JPS6037830A - 容量性ｄ−ａ変換器及び調整方法 - Google Patents

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、一般的にはＤ−Ａ変換器に関するものであシ
、詳細には、容量性Ｄ−Ａ変換器の誤差補正に関するも
のである。

背景技術 精密な素子値（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　ｖａｌｕｅ）を有
するＤ−Ａ変換器（ＤＡＣ５）は、製造が困難である。

Ｄ−Ａ変換器に、精密な素子値を与える既知の方法は、
抵抗性ｎｘｉ、１用い、抵抗値全調整することである。

これは、普通、レーザでトリムされた薄膜抵抗を用い実
現される。薄膜抵抗は、厚い酸化膜層の上に薄い抵抗膜
層を載せることにょシ完成される。然し。

レーザ・トリミングは、一般的に薄膜プロセスに制限さ
れ、バッキング前のウェーハ・プローブ段階で実施され
ねばならない。もしダイが、バッキング中や、その後に
圧力を加えられると、抵抗値は変化することがある。薄
膜プロセスを必要としない一般的な抵抗調整で、ほかの
既知の方法は。

かなシ抵抗値の大きい、多くの独立抵抗を、並列に接続
した所定抵抗値を持つ抵抗葡使用することである。次い
で１選択したリンクが切断されると精密な抵抗値を得る
。

精密なりＡＣをもたらす、更に他の方法は、ＩＢＭ国際
固体回路会蟻（１９８５，２月１８２−１８３頁）に１
モノリシツク・１２ビツト・システムＤＡＣ″の表題で
開示された。パアリー　ハアベイ（ＢαｒｒｙＨαｒｖ
ｅｙ）によるオフセット、直線性全目盛校正又は温度補
正用のＦＲＯＭを使用することである。ＰＲＯＡｆは、
電流全多くの内部ノード（１ｎｔｅｒｎαｌ　ｎｏｄｅ
）に選択的に接続するように使用され、それによ凱非理
想（ｎｏｎ　−１ｃｔｔａｌ　）デバイス・ハラメータ
ニョシ２部分的に発生された零出力誤差（ｎｕｌｌ　ｏ
ａｔｐＬＬｔ　ｅｒｒｏｒ）　−％補償電流を注入する
ことによシＤＡＣを補正する。

現存するＤ／Ａ変換器は、主として、バイポーラ集積回
路技術において補償手段（ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　
ｔｅ、Ａｎｉ　−ｑｕｇ）を適用する。

不幸にも、コンデンサは、信頼出来る程度まで。

レーザ・トリムが出来ない。コンデンサは、２個の導電
層を、　ＭＯＳコンデンサに対して酸化物のような薄い
誘導体で分離することによシ、形成されるが、レーザ・
トリミングは、コンデンサを、典型的に短絡させる。更
に、このトリムの方法は。

集積回路の最終パッケージ前に行なう必袂があシ。

そのため変化？受けやすい。

発明の要約 本発明の目的は、改良された調整可能な容量性Ｖ−Ａ＝
換器の提供することである。

本発明の他の目的は、容量性ＤＡＣにおいて精密な容量
性値（ｃａｐａｃｉｔｉｖｇｖａｌＬＬｅ）　を与える
ことである。

本発明のさらに他の目的は、容量性ＤＡＣの容量値（ｃ
ａｐａｃｉｔａｎｃｅ　ｖａｌＬＬｅ）の調整のための
、改良された方法を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、Ｄ−Ａ変換器用の精密容量
値をうるようにトリム可能な半ピット補正を具えた改良
された容量性ＤＡＣ’ｆ）提供することである。

上述の目的および他の目的音実行する際に、一つの形式
として、順位全つけた多数のコンデンサよシなるキャパ
シタンス手段を有する容量性ＤＡＣが提供される。その
複数のコンデンサは、コンデンサの第２電極の各々が２
個の基準電圧のうちの１つに結合されていることを決定
するデジタル入力符号（コード）に応答してアナログ出
力信号を発生する第１電極を相互接続している。

補正手段は、所定コンデンサの実効値全選択的にかつ精
密に変えるため、少なくとも１個の所定順位づきコンデ
ンサに接続される。

本発明の上述の目的および他の目的、特徴および利点は
、添付図面に関連してなされる以下の詳細な説明によシ
、明瞭に理解されるであろう。

好ましい実施例の説明 第１図に図示されたものは、基準化（５ｃａｌｅｃｔ）
　ｎピット容量性ＤＡＣ１０である。ただしｎは整数。

ＤＡＣｌｏは、２値重み付はコンデンサ１２，１３，１
４，１５゜１６．１７．および１Ｂ’ｌｊ持つ。コンデ
ンサ１２，１３，１４．１５の各々の第１プレート、即
ち、第１電極は、スケーリング・コンデンサ１９の第１
電極に接続される。

コンデンサ１２の第２電極は、アナログ基準′ｒ４１圧
。

即ちＶＡＧに接続される。コンデンサ１３，１４．１５
　の各第２電極は、それぞれ、スイッチ２３，２４．２
５　により基準電圧”ＡＧまたは基準電圧”Ｒ［ｌＦの
いずれかのル「定電圧に接続される。コンデンサ１６，
１７．１８は、第１電極を一緒に接続させ、　ＤＡＣの
出力端子を形成するようにスケーリング・コンデンサ１
９の第２電極に接続させる。コンデンサ１６，１７．１
８の各々の第２電極は、それぞれ、スイッチ２Ｂ　、　
２９　。

６０によシ基準電圧ＶＡＧ＋または、基準電圧Ｖ１！、
のいずれかの所定電圧に接続される。普通に使用される
型では、コンデンサ１２，１３，１４．１５は、コンデ
ンサの低順位の部分を形成する。コンデンサ１２゜１３
．１４は、それぞれ、１，１．２ユニツトの重み付けさ
れる。コンデンサ１５は、低順位部分の最上位ビットと
してＣＬＭ８Ｂの重みを付けられる。他の２値重み伺は
コンデンサは、ＤＡＣｌｏのビット・サイズを増加する
ように破線によって示される如く、コンデンサ１４．１
５に並列に追加されうる。コンデンサ１６，１７．１８
は、コンデンサの高順位部分を形成する。コンデンサＩ
６，１７はそれぞれ１，２．ユニットの重ミ付けされ、
コンデンサ１８は、高順位部分の最上位ビットとして＋
　’Ｍ８Ｂの重み盆付けられる。

