JP2006067526A - D/a変換回路及びこのd/a変換回路を有する半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 電流加算型D/A変換回路の動作速度を高速化させること。
【解決手段】 本発明では、複数個の電流出力回路を並列接続するとともに、各電流出力回路に、各電流出力回路から出力する電流を一定値に調整するための調整回路を断続切換可能に設け、この調整回路を切断した状態とすることで各電流出力回路にD/A変換動作を行わせる一方、前記調整回路を接続した状態とすることで各電流出力回路に調整動作を行わせるように構成した電流加算型D/A変換回路において、前記複数個の電流出力回路のうちの少なくともいずれか1個の電流出力回路は前記調整回路を接続した調整動作状態とするとともに、残りの電流出力回路は前記調整回路を切断したD/A変換動作状態として、D/A変換動作と同時に調整動作を行うように構成した。
【選択図】 図2
【解決手段】 本発明では、複数個の電流出力回路を並列接続するとともに、各電流出力回路に、各電流出力回路から出力する電流を一定値に調整するための調整回路を断続切換可能に設け、この調整回路を切断した状態とすることで各電流出力回路にD/A変換動作を行わせる一方、前記調整回路を接続した状態とすることで各電流出力回路に調整動作を行わせるように構成した電流加算型D/A変換回路において、前記複数個の電流出力回路のうちの少なくともいずれか1個の電流出力回路は前記調整回路を接続した調整動作状態とするとともに、残りの電流出力回路は前記調整回路を切断したD/A変換動作状態として、D/A変換動作と同時に調整動作を行うように構成した。
【選択図】 図2
Description
本発明は、D/A変換回路及びこのD/A変換回路を有する半導体装置に関するものである。
従来より、各種電子機器においては、ノイズの影響を受けにくいデジタル信号を用いて信号処理を行い、出力信号としてアナログ信号が必要な場合には、D/A変換回路(デジタル/アナログ変換回路)を用いてデジタル信号をアナログ信号に変換して出力するようにしていた。
このD/A変換回路としては、デジタル信号に対応したアナログ信号として複数の一定電流を加算する電流加算型の回路と、一定電圧を加算する電圧加算型の回路とが存在しているが、近年の電子機器の動作速度の高速化に伴って、高速動作が可能な電流加算型のD/A変換回路が利用されるようになってきている。
この電流加算型のD/A変換回路は、図8に示すように構成していた(たとえば、特許文献1参照)。
すなわち、D/A変換回路101は、変換するデジタル信号D0〜D2のビット数に応じた個数の電流出力回路102を並列接続した電流出力部103と、この電流出力部103で出力される電流を抵抗104で電圧に変換する電流・電圧変換部105と、デジタル信号D0〜D2をデコーダー106でデコードすることによって電流出力部103の複数の電流出力回路102を制御する制御部107とで構成していた。
そして、D/A変換回路101は、制御部107においてデジタル信号D0〜D2をデコーダー106でデコードすることによって制御信号S0〜S6とこの制御信号S0〜S6を反転させた反転制御信号XS0〜XS6とを生成し、これらの制御信号S0〜S6と反転制御信号XS0〜XS6とを用いてデジタル信号D0〜D2に対応した個数の電流出力回路102を動作させ、その電流出力回路102で生成される電流を加算して電流出力部103から出力し、その電流を電流・電圧変換部105で電圧信号に変換して出力するようにしていた。
特開平11−88178号公報
上記従来のD/A変換回路101では、各電流出力回路102の動作時に各電流出力回路102から一定値の電流を出力することによって、デジタル信号D0〜D2の値に比例して出力電圧が変化するように構成して、アナログ信号としての出力電圧の線形性を確保するようにしていた。
ところが、D/A変換回路101を構成する各トランジスタには、製造時に特性のばらつきが生じてしまい、このトランジスタの特性のばらつきに起因して各電流出力回路102から出力される電流が一定値にならなくなり、出力電圧の線形性を良好に確保することが困難であった。
一方、トランジスタから出力される電流を一定値に調整する回路として、図9に示すような調整回路108が知られている。
