JP2011130440A - Ｄａ変換装置および試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な回路構成で、出力電圧の直線性、オフセット、ゲイン誤差を調整するＤＡ変換器。
【解決手段】入力されるデジタル値に応じた出力電圧を出力ラインに出力する容量アレイ型のＤＡ変換器と、出力ラインに接続する負荷容量の大きさを変更する負荷変更部と、を備えるＤＡ変換装置を提供する。負荷変更部は、出力ラインに接続する負荷容量の大きさをデジタル値によらず一定の容量として、当該ＤＡ変換装置のゲインを設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＤＡ変換装置および試験装置に関する。

従来、電荷再配分型のＤＡ変換器が知られている。電荷再配分型のＤＡ変換器は、キャパシタをラダー状に接続したキャパシタアレイを内部に備える。

電荷再配分型のＤＡ変換器は、データレートの前半期間においてキャパシタアレイに参照電圧に応じた電荷を充電する（リフレッシュモード）。そして、電荷再配分型のＤＡ変換器は、各データレートの後半期間において、入力データに応じてキャパシタアレイの接続を切り替える（出力モード）。これにより、電荷再配分型のＤＡ変換器は、入力データに応じた電圧を発生することができる。このような電荷再配分型のＤＡ変換器によれば、他の種類のＤＡ変換器と比較して消費電力を小さくすることができる。
特許文献１ 米国特許第５３１９３７０号明細書
特許文献２ 米国特許第６１４４３３１号明細書
特許文献３ 米国特許第７２７１７５８号明細書
特許文献４ 米国特許第５８５２４１５号明細書
特許文献５ 米国特許第４９６８９８９号明細書
特許文献６ 米国特許第６２１５４３１号明細書
特許文献７ 米国特許第６４２４３３１号明細書

ところで、このような電荷再配分型のＤＡ変換器は、出力容量によって出力電圧の直線性、オフセット、ゲイン誤差が生じる。このような誤差を調整する場合、ＤＡ変換器は、内部にさらにＤＡ変換器等を含む複雑な回路構成になってしまい、実装面積の増加を招いていた。また、ゲイン調整等をデジタル領域で実行する方法もあるが、デジタル演算の場合は、調整の精度がＤＡ変換器の持つ精度に限定されてしまう欠点があった。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、入力されるデジタル値に応じた出力電圧を出力ラインに出力する容量アレイ型のＤＡ変換器と、出力ラインに接続する負荷容量の大きさを変更する負荷変更部と、を備えるＤＡ変換装置を提供する。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

本発明の実施形態に係るＤＡ変換装置１０の構成を示す。 本発明の実施形態に係る負荷変更部１００の構成を示す。 本発明の実施形態に係るＤＡ変換装置１０の処理フローを示す。 本発明の実施形態に係る負荷変更部１００の基準電圧をコモン電位にした場合の出力電圧の一例を示す。 本発明の実施形態に係る負荷変更部１００の基準電圧を正側の参照電位にした場合の出力電圧の一例を示す。 本発明の実施形態に係る負荷変更部１００の基準電圧を負側の参照電位にした場合の出力電圧の一例を示す。 本発明の本実施形態に係るＤＡ変換器２０の構成の一例を示す。 本発明の実施形態に係るＤＡ変換器２０の電圧発生処理のフローを示す。 −２^{（Ｎ−１）}〜２^{（Ｎ−１）}−１の入力データが与えられた場合の、与えられた入力データに対応して選択される参照電圧、パラメータｋ、およびパラメータｄの値を示す。 リフレッシュモードにおける、本実施形態に係るＤＡ変換器２０の接続例を示す。 出力モードにおける、本実施形態に係るＤＡ変換器２０の接続例を示す。 −１２８から１２７の入力データが与えられた場合の、参照電圧、パラメータｋ、パラメータｄの値および出力電圧の一例を示す。 本発明の実施形態に係る試験装置３００の構成を被試験デバイス４００とともに示す。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本発明の実施形態に係るＤＡ変換装置１０の構成を示す。ＤＡ変換装置１０は、与えられる入力データに応じた出力電圧を出力端１２から出力する。ＤＡ変換装置１０は、ＤＡ変換器２０と、制御部２６と、負荷変更部１００とを備える。

ＤＡ変換器２０は、入力されるデジタル値に応じた電圧を出力ラインに出力する。本実施形態において、ＤＡ変換器２０は、キャパシタアレイ３２を有する電荷再配分型のＤＡ変換器である。本実施形態において、ＤＡ変換器２０の内部のキャパシタアレイ３２は、当該ＤＡ変換器２０の電圧発生端３０にバッファ等を介さずに直接接続される。

