DE10038372A1

DE10038372A1 - Differentieller Digital/Analog-Wandler

Info

Publication number: DE10038372A1
Application number: DE10038372A
Authority: DE
Inventors: Martin Clara; Andreas Wiesbauer; Berthold Seger
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2000-08-07
Filing date: 2000-08-07
Publication date: 2002-03-14
Anticipated expiration: 2020-08-08
Also published as: US20020063644A1; US6593868B2; DE10038372C2

Abstract

Differentieller Digital/Analog-Wandler zur Umwandlung eines digitalen Eingangswertes in eine analoge Ausgangsspannung mit einer ersten Stromquellengruppe, die mehrere aus mindestens einem p-MOS-Transistor bestehende Stromquellen aufweist, die in Abhängigkeit von dem digitalen Eingangswert an mindestens eine Stromsammelleitung (11, 12) schaltbar sind, wobei die erste Stromquellengruppe ein aus Binärstromquellen (6) bestehendes Binärstromquellenschaltungssegment (4) aufweist, einer zweiten Stromquellengruppe, die mehrere aus mindestens einem n-MOS-Transistor bestehende Stromquellen aufweist, die in Abhängigkeit von dem digitalen Eingangswert an die Stromsammelleitung (11, 12) schaltbar sind, wobei die zweite Stromquellengruppe ein aus Binärstromquellen (13) bestehendes Binärstromquellenschaltungssegment (5) aufweist, und mit einem Ausgangspuffer (3) zur Umwandlung des auf der mindestens einen Stromsammelleitung (11, 12) fließenden Stromes in die analoge Ausgangsspannung.

Description

Die Erfindung betrifft einen differentiellen Digital/Analog- Wandler und insbesondere einen segmentierten differentiellen Digital/Analog-Wandler mit integrierter Stromanpassungsschal tung zur Anpassung der von den Segmenten abgegebenen Ströme.

Digital/Analog-Wandler sind elektronische Schaltungen, die ein digitales Signal, d. h. ein binär codiertes Digitalwort, in ein analoges Signal umwandeln. Die Umwandlung erfolgt zu diskreten Zeitpunkten, so dass das Analogsignal in gewissen Zeitabständen zur Verfügung steht.

Fig. 1 zeigt einen Digital/Analog-Wandler nach dem Stand der Technik. Die von dem Digital/Analog-Wandler DAC verwendeten binär gewichtetem Stromquellen I₀, I₁, I₂, . . . sind binär ge wichtete Stromquellen, die Stromwerte I, 2I, 4I . . . abgeben. Die Stromquellen sind über Schalteinrichtungen auf eine Stromsammelleitung SL schaltbar, die mit dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers OP verbunden ist. Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers OP liegt über eine Leitung an Masse an.

Die Schalteinrichtungen werden durch die in Fig. 1 darge stellten Dioden gebildet. Weist beispielsweise das Datenbit b₀ den Datenwert 0 auf, ist die an die Stromquelle I₀ ange schlossene Diode D_0b durchgeschaltet und die Stromquelle I₀ wird überbrückt. Ist umgekehrt das Datenbit b₀ gleich 1, wird die Diode D_0b und die Stromquelle I₀ liefert einen Strombei trag auf der Stromsammelleitung S_L. Der Ausgang des Operati onsverstärkers OP ist über einen Rückkoppelwiderstand R_N an den invertierenden Eingang rückgekoppelt. Die an dem Ausgang des Digital/Analog-Wandlers DAC anliegende analoge Ausgangs spannung U_DAC ist proportional zu der Summe der auf die Sum menstromleitung S_L durchgeschalteten Ströme und somit propor tional zu dem anliegenden Digitalwert. Es gilt:

I_i = 2^i-1 . I_LSB (1)

Der in Fig. 1 dargestellte herkömmliche Digital/Analog- Wandler hat jedoch den Nachteil, dass er nicht differentiell aufgebaut ist, sondern lediglich eine analoge Ausgangsspan nung U_DAC gegenüber Masse liefert.

Bei einer Integration des in Fig. 1 gezeigten herkömmlichen DAC ist das von dem DAC abgegebene analoge Ausgangssignal ge genüber Störsignalen anfällig, die von einem gemeinsamen Sub strat stammen, auf dem sich der DAC und weitere Schaltkreise befinden.