この調整回路108は、電源端子VDDに電流源としてのトランジスタT101のソースを接続するとともに、このトランジスタT101のドレインに定電流源I101を接続し、この定電流源I101にグランド端子GNDを接続し、さらには、トランジスタT101のゲートと電源端子VDDとの間に調整回路108としてのコンデンサC101を接続し、このコンデンサC101(トランジスタT101のゲート)とトランジスタT101のドレインとの間にスイッチSW101を接続している。
この調整回路108は、スイッチSW101を接続状態とすることで、トランジスタT101のドレイン・ソース間電圧に応じてコンデンサC101に電荷を蓄積し、その後、スイッチSW101を切断状態とすることで、コンデンサC101に蓄積された電荷によってトランジスタT101のドレイン・ソース間電圧に関わり無くトランジスタT101のゲートの電圧を一定に保持して、これにより、トランジスタT101の閾値電圧に製造上のばらつきが生じていてもトランジスタT101から常に一定の電流が出力されるようにできる。
この調整回路108を各電流出力回路102に設けてD/A変換回路101を構成すれば、全ての電流出力回路102に設けたスイッチSW101を切断状態とすることによってD/A変換動作を行い、このD/A変換動作を行っていない時に適宜全ての電流出力回路102のスイッチSW101を接続状態とすることによってコンデンサC101に電荷を蓄積する調整動作を行うようすることができる。
しかしながら、上記構成のD/A変換回路101では、全ての電流出力回路102に設けたスイッチSW101を切断状態とすることによってD/A変換動作を行う一方、全ての電流出力回路102のスイッチSW101を接続状態とすることによって調整動作を行うように構成することになるため、D/A変換動作を行っていない時にだけしか調整動作を行うことができなくなる。
そのため、上記構成のD/A変換回路101では、D/A変換動作の合間に調整動作を行う必要があり、この調整動作を行う分だけD/A変換回路101の動作速度が低減してしまうため、実用的なD/A変換回路101とはいえない。
そこで、請求項1に係る本発明では、複数個の電流出力回路を並列接続するとともに、各電流出力回路に、各電流出力回路から出力する電流を一定値に調整するための調整回路を断続切換可能に設け、この調整回路を切断した状態とすることで各電流出力回路にD/A変換動作を行わせる一方、前記調整回路を接続した状態とすることで各電流出力回路に調整動作を行わせるように構成した電流加算型D/A変換回路において、前記複数個の電流出力回路のうちの少なくともいずれか1個の電流出力回路は前記調整回路を接続した調整動作状態とするとともに、残りの電流出力回路は前記調整回路を切断したD/A変換動作状態として、D/A変換動作と同時に調整動作を行うように構成することにした。
また、請求項2に係る本発明では、前記請求項1に係る本発明において、D/A変換を行うたびに前記調整動作状態とする電流出力回路を順次交代することにした。
また、請求項3に係る本発明では、前記請求項1又は請求項2に係る本発明において、前記電流出力回路は、一定電圧をゲートに印加したトランジスタを電流源となるトランジスタにカスコード接続することにした。
また、請求項4に係る本発明では、複数個の電流出力回路を並列接続するとともに、各電流出力回路に、各電流出力回路から出力する電流を一定値に調整するための調整回路を断続切換可能に設け、この調整回路を切断した状態とすることで各電流出力回路にD/A変換動作を行わせる一方、前記調整回路を接続した状態とすることで各電流出力回路に調整動作を行わせるように構成した電流加算型D/A変換回路を有する半導体装置において、前記電流加算型D/A変換回路は、前記複数個の電流出力回路のうちの少なくともいずれか1個の電流出力回路は前記調整回路を接続した調整動作状態とするとともに、残りの電流出力回路は前記調整回路を切断したD/A変換動作状態として、D/A変換動作と同時に調整動作を行うように構成することにした。
また、請求項5に係る本発明では、前記請求項4に係る本発明において、前記電流加算型D/A変換回路は、D/A変換を行うたびに前記調整動作状態とする電流出力回路を順次交代することにした。