ＤＡ変換器２０は、参照電圧に応じた電荷をキャパシタアレイ３２に蓄積する動作（リフレッシュモード）、電荷が蓄積されたキャパシタアレイ３２の接続配置を入力データに応じて切り替えて電圧発生端３０から入力データに応じた電圧を発生する動作（出力モード）を実行する。ＤＡ変換器２０は、当該ＤＡ変換装置１０に対して入力データが与えられた場合、リフレッシュモードと、入力データに応じた電圧を電圧発生端３０から発生する出力モードとを交互に繰返す。これに代えて、ＤＡ変換器２０は、一回の蓄積で所定期間連続して動作してもよい。

制御部２６は、当該ＤＡ変換装置１０に対して入力データが与えられたことに応じて、ＤＡ変換器２０にリフレッシュモードの動作および出力モードの動作を交互に繰り返して実行させる。これにより、制御部２６は、ＤＡ変換器２０により入力データに応じた電圧を電圧発生端３０から繰り返して発生させることができる。

負荷変更部１００は、出力端１２と基準電位との間に設けられ、出力ラインに接続する負荷容量の大きさを変更する。ここで負荷容量とは、ＤＡ変換器２０の出力先に接続される回路と並列に、基準電位または他の電位との間に設けられる可変の容量を意味する。負荷変更部１００は、制御部２６からの制御信号に基づいて負荷容量の大きさを変更してよい。ＤＡ変換装置１０は、ＤＡ変換器２０と負荷容量との間で、設定した負荷容量に応じて電荷の一部を授受することにより、出力ラインの出力電圧を調整する。

図２は、本発明の実施形態に係る負荷変更部１００の構成を示す。負荷変更部１００は、負荷容量部１１０と、スイッチ部１２０と、負荷容量制御部１３０と、基準電位変更部１５０とを有する。

負荷容量部１１０は、出力ラインと基準電位との間に接続される複数の負荷キャパシタ１０５を含む。スイッチ部１２０は、複数の負荷キャパシタ１０５のそれぞれを出力ラインと基準電位との間に接続するか否かを切り換える複数の負荷側スイッチ１２５を含む。複数の負荷側スイッチ１２５のそれぞれは、出力ラインと複数の負荷キャパシタ１０５のそれぞれとの間に接続されてよい。これに代えて複数の負荷側スイッチ１２５のそれぞれは、複数の負荷キャパシタ１０５と複数の基準電位変更部１５０のそれぞれとの間に接続されてもよい。負荷容量部１１０は、スイッチ部１２０により出力ラインに接続される負荷容量を変更する。

負荷容量制御部１３０は、複数の負荷側スイッチ１２５のうち導通状態とするスイッチの組み合わせを制御する。負荷容量制御部１３０は、制御部２６より制御信号を受け取り、ＤＡ変換器２０のリフレッシュ期間中および出力期間中において、複数の負荷側スイッチ１２５のうち同じスイッチの組を導通状態とする。

基準電位変更部１５０は、設定に応じて参照電位およびコモン電位のいずれを基準電位とするかを選択する。ここでコモン電位は、０Ｖであってよい。ＤＡ変換装置１０は、基準電位変更部１５０によって基準電位を選択することによって、電圧発生端３０から発生される出力電圧のオフセット電圧を調整することができる。

ここで、ＤＡ変換器２０の内部のキャパシタアレイ３２は、当該ＤＡ変換器２０の電圧発生端３０にバッファ等を介さずに直接接続される。従って、負荷容量部１１０の内部の基準電位と導通している複数の負荷キャパシタ１０５とＤＡ変換器２０の内部のキャパシタアレイ３２との間で電荷が移動して、電圧発生端３０から発生される電圧と負荷容量部１１０の電圧（即ち、出力電圧）とが同電位となる。

従って、制御部２６は、リフレッシュモードおよび出力モードを交互に繰り返して入力データに応じた電圧をＤＡ変換器２０から繰り返して発生させて、入力データに応じた電圧を電圧発生端３０から発生させる。また、制御部２６は、負荷変更部１００の導通状態とする負荷側スイッチ１２５の組み合わせ、および基準電位の選択を指示して、電圧発生端３０から発生させた電圧を調整する。

図３は、本発明の実施形態に係るＤＡ変換装置１０の処理フローを示す。ＤＡ変換装置１０は、負荷容量部１１０の負荷容量を設定してよい（Ｓ１１）。また、ＤＡ変換装置１０は、基準電位変更部１５０によって基準電位を選択してよい。

