JPH04222006A - 低ノイズ電流源回路 - Google Patents

低ノイズ電流源回路

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JPH04222006A
JPH04222006A JP3052533A JP5253391A JPH04222006A JP H04222006 A JPH04222006 A JP H04222006A JP 3052533 A JP3052533 A JP 3052533A JP 5253391 A JP5253391 A JP 5253391A JP H04222006 A JPH04222006 A JP H04222006A
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noise
voltage
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sources
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JP3052533A
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Frederick G Weiss
フレデリック ジー ワイス
Daniel G Knierim
ダニエル ジー ニイーリイム
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Tektronix Inc
Qorvo US Inc
Original Assignee
Triquint Semiconductor Inc
Tektronix Inc
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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
    • H03M1/06Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters
    • H03M1/0602Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters of deviations from the desired transfer characteristic
    • H03M1/0604Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters of deviations from the desired transfer characteristic at one point, i.e. by adjusting a single reference value, e.g. bias or gain error
    • H03M1/0607Offset or drift compensation
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10Regulating voltage or current
    • G05F1/46Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/462Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc as a function of the requirements of the load, e.g. delay, temperature, specific voltage/current characteristic
    • GPHYSICS
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    • G05F1/46Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices
    • G05F1/561Voltage to current converters
    • 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

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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、デジタル・アナログ変
換器に好適な電流源回路、特に出力電流のノイズを低減
した低ノイズ電流源回路に関する。
【0002】
【従来の技術】図1及び図2は、従来の低ノイズ電流源
回路10及び20の回路図を夫々示している。これらの
回路10及び20は、DAC(デジタル・アナログ変換
器)に使用されるのが普通である。回路10及び20は
、接合型FET(電界効果トランジスタ)Q0,Q1,
Q2,Q3,・・・,Qnで構成された多数の電流源を
含んでおり、これら電流源の数は、n+1である。これ
らFETQ0,Q1,Q2,Q3,・・・,Qnのゲー
ト幅は、夫々W,K1W,K2W,K3W,・・・,K
nWである。これらFETのゲートは、演算増幅器12
の出力端VCTRLに接続されている。
【0003】FETQ0,Q1,Q2,Q3,・・・,
