(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイナリ信号の連続したビットを入力され、該入力ビットの状態に応じて、出力に、クロック信号によりサンプリングされた正または負の電流を供給する、ディジタル−アナログ変換器であって、
前記出力電流の立ち上がり時間を制御するための、キャパシタと、前記クロック信号により制御されて該キャパシタを充電する回路とを具備する少なくとも１つの制御回路を具備し、
前記立ち上がり時間が、一定電流による基準電圧までの前記キャパシタの充電により制御され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】
前記制御回路が、少なくとも、
−  クロック信号が１状態のときオン状態、０状態のときオフ状態となるようにクロック信号により制御され、正の電源端子と、他の端子が他の電源端子に接続されて一定電流を供給する電流源ＳＣ１′との間に接続された、１つのスイッチＱ１と、
−  該スイッチＱ１が開かれたときに、該スイッチＱ１に電流が流れ、スイッチＱ１が閉じられたときに充電されるように、スイッチＱ１と前記電流源ＳＣ１′との接合点と接地電位との間に配線されたキャパシタＣＯと、
−  その正の入力が基準電位に接続され、その負の入力がトランジスタＱ４のエミッタに接続された演算増幅器とを具備し、
前記エミッタが、電流源、キャパシタおよびスイッチＱ１の接合点に接続され、前記トランジスタＱ４のベースが前記演算増幅器の出力によって制御され、前記トランジスタＱ４のコレクタが正の電源端子に接続され、
前記キャパシタの端子電圧が、基準電位に達すると、前記演算増幅器の出力が、前記トランジスタＱ４により電流が迂回され、前記キャパシタが、その電圧値に充電状態に保持されるように、前記トランジスタをオン状態に制御することを特徴とする請求項１記載の変換器。
【請求項３】
前記出力電流の立ち上がり時間の制御回路が、２つの基準電圧を用いてクロック信号により制御された一定電流によって、前記キャパシタを充電および放電するための少なくとも１つの回路を具備し、前記キャパシタが、これら２つの電圧の間で、充電および放電され、前記出力電流の立ち上がり時間が、キャパシタの充電にかかる時間と、キャパシタの放電にかかる時間との合計であることを特徴とする請求項１記載の変換器。
【請求項４】
前記制御回路のキャパシタを充電および放電する回路が、
−  電源端子に接続され一定の電流を供給する第１の電流源ＳＣ１′と、第１のスイッチＱ１と、第２のスイッチＱ２と、第２の電源端子に接続され一定電流を供給する第２の電流源ＳＣ２′とを直列に有し、前記第１のスイッチＱ１がクロック信号によって制御され、前記第２のスイッチＱ２が、クロック信号の共役信号によって制御され、前記キャパシタＣＯが、前記２つのスイッチＱ１，Ｑ２の接合点に接続されて一定電流により充電および放電され、
−  キャパシタの端子電圧を、一方は第１の基準電圧に、他方は第２の基準電圧に制限する２つの回路を具備し、第１の基準電圧への電圧制限回路が、第１の演算増幅器とバイポーラトランジスタＱ３とを具備し、該演算増幅器の正の入力に第１の基準電圧が入力され、負の入力が、２つのスイッチＱ１，Ｑ２の接合点に接続された前記トランジスタＱ３のエミッタに接続され、前記演算増幅器の出力は、そのソースが第２の電源端子に接続されたトランジスタＱ３のベースを制御し、第２の基準電圧への電圧制限回路が、第２の演算増幅器とトランジスタＱ４とを具備し、前記第２の演算増幅器の正の入力に第２の基準電圧が入力され、その負の入力が、２つのスイッチＱ１，Ｑ２の接合点に接続されたトランジスタＱ４のエミッタに接続され、前記第２の演算増幅器の出力は、そのコレクタが第１の電源端子に接続されたトランジスタＱ４のベースを制御し、
前記第１の演算増幅器は、前記キャパシタの端子電圧が第１の基準電圧に達したときに、第１の電流源ＳＣ１′により供給される電流ＩＯを迂回させるトランジスタＱ３を制御し、前記第２の演算増幅器は、前記キャパシタの端子電圧が第２の基準電圧に達したときに、第２の電流源ＳＣ２′により供給される電流を迂回させるトランジスタＱ４を制御することを特徴とする請求項３記載の変換器。
【請求項５】
２つのアームを並列に有し、各アームが、
−  ２つの基準電圧を用いて、一定電流でキャパシタを充電および放電する回路と、
−  第１のアームのスイッチの接合点と、トランジスタＱ６のコレクタに接続されたトランジスタＱ５のエミッタとの間に接続されたキャパシタと、
−  正の入力が所定の電位に接続され、負の入力が前記トランジスタＱ５，Ｑ６と前記キャパシタとの接合点に接続され、その出力が前記トランジスタＱ５，Ｑ６を制御する演算増幅器と、
−  共通の出力を有し、該共通の出力が変換器の出力である第１の電流ミラーおよび第２の電流ミラーであって、第１の電流ミラーの出力が正の電流を供給し、第２の電流ミラーの出力が負の電流を出力する第１および第２の電流ミラーと、
−  前記トランジスタＱ５に接続された共通の接合点を有する第１の対スイッチＴ１，Ｔ２であって、スイッチＴ１が前記第１の電流ミラーの他の端子に接続され、スイッチＴ２が他の電源端子に接続され、入力ビットが１状態のときにＴ１がオン状態となり、入力ビットが０状態のときにＴ２がオン状態となるように制御され、キャパシタが放電されるときには、キャパシタの放電電流が、電流ミラーの第１のトランジスタＱ７からスイッチＴ１およびトランジスタＱ５を通してキャパシタに流れ、この電流が第１の電流ミラーの出力および変換器の出力に現れるスイッチＴ１，Ｔ２と、
