchem der Zellstrom anzugleichen ist, in die Stromzelle (10p, 10n) eingeprägt ist, der Kalibrierungs-Transistor (15) im Wesentlichen als Diode verschaltet ist, so dass der Strom durch den Kalibrierungs-Transistor (15) der Differenz des Referenzstroms und des Stroms in dem Spiegel-Transistor (11) entspricht, wobei die Digital-Analog-Wandlerschaltung weiterhin umfasst: – eine Referenz-Stromquelle (30) zur Erzeugung des Referenzstroms, und – Schaltmittel (2, 3a, 3b) zum gesteuerten Verschalten der Stromzellen (10p, 10n) mit dem Signalausgang (7, 8) der Digital-Analog-Wandlerschaltung oder der Referenz-Stromquelle (30), wobei die Schaltmittel (2, 3a, 3b) derart angesteuert sind, dass sie nacheinander jeweils eine der Stromzellen zur Kalibrierung derselben mit der Referenz-Stromquelle verschalten, wobei die Digital-Analog-Wandlerschaltung eine zusätzliche Stromzelle (10p, 10n) umfasst, und wobei die Schaltmittel (2, 3a, 3b) derart ausgestaltet sind, dass die Stromzellen (10p, 10n) abhängig von dem digitalen Eingangssignal mit dem Signalausgang (7, 8) verschaltet werden, während eine der Stromzellen (10p, 10n) zur Kalibrierung mit der Referenz-Stromquelle (30) verschaltet ist, wobei die Digital-Analog-Wandlerschaltung Mittel (40) zum zyklischen Austauschen der zu kalibrierenden Stromzelle (10p, 10n) abhängig von einem Taktsignal (200) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Digital-Analog-Wandlerschaltung zur Ansteuerung von k + 1 Stromzellen (10p, 10n) mittels einer Anzahl k von Untersignalen, welche eine Thermometer-Kodierung (100) des digitalen Eingangssignals darstellen, k + 1 Auswahlschalter (40) umfasst, welche derart ausgestaltet sind, dass ein Ausgangssignal jedes Auswahlschalters (40) als Steuersignal einer entsprechenden Stromzelle (10p, 10n) zugeordnet ist, so dass diese wahlweise durch ein bestimmtes Untersignal der Thermometer-Kodierung (100), durch ein anderes Untersignal der Thermometer-Kodierung (100) oder derart angesteuert ist, dass ein Umschalten in die Kalibrierungsphase erfolgt.
Digital-Analog-Wandlerschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Digital-Analog-Wandlerschaltung derart ausgestaltet ist, dass sie die Thermometer-Kodierung (100) um ein von einem festgelegten Potenzial abgeleitetes Untersignal zur Ansteuerung der zu kalibrierenden Stromzelle (10p, 10n) erweitert.
Digital-Analog-Wandlerschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Digital-Analog-Wandlerschaltung k + 1 weitere Auswahlschalter (40) umfasst, so dass jeder Stromzelle (10p, 10n) zusätzlich ein Ausgangssignal eines der weiteren Auswahlschalter (40) zugeordnet ist, wobei jeder der weiteren Auswahlschalter (40) zur Weiterleitung von Untersignalen einer weiteren Thermometer- Kodierung (100'), welche aus der ersten Thermometer-Kodierung (100) durch Invertieren hervorgeht und um ein von dem festgelegten Potenzial abgeleitetes Untersignal erweitert ist, ausgestaltet ist, so dass die zu kalibrierende Stromzelle (10p, 10n) durch zwei Untersignale, die von dem festgelegten Potenzial abgeleitet sind, angesteuert ist.
Digital-Analog-Wandlerschaltung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Digital-Analog-Wandlerschaltung Steuerleitungen umfasst, welche die Auswahlschalter (40) mit den Schaltmitteln (2, 3a, 3b) zum gesteuerten Umschalten der Stromzellen (10p, 10n) zwischen Betriebsphase und Kalibrierungsphase verbinden, wobei jeder Stromzelle genau zwei Steuerleitungen zugeordnet sind.
Digital-Analog-Wandlerschaltung nach Anspruch 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahlschalter (40) zur Weiterleitung der Untersignale Schaltmittel (42, 43) umfassen und derart ausgestaltet sind, dass die Untersignale in den Auswahlschaltern (40) jeweils nur eines der Schaltmittel (42, 43) durchlaufen.
Digital-Analog-Wandlerschaltung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromzellen jeweils Überwachungsmittel (18) umfassen, welche zur Überwachung der Steuersignale ausgestaltet sind und abhängig von den Steuersignalen für die Schaltmittel (3a, 3b), welche die Stromzelle mit dem Signalausgang (7, 8) verschalten, die Schaltmittel (2), welche die Stromzelle (10p, 10n) mit der Referenz-Stromquelle (30) verschalten, steuern.
Digital-Analog-Wandlerschaltung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Digital-Analog-Wandlerschaltung differentiell ausgestaltet ist, wobei die Stromzellen (10p, 10n) abhängig von dem digitalen Eingangssignal entweder mit einem positiven ersten Signalausgang (7) oder mit einem negativen zweiten Signalausgang (8) verschaltet werden.
Digital-Analog-Wandlerschaltung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromzellen (10p) der Digital-Analog-Wandlerschaltung auf Transistoren eines ersten Leitfähigkeitstyps basieren und einen ersten Zweig bilden, und dass die Digital-Analog-Wandlerschaltung einen zweiten Zweig umfasst, der entsprechend dem ersten Zweig aufgebaut ist, und dessen Stromzellen (10n), komplementär zu dem ersten Zweig, auf Transistoren eines zweiten Leitfähigkeitstyps, welcher sich von dem ersten Leitfähigkeitstyp unterscheidet, basieren.
Digital-Analog-Wandlerschaltung nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Digital-Analog-Wandlerschaltung zum Einsatz in einem Rückkoppelzweig einer Sigma-Delta-Modulatorschaltung ausgestaltet ist.
Digital-Analog-Wandlerschaltung nach einem der Ansprüche 7–15, dadurch gekennzeichnet, dass die Digital-Analog-Wandlerschaltung Steuermittel (20) umfasst, welche derart ausgestaltet sind, dass sie ein Potenzial an den Ausgangs-Knotenpunkten (1) der Stromzellen (10p, 10n), an welchen während der Betriebsphase die Zellströme abgreifbar sind, und in welche während der Kalibrierungsphase der Referenzstrom eingeprägt wird, im Wesentlichen konstant halten.
Digital-Analog-Wandlerschaltung nach einem der Ansprüche 7–16, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromzellen (10p, 10n) jeweils einen Kaskoden-Transistor (12) umfassen, welcher zwischen den Ausgangs-Knotenpunkt (1) der jeweiligen Stromzelle (10p, 10n) und den Spiegel-Transistor (11) geschaltet ist, um mit diesem eine Kaskoden-Struktur zu bilden.
Digital-Analog-Wandlerschaltung nach einem der Ansprüche 7–17, dadurch gekennzeichnet, dass die Digital-Analog-Wandlerschaltung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgestaltet ist.
Sigma-Delta-Modulatorschaltung mit einer Digital-Analog-Wandlerschaltung nach einem der Ansprüche 7 bis 18.