JP2002190739A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
子数を増加することなく、チャンネル毎の絶対精度およ
びチャンネル間の相対精度を共に向上させる。 【解決手段】本発明の半導体装置は、複数チャンネルの
DAコンバータを搭載するもので、主電流源部により、
外付けの基準抵抗および基準電圧に基づいて基準電流を
発生し、誤差補正部により、基準電圧および基準電流に
基づいて、外付けの基準抵抗と内蔵の第1の抵抗素子と
の抵抗値の誤差を補正するための補正電流を発生し、複
数チャンネル分のDAC部により、基準電圧および補正
電流に基づいて、外付けの基準抵抗と内蔵の第2の抵抗
素子との抵抗値の誤差を補正し、アナログ信号に変換す
べきデジタル信号の入力コードに対応した総和電流を発
生して外付けの抵抗素子に供給し、デジタル信号の入力
コードに対応した電圧レベルのアナログ信号に変換す
る。
Description
DAコンバータ(以下、DACという)を搭載した半導
体装置に関するものである。
構成概念図である。同図に示すDAC40は、デジタル
信号を、その入力コードに対応した電圧レベルのアナロ
グ信号に変換する電流セル型(ないしは電流セルマトリ
クス型)DACの一般的な構成を表すもので、基準電流
を発生する主電流源部42と、アナログ信号に変換すべ
きデジタル信号の入力コードに対応した電流を発生する
電流セル部44とを備えている。
流源部42は、オペアンプ46と、P型MOSトランジ
スタ(以下、PMOSという)48とを備えている。P
MOS48は、電源と端子FSADJとの間に接続され
ている。オペアンプ46の端子−,+は、それぞれ基準
電圧Vrefおよび端子FSADJに接続され、その出
力信号はPMOS48のゲートに入力されている。な
お、端子FSADJとグランドとの間には、外付けの基
準抵抗Rsetが接続されている。
分解能に対応した複数の電流セルを備えている。電流セ
ルは、電源と端子Aoutとの間に各々並列に接続され
ている。各々の電流セルは、電源と端子Aoutとの間
に直列に接続されたPMOS50およびスイッチ素子5
2を備え、PMOS50のゲートには、オペアンプ46
の出力信号が入力されている。なお、端子Aoutに
は、外付けの電流/電圧変換用の抵抗素子Routが接
続されている。
42のオペアンプ46の出力信号は、基準電圧Vref
と端子FSADJの電圧レベルとが一致するように制御
される。すなわち、オペアンプ46の出力信号の電圧レ
ベルに応じた基準電流Isetが、PMOS48を介し
て抵抗素子Rsetに供給され、端子FSADJの電圧
レベルが基準電圧Vrefと一致するように調整され
る。この時、基準電流Iset=Vref/Rsetで
表される。
0は、主電流源部42の定電流源であるPMOS48と
共にカレントミラー回路を構成する。スイッチ素子52
は、デジタル信号の入力コードに対応してオン/オフさ
れ、スイッチ素子52がオンの全ての電流セルから供給
された電流が加算される。その総和の電流は抵抗素子R
outに供給され、端子Aoutの電圧レベルが、デジ
タル信号の入力コードに対応した電圧レベルに変換され
る。
デジタル信号の入力コードに対応して、スイッチ素子5
2をオンさせる電流セルの個数を制御することにより、
デジタル信号からアナログ信号への変換が行われる。
に複数チャンネルのDAC40を搭載する場合、例えば
主電流源部42および外付けの基準抵抗Rsetを共用
しながら、電流セル部44のみを複数チャンネル分搭載
するのが一般的である。しかし、複数チャンネルのDA
C40を搭載した場合、電流セル部44の定電流源とな
るPMOS50の特性のばらつきによる影響により、チ
ャンネル毎のフルスケール電圧、すなわち、各チャンネ
ルの定電流の総和がばらつくという問題がある。
ンネルのDAC40毎に、主電流源部42および外付け
の基準抵抗Rsetを備えるのが、すなわち、図2に示
すような1チャンネル分のDAC40を必要な個数使用
するのが効果的である。しかし、この場合には、外付け