−  前記トランジスタＱ６に接続された共通の接合点を有する第２の対スイッチＴ３，Ｔ４であって、スイッチＴ４が前記第２の電流ミラーの他の端子に接続され、スイッチＴ３が他の端子によってアース端子に接続され、入力ビットが１状態のときにＴ３がオン状態となり、入力ビットが０状態のときにＴ４がオン状態となるように制御され、キャパシタが充電されるときには、キャパシタの充電電流が、電流ミラーのトランジスタＱ９から、スイッチＴ４およびトランジスタＱ６を通してキャパシタに流れ、この電流が第２の電流ミラーの出力および変換器の出力に現れるスイッチＴ３，Ｔ４とを具備し、
２つのアームが、クロック信号によって反対位相において制御され、一方のキャパシタが充電されるときには他のキャパシタは放電されることを特徴とする請求項３または請求項４記載の変換器。
【請求項６】
前記キャパシタの電流の充電および放電のための回路が、同じ電流源を有することを特徴とする請求項５記載の変換器。
【請求項７】
前記変換器からの出力電流がフィルタを充電することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の変換器。
【請求項８】
入力ビットがΣΔ変換器により供給されることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の変換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電流ディジタル−アナログ変換器に関するものである。この発明は、特に、ディジタル−アナログΣΔ型変調器に適用可能である
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
この技術の開発は、アナログ部分を最大限に低減するために、ディジタル技術とアナログ技術との間の境界をシフトさせるものである。このトレンドは、特に、ディジタル技術において大部分の機能を遂行することにより、システムのハードウェア構造を簡略化し、同時に製造コストを低減するように計画される。この開発の結果、一連の処理の終端、または、ほぼ終端に、アナログ−ディジタル、または、ディジタル−アナログ変換部分が配されるために、当該変換器に持ち越される制約が著しく増加する。したがって、変換器は、ますます厳しくなる性能要求を受け入れることができなければならない。
【０００３】
ディジタル−アナログ変換器には、多くの形式のものがある。これらの異なる形式のなかで、ΣΔ型変調器は１変換ビットのみで作動するので、非常に興味深いものである。
【０００４】
ΣΔ型変調器では、Ｎビットについて符号化され、所定の周波数Ｆｓでサンプリングされたバイナリ信号は、ディジタル手段によってオーバーサンプリングされた１ビット信号、すなわち、非常に高い周波数Ｆ′ｓ＝ＭｘＦｓでサンプリングされた信号に変換される。この信号は、その後、１ビットディジタル−アナログ変換器および該変換器の出力に配置されたローパスフィルタによってアナログ信号に変換される。
【０００５】
この種のディジタル−アナログ変換器を構成する方法には、数多くの方法がある。バイナリ信号の状態に応じて、電位+Vrefの正電圧、または、電位-Vrefの負電圧のいずれかが出力に送られる電圧変換器を構成することができる。しかしながら、この構造は、特に、約６０ｄＢのディストーションレベルに制限され、一般に「ジッター」として知られる基準クロックにおける不安定性に敏感である。このジッターは、特に、変換器の出力における寄生ノイズを促す。
【０００６】
電流変換器も構成される。この場合には、＋Ｉrefの値を有する正電流または−Ｉrefの値を有する負電流のいずれかが、バイナリ信号の状態に応じて出力される。これらの変換器は、非常に高いディストーション特性を与える。しかしながら、これらも、クロックのジッターに対して敏感なままである。
【０００７】
クロックのジッターに鈍感なスイッチトキャパシタ変換器を構成する公知の方法も存在するが、それらは、十分なディストーション性能レベルを得るために、高速増幅器を必要とする。
【０００８】
この発明は、高いディストーションレベルを補償し、基準クロックのジッターに対して鈍感な変換器を構成することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、この発明は、バイナリ信号の連続ビットを入力され、出力において、クロック信号によってサンプリングされ、入力ビットの状態に応じて正電流または負電流を出力するディジタル−アナログ電流変換器であって、該変換器の出力電流の立ち上がり時間を制御するための少なくとも１つの回路を具備し、該立ち上がり時間が、キャパシタを一定電流によって基準電圧まで充電することにより制御される変換器を提案している。
【００１０】
第２の態様では、出力電流の立ち上がり時間を制御するための回路は、少なくとも２つの基準電圧を具備し、キャパシタが、これらの２つの基準電圧の間で充電され、その後、放電され、出力電流の立ち上がり時間が、キャパシタを充電するためにかかる時間と、キャパシタを放電するためにかかる時間との合計である。この態様の利点は高い電気的効率を得るために使用できるということである。
【００１１】
第３の態様では、キャパシタの充電および放電電流は、セレクタスイッチおよび電流ミラーによって変換器の出力負荷に直接送られる。２つのキャパシタが使用され、それらが充電および放電される。キャパシタの１つが充電されると、他のキャパシタは放電される。この態様の利点は、変換器の電流ノイズを解消するために使用することができるということである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
この発明の他の特徴および利点は、添付図面を参照した以下の説明から明らかである。
図１は、ディジタル−アナログΣΔ形変換器のブロック図である。
図２は、ディジタル−アナログ電流変換器のブロック図である。
図３は、この発明に係る変換器の出力フィルタの充電期間の制御回路の第１の可能な実施形態である。
図４は、上述した回路において、時間およびクロック信号に応じて変化する信号を示している。
