数字-模拟转换器和运行数字-模拟转换器的方法_4

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R2R LSB和冗余开关48a、50a、54a、56a的常规DAC编码部分,并基于所选择的冗余方案产生冗余DAC码。如上所述,冗余位的值可以取决于第一部分32的R2R梯形的分段和MSB的值调高或低。例如,当输入DAC编码为2X并随后每2HDAC码增量切换时,冗余位可被驱动为高。因此,来自分段和R2R MSB解码器72a的冗余位信号被提供给被配置为R2R LSB冗余译码器72b,其经配置以信号R2RLSB和冗余译码器72b以设置或取消设置冗余DAC码中的冗余位。有关R2R LSB的DAC码的编码部分不由R2R LSB及冗余译码器72b修改并因此保持不变。
[0078]如上面所提到的,来自分段和R2R MSB解码器的输出冗余DAC码也被输出到分段编码校正查找模块74和R2R MSB编码校正查找模块76。在分段码校正查找模块74,所接收的编码部分与查找表中的对应条目相比较,以检查是否需要校正以解决电阻器40、42的分量中的误差,其在本例中是DAC的温度计编码部分的一部分。如果需要校正,校正编码被发送到加法器78。同样,在R2R MSB码校正查找模块76中,所接收的编码部分与查找表中的对应条目相比较,以检查是否需要校正以解决R2R MSB电阻58、60的组件的错误。如果需要校正,校正编码被发送到加法器78,在加法器78,它和从分段编码校正查找模块74接收的纠错码结合。
[0079]第一加法器78的输出随后被提供给第二加法器80,其中它与来自R2R和冗余译码器72b的输出结合,以校正在R2R MSB电阻器58、60和分段电阻器40中的分量不匹配。进一步加法器80的输出然后提供到LSB/冗余开关驱动器66,它照冗余DAC码和所计算的纠错码调整开关54、56、48、50的状态。
[0080]目前为止所描述的冗余DAC实施例提供了ILSB的校正分辨率。换句话说,参考图9作为示例,冗余DAC30设置有2LSB的引线54、56和冗余位48、50,它可以被切换以调整在节点57的输出电压Vout增加等于最低有效位54的值。但是,在其它实施例中,可需要增加校正的分辨率,使得对输出电压进行微细的调整,从而实现输入DAC码的最佳模拟表示。这样做的示例体系结构如图14所示,其中,提供具有类似于先前所示架构的冗余DAC100。然而,DAC100已被修改,向第一部分的主要R2R梯形网络增加了两个额外的精修整引线102、104。精细修剪引线102、104向最低有效位54的对应四分之一和一半的输出节点提供加权。因此,主要R2R网的四个最低有效引线102、104、54、56(统称表示为112)连同两个冗余引线48、50提供0.25乘以ILSB的调整分辨率,即0.25LSB。应当理解,虽然图14示出了在主R2R网络所提供的附加引线,精细修剪引线可以类似的方式同样地提供在第二 DAC36中。
[0081]为了帮助解释增加调节分辨率的效果,在图14中示出的冗余DAC100已在其更有效引线40之一提供了 10%的电阻误差。因此,当如图所示耦合到Vrefl时,引线40向输出节点57提供17.6LSB。然而,由于精细修剪引线102、104的存在,输出电压可校正到所需输出电压Vout的0.25LSB。例如,如示于图14和15的DAC码18,为了校正非理想分段电阻器40的电阻值不匹配,2LSB的加权引线56被取消设置(从Vrefl切换到Vref2)和0.5LSB引线104被设置以向18.1LSB的输出节点57提供输出电压Vout。应当理解,取决于在输出节点57所要求的精度,另外较低的加权电阻器可以继续添加在第一部分的主要R2R梯形网络或第二部分的第二 R2R网络36的最低有效端,以增加校正位的分辨率。
[0082]虽然上述DAC都包含2个比特的冗余(4LSB的权重分成两个2LSB引线),在其它实施例中,可以提供任何数量和/或权重的冗余引线。冗余DAC有多种安排,其提供有效的冗余方案。这些可包括如下的一个或多个:(a) —起或分开切换DAC的冗余引线,(b)作为整体或相对于彼此改变冗余引线的权重,或(c)通常增加DAC中的冗余量。
[0083]图16给出了其中冗余分布已被改变的示例DAC。DAC120包括提供包括主R2R电阻梯形网络的第一部分122和包括两条平行2R电阻器128和第二 R2R电阻梯形网络130的第二部分123。然而,与前面描述的第二 R2R梯形网络相反,R2R梯形网络130包括两个R-2R部分131、132和非终止2R引线134,最终的R-2R部分132和最终的2R引线134每个具有4LSB的权重,以向DAC120提供8LSB的冗余。
[0084]该冗余引线132,134可以同时或独立地切换,并可提供高达±7LSB的校正微调。在任一种情况下,不同的切换机制可优选采用。当冗余引线132、134被同时切换时,第一部分122的前三R2R引线138、140、142可用于调整DAC并可操作以提供±7LSB权重的微调,除了冗余位132、134,其当一起切换时提供±8LSB的修正微调。图17示出用于常规DAC输入编码的编码序列的表格。