ＤＡＣ１０ビット・サイズに依っては、破線に示す如く
、コンデンサ１７．１８と並列に、他の２値重み付はコ
ンデンサがまた追加可能である。

このＤＡＣ出力は、デジタル入力の重み付きアナログ相
当量と、ＤＡＣ出力上のプリチャージ電圧（ｐｒｇｃｈ
ａｒｌｇｄ　ｖｏｌｔａｇｅ）に関する補正項の和に鶴
しい。

コンデンサ１２は、普通歩み幅（ｓｔｅｐ　５ｉｚｅ）
補正コンデンサと云われる。コンデンサ１２は、ＤＡＣ
ｌｏに対し有効的に余分の電圧段階（ｖｏｌｔａｇｅ　
５ｔｅｐ）ｆｌ　段追加り、　（−レＫ　Ｊ：　、り　
１　ツノＬＳＢ　カ（１７２ｒ″）ｘＶ、、。

に等しくなるようなｎビットに対して、全体として２１
段階全力える。その結果は、全部が１の入力デジタル・
コードとすることになシ、基準電圧ＶＲＲＩＰ以下の１
つのＬＳＥであるＤＡＣ出力電圧葡与える。８ピツ）　
ＤＡＣの場合には、この結果、出力電圧は（２５５／２
５６）　ＶＲｇＦとなシ、中間（ｍｉｄｚｃａｌｅ）電
圧は、（１２８／２５５）Ｖ、、Ｆではなく（１２８／
２５６）Ｖ□２となる。

第２（α）図、第２（ｂ）図には、キャパシタンスＣ８
のスケーリング・コンデンサ１９の値を計算するのに有
用であるＦｌｉ定スイッチ装置に対するＤＡＣ１０の等
軸回路が図示されている。第１図のＤＡＣ１０の低順位
部分のコンデンサ１２−１５の並列キャパシタンス全相
当量即ちＣＬアは、コンデンサ６５によシ示され。

第１電極をスケーリング・コンデンサ１９の第１電極に
接続させ、第２電極全基準電圧ＦＲｇＦに接続させてい
る。コンデンサ１１は、すべて既知の容性キャパシタン
スＣｐαｒｆ表わし、スケーリング・コンデンサ１９の
第１電極に接続される。　コンデンサ１１は、第１電極
ｔスケーリング・コンデンサ１９の第１電極に接続させ
、第２電極を基準電圧ＶＡＯに接続させるように図示さ
れる。ＤＡＣｌｏの高順位部分のコンデンサ１６−１８
の並列キャパシタンス全相当（等価）量即ちＣＭＴは、
コンデンサ６６で表わされ、第１電＆全コンデンサ１９
の第２電極とＤＡＣ出力端子との両方に接続させ、第２
電極を基準電圧ＶＡＧに接続させている。

Ｃ８値の計算の第１目的は、　ＤＡＣｌｏをＬＳＢから
Ａｌ５Ｂまで十分直線性全維持させることである。これ
は、低順位部分のコンデンサ１２−１５が、基準電圧”
ＡＧ　よシ基準電圧”ＲｇＦに切換えられる時に起るＤ
ＡＣ出力端子電圧変化を、高順位部分の最小重み利はビ
ットを示すコンデンサ即ち、コンデンサ１６が、基準電
圧ＶＡＯよ＃）基準電圧ＶＲＢＦに切換えられる時に起
るＤＡＣ出力端子電圧変化と９等しくすることによシ達
成される。

コンデンサ１２−１５が、基準電圧”ＡＯよシ基準電圧
”ＲＲＦに切換えられる時、　ＤＡＣｌｏの合成等価回
路は、第２（ａ）図に図示され、ＤＡＣ出力端子におけ
る電圧変化Ｖは。

に等しくなシ、これは容易に次のように示されうる。

第２（ｂ）図の回路は、高順位部分の最小重み付はビッ
トが、基準電圧ＶＡ０よシ基準電圧’ＲＲＦに切換えら
れた時のＤＡＣｌｏの等価回路を図示する。コンデンサ
１６の第２電極は、基準電圧Ｖ〜、に接続され、コンデ
ンサ１６の第１電極は、ＤＡＣの出力端子に接続される
如く図示されている。コンデンサ４１は、高順位部分の
コンデンサ中で、最低位のコンデンサを除いた全コンデ
ンサの全並列キャパシタンスを表わし、ＣＭＴ′と呼ば
れる。ただしく１”ＭＴ　＝ＣＭｒ１である。

コンデンサ４１の第１電極は、　ＤＡＣの出力端子に接
続され、コンデンサ４１の第２電極は、基準電圧ＶＡＧ
に接続される。スケーリング・コンデンサ１９は、その
第２電極ｆ　ＤＡＣ出力に接続させ、その第１電極を低
順位部分のコンデンサ１２−１５の全等価並列キャパシ
タンスＣＬＴｋ表わす、コンデンサ４２の第１電極に接
続させる。コンデンサ４２は、第２（α）図のコンデン
サ３５に類似である。コンデンサ１９の第１電極はまた
。コンデンサ１１の第１電極ニ接続される。コンデンサ
１１および４２の両者は。

第２電極を基準電圧１１ＡＧに接続させる。

第２（ｂ）図のスイッチ装置に対しては、コンデンサ１
６をＶＡＧからＦＲＥＴに切換えた後の、ＤＡＣ出力端
子における電圧変化Ｖは下記の通り示される。

Ｖ”（１／’（ＣＭＴ＋１　＋ＣＩ／（１／Ｃｓ”１／
（ＣＬＴ−ＣｐＡｎ）＞：）Ｄ×Ｖ、計 この方程式が、下記の通りになることは、　ＱＩＪらか
である； 第２（ａ）図、第２（ｂ）図の両スイッチ装詔、の出力
電圧変化を表わす方程式（りおよび（ｎ）ｆｆｉ！しい
と。

