专利名称：电流-时间数/模转换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及数/模转换器，且更特定来说涉及借助具有可编程恒定电流源的数/ 模转换器产生非常精确且高分辨率的模拟电压，所述可编程恒定电流源在由可编程计数器 /计时器确定的规定时间周期上使已知电容值的电容器充电，接着在所述规定时间周期结 束之后对所述电容器上的所述模拟电压进行取样与保持。
背景技术：
在控制、显示及与人类介接需要模拟信号的任何地方均使用数/模转换器(DAC)。 使用数字处理的众多应用需要模拟输出，例如在数字信号处理(DSP)、液晶显示器(LCD)图 像产生、模拟设定点控制、传感器等的模拟偏移校正等等中。通常，已使用精密电阻器梯形 网络来实施DAC，所述精密电阻器梯形网络配置为具有多个模拟电压抽头的分压器，每一抽 头具有由DAC的数字控制部分以数字方式选择为模拟输出的不同电压值。然而，随着DAC 的模拟输出的分辨率(较细粒度)要求的增加，成本及裸片大小也成指数地增加。为获得 10到12位(21(1到212)电压分辨率，电阻器梯形DAC将极其复杂、昂贵且需要大量集成电路 裸片底材面(real estate)。对于二进制16位分辨率，电阻器梯形DAC的复杂性及成本将 为过高的。
发明内容
因此，需要一种高分辨率DAC，其既不成本过高、复杂也不需要实施大量集成电路 裸片区域。此外，还非常需要实现可维持于所要电压下且彼此独立的多个DAC模拟输出。可借助高分辨率数/模转换器根据本发明的教示内容来满足此需要，所述高分辨 率数/模转换器包括可编程η位电流数/模转换器(IDAC)、m位可编程计数器/计时器、 在时间上将恒定电流转换成精密(高分辨率)模拟电压的积分器及用于存储所述精密模拟 电压的取样与保持电路。向所述积分器施加来自所述IDAC的恒定电流达由所述可编程计 数器/计时器确定的时间周期，接着所述取样与保持电路将对电容器上的最终电压进行取 样并将其存储为模拟电压。此高分辨率数/模转换器的模拟电压分辨率为n+m位或二进制 2n+m。另外，可利用多个取样与保持电路来维持多个模拟输出电压。精密频率时钟可进一步 增强来自所述DAC的模拟电压的所得精度。根据本发明的具体实例性实施例，一种电流-时间数/模转换器(CT DAC)，其包 括电流数/模转换器(IDAC)，其具有数字输入及电流输出，所述电流输出具有可从由所 述数字输入上的数字逻辑电平确定的多个恒定电流值中选择的恒定电流值；计数器/计时 器，其具有时钟输入、数字输入及充电控制输出；电流/电压积分器，所述电流/电压积分器 具有耦合到所述IDAC的所述电流输出的电流输入及耦合到所述计数器/计时器的所述充 电控制输出的控制输入，其中所述积分器在由所述计数器/计时器确定的时间周期上将来 自所述IDAC的具有所述选定恒定电流值的所述恒定电流转换成模拟电压；及取样与保持 电路，其中所述取样与保持电路在相应顺序时间对来自所述电流/电压积分器的输出的所述模拟电压中的每一模拟电压进行取样与保持。根据本发明的另一具体实例性实施例，一种用于产生高分辨率模拟电压的方法包 括以下步骤产生具有至少一个电流值的恒定电流；在至少一个时间周期上用所述恒定电 流将积分电容器充电到一电压；在所述至少一个时间周期结束时对所述积分电容器上的所 述电压进行取样；存储所述经取样电压；及将所述所存储的经取样电压提供为高分辨率模 拟电压。根据本发明的再一具体实例性实施例，一种用于产生具有多个不同电压值的高分 辨率模拟电压的方法包括以下步骤a)产生具有至少一个电流值的恒定电流；b)在至少一 个时间周期上用所述恒定电流将积分电容器充电到一电压；c)在所述至少一个时间周期 结束时对所述积分电容器上的所述电压进行取样；d)存储所述经取样电压；e)将所述所存 储的经取样电压提供为高分辨率模拟电压；f)移除所述积分电容器上的所述电压；及g)针 对所述使所述积分电容器充电的步骤使用下一至少一个电流值及下一至少一个时间周期 而返回到步骤a)到f)。