の基準抵抗Rsetを接続するための端子FSADJ、
および、PMOS48のゲートに接続された端子VGが
チャンネル数分必要になるという別の問題が発生する。
setを内蔵することにより、端子FSADJの本数分
だけ端子数を削減することができるが、そうすると、外
付けの抵抗素子Routとの相対精度を維持することが
できないという問題がある。その理由は、外付けの抵抗
素子であれば、絶対精度が1%、0.5%、0.1%の
ものを利用可能であるが、内蔵の抵抗素子の絶対精度は
±10〜20%であり、ばらつきが大きいからである。
に、外付けの抵抗素子Routも内蔵すると、DAC4
0からの出力信号が電圧出力となるため、寄生抵抗によ
る精度問題や、外部のI/V(電流/電圧)変換アンプ
を使用することができなくなる等のデメリットが生じ
る。
題点を解消し、複数チャンネルのDACを搭載した場合
に、端子数を増加することなく、チャンネル毎の絶対精
度およびチャンネル間の相対精度を共に向上させること
ができる半導体装置を提供することにある。
に、本発明は、複数チャンネルのDAコンバータを搭載
した半導体装置であって、外付けの基準抵抗および基準
電圧に基づいて基準電流を発生する主電流源部と、第1
の抵抗素子を内蔵し、前記基準電圧および前記基準電流
に基づいて、外付けの前記基準抵抗と内蔵の前記第1の
抵抗素子との抵抗値の誤差を補正するための補正電流を
発生する誤差補正部と、第2の抵抗素子を内蔵し、前記
基準電圧および前記補正電流に基づいて、外付けの前記
基準抵抗と内蔵の前記第2の抵抗素子との抵抗値の誤差
を補正し、アナログ信号に変換すべきデジタル信号の入
力コードに対応した総和電流を発生して外付けの抵抗素
子に供給し、前記デジタル信号の入力コードに対応した
電圧レベルのアナログ信号に変換する複数チャンネル分
のDAC部とを備えていることを特徴とする半導体装置
を提供するものである。
と、このオペアンプの出力信号により制御される第1の
電流源およびこの第1の電流源と共にカレントミラー回
路を構成する複数チャンネル分の第2の電流源と、前記
第1の電流源とグランドとの間に接続された内蔵の前記
第1の抵抗素子とを備え、前記オペアンプの第1の入力
端子には前記基準電圧が入力され、その第2の入力端子
には、前記基準電流および前記第1の電流源から供給さ
れる電流を内蔵の前記第1の抵抗素子に供給して得られ
る電圧が入力され、複数チャンネル分の前記第2の電流
源の各々から、各々対応するチャンネルの前記DAC部
に前記補正電流が供給されるのが好ましい。
素子を内蔵した複数チャンネル分の第2のDAコンバー
タにより構成され、前記基準電圧および前記基準電流に
基づいて、前記第2のDAコンバータへのデジタル信号
の入力コードに対応した前記補正電流を発生し、この補
正電流に応じて、各々対応するチャンネルの前記DAC
部のフルスケール電圧を可変とするのが好ましい。
施例に基づいて、本発明の半導体装置を詳細に説明す
る。
構成概念図である。本発明の半導体装置は、デジタル信
号を、その入力コードに対応した電圧レベルのアナログ
信号に変換する、複数チャンネルの電流セル型(ないし
は電流セルマトリクス型)DAC10を半導体チップ上
に搭載したものである。同図に示すDAC10は、主電
流源部12と、誤差補正部14と、DAC部16(i)
(i=1〜nの整数)とを備えている。
流源部12は、外付けの基準抵抗Rextおよび基準電
圧Vrefに基づいて、後述するDAC部16の1つの
電流セルから供給される電流に相当する基準電流Ire
fを発生するもので、オペアンプ18と、電流源20
と、電流源22とを備えている。なお、電流源22は、
電流源20と共にカレントミラー回路を構成し、電流源
20との電流比がM(M<1)のものである。
間に接続され、電流源22は、電源と内部ノードAとの
間に接続されている。オペアンプ18の端子−,+は、
それぞれ基準電圧Vrefおよび端子FSADJに接続
され、その出力信号は電流源20,22に共通に入力さ
れている。なお、端子FSADJとグランドとの間に