おけば、その結果は下記の方程式となる：ｃ８ｃ、　−
（’、　十ｃＰａ、　＋　ｃ８スケーリング・コンデン
サのＣ８葡求むれｒ、ｘ、ｃｓは下記の方程式となる。

スケーリング・コンデンサのキャパシタンスをめる誘導
式によｐ、ＭＳＨの容量性素子や、ＤＡＣｌｏのＭＳＥ
近傍の容量性素子？！−調整する手段が、提供された。

一般的に、ＤＡＣｌｏの出力電圧の誤差は。

大部分はＤＡＣｌＤの強く重み付けられたコンデンサに
関連する容性キャパシタンスを精密に塾舎させるのに無
能力であることに起因する。スケーリング・コンデンサ
Ｃ８の方程式は、スケーリング・コンデンサ・キャパシ
タンスＣ８が、容性キャパシタンスを含むＤＡＣの低順
位部分全キャパシクンス値のみに依シ決定されることを
示す。Ｃ８値の計算のためには、ＤＡＣｌｏの高順位部
分のキャパシタンス値やスイッチングは、無関係である
。

通常技術上既知のことであるが、″パイボー２”ＤＡＣ
は、正及び負の方向の出力電圧に与えるため。

正電圧及び負電圧を使用するＤＡＣである。対照的に、
″ユニポーラ”　ＤＡＣは、単一極性の出力電圧を与え
るため、単一極性電圧のみを使用するＤＡＣである。

第６図に示されるものは、コンデンサ５１盆、精密にＷ
ω整するためのＤＡＣ回路５０である。　コンデンサ５
１は、第１電極ｆ　ＤＡＣの出力端子およびキャパシタ
ンス値Ｃｓｋ有するスケーリング・コンデンサ５２の第
１電極の両方に接続させている。　コンデンサ５１の第
２電極は、スイッチ５６の第１端子及びスイッチ５４の
第１端子の両方に接続される。

好ましい実施例に於て、説明されるすべてのスイッチは
、普通の方法でクロックされるＣＡｌＯ３伝送ケートで
ある。スイッチ５３及び５４す１．ともに反対導電率型
（ｏｐｐｏｓｉｔｅ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　ｔｙ
ｐｅ）制御ｔ［Ｌ４’（ｊ＜を、制御信号Ｘに接続させ
ておシ、スイッチ５４は、第２端子を基準電圧即ちアナ
ログ電圧地’ＡＱに。

接続させている。スイッチ５３の第２端子は、所定アナ
ログ電圧Ｖ１に接続される。スイッチ５７は、第１端子
をコンデンサ５１の第１π［に接続させ。

第２端子を低インピーダンスを源、いわゆる’ＬＺに接
続させる。スイッチ５７の制御電４夜は、制御信号Ｙに
接続される。補償コンデンサ５８は、第１電極ヲスケー
リング・コンデンサ５２の第２電極に接続させ、第２電
極を１対のスイッチ５９　、６０の第１端子に接続させ
る。スイッチ５９は、第２端子をアナログ電圧Ｖ、に接
続させ、スイッチ６０は、第２端子を基準電圧１’Ｍ）
に接続させる。スイッチ５９　、６０の反対％、導率型
制御電極は、　Ｎ、４ＮＤゲート６１の出力に接続され
る。　’ｔｉＡＮｎゲート６１は、第１人力を制御信号
ｘＫ接続させ、第２人力をリンク６２及びリンク６６の
第１端子に接続させる。リンク６２は、また、第２端子
をデジタル接地供給電圧Ｖ８Ｂに接続させる。　リンク
６３は、第２端子をロード手段（１ｏａｄ劇αｎｚ）６
４の第１端子に接続させる。

ロード手段６４は、第２端子をデジタル供給電圧ＶＤＤ
に接続させる。補償コンデンサ６６は、第１電極をスケ
ーリング・コンデンサ５２の第２電極に接続させ、第２
電極を１対のスイッチ６７　スイッチ６８の第１端子に
接続させる。スイッチ６７は、第２端子を所定の第２ア
ナログ電圧Ｖ、に接続させ。

スイッチ６８は、第２端子を基準電圧Ｊ’ＡＣ）に接続
させる。スイッチ６７、スイッチ６８の反対導電率型制
御電極は、　ＮＡＮＤゲート７０の出力に接続される。

ＮＡＮＤゲート７０は、第１人力を制御信号Ｘに接続さ
せ、第２人力をリンク７１及びリンク７２の両方の第１
端子に接続させる。リンク７２は、また、第２端子をロ
ード手段７６の第１端子に接続さセる。

ロード手段７３は、第２端子を供給基準電圧ＶＤＤに接
続させる。ロード手段６４及び７３は２両方のリンク６
２及び６３．または両方のリンク７１及び７２が、導通
している時、電源電圧ＶＤＤ　とＶ８８の間の直接の短
絡回路を防止するように機能する。以下に検討される他
のロード手段も、類似の機能を有する。リンク７１の第
２端子は、接地電圧ＦＩ］Ｂに接続される。アナログ多
重変換（ｍａｌｔｉｐｌｅｘｒ）装置７４は、ＤＡＣ出
力電圧サイン（８Ｐ）の機能として、アナログ基準電圧
Ｖ１及びＶ、を発生する。スイッチ７５は、第１端子を
正のアナログ基準電圧子ＶＲ□に接続させ、第１導電率
型制御電極を２回路５０に関連するサイン・ビットＳに
接続させる。スイッチ７６は、第１端子をスイッチ７５
の第２端子に接続させ。

スイッチ７５は所定のアナログ電圧Ｖ、を発生する。

スイッチ７６の第２導電率型制御１＆極は、サイン・ビ
ットＳに接続され、スイッチ７６の第２端子は。

負のアナログ基準電圧−Ｖ□２とスイッチ７７の第１端
子の両方に接続される。スイッチ７７は、第１導電率ｍ
制御電極をサイン・ビットＳに接続させ。

第２端子をスイッチ７８の第１端子に接続させる。

スイッチ７７の第２端子は、’Ｆｆ＋定アナログ電圧Ｖ
。

を発生する。スイッチ７８の第２導電率型制御電極は、
サイン・ビットＳに接続され、スイッチ７８の第２端子
は、正のアナログ基準電圧子ＶＲＲＦに接続される。

図示された形式で２回路５０は、容易にバイポーラ・Ｄ
／Ａ変換に適合しうる。有効出力期間の間。

ＤＡＣ出力電圧Ｖ。、、ｔは。

”ＬＬｔ　”　ＶＬＺ　”　ＶＩＣＣＯＪＣｔＯｔａｌ
　）ただしｒ　’ＯＮはｒ　ＶＩに切換えられた。コン
デンサのキャパシタンス、Ｃｔｏｔａｌは、切換えられ
た全コンデンサのキャパシタンスおよび接地に関してＤ
ＡＣノードにみられるように、Ｉ）ＡＣに関連した寄生
キャパシタンスである。アナログ電圧Ｖ１は、アナログ
接地電圧ＦＡ（ｉよシ更に正であるＤＡＣ出力電圧に対
する十ＶＲＢＦに等しい。同様に、アナログ電圧〆、は
、アナログ接地電圧ＶＡＯよシ更に負であるＤＡＣ出力
電圧に対する一Ｖや、に等しい。

