(57)【要約】  ディジタル・アナログ変換器は、アナログ信号に変換するために第１のディジタル信号（２８、３１）が印加される第１の電流源（３）を含み、この第１のディジタル信号は所定のクロック・サイクルを有している。ディジタル・アナログ変換器は、更に、第２のディジタル信号（２９、３２）が印加される、第１の電流源に結合された第２のダミー電流源（３０）を備える。第２のディジタル信号は、任意の１つのクロック・サイクルで第１か第２かのどちらかの電流源が切り換わるように第１のディジタル信号から得られる。この構成は、変換器の動的挙動が信号に依存しないでクロック・サイクルだけに依存するという利点を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の共通線と第１のノードとに接続された第１の電流源を備えるディジタル・アナログ変換器において、前記第１のノードは、変換されるべき第１の印加されたディジタル信号に従って状態が制御されるそれぞれのスイッチを介してディジタル・アナログ変換器の出力を形成し、前記ディジタル・アナログ変換器は、前記第１の電流源に結合された第２の電流源を更に備え、前記第２の電流源は、前記共通線の少なくとも１つに接続され、かつ第２の印加されたディジタル信号に従って状態が制御されるそれぞれの第２のスイッチを介して第２のノードに接続され、前記第２の印加されたディジタル信号は、前記第２のそれぞれのスイッチに状態を変化させ、その結果、前記第１及び第２のスイッチの切換えによって引き起こされた前記共通線の少なくとも前記の１つに対する影響が周期的となることを特徴とする、ディジタル・アナログ変換器。
【請求項２】
前記第１の信号は、１つ又は複数のクロック・サイクルに実質的に等しい持続時間を各々有する複数の信号成分を備え、前記第２の信号は、前記第１の信号から導出され、その結果、データ変換中、任意の１つのクロック・サイクル中に前記第１の電流源又は前記結合された第２の電流源が切り換わるようになる、請求項１に記載のディジタル・アナログ変換器。
【請求項３】
前記第１の電流源及び前記第２の電流源が接続されている電源を更に備える、請求項１に記載のディジタル・アナログ変換器。
【請求項４】
前記第１の電流源は、前記第２の結合された電流源に近接して配置される、請求項１に記載のディジタル・アナログ変換器。
【請求項５】
前記第１及び第２のディジタル信号は、第１及び第２のディジタル入力線上でそれぞれ搬送され、前記第１のディジタル入力線は前記第１のスイッチに接続され、かつ前記第２のディジタル入力線は前記第２のスイッチに接続され、前記第１及び第２のディジタル入力線は並列に配置される、請求項１に記載のディジタル・アナログ変換器。
【請求項６】
前記第２のディジタル信号は、前記第１のスイッチに印加されたとき信号成分が前記第１の電流源を切り換わらせる前記第１のディジタル信号のクロック・サイクルを識別するための、また、前記識別に応答して、前記第２のスイッチに印加されたとき前記第２の電流源を切り換わらせる信号成分を含んだ第２のディジタル信号を、かかる成分が前記第１のディジタル信号で識別されないクロック・サイクルで生成するための回路を備える信号生成手段によって生成され、その結果、変換中に任意の１つのクロック・サイクルで前記第１又は前記第２の電流源が切り換わるようになる、請求項１に記載のディジタル・アナログ変換器。
【請求項７】
第１及び第２のノードに結合された出力負荷は、実質的に整合されている、請求項１に記載のディジタル・アナログ変換器。
【請求項８】
各々が複数の第２の電流源の１つに結合された複数の第１の電流源を備え、前記複数の第１及び第２の電流源の各々はそれぞれのスイッチを備える、請求項１に記載のディジタル・アナログ変換器。
【請求項９】
ディジタル信号をアナログ信号に変換する方法において、
第１の電流源を設けるステップと、
前記第１の電流源を複数の共通線と第１のノードとに接続するステップであって、前記第１のノードは、変換されるべき第１の印加されたディジタル信号に従って状態が制御される複数のそれぞれのスイッチを介してディジタル・アナログ変換器の出力を形成するステップと、
