数字-模拟转换器和运行数字-模拟转换器的方法
【技术领域】
[0001]本申请涉及数字-模拟转换器，特别是分段R2R数字-模拟转换器及控制这种设备的方法。
【背景技术】
[0002]在数字-模拟转换器(DAC)中，对非线性的主要作用是元件不匹配。本领域技术人员已知各种修整方法以校正该不匹配。修整方法的示例是激光微调，其中制造设备的单个组件使用激光进行物理修整。激光微调是相对缓慢和昂贵的处理，其必须在封装DAC之前执行。因此，由于在装配过程中由组件产生的随后应力以及由执行激光休整引起的成本负担，存在对其精度的限制。
【发明内容】
[0003]根据第一方面，提供一种数字-模拟转换器(DAC)，包括:第一部分，具有形成DAC中二进制加权值的第一多个电流流动路径；和连接到第一部分的第二部分，具有多个第二电流流动路径，其中，第一和第二多个电流流动路径的每一个可在第一和第二节点之间进行切换，其中一个或多个第二多个电流流动路径的权重名义上等于一个或多个第一多个电流流动路径的权重，以便向第一部分提供冗余性。
[0004]第一和第二部分可通过共享连接而连接到DAC的输出节点。所述第一部分可被认为是第一二进制加权部分。
[0005]当第一节点被连接到第一参考电压以及第二节点连接到第二参考电压时，DAC可以被操作以输出由第一和第二参考电压限定的范围内的电压，其中所述输出电压被提供给DAC的数字编码进行控制。如果第一和第二节点互相保持在相同的电压，以及输出节点被保持在不同的电压，则DAC可以用作电流导引DAC，其中响应于提供给DAC的数字字，控制在第一和第二节点的电流比例。
[0006]提供具有相似权重的电流流动路径可用于向DAC添加“冗余性”。冗余性可以通过多种方式实现相同的输出。
[0007]凭借具有相同标称权重的多个电流流动路径的存在提供了冗余性，由于DAC的组件的非线性在较高有效加权电流流动路径中的错误可以通过修改DAC中电流流动路径的开关序列进行校正。
[0008]DAC的第二部分可进一步包括第二二进制加权部分，其具有连接到第一二进制加权部分的第一部分输出节点的输出节点。第二二进制加权部分可包括多个电流流动路径，其具有名义上等于一个或多个所述多个第二电流流动路径的权重。结果，可以向第一和第二二进制加权部分提供冗余性。
[0009]DAC的第二部分可进一步包括温度计加权部分，其具有在DAC中形成相等加权值的第三多个电流流动路径。
[0010]在每个部分中的每个电流流动路径可包括和开关串联的阻抗，诸如电阻，所述开关在实践中由多个晶体管形成，以将电流流动路径连接到第一和第二节点中的所选一个。
[0011]该开关可响应于控制器。
[0012]控制器可经操作以驱动DAC的开关，以便修改(例如延迟或提前)在温度计部分中所选电流流路的转换，直到第一部分的一个或多个较低有效电流流动路径被连接到第一和第二节点中的所选一个，例如，到DAC的第一节点。通过这样，DAC中的较低有效电流流动路径可以在第一和第二参考电压之间进行切换，以调整输出电压，以便适应在较高有效位或DAC的电流路径中的不匹配。响应于至少部分从DAC中组件值的误差所产生的误差值，该控制器可以驱动DAC的开关。因此，导致不正确的输出电压值的DAC中组件值的误差可以被校正，使得输出电压准确地反映数字输入。误差值可来自DAC的组件值中的错误，其对DAC的输出电压具有显著作用(诸如，高于阈值的作用)。
[0013]控制器可以包括存储器，用于存储涉及DAC中不匹配部件的信息。该存储器可以是任何合适的易失性和/或非易失性存储器。单个组件的值或与组件相关联的误差值可以存储在查找表中。
[0014]在一个实施例中，当第一节点被连接到第一参考电压以及第二节点连接到第二参考电压时，第一多个电流流动路径可包括第一电流流动路径，以及第二多个电流流动路径可包括第二电流流动路径，所述第一和第二电流流动路径的每个在DAC的输出具有N伏的输出电压贡献，并且所述控制器可操作以驱动DAC的开关，使得第一和第二电流流动路径从第一参考电压转换到第二参考电压，实质上符合具有2N伏输出电压贡献的DAC的第三电流流动路径从第二参考电压到第一基准电压的的转换。
[0015]根据第二个方面，提供了一种用于驱动具有加权部分的数字-模拟转换器(DAC)的方法，所述第一部分包括第一多个电流流动路径，形成在DAC中的二进制加权值，以及第二部分包括第二多个电流流动路径，所述第一和第二部分的每个贡献于在DAC输出节点的信号，并且在第一和第二部分中的每个电流流动路径在第一和第二结点之间可切换，其中，第二多个电流流动路径的一个或多个电流流动路径的权重名义上等于第一多个电流流动路径的一个或多个电流流动路径的权重，以便提供在第一部分中的冗余性，该方法包括:接收输入DAC编码，导出输出DAC编码；和基于输出DAC编码驱动DAC的开关。