第４図は、ｖ／ｉ動作変換に対する回路５０の信号波形
を図示する。信号Ｙは、Ｄ／Ａ変換器のプリチャージ有
効出力タイミングを制御する。プリチャージ期間中は、
制御信号Ｘは、論理低レベルであシ、これによｊｌ）　
ＮＡＲＤゲート６１及び７０の出力を次の容量調整に備
えるように条件をあらかじめ整える。プリチャージ期間
以外には、制御信号Ｘは、２つの破線で図示する如く、
高論理レベルまたは低論理レベルを保つ。制御信号Ｘの
論理レベルは、変換されている。デジタル入力符号（コ
ード）によシ決定される。プリチャージ期間中は。

ＤＡＣ出力信号は、低インピーダンス源ＶＬＺの制御下
にあシ、所定電圧レベルに設定する。鳴動出力期間中は
、ＤＡＣ出力信号は、２つの破線で示される如くデジタ
ル入力符号（コード）によシ決定されるアナログ電圧レ
ベルに変化する。

容量調整動作中は、コンデンサ５８および６６は。

コンデンサ５１を補償するのに使用される。　もしコン
デンサ５８及び６６が、小さい場合には、コンデンサ５
１の実効値の非常に細かい調整が達成されうる。コンデ
ンサ５８及び６６は、スケーリングコンデンサ５２の方
程式の吾生キャパシタンス項に。

寄与する。何故なら、コンデンサ５Ｂ、６６は１回路５
０の低順位部分よシも高順位部分の切換えられたコンデ
ンサ関連の制御信号の制御下にあるからである。従って
、スケーリング・コンデンサ５２の容量値は、トリミン
グ・コンデンサ５８及び６乙のキャパシタンス、低順位
部分コンデンサのキャパシタンス及びスケーリング・キ
ャパシタンスＣ８の誘導方程式に示す如く、全寄生キャ
パシタンスを使用することによシ計算される。ＮＡＲＤ
ゲート６１゜７０は、夫々コンデンサ５８，６６の切換
えを制御するのに使用される。ＮＡＮＤ　ゲート６１．
７０は、関連リンクによシ、′使用可能（ａｎαＡｌｔ
）″とされるか、ダ使用禁止（ｄ目αｂｔｕ）　’にさ
れる。ＨＡＮＤゲートの何れかが、高論理レベルを、所
定入力に接続することに依シ使用可能にされる場合、Ｈ
ＡＮＤゲート出力の論理状態は、制御信号Ｘのみによシ
決定される。Ｎ’ＡＮＤゲートの何れかが、低論理レベ
ルを所定入力に接続することによシ使用禁止にされる場
合、　ＨＡＮＤ　ゲート出力の論理状態は、固定され。

その結果制御信号Ｘは、　ＮＡＮＤゲート出力には影響
を与えない。まず、ＮＡＮＤゲー）６１．７０が、リン
ク６２　、７１によシ使用禁止されると、コンデンサ５
１は、ｉの公称キャパシタンス値を廟スる。

ＮＡＮＤゲート６１が、リンク６２を開放するか又は溶
断（ｂｌｏｖｕ）することによって使用可能にされると
。

制御信号Ｘ、は、それよシコンデンザの切換えを全体と
して制御する。ＮＡＮＤ　ゲート６１が使用可能になっ
た場合、コンデンサ５１の実効キャパシタンス値は、ス
イッチ５９　、５６の栴成により増加される。

コンデンサ５１の実効キャパシタンス値Ｃ”　ａ□は。

下記の通シとなる。

Ｃ〜”Ｃ５Ｉ＋Ｃｓａ　Ｃ’ｈ′Ｌ〕 但Ｌ　Ｃｙ＋　＝コンデンサ５１のキャパシタンス；０
５８＝コンデンサ５８のキャパシタンス；ｎ　＝　ＤＡ
Ｃの最下位部分の位 同様に、リンク６２が溶断（ブロー）されず、リンク７
１が溶断（ブロー）されれは、コンデンサ５１の実効キ
ャパシタンス値は２次の通りになる。

Ｃ’ｓ＋　＝　Ｃｓ＋　−ＣＩｌｌｌ　１’）コンデン
サ６６を使用する減分容量調整（ｄｔｃｒｇｍ−ルｔａ
ｌＣαｐａｃｉｔｉｖｇ　ｔｒｉｍｍｉｒｂｔｌ）に対
するこの特定の方程式は所定アナログ電圧Ｖ２が、２個
の基準電圧を絶対イ直が殆んど等しいと仮定して、常に
アナログ電圧Ｖ１の算術釣魚である事実より生ずるもの
である。従って１回路５０の所定リンクを選択的に溶断
（ｂｌｏｗ）することにより、コンデンサ５１の実効キ
ャノ（シタンス値は、トリム・アップ（ｔｒｉｍ　ｕｐ
）　もトリム・ダウン（ｔｒｉｍ　ｒｔｏｗｎ）　も可
能となる。

コンデンサ５１が、如何に調整されるかに関係なく、若
シスケーリング・コンデンサの値が、前述誘導方程式で
計算されるなら、ＤＡＣは、如何なる調ｋｍとも直線性
である。リンク６３　、７２は、もし九゛ＡＮＤゲー）
６１．７０が、使用禁止のままであれば。