根据本发明的又一具体实例性实施例，一种用于产生多个高分辨率模拟电压的方 法包括以下步骤a)产生具有至少一个电流值的恒定电流；b)在至少一个时间周期上用所 述恒定电流将积分电容器充电到一电压；c)在所述至少一个时间周期结束时于多个取样 与保持电路中的相应取样与保持电路中对所述积分电容器上的所述电压进行取样与存储； d)移除所述积分电容器上的所述电压；e)将来自所述多个取样与保持电路中的所述相应 取样与保持电路的所述经取样与所存储的电压提供为多个高分辨率模拟电压中的相应高 分辨率模拟电压；及f)针对所述使所述积分电容器充电的步骤使用下一至少一个电流值 及下一至少一个时间周期而返回到步骤a)到e)。根据本发明的另一具体实例性实施例，一种用于产生多个高分辨率模拟电压的方 法包括以下步骤a)按递升电压值次序对多个高分辨率模拟电压的电压值进行预分级；b) 确定所述递升次序电压值中的每一者之间的电压差；c)确定用于产生所述多个高分辨率 模拟电压中的第一电压值及产生所述多个高分辨率模拟电压的后续电压值所需的电压增 加的电压配置信息；d)产生具有依据所述电压配置信息确定的至少一个电流值的恒定电 流；e)在依据所述电压配置信息确定的至少一个时间周期上用所述恒定电流将积分电容 器充电到一电压；f)在所述至少一个时间周期结束时于多个取样与保持电路中的相应取 样与保持电路中对所述积分电容器上的所述电压进行取样与存储；g)将来自所述多个取 样与保持电路中的所述相应取样与保持电路的所述经取样与所存储的电压提供为所述多 个高分辨率模拟电压中的相应高分辨率模拟电压；及h)针对所述使所述积分电容器充电 的步骤使用下一至少一个电流值及下一至少一个时间周期而返回到步骤d)到g)。
结合附图参照以下说明可获取对本发明的更全面理解，附图中图1是正从恒定电流源充电的电容器的时间-电压图；图2是根据本发明的具体实例性实施例的电流-时间数/模转换器的示意图；图3是根据本发明的另一具体实例性实施例的电流_时间数/模转换器的示意 图4是根据本发明的又一具体实例性实施例具有多个模拟输出的电流_时间数/ 模转换器的示意性框图；图5是根据本发明的教示内容电流_时间数/模转换器的电压_时间曲线的示意 性图形表示；图6是根据本发明的教示内容图2及3的电流-时间数/模转换器的电压_时间 曲线的示意性图形表示；图7是根据本发明的教示内容图4的电流_时间数/模转换器的电压_时间曲线 的示意性图形表示；且图8是根据本发明的教示内容图4的电流_时间数/模转换器的电压_时间曲线 的示意性图形表示，其中在最小时间内按递升电压值的次序产生模拟电压。尽管本发明易于作出各种修改及替代形式，但在图式中是显示并在本文中详细说 明其具体实例性实施例。然而，应理解，本文对具体实例性实施例的说明并非打算将本发明 限定于本文中所揭示的特定形式，而是相反，本发明打算涵盖随附权利要求书所界定的所 有修改及等效内容。
具体实施例方式现在参照所述图式，其示意性地图解说明实例性实施例的细节。图式中，相同的元 件将由相同的编号表示，且相似的元件将由带有不同小写字母后缀的相同编号表示。 参照图1，其描绘正从恒定电流源充电的电容器的时间-电压图。当通过恒定电流 源104使电容器118充电时，跨越电容器118的电压V根据方程式(1)随时间线性地(单 调地)增加I = C*dV/dT Eq. (I)其中C是电容器118的电容值，I是来自恒定电流源104的电流且V是时间T时 电容器118上的电压。当已知电流I、时间T、电容C及电压V中的任三个值时，可依据所述 三个已知值计算其它未知值。举例来说，如果已知电容器118的电容、来自恒定电流源104 的充电电流及通过恒定电流源104使电容器118充电的时间，那么可确定电压V。因此，通 过已知来自恒定电流源104的电流值I、电容器118的电容值C及向电容器118施加来自电 流源104的充电电流的时间T，可将电容器118充电到非常精确的电压V。通过积分方程式 (1)并求出V，可根据方程式(2)确定准确电压值V = I/OT Eq. (2)参照图2，其描绘根据本发明的具体实例性实施例的电流_时间数/模转换器的 示意图。