[0016]输出DAC编码可以被导出，以取代较高加权电流流动路径的转换，使得第一二进制加权部分的一个或多个较低加权电流流动路作用于DAC的输出。
[0017]导出输出DAC编码的步骤可包括:基于DAC中分量的值的一个或多个误差值计算误差值，并且调整输出DAC编码至少部分地基于所计算的误差值。
[0018]该误差值可来自于DAC的电流流动路径中组件值的误差，其对DAC的输出电压具有显著贡献。误差值不需要限制于制造变化产生的误差值。在使用期间出现的电阻值的变化可以被估算和计算。在某些情况下，欧姆加热可发生，并且可导致在电流流动路径中的电阻值发生变化。欧姆加热是输入编码到DAC和工作电压的函数。如果工作电压被假定或测量，则编码有关的误差可以估算和校正。类似的一些技术(诸如，多晶硅电阻器)可以显示阻抗中的电压(或更严格的E场)依赖变化。电阻两端的电压可以根据所输入编码和工作电压来计算，并从其可计算并校正电阻中的编码依赖变化。
[0019]输出DAC编码可以导出，使得对N伏DAC的输出具有电压贡献的电流流动路径从第一参考电压到第二参考电压的转换符合对N伏DAC输出具有组合电压贡献的多个电流流动路径从第二参考电压到第一参考电压的转换，从而修改大电流流动路径从第二参考电压到第一参考电压的转换。在实施例中，其中DAC包括具有连接到第一部分的第一输出节点的第二输出节点的第二部分，输出DAC编码可导出，使得对N伏DAC输出具有电压贡献的电流流动路径在第一参考电压和第二参考电压之间的转换符合第一部分中的第一电流流动路径和第二部分中的第二电流流动路径从第二参考电压到第一参考电压的转换，以便延迟大电流流动路径从第二参考电压到第一参考电压的转换，第一和第二电流流动路径具有对N伏DAC输出的组合电压贡献。
[0020]本文的电路和配置适用于单个(即相应)集成电路封装中的集成电路。该电路也可被提供作为例如数字信号处理器、数据处理器或需要桥接模拟和数字域的其他集成电路中的子系统。
【附图说明】
[0021]将参照附图，通过非限制性实例的方式来描述数字-模拟转换器的实施例，其中:
[0022]图1是理想分段R2R DAC的示意图；
[0023]图2是对于图1所示R2R DAC的编码转换的输出电压对输入编码的图示；
[0024]图3是已知的非理想分段R2R DAC并示出其中相对电阻器尺寸的示意图；
[0025]图4是对于图3所示的非理想R2R DAC中编码转换的输出电压对输入编码的曲线图；
[0026]图5是根据本发明的分段R2R DAC的示意性框图；
[0027]图6是对于图5所示的非理想R2R DAC中编码转换的输出电压对输入编码的曲线图；
[0028]图7是分段R2R DAC的示意图，其中由于制造变异，出现不匹配；
[0029]图8是对于图7所示的非理想R2R DAC中编码转换的输出电压对输入编码的曲线图；
[0030]图9是分段R2R DAC的示意图；
[0031]图10是对于图9所示的非理想R2R DAC中编码转换的输出电压对输入编码的曲线图；
[0032]图11是基于输入DAC编码在图5所示的分段R2R DAC的切换状态的表格；
[0033]图12是包含DAC控制模块的分段R2R DAC的示意图；
[0034]图13是图12所示的分段R2R DAC的操作的流程图；
[0035]图14是图5所示的分段R2R DAC的变形的示意图，但用于示出其误匹配校正能力包括图7所示的制造误匹配；
[0036]图15是对于图14所示的R2R DAC的输出电压对输入编码的曲线图；
[0037]图16是图5所示的分段R2R DAC的变形的示意图；
[0038]图17是基于输入DAC编码对于图16示出的分段R2R DAC的切换状态的表格；
[0039]图18是基于根据替代开关方案的输入DAC编码，图16所示的分段R2R DAC的切换状态的表格；
[0040]图19是图5所示的分段R2R DAC的另一个变型的示意图；
[0041]图20是图5所示的分段R2R DAC的另一个变型的示意图；
[0042]图21是图5所示的分段R2R DAC的另一个变型的示意图；
[0043]图22是图5所示的分段R2R DAC的另一个变型的示意图；
[0044]图23和24是图1的分段R2R DAC从输入DAC编码15转换到输入DAC编码16的示意图；
[0045]图25和26是按照减少毛刺切换方案，图5的分段R2R DAC从输入DAC编码20转换到输入DAC编码21的示意图；
[0046]图27是按照减少毛刺切换方案转换的通用的分段R2R DAC的示意图；和