負荷容量Ｃに電圧Ｖを印加して定常状態になった場合、負荷容量は、ｑ＝ＣＶで示される印加電圧に比例した電荷ｑを蓄積する。しかし、比例係数である負荷容量Ｃに寄生容量等の誤差容量があると、オフセット誤差およびゲイン誤差が生じる。また、複数の誤差容量を含む負荷容量の結合で負荷容量Ｃとする場合、負荷容量Ｃは、容量分配する比率によって、印加電圧に対する容量の直線性誤差が発生する。したがって、ＤＡ変換装置１０は、負荷容量のそれぞれの誤差の影響が重畳された電圧を出力することになる。また、キャパシタアレイ３２の複数の容量にも誤差が含まれる場合は、複数の容量のそれぞれの誤差がさらに重畳されることになる。

そこで、負荷変更部１００は、出力ラインに接続する負荷容量の大きさをデジタル値によらず一定の容量として、当該ＤＡ変換装置１０のゲインを設定する。負荷変更部１００は、予め複数の負荷キャパシタ１０５の負荷容量の誤差をそれぞれ測定して、入力されたデジタル値によらず一定の負荷容量となる負荷キャパシタ１０５の組み合わせを記憶して、負荷変更部１００に記憶した組み合わせを設定してよい。

また、負荷変更部１００は、負荷容量の直線性の誤差、オフセット誤差、および／またはゲイン誤差を調整する目的で、基準電位変更部１５０による基準電位を変更してよい。例えば、負荷変更部１００は、上記の適切な負荷キャパシタ１０５の設定および基準電位の選択を組み合わせることにより、出力電圧を調整する。なお、負荷変更部１００による出力電圧の調整の例については、図４〜６において更に説明する。

ＤＡ変換装置１０は、入力データが与えられる毎（データレート毎）に、ステップＳ１２からステップＳ１３の処理を繰り返す（Ｓ１２とＳ１４との間のループ処理）。ＤＡ変換装置１０は、電圧発生処理（Ｓ１３）において、与えられた入力データに応じた電圧をＤＡ変換器２０から発生させる。なお、ＤＡ変換器２０による電圧発生処理については、図８において更に説明する。

本例においては、最初にＤＡ変換装置１０が負荷容量部１１０の負荷容量を設定して、次にデータレート毎に電圧を発生させるループ処理を実行させることを説明した。これに代えて、ＤＡ変換装置１０は、それぞれのデータレートにおいて、負荷容量部１１０の負荷容量を設定してもよい。ＤＡ変換装置１０は、入力されるデジタル値に応じて適切な数の負荷キャパシタ１０５を出力ラインに導通させ、また、負荷キャパシタ１０５に接続する基準電位を選択してよい。

図４は、本発明の実施形態に係る負荷変更部１００の基準電圧をコモン電位にした場合の出力電圧の一例を示す。横軸は、入力されるデジタル値のコードを示し（本例では８ビットで表現される０〜２５５を示す）、縦軸に対応する出力電圧を示す。本例では、入力のデジタル値に対する出力電圧の直線性は正しく調整されているが、ゲイン特性に誤差が生じている場合を示す。また、図中のｐは、複数の負荷側スイッチ１２５のうち導通状態とするスイッチの個数の例を示した。

ＤＡ変換装置１０は、導通状態の負荷側スイッチ１２５の数が０の場合、ＤＡ変換器２０の出力をそのまま出力電圧とする。負荷変更部１００の基準電圧を０Ｖのコモン電位にした場合、導通状態の負荷側スイッチ１２５の数を増やすと、コモン電位の電荷量を増やすことになるので、ＤＡ変換装置１０は、出力電圧をコモン電位に近づけ、入力デジタル値に対する傾きを減少させる（ゆるやかにさせる）。したがって、ＤＡ変換装置１０は、図中の縦軸がコモン電位、横軸がコモン電位に対応するコード位置（図中の１２８近辺）の点を中心に、導通状態の負荷側スイッチ１２５の数の増加に伴い、傾きを時計回りに減少させる方向に調整できる。

図５は、本発明の実施形態に係る負荷変更部１００の基準電圧を正側の参照電位にした場合の出力電圧の一例を示す。本例の縦軸および横軸、図中の数字および記号は、図４と略同一であるので、説明は省く。

