JP4500439B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数チャンネルの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。
【0002】
【従来の技術】
図2は、従来のDAコンバータの一例の構成概念図である。
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。
【0003】
図示例のDAC40において、まず、主電流源部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。PMOS48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。
【0004】
また、電流セル部44は、デジタル信号の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52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。
【0005】
図示例のDAC40において、主電流源部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。
【0006】
電流セル部44の各電流セルのPMOS50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Rout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。
【0007】
このように、電流セル型DAC40では、デジタル信号の入力コードに対応して、スイッチ素子52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。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半導体装置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DAC40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。
【0009】
この問題を解決するためには、個々のチャンネルの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。
【0010】
これに対して、例えば外付けの基準抵抗Rset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。
【0011】
また、上記相対精度の問題を解消するために、外付けの抵抗素子Routも内蔵すると、DAC40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。
【0012】
本発明の目的は、前記従来技術に基づく問題点を解消し、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。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、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。
【0014】
ここで、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のが好ましい。
【0015】
また、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のが好ましい。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下に、添付の図面に示す好適実施例に基づいて、本発明の半導体装置を詳細に説明する。
【0017】
図1は、本発明の半導体装置の一実施例の構成概念図である。
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。
【0018】
図示例のDAC10において、まず、主電流源部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Iref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。
【0019】
電流源20は、電源と端子FSADJとの間に接続され、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Rextが接続されている。
【0020】
主電流源部12では、オペアンプ18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=Vref/Rextで表される。
【0021】
電流源22は、前述のように、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。したがって、電流IextのM倍の電流(基準電流)Irefが、電流源22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=(Vref/Rext)・Mで表される。ここで、m<1,Rext≧Rsumとする。
【0022】
続いて、誤差補正部14は、基準電圧Vref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。
【0023】
電流源26は、電源と内部ノードAとの間に接続され、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。
【0024】
誤差補正部14では、主電流源部12の電流源22を介して内部ノードAに供給される基準電流Iref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。
【0025】
この時、電流Isum=Iref+Icomp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/Rext)・Mであるから、電流Icomp=(Vref/Rsum)−(Vref/Rext)・Mで表される。
【0026】
電流源28(i)は、前述のように、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(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16の抵抗素子Rset(i)に供給される。補正電流Icomp(i)=Icomp・M(i)=(Vref/Rsum)−(Vref/Rext)・Mで表される。
【0027】
最後に、DAC部16(i)は、基準電圧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。
【0028】
各々のDAC部16(i)は、オペアンプ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。
【0029】
電流源32は、電源と内部ノードB(i)との間に接続され、電流セル34は、電源と端子Aout(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。
【0030】
なお、図示を省略しているが、電流セル34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Rout(i)が接続されている。
【0031】
DAC部16(i)では、誤差補正部14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DAC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。
【0032】
この時、電流Iset(i)=Icomp(i)+Is(i)であるから、電流Is(i)=Iset(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)−(Vref/Rext)・M)・M(i)であるから、電流Is(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。
【0033】
ところで、半導体装置に内蔵された抵抗素子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。
【0034】
したがって、Rset(i)=Rsum,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Rextの抵抗値により任意の値に設定することができる。
【0035】
なお、M(i)の値を変更し、誤差補正部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。
【0036】
電流セル34は、前述のように、電流源32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。
【0037】
図示例のDAC10では、補正電流Icomp(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Rext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Rext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。
【0038】
例えば、M(i)=1の場合、DAC部16の内蔵の抵抗素子Rset(i)には、誤差補正部14から、それぞれ電流Icompに等しい補正電流Icomp(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Icomp(i)に含まれていることになる。
【0039】
したがって、DAC部16の電流源32から供給される電流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。
【0040】
本発明の半導体装置では、基準電流発生用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。
【0041】
なお、電流源20,22,26,28,32,34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。
【0042】
また、誤差補正部14として、抵抗素子Rsum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IcomPMOS(i)に応じて、各々対応するチャンネルのDAC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。
【0043】
本発明の半導体装置は、基本的に以上のようなものである。
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。
【0044】
【発明の効果】
以上詳細に説明した様に、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、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。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の半導体装置の一実施例の構成概念図である。
【図2】 従来のDAコンバータの一例の構成概念図である。
【符号の説明】
10,40 DAコンバータ(DAC)
12,42 主電流源部
14 誤差補正部
16 DAC部
18,24,30,46 オペアンプ
20,22,26,28,32,34 電流源
44 電流セル部
48,50 P型MOSトランジスタ(PMOS)
52 スイッチ素子
Rext,Rsum,Rset,Rout 抵抗素子
Claims (3)
- 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。 - 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。 - 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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