DE60319065T2

DE60319065T2 - Parallele Wiederabtastung für Digital-Analog-Wandler

Info

Publication number: DE60319065T2
Application number: DE60319065T
Authority: DE
Inventors: Robert E. Jewett; Jacky Kin Chi Liu
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2003-04-30
Filing date: 2003-12-18
Publication date: 2009-02-05
Anticipated expiration: 2023-12-19
Also published as: DE60319065D1; US6812878B1; JP2004336772A; EP1473835B1; EP1473835A3; EP1473835A2

Description

ERFINDUNGSGEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Schaltungen, und insbesondere einen Digital-Analog-Wandler.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Digital-Analog-Wandler (DAC, "digital-to-analog converters") sind Schaltungen, die digitale Eingaben empfangen und analoge Ausgaben produzieren, die analoge Äquivalente der digitalen Eingaben in Form von Strömen oder Spannungen darstellen. Ein typischer DAC umfasst einen Codierer, eine Anzahl von analogen Ausgangselementen und eine Summierschaltung. Der Codierer empfängt eine digitale Eingabe, die durch einen Digitalwert gebildet wird, welcher durch eine Anzahl von binären Datenbits repräsentiert sind, und codiert dann die binären Datenbits in geeignete Antriebssignale, um selektiv bzw. gezielt die analogen Ausgangselemente zu aktivieren. In Antwort auf die Antriebssignale erzeugen die aktivierten analogen Ausgangselemente bzw. Ausgangsbauteile analoge Teilsignale. Diese analogen Teilsignale werden dann durch die Summierschaltung kombiniert, um ein analoges Ausgangssignal zu erzeugen, welches eine analoge Repräsentation der digitalen Eingabe darstellt.
Ein Problem, das oft während des Betriebs eines DAC auftritt, ist das Auftreten von Ausgabefehlern, die "Glitch" genannt werden, die hauptsächlich durch falsche Zeitsteuerung der analogen Teilsignale am Ausgang des DAC hervorgerufen werden. Die Glitches beeinflussen nicht den Endwert eines eingependelten Ausgangssignals für ein jedes digitales Eingangssignal, und sie treten nur während des Übergangs von einer digitalen Eingabe zur nächsten auf. Daher beeinträchtigen die Glitches den spektralen Gehalt des Ausgangssignals, was für Hochgeschwindigkeitsanwendungen äußerst bedenklich ist, da die Glitches als analoge Ausgangssignale missinterpretiert werden können.
Eine Quelle für eine fehlerhafte Zeitsteuerung besteht in unterschiedlichen Ankunftszeiten der Datenbits eines digitalen Eingangssignals am Eingang des Codierers. Jedoch kann diese feh lerhafte Zeitsteuerung leicht minimiert werden, indem Auffangspeicher, so genannte "Latches" am Eingang des Codierers verwendet werden, um die Datenbits zu synchronisieren. Eine andere Quelle der fehlerhaften Zeitsteuerung besteht in einer differentiellen logischen Verzögerung zwischen der Eingabe des Codierers und der Ausgabe des Codierers. Diese Quelle der fehlerhaften Zeitsteuerung kann jedoch minimiert werden, indem Latches am Ausgang des Codierers mit einem sorgfältig gesteuerten Taktsignal zugefügt werden. Noch eine weitere Quelle fehlerhafter Zeitsteuerung besteht in einem Missverhältnis der Pfadlängen zwischen dem Codierer und den analogen Ausgangselementen und/oder einem Missverhältnis der Pfadlänge zwischen den analogen Ausgangselementen und der Ausgabe des DAC durch die Summierschaltung. Diese letzte Quelle einer fehlerhaften Zeitsteuerung kann minimiert werden, indem ein Schalter zwischen der Summierschaltung und dem Ausgang des DAC zugefügt wird. Der Schalter wird verwendet, um das analoge Signal erst dann zum Ausgang durchzulassen, wenn sich das Signal auf einem Endwert eingependelt hat. Somit kann der Teil des analogen Signals mit Gliches durch die Verwendung des Schalters blockiert werden. Diese Technik führt die Ausgabe-Wellenform auf Null oder irgendeinen Referenzwert während der problematischen Zeit zurück, und wird daher im Allgemeinen auch als "Rückkehr zu Null" oder RZ ("Return to Zero") bezeichnet.