ＤＡ変換装置１０は、導通状態の負荷側スイッチ１２５の数が０の場合、ＤＡ変換器２０の出力をそのまま出力電圧とする。負荷変更部１００の基準電圧を正側の参照電位にした場合、導通状態の負荷側スイッチ１２５の数を増やすと、正側の参照電位の電荷量を増やすことになるので、ＤＡ変換装置１０は、出力電圧を正側の参照電位に近づけ、入力デジタル値に対する傾きを減少させる（ゆるやかにさせる）。したがって、ＤＡ変換装置１０は、図中の縦軸が正側の参照電位、横軸が正側の参照電位に対応するコード位置（図中の２５５）の点を固定して、導通状態の負荷側スイッチ１２５の数の増加に伴い、傾きを時計回りに減少させる方向に調整できる。

図６は、本発明の実施形態に係る負荷変更部１００の基準電圧を負側の参照電位にした場合の出力電圧の一例を示す。本例の縦軸および横軸、図中の数字および記号は、図４と略同一であるので、説明は省く。

ＤＡ変換装置１０は、導通状態の負荷側スイッチ１２５の数が０の場合、ＤＡ変換器２０の出力をそのまま出力電圧とする。負荷変更部１００の基準電圧を負側の参照電位にした場合、導通状態の負荷側スイッチ１２５の数を増やすと、負側の参照電位の電荷量を増やすことになるので、ＤＡ変換装置１０は、出力電圧を負側の参照電位に近づけ、入力デジタル値に対する傾きを減少させる（ゆるやかにさせる）。したがって、ＤＡ変換装置１０は、図中の縦軸が負側の参照電位、横軸が負側の参照電位に対応するコード位置（図中の０）の点を固定して、導通状態の負荷側スイッチ１２５の数の増加に伴い、傾きを時計回りに減少させる方向に調整できる。

図４から６に示した本実施例において、ＤＡ変換装置１０は、出力電圧の調整のために同一の参照電位に接続した負荷キャパシタ１０５を負荷側スイッチ１２５によって適切な個数を導通させることを説明した。これに代えてＤＡ変換装置１０は、複数の負荷キャパシタ１０５をそれぞれ適切な参照電位に接続して、適切な個数を出力端１２と導通させることで調整を実行してもよい。

以上の本実施形態に係るＤＡ変換装置１０によれば、出力ラインに接続する負荷容量の大きさをデジタル値によらず一定の容量とすることと、負荷変更部１００の基準電位を適切に設定することで、当該ＤＡ変換装置１０の直線性の誤差、オフセット誤差、およびゲイン誤差を調整することができる。ＤＡ変換装置１０は、これらの誤差調整を、複雑な回路構成を用いずに、複数の負荷キャパシタ１０５と、複数の負荷側スイッチ１２５と、基準電位変更部１５０といった回路で実現させることができる。

また、ＤＡ変換装置１０は、入力されるデジタル値のほぼ全てにわたって広範囲に調整することができる。また、ＤＡ変換装置１０は、ゲイン調整を実行する場合に、傾きの支点を選択して適切な調整を実行することができる。また、調整用の回路である負荷変更部１００は、抵抗をほとんど用いずに低消費電力で調整することができる。また、調整動作の原理は電荷の移動なので、ＤＡ変換装置１０は、高速に調整することができる。また、ＤＡ変換装置１０は、１つの参照電位を用いるだけでも調整を実行することができる。

図７は、本発明の実施形態に係るＤＡ変換器２０の構成の一例を示す。ＤＡ変換器２０は、デジタル値の複数のビットに対応して設けられ、一端が出力ラインに接続される複数の並列キャパシタと、デジタル値の複数のビットに対応して設けられ、対応する並列キャパシタの他端を、対応するビットの値に応じて参照電位またはコモン電位に接続する複数の並列スイッチと、複数の並列スイッチを制御する変換制御部と、を有し、変換制御部は、リフレッシュ期間中に複数の並列スイッチのそれぞれを制御して、複数の並列キャパシタのそれぞれを参照電位に接続し、出力期間中に複数の並列キャパシタのそれぞれを、対応するビットの値に応じて参照電位またはコモン電位に接続し、負荷容量制御部１３０は、リフレッシュ期間中および出力期間中において、複数の負荷側スイッチのうち同じスイッチの組を導通状態とする。

ＤＡ変換器２０は、Ｎビット（Ｎは３以上の整数）の入力データに応じた電圧を発生する。ＤＡ変換器２０は、キャパシタアレイ３２と、切替部３４と、ダミー用スイッチ３６と、リフレッシュ用スイッチ３８と、変換制御部であるコントローラ４０とを有する。キャパシタアレイ３２は、電圧発生端３０に接続される。キャパシタアレイ３２は、出力ライン５２と、ダミーキャパシタ５４と、第１から第（Ｎ−１）のビットキャパシタ５６−１〜５６−（Ｎ−１）とを含む。