Qnのソースは、一端が電源VSSに接続された負帰還
ソース抵抗器R,R/K1,R/K2,R/K3,・・
・,R/Knの他端に夫々接続されている。FETQ0
,Q1,Q2,Q3,・・・,Qnのドレインに流れる
電流は、夫々I0,K1I0,K2I0,K3I0,・
・・,KnI0である。DACの電流源として用いた場
合には、夫々の重み付け係数は、K1=2,K2=4,
K3=8,・・・,Kn=2**n(2のn乗)となる
【0004】回路10及び20の相違点は、回路10が
ソース抵抗器Rの両端電圧を検出しているのに対して、
回路20では負荷抵抗器RLの両端電圧を検出している
ことである。また、回路10では、演算増幅器12の負
入力端がFETQ0のソースに接続され、回路20では
、演算増幅器12の正入力端がFETQ0のドレインに
接続されている。
【0005】回路10及び20のFETQ0,Q1,Q
2,Q3,・・・,Qnの出力電流I0,K1I0,K
2I0,K3I0,・・・,KnI0は、(1)電圧V
CTRLとVSSの電位差、(2)FETのゲート幅及
び(3)ソースの負帰還抵抗器の帰還率という3つの要
因により設定される。
【0006】電圧値VCTRLは、演算増幅器12の負
帰還ループにより制御され、この演算増幅器12は、基
準電流I0に比例する帰還電圧を検出すると共にその電
圧と基準電圧VREFを比較する。回路10では、帰還
電圧は、FETQ0のソースに接続された負帰還抵抗器
の両端間の電圧降下として生じる。回路20では、帰還
電圧は、FETQ0のドレインの負荷抵抗器RLに流れ
る電流から生じる。
【0007】しかし、回路10及び20では、多数の電
流源の中のたった1つの電流源の出力電流のみを検出し
て最終的に制御している。その他の総べての電流源は、
制御電流源に従うが、制御ループの外の回路として構成
されている。理想的な状況下では、これは問題にはなら
ない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし、実際の状況下
では、ノイズ電流又は電流ドリフトにより、帰還ループ
外の電流源の出力電流K1I0,K2I0,K3I0,
・・・,KnI0には相対的な瞬時値のランダム変化が
生じることになる。これらの電流変化は、制御用の帰還
ループ外にあるので、検出されることもないし、補償さ
れることもない。更に、制御ループ内では補償される制
御ループのノイズは、制御ループ外の電流源により増幅
されてしまう。従って、VCTRLが基準電流源のノイ
ズを補償する為に変化すると、それに応じてその他の総
べての電流源の出力電流は変動し、全体としてノイズが
かえって増加する結果ともなり得る。
【0009】従って、本発明の目的は、多数の電流出力
ノイズを全体的に低減可能な電流源回路を提供すること
である。
【0010】本発明の他の目的は、多数の電流出力のノ
イズ及びドリフトを同時に低減可能な電流源回路を提供
することである。
【0011】
【課題を解決する為の手段及び作用】本発明の低ノイズ
電流源回路は、例えば図3に示す如く夫々所定の電流を
発生する複数の電流源Q0,Q1,Q2,・・・,Qn
と、これら複数の電流源の電流路に夫々一端が接続され
、他端が共通接続された複数の電流検出抵抗器RS,R
S/K1,RS/K2,・・・,RS/Knと、これら
複数の電流検出抵抗器の共通接続端の電圧VSUMを受
け、この複数の電流源の制御端に補償用制御電圧を共通
に供給し、この複数の電流源の合計出力電流を補償する
制御手段12とで構成されている。
【0012】以上の構成により、複数の電流源のどこか
で生じたノイズによる合計出力電流への影響を補償する
ことが出来る。
【0013】
【実施例】図3は、本発明による電流源回路30の好適
実施例の回路図であり、従来の回路10及び20と同様
にFETQ0,Q1,Q2,Q3,・・・,Qn、ソー
ス抵抗器R,R/K1,R/K2,R/K3,・・・,
R/Kn及び演算増幅器12を含んでいる。
【0014】この回路30では、FETQ0,Q1,Q
2,Q3,・・・,Qnのソースと演算増幅器12の負
入力端との間に夫々電流検出抵抗器RS,RS/K1,
RS/K2,RS/K3,・・・,RS/Knを追加す
ることにより、これらのFETの誤補償の問題を解決し
ている。これにより回路30では、総ての電流出力のド
リフト及びノイズを同時に低減することが出来る。これ
ら電流検出抵抗器RS,RS/K1,RS/K2,RS
/K3,・・・,RS/Knの値は、夫々対応するソー
ス抵抗器R,R/K1,R/K2,R/K3,・・・,
R/Knの値より遥かに大きく選択され、ソース抵抗器
の比例抵抗値に検出抵抗器が殆ど影響しないようにする
ことが望ましい。
【0015】FETQ0,Q1,Q2,Q3,・・・,
Qnのドレインに流れる電流は、夫々順にI0,I1=
K1I0,I2=K2I0,I3=K3I0,・・・,
In=KnI0である。この電流源回路30は、DAC
の電流源として好適である。DACの出力電流値は、一
定基準電流I0と2進入力ワードの値との積に等しい。
【0016】検出抵抗器RS,RS/K1,RS/K2
,RS/K3,・・・,RS/Knが接続されているノ
ード32の電圧は、VSUMである。これら検出抵抗器
の電圧はこのノード32で合算される。これら検出抵抗
器RS,RS/K1,RS/K2,RS/K3,・・・
,RS/Knは、ソース抵抗器R,R/K1,R/K2