また、請求項6に係る本発明では、前記請求項4又は請求項5に係る本発明において、前記電流出力回路は、一定電圧をゲートに印加したトランジスタを電流源となるトランジスタにカスコード接続することにした。
そして、本発明では、以下に記載する効果を奏する。
すなわち、請求項1に係る本発明では、複数個の電流出力回路を並列接続するとともに、各電流出力回路に、各電流出力回路から出力する電流を一定値に調整するための調整回路を断続切換可能に設け、この調整回路を切断した状態とすることで各電流出力回路にD/A変換動作を行わせる一方、前記調整回路を接続した状態とすることで各電流出力回路に調整動作を行わせるように構成した電流加算型D/A変換回路において、前記複数個の電流出力回路のうちの少なくともいずれか1個の電流出力回路は前記調整回路を接続した調整動作状態とするとともに、残りの電流出力回路は前記調整回路を切断したD/A変換動作状態として、D/A変換動作と同時に調整動作を行うように構成しているために、電流加算型D/A変換回路の動作速度を高速化させることができる。
また、請求項2に係る本発明では、D/A変換を行うたびに前記調整動作状態とする電流出力回路を順次交代しているために、全ての電流出力回路を順に調整動作させることができるので、電流加算型D/A変換回路の出力信号の線形性を確保することができる。
また、請求項3に係る本発明では、一定電圧をゲートに印加したトランジスタを電流源となるトランジスタにカスコード接続して電流出力回路を構成しているために、電流源となるトランジスタの定電流特性を向上させることができる。
また、請求項4に係る本発明では、複数個の電流出力回路を並列接続するとともに、各電流出力回路に、各電流出力回路から出力する電流を一定値に調整するための調整回路を断続切換可能に設け、この調整回路を切断した状態とすることで各電流出力回路にD/A変換動作を行わせる一方、前記調整回路を接続した状態とすることで各電流出力回路に調整動作を行わせるように構成した電流加算型D/A変換回路を有する半導体装置において、前記電流加算型D/A変換回路は、前記複数個の電流出力回路のうちの少なくともいずれか1個の電流出力回路は前記調整回路を接続した調整動作状態とするとともに、残りの電流出力回路は前記調整回路を切断したD/A変換動作状態として、D/A変換動作と同時に調整動作を行うように構成しているために、半導体装置に内蔵した電流加算型D/A変換回路の動作速度を高速化させることができる。
また、請求項5に係る本発明では、前記請求項3に係る本発明において、前記電流加算型D/A変換回路は、D/A変換を行うたびに前記調整動作状態とする電流出力回路を順次交代しているために、全ての電流出力回路を順に調整動作させることができるので、半導体装置に内蔵した電流加算型D/A変換回路の出力信号の線形性を確保することができる。
また、請求項6に係る本発明では、一定電圧をゲートに印加したトランジスタを電流源となるトランジスタにカスコード接続して電流出力回路を構成しているために、電流源となるトランジスタの定電流特性を向上させることができる。
本発明に係る電流加算型D/A変換回路を有する半導体装置は、単一の回路として或いは他の信号処理回路とともに電流加算型D/A変換回路を半導体基板上に形成したものであり、複数個の電流出力回路を並列接続するとともに、各電流出力回路に、各電流出力回路から出力する電流を一定値に調整するための調整回路を断続切換可能に設けたものである。
そして、電流加算型D/A変換回路は、調整回路を切断した状態とすることで各電流出力回路にD/A変換動作を行わせる一方、調整回路を接続した状態とすることで各電流出力回路に調整動作を行わせて、デジタル信号の値に正比例してアナログ信号の電圧値が変化するようにして、電流加算型D/A変換回路の出力信号の線形性を確保するようにしたものである。
しかも、本発明では、複数個の電流出力回路のうちの少なくともいずれか1個の電流出力回路は調整回路を接続した調整動作状態とするとともに、残りの電流出力回路は前記調整回路を切断したD/A変換動作状態としている。
これにより、本発明に係る電流加算型D/A変換回路では、D/A変換動作と同時に調整動作を行い、電流加算型D/A変換回路の動作速度を高速化させている。
また、本発明では、調整動作状態とする電流出力回路を、D/A変換を行うたびに順次交代している。