电流-时间数/模转换器(“CT DAC”) 202可包括取样与保持电路204、电流-时 间/电压积分器206、电流数/模转换器(IDAC) 208、计数器/计时器210及控制逻辑212。 CT DAC 202可个别地或与其它模拟及/或数字电路(例如，混合信号装置)组合地制作于 集成电路裸片上，且可封装于集成电路封装(未显示)中。时钟频率取决于对模拟输出信 号230所要求的分辨率及所要的转换时间，例如，粒度越细计数器/计时器210的计数(数 目越大)将实现更精确的时间周期。时钟频率可由混合信号电路设计领域的且获益于本发 明的技术人员确定。例如但不限于，16MHz时钟可用于10位准确度且64MHz时钟可用于12 位准确度，任一情况具有针对单个通道的约4. 125微秒及针对每一额外通道的0. 1875微秒的转换时间。时钟232频率可由准确且稳定的振荡器(未显示)来确定，例如，晶体振荡器 等。此外，可设计内部振荡器电路以消去组件、电流及/或电压值随温度以及电压变化的改 变以最小化频率漂移。取样与保持电路204可包括取样与保持电容器214、取样开关220及缓冲器(隔 离)放大器216。当取样开关220闭合时，取样与保持电容器214存储电压电荷，接着当取 样开关220断开时，存储于电容器214上的电压电荷保持且由缓冲器放大器216缓冲，所述 缓冲器放大器的输出可用作CT DAC 202的电压输出230。电容器214在参考到共用点或接 地218时被充电。电流-时间/电压积分器206可包括积分电容器224、充电开关228、放电开关226 及缓冲器放大器222。当放电开关226闭合时，从积分电容器224移除其上的大致所有电 压电荷。IDAC 208通过充电开关228耦合到积分电容器224。当充电开关228闭合时，根 据上文的方程式(2)，积分电容器224取决于充电开关228闭合了多处时间T而充电到电 压V。所得电压V的位分辨率粒度取决于IDAC 208与计数器/计时器210的组合的位分辨 率。举例来说，对于四位二进制IDAC 208及八位二进制计数器/计时器210，积分电压分辨 率将为二(2)自乘到指数(4+8)或212电压解。较细粒度IDAC208及/或计数器/计时器 210将导致甚至更细的分辨率积分电压V。缓冲器放大器222允许在闭合取样开关220时 对取样与保持电容器214的快速充电。缓冲器放大器222优选地具有非常高的输入阻抗以 大致不影响积分电容器224的电压充电准确度。控制逻辑212确定开关220、226及228何时断开及闭合、在时间T上使积分电容 器224充电的同时IDAC 208应针对其被编程的恒定电流值I。计数器/计时器210通过对 接收到其的时钟232的数目进行计数来确定时间T。控制逻辑212用将导致将积分电容器 224充电到所要电压V所需的时间T的适当时钟计数数目来编程计数器/计时器210。一旦 达到所接收时钟的编程到计数器/计时器210中的数目，计数器/计时器210就致使开关 228断开，因此停止对积分电容器224的进一步电压充电。接着，通过取样与保持电路204 的开关220从缓冲器放大器222的输出提取电压V的样本。一旦提取电压V的样本，就将 其维持于取样与保持电路204的输出(230)处。参照图3，其描绘根据本发明的另一具体实例性实施例的电流_时间数/模转换 器的示意图。电流-时间数/模转换器(“CT DAC”)202a可包括取样与保持电路204、电 流_时间/电压积分器206a、电流数/模转换器(IDAC) 208、计数器/计时器210及控制逻 辑212。取样与保持电路204、IDAC 208、计数器/计时器210及控制逻辑212以与上文针 对图2中所示的那些电路所述的相同的方式操作。电流-时间/电压积分器206a与图2中所示的电流-时间/电压积分器206的不 同在于电路设计而非所得操作。在所编程时间T上对来自IDAC 208的恒定电流进行积分 以产生电容器224a上的电压电荷遵循上文的方程式(2)。然而，当正使积分电容器224a充 电时，电压积分器206a的电路配置向IDAC 208呈现较恒定的负载电压。