前記第１の電流源に結合された第２の電流源をさらに設け、前記第２の電流源を、前記共通線の少なくとも１つに接続し、かつ第２の印加されたディジタル信号に従って状態が制御されるそれぞれの第２の電流スイッチを介して第２のノードに接続するステップとを備え、
前記第２のディジタル信号を前記第２のそれぞれのスイッチに印加することにより前記第２のそれぞれのスイッチに状態を変化させ、その結果、前記第１及び第２のスイッチの切換えによって引き起こされた前記共通線の少なくとも前記１つに対する影響が周期的となることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はディジタル・アナログ変換器及びディジタル信号をアナログ信号に変換する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディジタル・アナログ変換器は、ディジタル信号をアナログ信号に変換する。例えばＵＳ−Ａ−６１０４３３０に記載されているように、従来のディジタル・アナログ変換器は、共通電源線及びバイアス線に接続された複数の電流源を備える。この電流源はまた、複数のそれぞれのスイッチを介して出力に接続される。変換すべき信号はスイッチに印加される。アナログ出力は、複数のスイッチの各々で受け取られるディジタル信号に従って、選択可能な数の電流源から構築される。
【０００３】
かかる従来のディジタル・アナログ変換器の問題は、線形性を達成することである。ディジタル・アナログ変換器の非線形性の一因となる１つのタイプの誤差は、電流源がオン又はオフに切り換えられるとき外乱がデバイスに生じることである。例えば、選択可能な複数の電流源を有する従来のデバイスでは、出力信号（電流）を増加させるために、追加の数のソースがオンに切り換えられなければならない。しかし、そのソースは共通電源線及びバイアス線に接続されているので、これらのソースは互いに完全に独立であるとは限らない。従って、１つの電流源の切換えは共通線に影響を及ぼし、従って共通線に接続されているその他のソースに影響を及ぼす。
【０００４】
この問題は、切り換えられる必要があるソースの数に比例することが分かっている。例えば、２個の切換えソースは、１個の切換えソースに比べて２倍の外乱に通じる。この影響が、内部動的非線形性に通じる。
【０００５】
従来のディジタル・アナログ変換器の更に他の問題は、ソースの切換えのタイミングが影響を受けることである。例えば、ソースの切換えは、切換えの瞬間に、ある特定量の電力を必要とする。２つのソースが特定の瞬間に切り換わることになると、切り換える電力は２倍必要である。しかし、どんなシステムでも、利用可能な瞬時電力の量は限られている。従って、より多くのソース切換え動作が必要であるとき、切換えプロセスはより遅くなる。出力の切換え遅延は、出力変化に比例する。この遅延のために、出力は歪まされる。このデータに依存する遅延は、出力信号の動的非線形性に通じる。遅延はデータ変化の符号から独立している。すなわち、ディジタル信号がハイからロウになるか、それともロウからハイになるかから独立である。この符号独立性は、従来のディジタル・アナログ変換器の電流源回路のような差動回路で共通な効果である。
【０００６】
現代ディジタル・アナログ変換器で要求されるより高いデータ周波数動作において、上述の問題はいっそう悪くなるだけでなく、電流源とスイッチの間の容量交差結合という追加の問題が、かかる、より高いデータ周波数で干渉の増加を引き起こす。
【０００７】
デバイスの機能に及ぼすかかるデータ依存外乱の影響を減少させるために、減衰技術が提案された。しかし、データ率が増加するにつれて、知られている減衰技術はもはや適切な結果を与えない。
【０００８】