これにより、本発明に係る電流加算型D/A変換回路では、全ての電流出力回路を順に調整動作させて、電流加算型D/A変換回路の出力信号の線形性を確保している。
また、本発明では、一定電圧をゲートに印加したトランジスタを電流源となるトランジスタにカスコード接続して電流出力回路を構成している。
これにより、電流出力回路において電流源となるトランジスタのドレイン・ソース間電圧を低減することができ、このドレイン・ソース間電圧のばらつきによる出力電流差を小さくすることができるので、電流源となるトランジスタの定電流特性を向上させることができる。
以下に、本発明に係る電流加算型D/A変換回路の具体的な構成について図面を参照しながら説明する。
電流加算型D/A変換回路1は、図1に模式的に示すように、変換するデジタル信号D0〜D2のビット数に応じて所定の個数(ここでは8個)の電流出力回路2を並列接続した電流出力部3と、この電流出力部3で出力される電流を抵抗R0,R1で電圧に変換する電流・電圧変換部4と、デジタル信号D0〜D2に基づいて電流出力部3の複数の電流出力回路2を制御する制御部5とで構成している。
また、電流加算型D/A変換回路1では、各電流出力回路2の動作時に各電流出力回路2から一定値の電流を出力することによって、デジタル信号D0〜D2の値に比例して出力電圧が変化するようにして、アナログ信号としての出力電圧の線形性を確保するために、各電流出力回路2に、各電流出力回路2から出力される電流を一定値に調整するための調整回路6を断続切換できるように設けている。
各電流出力回路2は、基本的には図9に示した回路と等価である。
ここで、図9では、1個のトランジスタ(T100)を用いた構成となっているが、図6や図7に示すように、複数個のトランジスタT0,T0'をカスコード接続した構成としてもよい。
このように、複数個のトランジスタT0,T0'をカスコード接続した構成とした場合には、電流出力回路において電流源となるトランジスタのドレイン・ソース間電圧を低減することができ、このドレイン・ソース間電圧のばらつきによる出力電流差を小さくすることができるので、電流源となるトランジスタの定電流特性を向上させることができる。
この電流出力回路2は、電源端子VDDに電流源としてのトランジスタT0〜T7のソースを接続するとともに、このトランジスタT0〜T7のドレインに定電流源としてのトランジスタT8のソースを接続し、このトランジスタT8のドレインにグランド端子GNDを接続している。このトランジスタT8のゲートには一定電圧のゲート信号VGを印加している。
また、各電流出力回路2は、トランジスタT0〜T7のドレインに一対のスイッチングトランジスタSTL0〜STL7,STXL0〜STXL7のソースをそれぞれ接続し、これらのスイッチングトランジスタSTL0〜STL7,STXL0〜STXL7のドレインに抵抗R0,R1をそれぞれ接続している。
さらに、各電流出力回路2は、トランジスタT0〜T7のゲートと電源端子VDDとの間に調整回路6としてのコンデンサC0〜C7を接続し、このコンデンサC0〜C7(トランジスタT0〜T7のゲート)とトランジスタT0〜T7のドレインとの間に一対のスイッチングトランジスタSTC0〜STC7,STXC0〜STXC7とスイッチングトランジスタST0〜ST7とをそれぞれ接続している。
このように調整回路6を設けた電流出力回路2は、スイッチングトランジスタSTC0〜STC7,STXC0〜STXC7とスイッチングトランジスタST0〜ST7とを接続状態として調整回路6を接続した状態にするとともに、スイッチングトランジスタSTL0〜STL7,STXL0〜STXL7を切断状態とすることで、トランジスタT0〜T7のドレイン・ソース間電圧に応じてコンデンサC0〜C7に電荷を蓄積し、その後、スイッチングトランジスタSTC0〜STC7,STXC0〜STXC7とスイッチングトランジスタST0〜ST7とを切断状態として調整回路6を切断した状態にするとともに、スイッチングトランジスタSTL0〜STL7,STXL0〜STXL7を接続状態とすることで、コンデンサC0〜C7に蓄積された電荷によってトランジスタT0〜T7のドレイン・ソース間電圧に関わり無くトランジスタT0〜T7のゲートの電圧を一定に保持して、これにより、トランジスタT0〜T7から常に一定の電流が出力されるようにしている。