,R/K3,・・・,R/KnとFETQ0,Q1,Q
2,Q3,・・・,Qnのソースで夫々接続されている
。これらFETのソースの電圧は、夫々順にVS,VS
1,VS2,VS3,・・・,VSnである。
【0017】ソース抵抗器R,R/K1,R/K2,R
/K3,・・・,R/Knの両端の電圧は、夫々常に検
出され、合算され、その電圧が基準電圧VREFと比較
される。基準電圧VREFは、電源電圧VSSと演算増
幅器12の正入力端との間の電圧である。ノイズもドリ
フトもない場合には、総べてのソース抵抗器の電圧降下
は等しく、検出抵抗器RS,RS/K1,RS/K2,
RS/K3,・・・,RS/Knには電流は流れない。 従って、VSUM=VS=VS1=VS2=,・・・,
=Vnとなり、総べての出力電流は、夫々設定係数K1
,K2,K3,・・・,Knによって決まる。
【0018】以下の説明では、FETQ0,Q1,Q2
,Q3,・・・,Qnの特定の1つをQiと書く。また
、Qiのソースに接続されたソース抵抗器及び検出抵抗
器を夫々R/Ki及びRS/Kiと書く。ここで、Q0
に対してはKi=1である。
【0019】いま、Qiの電流がノイズ又はドリフトに
よりideltaだけ増加したとすると、それに応じて
ソース抵抗器R/Kiの両端の電圧降下は、Vdelt
aだけ変化する。この電圧変化分Vdeltaは、電流
変化分ideltaに比例し、Vdelta=idel
ta(R/Ki)の関係がある。
【0020】RS/Kj及びRS/Ki(i≠j)の組
み合わせにより、Qiのソース電圧VSiが分圧される
。この電圧分圧回路の影響により、Vdeltaの重み
付けされた成分の変化がVSUMの変化として生じる。 ここで、重み付け係数は、Qiを除く他の総べてのFE
TQ0,Q1,Q2,Q3,・・・,Qnを流れる電流
の合計に対するFETQiの電流の比である。この結果
、帰還ループの作用により電圧VCTRLは、電流id
eltaを補償する方向に変化する。このようにして、
総べての電流源の電流変化が加算されることにより、ノ
イズ電流ideltaは実質的に相殺される。
【0021】上述の如き電圧VCTRLの変化の結果、
どこかで生じたノイズ電流ideltaに起因する総べ
ての出力電流に含まれるノイズは、もはやidelta
ではなく、ideltaを(1+Av)で割算した値と
なる。ここでAvは、演算増幅器の開ループ利得である
。更に、各電流I1,I2,・・・,Inに生じる補償
電流は、夫々重み付け係数K1,K2,・・・,Knに
比例しているので、電流源間の瞬時スケーリング誤差は
最小となる。このスケーリング誤差は、電流源アレイを
DACに用いた場合、瞬時的な差動非線形特性の原因と
なるものであり、このスケーリング誤差を最小化するこ
との意義は大きい。
【0022】図4は、本発明による他の実施例の回路図
である。この回路40は、3つの2進重み付けの電流源
FETQ0、Q1及びQ2を含んでいる。これらFET
Q0、Q1及びQ2のゲート幅は、夫々W、2W及び4
Wである。I1及びI2は、夫々FETQ0及びQ1の
ドレインに流れる電流を表す。I4は、FETQ2のド
レインとノイズ電流源42との接続点に流れる電流を表
す。これらのドレイン電流には、I1=I、I2=2I
及びI4=4I+ideltaの関係がある。ここで、
Iは適当な電流値であり、他方ideltaは、ノイズ
又はドリフト電流であり、ノイズ電流源42でモデル化
されている。
【0023】ソース抵抗器R、R/2及びR/4が、夫
々FETQ0、Q1及びQ2のソースと接地間に接続さ
れている。検出抵抗器RS、RS/2及びRS/4がF
ETQ0、Q1及びQ2の夫々のソースと演算増幅器1
2の負入力端との間に接続されている。
【0024】説明の便宜上、以下の仮定をする。第1に
、FETQ0、Q1及びQ2のゲート・ソース電圧VG
S=0Vと仮定する。第2に、VGSは常に一定値に維
持されており、更に演算増幅器12の出力電圧VCTR
Lの変化は、ソース抵抗器R、R/2及びR/4の両端
間の電圧降下の変化として生じる(即ち、gmR >>
 1;gmはFETの相互コンダクタンス)ものと仮定
する。第3に、検出抵抗器RSの値は、ソース抵抗器R
及び1/gmの値より遥かに大きいと仮定する。第4に
、演算増幅器12は理想的な素子で、入力オフセット及
びバイアス電流がゼロであり、利得が無限大と仮定する
。以上の仮定は、数式を簡単化する為に行ったものであ
り、本発明の一般性に何等影響を与えるものではないこ
とに留意されたい。
【0025】回路40の動作の基本原理は、以下の数式
で容易に示すことが出来る。先ず最初にドリフト及びノ
イズがゼロ、即ちidelta=0の状態を解析する。 回路40のループに関して重ね合わせの原理から以下の
式(1)及び(2)が導かれる。   VCTRL  =  Av(VREF −  VS
UM)                      
・・・  (1)ここで、VCTRL、Av、VREF
及びVSUMは、上述の物理変数である。 VSUM  =(I1R)(RS/2‖RS/4)/{
RS +(RS/2‖RS/4)}+        
 (I2R/2)(RS‖RS/4)/{RS/2 +
(RS‖RS/4)}+         (I4R/
4)(R‖RS/2)/{(RS/4)+(R‖RS/
2)}                      
                         