図５は、この発明に係る変換器における出力フィルタの充電期間を制御するための回路の第２の可能な実施形態である。
図６は、上述した回路において、時間ｔとクロック信号に応じて変化する信号を示している。
図７は、この発明に係る変換器の他の可能な態様を示している。
図８は、上述した回路において、時間ｔとクロック信号に応じて変化する信号、特に、出力フィルタを充電するための電流の形状に作用するようになる信号を示している。
【００１３】
図１は、ΣΔ形式のディジタル−アナログ変換処理を示すブロック図である。この処理は、Ｎビットについて符号化されたディジタル信号ＶＮをアナログ信号ＶＡに変換する。信号ＶＮは、ΣΔ変換器１の入力において、周波数Ｆｓでサンプリングされる。周知の動作形態を有するこの変換器は、オーバーサンプリングされた１ビットについて符号化された信号、すなわち、入力サンプリング周波数Ｆｓよりずっと大きい周波数Ｆ′ｓ；Ｆ′ｓ＝ＭｘＦｓでΣΔ変換器を出る連続ビットを出力する。ΣΔ変換器の出力信号は、その後、ディジタル−アナログ変換器２によってアナログ信号に変換され、その後、ローパスフィルタに入力される。
【００１４】
この種の変換処理の作用は、短く説明することができる。したがって、Ｎビットについて符号化された並列のバイナリ信号ＶＮが、ΣΔ変換器１によって、１ビットについて伝達される連続信号に変換される。変換器２の入力ビットの値が、例えば、１に等しい場合には、電圧形式の変換器ならば、電圧+Vref、電流形式の変換器ならば、電流＋Ｉrefを出力する。そのビットの値が、例えば、０に等しい場合には、変換器は、電圧-Vrefまたは電流−Ｉrefを出力する。ディジタル−アナログ変換器の出力に配置されたこのローパスフィルタ３は、変換器により与えられた信号の平均を適時に得る。この平均は、ディジタル−アナログ変換の結果、すなわち、上述した信号ＶＡである。
【００１５】
図２は、電流ディジタル−アナログ変換器のブロック図である。この変換器は、１ビットについて符号化されたバイナリ信号を入力される。この信号は、y(k)と示されている。この信号は、例えば、Ｎビット並列信号の連続信号への変換のためのΣΔ変換器または他の任意の変換手段の出力において得られる。例えば、信号y(k)は、Ｎ個の並列ビットについて符号化された連続したＮ個のy(0),・・・,y(k),・・・,y(N-1)からなる並列信号ＶＮである。
【００１６】
図２に示された変換器は、電流Irefを与える第１の電流源ＳＣ１を有している。この電流源は、入力において、第１の供給端子、例えば、正の供給端子に接続されている。該電流源は、出力において、バイポーラまたはＭＯＳ形式のトランジスタから構成された第１のスイッチＴ１に接続されている。この第１のスイッチの出力は、バイポーラまたはＭＯＳ形式トランジスタから構成された第２のスイッチＴ２の入力に接続されている。第２のスイッチの他の端子は、第２の電流源ＳＣ２に接続され、該第２の電流源は、さらに、第１の電流源ＳＣ１の電位より低い電位、例えば、アース電位に接続されている。
【００１７】
２つのスイッチの接合点は、例えば、並列接続された抵抗ＲｂおよびキャパシタＣｂによって構成されたローパスフィルタに接続されている。変換処理の出力Ｓは、抵抗とキャパシタの接合点であり、これらの素子の他の接合点は、例えば、アース電位である。第１のスイッチは、上記において説明した信号y(k)によって制御されている。該第１のスイッチは、この信号によって直接的に制御されている訳ではないが、クロック信号Ｈと組み合わせて制御され、２つの信号は、該２つの信号間の論理積動作を遂行する回路２１によって組み合わせられる。
【００１８】
第２のスイッチは、上記信号の共役信号yb(k)とクロック信号Ｈとを、これら２つの信号間の論理積動作を遂行する論理回路２２によって組み合わせた信号によって制御されている。論理回路２１，２２の出力は、あるいは増幅され、その後、それがバイポーラまたはＭＯＳ形式トランジスタであるか否かに依存してスイッチトランジスタＴ１，Ｔ２のベースまたはゲートを制御する。
【００１９】
したがって、変換器は以下のように機能する。ビットy(k)が１に等しい場合には、クロック信号Ｈが設定されたときに開かれるように制御されるトランジスタのベースまたはゲートにおいて電流または電圧が発生する。第１の電流源ＳＣ１によって与えられた電流Irefは、トランジスタＴ１を介してローパスフィルタＲｂＣｂに入る。同時に、ビットyb(k)が０になる。トランジスタＴ２は、制御電流または制御電圧を有していないので、閉状態ではオフに維持される。ビットy(k)が０に等しい場合には、操作は反対になる。トランジスタＴ１は閉状態でオフになり、トランジスタＴ２は開状態に制御される。この場合には、第２の電流源の電流Irefは、クロック信号Ｈが設定されたときに、トランジスタＴ２を介してローパスフィルタに入る。したがって、フィルタから見ると、電流Irefは反転される。したがって、上記場合においては、電流Irefは＋Ｉrefの代わりに、−Ｉrefを有する。
【００２０】
電圧変換器のようなこの種の電流変換器は、クロックＨからジッターを受ける。高いディストーション特性とジッターに対するクロック鈍感性の両方を得るために、この発明は、高いディストーション特性レベルを得るためのディジタル−アナログ電流変換器を使用し、このクロックのジッターを克服するためにクロック信号Ｈの幅とは無関係に、電流がローパスフィルタに送られる時間の制御手段を具備している。この時間は、一定電流を用いた基準電圧までのキャパシタの充電または放電により制御される。したがって、時間は、キャパシタの放電にかかる時間に等しい。クランプとして知られる制限装置は、キャパシタの電圧を基準電圧に固定する。
【００２１】