此改进来自IDAC 208的电流的线性及积分电容器224a上的所得电压电荷的后续准确度。运算放大器322还 耦合到电压参考336，例如但不限于带隙电压参考。运算放大器322提供恒定负载及与IDAC 208的隔离且向取样开关220提供低阻抗输出。图2及3中所示的开关220、226及228可以是任一类型的切换装置，例如但不限于，集成电路设计中通常所使用的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。集成电路设 计的且获益于本发明教示内容的技术人员将理解这些开关及相关联控制逻辑212的最有 利的实施方案。参照图4，其描绘根据本发明的又一具体实例性实施例具有多个模拟输出的电 流-时间数/模转换器的示意性框图。电流-时间数/模转换器(“CT DAC”)202b可包括 多个取样与保持电路204、电流-时间/电压积分器206、电流数/模转换器(IDAC) 208、计 数器/计时器210及控制逻辑212a。多个取样与保持电路204、IDAC 208、计数器/计时器 210及控制逻辑212以与上文针对图2及3中所示的那些电路所述的相同的方式操作。由 于取样与保持电路204对电压进行取样接着在所要时间周期上保留所述电压，因此积分器 206,IDAC 208、计数器/计时器210及控制逻辑212a可用于在多个取样与保持电路204的 相应输出230处产生多个非常准确的模拟电压。控制逻辑212a控制在任一给定时间多个 取样与保持电路204中的哪一者耦合到积分器206的输出。因此，积分器206在不同时间 产生不同电压值，且在适当时间，多个取样与保持电路204将取样并保留由控制逻辑212a 适当确定的那些不同电压值。混合信号(数字及模拟)设计的技术人员在获益于本发明时 将容易理解如何实施这些电路。参照图5，其描绘根据本发明的教示内容的电流_时间数/模转换器的电压_时间 曲线的示意性图形表示。当IDAC 208耦合到积分电容器224时，对电容器224的单调电压 充电550a及550b将开始且分别在时间周期Tl及T2上继续。通常，当在时间Tl上电压充 电550a需要IDAC 208的全输出时，IDAC 208的所有控制位将为高，例如，IDAC 208处于其 最大恒定电流输出。将向电容器224施加此最大恒定电流输出达时间Tl所表示的一定数 目个时钟。然而，当电容器224上的电压电荷550正接近最终所要值时，那么所述最大恒定 电流输出在时间T2所表示的单个时钟期间可能太大。在时间T2期间，来自IDAC 208的恒 定电流输出可不处于其最大值且可由控制逻辑212编程为适当较小以导致在时间T2结束 时产生最终所要电压电荷550b。一旦在时间T2结束时达到所要电压电荷550b，那么充电开关228断开且取样开关 220闭合。在时间T3期间，从电流-时间/电压积分器206将取样与保持电容器214充电 到所要电压电荷550c。接着开关220断开且所要电压电荷550c保持于取样与保持电容器 214上直到将不同电压施加到所述取样与保持电容器为止。在时间T4结束时，开关220断 开且开关226闭合，从而从积分电容器224有效地移除电压电荷550d，使得可针对所要的下 一电压值再次开始前述循环。参照图6，其描绘根据本发明的教示内容的图2及3的电流_时间数/模转换器的 电压-时间曲线的示意性图形表示。图6图解说明在不同顺序时间产生不同电压值670。在 时间Tl及T2上如上文所描述的那样于积分电容器224上产生第一电压电荷660a到660b。 一旦达到第一所要电压值660c，就在时间T3期间对电压值660c进行取样并将其传送到取 样与保持电路204。接着，取样与保持电路204保留所要电压值，例如，电压值670b与电压 值660c大致相同。在时间T4期间，通过放电开关226从积分电容器224放电电压值660d。接着，在时间T5及T6期间，在积分电容器224上产生第二电压电荷。类似于在时 间Tl期间充电电压值660a，可在时间T5期间从来自IDAC 208的最大恒定电流输出产生 电压值660e。