            ・・・  (2)ここで、V
SUM、R及びRSは上述の物理変数であり、また、適
当な電流値Iに関してI1=I、I2=2I及びI4=
4I+ideltaの関係がある。更に、記号‖は、並
列接続の抵抗値を表しており、例えばx‖yは、並列接
続抵抗x及びyの合成抵抗値xy/(x+y)を表して
いる。
【0026】数式(2)は、以下の式(2′)に書き直
せる。 VSUM  =  IR/7+2(2I)(R/2)/
7+4(4I)(R/4)/7       =  I
R(1+2+4)/7  =  IR        
      ・・・  (2′)ここでI及びRは、上
述の変数である。また、IR=VCTRLであるので、
これを上記式(2′)に代入すると、次の式(3)を得
る。               VSUM  =  VC
TRL                      
   ・・・  (3)この式(3)を式(1)に代入
すると、以下の式(4)及び(5)を得る。   VCTRL =  Av(VREF −  VCT
RL)                      
・・・  (4)  VCTRL =  VREF(A
v)/(1+Av)                
    ・・・  (5)この式(5)において、Av
 >> 1の場合にはVCTRLとVREFとは等しい
とおいて良い。上述の式(2′)、(3)及び(5)か
ら以下の式(6a)(6b)(6c)及び(7)が得ら
れる。     I1  =  VREF/R        
                         