出力ライン５２は、電圧発生端３０にバッファ等を介さずに接続される。ダミーキャパシタ５４は、一端が出力ライン５２に接続される。ダミーキャパシタ５４は、入力データの第１ビット（最小ビット）の重みに応じた容量を有する。

第１から第（Ｎ−１）のビットキャパシタ５６−１〜５６−（Ｎ−１）のそれぞれは、一端が出力ライン５２に接続される。第１から第（Ｎ−１）のビットキャパシタ５６−１〜５６−（Ｎ−１）のそれぞれは、入力データの第１ビットから第（Ｎ−１）ビットのそれぞれのビットに対応し、対応するビットの重みに応じた容量を有する。一例として、参照電位を正側Ｖ_ＲＥＦＰと負側Ｖ_ＲＥＦＮの２種類を用いた場合、第１ビットがＣの容量を有するとすれば、第２ビットが２×Ｃ、第３ビットが２^２×Ｃ、第（Ｎ−１）ビットが２^{（Ｎ−２）}×Ｃの容量を有する。

切替部３４は、キャパシタアレイ３２の接続を切り替える。切替部３４は、第１から第（Ｎ−１）のビットスイッチ５８−１〜５８−（Ｎ−１）を含む。第１から第（Ｎ−１）のビットスイッチ５８−１〜５８−（Ｎ−１）のそれぞれは、第１から第（Ｎ−１）のビットキャパシタ５６−１〜５６−（Ｎ−１）のそれぞれに対応する。第１から第（Ｎ−１）のビットスイッチ５８−１〜５８−（Ｎ−１）のそれぞれは、対応するビットキャパシタ５６の出力ライン５２に接続されていない他端を、正側の参照電位Ｖ_ＲＥＦＰ、負側の参照電位Ｖ_ＲＥＦＮ、および、コモン電位Ｖ_ＣＭの何れかに接続する。

ダミー用スイッチ３６は、ダミーキャパシタ５４の出力ライン５２に接続されていない他端を、正側の参照電位Ｖ_ＲＥＦＰ、負側の参照電位Ｖ_ＲＥＦＮ、および、コモン電位Ｖ_ＣＭの何れかに接続する。リフレッシュ用スイッチ３８は、出力ライン５２における、電圧発生端３０とは逆側の端をコモン電位Ｖ_ＣＭに接続するか開放するかを切り替える。コントローラ４０は、与えられた入力データに応じて、切替部３４、ダミー用スイッチ３６およびリフレッシュ用スイッチ３８の切替を制御する。

ここで、正側の参照電位Ｖ_ＲＥＦＰおよび負側の参照電位Ｖ_ＲＥＦＮは、コモン電位Ｖ_ＣＭを中心に極性が逆の電圧であって、コモン電位Ｖ_ＣＭとの差が互いに同一の電圧である。なお、コモン電位Ｖ_ＣＭは、図中において▽（逆三角）のマークで示される。コモン電位Ｖ_ＣＭは、例えば、グランド電位である。このようなＤＡ変換器２０は、正側の参照電位Ｖ_ＲＥＦＰと負側の参照電位Ｖ_ＲＥＦＮとの間をＮビットの分解能で分割したアナログ電圧を発生することができる。

図８は、本実施形態に係るＤＡ変換器２０の電圧発生処理のフローを示す。図９は、−２^{（Ｎ−１）}〜２^{（Ｎ−１）}−１の入力データが与えられた場合の、与えられた入力データに対応して選択される参照電圧、パラメータｋ、およびパラメータｄの値を示す。図１０は、リフレッシュモードにおける、本実施形態に係るＤＡ変換器２０の接続例を示す。図１１は、出力モードにおける、本実施形態に係るＤＡ変換器２０の接続例を示す。

まず、ステップＳ２１において、ＤＡ変換器２０のコントローラ４０は、与えられた入力データに応じて正側の参照電位Ｖ_ＲＥＦＰおよび負側の参照電位Ｖ_ＲＥＦＮの何れか一方を選択する。より詳しくは、コントローラ４０は、与えられた入力データが、データ範囲の中心値より小さければ正側の参照電位Ｖ_ＲＥＦＰ、データ範囲の中心値以上であれば負側の参照電位Ｖ_ＲＥＦＮを選択する。