[0085]在第二方案中,其中DAC120的冗余引线132、134分别切换,第一部分122的仅两个最低显著R2R引线138、140被用来修整DAC,两个冗余引线132、134提供每个高达土4LSB的进一步校正,这取决于在特定转换的它们的状态。图18示出了当冗余的引线132和134分别独立地进行切换时,DAC120的示例切换方案。
[0086]在这两种情况下,增加的冗余位的权重表示由DAC的校正位所提供的调整范围变大。
[0087]在又一变型中,如图19所示,提供的DAC150具有包括主R2R电阻梯形网络的第一部分152和包括两个平行2R引线和第二 R2R网络156的第二部分153。但是,与图16的DAC120相反,第二 R2R网络156包括四个R2R引线156.1-156.4以及单个非终止2R电阻器引线157。该配置一起提供冗余位158的增加分辨率。
[0088]在又一变型中,图20示出了实施例,其中DAC160提供了具有包括主R2R梯形网络的第一部分162和第二部分164。第二部分164包括可选的温度计编码部分,其为图解简单起见表示为单一的并行2R电阻器166。第二部分进一步包括第二和第三R2R梯形网络168、170。因此,与图9所示的DAC30相反,第二部分164的平行2R电阻器164之一已被R2R梯形网络170代替。所得到的架构提供了进一步冗余位的冗余性和分辨率。例如,第二 R2R网络168的至少显著引线172、174和/或第三R2R网络170的至少显著引线176、178可用作DAC160的冗余位。应当理解,第三R2R网络170的有效阻抗等效于被替换的单一 2R并联电阻器。
[0089]进一步从图20中所示的DAC160移动,图21示出了通过使用第四R2R梯形网络182取代进一步温度计引线已从图16的DAC160修改的DAC180,提供冗余配置的进一步可能性。
[0090]在进一步的变化中,如参考图14所述的代替或者另外提供精修整引线,附加引线可提供到图22所示的主要和第二 R2R DAC,以便增加相对于同等规模的传统DAC的可能切换配置。图22示出了相当于图5的DAC30的DAC192,除了 DAC30的R2R梯形网络32替换为两个平行的ILSB加权引线196、198,各自具有电阻值4R。引线196、198可一起或分别切换。DAC192的引线的合适切换可以提供足够的微调,以解决更高有效位的贡献的任何不匹配。应当理解,R2R梯形网络194的任何2R引线可以由具有与取代2R引线的组合等效加权的多个平行引线代替。
[0091]也应当理解,参照图22所描述的实施例可以任何合适的方式与上述的其他实施例相结合,以适应元件的不匹配。例如,在一些实施例中,可以在主R2R DAC和随后的R2RDAC中提供冗余性。
[0092]在上述实施例中,我们集中于提高DAC的冗余性,以减少其中目标电压由于设备内元件失配不能实现的情况。然而,本发明人还认识到,在上述实施例中的纠错位也可用于以减少与DAC中切换转换相关联的输出毛刺。如本领域已知的,毛刺可被描述为编码转换过程中不希望的干扰电压、过冲或下冲。该电压变化可以有助于设备的非线性,尤其在AC的条件下。毛刺有两个主要原因。第一是由于在切换多个电阻引线时的定时差异。第二是从各个引线到输出的信号传播的时间差异。这是由于电阻器的电阻值和电阻器的固有电容以及每个引线的基板/金属造成的RC延迟。当DAC的较大加权引线被切换时以及当DAC的增加数量的引线同时切换时,这些延迟的影响增加。在较小的程度,该延迟也增加了进一步互相分离两个同时切换引线。在传统的现有技术R2R DAC中,最大毛刺被发现在中间编码中,因为在该点所有电阻器引线同时切换。
[0093]之前试图减少毛刺包括使用完全分段的DAC,如完全温度计编码DAC所示例地。在该配置中,因为只有一条引线在连续码之间变化,毛刺减至最小。然而,相对于R2R的对应部分,完全分段的DAC占用芯片上大量空间。
[0094]如上所述具有内置冗余性的分段R2R的实施例可以提供减少毛刺和减少器件区域之间的折衷。使用例如图12所示的冗余结构,可以减少在任何给定时间改变极性电阻引线的数量。这可通过使用冗余位以提供替代的开关配置用于实现给定的输出电压来实现。为了最大限度地减少干扰,其目的在于对于任何一种转换提供:
[0095](a)同时尽可能切换较少的引线,
[0096](b)切换到尽可能靠近的引线,以及并
[0097](c)切换为尽可能接近到相关DAC输出节点的引线,可替换地,切换到相对于输出节点具有相等阻抗的引线,作为在独立的R2R网络中同样加权对应物也以类似方式切换。
[0098]现在将参照图23、24、25和26描述根据一些实施例的毛刺减少切换
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