專利名稱：電流源循環(huán)控制的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的制作方法
在對高精度電流源進(jìn)行單片集成化以大量生產(chǎn)固體電路的過程中，由于電流源的制作不同，產(chǎn)生了由后者提供的電流并不相互精確地相等的問題。這種電流源是通過比如雙極晶體管的集電極-發(fā)射極之間的通路或者場效應(yīng)管的源漏極間通路得到實(shí)現(xiàn)的，上述場效應(yīng)管;即所謂電流庫，最好是絕緣柵型的，且其基極或該柵極各端分別與一個共同的恒定電壓相連接。
根據(jù)《電子學(xué)》雜志1983年6月13日一期上的130-134頁以及《電子元件和應(yīng)用》雜志1980年8月一期上的235-241頁，帶有雙極晶體管的、十四位單片集成數(shù)模轉(zhuǎn)換器(即D/A轉(zhuǎn)換器)的電流不精確度大部分由于采用了分流器以及采用了以“旋轉(zhuǎn)”方式、通過一循環(huán)移位寄存器將若干電流源的電流轉(zhuǎn)接到三個電流通路中(其第一、第二電流通路的電流為第三通路的一半)的方法而得到補(bǔ)償。將若干這種分流器分級聯(lián)接，就可得到一種高精度單片集成D/A轉(zhuǎn)換器。
本發(fā)明采用了上述兩份參考資料所謂的“動態(tài)元件匹配”的原理，但是并未使用先有技術(shù)中D/A轉(zhuǎn)換器里的上述分流器，而是回到了申請人的未予公開的EP-A87103742，0(ITT卷S.Mehrgardt21-44;美國申請S/N071074，205中闡述的構(gòu)思采用一個二進(jìn)制信號，不直接地驅(qū)動電流源的“轉(zhuǎn)換”，而是通過一個變碼器將其變?yōu)橐粋€二進(jìn)制編碼信號，該信號有一個同類狀態(tài)的連續(xù)序列，其瞬時數(shù)目與該二進(jìn)制信號的瞬時值相等，以此通過(另一個)循環(huán)移位寄存器來引起二進(jìn)制信號“轉(zhuǎn)換”，然后，使用這一轉(zhuǎn)換信號驅(qū)動開關(guān)對各個電流源開啟或關(guān)閉或者將它們轉(zhuǎn)換連接。
移位寄存器的移位信號頻率必須至少比取樣信號頻率高出(2-1)倍，在其取樣信號的脈沖重復(fù)率上產(chǎn)生二進(jìn)制信號。然而，這種移位信號并不是總可以得到的，因?yàn)?，比方說，一個頻率相應(yīng)穩(wěn)定的振蕩器對于一項(xiàng)具體的應(yīng)用方面說來價格就太貴了。此外，移位信號的頻率范圍通常要求特殊仔細(xì)地去設(shè)計(jì)集成電路以及要求具體的制作該集成電路的生產(chǎn)方法。
因此，本發(fā)明所提出的目的就是修改上述尚未公開的先有申請中的基本構(gòu)思，方法是將該移位寄存器的時鐘信號頻率大大降低。
本發(fā)明的基本構(gòu)思是在大多數(shù)模擬信號中，特別是在音頻信號中，零線附近的幅度比遠(yuǎn)離靜態(tài)值、特別是最大值的幅度出現(xiàn)的機(jī)會要多得多。此外，由于大多音頻系統(tǒng)都有一種過載存留功能，相應(yīng)于那些模擬信號最大、可能的正、負(fù)值的值實(shí)際上決不會出現(xiàn)在二進(jìn)制信號中。
基于這樣基本上的考慮，按照本發(fā)明，移位寄存器可劃分為多個循環(huán)移位寄存器部分，其中移位信號頻率僅須為相應(yīng)于前述移位寄存器部分?jǐn)?shù)目的、取樣信號頻率的數(shù)分之一。其后者須按權(quán)利要求中以及下述說明中所述方法從變碼器的輸出中驅(qū)除。
下面對本發(fā)明將參照唯一的一張附圖