一定出力キャパシタンスを実現するという無関係な問題に対処するために、ＵＳ−Ａ−６１０４３３０は、変換すべきディジタル信号の論理補数に従って切り換えられる「ダミー」の電流源を提供している。しかし、このデバイスは、切換えに関係した動的非線形性に関して他の従来デバイスの欠点がある。ＵＳ−Ａ−６３４４８１６に記載されているような更に他の従来技術のディジタル・アナログ変換器では、切換え回路の一部を繰り返すことが提案されている。しかし、ＵＳ−Ａ−６３４４８１６では、ダミーのソースは、主電流源に電力を供給する線に接続されるものとして開示されていない。従って、このデバイスに、共通線上の主電流源の切換えによる動的非線形性の問題が、もしあるとすれば、どの程度あるかが明らかでない。ＵＳ−Ａ−６３４４８１６は共通線に一定の負荷を維持しようとすることはわかるが、それは電流源の切換えが信号に依存する非線形性を生じさせるという問題に対処していない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、従来のディジタル・アナログ変換器に関して上で確認された問題に解決策を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様によれば、複数の共通線と第１のノードとに接続された第１の電流源を備えるディジタル・アナログ変換器が提供され、前記第１のノードは、変換されるべき第１の印加されたディジタル信号に従って状態が制御されるそれぞれのスイッチを介してディジタル・アナログ変換器の出力を形成し、前記ディジタル・アナログ変換器は、前記第１の電流源に結合された第２の電流源を更に備え、前記第２の電流源は、前記共通線の少なくとも１つに接続され、かつ第２の印加されたディジタル信号に従って状態が制御されるそれぞれの第２のスイッチを介して第２のノードに接続され、前記第２の印加されたディジタル信号は、前記第２のそれぞれのスイッチに状態を変化させ、その結果、前記第１及び第２のスイッチの切換えによって引き起こされた前記共通線の少なくとも前記の１つに対する影響が周期的となることを特徴とする。
【００１１】
本発明は、デバイスの内部ダイナミクスが信号に依存しないという利点を提供する。特に、信号で引き起こされるソースの切換えなど局所効果によって生じる外乱は、共通線に広域信号依存外乱を引き起こさない。
【００１２】
本発明の第２の態様によれば、ディジタル信号をアナログ信号に変換する方法が提供され、ディジタル信号をアナログ信号に変換する方法は、
第１の電流源を設けるステップと、
前記第１の電流源を複数の共通線と第１のノードとに接続するステップであって、前記第１のノードは、変換されるべき第１の印加されたディジタル信号に従って状態が制御されるそれぞれのスイッチを介してディジタル・アナログ変換器の出力を、形成するステップと、
前記第１の電流源に結合された第２の電流源をさらに設け、前記第２の電流源を、前記共通線の少なくとも１つに接続し、かつ第２の印加されたディジタル信号に従って状態が制御されるそれぞれの第２の電流スイッチを介して第２のノードに接続するステップとを備え、
前記第２のディジタル信号を前記第２のそれぞれのスイッチに印加することにより前記第２のそれぞれのスイッチに状態を変化させ、その結果、前記第１及び第２のスイッチの切換えによって引き起こされた前記共通線の少なくとも前記１つに対する影響が時間平均されることを特徴とする。
【００１３】
本発明がより完全に理解されるために、次に、本発明の実施形態を単に例として図を参照して説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明の第１の実施形態によるディジタル・アナログ変換器の詳細を示す。特に、このディジタル・アナログ変換器は、第１の電流源３及び第２の電流源３０を備える。第２の電流源３０は、「シャドー」又は「ダミー」のソースとも呼ぶことができ、以下でより詳細に説明する。第１の電流源は、共通電力線２０に接続され、この共通電力線２０は電流源及び共通バイアス線２１に電力を供給し、この共通バイアス線２１は電流源をバイアスする。電源９は、好ましくは第１及び第２の電流源３、３０に電力を供給するように設けられている。好ましくは、単一の電源９が設けられる。図示の実施形態の第２の電流源３０は、また、両方の共通線２０、２１に接続されている。他の実施形態では、第２の電流源３０は、共通線の一方又は他方だけに接続される。
【００１５】