図３は、出力フィルタへの電流注入時間を制御するための回路、すなわち、実際には、変換器の出力−Ｉref,＋Ｉrefにおける電流立ち上がり時間を制御するための回路の第１の可能な実施形態を示している。この回路は、キャパシタＣＯと、このキャパシタを充電または放電するための回路とを有している。したがって、回路はスイッチＱ′１を具備し、該スイッチＱ′１は、クロック信号が１であるときにオンとなり、クロック信号が０であるときにオフとなるように、クロック信号Ｈによって制御される。
【００２２】
インタフェース回路は、スイッチがバイポーラトランジスタの場合には、電流で、ＭＯＳトランジスタの場合には電圧で、クロック信号Ｈによって、スイッチを制御する。スイッチＱ′１は、正の電源端子、および、一定電流ＩＯを供給する電流源ＳＣ′１の端子に接続され、この電流源の他の端子は、他の電源端子、例えば、アース電位に接続されている。クランプキャパシタとして知られるキャパシタＣＯは、第１に、スイッチＱ′１と電流源ＳＣ′１との接合点と、第２に、アース電位との間に配線されている。このスイッチＱ′１がオンであるとき、すなわち、クロック信号Ｈが存在するときには、電流ＩＯがスイッチＱ′１に入る。このスイッチＱ′１がオフであるときには、電流ＩＯは、キャパシタＣＯを充電する。その後、キャパシタの端子電圧ＶＣは、図４に示されるように、０値から減少する。
【００２３】
図４は、時間ｔとクロック信号Ｈとに応じて変化する別々の信号を示している。この信号は、線４１によって示されたバイナリ信号である。第２の線５２は、キャパシタＣＯの端子における電圧ＶＣを示している。クロック信号の後縁５９において、キャパシタは、一定電流−ＩＯにより、電位０から充電を開始される。したがって、キャパシタは、その電圧が、クランプ電圧として知られる値−ＶＯに到達するまで充電される。
【００２４】
また、回路は、電圧ＶＣを、基準電圧である最小値−ＶＯに制限する。この回路は、正の入力が値−ＶＯを有する電位に接続され、負の入力がＰＮＰトランジスタＱ４のエミッタに接続された演算増幅器３２を有し、前記エミッタは、電流源、キャパシタＣＯおよびスイッチＱ′１の接合点に接続されている。トランジスタＱ４のベースは、演算増幅器３２の出力によって制御され、そのコレクタは正の電源端子に接続されている。
【００２５】
電圧ＶＣが、値−ＶＯを有するクランプ電圧として知られる値に到達するときには、演算増幅器の出力は、予めオフされているトランジスタをオン状態に制御する正の電圧を出力する。その後、図４に線５２で示されているように、電流ＩＯがトランジスタＱ４によって迂回され、キャパシタは電圧値−ＶＯに充電された状態に維持される。スイッチＱ１がオンになるときには、電圧ＶＣは、再度電流源ＳＣ′１の端子電圧、すなわち、ほぼゼロに等しくなる。
【００２６】
第３の線５３は、時間ｔによって変化するキャパシタの充電電流ＩＯを示している。この電流の立ち上がり時間は、０と−ＶＣとの間の電圧の推移によって示されたキャパシタＣＯの充電期間により完全に制御される。この期間は、クロックＨのジッターとは無関係であり、例えば、図２の変換器のような変換器のスイッチＴ１，Ｔ２を制御するために使用され得る。
【００２７】
この目的のために、キャパシタＣＯの充電時間に等しい期間を有する論理信号を生成する整形回路を有することが計画されている。したがって、この信号は、クロック信号Ｈ自体を置き換えるために、信号y(k),yb(k)と組合せてスイッチＴ１，Ｔ２を制御する。キャパシタＣＯの放電時間に等しい変換器の出力電流Ｉrefの幅を得るために、他の手段が採用されてもよい。
【００２８】
変換器の出力電流の立ち上がり時間を制御するための一実施形態に係る回路は、キャパシタＣＯの放電時間に基づいて作動する。もちろん、キャパシタＣＯの充電によりこの種の装置を得ることも可能である。いずれの場合においても、キャパシタの電流信号ＩＯは変化する。
【００２９】
キャパシタＣＯの放電時間でもある、トランジスタＴ１，Ｔ２が制御される時間Ｔｏｎは、以下の関係式で与えられる。
【数１】
0004053223.tif 000002
クロック期間Ｔ中に出力フィルタＲｂＣｂに入力される電荷は、
【数２】
0004053223.tif 000003
である。
【００３０】
期間Ｔと比較して低いキャパシタＣＯを充電するための期間ＴＣ中のみに、出力フィルタの充電が行われるので、効率は比較的低い。ＴＣは、例えば、Ｔ／４の範囲でよい。
【００３１】
図５は、効率を改善した、電流の入力時間を制御するための回路の第２の実施形態を示している。この実施形態において、２つの基準電圧値が使用され、キャパシタは、クランプ電圧としても知られるこれら２つの電圧間で充電および放電される。したがって、変換器が電流Ｉrefを負荷に送る時間は、キャパシタの充電にかかる時間とキャパシタの放電にかかる時間の合計である。変換器の電流Ｉrefは、さらに、出力に送られる同じ電荷のパケットを有する上述した場合と比較して、さらに２分割されてもよい。
【００３２】
回路は、２つの基準電圧を有するキャパシタＣＯの充電および放電回路を具備している。したがって、回路は、電源端子に接続された第１の電流源ＳＣ１′と、第１のスイッチＱ１と、第２のスイッチＱ２と、第２の電源端子、例えば、アース電位に接続された第２の電流源ＳＣ２′とを直列に有している。スイッチは、例えば、バイポーラトランジスタまたはＭＯＳ形式のトランジスタである。２つの電流源は、電流ＩＯを出力する。第１のスイッチＱ１は、クロック信号Ｈによって制御され、第２のスイッチＱ２は、共役クロック信号Ｈｂによって制御される。キャパシタＣＯは、２つのスイッチＱ１，Ｑ２の接合点に接続されている。このキャパシタＣＯに存在する信号ＥＮは、図２に示されているような変換器の入力においてビットy(k),yb(k)と組み合わせられる信号Ｈに置き換えられる。
【００３３】