并且，可如上文针对在时间T2期间产生电压值660b所描述的那样在时间T6上产生电压值660f。一旦达到所要电压值660g，就在时间T7期间对电压值660g进行取样 并将其传送到取样与保持电路204。接着，取样与保持电路204保留所要电压值，例如，电压 值670d与电压值660g大致相同。此外，在时间T8期间，通过放电开关226从积分电容器 224放电电压值660h。在时间T9期间，在积分电容器224上产生第三电压值。然而，在此实例中，所要第 三电压电荷660j在充电时间T9期间需要来自IDAC 208的较小恒定电流值。因此，IDAC 208经编程以在时间T9期间使积分电容器224充电时供应小于最大恒定电流。当在时间T9 结束时达到所要第三电压电荷660j时，在时间TlO期间对电压值660j进行取样并将其传 送到取样与保持电路204。接着，取样与保持电路204保留所要电压值，例如，电压值670f 与电压值660j大致相同。此外，在时间Tll期间，通过放电开关226从积分电容器224放 电电压值660k。参照图7，其描绘根据本发明的教示内容图4的电流_时间数/模转换器的电 压-时间曲线的示意性图形表示。当使用具有图4中所示的多个取样与保持电路204的电 路时，可如下按时间顺序产生多个输出电压230 (图4)。在时间Tl及T2上如上文所描述的那样于积分电容器224上产生第一电压电荷 660a到660b。一旦达到第一所要电压值660c，就在时间T3期间对此电压值660c进行取样 并将其传送到多个取样与保持电路204中的第一者。接着，多个取样与保持电路204中的 第一者保留所要电压值，例如，电压值770b与电压值660c大致相同。在时间T4期间，通过 放电开关226从积分电容器224放电电压值660d。接着，在时间T5及T6期间，在积分电容器224上产生第二电压电荷。类似于在时 间Tl期间充电电压值660a，可在时间T5期间从来自IDAC 208的最大恒定电流输出产生 电压值660e。并且，可如上文针对在时间T2期间产生电压值660b所描述的那样在时间T6 上产生电压值660f。一旦达到第二所要电压值660g，就在时间T7期间对此电压值660g进 行取样并将其传送到多个取样与保持电路204中的第二者。接着，多个取样与保持电路204 中的第二者保留所要电压值，例如，电压值772b与电压值660g大致相同。在时间T8期间， 通过放电开关226从积分电容器224放电电压值660h。接下来，在时间T9期间，在积分电容器224上产生第三电压电荷。然而，在此实例 中，所要第三电压电荷660j在充电时间T9期间需要来自IDAC 208的较小恒定电流值。因 此，IDAC 208经编程以在时间T9期间使积分电容器224充电时供应小于最大恒定电流。当 在时间T9结束时达到所要第三电压电荷660j时，在时间TlO期间对电压值660j进行取样 并将其传送到多个取样与保持电路204中的第三者。接着，多个取样与保持电路204中的 第三者保留所要电压值，例如，电压值774b与电压值660j大致相同。在时间Tll期间，通 过放电开关226从积分电容器224放电电压值660k。因此，按时间顺序产生三个不同电压 值770、772及774且其在多个取样与保持电路204的相应输出处可用。参照图8，其描绘根据本发明的教示内容图4的电流_时间数/模转换器的电 压-时间曲线的示意性图形表示，其中在最小时间内按递升电压值的次序产生模拟电压。 当使用具有图4中所示的多个取样与保持电路204的电路时，如下产生一种产生多个输出 电压230 (图4)可以是按时间顺序的更具时间效益的方式。在时间Tl上如上文所描述的那样于积分电容器224上产生第一电压电荷860a。一旦达到第一所要电压值860b，就在时间T2期间对此电压值860b进行取样并将其传送到 多个取样与保持电路204中的第三者。接着，多个取样与保持电路204中的第三者保留所 要电压值，例如，电压值874b与电压值860b大致相同。注意，电压值860a在时间Tl期间 不需要来自IDAC 208的最大恒定电流输出。