例えば、コントローラ４０は、入力データの最上位ビット（第Ｎビット）の値に応じて、正側の参照電位Ｖ_ＲＥＦＰまたは負側の参照電位Ｖ_ＲＥＦＮを選択する。例えば、図9に示されるように、ＤＡ変換器２０に−２^{（Ｎ−１）}〜２^{（Ｎ−１）}−１の範囲の入力データが与えられるとする。この場合、コントローラ４０は、入力データが−２^{（Ｎ−１）}以上−１以下の場合には正側の参照電位Ｖ_ＲＥＦＰを選択し、入力データが０以上２^{（Ｎ−１）}−１以下の場合には負側の参照電位Ｖ_ＲＥＦＮを選択する。

また、コントローラ４０は、一例として、入力データに応じて、キャパシタアレイ３２の第１から第（Ｎ−１）のビットキャパシタ５６−１〜５６−（Ｎ−１）を切り替えるために用いるパラメータｋを算出する。パラメータｋは、入力データよりも１ビット分小さいＮ−１ビット数の値である。コントローラ４０は、入力データがデータ範囲の中心値から離れるほど大きくなる値を、ｋとして選択する。例えば、図9に示される場合、コントローラ４０は、入力データが−２^{（Ｎ−１）}から−１の場合には、２^Ｎ−１−１から０までをｋとして選択する。また、コントローラ４０は、入力データが０から２^{（Ｎ−１）}−１の場合には、０から２^Ｎ−１−１までをｋとして選択する。

また、コントローラ４０は、一例として、入力データに応じて、ダミーキャパシタ５４を切り替えるために用いるパラメータｄを選択する。パラメータｄは、１ビットの値である。コントローラ４０は、与えられた入力データが、データ範囲の中心値より小さければパラメータｄとして１を選択し、データ範囲の中心値以上であれば０を選択する。例えば、図９に示される場合、コントローラ４０は、入力データが−２^{（Ｎ−１）}から−１の場合には１をパラメータｄとして選択し、入力データが０から２^{（Ｎ−１）}−１の場合には０をパラメータｄとして選択する。

続いて、ステップＳ２２において、コントローラ４０は、リフレッシュモードを実行する。コントローラ４０は、リフレッシュモードにおいて、キャパシタアレイ３２を選択された参照電位にチャージする。

具体的には、図１０に示されるように、コントローラ４０は、リフレッシュ用スイッチ３８を接続状態とする。そして、コントローラ４０は、切替部３４およびダミー用スイッチ３６を切り替えて、キャパシタアレイ３２が有するダミーキャパシタ５４および複数のビットキャパシタ５６の全てにおける出力ライン５２が接続されていない他端を、選択された参照電位（正側の参照電位Ｖ_ＲＥＦＰまたは負側の参照電位Ｖ_ＲＥＦＮ）に接続する。

続いて、ステップＳ２３において、ＤＡ変換器２０のコントローラ４０は、出力モードを実行する。コントローラ４０は、出力モードにおいて、キャパシタアレイ３２における電圧発生端３０およびコモン電位Ｖ_ＣＭの間の容量と、電圧発生端３０および参照電位の間の容量との比率を、与えられた入力データに応じて切り替えて、与えられた入力データに応じた電圧を電圧発生端３０から発生させる。

例えば、第１から第（Ｎ−１）のビットキャパシタ５６−１〜５６−（Ｎ−１）のそれぞれは、２進数により表されたパラメータｋの第１から第（Ｎ−１）ビットのそれぞれに一対一で対応する。コントローラ４０は、第１から第（Ｎ−１）のビットキャパシタ５６−１〜５６−（Ｎ−１）のそれぞれを、パラメータｋの対応するビットが０の場合には選択された参照電位（正側の参照電位Ｖ_ＲＥＦＰまたは負側の参照電位Ｖ_ＲＥＦＮ）に接続し、１の場合にはコモン電位Ｖ_ＣＭに接続する。さらに、コントローラ４０は、ダミーキャパシタ５４を、パラメータｄが０の場合には選択された参照電位に接続し、パラメータｄが１の場合にはコモン電位Ｖ_ＣＭに接続する。

これにより、図１１に示されるように、コントローラ４０は、（ｋ＋ｄ）×Ｃの容量を電圧発生端３０とコモン電位Ｖ_ＣＭとの間に接続し、（２^Ｎ−１−ｋ−ｄ）×Ｃの容量を電圧発生端３０と選択された参照電位（正側の参照電位Ｖ_ＲＥＦＰまたは負側の参照電位Ｖ_ＲＥＦＮ）との間に接続するように、切替部３４およびダミー用スイッチ３６を切り替える。この結果、ＤＡ変換器２０は、下記の式（１）に示されるような出力電圧Ｖ_ＤＡＣを出力することができる。