は、本発明の半導体装置に外付けされた基準抵抗Rex
tが接続されている。
力信号は、基準電圧Vrefと端子FSADJの電圧レ
ベルとが一致するように制御される。すなわち、オペア
ンプ18の出力信号の電圧レベルに応じた電流Iext
が、電流源20を介して抵抗素子Rextに供給され、
端子FSADJの電圧レベルが基準電圧Vrefと一致
するように調整される。この時、電流Iext=Vre
f/Rextで表される。
と共にカレントミラー回路を構成し、電流源20との電
流比がM(M<1)のものである。したがって、電流I
extのM倍の電流(基準電流)Irefが、電流源2
2を介して、次の誤差補正部14の抵抗素子Rsumに
供給される。基準電流Iref=M・Iext=(Vr
ef/Rext)・Mで表される。ここで、m<1,R
ext≧Rsumとする。
efおよび基準電流Irefに基づいて、外付けの基準
抵抗Rextと内蔵の抵抗素子Rsumとの抵抗値の誤
差を補正するための補正電流を発生するもので、オペア
ンプ24と、電流源26と、複数チャンネル分の電流源
28(i)と、内蔵の抵抗素子Rsumとを備えてい
る。なお、電流源28(i)は、電流源26と共にカレ
ントミラー回路を構成し、電流源26との電流比がそれ
ぞれM(1)〜M(n)のものである。
に接続され、電流源28(i)は、それぞれ電源と対応
する内部ノードB(i)との間に接続されている。オペ
アンプ24の端子−,+は、それぞれ基準電圧Vref
および内部ノードAに接続され、その出力信号は電流源
26,28(i)に共通に接続されている。内蔵の抵抗
素子Rsumは、内部ノードAとグランドとの間に接続
されている。
流源22を介して内部ノードAに供給される基準電流I
refと、オペアンプ24の出力信号の電圧レベルに応
じて、誤差補正部14の電流源26から内部ノードAに
供給される電流Icompとが加算される。そして、そ
の総和の電流Isumが抵抗素子Rsumに供給され、
オペアンプ24の制御により、内部ノードAの電圧レベ
ルが基準電圧Vrefと一致するように調整される。
mpであるから、電流Icomp=Isum−Iref
となる。ここで、Isum=Vref/Rsumであ
り、前述の通り、基準電流Iref=(Vref/Re
xt)・Mであるから、電流Icomp=(Vref/
Rsum)−(Vref/Rext)・Mで表される。
源26と共にカレントミラー回路を構成し、電流源26
との電流比がそれぞれM(i)のものである。したがっ
て、電流IcompのM(i)倍の補正電流Icomp
(i)が、電流源28(i)を介して、次のDAC部1
6の抵抗素子Rset(i)に供給される。補正電流I
comp(i)=Icomp・M(i)=(Vref/
Rsum)−(Vref/Rext)・Mで表される。
Vrefおよび補正電流Icomp(i)に基づいて、
外付けの基準抵抗Rextと内蔵の抵抗素子Rset
(i)との抵抗値の誤差を補正し、アナログ信号に変換
すべきデジタル信号の入力コードに対応した総和電流を
発生して外付けの抵抗素子Rout(i)に供給し、デ
ジタル信号の入力コードに対応した電圧レベルのアナロ
グ信号に変換するもので、図示例では、nチャンネル分
のDAC部が搭載されている。
30と、電流源32と、デジタル信号の分解能に相当す
る個数の電流セル34と、内蔵の抵抗素子Rset
(i)とを備えている。
との間に接続され、電流セル34は、電源と端子Aou
t(i)との間に各々並列に接続されている。オペアン
プ30の端子−,+は、それぞれ基準電圧Vrefおよ
び内部ノードB(i)に接続され、その出力信号は電流
源32および全ての電流セル34に共通に接続されてい
る。内蔵の抵抗素子Rset(i)は、内部ノードB
(i)とグランドとの間に接続されている。
4は、電流源32と共にカレントミラー回路を構成する
電流源と、デジタル信号の入力コードに応じてオン/オ
フが制御されるスイッチ素子とを備えている。これらの
電流源およびスイッチ素子は、電源と端子Aout
(i)との間に直列に接続されている。また、各DAC