接着，在时间T3及T4期间，在积分电容器224上产生第二电压电荷。可在时间 T3期间从来自IDAC 208的最大恒定电流输出产生电压值860c。并且，可如上文较全面描 述的那样在时间T4上以减小的充电电流产生电压值860d。注意，IDAC 208将积分电容器 224从电压值860b充电到更高电压值860e。因此，从电压值860b变到更高电压值860e需 要更少时间。此为使用本发明及如图8中所示的教示内容而达成的时间节省及电力节省。一旦达到第二所要电压值860e，就在时间T5期间对此电压值860e进行取样并将 其传送到多个取样与保持电路204中的第一者。接着，多个取样与保持电路204中的第一 者保留所要电压值，例如，电压值870b与电压值860e大致相同。接下来，在时间T6及T7期间，在积分电容器224上产生第三电压电荷。可在时间 T6期间从来自IDAC 208的最大恒定电流输出产生电压值860f。并且，可如上文较全面描 述的那样在时间T7上以减小的充电电流产生电压值860g。注意，IDAC 208将积分电容器 224从电压值860e充电到更高电压值860f。因此，从电压值860e变到更高电压值860f需 要更少时间。此为使用本发明及如图8中所示的教示内容而达成的时间节省及电力节省。一旦达到第三所要电压值860f，就在时间T8期间对此电压值860f进行取样并将 其传送到多个取样与保持电路204中的第二者。接着，多个取样与保持电路204中的第二 者保留所要电压值，例如，电压值872b与电压值860f大致相同。此外，在时间T9期间，可 通过放电开关226从积分电容器224放电电压值860g。因此，按递升电压值的次序按时间顺序产生三个不同电压值870、872及874且其 在多个取样与保持电路204的相应输出处可用。通过按电压值的时间顺序递升次序产生所 要输出电压，积分电容器224在产生所述电压值中的每一者时无需被完全放电。而是，在产 生下一较高电压值时，积分电容器224可在无需首先完全放电的情况下由IDAC 208进一步 充电。此节省了在达到每一所要电压值之后使积分电容器224完全放电原本所需的时间 (一个时钟)及接着节省了在将积分电容器224充电到下一较高电压值之前将积分电容器 224从零电荷充电回到初始较低电压值所需的时间(至少一个时钟)。涵盖以下情况且其在本发明的范围内可根据本发明的教示内容利用任一数目个 取样与保持电路204来产生任一数目个所要精密模拟输出电压值。尽管已参照本发明的实例性实施例来描绘、描述及界定本发明的实施例，但此参 照并不意味着限定本发明，且不应推断出存在此限定。所揭示的标的物能够在形式及功能 上具有大量修改、更改和等效形式，所属领域的且受益于本发明的技术人员将会联想到这 些修改、更改和等效形式。所描绘及所描述的本发明实施例仅作为实例，而并非是对本发明 范围的穷尽性说明。
权利要求
一种电流 时间数/模转换器(CT DAC)，其包括电流数/模转换器(IDAC)，其具有数字输入及电流输出，所述电流输出具有可从由所述数字输入上的数字逻辑电平确定的多个恒定电流值中选择的恒定电流值；计数器/计时器，其具有时钟输入、数字输入及充电控制输出；电流/电压积分器，所述电流/电压积分器具有耦合到所述IDAC的所述电流输出的电流输入及耦合到所述计数器/计时器的所述充电控制输出的控制输入，其中所述积分器在由所述计数器/计时器确定的时间周期上将来自所述IDAC的具有所述选定恒定电流值的所述恒定电流转换成模拟电压；及取样与保持电路，其中所述取样与保持电路在相应顺序时间对来自所述电流/电压积分器的输出的所述模拟电压中的每一模拟电压进行取样与保持。
2.根据权利要求1所述的CTDAC，其中所述IDAC为4位分辨率且所述计数器/计时 器为6位分辨率，借此来自所述电流/电压积分器的所述输出的所述模拟电压具有为 中的一者的分辨率。
3.根据权利要求2所述的CTDAC，其中所述计数器/计时器的所述时钟输入处于约 16MHz的时钟频率。