Ein weiterer Nachteil des in Fig. 1 dargestellten herkömmli chen DAC nach dem Stand der Technik besteht darin, dass eine Schaltung mit weiteren Schaltkreisen zur Signalverarbeitung des abgegebenen analogen Signals nur mit zusätzlichem Schal tungsaufwand möglich ist, da eine Ruhepegelwiederherstellung (common mode recovery) notwendig ist.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Digital/Analog-Wandler zu schaffen, der gegenüber Störsigna len von weiteren Schaltkreisen unempfindlich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen voll differen tiell aufgebauten Digital/Analog-Wandler mit den im Patentan spruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Digital/Analog-Wandlers be steht darin, dass er ohne zusätzlichen schaltungstechnischen Aufwand mit weiteren Schaltkreisen, die eine analoge Nachbe arbeitung des analogen Ausgangssignals durchführen, ver schaltbar ist.

Die Erfindung schafft einen differentiellen Digital/Analog- Wandler zur Umwandlung eines digitalen Eingangswertes in eine analoge Ausgangsspannung mit
einer ersten Stromquellengruppe, die mehrere aus mindestens einem p-MOS-Transistor bestehende Stromquellen aufweist, die in Abhängigkeit von dem anliegenden digitalen Eingangswert an mindestens eine Stromsammelleitung schaltbar sind,
einer zweiten Stromquellengruppe, die mehrere aus mindestens einem n-MOS-Transistor bestehende Stromquellen aufweist, die in Abhängigkeit von dem anliegenden digitalen Eingangswert an die Stromsammelleitung schaltbar sind,
und mit einem Ausgangspuffer zur Umwandlung des auf die Strom-Sammelleitung fließenden Stromes in die analoge Aus gangsspannung.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen differentiellen Digital/Analog-Wandlers weisen die erste und zweite Stromquellengruppe jeweils ein aus Thermometerstrom quellen bestehendes Thermometerstromquellenschaltungssegment und ein aus Binärstromquellen bestehendes Binärstromquellen- Schaltungssegment auf.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfin dungsgemäßen differentiellen Digital/Analog-Wandlers besitzt der Digital/Analog-Wandler eine Stromanpassungsschaltung, die zur Anpassung desjenigen Stromes vorgesehen ist, welcher von dem Binärstromquellenschaltungssegment der ersten Stromquel lengruppe abgegeben wird, an denjenigen Strom, welcher von dem Thermometerstromquellenschaltungssegment der zweiten Stromquellengruppe abgegeben wird
und die zur Anpassung desjenigen Stromes vorgesehen ist, wel cher von dem Binärstromquellenschaltungssegment der zweiten Stromquellengruppe abgegeben wird, an denjenigen Strom, wel cher von dem Thermometerstromquellenschaltungssegment der ersten Stromquellengruppe abgegeben wird.

Diese bietet den besonderen Vorteil, dass Linearitätsfehler, die aufgrund der Segmentierung entstehen, vermieden werden.

Der an einem Eingang anliegende, zu wandelnde digitale Ein gangswert besteht vorzugsweise aus k Datenbits, wobei die n niederwertigsten Datenbits des digitalen Eingangswertes die beiden aus jeweils n Binärstromquellen bestehenden Binär stromquellensegmente an die Stromsammelleitung schalten,
wobei die m höchstwertigen Datenbits an einem Decoder zum Schalten von 2^m- 1 Thermometerstromquellen angelegt werden, die jeweils innerhalb der beiden Thermometerstromquellen schaltungssegmente vorgesehen sind, an die Stromsammellei tung.

Die Binärstromquellenschaltungssegmente bestehen vorzugsweise jeweils aus n Binärstromquellen, wobei der von der i-ten Stromquelle (1 ≦ i ≦ n) abgegebene Strom I_i beträgt

I_i = 2^i-1 . I_LSB,

wobei I_LSB der Strom ist, welcher von derjenigen Stromquelle abgegeben wird, die dem niederwertigsten Datenbit des digita len Eingangswertes zugeordnet ist.

Der Ausgangspuffer weist vorzugsweise einen rückgekoppelten Operationsverstärker auf.

Dabei ist der Operationsverstärker vorzugsweise über mindes tens einen Widerstand rückgekoppelt.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfin dungsgemäßen differentiellen Digital/Analog-Wandlers ist die Stromanpassungsschaltung eine Stromspiegelschaltung, die min destens einen Stromspiegeltransistor enthält zur Anpassung des Stromes, der von den Binärstromquellensegmenten abgegeben wird, an denjenigen Strom, der von den Thermometerstromquel lensegmenten abgegeben wird.

