DE102022203532A1

DE102022203532A1 - Leckstromkompensation für thermometrischen digital-analog-wandler (dac) mit analoger decodierung

Info

Publication number: DE102022203532A1
Application number: DE102022203532.1A
Authority: DE
Inventors: Florian Brugger; Wolfgang Milachowski; Christoph Schroers
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2021-04-07
Filing date: 2022-04-07
Publication date: 2022-10-13
Also published as: US11362668B1; CN115208394A

Abstract

Ein Verfahren zum Umwandeln eines N-Bit-Digitalcodes in analoge Ausgangsströme umfasst ein schaltbares Verbinden einer ersten Anzahl von PN-Übergängen mit einem positiven Ausgangsanschluss und einer zweiten Anzahl von PN-Übergängen mit einem negativen Ausgangsanschluss auf Basis des N-Bit-Digitalcodes und ein schaltbares Verbinden einer Vielzahl von zusätzlichen PN-Übergängen mit dem positiven Ausgangsanschluss und dem negativen Ausgangsanschluss auf Basis des N-Bit-Digitalcodes, einschließlich eines Verbindens einer ersten Anzahl von zusätzlichen PN-Übergängen mit dem positiven Ausgangsanschluss auf Basis des N-Bit-Digitalcodes und eines Verbindens einer zweiten Anzahl von zusätzlichen PN-Übergängen mit dem negativen Ausgangsanschluss auf Basis des N-Bit-Digitalcodes, so dass eine erste Summe aus der ersten Anzahl von PN-Übergängen und der ersten Anzahl von zusätzlichen PN-Übergängen gleich einer zweiten Summe aus der zweiten Anzahl von PN-Übergängen und der zweiten Anzahl von zusätzlichen PN-Übergängen ist.

Description

In vielen Anwendungen, die hohe Geschwindigkeit, niedrige Kosten und hochauflösende Daten erfordern, wird ein Digital-Analog-Wandler (DAC) verwendet, um eine Verbindung zwischen der digitalen und der analogen Domäne herzustellen. Dabei besteht oft ein Kompromiss zwischen der Genauigkeit und den Kosten oder dem Platzbedarf auf dem Chip. Ein thermometrischer (d.h. thermometercodierter) DAC bietet eine schnelle und hochpräzise DAC-Architektur, erfordert jedoch eine hohe Anzahl von Komponenten und Leitungsabschnitten. Ein thermometrischer DAC enthält für jeden möglichen Wert des DAC-Ausgangs einen gleichen Widerstands- oder Stromquellenabschnitt.
Wenn ein thermometrischer DAC erforderlich ist (z.B. um Monotonie zu erzielen) und durch einen binären Eingangscode gesteuert werden soll, wird zum Steuern jeder Stromquelle eine Binär-Thermometer-Decodierung benötigt. Diese Funktion ist auf zwei Arten umsetzbar. Erstens kann ein Digital-Decodierer angeschlossen sein, der die N Eingangsbits in 2^N Ausgangssignale zum Schalten der Stromquellen umwandelt. Dies ergibt die höchste analoge Leistungsfähigkeit hinsichtlich der Geschwindigkeit, jedoch mit höherem Platzbedarf. Zweitens kann für die Binär-Thermometer-Decodierung eine Analogschaltmatrix verwendet werden, die mit den Stromquellen in Reihe geschaltet ist. Das zweite Verfahren bietet hinsichtlich des Platzbedarfs eine günstigere Lösung. Darüber hinaus können hochauflösende DAUs auch aus zwei oder mehr kaskadierten DAUs bestehen.