Ｖ_ＤＡＣ＝｛（２^Ｎ＋１＋ｋ＋ｄ）×Ｖ_ＣＭ−（ｋ＋ｄ）×Ｖ_ＲＥＦ｝／２^Ｎ−１ …（１）

なお、式（１）において、Ｖ_ＲＥＦは、選択されたＶ_ＲＥＦＰまたはＶ_ＲＥＦＮの一方を表す。

図１２は、−１２８から１２７の入力データが与えられ、１ＬＳＢ＝１ｍＶの場合の、参照電圧、パラメータｋ、パラメータｄの値および出力電圧の一例を示す。ＤＡ変換器２０は、図１２に示されるような設定で電圧を発生することによって、−１２８から１２７の範囲の入力データが与えられたことに応じて、（Ｖ_ＣＭ−１２８ｍＶ）から（Ｖ_ＣＭ＋１２７ｍＶ）までの範囲を１ｍＶステップで変化する電圧を出力することができる。

以上の処理により、ＤＡ変換器２０は、与えられたＮビットの入力データに応じたアナログの電圧を発生することができる。なお、本実施形態においてＤＡ変換器２０は、図７から図１２に説明した構成に限られず、他の構成および処理を行う電荷再配分型のＤＡ変換器であってよい。また、ＤＡ変換器２０に−２^{（Ｎ−１）}〜２^{（Ｎ−１）}−１の範囲の入力データが与えられる場合を一例として説明したが、入力データの範囲はこれに限らず、０〜２^Ｎ−１、−（２^Ｎ−１）〜０等の他の範囲であってもよい。

以上のＤＡ変換器２０に、ｐ個の負荷側スイッチ１２５が導通状態になっている負荷変更部１００を接続したＤＡ変換装置１０は、下記の式（２）に示されるような出力電圧Ｖ_Ｄを出力端１２より出力することができる。

Ｖ_Ｄ＝｛（２^Ｎ＋１＋ｋ＋ｄ）×Ｖ_ＣＭ−（ｋ＋ｄ）×Ｖ_ＲＥＦ＋ｐ×Ｖ_ｂ｝／（２^Ｎ−１＋ｐ）…（２）

なお、式（２）においてＶ_ｂは、基準電位変更部１５０が設定に応じて選択した参照電位（Ｖ_ＲＥＦＰまたはＶ_ＲＥＦＮ）およびコモン電位Ｖ_ＣＭのいずれかを表す。基準電位変更部１５０が基準電位Ｖ_ｂを選択することによって、ＤＡ変換器２０より発生する電圧Ｖ_ＤＡＣをオフセットさせることができることが式（２）からもわかる。

以上の本実施形態に係るＤＡ変換装置１０によれば、ＤＡ変換器２０と直接接続される負荷変更部１００の負荷容量の大きさを変更することで、当該ＤＡ変換装置１０の直線性の誤差、オフセット誤差、およびゲイン誤差を調整することができる。ここで、ＤＡ変換装置１０は、電荷再配分型のＤＡ変換器のリフレッシュモードと出力モードとのモード切替時において発生する雑音を低減する目的で、出力端１２にスイッチを接続して、ＤＡ変換装置１０とその外部出力との間の接続および切断の状態を切り替えてよい。ＤＡ変換装置１０は、ＤＡ変換器２０のリフレッシュモードおよび出力モードに同期して当該スイッチを切り替えてよい。

図１３は、本発明の実施形態に係る試験装置３００の構成を被試験デバイス４００とともに示す。試験装置３００は、アナログ回路、デジタル回路、メモリ、およびシステム・オン・チップ（ＳＯＣ）等の被試験デバイス４００を試験する。

試験装置３００は、信号発生部３１０と、ＤＡ変換装置１０と、ドライブ部３２０と、試験信号出力部３３０と、判定部３４０とを備える。ＤＡ変換装置１０は、被試験デバイス４００に与える電圧を発生する。ＤＡ変換装置１０は、図１から図１２を用いて説明した本実施形態に係るＤＡ変換装置１０と同様の構成であるので、説明を省略する。

信号発生部３１０は、被試験デバイス４００に供給する電圧をデジタル値でＤＡ変換装置１０に出力する。ＤＡ変換装置１０は、与えられる入力データに応じた出力電圧を出力する。ドライブ部３２０は、ＤＡ変換装置１０により発生された電圧を被試験デバイス４００に供給する。ドライブ部３２０は、例えば電力増幅器である。