  ・・・  (6a)    I2  =  2VR
EF/R                     
            ・・・  (6b)    
I4  =  4VREF/R           
                      ・・・
  (6c)    Itotal =  ΣIbit
 = I1+I2+I4  =  7(VREF/R)
・・・(7)ここで、Itotalは、デジタル・ワー
ドを表す総合電流であり、Ibitは、入力デジタル・
ワードの1ビットの電流である。他のI1、I2、I4
、VREF及びRは、上述の変数である。
【0027】FETQ2に並列のノイズ電流idelt
aがゼロではない場合には、ループ方程式は、上述の式
(1)及び以下の式(8)で表される。 VSUM=IR/7 + 2IR/7 +(4IR+4
ideltaR/4)/7     =IR/7 + 
2IR/7 + 4IR/7+ideltaR/7  
 ・・・(8)IR=VCTRLを代入すると、以下の
式(9)が得られる。 VSUM=VCTRL/7 + 2VCTRL/7 +
 4VCTRL/7 + Ridelta/7    
 =VCTRL  +  ideltaR/7    
                         
・・・(9)
【0028】従って、式(1)は、以下の
式(10)のように書き換えられる。 VCTRL=Av(VREF−VSUM)=Av{VR
EF−VCTRL−(ideltaR/7)}    
  =Av(VREF−VCTRL)−Avidelt
aR/7      =(VREF−Ridelta/
7){Av/(1+Av)}      ・・・ (1
0)この式(10)は、式(5)と比較すると、ノイズ
の項が追加されている。総合計出力電流Itotalは
、次の式(11)で表される。 Itotal=VCTRL/R + 2VCTRL/R
 + 4VCTRL/R + idelta     
  =7VCTRL/R  +  idelta   
                     ・・・ 
(11)上述の式(10)をVCTRLに代入すると、
次の式(12)が得られる。 Itotal=7(VREF−Ridelta/7){
Av/(1+Av)R}+idelta       
={7VREFAv/(1+Av)R }+ idel
ta/(1+Av)・・・ (12)この式(12)の
総合計電流Itotalは、ノイズのない場合の第1項
と誤差項の和であり、この誤差項の値idelta/(
1+Av)は、補償のされない元のノイズ電流idel
taより遥かに小さな値になっており、極めて望ましい
結果が得られる。
【0029】以上本発明の好適実施例について説明した
が、本発明はここに説明した実施例のみに限定されるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱することなく必要に応
じて種々の変形及び変更を実施し得ることは当業者には
明らかである。例えば、実施例では接合型FETで回路
を構成したが、バイポーラ・トランジスタ、MOSFE
T、MESFET又は他のトランジスタを用いて回路を
構成しても良い。
【0030】
【発明の効果】複数の電流源の電流路に夫々電流検出抵
抗器を設け、総ての電流源のノイズ電流の合計を検出す
ることにより出力電流を全体的に補償制御するようにし
たので、複数の電流源のどこでノイズが発生しても補償
が可能となり、極めて低ノイズの電流源回路を実現して
いる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の電流源回路の例を示す回路図である。
【図2】従来の電流源回路の他の例を示す回路図である
【図3】本発明の好適実施例の回路図である。
【図4】本発明の他の実施例の回路図である。
【符号の説明】
Q0,Q1,Q2,Q3,・・・,Qn  電流源用電
界効果トランジスタ RS,RS/K1,RS/K2,RS/K3,・・・,
RS/Kn   電流検出抵抗器 R,R/K1,R/K2,R/K3,・・・,R/Kn
  ソース抵抗器 12  演算増幅器(補償制御手段)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  夫々所定の電流を発生する複数の電流
    源と、該複数の電流源の電流路に夫々一端が接続され、
    他端が共通接続された複数の電流検出抵抗器と、該複数
    の電流検出抵抗器の共通接続端の電圧を受け、上記複数
    の電流源の制御端に補償用制御電圧を共通に供給し、上
    記複数の電流源の合計出力電流を補償する補償制御手段
    とを具えることを特徴とする低ノイズ電流源回路。
JP3052533A 1990-03-19 1991-03-18 低ノイズ電流源回路 Pending JPH04222006A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US495177 1990-03-19
US07/495,177 US5012178A (en) 1990-03-19 1990-03-19 Low noise DAC current source topology

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH04222006A true JPH04222006A (ja) 1992-08-12

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ID=23967584

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JP3052533A Pending JPH04222006A (ja) 1990-03-19 1991-03-18 低ノイズ電流源回路

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US (1) US5012178A (ja)
EP (1) EP0447833A3 (ja)
JP (1) JPH04222006A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021502036A (ja) * 2017-11-07 2021-01-21 アナログ・ディヴァイシス・グローバル・アンリミテッド・カンパニー 電流ステアリングデジタル−アナログコンバータ

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