JPH02311023A - ディジタル/アナログ変換システム - Google Patents

ディジタル/アナログ変換システム

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JPH02311023A
JPH02311023A JP1327061A JP32706189A JPH02311023A JP H02311023 A JPH02311023 A JP H02311023A JP 1327061 A JP1327061 A JP 1327061A JP 32706189 A JP32706189 A JP 32706189A JP H02311023 A JPH02311023 A JP H02311023A
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Japan
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digital
dac
analog conversion
conversion system
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JP1327061A
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English (en)
Inventor
Yung-Chow Peng
ユン―チョー・ペン
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Industrial Technology Research Institute ITRI
Original Assignee
Industrial Technology Research Institute ITRI
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/10Calibration or testing
    • H03M1/1009Calibration
    • H03M1/1033Calibration over the full range of the converter, e.g. for correcting differential non-linearity
    • H03M1/1038Calibration over the full range of the converter, e.g. for correcting differential non-linearity by storing corrected or correction values in one or more digital look-up tables
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/66Digital/analogue converters
    • H03M1/74Simultaneous conversion
    • H03M1/742Simultaneous conversion using current sources as quantisation value generators
    • H03M1/745Simultaneous conversion using current sources as quantisation value generators with weighted currents
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/66Digital/analogue converters
    • H03M1/74Simultaneous conversion
    • H03M1/742Simultaneous conversion using current sources as quantisation value generators
    • H03M1/747Simultaneous conversion using current sources as quantisation value generators with equal currents which are switched by unary decoded digital signals

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  • Nonlinear Science (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (技術分野) 本発明は、誤り訂正のため補償された中程度の分解能の