Der durch den Stromspiegeltransistor erzeugte Spiegelstrom entspricht vorzugsweise der Summe des von dem Binärstromquel lenschaltungssegment abgegebenen Stromes und dem Strom der Binärstromquelle für das niederwertigste Datenbit.

Im weiteren werden bevorzugte Ausführungsformen des erfin dungsgemäßen differentiellen Digital/Analog-Wandlers zur Er läuterung erfindungswesentlicher Merkmale beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Digital/Analog-Wandler nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 einen voll differentiell aufgebauten Digi tal/Analog-Wandler gemäss der Erfindung;

Fig. 3 eine besonders bevorzugte Ausführungsform des er findungsgemäß voll differentiell aufgebauten Digi tal/Analog-Wandlers mit einer Stromanpassungsschal tung.

Der in Fig. 2 dargestellte erfindungsgemäße Digital/Analog- Wandler 1 enthält ein Stromquellenfeld 2 und einen mit dem Stromquellenfeld 2 verbundenen nachgeschalteten Ausgangspuf fer 3. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist das Stromquel lenfeld 2 und der Ausgangspuffer bei der in Fig. 2 gewählten Darstellung leicht perspektivisch dargestellt.

Das Stromquellenfeld 2 weist eine erste Stromquellengruppe und eine dazu komplementär aufgebaute zweite Stromquellen gruppe auf. Die erste Stromquellengruppe enthält eine Viel zahl von binär gewichteten Binärstromquellen 6-0, 6-1, 6-2, 6-n-1. Die Binärstromquellen der ersten Stromquellengruppe werden durch p-MOS-Transistoren gebildet, deren Drain- Anschluss jeweils an einer gemeinsamen Stromversorgungslei tung 7 _DD für eine Versorgungsspannung V_DD anliegen. Die von den Binärstromquellen 6-0 bis 6-n-1 abgegebenen Ströme sind zueinander binär gewichtet, wobei die Stromquelle 6-0 dem niederwertigsten Bit LSB zugeordnet ist und einen Strom I_LSB abgibt. Die nächste parallel geschaltete Stromquelle 6-1 gibt einen konstanten Strom ab, der doppelt so hoch ist wie der von der ersten Stromquelle 6-0 abgegebene Strom, d. h. 2 . I_LSB. Die nächste parallel geschaltete Stromquelle 6-2 gibt ihrerseits einen Strom ab, der doppelt so hoch ist wie der von der Stromquelle 6'1 erzeugte Quellenstrom. Die Stromquel len der ersten Stromquellengruppe sind jeweils an den Doppel schalteinrichtungen 7-0, 7-1, 7-2, . . . 7-n-1 einer Schaltein richtung 8 angeschlossen. Die Schalter 7-0 bis 7-n-1 werden dabei vorzugsweise durch Halbleiterschaltbauelemente gebil det. Jede Doppel-Schalteinrichtung 7-0 bis 7-n-1 weist zwei zueinander parallel geschaltete Schaltelemente a, b auf, wo bei die Schaltelemente 7-0a bis 7-n-1a jeweils durch ein Da tenbit b₀ bis b_n-1 des zu wandelnden digitalen Eingangswertes gesteuert werden und die Schaltelemente 7-0b bis 7-n-1b durch das jeweils invertierte Datenbit ^- _b0 bis ^-b_n-1 gesteuert wer den. In Abhängigkeit von dem anliegenden digitalen Eingangs wert werden somit die Source-Anschlüsse der Stromquellen 6-0 bis 6-n-1 zur Abgabe des zugehörigen binär gewichteten Drainstroms an Anschlussknoten 9-0a bis 9-n-1a bzw. 10-b bis 10-n-1b an eine erste Stromsammelleitung 11 zur Abgabe eines negativen Summenstroms I_minus geschaltet oder an eine zweite Stromsammelleitung 12 zur Erzeugung des positiven Summen stroms I_plus.