試験信号出力部３３０は、被試験デバイス４００に対して試験信号を出力する。また、試験信号出力部３３０は、試験信号に応じて被試験デバイス４００が出力する期待値を判定部３４０に出力してもよい。判定部３４０は、試験信号に応じた応答信号を被試験デバイス４００から受け取る。そして、判定部３４０は、受け取った応答信号に基づき被試験デバイス４００の良否を判定する。このような試験装置３００によれば、ＤＡ変換装置１０から精度の良い電圧を被試験デバイス４００に与えることができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０ ＤＡ変換装置、１２ 出力端、２０ ＤＡ変換器、２６ 制御部、３０ 電圧発生端、３２ キャパシタアレイ、３４ 切替部、３６ ダミー用スイッチ、３８ リフレッシュ用スイッチ、４０ コントローラ、５２ 出力ライン、５４ ダミーキャパシタ、５６ ビットキャパシタ、５８ ビットスイッチ、１００ 負荷変更部、１０５ 負荷キャパシタ、１１０ 負荷容量部、１２０ スイッチ部、１２５ 負荷側スイッチ、１３０ 負荷容量制御部、１５０ 基準電位変更部、３００ 試験装置、３１０ 信号発生部、３２０ ドライブ部、３３０ 試験信号出力部、３４０ 判定部、４００ 被試験デバイス

Claims (9)

1. 入力されるデジタル値に応じた出力電圧を出力ラインに出力する容量アレイ型のＤＡ変換器と、
   前記出力ラインに接続する負荷容量の大きさを変更する負荷変更部と、
   を備えるＤＡ変換装置。
2. 前記負荷変更部は、前記出力ラインに接続する前記負荷容量の大きさを前記デジタル値によらず一定の容量として、当該ＤＡ変換装置のゲインを設定する請求項１に記載のＤＡ変換装置。
3. 前記負荷変更部は、
   前記出力ラインと基準電位との間に接続される負荷キャパシタと、
   前記出力ラインと前記基準電位との間に前記負荷キャパシタと直列に接続される負荷側スイッチと、
   前記負荷側スイッチを制御する負荷容量制御部と、
   を有する請求項１または２に記載のＤＡ変換装置。
4. 前記負荷側スイッチは、前記出力ラインと前記負荷キャパシタとの間に接続される請求項３に記載のＤＡ変換装置。
5. 前記負荷変更部は、
   複数の前記負荷キャパシタと、
   前記複数の負荷キャパシタのそれぞれを前記出力ラインと前記基準電位との間に接続するか否かを切り替える複数の前記負荷側スイッチと、
   を有し、
   前記制御部は、前記複数の負荷側スイッチのうち導通状態とするスイッチの組合せを制御する
   請求項３または４に記載のＤＡ変換装置。
6. 前記ＤＡ変換器は、
   前記デジタル値の複数のビットに対応して設けられ、一端が前記出力ラインに接続される複数の並列キャパシタと、
   前記デジタル値の複数のビットに対応して設けられ、対応する前記並列キャパシタの他端を、対応するビットの値に応じて参照電位またはコモン電位に接続する複数の並列スイッチと、
   前記複数の並列スイッチを制御する変換制御部と、
   を有し、
   前記変換制御部は、リフレッシュ期間中に前記複数の並列スイッチのそれぞれを制御して、前記複数の並列キャパシタのそれぞれを前記参照電位に接続し、出力期間中に前記複数の並列キャパシタのそれぞれを、対応するビットの値に応じて前記参照電位または前記コモン電位に接続し、
   前記負荷容量制御部は、前記リフレッシュ期間中および前記出力期間中において、前記複数の負荷側スイッチのうち同じスイッチの組を導通状態とする
   請求項５に記載のＤＡ変換装置。
7. 前記負荷変更部は、前記基準電位を変更する基準電位変更部を更に有する請求項６に記載のＤＡ変換装置。
8. 前記基準電位変更部は、設定に応じて前記参照電位および前記コモン電位のいずれを前記基準電位とするかを選択する請求項７に記載のＤＡ変換装置。
9. 被試験デバイスを試験する試験装置であって、
   前記被試験デバイスの端子に供給する試験信号の電圧値を指定するデジタル信号を発生する信号発生部と、
   前記デジタル信号を入力して、入力されるデジタル値に応じた出力電圧を出力する請求項１に記載のＤＡ変換装置と、
   前記出力電圧に応じた試験電圧を前記被試験デバイスの端子に供給する電圧供給部と、
   を備える試験装置。

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