制御部5は、図3に示すように、3ビットのデジタル信号D0〜D2をクロック信号CLKに同期してデコーダー7でデコードすることによってデコード信号S0〜S6とこのデコード信号S0〜S6を反転させた反転デコード信号XS0〜XS6とを生成し(図4参照)、これらのデコード信号S0〜S6及び反転デコード信号XS0〜XS6とクロック信号CLKの1周期分ずつ順に位相がずれたキャリブレーション信号C0〜C7とに基づいて制御信号L0〜L7とこの制御信号L0〜L7を反転させた反転制御信号XL0〜XL7とをデータセレクタ8で生成している(図5参照)。
ここで、キャリブレーション信号C0〜C7は、いずれか1個のキャリブレーション信号C0〜C7だけが順番にアクティブ状態(「L」)となるようにしている。
このデータセレクタ8は、図5に示すように、キャリブレーション信号C0〜C7のうちのアクティブ状態(「L」)となっているキャリブレーション信号C0〜C7に対応する制御信号L0〜L7を非アクティブ状態(「H」)とし、一方、キャリブレーション信号C0〜C7のうちの非アクティブ状態(「H」)となっているキャリブレーション信号C0〜C7に対応する制御信号L0〜L7をアクティブ状態(「L」)としている。
たとえば、キャリブレーション信号C0がアクティブ状態のときには、制御信号L0が非アクティブ状態となるとともに、他の制御信号L1〜L7がアクティブ状態となり、キャリブレーション信号C4がアクティブ状態のときには、制御信号L4が非アクティブ状態となるとともに、他の制御信号L1〜L3,L5〜L7がアクティブ状態となる。
そして、制御部5で生成した制御信号L0〜L7及び反転制御信号XL0〜XL7は、電流出力部3のスイッチングトランジスタSTL0〜STL7及びスイッチングトランジスタSTXL0〜STXL7のゲートに印加しており、また、制御部5で使用するキャリブレーション信号C0〜C7は、電流出力部3のスイッチングトランジスタSTC0〜STC7とスイッチングトランジスタST0〜ST7のゲートにそれぞれ印加し、さらに、キャリブレーション信号C0〜C7を反転させた反転キャリブレーション信号XC0〜XC7(図示省略)は、スイッチングトランジスタSTXC0〜STXC7のゲートに印加している。
これにより、キャリブレーション信号C0〜C7のうちのアクティブ状態となっているキャリブレーション信号C0〜C7に対応する電流出力回路2は、スイッチングトランジスタSTC0〜STC7,STXC0〜STXC7とスイッチングトランジスタST0〜ST7とが接続状態となって調整回路6が接続され状態になるとともに、スイッチングトランジスタSTL0〜STL7,STXL0〜STXL7が切断状態となり、これにより、トランジスタT0〜T7のドレイン・ソース間電圧に応じてコンデンサC0〜C7に電荷を蓄積する調整動作が行われ、キャリブレーション信号C0〜C7のうちの非アクティブ状態となっているキャリブレーション信号C0〜C7に対応する電流出力回路2は、スイッチングトランジスタSTC0〜STC7,STXC0〜STXC7とスイッチングトランジスタST0〜ST7とが切断状態となって調整回路6が切断された状態になるとともに、スイッチングトランジスタSTL0〜STL7,STXL0〜STXL7が接続状態となり、これにより、コンデンサC0〜C7に蓄積された電荷によってトランジスタT0〜T7のドレイン・ソース間電圧に関わり無くトランジスタT0〜T7のゲートの電圧が一定に保持されて、トランジスタT0〜T7から常に一定の電流を出力するようにしている。
たとえば、キャリブレーション信号C0がアクティブ状態のときには、トランジスタT0を有する電流出力回路2だけが調整動作状態となるとともに、他のトランジスタT1〜T7を有する電流出力回路2がD/A変換動作状態となり、また、キャリブレーション信号C4がアクティブ状態のときには、トランジスタT4を有する電流出力回路2だけが調整動作状態となるとともに、他のトランジスタT1〜T3,T5〜T7を有する電流出力回路2がD/A変換動作状態となる。
そして、キャリブレーション信号C0〜C7のうちのいずれか1個のキャリブレーション信号C0〜C7だけが順番にアクティブ状態となるようにしているために、電流出力回路2もいずれか1個だけが順番に調整動作状態となる。