Unter Verwendung der RZ-Technik beeinflussen die nicht aufeinander abgestimmten Verzögerungen vor der Summiereinheit nicht mehr das Hochgeschwindigkeits-Leistungsverhalten des DAC, und die Integrität des Signals wird vornehmlich durch die Linearität des Schalters und die Reinheit eines Wiederabtastungs-Taktes begrenzt, der verwendet wird, um den Schalter zu betätigen. Unter diesen zwei limitierenden Faktoren ist die Linearität des Schalters der entscheidende limitierende Faktor. Eine Nichtlinearität des Schalters kann auf dem reinen Widerstand des Schalters beruhen, der eine nichtlineare Funktion bezüglich des Stroms darstellen kann, welcher durch den Schalter fließt. Ferner kann eine Nichtlinearität des Schalters auf nichtlinearen parasitären Effekten beruhen, beispielsweise einer Kapazität, die mit dem Stromniveau variieren. Der Digital-Analog-Wandler, der in der US 4,663,610 beschrieben ist, umfasst zwei Schieberegister, wobei ein jedes Schieberegister drei strukturelle Stromquellen steuert, die denselben Strom bereitstellen. Das Ausgangssignal des Wandlers ist eine in der Zeit kontinuierliche Addition der geschalteten Stromquellen in Abhängigkeit von seriellen digitalen Daten, die durch die Schieberegister wandern.
In dem Dokument US 2001/0052868 A1 ist ein DAC für parallele digitale Daten eines Worts der Länge N beschrieben, wobei der Wandler 2^N geschaltete Stromquellen umfasst. Sämtliche Stromquellen stellen dieselbe Stromstärke bereit, wobei der Ausgangsstrom des Wandlers durch die Anzahl von geschalteten Stromquellen ausgewählt wird. Eine Anti-Glitch-Schaltung für 2^N-Stromquellen wird verwendet, um die verzögerte Dispersion unter den 2^N-Schaltern zu verringern, indem individuelle Verzögerungen zu den individuellen Anti-Glitch-Signalen addiert werden.
In Anbetracht dieser Erwägungen besteht ein Bedarf für einen DAC und für ein Verfahren zum Umwandeln digitaler Eingangssignale in analoge Ausgangssignale dergestalt, dass Glitches in dem Ausgangssignal verringert oder eliminiert werden, ohne eine Schalter-Nichtlinearität in das Ausgangssignal einzuführen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Digital-Analog-Wandler (DAC) und ein Verfahren zum Umwandeln digitaler Eingangssignale in analoge Ausgangssignale verwenden Wiederabtastschalter ("resampling switches"), um die Übertragung analoger Teilsignale zwischen analogen Ausgangsbauteilen und einer Summierschaltung zu regulieren, um "Glitches" in dem Ausgangssignal zu verringern oder zu eliminieren. Ein jeder Wiederabtastschalter kann individuell mit einem analogen Ausgangsbauteil bzw. -element verbunden sein, um ein feststehendes analoges Teilsignal, z. B. einen feststehenden Strom, handzuhaben, der von dem analogen Ausgangselement erzeugt wird. Dementsprechend können die Wiederabtastschalter verwendet werden, um die Glitches in dem Ausgangssignal zu verringern oder zu eliminieren, ohne eine Schalter-Nichtlinearität in das Ausgangssignal einzuführen, indem die analogen Teilsignale gleichzeitig unter Verwendung der Wiederabtastschalter zur Summierschaltung übertragen werden.
Ein DAC gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst eine Anzahl von analogen Ausgangselementen bzw. -bauteilen, einer Anzahl von Schaltern und eine Summierschaltung. Die analogen Ausgangselemente sind dazu konfiguriert, selektiv analoge Teilsignale in Antwort auf eine digitale Eingabe zu erzeugen. Die Summierschaltung ist dazu konfiguriert, die analogen Teilsignale zu kombinieren, um ein analoges Ausgangssignal zu erzeugen, welches eine analoge Repräsentierung des digitalen Eingangssignals ist. Die Schalter sind zwischen den analogen Ausgangsbauteilen und der Summierschaltung angeordnet, um die Über tragung der analogen Teilsignale zwischen den analogen Ausgangselementen und der Summierschaltung zu regulieren. Ein jeder Schalter kann mit einem unterschiedlichen analogen Ausgangselement verbunden sein, um das analoge Teilsignal, welches von dem analogen Ausgangselement erzeugt wird, zu der Summierschaltung zu übertragen.
Ein Verfahren zum Umwandeln digitaler Eingangssignale in analoge Ausgangssignale gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Empfangen eines digitalen Eingangssignals, das Erzeugen analoger Teilsignale in Antwort auf das digitale Eingangssignal, das Regulieren der Übertragung der analogen Teilsignale und das Empfangen und Kombinieren der analogen Teilsignale, um ein analoges Ausgangssignal zu produzieren, welches eine analoge Repräsentierung des digitalen Eingangssignals darstellt.