Die zur ersten Stromquellengruppe komplementär aufgebaute zweite Stromquellengruppe besteht aus mehreren Stromquellen 13-0 bis 13-n-1, die jeweils mindestens einen n-MOS- Transistor enthalten. Dabei sind die Source-Anschlüsse der n- MOS-Transistoren 13-0 bis 13-n-1 an eine gemeinsame Erdungs leitung 7 _GNP angeschlossen, die an einen Masseanschluss 15 des erfindungsgemäßen DAC 1 anliegt. Die Drain-Anschlüsse des n- MOS-Transistoren 13-0 bis 13-n-1 sind jeweils mit Doppel schalteinrichtungen 14-0 bis 14-n-1 verbunden, die jeweils aus zwei Schaltelementen a, b bestehen. Die Schaltelemente 14-0a bis 14-n-1-a sowie 14-0b bis 14-n-1-b werden vorzugs weise jeweils durch Halbleiterschaltbauelemente gebildet. Da bei werden die Schaltbauelemente 14-0a bis 14-n-1a jeweils durch die invertierten Datenbits b₀ bis b_n-1, angesteuert, wäh rend die dazu parallel geschalteten Schaltbauelemente 14-0b bis 14-n-1b jeweils durch die nicht invertierten Datenbits b₀ bis b_n-1 des anliegendenden zu wandelnden digitalen Wertes an gesteuert werden. Die Schaltbauelemente 14-0a bis 14-n-1a schalten die Source-Anschlüsse der n-MOS-Stromquellen 13-0 bis 13-n-1 jeweils an die Stromanschlussknoten 9-0a bis 9-n- 1a der negativen Stromsammelleitung 11. Die Schaltbauelemente 14-0b bis 14-n-1b schalten jeweils die n-MOS-Stromquellen 13- 0 bis 13-n-1 der zweiten Stromquellengruppe an die Stromkno ten 10-0b bis 10-n-1b der negativen Stromsammelleitung 12 durch.

Die erste Stromsammelleitung 11 zur Erzeugung eines negativen Summenstroms I_minus liegt an einem invertierenden Anschluss 16 eines Operationsverstärkers 17 an, dessen nicht invertieren der Eingang 18 mit der zweiten Stromsammelleitung 12 verbun den ist. Die Ausgangsanschlüsse 19, 20 des voll differentiel len Operationsverstärkers 17 sind jeweils über Rückkoppellei tungen an die Eingänge des Operationsverstärkers 17 rückge koppelt. Dabei ist der erste Operationsverstärkerausgang 19 über eine Rückkoppelleitung 21 an den invertierenden Eingang 16 rückgekoppelt und der zweite Ausgangsanschluss 20 des Ope rationsverstärkers 17 über eine Rückkoppelleitung 22 mit dem nicht invertierenden Eingang 18 des Operationsverstärkers 17 verbunden. In die erste Rückkoppelleitung 21 ist ein erster Widerstand 23 geschaltet, während in die zweite Rückkoppel leitung 22 ein zweiter Widerstand 24 geschaltet ist. Die Rückkoppelleitung 21 ist über eine Leitung 25 mit einem ers ten differentiellen Ausgangsanschluss 26 des erfindungsgemäßen DAC 1 verbunden und die zweite Rückkoppelleitung 22 ist über eine Ausgangsleitung 27 mit einem zweiten differentiel len Ausgangsanschluss 28 des erfindungsgemäßen voll differen tiell aufgebauten DAC 1 verbunden. An dem ersten voll diffe rentiellen Ausgangsanschluss 26 liegt gegenüber Masse eine erste negative analoge Ausgangsspannung V_minus an, während an dem zweiten voll differentiellen Ausgangsanschluss 28 gegen über Masse eine positive analoge Ausgangsspannung V_plus an liegt. Zwischen den beiden differentiellen Ausgangsanschlüs sen 26, 28 des erfindungsgemäßen DAC legt eine analoge Diffe renzausgangsspannung V_aus an.

Der Ausgangspuffer 3 dient zur Umwandlung der auf den Strom sammelleitungen 11, 12 fließenden Summenströme in die analo gen Ausgangsspannungen. Der Transimpedanz-Ausgangspuffer 3 enthält einen voll differentiell aufgebauten zweistufigen O perationsverstärker 17, der über die Widerstände 23, 24 rück gekoppelt ist.

Fig. 3 zeigt eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäß voll differentiell aufgebauten DAC 1.