第１のディジタル信号３１は、下記で図１を参照して述べるように、変換すべき信号に応じて生成される。第１の入力データ線２８上で搬送される第１のディジタル信号３１に応答して、第１の電流源３は、スイッチ３５、４６、３８によって２つの位置の間で切り換えられるようになされている。第１のディジタル信号は、第１の電流源のスイッチ３８の位置を決定する単一のビット・データを備える。第１のディジタル信号を構成するデータは、所定のクロック・サイクルを有するクロックに応じて生成される。
【００１６】
第１の位置３５で、電流源の出力はハイであり、第２の位置４６で、電流源の出力はロウである。第１の位置にあるスイッチで生じるハイ出力は、出力２３を有する出力線２２に出力される。第２の位置にあるスイッチで生じるロウ出力は、出力線２４に出力される。ロウ出力線２４は、出力ノード３６に出力を与える。ハイ及びロウ出力が供給される出力２３及び出力３６は、それぞれディジタル・アナログ変換器の出力ノードを形成し、図２を参照してより詳細に論じる。スイッチ３５、４６、３８は、第１のディジタル信号３１がスイッチ３５、４６、３８に入力されたときそのスイッチが信号に従って切り換わるように構成される。例えば、時間ｔ１での第１のディジタル信号３１により、スイッチが電流源３の出力をハイ出力３５からロウ出力４６に切り換わるようになる。時間ｔ２で、スイッチは、電流源の出力をロウ出力４６からハイ出力３５に切り換える。時間ｔ３で、切換えは起こらない。時間ｔ４で、スイッチは、電流源の出力をハイ出力３５からロウ出力４６に切り換えさせる。時間ｔ５及びｔ６で、切換えは起こらない。言及したように、従来のディジタル・アナログ変換器では、切換え動作によって、共通線２０、２１に外乱が生じるようになる。
【００１７】
この問題を克服するために、第２の電流源３０及びそれぞれのスイッチ３９が設けられる。第２のディジタル入力コード３２は、第２の入力線２９を介して第２の電流源３０に供給される。第２のディジタル入力コードは、単一のビット・データを備え、第１のディジタル入力コードから得られる。好ましくは、第２の電流源３０は、第１の電流源に近接して配置される。好ましくは、第２の電流源３０は、前記の第１の電流源と同一であり、好ましくは出力負荷を含む。出力負荷に関して補足説明するが、システム内において、ケーブル線、アンテナなどのような構成要素は、出力ノード２３、３６に接続される。更に、出力ノード２３、３６の下流で、他の構成要素が出力信号を記録する。この構成要素はディジタル・アナログ変換器に負荷を加え、「出力負荷」と呼ばれる。時には出力負荷が重いことがある。このことは、出力負荷が多くの電力を吸収することを意味する。この場合に、出力信号、本発明では出力電流がハイであれば、変換器は単一出力線に多くの電力を供給する必要があり、また出力信号がロウであれば、より少ない電力を供給する必要がある。この効果は、ディジタル・アナログ変換器が信号に依存する「キック・バック」を経験し、このキック・バックが出力負荷に依存するということである。出力負荷の影響についての上の説明は基本的に静的なものであるが、動的に、すなわち電流源が切り換わるとき、いっそう問題になることがあることを理解されたい。また、広域線上の切換えの応答は、部分的に出力負荷による応答の結果であることが判明している。従って、好ましくは、広域線上のシャドー切換えの応答が第１の電流源の切換えの応答に等しい場合、好ましくは、両方の出力線の出力負荷が整合される。従って、好ましくは、第１及び第２のノード２３、３６、２６、３７に関連付けられた出力負荷が実質的に整合される。
【００１８】
第２のディジタル・コード２９は、クロック・サイクルごとに、第１の電流源か第２（又は、シャドー）の電流源かのどちらかが切り換わるように得られる。切換えの極性は重要ではない。すなわち、第１又は第２の電流源がハイからローに切り換わるか又は逆に切り換わるかは重要ではない。第１の電流源の切換えは、変換すべき信号すなわち第１のディジタル・データ・コードに依存する。第２の電流源は、第１の電流源が切り換わらないはずであるクロック・サイクル全てで切り換わるようになる。その結果として、組み合わされた第１及び第２の電流源は、各クロック・サイクル中に一度切り換わる。その結果、ディジタル・アナログ変換器の全ての電流源に影響を及ぼす広域ダイナミクスに対する組み合わされた第１及び第２の電流源の寄与は、変換すべき信号（これが、第１のデータ信号を決定する）に依存しないで、クロックだけに依存する。クロック信号はディジタル・アナログ変換器におけるダイナミクスの基準信号であるので、ディジタル・アナログ変換器のクロック依存性はささいなものであることを理解されたい。