Weitere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet wird, die lediglich beispielhaft die Prinzipien der Erfindung veranschaulicht.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Diagramm eines Digital-Analog-Wandlers (DAC) gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung.
2 ist ein Teildiagramm eines DAC, der in einer segmentierten Standard-DAC-Architektur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konfiguriert ist.
3 ist ein Schaltungsdiagramm eines analogen Ausgangselementes und eines Wiederabtastschalters, die in dem DAC von 1 oder 2 verwendet werden können, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
4 ist ein Zeitsteuerungsdiagramm des analogen Ausgangselementes und des Wiederabtastschalters von 3.
5 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Umwandeln digitaler Eingangssignale in analoge Ausgangssignale gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In 1 ist ein Digital-Analog-Wandler (DAC) 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der DAC 100 produziert analoge Ausgangssignale in Antwort auf empfangene digitale Eingangssignale. Die Stärke der analogen Ausgangssignale entspricht den Werten, die durch die jeweiligen digitalen Eingangssignale repräsentiert werden. Somit sind die analogen Ausgangssignale analoge Äquivalente der digitalen Eingangssignale. Der DAC 100 umfasst einen Codierer 102, analoge Ausgangselemente bzw. -bauteile 104 (nur fünf analoge Ausgangselemente 104A, 104B, 104C, 104D und 104E sind in 1 gezeigt), Wiederabtastschalter 106 und eine Summiereinheit 108. Wie in 1 gezeigt ist, sind die Wiederabtastschalter 106 zwischen den analogen Ausgangselementen 104 und der Summierschaltung 108 angeordnet. Wie unten beschrieben wird, verringert oder eliminiert die Verwendung dieser Wiederabtastschalter 106 Ausgabefehler in dem Ausgangssignal des DAC 100, die als "Glitches" bekannt sind, ohne eine Schalter-Nichtlinearität einzuführen, die ein übliches Problem bei herkömmlichen DAC darstellen, die eine "Rückkehr zu Null"-(RZ, "Return to Zero")-Technik verwenden. Daher wird durch die Verwendung der Wiederabtastschalter 106 zum Verringern oder Eliminieren der Glitches in dem Ausgangssignal die Unversehrtheit des Ausgangssignals nicht beeinträchtigt.
Der Codierer 102 des DAC 100 übersetzt N binäre Datenbits eines empfangenen digitalen Eingangssignals in M codierte Signale, wobei N und M ganze Zahlen sind. Der Codierer 102 ist mit N Eingangsleitungen 110 verbunden, um die N binären Datenbits zu empfangen. Der Codierer 102 ist außerdem mit M Steuerleitungen 112 verbunden, die individuell mit den analogen Ausgangselementen 104 verbunden sind, um die M codierten Signale von dem Codierer durch die M Steuerleitungen zu den analogen Ausgangselementen zu übertragen. Die M codierten Signale sind Antriebssignale, die verwendet werden, um die analogen Ausgangselemente 104 gemäß dem Wert des digitalen Eingangssignals selektiv zu aktivieren, so dass ein äquivalentes analoges Ausgangssignal unter Verwendung der von den aktivierten analogen Ausgangselementen erzeugten analogen Signalen erzeugt werden kann. Ein jedes codiertes Signal ist entweder ein Aktivierungssignal zum Aktivieren eines analogen Ausgangselementes oder ein Deaktivierungssignal zum Deaktivieren eines analogen Ausgangselementes. Der Codierer 102 kann irgendein Codierer sein, der in einem DAC verwendet werden kann, um binäre Datenbits in codierte Signale zu übersetzen. Beispielsweise kann der Codierer 102 ein Standard-Thermometer-Codierer sein, der eine Nachschlags-Tabelle verwendet, um binäre Datenbits in Thermometer-codierte Signale zu übersetzen.