Ein Nachteil bei der Verwendung einer Analogschaltmatrix für die Binär-Thermometer-Decodierung ist die große Anzahl von Schaltern (z.B. Transistoren) in der analogen Schaltungsanordnung, die der Strom durchfließen muss. Die Schalter sind mit Unzulänglichkeiten wie etwa parasitären Kapazitäten und Leckstrom behaftet. Während die parasitäre Kapazität der Schalter den DAC verlangsamt, wird durch den Leckverlust der Schalter die Linearität des DAC eingeschränkt. Insbesondere ist bekannt, dass ein thermometrischer DAC aufgrund seiner Konstruktion monoton ist. Die einzige Einschränkung ist dabei der Leckverlust der Schalter in der Analogschaltmatrix. Simulationen zeigen, dass es sich nicht um den Kanalleckverlust handelt (der durch spezielle Implantierungen, Vorrichtungen mit hoher Schwellenspannung (voltage threshold; VT), negative Gate-Source-Spannung VGS im ausgeschalteten Zustand usw. reduziert werden kann), sondern um den Leckverlust zwischen den Diffusionen von Drain und Source und dem Substratknoten. Mit anderen Worten: Der Leckverlust tritt an den p-n- (PN-) Übergängen der Schalter auf. Das bedeutet, dass jeder Schalter einen gewissen Strom aus seinem Drain sowie seinem Source an Masse ableitet. Leider variiert die Menge der PN-Übergänge, die mit einem negativen und einem positiven Ausgangsanschluss des DAC verbunden sind, mit dem gewählten DAC-Eingangscode, so dass Linearitäts- und Monotonitätsfehler auftreten können.
Es kann daher eine verbesserte Vorrichtung wünschenswert sein, die fähig ist, Leckstrom in einem thermometrischen DAC mit analoger Decodierung bei variierendem DAC-Eingangscode dynamisch zu kompensieren.
Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, einen thermometrischen Digital-Analog-Wandler (DAC) und ein Verfahren zum Umwandeln eines N-Bit-Digitalcodes in analoge Ausgangsströme mit verbesserten Eigenschaften bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch einen thermometrischen Digital-Analog-Wandler (DAC) gemäß Anspruch 1 und durch ein Verfahren zum Umwandeln eines N-Bit-Digitalcodes in analoge Ausgangsströme gemäß Anspruch 16 gelöst.
In einem oder mehreren Ausführungsbeispielen wird ein thermometrischer Digital-Analog-Wandler (DAC) bereitgestellt, der dazu ausgebildet ist, einen N-Bit-Digitalcode in analoge Ausgangsströme umzuwandeln, wobei N eine ganze Zahl größer als eins ist, wobei der thermometrische DAC aufweist: 2^N Stromquellen, die zum Erzeugen von 2^N Strömen ausgebildet sind; einen positiven Ausgangsanschluss, der dazu ausgebildet ist, einen ersten Teil der 2^N Ströme als ersten Ausgangsstrom auf Basis des N-Bit-Digitalcodes zu empfangen; einen negativen Ausgangsanschluss, der dazu ausgebildet ist, einen zweiten Teil der 2^N Ströme als zweiten Ausgangsstrom auf Basis des N-Bit-Digitalcodes zu empfangen, wobei der zweite Teil umgekehrt proportional zu dem ersten Teil ist; eine Analogtransistormatrix, die zwischen die 2^N Stromquellen und den positiven und den negativen Ausgangsanschlus geschaltet ist, wobei die Analogtransistormatrix eine Vielzahl von PN-Übergängen umfasst, die auf Basis des N-Bit-Digitalcodes schaltbar mit dem positiven Ausgangsanschluss und dem negativen Ausgangsanschluss verbunden sind, einschließlich einer mit dem positiven Ausgangsanschluss verbundenen ersten Anzahl von PN-Übergängen, die auf Basis des N-Bit-Digitalcodes variiert, und einer mit dem negativen Ausgangsanschluss verbundenen zweiten Anzahl von PN-Übergängen, die auf Basis des N-Bit-Digitalcodes variiert; und eine Kompensationsschaltung, die eine Vielzahl von zusätzlichen PN-Übergängen umfasst, welche auf Basis des N-Bit-Digitalcodes schaltbar mit dem positiven Ausgangsanschluss und dem negativen Ausgangsanschluss verbunden sind, wobei die Kompensationsschaltung dazu ausgebildet ist, eine erste Anzahl von zusätzlichen PN-Übergängen auf Basis des N-Bit-Digitalcodes mit dem positiven Ausgangsanschluss zu verbinden und eine zweite Anzahl von zusätzlichen PN-Übergängen auf Basis des N-Bit-Digitalcodes mit dem negativen Ausgangsanschluss zu verbinden, so dass eine erste Summe aus der ersten Anzahl von PN-Übergängen und der ersten Anzahl von zusätzlichen PN-Übergängen gleich einer zweiten Summe aus der zweiten Anzahl von PN-Übergängen und der zweiten Anzahl von zusätzlichen PN-Übergängen ist.