Bei der in Fig. 3 gezeigten besonders bevorzugten Ausfüh rungsform des voll differentiell aufgebauten erfindungsgemä ßen Digital/Analog-Wandlers 1 ist das Stromquellenfeld 2 seg mentiert aufgebaut, wobei die erste Stromquellengruppe neben dem aus Binärstromquellen 6-0 bis 6-4 bestehenden Binärstrom quellenschaltungssegment 4 ein Thermometerstromquellenschal tungssegment 29 aufweist. Das Thermometerstromquellenschal tungssegment 29 der ersten Stromquellengruppe weist mehrere Thermometerstromquellen 30-0 bis 30-3 auf. Die Thermometer stromquellen 30-0 bis 30-3 werden jeweils durch p-MOS- Transistoren gebildet, deren Gate-Anschlüsse an einem gemein samen Spannungspotential V_P anliegen. die Drain-Anschlüsse der Thermometerstromquellen 30-0 bis 30-3 liegen an der Ver sorgungsspannungsleitung 7 _DD zum Anlegen einer Versorgungs spannung V_DD an.

Die zweite Stromquellengruppe weist neben dem aus Binärstrom quellen aufgebauten Binärstromquellenschaltungssegment 5 ebenfalls ein Thermometerstromquellenschaltungssegment 31 auf. Das Thermometerstromquellenschaltungssegment 31 besteht aus mehreren Thermometerstromquellen 32-0 bis 32-3, deren Ga te-Anschlüsse an ein gemeinsames Spannungspotential V_N ange schlossen sind.

Die Source-Anschlüsse der Thermometerstromquellen 30-0 des ersten Thermometerstromquellenschaltungssegments 29 der ers ten Stromquellengruppe sind an Stromknoten 33-1 bis 33-3 an die erste Stromsammelleitung 11 angeschlossen. Die Drain- Anschlüsse der Thermometerstromquellen 33-1 bis 32-3 des zweiten Thermometerstromquellenschaltungssegments 31 sind an Stromknoten 34-1 bis 34-3 mit der zweiten Stromsammelleitung 12 verbunden.

Die Segmentierung des Stromquellenfeldes 2 in Thermometer stromquellenschaltungssegmente 29, 31 sowie in Binärstrom quellensegmente 4, 5 bietet einen guten schaltungstechnischen Kompromiss zwischen einem DAC-Wandler, dessen Stromquellen feld 2 lediglich aus Binärstromquellen besteht, und einem DAC, dessen Stromquellenfeld 2 lediglich aus thermometer codierten Stromquellen besteht. Ein nur aus Binärstromquellen aufgebautes Stromquellenfeld 2 bietet den Vorteil, dass die Decodierung des anliegenden digitalen Eingangswertes beson ders einfach vorgenommen werden kann. Demgegenüber bietet ein nur aus Thermometerstromquellen aufgebautes Stromquellenfeld 2 eine besonders hohe dynamische Leistungsfähigkeit des DAC. Die Thermometerstromquellen werden durch einen Decoder ange steuert, der bei der Integration eine gewisse Chipfläche be nötigt.

Die in Fig. 3 dargestellte segmentierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen DAC 1 besitzt bei jedem der beiden Binär stromquellensegmente 4, 5 jeweils N binär gewichtete Stromquellen, wobei der durch die Stromquellen abgegebene Quellen strom direkt proportional zu der jeweiligen Gatefläche des MOS-Transistors ist. Der zu dem niederwertigsten Bit LSB zu gehörige MOSFET 6-0 bzw. 14-0 weist eine Gatefläche A auf. Die Gatefläche des jeweils nächsten MOSFETs innerhalb des Bi närstromquellensegments ist jeweils doppelt so hoch wie die Gatefläche des vorangehenden MOSFETs.

Die Gatefläche der Thermometerstromquellen-MOSFETs 30-0 bis 30-3 bzw. 32-0 bis 32-3 ist gleicht groß (AMSB). Für die m thermometercodierten Datenbits sind 2^m-1 Stromquellen in dem Thermometerstromquellenschaltungssegment 29 bzw. 31 vorgese hen, die denselben Stromwert 2 ⁿ . I_LSB liefern.