クロック信号Ｈが１であるとき、すなわち、クロック信号が存在する場合には、キャパシタＣＯは一定電流ＩＯにおいて充電される。また、この場合には、トランジスタＱ１がオンであり、トランジスタＱ２がオフである。したがって、キャパシタＣＯの端子における電圧ＶＣは、直線的に増加する。クロック信号が０である場合には、信号Ｈｂは１であり、キャパシタは第２のスイッチＱ２を介して一定電流ＩＯで放電される。したがって、キャパシタの端子における電圧ＶＣは、直線的に減少する。
【００３４】
２つの回路は、この電圧ＶＣを、一方では最大値ＶＯに、他方では最小値−ＶＯに制限する。ＶＯ制限回路は、例えば、演算増幅器３１とＰＮＰバイポーラトランジスタＱ３とによって構成されている。演算増幅器３１の正の入力は電圧ＶＯを受け入れ、その負の入力は、トランジスタＱ３のエミッタに接続され、該トランジスタＱ３のエミッタは、さらに、スイッチＱ１，Ｑ２の接合点に接続されている。
【００３５】
演算増幅器の出力は、そのソースが第２の電源端子、例えば、アース電位に接続されたトランジスタＱ３のベースを制御する。演算増幅器の負の入力に存在する電圧でもある、キャパシタＣＯの端子電圧ＶＣが、値ＶＯに達すると、増幅器の出力はトランジスタＱ３のベース電流を供給し、それによって、クロックＨが１の状態にあるときに、残りの時間中、スイッチＱ１を通して第１の電流源ＳＣ１′により与えられ続ける電流ＩＯを迂回させる。
【００３６】
−ＶＯ制限回路は、例えば、演算増幅器３２とＮＰＮバイポーラトランジスタＱ４とから構成されている。演算増幅器３２の正の入力は、電圧−ＶＯを受け、その負の入力はトランジスタＱ４のエミッタに接続されており、トランジスタＱ４は、さらに、２つのスイッチＱ１，Ｑ２の接合点に接続されている。
【００３７】
演算増幅器の出力は、そのコレクタが、正の電源端子である第１の電源端子に接続されたトランジスタＱ４のベースを制御する。演算増幅器の負の入力に存在する電圧でもある、キャパシタＣＯの端子電圧ＶＣが、−ＶＯに到達すると、増幅器の出力は、トランジスタＱ４にベース電流を供給し、それによって、クロックＨが０状態にあるときに、残りの時間中、スイッチＱ２を通して第２の電流源ＳＣ２′により与えられ続ける電流ＩＯを迂回させる。
【００３８】
図６は、時間ｔおよびクロック信号Ｈによって変化する種々の信号を示している。クロック信号Ｈは、線４１で示されたバイナリ信号である。第２の線４２は、キャパシタＣＯの端子電圧ＶＣを表している。クロック信号の前縁４９において、キャパシタＣＯは、電圧−ＶＯから、一定電流ＩＯで充電され始める。キャパシタは、その電圧が値ＶＯに達するまで充電される。電圧ＶＣは、クロック信号が１状態にあるときには、残りの時間にわたってＶＯに固定された状態に維持される。キャパシタの充電時間ＴＣ中、このキャパシタの充電電流はＩＯである。この電流は残りのクロック信号Ｈの間はゼロである。
【００３９】
クロック信号Ｈの後縁または、その共役信号Ｈｂの後縁において、キャパシタは電圧ＶＯから一定電流ＩＯで放電され始める。キャパシタは、電圧が値−ＶＯに達するまで放電される。電圧ＶＣは、クロック信号が０状態にあるときには、残りの時間にわたって−ＶＯに維持される。キャパシタを充電するための時間ＴＣ中、このキャパシタの充電電流は−ＩＯである。値−ＶＯが一旦到達されると、この電流は０になる。線４３は、電流ＩＯの形状を示している。
【００４０】
バイナリ信号ＥＮは、キャパシタＣＯの端子電圧ＶＣから、公知の手段によって生成することができる。この信号の幅は、電圧ＶＣの立ち上がり時間の幅に等しい。言い換えると、電圧ＶＣの各立ち上がり時に、信号ＥＮは１に等しく、その他では０に等しい。例えば、図２により示される変換器の入力において、クロック信号Ｈに代えて、ビットy(k),yb(k)と組み合わせられるのは、信号ＥＮである。その場合には、電圧ＶＣの下降中は、信号ＥＮも１に等しい。
【００４１】
キャパシタＣＯの充電のための時間Ｔｏｎは、以下の関係式によって与えられる。
【数３】
0004053223.tif 000004
この時間は、変換器のスイッチＴ１，Ｔ２が制御されているときの時間でもある。この時間は、クロックＨのジッターとは無関係である。
【００４２】
クロック周期Ｔの間に入力される電荷Ｑは、
【数４】
0004053223.tif 000005
である。
したがって、効率は、図３に示された形式の回路と比較して、改善される。
【００４３】
変換処理の出力フィルタＲｂ，Ｃｂに入力される電荷の変動ｄＱに応じて変化する変換器のノイズに関しては、ほぼゼロである。標準的な変換器では、入力される電荷Ｑは、以下の関係式で与えられる。
【数５】
0004053223.tif 000006
ここで、Ｔは、変換器の出力におけるフィルタのキャパシタＣｂを充電するためにかかる時間を表している。
【００４４】
したがって、電荷の変動ｄＱは、以下の関係式によって与えられる。
【数６】
0004053223.tif 000007
この発明に係る変換器によれば、Ｔは完全に制御され、かつ、Ｔｏｎに等しく、したがって、ｄＴ＝０である。残りのノイズは電流ノイズｄＩrefによるもののみである。
【００４５】
図７は、この発明に係る変換器の他の実施形態を示している。この実施形態において、クランプキャパシタＣＯの充電および放電電流は、スイッチおよび電流ミラーによって、出力負荷、すなわち、出力フィルタＲｂＣｂに直接送られる。その後、差動モードで配線された、図５に示される形式の２つの制御回路が使用される。これは、差動二重クランプ方法として知られている。これらの２つの回路は、充電および放電される２つのクランプキャパシタとともに使用される。一方のキャパシタが充電されるときには、他方のキャパシタは放電される。この実施形態の１つの利点は、変換器の電流ノイズｄＩrefを解消するために使用することができるということである。