電源電圧ＦＤＤと接地電圧ＶＢ２間に存在するＤＣ電流
を除去するように溶断（ブロー）される。

第６図に図示したとお凱梯子Ｗ　ＤＡＣの高順位または
最上位部分にあるどのコンデンサの実効キャパシタンス
値も、コンデンサ５８．６６を選択的に接続させる此の
方法を使用して調整できる。更にＤＡＣｌｏの高順位部
分の多数のコンデンサの実効キャパシタンス値も９回路
５０と類似の追加回路によシ調整できる。追加調整コン
デンサは、誘導方程式によるスケーリング・コンデンサ
５２のキャパシタンス値に同様に影響する。本発明ね、
容量性構造中におけるスケーリング・コンデンサを使用
せずとも実施できることは明瞭である。然しなから。

スケーリング・コンデンサの利用は、ＤＡＣに要する容
量比（ｃｏｎｄｔｎεｏｒ　ｒａれ０）を減少し、それ
によシ調肢値（ｔｒｉｍ　ｖａｌｕｅ）は、容量分割比
（ｄｉｖｉｄｅｒ　ｒａｔｉｎ）により減少されるから
物理的大きさを減少し、小さい調整段階（ｔｒｉｍｒｎ
ｉｎｇ　ｚｔｔｐｒ）　の使用をｈ」能にする。この技
術は、コンデンサを如何に小型にできるかと云う物理的
制約の限界を克服する。

第６図に図示するリンク及びつづいて（７に３　ｉ−ｆ
、Ｉさるべき以下の回路は、極々の型になるであろう。

しかし、普通使用されるリンクは、ヒュース・リンク、
ＥｐＲＯｈｔビット及びレーザ・トリムド・リンクであ
る。

本発明の他の形式は、　Ａｌ５Ｒ梯子型コ／テンサごと
に数個の加算／減論調証コンデンザを使用することでお
る。この補正方法は、ま／ヒ、もし制御信号Ｙか、騙（
コンデンサの制御に使用されるとすれｉＪ：　、ＤＡＣ
ｌｏの中に存在する殆んど均一なりＣオフセット電圧量
でも使用可能となる。なお、調整コンデンサ及び関連寄
生キャパシタンスの減衰効果も小さくなることは、数学
的に容易に示されうる。

第５図には変更された調薬部８０を有する第６図２回路
５０の第２実施例である回路５０′が示されている。調
整部８０は、調整コンデンサ８１を含み。

調整コンデンサ８１は、第１電極をスケーリング・コン
デンサ５２の第１電極に接続させ、第２電極をスイッチ
８２．８３の両方の第１端子に接続させている。スイッ
チ８６の第２端子は、アナログ接地ＶＡＯに接続され、
スイッチ８２の第２端子は、リンク８４　、８５の両方
の第１端子に接続される。スイッチ８６の第１尋電率型
制御電極及びスイッチ８２の第２導電率型制御電極は、
−緒に接続されさらにＨＡＮＤゲート７０の出力に接続
される。リンク８４の第２端子は、アナログ基準電圧Ｖ
、に接続され。

リンク８５の第２端子は、ロード手段８６の第１端子に
接続される。ロード手段８６の第２端子は、アナログ基
準電圧Ｖ、に接続される。

動作において２回路５０′は、夫々、コンデンサ５１へ
、又はそれよシキャパシタンスを加力−又は減算できる
単一の調整コンデンサ８１を有するＤＡＣとなる。

ＮＡＩＶＤゲート７０は、第４図の制御信号Ｘにより。

前に説明したと同様な方法にて使用可能となる。

最初に、ＨＡＮＤゲート７０は、使用禁止であるからコ
ンデンサ５１の実効値に対して、キャパシタンス変化は
なされない。ＮＡＮＤゲート７０か、使用可能とな９制
御信号Ｘが、　ＮＡＮＤゲート７０の出力状態を決定す
ると、コンデンサ５１０等価値は、Ｃ♂＋　／２　”に
よシ変更される。ただし、Ｃ８，は、コンチン＋１８１
の容量値である。若し、リンク８４が使用可能であ）、
リンク８５が使用禁止の場合には、コンデンサ８１は、
コンデンサ５１と同相にて切換えられ、その実効値を増
加する。すｙり８５が使用可能で、リンク８４が使用禁
止の場合は、コンデンサ８１は。

コンデンサ５１と同期はずれにて切換えられその実効値
も減少する。この方法は、第３図の回路と同様な機能を
、少ない論理ゲートで達成する。第４図に図示したＤＡ
Ｃ出力信号及び関連制御信号は。

これらを第３図の回路５０に適用すると同様な方法にて
、第５図にも適用される。

第６図に図示するのは、ただ単極性の出力電圧の供給の
ため、アナログ接地電圧ＶＡｏＶＣ関し一つの基準電圧
を有するユニポー２ＤＡＣ９０である。図示された形式
（ｆｏｒｒｎ）において２図示の基準電圧は。

正の十ＶＲＢＦであるが、負極性（ｒＬすａｔｉνｇ　
ｐｏｌａｒｉｔｙ）基準電圧もまた使用される。スケー
リング・コンデンサ５２．コンデンサ５１．スイツチ５
５，５４．１５は。

回路５０と同様に接続されるが２例外として、スイッチ
５６の第２端子は、基準電圧Ｖ１ではなく＋ｙ□。

に接続される。また、コンデンサ５１は、ＤＡＣ９０の
高順位部分の所定コンデンサである。他のコンめ破線で
示すように、コンテ／す５１，５２に並列に追加するこ
ともまた。可能である。υも整コンテンサ９１．　ｇ肢
コンデンサ９２は、ともに、第１１を極ヲスケーＩＪン
グ・コンデンサ５２の第１電極に接続させる。他のコン
デンサもまた。　ＤＡＣ９０のビットサイズ増加のため
、破線で示す如く、スケーリング・コンデンサ５２．　
ＤＡＣ９０の低順位部分のコンデンサと並列に追加され
うる。コンデンサ９１の第２電極は、スイッチ９３の第
１端子及びスイッチ９４０第１端子の両方に接続される
。スイッチ９乙の第２端子は、アナログ接地電圧ＶＡＯ
に接ＵＮされる。