In einem oder mehreren Ausführungsbeispielen wird ein Verfahren zum Umwandeln eines N-Bit-Digitalcodes in analoge Ausgangsströme bereitgestellt, wobei N eine ganze Zahl größer als eins ist, wobei das Verfahren aufweist: Erzeugen von 2^N Strömen; Empfangen eines ersten Teils der 2^N Ströme als erster Ausgangsstrom auf Basis des N-Bit-Digitalcodes durch einen positiven Ausgangsanschluss; Empfangen eines zweiten Teils der 2^N Ströme als zweiter Ausgangsstrom auf Basis des N-Bit-Digitalcodes durch einen negativen Ausgangsanschluss, wobei der zweite Teil umgekehrt proportional zu dem ersten Teil ist; schaltbares Verbinden einer Vielzahl von PN-Übergängen mit dem positiven Ausgangsanschluss und dem negativen Ausgangsanschluss auf Basis des N-Bit-Digitalcodes, einschließlich einer mit dem positiven Ausgangsanschluss verbundenen ersten Anzahl von PN-Übergängen, die auf Basis des N-Bit-Digitalcodes variiert, und einer mit dem negativen Ausgangsanschluss verbundenen zweiten Anzahl von PN-Übergängen, die auf Basis des N-Bit-Digitalcodes variiert; und schaltbares Verbinden einer Vielzahl von zusätzlichen PN-Übergängen mit dem positiven Ausgangsanschluss und dem negativen Ausgangsanschluss auf Basis des N-Bit-Digitalcodes, einschließlich eines Verbindens einer ersten Anzahl von zusätzlichen PN-Übergängen mit dem positiven Ausgangsanschluss auf Basis des N-Bit-Digitalcodes und eines Verbindens einer zweiten Anzahl von zusätzlichen PN-Übergängen mit dem negativen Ausgangsanschluss auf Basis des N-Bit-Digitalcodes, so dass eine erste Summe aus der ersten Anzahl von PN-Übergängen und der ersten Anzahl von zusätzlichen PN-Übergängen gleich einer zweiten Summe aus der zweiten Anzahl von PN-Übergängen und der zweiten Anzahl von zusätzlichen PN-Übergängen ist.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher erläutert. Es zeigen:

1 ein schematisches Diagramm eines thermometrischen 3-Bit-DAC mit einer Leckstromkompensationsschaltung gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen;
2A - 2H schematische Diagramme des in 1 dargestellten thermometrischen 3-Bit-DAC zusammen mit entsprechenden Strompfaden und PN-Übergängen, die mit jedem Ausgangsanschluss verbunden sind, gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen;
3A einen Graphen, der ein Variieren der Ausgangsströme entsprechend dem DAC-Eingangscode gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen darstellt;
3B einen Graphen, der ein Variieren einer Anzahl der PN-Übergänge, die auf Basis des DAC-Eingangscodes mit jedem Ausgangsanschluss verbunden sind, gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen darstellt;
3C eine Tabelle für einen 3-Bit-DAC, in der zusammengefasst sind: die aus einer Stromquellenstufe stammenden Ausgangsströme an jedem Ausgangsanschluss, eine Anzahl der PN-Übergänge, die auf Basis des DAC-Eingangscodes mit jedem Ausgangsanschluss verbunden sind, sowie eine Anzahl der zusätzlichen PN-Übergänge, die auf Basis des DAC-Eingangscodes mit jedem Ausgangsanschluss verbunden sind;
3D einen Graphen, der eine Anzahl der mit jedem Ausgangsanschluss verbundenen PN-Übergänge für unterschiedliche DAC-Eingangscodes nach der Kompensation durch die Leckstromkompensationsschaltung gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen darstellt;
4A und 4B schematische Diagramme der Leckstromkompensationsschaltung, der zwei verschiedene Eingangscodes 000 beziehungsweise 111 zugeführt werden, gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen; und
5 eine Tabelle für einen 4-Bit-DAC, in der zusammengefasst sind: die aus einer Stromquellenstufe stammenden Ausgangsströme an jedem Ausgangsanschluss, eine Anzahl der PN-Übergänge, die auf Basis des DAC-Eingangscodes mit jedem Ausgangsanschluss verbunden sind, sowie eine Anzahl der zusätzlichen PN-Übergänge, die auf Basis des DAC-Eingangscodes mit jedem Ausgangsanschluss verbunden sind.