4.根据权利要求1所述的CTDAC，其中所述IDAC为4位分辨率且所述计数器/计时 器为8位分辨率，借此来自所述电流/电压积分器的所述输出的所述模拟电压具有为2(12) 中的一者的分辨率。
5.根据权利要求4所述的CTDAC，其中所述计数器/计时器的所述时钟输入处于约 64MHz的时钟频率。
6.根据权利要求1所述的CTDAC，其中所述IDAC为m位分辨率且所述计数器/计时 器为η位分辨率，借此来自所述电流/电压积分器的所述输出的所述模拟电压具有为2(m+n) 中的一者的分辨率。
7.根据权利要求1所述的CTDAC，其进一步包括用于以下操作的控制逻辑针对所述选定恒定电流值中的每一者供应所述IDAC的所述数字输入上的所述数字逻 辑电平；针对所述模拟电压中的每一模拟电压向所述计数器/计时器的所述数字输入供应时 间周期信息；及控制所述取样与保持电路何时对所述模拟电压中的每一模拟电压进行取样与保持。
8.根据权利要求1所述的CTDAC，其中所述电流/电压积分器包括 充电开关，其由所述计数器/计时器控制；积分电容器，其中所述充电开关将所述IDAC的所述电流输出耦合到所述积分电容器； 放电开关，所述放电开关耦合到所述积分电容器且在闭合时使所述积分电容器上的大 致所有电压电荷放电；及缓冲器放大器，其具有耦合到所述积分电容器的输入及耦合到所述取样与保持电路的 所述输入的输出。
9.根据权利要求1所述的CTDAC，其中所述电流/电压积分器包括 充电开关，其由所述计数器/计时器控制；积分电容器，其中所述充电开关将所述IDAC的所述电流输出耦合到所述积分电容器；放电开关，所述放电开关耦合到所述积分电容器且在闭合时使所述积分电容器上的大 致所有电压电荷放电； 电压参考；及运算放大器，其具有耦合到所述积分电容器的第一输入、耦合到所述电压参考的第二 输入及耦合到所述取样与保持电路的所述输入的输出。
10.根据权利要求9所述的CTDAC，其中所述电压参考为带隙电压参考。
11.根据权利要求1所述的CTDAC，其进一步包括多个取样与保持电路，其中所述多个 取样与保持电路中的每一取样与保持电路在相应顺序时间对来自所述电流/电压积分器 的所述输出的所述模拟电压中的相应模拟电压进行取样与保持。
12.一种用于产生高分辨率模拟电压的方法，所述方法包括以下步骤 产生具有至少一个电流值的恒定电流；在至少一个时间周期上用所述恒定电流将积分电容器充电到一电压； 在所述至少一个时间周期结束时对所述积分电容器上的所述电压进行取样； 存储所述经取样电压；及将所述所存储的经取样电压提供为高分辨率模拟电压。
13.根据权利要求12所述的方法，其中从2m个电流值的群组中选择所述至少一个电流 值，其中m为正整数。
14.根据权利要求13所述的方法，其中通过能够针对所述至少一个时间周期中的每一 时间周期计数高达2n个时钟脉冲的η位计数器确定所述至少一个时间周期，其中η为正整数。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述至少一个时间周期结束时的所述电压大致 等于所述至少一个电流值除以所述积分电容器的电容乘以所述至少一个时间周期。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述高分辨率模拟电压具有为2(m+n)个不同电压 值中的一者的电压分辨率。
17.一种用于产生具有多个不同电压值的高分辨率模拟电压的方法，所述方法包括以 下步骤a)产生具有至少一个电流值的恒定电流；b)在至少一个时间周期上用所述恒定电流将积分电容器充电到一电压；c)在所述至少一个时间周期结束时对所述积分电容器上的所述电压进行取样；d)存储所述经取样电压；e)将所述所存储的经取样电压提供为高分辨率模拟电压；f)移除所述积分电容器上的所述电压；及g)针对所述使所述积分电容器充电的步骤使用下一至少一个电流值及下一至少一个 时间周期而返回到步骤a)到f)。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述至少一个电流值在所述至少一个时间周期 上包括最大电流值。