【００１９】
本発明の結果は、グラフ３３及び３４で示され、これらのグラフは、電力線及びバイアス線に及ぼす切換えの影響をそれぞれ時間ｔに対して示す。前述のように、切換え事象に対する応答は、切換えの符号、すなわち切換えがゼロから１であるかそれとも１からゼロであるかから独立である。その結果として、時間ｔ１及びｔ２は共通線に同じ応答を生成する。本発明によれば、第１及び第２の電流源の切換えの影響は周期的であることが理解される。従って、時間の経過につれて、共通線２０、２１に及ぼす切換えの影響は、実質的に規則的な間隔で起こる。
【００２０】
好ましくは、第１の電流源３からの出力線２２及び２４は、第１の位置３５及び第２のスイッチ位置４６に対してそれぞれ設けられ、ここで、出力ノード２３は、ハイ出力が切り換えられる出力線２２に設けられる。第２（ロウ）の位置４６からの出力を導く出力線２４は、以下で述べるように、アナログ信号を構築するために使用される。同様に、第２の電流源は第２の出力ノード２６、３７に通じる出力線２５、２７を備え、ここで、出力線２５はノード部分２６に導かれ、出力線２７はノード部分３７に導かれる。出力線２５は、第２の電流源スイッチの第１及び第２のスイッチ位置に対してそれぞれ設けられる。基本的に、出力負荷の影響が無視できる程度である場合、第２の電流源３０のハイ出力が導かれる出力線２５の出力ノード２６は省略することができることを理解されたい。その理由は、これらの構成要素はアナログ信号を構築するのに必要でないからである。補足説明するが、ノード２６及び３７に外部負荷を設けることは必要でない。しかし、外部ノードが無い場合には、内部負荷又は短絡の何かの形が必要である。
【００２１】
好ましくは、差動出力線２２、２４、２５、２７を介して広域（そうでなく、共通とも呼ばれる）バイアス線及び、また、基板への信号に依存する結合を回避するために、差動出力線２２、２４、２５、２７は、第１及び第２の電流源３、３０のために互いに実質的に並列で伸びている。同様に、第１及び第２の電流源の入力線２８、２９は、好ましくは差動であり、並列で伸びる。このことは、第１及び第２の電流源３、３０を互いに近接して配置することによって達成することができる。
【００２２】
ディジタル・ダイナミクスもアナログ動作に影響を及ぼすので、上述の本発明の原理は、ディジタル・アナログ変換器のディジタル領域にも広げることができることが判明している。従って、好ましくは、各ディジタル動作は、好ましくは電流制御に基づきかつシャドー動作を行う第２の電流源を伴って、異なって行われることが判明している。電流制御、すなわち、本発明で使用されるように、電流源と、一方の線か他方の線に電流を切り換えるスイッチとを使用する１ビット切換えに関して、高速かつ小型の回路で特定の用途の電流制御を行うディジタル電流制御の１つの利点は速度であることに触れておく。電流制御の本使用の更に他の利点は、ほぼ一定量の電力を使用すること、及び（電流が一方の線かもう一方の線に切り換えられるように）本質的に差動であることであり、従って、０から１又は１から０の遷移は、上述のように、共通線に同じ効果を生じる。
【００２３】
図２は、本発明の他の実施形態によるディジタル・アナログ変換器の回路図のさらなる詳細を示す。図１のものと同じ参照数字を有する図２のこれらの要素は、それの態様が拡大されていない限り、特に図２に関連して再び説明しない。
【００２４】