Die analogen Ausgangselemente 104 des DAC 100 erzeugen ein oder mehrere analoge Signale, wenn die Elemente selektiv bzw. gezielt durch die von dem Codierer 102 codierten Signale aktiviert werden. Die analogen Signale, die von den analogen Ausgangselementen 104 erzeugt werden, sind analoge Teilsignale, die nachfolgend kombiniert werden, um ein analoges Ausgangssignal zu produzieren. Beispielsweise können die analogen Ausgangselemente 104 dazu konfiguriert sein, die analogen Signale in Form von Strömen zu erzeugen. Wie oben festgestellt wurde, sind die analogen Ausgangselemente 104 individuell mit dem Codierer 102 über Steuerleitungen 112 verbunden, um codierte Signale für ein gegebenes digitales Eingangssignal zu empfangen. Das heißt, dass ein jedes analoges Ausgangselement 104 durch eine separate Steuerleitung 112 mit dem Codierer 102 verbunden ist, um eines der codierten Signale für ein gegebenes digitales Eingangssignal zu empfangen. Dementsprechend wird in Abhängigkeit von dem codierten Signal auf einer bestimmten Steuerleitung 112 das verbundene analoge Ausgangselement 104 aktiviert, so dass ein analoges Teilsignal erzeugt wird, oder deaktiviert, so dass kein Signal erzeugt wird. In der beispielhaften Ausführungsform sind die analogen Ausgangselement 104 identisch, und somit erzeugt ein jedes analoges Ausgangselement das gleiche analoge Signal, beispielsweise denselben Strom, wenn es durch ein codiertes Aktivierungssignal aktiviert wird. Der Ausgang eines jeden Ausgangselementes 104 ist mit der Summierschaltung 108 durch einen der Wiederabtastschalter 106 verbunden.
Die Wiederabtastschalter 106 des DAC 100 übertragen die analogen Teilsignale, die durch die aktivierten analogen Ausgangselemente 104 erzeugt werden, gleichzeitig zu der Summierschaltung 108 unter Verwendung eines Wiederabtast-Taktsignals Clk. Ein jeder Wiederabtastschalter 106 ist individuell mit einem bestimmten analogen Ausgangselement 104 verbunden, um das von dem analogen Ausgangselement erzeugt analoge Teilsignal zu übertragen. Daher ist in der beispielhaften Ausführungsform die Anzahl von Wiederabtastschaltern gleich der Anzahl von analogen Ausgangselementen 104. Das Clk-Signal steuert den Zustand der Wiederabtastschalter 106 derart, dass es gleichzeitig sämtliche Wiederabtastschalter für eine gegebene Periode schließt oder öffnet. Somit regulieren die Wiederabtastschalter 106 die Übertragung der analogen Teilsignale zwischen den aktivierten analogen Ausgangselementen 104 und der Summierschaltung 108. Unter Verwendung der Zeitsteuerung des Clk-Signals erfüllen die Wiederabtastschalter 106 eine ähnliche Funktion wie ein herkömmlicher RZ-Schalter. Die Wiederabtastschalter 106 können so betätigt werden, dass es den analogen Teilsignalen, beispielsweise Strömen, möglich ist, sich auf den Endwert einzupendeln, bevor sie zur Summierschaltung 108 übertragen werden. Dementsprechend werden die Teile der analogen Sig nale, die zu den Glitches in dem letztendlichen Ausgangssignal des DAC 100 führen, durch die Verwendung der Wiederabtastschalter 106 effektiv entfernt. In der beispielhaften Ausführungsform sind die Wiederabtastschalter 106 identisch, ebenso wie die analogen Ausgangselemente 104. Daher überträgt ein jeder Wiederabtastschalter 106, der mit einem aktivierten analogen Ausgangselement 104 verbunden ist, wenn er geschlossen ist, das analoge Signal, welches von dem analogen Ausgangselement erzeugt wird. Da ein jeder Wiederabtastschalter 106 ein feststehendes analoges Signal handhabt, beispielsweise einen feststehenden Strom, werden die Probleme bezüglich der Nichtlinearität des Schalters, die unter Verwendung eines herkömmlichen RZ-Schalters ein wesentliches Problem darstellen, durch Verwendung der Wiederabtastschalter zum gleichzeitigen Übertragen der äquivalenten analogen Signale von den analogen Ausgangselementen 104 zu der Summierschaltung 108 gelöst.
In anderen Ausführungsformen kann der DAC 100 weniger Wiederabtastschalter 106 als analoge Ausgangselemente 104 enthalten. In diesen Ausführungsformen können die Ausgänge von zwei oder mehr analogen Ausgangselementen 104 miteinander verbunden sein, so dass analoge Teilsignale von den analogen Ausgangselementen miteinander kombiniert werden. Der resultierende Ausgang wird ebenfalls mit dem Eingang eines der Wiederabtastschalter 106 verbunden. Somit kann ein jeder Wiederabtastschalter 106 so verbunden sein, dass er ein kombiniertes analoges Signal von mehreren analogen Ausgangselementen 104 überträgt. Die Anzahl von Wiederabtastschaltern 106, die in dem DAC 100 verwendet werden, kann irgendeine Anzahl sein, die geringer als die Gesamtzahl der analogen Ausgangselemente 104 ist, welche in dem DAC enthalten sind.