【００４６】
したがって、電流充電時間制御回路は、一対の差動回路を具備している。さらに詳細には、該回路は、各々が、キャパシタと、該キャパシタを、図５に示された形式の一定電流であるが、反対位相で制御される充電および放電するための回路とを有する２つの並列アームを有している。電流源ＳＣ１′，ＳＣ２′は、例えば、２つの回路に共通のものである。したがって、第１の回路は、図５の回路と同一であり、第２の回路は、第１の電流回路ＳＣ１′，第１のスイッチＱ′１を直列に有している。第２のスイッチＱ′２は、第２の電流源ＳＣ２′と直列に接続されている。第１のスイッチＱ′１は、共役信号Ｈｂによって制御される一方、スイッチＱ１はクロック信号Ｈによって制御される。同様に、第２のスイッチＱ′２は、クロック信号Ｈによって制御される一方、スイッチＱ２はクロック信号Ｈｂによって制御される。この場合に、差動対の２つの回路は、クロック信号Ｈによって反対位相で制御される。キャパシタＣ′Ｏは、２つのスイッチＱ′１，Ｑ′２の接合点に接続されている。キャパシタＣ′Ｏは、例えば、第１の回路のキャパシタＣＯの値に等しい。
【００４７】
２つの回路は、キャパシタＣ′Ｏの端子電圧ＶＣを、一方で最大値ＶＯに、他方で最小値−ＶＯに制限する。ＶＯ制限回路は、例えば、演算増幅器３１′とＰＮＰバイポーラトランジスタＱ３′とから構成されている。演算増幅器３１′の正の入力は電圧ＶＯを受け、負の入力はトランジスタＱ′３のエミッタに接続され、さらに、２つのスイッチＱ′１，Ｑ′２の接合点に接続されている。
【００４８】
演算増幅器の出力は、そのソースが第２の電源端子、例えば、アース電位に接続されているトランジスタＱ′３のベースを制御する。演算増幅器の負の入力に存在する電圧でもある、キャパシタＣ′Ｏの端子電圧ＶＣが値ＶＯに達すると、増幅器の出力は、トランジスタＱ′３にベース電流を供給し、それによって、クロックＨが１状態にあるときに、残りの時間中、スイッチＱ′１を通して第１の電流源ＳＣ１′により供給され続ける電流ＩＯを迂回させる。
【００４９】
−ＶＯ制限回路は、例えば、演算増幅器３２′とＮＰＮバイポーラトランジスタＱ′４とにより構成されている。演算増幅器３２′の正の入力は、電圧−ＶＯを受け、その負の入力は、トランジスタＱ′４に接続され、さらに、２つのスイッチＱ′１，Ｑ′２の接合点に接続されている。演算増幅器の出力は、そのコレクタが、正の電源端子である第１の電源端子に接続されているトランジスタＱ′４のベースを制御する。
【００５０】
演算増幅器の負の入力に存在する電圧でもある、キャパシタＣ′Ｏの端子電圧Ｖ′Ｃが、値−ＶＯに到達すると、増幅器の出力は、トランジスタＱ′４にベース電流を供給し、それによって、クロックＨが０状態であるときに、残りの時間中、スイッチＱ′２を通して第２の電流源ＳＣ２′により供給され続ける電流ＩＯを迂回させる。
【００５１】
２つのクランプキャパシタＣＯ，Ｃ′Ｏは、それぞれ、仮想アース電位に接続されている。言い換えると、キャパシタＣＯ，Ｃ′ＯのスイッチＱ１，Ｑ２またはスイッチＱ′１，Ｑ′２の接合点に接続されていない端子は、自動的に０ボルトの値に連結される電位に接続される。この自動制御された電位の機能については、以下により詳細に説明する。
【００５２】
差動対の２つの回路は、上記において示したように、反対位相おいて制御されているので、第１の回路のキャパシタＣＯが充電されるときには、第２の回路のキャパシタＣ′Ｏが放電される。図８はこの情況を示している。図４，図６と同様に、この図は、時間ｔとクロック信号Ｈとによって変化する別々の信号を示している。第１の線４１は、時間ｔに応じて変化するクロック信号Ｈの形状を示している。第２の線８２は、キャパシタＣＯの端子電圧ＶＣの形状を示しており、第３の線８３は、キャパシタＣ′Ｏの端子電圧Ｖ′Ｃの形状を示している。キャパシタＣＯはクロック信号の前縁４９から充電され、キャパシタＣ′Ｏは放電され始める。クロック信号Ｈの後縁４８で始まる情況は反転している。
【００５３】
第４の線８４は、キャパシタＣＯの電流ＩＣを示しており、第５の線８５は、キャパシタＣ′Ｏの電流Ｉ′Ｃを示している。２つの電流は、反対位相である。キャパシタＣＯが充電されるときには、その電流ＩＣはＩＯに等しく、放電されるキャパシタＣ′Ｏに流れる電流Ｉ′Ｃは−ＩＯであり、その逆も同様である。
【００５４】
電流ＩＣは、図６の電流ＩＣ、すなわち、図５のキャパシタＣＯの充電電流に対応している。
【００５５】
出力フィルタＲｂＣｂには、なおも電流Ｉrefが供給され、フィルタの出力Ｓは、変換処理の出力であり、実際ディジタル−アナログ変換器の出力である。図７の実施形態では、出力電流ＩrefはキャパシタＣＯ，Ｃ′Ｏを充電および放電するための電流である。したがって、フィルタを電流Ｉrefまたは電流−Ｉrefによって充電するためにかかる時間は、キャパシタＣＯ，Ｃ′Ｏの充電期間の制御によって完全に決定される。キャパシタの充電および放電電流は、例えば、スイッチおよび電流ミラーによって、自動的に仮想アースに連結された電位点を通して、出力フィルタに送られる。
【００５６】
電位を０にするために使用される回路は、例えば、正の端子が０ボルトに等しい電位ＶＧに接続され、自動制御された電位である負の端子がキャパシタＣＯ，Ｃ′Ｏの端子に接続された演算増幅器７１，７１′を有している。
【００５７】
第１の制御回路側では、ＮＰＮバイポーラトランジスタＱ５が、キャパシタＣＯの端子を第１の対スイッチＴ１，Ｔ２に接続している。トランジスタＱ５のコレクタは、２つのスイッチの接合点に接続され、スイッチＴ１の他の端子は、第１の電流ミラーに接続され、スイッチＴ２の他の端子は、正の電源端子に接続されている。トランジスタＱ５のエミッタは、キャパシタＣＯに接続されている。トランジスタＱ５のベースは、演算増幅器７１の出力によって制御されている。
【００５８】