Zur gründlicheren Erläuterung der beispielhaften Ausführungsformen werden nun Details angegeben. Für den Fachmann ist jedoch ersichtlich, dass Ausführungsbeispiele auch ohne diese spezifischen Details anwendbar sind. In anderen Fällen sind bekannte Strukturen und Vorrichtungen in Form eines Blockdiagramms oder in schematischer Darstellung statt im Detail gezeigt, um eine Verundeutlichung der Ausführungsbeispiele zu vermeiden. Außerdem sind Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele, die nachfolgend beschrieben werden, miteinander kombinierbar, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben.
Des Weiteren sind äquivalente oder gleiche Elemente oder solche mit äquivalenter oder gleicher Funktionalität in der folgenden Beschreibung mit äquivalenten oder gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Da gleiche oder funktionell äquivalente Elemente in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen sind, kann auf eine wiederholte Beschreibung der Elemente mit gleichen Bezugsziffern verzichtet werden. Beschreibungen von Elementen mit gleichen oder einander entsprechenden Bezugsziffern sind daher gegeneinander austauschbar.
Richtungsangebende Terminologie wie etwa „obere(r/s)“, „untere(r/s)“, „unter“, „über“, „vordere(r/s)“, „hinter“, „rückseitig“, „führend“, „nachfolgend“ usw. kann in diesem Zusammenhang mit Bezug auf die Ausrichtung der beschriebenen Figuren verwendet werden. Da die Ausführungsbeispiele teilweise in mehreren unterschiedlichen Ausrichtungen positioniert sein können, dient die richtungsangebende Terminologie hier zur Veranschaulichung. Es wird darauf hingewiesen, dass auch andere Ausführungsbeispiele verwendet und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne den durch die Ansprüche definierten Schutzumfang zu verlassen. Die folgende ausführliche Beschreibung ist daher nicht einschränkend zu verstehen. Richtungsangebende Terminologie, die in den Ansprüchen verwendet wird, kann dazu beitragen, die räumliche Beziehung oder Lagebeziehung eines Elements zu einem anderen Element oder Merkmal zu definieren, ohne dass jedoch eine Einschränkung auf eine bestimmte Ausrichtung besteht.
Wenn ein Element als mit einem anderen „verbunden“ oder „gekoppelt“ bezeichnet wird, ist dies so zu verstehen, dass es mit dem anderen Element direkt verbunden oder gekoppelt sein kann oder zwischenliegende Elemente vorhanden sein können. Wird dagegen ein Element als mit einem anderen Element „direkt verbunden“ oder „direkt gekoppelt“ bezeichnet, dann sind keine zwischenliegenden Elemente vorhanden. Andere Wörter, die zum Beschreiben der Beziehung zwischen den Elementen verwendet werden, sind auf die gleiche Weise zu verstehen (z.B. „zwischen“ versus „direkt zwischen,“ „angrenzend“ versus „direkt angrenzend“ usw.).
Bei Ausführungsbeispielen, die vorliegend beschrieben oder in den Zeichnungen dargestellt sind, ist jede direkte elektrische Verbindung oder Kopplung, d.h., jede Verbindung oder Kopplung ohne zusätzliche zwischenliegende Elemente, auch durch eine indirekte Verbindung oder Kopplung implementierbar, d.h. durch eine Verbindung oder Kopplung mit einem oder mehreren zusätzlichen zwischenliegenden Elementen, oder umgekehrt, sofern dabei der allgemeine Zweck der Verbindung oder Kopplung, beispielsweise zum Übertragen einer bestimmten Art von Signal oder zum Übertragen einer bestimmten Art von Informationen, im Wesentlichen erhalten bleibt. Merkmale aus verschiedenen Ausführungsbeispielen können zu weiteren Ausführungsbeispielen kombiniert werden. Beispielsweise können Varianten oder Abwandlungen, die mit Bezug auf eines der der Ausführungsbeispiele beschrieben werden, auch auf andere Ausführungsbeispiele anwendbar sein, sofern nicht anders angegeben.