Die Summierschaltung 108 des DAC 100 kombiniert die analogen Teilsignale von den analogen Ausgangselementen 104, die gleichzeitig durch die Wiederabtastschalter 106 übertragen werden, um ein analoges Ausgangssignal an einem Ausgangs-Anschluss 114 herzustellen, welches ein analoges Äquivalent des empfangenen digitalen Eingangssignals darstellt. Die Summierschaltung 108 kann so konfiguriert sein, dass sie das analoge Ausgangssignal unter Verwendung eines von verschiedenen Signal-Kombinationsschemata produziert, die die analogen Signale von den analogen Ausgangselementen 104 linear addieren. Beispielsweise kann die Summierschaltung 108 ein segmentiertes Standard-Strom-Additionsschemata verwenden, in welchem einige der Ströme (d. h., analoge Teilsignale) von den analogen Ausgangselementen 104 direkt an den Ausgangs-Anschluss 114 angelegt werden, um höchstwertige Bit-Signale des analogen Ausgangssignals bereitzustellen, während andere Ströme von analogen Ausgangselementen erst unter Verwendung einer R-2R-Struktur skaliert werden, bevor sie an den Ausgangs-Anschluss angelegt werden, um binär-skalierte niedrigstwertige Bit-Signale des analogen Ausgangssignals bereitzustellen. Andere Strom-Additionsschemata, die von der Summierschaltung 108 verwendet werden können, umfassen ein gerades binärgewichtetes R-2R-Schema (straight binary-weighted R-2R) und ein Einzelausgabe-Lastwiderstandsschema, bei dem die Ströme von den analogen Ausgangselementen 104 an einen einzelnen Ausgangs-Lastwiderstand angelegt werden. Der Ausgangs-Anschluss 114 des DAC 100 kann mit einem Strom-zu-Spannungs-Wandler (nicht gezeigt) verbunden sein, um das analoge Ausgangssignal von einem Strom in eine Spannung umzuwandeln.
Die Linearität der analogen Ausgangssignale, die von dem DAC 100 produziert werden, hängt nicht von der grundsätzlichen Reihen-Linearität der Wiederabtastschalter 106 ab. Beispielsweise sei angenommen, dass der Ausgangsstrom eines jeden Wiederabtastschalters 106 in einer nichtlinearen Relation zu dem Eingangsstrom steht, welche durch eine Funktion, wie beispielsweise I_aus = I_in + A·I_in ² definiert ist, wobei I_aus der Ausgangsstrom des Wiederabtastschalters ist, I_in der Eingangsstrom des Wiederabtastschalters ist und A eine Konstante ist. Dies resultiert in lediglich zwei möglichen Werten für den Ausgangsstrom eines jeden Wiederabtastschalters 106 I₀ für das codierte Signal von "0" (deaktiviert) oder I₁ für das codierte Signal von "1" (aktiviert). Nach der Kombination bei der Summierschaltung 108 wird das Signal n·I₁ + (M – n)·I₀ betragen, wenn n "Einsen" in den Steuerleitungen 112 vorliegen. Dies ist eine lineare Funktion von n, obwohl das Signal Verstärkungs- und Offsetfehler enthalten kann.