コンバータを用いる高分解能ディジタル/アナログ・コ
ンバータ・システムに関する。
(背景技術) 高分解能のディジタル/アナログ(D/A)コンバータ
技術に関する最近の論文および特許は、修正アナログ・
デバイス、基準リフレッシュ循環法およびダイナミック
要素マツチング法、等を提起している。しかし、厳しい
要件の故に、また満足できるアルゴリズムを欠く故に、
変換速度は高い速度に達していない。
米国特許第4.465.996号において、Boyac
i−giller等が誤り訂正のための方法を提案した
EPROMを用いて誤りのある値を格納する高精度のデ
ィジタル/アナログ・コンバータ(DAC)が、初期の
DACの出力における誤りの訂正のため使用された。ま
た、このコンバータは、各量子レベルの誤りを訂正でき
るように、オーバーラッピング訂正法によって誤りを訂
正する。
Maio等は、誤り検出回路から得た訂正値がランブ関
数発生器および主DACの出力と比較した後RAMに格
納されることを特徴とするD/A変換法を提案した(「
14ビツトの分解能を持つ未修正D/AコンバータJS
C第16巻、第6号、1981年12月発行)。入力デ
ータが存在する正規動作においては、対応する訂正はR
AMから取り出され、次いで主DACの出力を訂正する
ためサブDACへ送られる。
これら両方の方法は短所を有する。Boyaci−gi
llerの方法は自動方式ではない。Maioの方法は
下記の短所を有する。即ち、 (1)自己較正の実施が容易でないこと、(2)加法お
よび減法訂正を行うためにオフセットを加えなければな
らないこと、(3)補償のための訂正時間が長いこと、
および(4)サブDACおよびランプ関数発生器の非直
線性を正確にマツチさせねばならないことである。
(発明の要約) 本発明の目的は、メモリーにディジタル/アナログ・コ
ンバータの誤りを格納して、この格納された情報をアナ
ログ出力の有効な訂正のため使用することである。本発
明の別の目的は、広い基準レベル範囲にわたる掃引速度
の遅いランプ発生器の使用を止めることによりDACの
動作速度を向上させることである。本発明の更に別の目
的は、人間の介入を必要とすることなく、誤り訂正を自
動的に行うことにある。本発明の池の目的は、一方向性
の訂正において使用される如きオフセット電圧を必要と
することなく、両方向(即ち2、正と負の方向)に誤り
の訂正を行う手段の提供にある。
これらの目的は、本発明において、誤りの訂正のための
連続的な傾斜法の代わりに、逐次即ち連続近似法によっ
て達成される。本システムは、主DACおよびサブDA
Cに分割される。誤りの訂正は、量子段階で順次サブD
ACから取り出される。加法あるいは減法に如何を問わ
ず、誤り訂正は、セグメント構造のサブDACのアナロ
グ出力電流を、各量子レベルでの2進加重基準電流と比
較することにより決定され、メモリーに格納される。誤
りの抽出は、逐次近似(SAR)法により高速で実行さ
れる。正規の作動においては、メモリーに格納された誤
り訂正は、アナログ出力の補償のため再び呼び出される
。両方向の訂正を可能にするため、補助電流ソースを必
要に応じて主基準電流と並行して切り換えることができ
る。
Maioの方法と比較すると、ランプ関数発生器および
サブDACは、高精度の2進加重DACで置換される。
訂正時間は、SAR法により短縮される。
上記の利点の外に、ランプ関数発生器が除去されかつ回
路が人間の介入を要することなく自己較正を自動的に実
行する故に、DACの回路の複雑さは低減される。
(実施例) 本発明の基本原理は、電流ソースが異なるレベルのセグ
メントに量子化されるセグメント構造のDACを使用す
ることにある。第1図においては、3ビツト・セグメン
ト構造のDACが一例として示されている。セグメント
化された電流ソース■1乃至I7 (Il= 12= 
13= 14= I5= 18=17)は、スイッチS
1乃至S7により選択的に加算することができる。2つ
のモード・デコーダを用いることにより、1つのモード
は正規モードにあり、池のモードは訂正モードにある。
2進入力が010である正規モードにおいては、スイッ
チS、およびS2がオンとなり、残りのスイッチはオフ
となる。これらの電流の和は、DACのアナログ出力と
して働く。第2図に示される如き誤り訂正モードにおい
ては、2進加重値が010の時スイッチS2のみがオン
であり、残りのスイッチは復号後オフとなる。2進加重
値が011である時は、スイッチS、のみがオンとなり
、残りのスイッチはオフとなる。セグメント構造の電流