Ein idealer Digital/Analog-Wandler weist für jeden Code- Übergang dieselbe Stufenhöhe 1 . I_LSB mit insgesamt 2^n+m - 1 Wandlerstufen auf. Der kritische Code-Übergang ist bei dem Übergang von dem Wert 2^n-1 zu dem Wert 2ⁿ. Bei diesem Code- Übergang werden alle Binärstromquellen abgeschaltet und die nächste Thermometerstromquelle innerhalb des Thermometer stromquellenschaltungssegments eingeschaltet. Der größte Li nearitätsfehler, d. h. die größte Abweichung von der idealen Stufenhöhe 1 . I_LSB ergibt sich, wenn die Thermometerstrom quelle nicht einen Quellenstrom mit dem oben angegebenen Stromwert 2 ⁿ . I_LSB abgibt. Dieser Code-Übergang ist deswegen der kritischste Code-Übergang, weil bei diesem Code-Übergang die meisten Binärstromquellen abgeschaltet werden und somit die größte Abweichung auftreten kann.

Zur Vermeidung von Linearitätsfehlern innerhalb des Digi tal/Analog-Wandlers 1 muss daher sichergestellt werden, dass die Summe der von den Binärstromquellen abgegebenen Quellen ströme plus einem Stromwert von 1 . I_LSB gleich dem Strom in der Thermometerstromquelle ist. In diesem Falle ist die Stu fenhöhe beim kritischen Code-Übergang genau 1 . I_LSB und es tritt klein Linearitätsfehler auf.

Bei dem erfindungsgemäßen voll differentiell aufgebauten Di gital/Analog-Wandler 1 ergibt sich die voll differentielle Ausgangsspannung am Ausgang des Transimpedanzverstärkers 3 aus dem Widerstandswert und der Summe der Ströme an den Sum menstromleitungen 11, 12. Daher können bei dem erfindungsge mäßen Digital/Analog-Wandler 1 die Segmente der ersten Strom quellengruppe mit entsprechenden Segmenten der zweiten Strom quellengruppe abgeglichen werden und umgekehrt.

Bei der Segmentierung in Binärstromquellen und Thermometer stromquellen wird bei der in Fig. 3 gezeigten bevorzugten Ausführungsform mittels einer Stromanpassungsschaltung 35 derjenige Strom, der von dem Binärstromquellenschaltungsseg ment 4 der ersten Stromquellengruppe abgegeben wird, an den jenigen Strom angepasst, der von dem Thermometerstromquellen schaltungssegment 31 der zweiten Stromquellengruppe abgegeben wird. Weiterhin führt die Stromanpassungsschaltung 35 eine Anpassung desjenigen Stroms durch, der von dem Binärstrom quellenschaltungssegment 5 der zweiten Stromquellengruppe ab gegeben wird, an denjenigen Strom der von dem Thermometer stromquellenschaltungssegment 29 der ersten Stromquellengrup pe abgegeben wird. In der voll differentiellen Ausgangsspan nung ergibt sich dabei kein Linearitätsfehler.

Bei einem Code D mit D = 0 . . . 2^n+m - 1 - L
ergibt sich für die von den Thermometerstromquellen abgegebe nen Ströme IN und IP folgendes:

IP = IN + ΔIN.

Der von den p-MOS-Stromquellen 30 abgegebene Strom IN diffe riert von dem durch die n-MOS-Transistoren abgegebenen Strom IP um ΔIN.

Für den auf der Summenstromleitung 11 fließenden Strom I_minus gilt:

I_minus = (L - D) . IP - D . (IN + ΔIN).

Für den auf der zweiten Summenstromleitung 12 fließenden Sum menstrom I_plus gilt:

I_plus = D . IP + (L - D) . (IN + ΔIN).

Für die Summe der beiden Summenströme

I_summe = I_plus + I_minus

gilt daher,

I_summe = 2 . (L - 2 . D) . (IP + IN) = 2 . (L - 2 . D) . 2 . IN + 2 . (L - 2 . D) . ΔIN = 2 . (L - 2 . D) . (IN + Δ IN).