Der Ausdruck „im Wesentlichen“ kann hier verwendet werden, um geringe Fertigungstoleranzen (z.B. bis 5%), die in der Industrie als akzeptabel gelten, zu berücksichtigen, ohne die Aspekte der hier beschriebenen Ausführungsbeispiele zu verlassen.
In der vorliegenden Offenbarung können Ausdrücke mit Ordnungszahlen wie etwa „erste“, „zweite“ und/oder dergleichen verschiedene Elemente modifizieren. Diese Elemente werden jedoch durch die obigen Ausdrücke nicht eingeschränkt. Beispielsweise schränken die obigen Ausdrücke nicht die Reihenfolge und/oder Bedeutung der Elemente ein. Die obigen Ausdrücke dienen lediglich zur Unterscheidung eines Elements von den anderen Elementen. Zum Beispiel sind verschiedene Kästen als ein erster Kasten und ein zweiter Kasten bezeichnet, obwohl beides Kästen sind. Als weiteres Beispiel könnte ein erstes Element als zweites Element und ebenso ein zweites Element auch als erstes Element bezeichnet werden, ohne den Umfang der vorliegenden Offenbarung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele zielen auf die Kompensation von Leckströmen in einem thermometrischen Digital-Analog-Wandler (DAC), in dem eine Analogschaltmatrix-Architektur verwendet wird. Die Analogschaltmatrix-Architektur ist eine kaskadierte Stromführungsarchitektur, die ein platzsparendes Mittel bietet, um einen binären DAC-Eingangscode in eine analoge thermometrische Quantität wie etwa analoge Ausgangsströme umzuwandeln.
1 ist ein schematisches Diagramm eines thermometrischen 3-Bit-DAC mit einer Leckstromkompensationsschaltung gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen. Es wird angemerkt, dass zwar ein 3-Bit-DAC als Beispiel verwendet wird, die hier beschriebenen Konzepte jedoch auf jeden Mehrbit-DAC anwendbar sind. Der thermometrische DAC weist eine Analogschaltmatrix mit einer kaskadierten Architektur aus Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) als Schaltern auf. Im folgenden Beispiel ist der 3-Bit Eingangscode durch die Bits D2, D1 und D0 dargestellt, wobei D2 das höchstwertige Bit (most significant bit; MSB) und D0 das niedrigstwertige Bit (least significant bit; LSB) ist.
Der thermometrische DAC umfasst eine Stromquellenstufe 100 (d.h. eine Eingangsstromstufe) mit einer Referenzstromquelle 1, die einen Eingangsvorspannungsstrom IB erzeugt, einen Referenztransistor Q1, der mehrere Slave-Transistoren Q2 - Q9 als Stromquellen ansteuert, und die Transistoren Q2 - Q9, die gleiche Ströme I in die Analogschaltmatrix einleiten. Anders ausgedrückt, sind die Transistoren Q1 - Q9 aneinander angepasst. Der thermometrische DAC enthält für jeden möglichen Wert des DAC-Ausgangs eine Stromquelle. Bei einem thermometrischen 3-Bit-DAC gibt es acht mögliche Dezimalwerte (0 - 7), also in diesem Beispiel acht Stromquellen Q2 - Q9, die jeweils Strom I in die Analogschaltmatrix einleiten. Mit anderen Worten wandelt der thermometrische DAC einen N-Bit-Digitalcode um und weist 2^N Stromquellen auf, die zum Erzeugen von 2^N Strömen ausgebildet sind, wobei N eine ganze Zahl größer als eins ist.
Die Analogschaltmatrix ist zwischen die Stromquellenstufe 100 (d.h. eine Eingangsstromstufe) und eine Ausgangsstromstufe 500 geschaltet. Die Ausgangsstromstufe 500 weist drei Ausgangsanschlüsse auf, die aus der Analogschaltmatrix empfangenen Strom ausgeben. Die drei Ausgangsanschlüsse umfassen einen positiven Ausgangsanschluss IOUT_P, einen negativen Ausgangsanschluss IOUT_N und einen mittleren Ausgangsanschluss IOUT_C, der zwischen den anderen beiden Ausgangsanschlüssen angeordnet und dazwischengeschaltet ist.