、即本發(fā)明實(shí)施方案的方框圖進(jìn)行詳細(xì)說明。圖中，二進(jìn)制信號b，即一個n位的、表示音頻的信號，舉例來講，加至變碼器Cω。變碼器Cω將信號變?yōu)橐粋€二進(jìn)制信號，該信號帶有一個最大為2個同樣狀態(tài)的連續(xù)序列，其瞬時數(shù)目與二進(jìn)制信號b的瞬時值相同。該二進(jìn)制信號的編碼因而是一個純記數(shù)碼，其中單元數(shù)與狀態(tài)數(shù)相同。這種碼比如說是一所謂溫度計(jì)碼，其中各個零或1的連續(xù)序列代表二進(jìn)制信號b的瞬時值。這樣，當(dāng)變碼器Cω的15級輸出1…15如圖所示為1時，二進(jìn)制信號Cω，如出現(xiàn)在純二進(jìn)制碼中，其值為1111，相等于十進(jìn)制的15。如果二進(jìn)制信號b有十進(jìn)位值8，輸出1…8為1(正邏輯)或0(負(fù)邏輯)。
如圖所示的實(shí)施方案，其輸出數(shù)為奇數(shù)，輸出8為中間輸出;如輸出數(shù)為偶數(shù)，會有兩個鄰接的中間輸出。如所有的直至中間輸出的輸出處于上述同等的狀態(tài)中，即這些輸出皆為0或1，那么這變碼器Cω的輸出狀態(tài)可視為零線或者視為表示模擬信號所有輸出狀態(tài)的零狀態(tài)。
附圖所示方案基于一具體的數(shù)字例，即二進(jìn)制信號b中位數(shù)n等于4，移位寄存器部分st1、st2、stm的數(shù)目m等于3，以便每一個移位寄存器部分有-P＝(2-1)/m＝5的輸入。
由此，代表二進(jìn)制信號b的脈沖重復(fù)頻率的取樣信號S和作為移位寄存器部分st…的移位信號的時鐘信號之間的頻率比同樣相等于數(shù)字P。為表示這一關(guān)系，圖中包括了分頻器ft，它把時鐘信號t的頻率用p分頻以提供一取樣信號s，并把該信號s加至移位寄存器部分st…的啟動輸入Le上。為了清楚起見，附圖并不表明每一移位寄存器部分st…都是一個循環(huán)式寄存器即其序列輸入與其序列輸出相聯(lián)接。
按照本發(fā)明，變碼器Cω的2-1＝15輸出1…15與后面移位寄存器部分st1、st2、stm的p＝5級輸入的三個組相聯(lián)接。中間輸出8以及在其兩邊的鄰接輸出6、7和9、10即P個鄰接輸出全部與第一移位寄存器部分st1的輸入111…115相聯(lián)接;與第二移位寄存器部分st2的級聯(lián)輸入211…215相聯(lián)接的是在第一p輸出兩側(cè)的全部P個變碼器輸出，即輸出4、5和11、12、13;同理，第三和最末一級的移位寄存器部分stm的級聯(lián)輸入311…315與變碼器Cω的剩余其它的輸出1、2、3和14、15相連接。
通過本發(fā)明的變碼器Cω的級聯(lián)輸出1…15與三個移位寄存器部分st1、st2和stm的級聯(lián)輸入111…115、211、…215和311…315連接方式，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，本D/A變換器經(jīng)常表現(xiàn)了對于變碼器Cω的P輸出狀態(tài)來說理想的線性。僅僅在超出了這個范圍的時候，才出現(xiàn)一些可予準(zhǔn)許的非線性，但在這個范圍內(nèi)，由于微小模擬信號，比如低音頻信號的存在，線性得到全部保留。
為實(shí)現(xiàn)上述“轉(zhuǎn)換”，在取樣信號S(該信號加至移位寄存器部分st…的啟動輸入Le)的每一周期的開始期，變碼器Cω的瞬時輸出狀態(tài)傳輸至移位寄存器部分并且在該周期內(nèi)轉(zhuǎn)換。在下一周期的開始期，下一狀態(tài)被輸入，然后“轉(zhuǎn)換”。
附圖大致地表示移位寄存器st的每一級聯(lián)輸出都有一個與其相連的開關(guān)sω，后接一個電流源c。這些開關(guān)sω由移位寄存器部分的各自的輸出信號所關(guān)閉或開啟。開關(guān)設(shè)在電流源的電流通路的適當(dāng)位置上，以使各自的電流得以從匯總點(diǎn)sp上轉(zhuǎn)換或切斷，或者從匯總點(diǎn)流入或流出。