部16(i)の端子Aout(i)とグランドとの間に
は、それぞれ外付けの電流/電圧変換用の抵抗素子Ro
ut(i)が接続されている。
のそれぞれの電流源28(i)を介して内部ノードB
(i)に供給される補正電流Icomp(i)と、オペ
アンプ30の出力信号の電圧レベルに応じて、各々のD
AC部16(i)の電流源32から内部ノードB(i)
に供給される電流Is(i)とが加算される。そして、
その総和の電流Iset(i)が抵抗素子Rset
(i)に供給され、オペアンプ30の制御により、内部
ノードB(i)の電圧レベルが基準電圧Vrefと一致
するように調整される。
(i)+Is(i)であるから、電流Is(i)=Is
et(i)−Icomp(i)となる。Iset(i)
=Vref/Rset(i)であり、前述の通り、電流
Icomp(i)=((Vref/Rsum)−(Vr
ef/Rext)・M)・M(i)であるから、電流I
s(i)=Vref/Rset(i)−((Vref/
Rsum)−(Vref/Rext)・M)・M(i)
=Vref/Rset(i)−(Vref/Rsum)
・M(i)+(Vref/Rext)・M・M(i)で
表される。
子Rsum,Rset(i)は、例えば隣接配置するな
どして、その抵抗値をほぼ等しく形成することが可能で
ある。
M(i)=1とすると、電流Is(i)=(Vref/
Rext)・Mで表される。すなわち、内蔵の抵抗素子
Rsumおよび抵抗素子Rset(i)の抵抗値が同一
値の場合、電流Is(i)は、これらの内蔵の抵抗素子
Rsumおよび抵抗素子Rset(i)の抵抗値に係わ
らず、基準電圧Vrefおよび外付けの基準抵抗Rex
tの抵抗値により任意の値に設定することができる。
14の電流源26と電流源28(i)との電流比を適宜
設定することにより、基準電圧Vrefや外付けの基準
抵抗Rextおよび外付けの抵抗素子Rout(i)の
抵抗値を変更することなく、DAC部16におけるフル
スケール電圧のレンジを自由に調整することが可能であ
る。
2と共にカレントミラー回路を構成する電流源を備えて
いる。したがって、それぞれの電流セル34からは、電
流Is(i)に等しい電流Ifs(i)が供給され、ス
イッチ素子がオンされた電流セル34から供給される全
ての電流が加算され、外付けの抵抗素子Rout(i)
に供給される。その結果、端子Aoutの電圧レベル
は、デジタル信号の入力コードに対応した電圧レベルの
アナログ信号に変換される。
mp(i)は、外付けの基準抵抗Rextと内蔵の抵抗
素子Rsumとの抵抗値が等しい場合に電流源26を介
して供給される規定電流に加えて、外付けの基準抵抗R
extと内蔵の抵抗素子Rsumとの抵抗値の差に対応
する誤差電流を含む。したがって、外付けの基準抵抗R
extよりも内蔵の抵抗素子Rsumの抵抗値の方が大
きい場合、補正電流Icomp(i)は減少し、小さい
場合には増加する。
6の内蔵の抵抗素子Rset(i)には、誤差補正部1
4から、それぞれ電流Icompに等しい補正電流Ic
omp(i)が供給される。前述のように、内蔵の抵抗
素子Rsum,Rset(i)の抵抗値がほぼ等しい場
合、外付けの基準抵抗Rextと内蔵抵抗Rset
(i)との抵抗値の差に対応する誤差電流は、誤差補正
部14の電流源28(i)から供給される補正電流Ic
omp(i)に含まれていることになる。
ら供給される電流Is(i)、すなわち、DAC部16
から出力される電流Ifs(i)は、外付けの基準抵抗
Rextと内蔵の抵抗素子Rset(i)との抵抗値の
差に対応する誤差電流が補正されたものとなる。
の外付けの抵抗素子を接続する端子が1つだけでよく、
端子数を削減できるという利点がある。また、本発明の
半導体装置では、外付けの基準抵抗Rextと内蔵の抵
抗素子Rsum,Rset(i)との抵抗値の差を補正
しているので、チャンネル間のフルスケール電圧の誤差
を低減することができ、チャンネル毎の絶対精度および
チャンネル間の相対精度を共に向上させることができ
る。
2,34および電流セル34を構成する電流源は、具体