ソースの各々は、2進加重された対応する基準電流ソー
スT refと比較される。第3図には、nビットの2
進加重ソースが示されている。基準電流1refは、逓
増する2の累乗で除算され、これら除算された電流は適
当な切り換え手段によって加算することができる。適当
な基準電流ソースが、逐次近似法により得られる。3ビ
ツトの2進加重電流ソースを一例としよう。もしこのセ
グメントDACの出力電流が0.71 refであるな
らば、最初のシーケンスはIref/2との粗な比較を
行う。0.7 I ref > I ref/ 2であ
ることを見出した後、次のシーケンスでは、0.71r
efを更に微細なIref/4なる分解能基準値31r
ef/4と比較する。0.7 I ref<31 re
f/ 4であることを見出した後、3番目のシーケンス
は、最も微細なIref/8の分解能基準値51 rc
f/ 8と比較する。このため、適当な基準電流が、5
つのI ref/ 8の増分ステップにわたるランプ操
作の代わりに、3つの連続的なステップにおいて得られ
る。偏差が累積的に加算されて、各u子しベルにおける
誤りが得られる。
2進入力001が対応するアナログの誤りは、対応する
基準電流からの偏差値■1となる。
2進入力010が対応するアナログ誤りは、11の偏差
値に12の偏差値を加えたものである。
順次、i番目のレベルに対する誤りは、これに対応する
偏差およびそれより低次のレベルの全ての偏差値の和に
等しい。
基本的な訂正方式もまた第2図に示される。
補償電流1cの実際の値が既知であるならば、該電流1
cは、基準電流I refに加えることができる。これ
によれば、アナログ出力電流1i(1<i<7)は、I
iがI refより大きいかあるいは小さいかの如何に
拘わらず、2進加重値I refにより訂正することが
できる。例えば、もし11がE refより小さければ
、■、の実際値はゼロと交差するコンパレータを用いて
評価され、SAR法に従ってI1を基準電流の2進加重
値と比較する。この比較から、誤り値もまた得られる。
もしI2 がIrefより大きければ、IcはI re
fに加えられてゼロ交差コンパレータを用いてI2 を
2進加重値T ref  と並行して比較することを可
能にする。次に、誤り値■2もまた得られる。
あるいはまた、固定電流との比較のため、2進加重サブ
DACを、第4図に示されるようにセグメント電流ソー
ス11乃至■7に並列に加えることができる。正規の作
動においては、正しいアナログ出力値が、補償電流1c
をオンあるいはオフすることによりDCオフセットを加
えることなく得ることができる。第4図に示すように、
ディジタル・データ入力が010である時、スイッチS
1、S2は閉じられ、Si  (3<i<7)は開かれ
る。補償値は、訂正が正または負の方向のいずれによら
ず、ScおよびI、の切り換えによって得ることができ
るのである。
Icの値は、Icの実際の値が後で述べる2進加重DA
Cにより差し引かれるようにI refより小さくなる
ようにしなければならない。セグメントDACの全ての
要素I1乃至■7 がI。より大きい場合には、Io 
は要素II乃至■7を減算するために使用することがで
きない。Icが1/21refと等しい時、訂正能力は
その最大の状態にあり、処理中1cをI refより小
さくなるように制御することは難しくない。
通常市場においては、高分解能のDACは、産業機器、
試験計器あるいは高級なディジタル・オーディオ・テー
プ用として、12ビツト、14ビツト、16ビツト、更
には20ビツトをも有する。本文では望ましい実施態様
として、16ビツトのDACについて述べる。
第5図は、本発明に基づく16ビツトのDACシステム
のブロック図を示す。第5図に示されまた第4図におけ
るIrefと類似する如き2進加重基準ソースI。は、
演算増幅器OP2またはOF2の入力に接続される。電
流ソース■。は、第6図に示される如き2進加重率で分
割され、ある数のスイッチS0.5111、S11を閉
じることにより加算することができる。このため、第4
図に示されるものと類似する2進加重サブDACIoと
並列のセグメント化されたDACは、電流ソースI。s
  11% 1.131を有し、これらソースはI2お
よびI3に従って演算増幅器OP2またはOF2に送る
ようにスイッチS OlS 111、S42を介して加
算することができる。2つの補償電流ソースIcおよび
■3□もまた、スイッチT4乃至T7を介してOPIお
よびOF2のいずれかの入力と接続される。これらの演
算増幅器は、電流/電圧コンバータとして働く。OPI
およびOF2の出力は、コンパレータCOMPと接続さ
れる。コンパレータ出力は、制御ロジックCLと接続さ