Die Analogschaltmatrix umfasst eine Anzahl N von kaskadierten Stufen von Schaltern (z.B. MOSFETs), wobei N gleich der Anzahl der Bits des DAC (d.h. der binären Busbreite des DAC) ist. In diesem Beispiel ist N = 3 für einen 3-Bit-DAC. Genauer gesagt, umfasst die Analogschaltmatrix eine erste Stufe 200 mit den Schaltern 201 - 216, die durch das MSB (d.h. das Bit N oder D2) eines Eingangscodes gesteuert sind, eine zweite Stufe 300 mit den Schaltern 301 - 308, die durch das nächste MSB (d.h. das Bit N-1 oder D1) des Eingangscodes gesteuert sind, und eine dritte Stufe 400 mit den Schaltern 401 - 404, die durch das nächste MSB (d.h. das Bit N-2 oder D0) des Eingangscodes gesteuert sind. Die letzte Stufe, die direkt an die Ausgangsstufe gekoppelt ist, ist auch die LSB-Stufe der Analogschaltmatrix. Die Bitwerte D2, D1 und D0 oder deren invertierte Bitwerte werden den Gate-Anschlüssen ihrer jeweiligen Schalter zugeführt, um deren ein- oder ausgeschalteten Zustand zu steuern.
Die Schalter sind in Paaren angeordnet, wobei jedes Paar einen Lastanschluss (z.B. einen Drain-Anschluss) hat, die direkt miteinander gekoppelt sind und einen Teil des Stroms aus der vorangegangenen Stufe empfangen. Die Schalter eines Paar sind zueinander komplementär, das heißt, wenn der eine Schalter des Paars eingeschaltet ist, ist der andere Schalter des Paars ausgeschaltet. Zum Beispiel kann der eine Schalter an seinem Gate einen invertierten Bitwert empfangen, um den Schalter in den entgegengesetzten Ein/Aus-Zustand wie sein Gegenstück in dem Paar zu versetzen. Beispielsweise bilden die Transistoren 201 und 202 ein Transistorpaar, wobei der Transistor 201 an seinem Gate D2 empfängt und wobei der Transistor 202 an seinem Gate das invertierte D2 (d.h. NICHT D2) empfängt. Ein weiteres Paar bilden die Transistoren 203 und 204, ein weiteres die Transistoren 205 und 206, ein weiteres die Transistoren 301 und 302, ein weiteres die Transistoren 401 und 402 und so weiter. Die Stufe 200 umfasst also 8 komplementäre Paare, die Stufe 300 umfasst 4 komplementäre Paare, und die Stufe 400 umfasst 2 komplementäre Paare.
Die Schalter der Analogschaltmatrix (d.h. die Schalter 201 - 216, 301 - 308 und 401 - 404) sind dazu ausgebildet, die eingeleiteten Ströme I auf Basis des digitalen Eingangscodes zu einem der drei Ausgangsanschlüsse zu lenken, wobei die Gewichtung jedes Ausgangsstroms dem digitalen Eingangscode entspricht. Ein gewichteter Wert eines Ausgangsstroms verändert sich auf Basis des dort hingeführten Stroms, der natürlich vom digitalen Eingangscode abhängt. Der Ausgangsstrom an dem mittleren Ausgangsanschluss IOUT_C liegt, ohne Bezug auf den digitalen Eingangscode, konstant immer bei einer einzelnen Stromeinheit (d.h. I). Die gewichteten Ströme variieren also an dem positiven Ausgangsanschluss IOUT_P und dem negativen Ausgangsanschluss IOUT_N invers zueinander auf Basis des digitalen Eingangscodes. Mit anderen Worten: Der thermometrische DAC wandelt den N-Bit-Digitalcode in analoge Ausgangsströme um, indem er Teile der 2^N Ströme entsprechend dem N-Bit-Digitalcode zu den Ausgangsanschlüssen IOUT_P, IOUT_N und IOUT_C lenkt.