スイッチ９４の第２端子は、基準電圧子ＶＲ〜に接続さ
れる。スイッチ９３の第１導電率型制御乳極及びスイッ
チ９４の第２導電率型制御電極は、ともにＨＡＮＤケー
ト９５の出力に接続される。ＮＡＲＤケート９５の第１
人力は、制御信号Ｘに接続され。

ＮＡＮＤケート９５の第２人力は、リンク？６及びリン
ク９７両方の、第１端子に接続される。リンク９乙の第
２端子は、デジタル電源電圧ＶＤＤに接続され。

＋＋　−−Ａ、ＭＭ　ｘｌＡｒｔ　＾　今Ｗ　７−１−
ｈ　＋−−、、Ｌ’　４−　ＩＤ　ＱΩ　／７）ｌｉｔ
　４　ｅ子に接続される。ロード手段９８の第２端子は
。

テジタル接地電源電圧Ｆ８Ｂに接続される。コンデンサ
９２の第２電極は、スイッチ１００及びスイッチ１０１
の第１端子に接続される。スイッチ１００の第２端子は
、基準電圧子ＦＲＥＦに接続され、スイッチ１旧の第２
端子は、アナログ接地電圧に接続される。スイッチ１０
１の第１導電率型制御電極は。

スイッチ１００の第２導電率型制御電極及びＨＡＮＤゲ
ート１０２出力の両方に接続される。ＨＡＮＤゲート１
０２の第１人力は、制御信号Ｘに接続され。

ＮＡＮＤゲート１０２の第２人力は、リンク１０３及び
リンク１０４両方の第１端子に接続される。リンク１０
３の第２端子は、ロード手段１０５の第１端子に接続さ
れ、ロード手段１０５の第２端子は、デジタル電源電圧
ＦＤＤに接続される。リンク１０４の第２端子は、テジ
タル接地電源電圧Ｖ８Ｂに接続される。

作動中、調整コンデンサ９１．９２は、ＮＡＮＤグー）
　９５，１０２が使用可能で、　ＨＡＮＤゲート９５，
１０２　の出力が、制御信号Ｘに直接応答すれば、コン
デンサ５１に所定量のキャパシタンスを加えるように機
能する。まずリンク９６．９７は、制御信号Ｘにより制
御されるようにＮＡＮＤゲート９５を使用に導通し。

リンク１０６及び１０４は、　ＨＡＮＤゲート１０２を
使用禁止にするから、制御信号Ｘは、　Ｎ、４ＮＩ）ゲ
ート１０２の出力値には影響しない。それ故、調整さる
べきキャパシタンスの初期実効値Ｃ′、１は、コンデン
サ５１のキャパシタンス値のコンデンサ９１ノ重ミ付は
効果の和である。キャパシタンスの初期値（１ｎｉｔｉ
ａｌ　ｖａｌｕｅ）に加算するため、リンク１０４は使
用禁止であシ、リンク１０６は使用可能である。したが
って、　ＨＡＮＤゲート１０２の出力を制御信号Ｘによ
多制御されることを許容する。よって、制御信号Ｘが、
コンデンサ９２の第２電極を十Ｖ□２　とＶｉ、間で切
換える場合、そのキャパシタンスは。

コンデンサ９２の重み付は値（ｗｅｉｇｈｔｅｄ　ｖａ
ｌｕｅ　）によシ調整（αｄ）°ｕｐｔａｄ　ｕｐ）さ
れる。コンデンサ９１は。

リンク９６を使用類にし、リンク９７を使用可能にする
ことによシ、所定キャパシタンスを減ｘ’ｔ−ｔ’るよ
うに使用可能である。それにより、ＮＡＲＤ　ケート９
５の出力を使用禁止にし、スイッチ９３．９４が。

コンデンサ９１の第２電極をそれぞれＶＡＧ　”　ＶＲ
ＩＩＩＦ　の間で切換えることを阻止する。よって、コ
ンデンサ９１の初期効果は、有効キャノくシタンスＣ′
５．よシ除去される。回路９０に関連した信号は第４図
に図示される。

ここまでの説明では１図示された回路はすべて独立した
Ｄ／Ａ変換応用を意図している。然し、この回路は、Ｄ
ＡＣの全キャパシタンス値が、サンプリング・コンデン
サとして機能出来るＡ／ｎ変換応用（αｐｐｌｉｃαｔ
ｉｏｎ）　に利用するように変更することも可能である
。

第７図には、集積アナログ・サブシステムの内部機能ブ
ロックとしての容量性構成の典型的な応用例が２図示さ
れている。回路１１０は、容量性ＤＡＣとして機能し、
そのＤＡＣが、アナログ・デジタル変換のＢＡＲ実行に
おいて変換される未知アナログ電圧に対してサンプル及
びホールド・コンデンサとしてもまた。使用されること
を可能にする。

回路１１０はユニポーラであシ、第１電極を、出力岬２
易ｒＮ２／ｒ−ＩＩング・コンデンサ１１２の第１電極
に接続させた所定のコンデンサ１１１を具える。

図示されない他のコンデンサも２回路１１０のビット・
サイズを増加するようにコンデンサ１１１，１１２と並
列に付加される。スイッチ１１５は、第１端子を出力端
子に接続させ、第２端子を低インビータ゛ンス源ＶＬ□
に接続させ、制御電極を制゛御信号）′に接続させてい
る。スイッチ１１４の第１端子は、所定アナログ電圧Ｖ
、に接続される。スイッチ１１４は。

第２端子をスイッチ１１５の第１端子に’Ｉ＝ｈ、させ
。

かつコンデンサ１１１の第２電極にも接続させている。

スイッチ１１５の第２端子は、正のアナログ基準電圧＋
”ＲＩＩＦに接続される。スイッチ１１５は、第１導電
率型の制御電極をスイッチ１１４の第２導ｔｌ′ｉ。

率型制御電極及び制御シグナルＸに接続させる。

調整コンデンサ１１６は、第１電極を調整コンデンサ１
１７の第１電極及びスケーリング・コンデンサ゛１１２
の第２電極に接続させる。他のコンデンサは。

スケーリング・コンデンサ５２の第２電極に接続され、
　ＤＡＣ回路５００ビット・サイズを部５）的に増加す
る。スイッチ１１８は、第１端子をコンデンサ１１６の
第２電極及びスイッチ１１９の第１端子の両方に接続さ
せる。スイッチ１１８の第２端子は、所定のアナログ電
圧Ｖ３に接続され、スイッチ１１９の第２　Ｇｊｆｊ子
は、基準電圧子ＦＲＩＥＦに接続される。スイッチ１１
８は、第１導電率型制御電極をスイッチ１１９の第２導
電率型制御［極およびＨＡＮＤゲート１２０の出力に接
続させる。ＨＡＮＤゲ〜ト１２０は。