れ、このロジックは2進加重DAC。
基準電流ソースおよび補償電流ソースIcおよび■3□
における全てのスイッチに対する制御信号を送出して、
逐次近似化機能を行う。この制御ロジックCLはまた、
格納するためランダム・アクセス・メモリーRAMへ情
報を送る。このような情報は、OF2のアナログ出力を
訂正するための正規の動作中取り出すことができる。前
記制御ロジックはまた、異なる量子レベルにおける累積
誤りを計算するため全加算器ADDへ送る。この全加算
器の出力は、Icの訂正のため用いられる制御スイッチ
へ与えるため使用される。
機器が始動される時、本システムは訂正モードになる。
第5図が示すように、最初のステップは、増幅器OPI
、OF2およびコンパレータCOMPのオフセットを除
去する。もしスイッチT、%T2、T3、T4、T6、
T6およびT7がオフならば、S+2乃至S4□がオフ
となり、So乃至Sllが第7図が示すように制御ロジ
ックにより制御される。
SARの原理を用いることにより、OPI、OF2およ
びCOMPからなる増幅器ループのオフセット値が見出
され、訂正コードがD(A33)としてRAMのアドレ
ス33に格納される。第8図においては、T1゜、T1
1がオン、T8、T9がオフの時、あるいはT8、T9
がオン、T10、T1.がオフである時、単一方向のオ
フセット調整を実現することができる。
第2のステップは、Ic訂正である。先に述べたように
、Icの目的は、正または負の方向のいずれかにおける
訂正を可能にすることである。
第5図においては、スイッチT1、T2、T5がオン、
T3、T1、T6、T7がオフ、S12乃至S4□がオ
フの時、So乃至Sllは制御スイッチによって制御さ
れる。第8図に簡単な概略図が示される。
Icの真の値は、累積誤りD(12ビツトD/A) T
から格納されたオフセット値D(A33)を減算するこ
とにより得られ、メモリーにD(A33)として格納さ
れる。表現D(12ビツトD/A)”においては、記号
Tは測定された誤りが時間と共に異なり得ることを意味
する「遷移値」を表す。
第3のステップは、サブDACの電流ソース1、の最下
位レベルからの電流を加減算することができる第2の補
償電流ソースI3□に対する訂正である。これを実行し
なければ、最下位の基準電流ソースは減少され得ない。
第5図において、T1・T2・T7がオン・T3.TS
・T6がオフ)S12乃至S42がオフの時、T4、S
o乃至Sllは、第9図に示されるように制御ロジック
により制御される。I3□> T oである時、T5は
オンとなって13□の真の値を訂正し、132は切り捨
て(roundoff)  られてD(12ビツトD/
A) T+D (A32)−D (A33)となる。も
しI3□く■。ならば、実際の値はD(12ビツトD/
A) TがらD(A33)を減算することにより直接得
られる。I3□の実際の値は、メモリーにD (A34
)として格納される。
第4のステップは、11乃至131の訂正である。
第4図において、TいT2がオン、T1、T4、T6が
オフである時、T5、T7およびSo乃至Sllは制御
ロジックCLにより制御される。
E i  (’1 < i <31)の訂正においては
、S (L1+i)がオン、5(11+i)を除いてS
11乃至S42がオフとなる。第10図に示されるよう
に、131>1iであり、T7がオン、T、がオンの時
、真の値の相当ディジタル・コードはI i =D (
A34) 十〇 (A33)  −D (12ビツトD
/A)”となる。T。
からのIiの偏差端部E (I i)は1000(16
進数の1)およびIi間の差の真の値に等しい。
この場合、1.は12ビツトの2追加重サブDACの基
準電流入力であり、Ioはi oooo oooo o
oo。
の如き2進デイジタル・コードにより置換することがで
き、あるいは1000.、 (I Oのディジタル・コ
ード)の如き16進コードおよび11のディジタル・コ
ードによって置換することができる。もし■3□<Ii
でありT6、T7がオンであれば、真の値はI i =
E (132) +D (A34) +D (A33)
−D(12ビツトD/A)”となる。いずれかのステッ
プnの累積誤りはnl++−1i(i<n<32)とな
り、これは順次D (An)としてメモリーに格納され
る。例えば、D (AI)=E(Ii)の時、D (A
2) =E (12) +D (A I) 、D (A
31) =E (131) +D (A30)となる。
訂正モードが終了した後、正規動作が開始し得る。正規
動作においては、D/Aコンバータは他のタイプのコン
バータと同様のディジタル・データを受は取る。本発明
の動作は、第11図に示されている。第4図においては