同様に、ＰＮＰトランジスタＱ６が、キャパシタＣＯの端子を第２の対スイッチＴ３，Ｔ４に接続している。トランジスタＱ６のコレクタは、２つのスイッチの接合点に接続され、スイッチＴ３の他の端子は、アース電位に接続され、スイッチＴ２の他の端子は第２の電流ミラーに接続されている。トランジスタＱ６のエミッタは、キャパシタＣＯに接続されている。トランジスタＱ６のベースは、トランジスタＱ５と同様に、演算増幅器７１の出力によって制御されている。
【００５９】
２対のスイッチは、バイナリ信号y(k)およびその共役信号yb(k)によって制御される。スイッチＴ１は、信号y(k)が１のとき、オン状態に制御され、スイッチＴ２は、信号yb(k)が１のとき、オン状態に制御され、スイッチＴ３は、信号y(k)が１のとき、オン状態に制御され、スイッチＴ４は信号yb(k)が１のとき、オン状態に制御される。
【００６０】
第２の制御回路側では、ＮＰＮバイポーラトランジスタＱ′５が、第１の対スイッチＴ１，Ｔ２にキャパシタＣＯの端子を接続している。トランジスタＱ′５のコレクタは、２つのスイッチの接合点に接続され、スイッチＴ′１の他の端子は、第１の電源ミラーに接続され、スイッチＴ′２の他の端子は、正の電源端子に接続されている。トランジスタＱ′５のエミッタは、キャパシタＣＯに接続されている。トランジスタＱ′５のベースは、演算増幅器７１′の出力によって制御される。
【００６１】
同様に、ＰＮＰトランジスタＱ′６が、第２の対スイッチＴ′３，Ｔ′４に、キャパシタＣＯの端子を接続している。トランジスタＱ′６のコレクタは、２つのスイッチの接合点に接続され、スイッチＴ′３の他の端子は、アース電位に接続され、スイッチＴ′２の他の端子は、第２の電流ミラーに接続されている。トランジスタＱ′６のエミッタは、キャパシタＣＯに接続されている。トランジスタＱ６のベースは、トランジスタＱ′５のベースと同様に、演算増幅器７１′の出力によって制御される。
【００６２】
第１の電流ミラーは、例えば、２つのＰＭＯＳトランジスタを有し、そのゲートは、スイッチＴ１，Ｔ′１に接続され、そのソースが正の電源端子に接続されている。２つのトランジスタの内の一方のトランジスタＱ７のドレインは、スイッチＴ１，Ｔ′１に接続されている。
【００６３】
第２の電流ミラーは、例えば、２つのＮＭＯＳトランジスタを有し、そのゲートは、スイッチＴ３，Ｔ′３に接続され、そのソースは、アース電位に接続されている。２つのトランジスタの内の一方のトランジスタＱ９のドレインは、スイッチＴ３，Ｔ′３に接続されている。他のトランジスタＱ１０のドレインには、第１の電流ミラーのトランジスタＱ８のドレインに接続されている。２つのトランジスタＱ８，Ｑ１０の接合点は、出力フィルタＲｂＣｂの入力に接続されている。したがって、この出力フィルタは、トランジスタＱ８，Ｑ１０のドレインの出力、すなわち、電流ミラーの出力によって充電される。
【００６４】
２対のトランジスタは、バイナリ信号y(k)とその共役信号yb(k)とによって同様にして制御される。
キャパシタＣＯが電流ＩＯで充電されると、この電流はトランジスタＱ６内に流れる。トランジスタＱ５は、このトランジスタの電圧Ｖｂｅによってオフ状態にされる。同様に、キャパシタＣ′Ｏが放電されるので、トランジスタＱ′５はオン状態、トランジスタＱ′６はオフ状態にされる。２つの場合は、信号y(k)が１状態または０状態にあるか否かに依存して生ずる。
【００６５】
この信号y(k)が１である場合には、トランジスタＱ６を通る電流ＩＣは、スイッチＴ３によって、アース電位に迂回され、トランジスタＱ′５を通る電流Ｉ′Ｃは、トランジスタＴ′１によって第１の電流ミラーのトランジスタＱ７，Ｑ８から迂回される。したがって、同じゲートソース電圧によって制御される２つのトランジスタＱ７，Ｑ８は、同じ電流を伝達する。
【００６６】
このために、仮想アース電位ＶＧが電流ミラー内への充電電流ＩＣの通過を可能にしている。電流ＩＣがトランジスタＱ７に印加されるので、トランジスタＱ８もこの電流を伝達する。このトランジスタＱ８によって供給される電流は、出力フィルタに供給される電流Ｉrefである。この電流は正であり、かつ、例えば、値ＩＯを有する。
【００６７】
電流y(k)が０である場合には、トランジスタＱ６を通る電流ＩＣは、トランジスタＴ４によって第２の電流ミラーに迂回され、同時に、トランジスタＱ′５に流れる電流Ｉ′Ｃは、正の電源から迂回される。同じゲート−ソース電圧によって制御される電流ミラーの２つのトランジスタＱ９，Ｑ１０は、値ＩＯを有する同じ電流を伝達する。
【００６８】
出力フィルタは、トランジスタＱ１０のドレインに流れるこの電流により放電される。この場合には、入力フィルタの充電電流Ｉrefは負であり、例えば、値−ＩＯを有している。
【００６９】
キャパシタＣＯが電流ＩＯで放電すると、この電流はトランジスタＱ５に流れる。トランジスタＱ６は、このトランジスタＱ５の電圧Ｖｂｅによってオフに切り替えられる。同様に、キャパシタＣ′Ｏが充電されるので、トランジスタＱ′６はオン、トランジスタＱ′５はオフになる。したがって、上述と同じ２つの場合が発生する。
【００７０】
信号y(k)が１の場合には、トランジスタＱ′６を流れる電流Ｉ′ＣがスイッチＴ′３によってアース電位に迂回され、トランジスタＱ５を流れる電流ＩＣが、トランジスタＴ１によって、第１の電流ミラーのトランジスタＱ７，Ｑ８から迂回される。同じゲート−ソース電圧によって制御される２つのトランジスタＱ７，Ｑ８は、同じ電流を伝達する。電流ＩＣはトランジスタＱ７に印加されるので、トランジスタＱ８もこの電流を伝達する。トランジスタＱ８により供給される電流は、出力フィルタに供給される電流Ｉrefである。この電流は正であり、かつ、例えば、値ＩＯを有している。
【００７１】