19.根据权利要求17所述的方法，其中所述至少一个电流值在一个时间周期上包括小于最大电流值。
20.根据权利要求17所述的方法，其中所述至少一个时间周期为多个时间周期且所述至少一个电流值在所述多个时间周期中的除了一个时间周期以外的所有时间周期上包括 最大电流值且在所述多个时间周期中的所述一个时间周期上包括小于最大电流值。
21.一种用于产生多个高分辨率模拟电压的方法，所述方法包括以下步骤a)产生具有至少一个电流值的恒定电流；b)在至少一个时间周期上用所述恒定电流将积分电容器充电到一电压；c)在所述至少一个时间周期结束时于多个取样与保持电路中的相应取样与保持电路 中对所述积分电容器上的所述电压进行取样与存储；d)移除所述积分电容器上的所述电压；e)将来自所述多个取样与保持电路中的所述相应取样与保持电路的所述经取样与所 存储的电压提供为多个高分辨率模拟电压中的相应高分辨率模拟电压；及f)针对所述使所述积分电容器充电的步骤使用下一至少一个电流值及下一至少一个 时间周期而返回到步骤a)到e)。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述至少一个电流值在所述至少一个时间周期 上包括最大电流值。
23.根据权利要求21所述的方法，其中所述至少一个电流值在一个时间周期上包括小 于最大电流值。
24.根据权利要求21所述的方法，其中所述至少一个时间周期为多个时间周期且所述 至少一个电流值在所述多个时间周期中的除了一个时间周期以外的所有时间周期上包括 最大电流值且在所述多个时间周期中的所述一个时间周期上包括小于最大电流值。
25.一种用于产生多个高分辨率模拟电压的方法，所述方法包括以下步骤a)按递升电压值次序对多个高分辨率模拟电压的电压值进行预分级；b)确定所述递升次序电压值中的每一者之间的电压差；c)确定用于产生所述多个高分辨率模拟电压中的第一电压值及产生所述多个高分辨 率模拟电压的后续电压值所需的电压增加的电压配置信息；d)产生具有依据所述电压配置信息确定的至少一个电流值的恒定电流；e)在依据所述电压配置信息确定的至少一个时间周期上用所述恒定电流将积分电容 器充电到一电压；f)在所述至少一个时间周期结束时于多个取样与保持电路中的相应取样与保持电路 中对所述积分电容器上的所述电压进行取样与存储；g)将来自所述多个取样与保持电路中的所述相应取样与保持电路的所述经取样与所 存储的电压提供为所述多个高分辨率模拟电压中的相应高分辨率模拟电压；及h)针对所述使所述积分电容器充电的步骤使用下一至少一个电流值及下一至少一个 时间周期而返回到步骤d)到g)。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述至少一个电流值在所述至少一个时间周期 上包括最大电流值。
27.根据权利要求25所述的方法，其中所述至少一个电流值在一个时间周期上包括小于最大电流值。
28.根据权利要求25所述的方法，其中所述至少一个时间周期为多个时间周期且所述 至少一个电流值在所述多个时间周期中的除了一个时间周期以外的所有时间周期上包括最大电流值且在所述多个时间周期中的所述一个时间周期上包括小于最大电流值。
全文摘要
本发明涉及一种高分辨率数/模转换器，其包括可编程n位电流数/模转换器(IDAC)；m位可编程计数器/计时器；积分器，其在时间上将使电容器充电的IDAC恒定电流转换成精密(高分辨率)模拟电压；及取样与保持电路，其用于存储所述精密模拟电压。向所述积分器施加来自所述IDAC的所述恒定电流达由所述可编程计数器/计时器确定的时间周期，接着所述取样与保持电路将对所述电容器上的最终电压进行取样并将其存储为模拟电压。此高分辨率数/模转换器的模拟电压分辨率为n+m位或二进制2n+m。另外，可利用多个取样与保持电路来维持多个模拟输出电压。
文档编号H03M1/82GK101939919SQ200980104406
公开日2011年1月5日 申请日期2009年6月26日 优先权日2008年7月1日
发明者D·C·塞申斯, 戴维·L·奥滕, 詹姆斯·E·巴特林 申请人:密克罗奇普技术公司