、T、がオンであり、T11T2、T6、T6、T7が
オフの時、T4およびS。乃至S41は第11図に示さ
れるように、制御ロジックCLにより制御される。下記
は事例である。
(A)D (A4)= (+0.2 1.、)の時、訂
正出力は41.  となることが予期されるが、セグメ
ントD/Aの実際の出力値は3.81.の出力を有する
(a)ディジタル入力の真の値が4.2Toである時、
SARのシーケンスに対する第一順位の値4における誤
りは、アドレスA4からD (A4)=(+0.21a
)であることが判る。演算ステップは下記の如くである
4.2+D(A4)  ± 4.2+  (十0.2)
=4[最初のSARステップ におけるm子化された訂正値]+0.4[以後のSAR
ステップに対する残り]−3,8”[Il乃至Iitの
セグメント出力] +  0.4” [12ビツトD/
AからのI +1出力] (b)ディジタル入力の真の値が4.9Ioである時、
SARのシーケンス動作に対する第一順位の値4の誤り
は、アドレスA4からD (A4)=0.210となる
ことが判る。実行ステップは下記の通り。
4.9+D (A4) =  4.9+ (+0.2)
= 4[最初のSARステップ に対する正しい量子化された値]+1.1[1,の次の
順位の量子化値1を越える残り] =4+Ic[補償電流]+ (1,1−1c) [■oの次の順位の値より小 さい値を得るため残からIcが控除] =3.8”[Il乃至131からの セグメントD/A出力]+IC[74オン−制御ロジッ
クにより制御] + (1,1−D (A32)  [
12ピッ1−D/Aからの出力;  D (A32)は
格納されたIc] (B)D (A4)= (−0,21,、)である時、
有意の量子化された値は4であると予期されるが、セグ
メントD/Aの出力値は4.21.である。
(a)真の入力ディジタル値が4.9IOである時、4
の量子化値に対する誤りD (A4)はアドレスA4か
ら(−〇、21..)であることが判る。演算ステップ
は下記の通り。
4.9 +  D (A4) =4.9+ (−0,2
)=4[最初のSARステッ プに対する正しい量子化値]+0.7[残り]=4.2
”[Il乃至T31から のセグメントD/A出力] +  0.7’ [12ビ
、、トD/Aからの111出力] (b)ディジタル入力の真の値が4.11.である時、
4の量子化値に対する誤りD (A4)はアドレスA4
から(−0,21,)であることが判る。演算ステップ
は下記の通りである。
4.1+D (A4) =4.1+ (−0,2)=4
[最初の順位の正しい 量子化値] + (−0,1)  [負の残] =3 [r+を含ますT4、T1、 T2を加算することにより残が負となる故に、1だけ減
少した最初の順位の量子化値]+I C[(−0,1)
が、2追加重DACの出力、T。
にはなり得ない量子化値0より小さい故に必要な補償電
流、Io小出力、量子化値1、即ち基準■。
から量子化値0、即ち基準値■0の範囲にある]+  
(CI+   I  c)+  (0,1)  Io)
=3  [Ii乃至IstからのセグメントD/A出力
]+Ic[74オン、制御ロジックにより制御]+(1
00OH−D (Al)−D  (A32)  [12
ビツトD/Aからの出カニ 100OHは1の16進数
である。 D (A32)はIcを格納コ1000H−
D (Al)−D (A32)が固定量であるため、こ
の量はRAMに格納され、通常の動作速度を上げるため
呼び出すことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は3ビツト・セグメント構造の電流ソースを示す
回路図、第2図は本発明の訂正法を示す回路図、第3図
は2進加重基準電流ソースを示す回路図、第4図は正規
の作動状態におけるシステムの接続を示す回路図、第5
図は16ビツトDACを示す基本回路図、第6図はサブ
DACとしての2進加重電流ソースを示す回路図、第7
図は2つの演算増幅器とコンパレータを含む比較装置の
オフセット値が評価される状態を示す回路図、第8図は
補償基準電流が評価されてメモリーに格納される状態を
示す回路図、第9図は最下位桁に対する別の補償電流が
評価されてメモリーに格納される状態を示す回路図、第
10図は異なる皿子レベルにおける誤りが評価されてメ
モリーに格納される状態を示す図、および第11図は正
規の作動状態を示す回路図である。 (卦4名) )■     司  蜀

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、高分解能を得るため誤り訂正機能を有する中程度の