In 2 ist ein Teil eines DAC 200 gezeigt, der in einer segmentierten Standard-DAC-Architektur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konfiguriert ist. Die gleichen Bezugszeichen wie in 1 werden verwendet, um ähnliche Elemente in 2 zu identifizieren. Ein Codierer für den DAC 200 ist in 2 nicht gezeigt. Der DAC 200 umfasst eine R-2R-Ausgangs-Summierschaltung 208, die elektrisch mit den analogen Ausgangselementen 104A, 104B, 104C, 104D und 104E über die Wiederabtastschalter 106 verbunden ist. In dieser Ausführungsform erzeugt ein jedes analoges Ausgangselement dasselbe analoge Signal, beispielsweise denselben Strom. Jedoch kann, in Abhängigkeit der Verbindungen der analogen Ausgangselemente mit der R-2R-Ausgangs-Summierschaltung 208 das gesamte Analogsignal oder ein skalierter Teil des Analogsignals von einem bestimmten analogen Ausgangselement zu dem Ausgangs-Anschluss 114 übertragen werden, um das resultierende analoge Ausgangssignal zu produzieren. Für analoge Ausgangselemente, die direkt mit dem Ausgangs-Anschluss 114 verbunden sind, z. B. die analogen Ausgangselemente 104A, 104B und 104C werden die gesamten analogen Signale, die durch diese analogen Ausgangselemente erzeugt werden, zu dem Ausgangs-Anschluss 114 übertragen. Für die analogen Ausgangselemente, die über einen oder mehrere R- und 2R-Widerstände mit dem Ausgangs-Anschluss 114 verbunden sind, beispielsweise die analogen Ausgangselemente 104D und 104E, werden binär skalierte Teile der analogen Signale, die durch diese analogen Ausgangselemente erzeugt werden, zu dem Ausgangs-Anschluss 114 übertragen. Die analogen Ausgangselemente, die direkt mit dem Ausgangs-Anschluss 114 verbunden sind, können als Signale betrachtet werden, die höchstwertige Bit-Signale (most significant bit, MSB) eines analogen Ausgangssignals bereitstellen, welche große feststehende analoge Signale sind, während die analogen Ausgangselemente, die über einen oder mehrere R- und 2R-Widerstände mit dem Ausgangs-Anschluss 114 verbunden sind, als Ausgangselemente betrachtet werden können, die niedrigstwertige Bit-Signale des analogen Ausgangssignals bereitstellen (least significant bit, LSB), welche kleiner skalierte Signale sind. Die MSB-Signale und die LSB-Signale werden an dem Ausgangs-Anschluss 114 kombiniert, um das analoge Ausgangssignal zu produzieren. Zur Vereinfachung der Darstellung sind in 2 nur drei analoge Ausgangselemente 104A, 104B und 104C zum Erzeugen der MSB-Signale und zwei analoge Ausgangselemente 104D und 104E zum Erzeugen von LSB-Signalen gezeigt. Jedoch kann die Anzahl von analogen Ausgangselementen, die in dem DAC 200 zum Erzeugen der benötigten MSB- und LSB-Signale zum Produzieren der analogen Ausgangssignale enthalten sind, wesentlich größer sein. Beispielsweise kann der DAC 200 32 analoge Ausgangselemente zum Erzeugen der MSB-Signale und neun analoge Ausgangselemente zum Erzeugen der LSB-Signale für eine 14-Bit-Digital-Analog-Wandlung enthalten.
Um die Beschreibung zu vereinfachen, wurden die DACs 100 und 200 von 1 und 2 so dargestellt und beschrieben, dass sie zum Erzeugen eines einzelnen analogen Ausgangssignals für ein gegebenes digitales Eingangssignal konfiguriert sind. Jedoch können die DACs 100 und 200 modifiziert werden, um ein Paar von differentiellen analogen Ausgangssignalen für ein gegebenes digitales Eingangssignal zu erzeugen, was für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein kann.
In 3 sind ein analoges Ausgangselement 304 und ein Wiederabtastschalter 306 gemäß einer beispielhaften differentiellen Implementierung gezeigt. Das analoge Ausgangselement 304 und der Wiederabtastschalter 306 können in dem DAC 100 von 1 oder dem DAC 200 von 2 verwendet werden. Das analoge Ausgangselement 304 und der Wiederabtastschalter 306 sind so konfiguriert, dass sie differentielle analoge Signale I_aus und
unter Verwendung von D und D und Wiederabtast-Taktsignalen, Clk und Clk erzeugen. Das analoge Ausgangselement 304 umfasst differentiell verbundene bipolare Transistoren 316 und 318 und eine Stromquelle 320. Die Emitter der differentiell verbundenen Transistoren 316 und 318 sind mit der Stromquelle 320 verbunden. Die Basis des differentiell verbundenen Transistors 316 ist so verbunden, dass sie das codierte Signal D empfängt, während die Basis des differentiell verbundenen Transistors 318 so verbunden ist, dass sie das codierte Signal über D empfängt. Die Stromquelle 320 umfasst einen bipolaren Transistor 322 und einen Widerstand 324, die in Reihe mit einem Niedervolt-Anschluss 326 von beispielsweise –3,3 V verbunden sind. Die Basis des bipolaren Transistors 322 ist so verbunden, dass sie eine Vorspannung V_Vorspannung empfängt, die den Strom steuert, welcher durch den Transistor geleitet wird. Der bipolare Transistor 322 und der Widerstand 324 der Stromquelle 320 arbeiten so, dass sie einen feststehenden Strom I_Quelle leiten, der die Werte I_aus und
definiert.