このように、上記構成の電流加算型D/A変換回路1では、8個の電流出力回路2のうちのいずれか1個の電流出力回路2は調整回路6を接続した調整動作状態とするとともに、残りの電流出力回路2は調整回路6を切断したD/A変換動作状態としている。
これにより、電流加算型D/A変換回路1では、D/A変換動作と同時に調整動作を行うことができ、電流加算型D/A変換回路1の動作速度を高速化させることができる。
しかも、上記構成の電流加算型D/A変換回路1では、D/A変換を行うたびに調整動作状態とする電流出力回路2を順次交代しているために、全ての電流出力回路2を順に調整動作させることができるので、電流加算型D/A変換回路1の出力信号の線形性を確保することができる。
1 電流加算型D/A変換回路
2 電流出力回路
3 電流出力部
4 電流・電圧変換部
5 制御部
6 調整回路
T0〜T7 トランジスタ
T8 トランジスタ
C0〜C7 コンデンサ
R0,R1 抵抗
VDD 電源端子
GND グランド端子
STL0〜STL7 スイッチングトランジスタ
STXL0〜STXL7 スイッチングトランジスタ
STC0〜STC7 スイッチングトランジスタ
STXC0〜STXC7 スイッチングトランジスタ
ST0〜ST7 スイッチングトランジスタ
2 電流出力回路
3 電流出力部
4 電流・電圧変換部
5 制御部
6 調整回路
T0〜T7 トランジスタ
T8 トランジスタ
C0〜C7 コンデンサ
R0,R1 抵抗
VDD 電源端子
GND グランド端子
STL0〜STL7 スイッチングトランジスタ
STXL0〜STXL7 スイッチングトランジスタ
STC0〜STC7 スイッチングトランジスタ
STXC0〜STXC7 スイッチングトランジスタ
ST0〜ST7 スイッチングトランジスタ
Claims (6)
- 複数個の電流出力回路を並列接続するとともに、各電流出力回路に、各電流出力回路から出力する電流を一定値に調整するための調整回路を断続切換可能に設け、この調整回路を切断した状態とすることで各電流出力回路にD/A変換動作を行わせる一方、前記調整回路を接続した状態とすることで各電流出力回路に調整動作を行わせるように構成した電流加算型D/A変換回路において、
前記複数個の電流出力回路のうちの少なくともいずれか1個の電流出力回路は前記調整回路を接続した調整動作状態とするとともに、残りの電流出力回路は前記調整回路を切断したD/A変換動作状態として、D/A変換動作と同時に調整動作を行うように構成したことを特徴とする電流加算型D/A変換回路。 - D/A変換を行うたびに前記調整動作状態とする電流出力回路を順次交代することを特徴とする請求項1に記載の電流加算型D/A変換回路。
- 前記電流出力回路は、一定電圧をゲートに印加したトランジスタを電流源となるトランジスタにカスコード接続したことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の電流加算型D/A変換回路。
- 複数個の電流出力回路を並列接続するとともに、各電流出力回路に、各電流出力回路から出力する電流を一定値に調整するための調整回路を断続切換可能に設け、この調整回路を切断した状態とすることで各電流出力回路にD/A変換動作を行わせる一方、前記調整回路を接続した状態とすることで各電流出力回路に調整動作を行わせるように構成した電流加算型D/A変換回路を有する半導体装置において、
前記電流加算型D/A変換回路は、
前記複数個の電流出力回路のうちの少なくともいずれか1個の電流出力回路は前記調整回路を接続した調整動作状態とするとともに、残りの電流出力回路は前記調整回路を切断したD/A変換動作状態として、D/A変換動作と同時に調整動作を行うように構成したことを特徴とする半導体装置。 - 前記電流加算型D/A変換回路は、D/A変換を行うたびに前記調整動作状態とする電流出力回路を順次交代することを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。
- 前記電流出力回路は、一定電圧をゲートに印加したトランジスタを電流源となるトランジスタにカスコード接続したことを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の半導体装置。
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