ディジタル・アナログ変換器は一般に複数の第１の電流源を備えることを理解されたい。前述のように、本発明が対処する問題は、変換器に含まれる電流源の数が多いほど、いっそう悪くなる。一般に、また例として、３個の第１の電流源だけを示す図２を参照せず、３ビット・ディジタル・アナログ変換器は、０００から１１１までのディジタル・データを変換するように構築される。３ビット・ディジタル・データをアナログ信号に変換するために、７個の電流源が必要である（すなわち、Ｎビットのディジタル信号を変換するために、２Ｎ−１個の第１の電流源が必要である）。話を簡単にするために、図２は３個の第１の電流源３、５、７だけを示す。実際には、３よりも多いビット数を有するデータを変換するようにディジタル・アナログ変換器が構築されることを理解されたい。これは、適切な数のソースとラッチ及び適切な回路を設けることによって実現される。変換のためのデータが含むビット数に関して、本発明は制限されない。アナログ出力は異なって確定される。すなわち、アナログ出力は出力２３と３６の間の差に依存する。しかし、本発明はこの点で制限されない。出力信号は、単一出力線上で搬送されることがある。出力が差動であることは不可欠ではない。
【００２５】
図２において、ディジタル・アナログ変換器１は、ディジタル復号器４と、クロック６で生成されるクロック信号に応答する複数のラッチ８と、複数の第１の電流源３、５、７及び複数の第２の電流源３０、５０、７０とを備える。第１及び第２の電流源３、５、７、３０、５０、７０は、ラッチ８で生成されるラッチ信号に応答する。第１の電流源は、ラッチ信号に応じて第１の出力線２２又は第２の出力線２４上に導かれるアナログ信号を、ラッチ信号に応じて出力２３及び３６にそれぞれ供給する。
【００２６】
ディジタル復号器４で受け取られたディジタル・データに基づいて、ディジタル復号器は、第１のディジタル信号３１を得る。この第１のディジタル信号３１は、ラッチ８を介して第１の電流源３、５、７に導かれる。また、第１のディジタル信号は信号発生器１０に導かれる。この信号発生器１０は、第１のディジタル信号３１から第２のディジタル信号３２を導き出しかつ生成するように構成される。信号発生器１０は、変換すべきディジタル入力の一部である第１のディジタル信号３１の、切換えが起こらないクロック・サイクルを識別し、この解析に基づいて、第１のディジタル信号３１で切換えが識別されないそのクロック・サイクルに切換えを引き起こす信号成分を備える第２のディジタル信号を生成する。図２に示す実施形態では、ソースの各対は信号発生器１０を備えることに留意されたい。しかし、本発明はこの点で制限されず、適切な回路を用いて、単一信号発生器を実現することもできる。ソースの各対が信号発生器を備えることは必須ではない。信号発生器１０は、その後、第２のディジタル信号３２を、ラッチ８を介して、各それぞれの第１の電流源３、５、７に結合された第２の電流源３０、５０、７０に導く。各第１の電流源は、結合された第２の電流源を有することを理解されたい。例えば、第２の電流源３０は第１の電流源３と結合されている。従って、第１の電流源３に印加すべき第１のディジタル信号３１から第２のディジタル信号３２が得られ、適切な結合された第２の電流源に特に印加される。アナログ出力は、出力２３と３６の差である。好ましくは、第１及び第２のディジタル信号は、その後、同期して第１及び第２のスイッチにそれぞれ印加される。
【００２７】
本発明の特定の実施形態について上述したが、本発明は、述べたものとは他の方法で実施することができることを理解されたい。説明は、本発明を制限しないものとする。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施形態によるディジタル・アナログ変換器の回路図を示す。
【図２】本発明の他の実施形態によるディジタル・アナログ変換器の回路図のさらなる詳細を示す。
【符号の説明】
【００２９】
３、５、７  第１の電流源
９  電源
１０  信号発生器
２０  共通電力線
２１  共通バイアス線
２３、３６  第１のノード
２６、３７  第２のノード
２８  第１のディジタル入力線
２９  第２のディジタル入力線
３０、５０、７０  第２の電流源
３８  第１の電流源のスイッチ
３９  第２の電流源のスイッチ
【図１】
2007521732.tif 000003
【図２】
2007521732.tif 000004
【国際調査報告】
2007521732.tif 000005
2007521732.tif 000006
2007521732.tif 000007