    分解能のディジタル/アナログ・コンバータ(DAC)
    を用いるディジタル/アナログ変換システムにおいて、 量子化された基準電流ソースと、 入力ディジタル・データにより制御されるセグメントD
    ACと、 前記アナログ出力のそれぞれの誤りを得るために該セグ
    メントDACからの対応する電流と前記量子化基準電流
    ソースの各レベルを比較する比較手段と、 前記誤りをメモリーに格納する手段と、 通常の動作中アナログ出力の訂正を行うため前記誤りを
    読み出す手段と を設けてなることを特徴とするディジタル/アナログ変
    換システム。 2、前記基準電流ソースが2進加重されていることを特
    徴とする請求項1記載のディジタル/アナログ変換シス
    テム。 3、前記比較手段が上位のビットに対してのみ与えられ
    ることを特徴とする請求項1記載のディジタル/アナロ
    グ変換システム。 4、前記DACが、請求項2記載の前記基準電流ソース
    と類似する2進加重電流ソース からなりかつ前記セグメントDACと並列に接続される
    サブDACを有することを特徴とする請求項1記載のデ
    ィジタル/アナログ変換システム。 5、前記比較手段が逐次近似法でシーケンスされること
    を特徴とする請求項1記載のディジタル/アナログ変換
    システム。 6、前記セグメントDACの出力電流が第1の演算増幅
    器を介して第1の電圧に変換され、前記量子化基準電流
    ソースが、第2の演算増幅器を介して第2の電圧に変換
    され、 前記第1の電圧および第2の電圧が前記比較手段として
    働くコンパレータへ送られることを特徴とする請求項1
    記載のディジタル/アナログ変換システム。 7、前記セグメントDACと前記サブDACとに平行な
    出力電流が、前記第1の演算増幅器を介して前記第1の
    電圧へ変換され、 固定電流が前記第2の演算増幅器を介して前記第2の電
    圧へ変換され、 前記第1の電圧および前記第2の電圧が、 前記比較手段としての前記コンパレータへ送られること
    を特徴とする請求項4記載のディジタル/アナログ変換
    システム。 8、前記コンパレータが、(a)前記量子化基準電流ソ
    ースおよび前記セグメントDACに対する制御信号、お
    よび(b)誤りデータを前記メモリーに格納のため出力
    することにより、前記逐次近似化の機能を行う制御ロジ
    ックに供給することを特徴とする請求項5記載のディジ
    タル/アナログ変換システム。 9、前記第1の演算増幅器、前記第2の演算増幅器およ
    び前記コンパレータのオフセット電圧誤りが前記セグメ
    ントDACにより評価されて前記メモリーに格納される
    ことを特徴とする請求項5記載のディジタル/アナログ
    変換システム。 10、前記量子化基準電流ソースが前記セグメントDA
    Cからの対応する電流よりも小さい時は常に、補償電流
    ソースが、前記量子化基準電流に加算あるいは減算され
    るように接続されることにより、前記比較手段がゼロ交
    差することを許容することを特徴とする請求項1記載の
    ディジタル/アナログ変換システム。 11、前記量子化基準電流ソースの最下位の量子レベル
    が前記セグメントDACの対応する電流よりも小さい時
    は常に、第2の補償電流が前記量子化基準電流に加算あ
    るいはこれから減算されるように接続されることにより
    、前記比較手段がゼロ交差することを許容することを特
    徴とする請求項8記載のディジタル/アナログ変換シス
    テム。 12、前記補償電流が、全ての量子レベルの累計された
    全誤りから、請求項8に記載したオフセット電圧の誤り
    を差し引くことにより得られ、通常の動作において読み
    出すことができるよう前記メモリーに格納されることを
    特徴とする請求項9記載のディジタル/アナログ変換シ
    ステム。 13、前記第2の補償電流が、前記第1の補償電流と、
    全ての量子レベルの累計された全誤りとの和から、請求
    項8に記載のオフセット電圧誤りを差し引くことにより
    得られ、通常の動作において読み出すことができるよう
    前記メモリーに格納されることを特徴とする請求項10
    記載のディジタル/アナログ変換システム。
JP1327061A 1989-05-17 1989-12-16 ディジタル/アナログ変換システム Pending JPH02311023A (ja)

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