的な構成は何ら限定されないが、図2に示すように、例
えばPMOS等のトランジスタにより構成するのが好ま
しい。また、DAC部16(i)は、2チャンネル分以
上であれば何ら限定はなく、何チャンネル分のDAC部
16(i)を搭載してもよい。
sumを内蔵した複数チャンネル分の別のDACを使用
してもよい。これにより、基準電圧Vrefおよび基準
電流Irefに基づいて、この誤差補正部14としての
DACへのデジタル信号の入力コードに対応した補正電
流Icomp(i)を発生し、この補正電流IcomP
MOS(i)に応じて、各々対応するチャンネルのDA
C部16(i)のフルスケール電圧を任意の値に設定可
能となる。
うなものである。以上、本発明の半導体装置について詳
細に説明したが、本発明は上記実施例に限定されず、本
発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変
更をしてもよいのはもちろんである。
体装置は、複数チャンネルのDAコンバータを搭載する
もので、外付けの基準抵抗および基準電圧に基づいて基
準電流を発生し、基準電圧および基準電流に基づいて、
外付けの基準抵抗と内蔵の第1の抵抗素子との抵抗値の
誤差を補正するための補正電流を発生し、基準電圧およ
び補正電流に基づいて、外付けの基準抵抗と内蔵の第2
の抵抗素子との抵抗値の誤差を補正し、アナログ信号に
変換すべきデジタル信号の入力コードに対応した総和電
流を発生して外付けの抵抗素子に供給し、デジタル信号
の入力コードに対応した電圧レベルのアナログ信号に変
換するようにしたものである。これにより、本発明の半
導体装置によれば、端子数を増加することなく、チャン
ネル間のフルスケール電圧の誤差を低減することがで
き、チャンネル毎の絶対精度およびチャンネル間の相対
精度を共に向上させることができる。
である。
ある。
Claims (3)
- 【請求項1】複数チャンネルのDAコンバータを搭載し
た半導体装置であって、 外付けの基準抵抗および基準電圧に基づいて基準電流を
発生する主電流源部と、第1の抵抗素子を内蔵し、前記
基準電圧および前記基準電流に基づいて、外付けの前記
基準抵抗と内蔵の前記第1の抵抗素子との抵抗値の誤差
を補正するための補正電流を発生する誤差補正部と、第
2の抵抗素子を内蔵し、前記基準電圧および前記補正電
流に基づいて、外付けの前記基準抵抗と内蔵の前記第2
の抵抗素子との抵抗値の誤差を補正し、アナログ信号に
変換すべきデジタル信号の入力コードに対応した総和電
流を発生して外付けの抵抗素子に供給し、前記デジタル
信号の入力コードに対応した電圧レベルのアナログ信号
に変換する複数チャンネル分のDAC部とを備えている
ことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】前記誤差補正部は、オペアンプと、このオ
ペアンプの出力信号により制御される第1の電流源およ
びこの第1の電流源と共にカレントミラー回路を構成す
る複数チャンネル分の第2の電流源と、前記第1の電流
源とグランドとの間に接続された内蔵の前記第1の抵抗
素子とを備え、 前記オペアンプの第1の入力端子には前記基準電圧が入
力され、その第2の入力端子には、前記基準電流および
前記第1の電流源から供給される電流を内蔵の前記第1
の抵抗素子に供給して得られる電圧が入力され、 複数チャンネル分の前記第2の電流源の各々から、各々
対応するチャンネルの前記DAC部に前記補正電流が供
給されることを特徴とする請求項1に記載の半導体装
置。 - 【請求項3】前記誤差補正部は、前記第1の抵抗素子を
内蔵した複数チャンネル分の第2のDAコンバータによ
り構成され、 前記基準電圧および前記基準電流に基づいて、前記第2
のDAコンバータへのデジタル信号の入力コードに対応
した前記補正電流を発生し、この補正電流に応じて、各
々対応するチャンネルの前記DAC部のフルスケール電
圧を可変とすることを特徴とする請求項1に記載の半導
体装置。
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