Es tritt somit kein Linearitätsfehler auf. Die Stromanpas sungsschaltung 35 besteht vorzugsweise aus einer Stromspie gelschaltung. Diese Stromspiegelschaltung weist bei der in Fig. 3 gezeigten, besonders bevorzugten Ausführungsform einen ersten p-MOS-Stromspiegeltransistor 36 und einen zweiten Stromspiegeltransistor 37 auf. Die Gatefläche der Stromspie geltransistoren ist genau doppelt so groß wie die Gatefläche der für das höchstwertige Datenbit vorgesehenen Binärstrom quelle. Das Gate des ersten Stromspiegeltransistors 36 ist über eine Leitung 38 an die Gateanschlüsse der Binärstrom quellen 6-0 bis 6-4 des Binärstromquellensegmentes 4 ange schlossen. Der Drain-Anschluß des Stromspiegeltransistors 36 liegt über einer Leitung 39 an der Versorgungsspannungslei tung 7 _DD an. Der Drainanschluss des ersten Stromspiegeltran sistors 36 liegt über eine Kreuzkoppelleitung 40 an dem Drai nanschluss des Thermometercode-Transistors 32-0 des Thermome tercode-Stromquellenschaltungsquellensegments 31 der zweiten Stromquellengruppe an. Der Gateanschluss des Stromspiegeltransistors 36 ist über eine Leitung 41 an die Kreuzkoppel leitung 40 angeschlossen.

Der zweite Stromspiegeltransistor 37 ist ein n-MOS- Transistor, dessen Gateanschluss über eine Leitung 42 mit den Gateanschlüssen der Binärstromquellen-MOSFETs 14-0 bis 14-4 des Binärstromquellenschaltungssegments 5 der zweiten Strom gruppe verbunden ist. Der Drainanschluss des Stromspiegel transistors 37 liegt über eine Kreuzkoppelleitung 43 an dem Source-Anschluss des Thermometercode-Stromwellen-MOSFETs 30-0 des Thermometerstromquellenschaltungssegments 29 an. Der Sourceanschluss des zweiten Stromspiegeltransistors 37 ist über eine Leitung 44 mit der Masseanschlussleitung 7 _GND des Stromquellenfeldes 2 verbunden. Das Gate des zweiten Strom spiegeltransistors 37 ist über eine Verbindungsleitung 45 an die zweite Kreuzkoppelleitung 43 geschaltet.

Durch die Stromanpassungsschaltung 35 wird eine Fehlanpassung zwischen den Binärstromquellen und den Thermometerstromquel len und somit ein Linearitätsfehler des erfindungsgemäßen DAC 1 vermieden. Durch die Stromanpassungsschaltung 35 wird die Summe der binär gewichteten Ströme plus der Strom der nieder wertigsten Stromquelle an den Strom angepasst, der durch eine Thermometercodestromquelle abgegeben wird.

Das von dem erfindungsgemäß differentiellen Digital/Analog- Wandler abgegebene analoge Ausgangssignal ist voll differen tiell und somit gegenüber Störsignalen anfällig. Der erfin dungsgemäße differentielle Digital/Analog-Wandler 1 ist somit besonders zur Integration von weiteren Schaltkreisen auf ei nem gemeinsamen Substrat geeignet. Der differentielle Digi tal/Analog-Wandler wird dabei vorzugsweise in CMOS- Technologie hergestellt.