Die differentiell verbundenen Transistoren 316 und 318 des analogen Ausgangselementes 304 sind mit dem Wiederabtastschalter 306 verbunden, der bipolare Wiederabtast-Transistoren 328, 330, 332 und 334 umfasst. Die Emitter der Wiederabtast-Transistoren 328 und 330 sind mit dem Kollektor des differentiell verbundenen Transistors 316 des analogen Ausgangselementes 304 verbunden, während die Emitter der Wiederabtast-Transistoren 332 und 334 mit dem Kollektor des anderen differentiell verbundenen Transistors 318 des analogen Ausgangselementes verbunden sind. Der Kollektor des Wiederabtast-Transistors 328 ist außerdem mit einer Summierschaltung 208A (nicht gezeigt) verbunden, um das differentielle analoge Signal
zu übertragen. Auf ähnliche Weise ist der Kollektor der Wiederabtast-Transistors 332 mit einer anderen Summierschaltung 208B (nicht gezeigt) verbunden, um das differentielle analoge Signal
zu übertragen. Die Summierschaltungen 208A und 208B können identisch zu der Summierschaltung 208 von 2 sein. Die Summierschaltungen 208A und 208B sind so konfiguriert, dass sie differentielle analoge Signale von den analogen Ausgangselementen empfangen, um differentielle analoge Ausgangssignale zu erzeugen. Die Widerabtast-Transistoren 328 und 332 werden durch das Taktsignal Clk gesteuert, welches an die Basen der Transistoren 328 und 332 angelegt wird. Im Gegensatz dazu werden die Wiederabtast-Transistoren 330 und 334 durch das Taktsignal Clk gesteuert, welches an die Basen der Transistoren 330 und 334 angelegt wird. Die Kollektoren der Wiederabtast-Transistoren 330 und 334 sind mit einem Spannungsanschluss 336, beispielsweise dem Massepotential, verbunden, um Ströme von den Wiederabtast-Transistoren 330 und 334 abzuleiten, die durch Glitch-Übertragungen beeinträchtigt sein können, wenn das Taktsignal Clk hoch ist.
Obwohl die Transistoren des analogen Ausgangselementes 304 und des Wiederabtast-Schalters 306 als bipolare Transistoren dargestellt und beschrieben sind, können stattdessen auch andere Arten von Transistoren verwendet werden. Beispielsweise können die Transistoren des analogen Ausgangselementes 304 und des Wiederabtastschalters 306 Metalloxid-Halbleiter-Transistoren (MOS-Transistoren) sein. Alternativ können diese Transistoren auch eine Mischung von verschiedenen Arten von Transistoren sein.
In 4 ist ein Zeitsteuerungsdiagramm für die Signale I_aus,
Clk und D gezeigt. Diese Signale sind Beispiele, die den Betrieb des analogen Ausgangselementes 304 und des zugehörigen Wiederabtastschalters 306 illustrieren. Wie in dem Zeitsteuerungsdiagramm gezeigt ist, wird ein hohes differentielles Signal I_aus erzeugt, wenn sowohl das Taktsignal Clk als auch das codierte Signal D hoch sind, während ein hohes differentielles Signal
erzeugt wird, wenn das Taktsignal Clk hoch ist und das codierte Signal D niedrig ist. Wie ferner in dem Zeitsteuerungsdiagramm gezeigt ist, ist das Taktsignal Clk zeitlich von dem codierten Signal D versetzt, so dass das codierte Signal D sich nur ändert, während das Taktsignal Clk niedrig ist. Daher haben die differentiellen analogen Signale I_aus und
die Gelegenheit, sich einzupendeln, bevor das Taktsignal Clk wieder ansteigt, was zu sauberen Ausgangspulsen führt.