信号y(k)が０の場合には、トランジスタＱ′６を流れる電流ＩＣは、トランジスタＴ′４によって第２の電流ミラーに迂回される一方、トランジスタＱ５を流れる電流ＩＣは正の電源から迂回される。同じゲート−ソース電圧によって制御される電流ミラーの２つのトランジスタＱ９，Ｑ１０は、値ＩＯを有する同じ電流を伝達する。したがって、出力フィルタは、トランジスタＱ１０のドレインに流れる電流によって放電される。この場合には、入力フィルタの充電電流Ｉrefは負であり、例えば、その値は−ＩＯである。
【００７２】
このように、ビットy(k)が１であるばあいには、電流Ｉrefは入力フィルタを充電し、キャパシタＣＯ，Ｃ′Ｏのいずれかが充電または放電される。同様に、ビットy(k)が０である場合には、出力フィルタの電流は−Ｉrefである。フィルタにおける電流Ｉrefまたは−Ｉrefの放電期間は、キャパシタＣＯ，Ｃ′Ｏの充電または放電期間によって完全に制御される。
【００７３】
図８の最後の２つの線８６，８７は、この結果を示している。線８６は、一連のy(k)の値の例を与えており、線８７はビットy(k)によって変化する変換器の出力フィルタの出力電流Ｉｓを与えている。キャパシタＣＯ，Ｃ′Ｏの充電および放電の制御にかかる時間は、例えば、変換器の入力に２つの連続したビットy(k)が到来する間の少なくとも１回のキャパシタＣＯの充電と１回のキャパシタＣ′Ｏの放電が存在するような時間である。
【００７４】
ビットy(k)が１であるとき、出力フィルタには、２つの連続した正の電流パルス９０，９１が存在する。これら２つのパルスの内、第１のものはキャパシタＣ′Ｏの充電電流Ｉ′Ｃに相当し、第２のものはキャパシタＣＯの充電電流ＩＣに相当している。ビットy(k)が０状態のとき、出力フィルタには２つの連続した負の電流パルス９２，９３が存在する。これら２つのパルスの内、第１のものはキャパシタＣＯの充電電流ＩＣに相当し、第２のものはキャパシタＣ′Ｏの充電電流Ｉ′Ｃに相当している。
【００７５】
図７に例示されたディジタル−アナログ変換器は、特に、同様の理由により、図５に示されたような高い効率を有するという利点を有している。さらに、電流源のノイズｄＩrefを解消することができるという利点もある。この電流ノイズは、２つのパルスの持続時間Ｔｏｎについての関係式（３）に従って、以下の関係式により与えられる、対応する充電ノイズｄＱを誘導する。
【数７】
0004053223.tif 000008
１つの電流パルスＩrefの持続時間に対して、ノイズは以下の関係式により与えられる。
【数８】
0004053223.tif 000009
【００７６】
さらに、１つのパルス中に出力フィルタに送られる電荷Ｑは、クランプ電圧ＶＯと呼ばれるものと、クランプキャパシタンスＣＯと呼ばれるものとによって完全に制御される。周知のように、それはＣＯＶＯに等しい。したがって、ｄＱはゼロになる。実際には、ｄＩrefが存在して、その値がゼロではないと仮定すると、電流が送られる時間ＴｏｎまたはＴｏｎ／２は、この時間Ｔｏｎが、関係式（３）において示されたように、正確にＩＯの関数であるので、電流ＩＯのノイズの関数として調節される。実際に
【数９】
0004053223.tif 000010
である。ここで、Ｉｂｏは、ＩＯに重ねられる電流ノイズである。
【００７７】
Ｔｏｎはクランプ回路によって、以下の関係式のように調節される。
【数１０】
0004053223.tif 000011
【００７８】
ここで、
【数１１】
0004053223.tif 000012
であると仮定する。
これにより、Ｑ＝２ＣＯＶＯとなり、したがって、ｄＱ＝０である。
【００７９】
スイッチはバイポーラトランジスタまたはＭＯＳ形式のトランジスタでよい。同様に、電流の立ち上がり時間の制御回路において使用される他のトランジスタはバイポーラまたはＭＯＳ形式のトランジスタでよい。これらのトランジスタは、当業者の知識に従って変化する極性に依存して、ＮＰＮ、ＰＮＰ、ＮＭＯＳ、ＰＭＯＳである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ディジタル−アナログΣΔ形変換器のブロック図である。
【図２】  ディジタル−アナログ電流変換器のブロック図である。
【図３】  この発明に係る変換器の出力フィルタの充電期間の制御回路の第１の可能な実施形態を示すブロック図である。
【図４】  図３の回路において、時間およびクロック信号に応じて変化する信号を示す図である。
【図５】  この発明に係る変換器における出力フィルタの充電期間を制御するための回路の第２の可能な実施形態を示すブロック図である。
【図６】  図５の回路において、時間ｔとクロック信号に応じて変化する信号を示す図である。
【図７】  この発明に係る変換器の、他の可能な態様を示すブロック図である。
【図８】  図７の回路において、時間ｔとクロック信号に応じて変化する信号、特に、出力フィルタを充電するための電流の形状に作用するようになる信号を示す図である。
【符号の説明】
ＣＯ，Ｃ′Ｏ  キャパシタ
Ｑ１，Ｑ′１，Ｑ２，Ｑ′２  スイッチ
Ｑ３，Ｑ４、Ｑ５，Ｑ６，Ｑ７，Ｑ８，Ｑ９，Ｑ１０  トランジスタ
ＳＣ１′，ＳＣ２′  電流源
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４  スイッチ
【図１】
0004053223.tif 000013
【図２】
0004053223.tif 000014
【図３】
0004053223.tif 000015
【図４】
0004053223.tif 000016
【図５】
0004053223.tif 000017
【図６】
0004053223.tif 000018
【図７】
0004053223.tif 000019
【図８】
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