第１人力を制御電圧Ｘに接続させ、第２人力をリンク１
２１及びリンク１２２の第１端子に接続させる。

リンク１２１の第２端子は、デジタル電源電圧”ＤＤに
接続され、リンク１２２の第２端子は、ロード手段１２
３の第１端子に接続される。ロード手段１２３の第２端
子は、デジタル接地電源電圧ＶＢＢに接続される。コン
デンサ１１７の第２電極は、スイッチ１２５及びスイッ
チ１２６の第１端子に接続される。

スイッチ１２５の第２端子は、アナログ電圧ｒ８に接続
され、スイッチ１２６の第２端子は、基準電圧子ＶＲＩ
ＩＦに接続される。スイッチ１２５は、第１導電率型制
御電極をスイッチ１２６の第２導電率型制御１Ｌ極とＮ
ＡＮＤゲート１２７の出力の両方に接続させる。

ＨＡＮＤゲート１２７の第１人力は、制御電圧Ｘに接続
され、ＮＡＮＤゲート１２７の第２人力は、リンク１２
８及びリンク１２９の双方の第１端子に接続される。リ
ンク１２８の第２端子は、デジタル接地電源電圧”８１
１に接続される。リンク１２９の第２端子は、ロード手
段１３０の第１端子に接続され、ロード手段１５０の第
２端子は、デジタル電源電圧ＶＤＤに接続１される。ア
ナログ電圧マルチプレクサ部分は、制御信号Ｙの関数と
して、アナログ電圧Ｖｓを供給するので、電圧Ｖｊは、
電圧Ｖｘまたは電圧ＶＡｏである。スイッチ１３１は、
第１端子をアナログ接地電圧”Ａｏに接続させ、第２端
子をアナログ電圧ｒ１．を与えるスイッチ１６２の第１
端子に接続させる。スイッチ１３２の第２端子は、サン
プルされる未知のアナログ電圧Ｖｘに接続される。スイ
ッチ１６２の第１尋電率型の制御電極は、スイッチ１３
１の第２導電率型の制御電極及び制御電圧Ｙに接続され
る。

動作すると、制御信号Ｘが、切換えると思われる初期キ
ャパシタンス値は、コンデンサ１１１のキャパシタンス
値、コンデンサ１１６の重み付はキャパシタンス値と、
関連寄生キャパシタンス値の総和である。初期キャパシ
タンスから、所定量のキャパシタンスを減算するために
ＮＡＮＤゲート１２０は使用禁止になるので、制御信号
Ｘは、ＮＡＮＤゲート１２０の出力に影響を与えない。

コンデンサ１１６の第２電極は、電圧ＶＢに接続され、
スイッチ１１８．１１９は、夫々コンデンサ１１６の第
２電極を電圧Ｖｓと電圧＋Ｖ□２間で切換えない。電荷
（ｃｈａｒｇｅ　）保存の理論を利用してコンデンサ１
１１に所定量のキャパシタンスを加算するため、コンデ
ンサ１１６および１１７は、それぞれＮＡＮＤゲート１
２０及び１２７によシ使用可能にされるので、スイッチ
１１８゜１１９及び１２５，１２６は、夫々コンデンサ
１１６及び１１７の第２電極を電圧Ｖ、と電圧＋ＶＲ□
間で切換える。第８図は、第７図の回路の動作に関連す
る信号を図示している。第８図に図示する如く、制御信
号Ｙは、プリチャージと有効出力の間で出力の機能的動
作を制御する。Ｄ、（（’１１０が、低インピーダンス
源ＦＬＺによシブリチャージされる間に、コンデンサ１
１１．１１６，１１７及び図示されぬ他のコンデンサは
、電圧Ｖｘを全ＤＡＣキャパシタンスにサンプルするた
め、未知電圧Ｖｘにプリチャージされる。Ｙ制御信号が
、高よシ低に転移させた後に、ＤＡＣの出力は、制御信
号Ｘが代表的なものであるデジタル入力によって決定さ
れる。デジタル入力は外部的に発生され、変換される電
圧のデジタル表示である。この点で、未知のアナログ電
圧１／ｘは全コンデンサよシ切断され、その値はＤＡＣ
１１０に保４勺される。その理由は、電荷保存の理論及
びこの出力ノードが７０−テング・ノードである事実に
よるからである。有効出力期間中は、ＤＡＣ出力の電圧
は、下記の方程式によシ支配される。

Ｖｏｕｒ　＝　Ｖｔ、ｚ　−Ｖｘ　＋ＶＲｇ＋ｙ　（Ｃ
ｏＮ／Ｃｔｏｔαｌ）ただし、　ＣＯＮはｌ　”’ＲＲ
Ｆ　に切換えられたコンデンサのキャパシタンスｌ　Ｃ
ｔｏｔａｌは、切換えられた全コンデンサの総計及びＤ
ＡＣ１１０関連の寄生キャパシタンスである。

第９（α）図は、普通４勺応用例に用いられる負半ビッ
ト補正回路を示し、第１電極が第７図のスケＩＪング・
コンデンサ１１２の第２電極に接続されたコンデンサ１
６５を含む。コンデンサ１３５は、コンデンサ１５５の
第２電極を、アナログ接地電圧ＶＡａ　ｉたは基準電圧
Ｖヤ、に接続するため、その第２電極をスイッチ１３６
の第１端子に接続させる。

コンデンサ１１２の第１電極は、スイッチ１６７を経由
して低インピーダンス源ＶＬＺ及びＤＡＣ出力の両方に
接続される。コンデンサ１３５は、ＬＳＤコンデンサの
絶対値に関連してキャパシタンスの竹ユニットの重み付
けである。