Ein Verfahren zum Umwandeln digitaler Eingangssignale in analoge Ausgangssignale gemäß einer beispielhaften Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm von 5 beschrieben. Im Block 502 werden digitale Eingangssignale einer digitalen Eingabe empfangen. Die eingegebenen digitalen Signale der digitalen Eingabe repräsentieren einen Wert. Als nächstes werden im Block 504 die digitalen Eingangssignale in codierte Signale übersetzt. Beispielsweise können die codierten Signale Thermometer-codierte Signale sein. Bei Block 506 werden unter Verwendung der codierten Signale analoge Teilsignale erzeugt. Die analogen Teilsignale können erzeugt werden, indem analoge Ausgangselemente unter Verwendung der codierten Signale als Antriebssignale selektiv aktiviert werden. Als nächstes wird bei Block 508 die Übertragung der analogen Teilsignale reguliert. Beispielsweise kann eine Anzahl von Wiederabtastschaltern verwendet werden, um die Übertragung der analogen Teilsignale zu regulieren, indem die Wiederabtastschalter unter Verwendung eines Taktsignals gleichzeitig geschlossen und geöffnet werden, um die analogen Teilsignale gleichzeitig zu übertragen, wodurch Glitches in dem resultierenden Ausgangssignal verringert oder eliminiert werden können, ohne eine Schalter-Nichtlinearität einzuführen. Das Taktsignal sollte zeitlich von den Übergängen in dem digitalen Eingangssignal versetzt sein, so dass die relevanten elektrischen Signale Gelegenheit haben, sich einzupendeln, wenn die Schalter offen sind. Bei Block 510 werden die analogen Teilsignale empfangen und unter Verwendung eines vordefinierten Schemas kombiniert, um ein analoges Ausgangssignal zu erzeugen, welches eine analoge Repräsentierung des digitalen Eingangssignals darstellt. Beispielsweise können die analogen Teilsignale unter Verwendung von segmentierten Standard-Kombinationsschemata unter Verwendung einer R-2R-Struktur kombiniert werden.

Claims

Digital-Analog-Wandler, umfassend: Analog-Ausgangselemente (104A, 104B, 104C, 104D, 104E; 304), die in Abhängigkeit eines digitalen Eingangssignals gezielt analoge Teilsignale erzeugen; eine Summierschaltung (108; 208; 208A, 208B), die mit den Analog-Ausgangselementen verbunden ist und die analogen Teilsignale kombiniert, um ein analoges Ausgangssignal zu erzeugen; Wiederabtastschalter (106; 306), die die Übertragung der analogen Teilsignale von den Analog-Ausgangselementen zu der Summierschaltung regulieren, wobei die Wiederabtastschalter (106; 306) verbunden sind, um beim Empfang eines Taktsignals simultan die analogen Teilsignale von den Analog-Ausgangselementen (104A, 104B, 104C, 104D, 104E; 304) zur Summierschaltung (108; 208; 208A, 208B) zu übertragen; dadurch gekennzeichnet dass die Wiederabtastschalter (106; 306) zwischen den Analog-Ausgangselementen und der Summierschaltung angeschlossen sind.
Wandler nach Anspruch 1, wobei jedes der Analog-Ausgangselemente (104A, 104B, 104C, 104D, 104E; 304) durch einen unterschiedlichen Wiederabtastschalter (106; 306) von den Wiederabtastschaltern mit der Summierschaltung (108; 208; 208A, 208B) verbunden ist.
Wandler nach Anspruch 1 oder 2, wobei jedes der Analog-Ausgangselemente (104A, 104B, 104C, 104D, 104E; 304) äquivalente Signale erzeugt.
Wandler nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei wenigstens eines der Analog-Ausgangselemente (104A, 104B, 104C, 104D, 104E; 304) einen Transistor (316, 318) und eine Stromquelle (320) enthält, die mit einem der Wiederabtastschalter (106; 306) und einem Spannungsanschluss (326) in Reihe geschaltet sind.
Verfahren zur Digital-Analog-Umwandlung, bei dem: ein digitales Eingangssignal empfangen wird (502); in Abhängigkeit dieses digitalen Eingangssignals unter Verwendung von Analog-Ausgangselementen analoge Teilsignale erzeugt werden (504); die Übertragung der analogen Teilsignale reguliert wird (508); und die übertragenen Teilsignale empfangen und unter Verwendung einer Summierschaltung (108; 208; 208A, 208B) zu einem analogen Ausgangssignal zusammengefügt werden (510), das eine analoge Entsprechung des digitalen Eingangssignals darstellt, dadurch gekennzeichnet, dass die Regulierung (508) der Übertragung der analogen Teilsignale die Aktivierung mehrerer Wiederabtastschalter (106; 306) zwischen den Analog-Ausgangselementen und der Summierschaltung unter Verwendung eines Taktsignals beinhaltet, um die analogen Teilsignale gleichzeitig zu übertragen.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei bei der Regulierung (508) der Übertragung der analogen Teilsignale wenigstens zwei der analogen Teilsignale zunächst vereint und dann gemeinsam durch einen der Wiederabtastschalter (106; 306) übertragen werden.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei die mehreren Wiederabtastschalter (106; 306) gleichzeitig aktiviert werden, um die analogen Teilsignale gleichzeitig zu übertragen.