Bezugszeichenliste

1

Differentieller Digital/Analog-Wandler

2

Stromquellenfeld

3

Ausgangspuffer

4

Binärstromquellensegment der ersten Stromquellengruppe

5

Binärstromquellensegment der zweiten Stromquellengruppe

6

Binärstromquellen

7

Schaltelemente

7 _DD

,

7 _GND

Spannungsversorgungsleitungen

8

Schalteinrichtung

9

Stromknoten

10

Stromknoten

11

Stromsammelleitung

12

Stromsammelleitung

13

Binärstromquellen

14

Schaltelemente

15

Masseanschluss

16

Invertierender Eingang

17

Operationsverstärker

18

nicht invertierender Eingang

19

Opperationsverstärkerausgänge

21

Rückkoppelleitungen

23

Rückkoppeltransistoren

25

Leitung

26

Differentieller Ausgangsanschluss

27

Leitung

28

Differentieller Ausgangsanschluss

29

Thermometerstromquellenschaltungssegment

30

Thermometerstromquellen

31

Thermometerstromquellensegment der zweiten Stromquellen gruppe

32

Thermometerstromquellen

33

Stromanschlussknoten

34

Stromanschlussknoten

35

Stromanpassungsschaltung

36

Spiegeltransistor

37

Spiegeltransistor

38

Leitung

39

Stromversorgungsleitung

40

Kreuzkoppelleitung

41

Leitung

42

Leitung

43

Kreuzkoppelleitung

44

Masseanschlussleitung

45

Leitung

Claims

1. Differentieller Digital/Analog-Wandler zur Umwandlung ei nes digitalen Eingangswertes in eine analoge Ausgangsspannung mit:
einer ersten Stromquellengruppe, die mehrere aus mindes tens einem p-MOS-Transistor bestehende Stromquellen (6, 30)aufweist, die in Abhängigkeit von dem digitalen Ein gangswert an mindestens eine Stromsammelleitung (11, 12) schaltbar sind,
einer zweiten Stromquellengruppe, die mehrere aus min destens einem n-MOS-Transistor bestehende Stromquellen (13, 30) aufweist, die in Abhängigkeit von dem digitalen Eingangswert an die Stromsammelleitung (11, 12) schalt bar sind,
einem Ausgangspuffer (3) zur Umwandlung des auf der min destens einen Stromsammelleitung (11, 12) fließenden Stromes in die analoge Ausgangsspannung.

2. Differentieller Digital/Analog-Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Stromquellengruppen (4, 5) jeweils ein aus Thermometerstromquellen (30, 32) bestehendes Thermometer stromquellen-Schaltungssegment (29, 31) und ein aus Binär stromquellen (6, 13) bestehendes Binärstromquellen- Schaltungssegment (4, 5) aufweisen.

3. Differentieller Digital/Analog-Wandler nach Anspruch 1 o der 2, dadurch gekennzeichnet,
dass eine Stromanpassungsschaltung (35) vorgesehen ist zur Anpassung desjenigen Stroms, welcher von dem Binärstromquel lenschaltungssegment (4) der ersten Stromquellengruppe abge geben wird, an denjenigen Strom, der von dem Thermometerstromquellenschaltungssegment (31) der zweiten Stromquellen gruppe abgegeben wird, und
zur Anpassung desjenigen Stromes, welcher von dem Binärstrom quellenschaltungssegment (5) der zweiten Stromquellengruppe abgegeben wird, an denjenigen Strom, welcher von dem Thermo meterstromquellenschaltungssegment (29) der ersten Stromquel lengruppe abgegeben wird.

4. Differentieller Digital/Analog-Wandler nach einem der vo rangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der digitale, zu wandelnde Eingangswert aus k Datenbits besteht, wobei die n niederwertigsten Datenbits die beiden aus jeweils n Binärstromquellen bestehenden Binärstromquel lenschaltungssegmente (4, 5) an die Strom-Sammelleitung (11, 12) schalten,
wobei die m höchstwertigen Datenbits an einem Decoder anlie gen zum Schalten von 2^m-1 Thermometerstromquellen (30, 32), die jeweils innerhalb der beiden Thermometerstromquellenschal tungssegmente (29, 31) vorgesehen sind, an die Stromsammel leitung (11, 12).

5. Differentieller Digital/Analog-Wandler nach einem der vo rangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Binärstromquellenschaltungssegmente (4, 5) jeweils aus n Binärstromquellen bestehen,
wobei der von der i-ten Stromquelle (1 ≦ I ≦ n) abgegebene Strom I
I_i = 2^i-1 . I_LSB
beträgt, wobei I_LSB der Strom ist, der von der Stromquelle, die dem niederwertigsten Datenbit LSB des digitalen Eingangs wertes zugeordnet ist, abgegeben wird.

6. Differentieller Digital/Analog-Wandler nach einem der vo rangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausgangspuffer (3) mit einem rückgekoppelten Opera tionsverstärker (17) vorgesehen ist.

7. Differentieller Digital/Analog-Wandler nach einem der vo rangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Operationsverstärker (17) über Widerstände (23, 24) an seine Eingänge rückgekoppelt ist.

8. Differentieller Digital/Analog-Wandler nach einem der vo rangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromanpassungsschaltung (35) eine Stromspiegel schaltung ist, die mindestens einen Stromspiegeltransistor (36, 37) aufweist zur Anpassung des Stromes, der von den Bi närstromquellensegmenten (4, 5) abgegeben wird, an den Strom, der von den Thermometerstromquellensegmenten (29, 31) abgege ben wird.

9. Differentieller Digital/Analog-Wandler nach einem der vo rangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der durch den Stromspiegeltransistor (36, 37) erzeugte Spiegelstrom der Summe aus allen von den Binärstromquellen (6, 13) des Binärstromquellenschaltungssegments (4, 5) abge gebenen Quellenströme und dem Quellenstrom der Binärstrom quelle (6-0, 13-0) für das niederwertigste Bit LSB des digi talen Eingangswertes entspricht.