コンデンサ１３５の動作説明として、初めにコンデンサ
１３５は、プリチャージ期間、スイッチ１３６によ如基
準電圧ＶＲＥＦにチャージされると仮定する。

プリチャジ期間中、ＤＡＣ出力は、低インピーダンス源
ＶＬ□に接続される。コンデンサ１３５の第２電極が、
有効出力期間中、スイッチ１６６を経て基準１Ｂ圧ＶＡ
ｏに切換えられ、ＤＡＣ出力がＶＬＺよシ切断されるも
のとすれば、第９（φ図でＱで表わされる１）４Ｃの１
Ｌ荷再分配は、負電圧の変化がＤＡＣ出力のＡ４低位ビ
ット（ＬＳＢ）の外の大きさに等しくなるようにする。

第９（ｂ）図は、第７図０ＤＡＣ１１０の歩み幅（ｒｔ
ｔｐｓｉｚｅ　）補正回路を示す。歩み幅補正コンデン
サ１３８は、第１電極をスケーリング・コンデンサ１１
２の第２電極に接続させ、第２電極を未知のアナログ電
圧Ｖｘまた鉱アナログ電圧’ＡＧの何れかに接続するた
め、その第２電極をスイッチ１６９の第１端子に接続さ
せる。コンデンサ１３８は、キャパシタンスで１ユニツ
トの重み付けである。

コンデンサ１３８Ｆｉ、、第１図０ＤＡＣ１０のコンデ
ンサ１２に等しい歩み幅補正を達成するように榛能する
。然しなから、未知のサンプル・アナログ電圧における
利得誤差を避けるため、コンデンサ１３Ｂは、初期に、
未知のアナログ電圧Ｖｘにプリチャージさるべきである
。有効ＤＡＣ出力期間中に、コンデンサ１３８は２歩み
幅補正を達成するように’ＡＧに切換えられる。第９（
ｂ）図に図示された歩み幅補正は、：Ｉンデンサ１６８
の第２端子をマルチプレクサ回路１６７の出力であるア
ナログを圧Ｊ／にｋ　ｕｃすることによって簡単に、自
動的に達成することができる。

それ故、精密に調整可能で、しかもＡ／Ｄ、ｖ／、を変
換応用の双方に使用１」能なコンデンサを有する容量性
構成（ｓｔｒｕｃｔＬＬｒｇ　）　が提供されたことは
明らかである。好ましい形式にてスケーリング・コンデ
ンサが、各容量性構成に従って図示されたが９本発すＪ
はスケーリング・コンデンサなしでも、実現可能である
。なお９本発明はまた。切換えられたコンデンサ・フィ
ルタを具える電荷再分配回路の他の形式においても、容
量値の調整に使用可能である。

本発明は、好ましい実施例を例示して説明されたが２本
発明は種々の方法で変更され、＊に詳述され、かつ前述
した以外の多数の実施例を想定しイ（ｆることは機業技
術者に明らかであろう。従って添付特許請求の範囲に依
シ９本発明の真実の精神と範囲内に含まれる本発明の全
変更例を包含することを意図している。

【図面の簡単な説明】

第１図は、技術上既知の基準化ｎビット（♂ｃａｌａｄ
ｎ−ｂｉｔ）　容量性ＤＡＣを概略形式にて示す、ただ
しｎは、整数である。 第２（α）図、第２（ｂ）図は、第１図の基準化容量性
ＤＡＣの等価回路を２個の所定スイッチ装置について概
略形式にＴ示す。 第６図は、調整された容量性ＤＡＣを概略形式に示す； 第４図社、第６図の調整された容量性ＤＡＣに関連した
信号波形をグラフ形式（ｇｒａｐｈｉｃａｌ　ｆｏｒｍ
）にて示す。 第５図は、調整された容量性ＤＡＣ（Ｄ第２の実施例を
概略形式にて示す。 第６図は、調整された１実施例を概略形式にて示す。 第７図は、調整された容量性ＤＡＣの第２実施例を概略
形式にて示す。 第８図は、第７図の調整された容量性１）ＡＣに関連し
た信号波形をグラフ形式にて示す。 第９（ａ）図、第９（ｂ）図は、ＡＡ）変換応用に用い
られる容量性ＤＡＣ構造に対する負の半ビット軸止及び
歩み幅補正（、ｔｅｐ　ｘｉ□ｃｏｒ□ｃｔｉｏｎ）を
それぞれ示す。 特許出願人　モトローラ・インコーポーテッド代理人弁
理士玉直久五部 プリチャージ゛→−−出力　−−−←プリチ勺−ジＹ　
− Ｘ　□−−−−−−−−−□−−− Ｆ’ｌに、４ Ｘ′□−一一一一一一一一□− ＦＩ６．　８ Ｎイ Ｎイ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、デジタル入力コードに対応する精密なアナログ出力
   信号を与えるように調整可能な容量性Ｄ−Ａ変換器にお
   いて、相互接続された第１電極を有する順位付けられた
   複数のコンデンサ、各々が基準電圧に制御可能に接続さ
   れた夫々の第２電極。 を有し、第１電極上のアナログ出力信号をデジタル入力
   コードの関数として発生するキャパシタンス手段。 前記順位付けられたコンデンサの少なくとも所定の１つ
   に結合され、前記所定のコンデンサの実効キャパシタン
   ス値を選択的に変化させる補償手段。 と金具えることを慣徴とする調整可能な容量性Ｄ−Ａ変
   換器。 ２、順位付けられた複数のコンデンサ會有する容量性Ｄ
   ＡＣを提供する段階。 補償手段を所定のコンデンサに結合させ、所定のコンデ
   ンサの実効容量値を選択的に変化させる段階。 補償手段の一部ｔ−調整し、所定のコンデンサの値を調
   整する段階。 を具えることを特徴とする容量性Ｄ−Ａ変換器の少なく
   とも１つの所定コンデンサを調整する方法。 ３、スケーリング・コンデンサの第１電極を所定コンデ
   ンサの第１電極に結合させ。 調整コンデンサの第１電極をスフ−リングコンデンサの
   第２電極に結合させ。 調整コンデンサの第２電極を調整信号に応答して所定の
   基準電圧に切換えるスイッチング手段に調整キャパシタ
   ンスの第２電極を結合させ。 スイッチング手段を、調整信号を与える制御手段に結合
   させることによシ補償手段が所定のコンデンサに結合さ
   れる前記特許請求の範囲第２項記載の方法。