該示意圖還表示了上述電流源C的電流庫，其電流都流入?yún)R總點(diǎn)sp作為D/A變換器的模擬輸出aa。匯總點(diǎn)sp通過圖示電阻器與電壓源的電壓相連接。
如果移位寄存器部分的數(shù)目是總級聯(lián)輸入數(shù)超過變碼器Cω的輸出數(shù)，那么多出的級聯(lián)輸入必須接至一恒定電壓上。比如，如果有15個變碼器輸出，四個移位寄存器部分，每一個有一個輸入，就應(yīng)該這樣接，以便勻出一個輸入并將其接至恒壓上。
本發(fā)明的D/A轉(zhuǎn)換器最好采用集成電路技術(shù)，特別是MOS技術(shù)?？梢允且惠^大的集成電路，但也可由一單獨(dú)的集電路來充當(dāng)。
權(quán)利要求
1.用于代表模擬信號的n數(shù)二進(jìn)制信號(b)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其中，模擬信號產(chǎn)生于取樣信號的脈沖重復(fù)頻率上并且控制各個開關(guān)(sω)，控制方式是與每一開關(guān)相連的電流源(c)的恒定電流從所有電流的一個匯總點(diǎn)(sp)上轉(zhuǎn)接或切斷，形成一個模擬輸出(aa)或者從匯總點(diǎn)上流入或流出，該數(shù)模轉(zhuǎn)換器包括一個循環(huán)移位寄存器，該寄存器有若干狀態(tài)輸出，每一狀態(tài)輸出驅(qū)動每一開關(guān)，其特征是二進(jìn)制信號(b)加至一變碼器(cω)，該變碼器將此二進(jìn)制信號轉(zhuǎn)變?yōu)橐粠в凶畲鬄?n個同類狀態(tài)的連續(xù)序列的層進(jìn)制信號，其瞬時數(shù)目與該二進(jìn)制信號的瞬時值相等；該循環(huán)移位寄存器包括m個循環(huán)寄存器部分(st…)，對這些部分加入時鐘信號(t)作為移位信號，其頻率為取樣頻率(s)的p=(2n-1)/m倍，并且對其啟動輸入(Le)加入取樣信號，以及變碼器(cω)的每一級聯(lián)輸出(下稱輸出(1…15)與各個移位寄存器部分其中之一的P級聯(lián)輸入(下稱輸入)之一(111…115；211…215；311…315)相聯(lián)接，其方式如下…包括其第一P個輸出的中間輸出(8)或兩個中間輸出以及兩邊許多鄰近輸出(6、7；9、10)與第一移位寄存器部分(st1)的輸入(111…115)相連接；…包括第二個P個輸出的第一P個輸出兩邊許多鄰近輸出(4，5；11、12、13)與第二移位寄存器(st2)部分的輸入端(211…215)相聯(lián)接，…以此類推，以至第m個移位寄存器部分(stm)。其P個輸入的其余任何輸入皆與一恒定電壓相連接。
全文摘要
在附帶“轉(zhuǎn)換”電流源(c)的D/A轉(zhuǎn)換器中，一個單獨(dú)的循環(huán)移位寄存器由m個循環(huán)移位寄存器部分(st…)所代替。其p＝(2-1)/m的輸入和n數(shù)二進(jìn)制信號(b)電-變碼器(cω)改變?yōu)闇囟扔?jì)碼。變碼器中間輸出(8)和在其兩邊的變碼器相同數(shù)目的輸出與該移位寄存器部分之一(st1)相連。同理，變碼器由中間向外的輸出與其它移位寄存器相連。這樣，時鐘信號(t)作為一個移位信號用于移位寄存器部分僅需具有一個頻率，該頻率是取樣信號的p倍，以其取樣信號，一個比如模擬音頻信號被數(shù)字化。
文檔編號H03M1/74GK1035216SQ8810840
公開日1989年8月30日 申請日期1988年12月9日 優(yōu)先權(quán)日1987年12月10日
發(fā)明者弗納·里克 申請人:德國Itt工業(yè)有限公司