Wenn beispielsweise die Summe der aufgenommenen Ströme 8I ist, gilt: bei einem Eingangscode 000, IOUT_P = 0, IOUT_N = 7I und IOUT_C = I; bei einem Eingangscode 001, IOUT_P = I, IOUT_N = 6I und IOUT_C = I; bei einem Eingangscode 010, IOUT_P = 21, IOUT_N = 5I und IOUT_C = I; bei einem Eingangscode 011, IOUT_P = 31, IOUT_N = 4I und IOUT_C = I; bei einem Eingangscode 100, IOUT_P = 41, IOUT_N = 3I und IOUT_C = I; bei einem Eingangscode 101, IOUT_P = 5I, IOUT_N = 2I und IOUT_C = I; bei einem Eingangscode 110, IOUT_P = 61, IOUT_N = I und IOUT_C = I; und bei einem Eingangscode 111, IOUT_P = 71, IOUT_N = 0 und IOUT_C = I. Ausschließlich positive Stromquellen vorausgesetzt, erhöht sich mit einer Erhöhung des digitalen Eingangs immer der positive analoge Ausgang. Die analogen Stromwerte an dem positiven Ausgangsanschluss IOUT_P und dem negativen Ausgangsanschluss IOUT_N sind dementsprechend eine Übersetzung des digitalen Eingangscodes.
Ein Transistorpaar lenkt einen aus der vorangegangenen Stufe empfangenen Teil des Stroms entweder zu einem linken Knoten oder zu einem rechten Knoten, der dem Transistorpaar nachgeschaltet ist. Beispielsweise bilden die Transistoren 201 und 202 ein Transistorpaar, das einen Strom I (d.h. eine Stromeinheit) aus der Stromquelle Q2 der Stromquellenstufe 100 empfängt und den empfangenen Strom I entweder nach links zu dem positiven Ausgangsanschluss IOUT_P lenkt, wenn D2=1 (d.h. der Schalter 201 eingeschaltet und der Schalter 202 ausgeschaltet ist), oder nach rechts zu dem Eingang des Transistorpaars 301 und 302 lenkt, wenn D2=0 (d.h. der Schalter 201 ausgeschaltet ist und der Schalter 202 eingeschaltet ist). Als weiteres Beispiel bilden die Transistoren 203 und 204 ein Transistorpaar, das einen Strom I aus der Stromquelle Q3 der Stromquellenstufe 100 empfängt und den empfangenen Strom I entweder nach links zu dem Eingang des Transistorpaars 301 und 302 lenkt, wenn D2=1 (d.h. der Schalter 203 eingeschaltet ist und der Schalter 204 ausgeschaltet ist), oder nach rechts zu dem negativen Ausgangsanschluss IOUT_N lenkt, wenn D2=0 (d.h. der Schalter 203 ausgeschaltet ist und der Schalter 204 eingeschaltet ist). Das Transistorpaar 301 und 302 lenkt einen empfangenen Strom dann entweder nach links zu dem positiven Ausgangsanschluss IOUT_P, wenn D1=1 (d.h. der Schalter 301 eingeschaltet ist und der Schalter 302 ausgeschaltet ist), oder nach rechts zu dem Eingang des Transistorpaars 401 und 402, wenn D1=0 (d.h. der Schalter 301 ausgeschaltet ist und der Schalter 302 eingeschaltet ist).
Jeder Schalter 201 - 216, 301 - 308 und 401 - 404 umfasst zwei PN-Übergänge (d.h. einen Source-Gate-PN-Übergang und einen Drain-Gate-PN-Übergang). Dementsprechend gibt es in einem 3-Bit-DAC insgesamt 56 PN-Übergänge (d.h. # oder Anzahl PNgesamt = 56), mit jeweils einem gewissen Leckstrom, der abhängig vom Eingangscode entweder zu dem positiven Ausgangsanschluss IOUT_P oder zu dem negativen Ausgangsanschluss IOUT_N geleitet wird. Somit kann durch die Leckströme der Stromausgang an dem positiven Ausgangsanschluss IOUT_P und dem negativen Ausgangsanschluss IOUT_N von den vorgesehenen Analogwerten abweichen. Darüber hinaus variiert die Anzahl der Leckströme, die zu einem bestimmten Ausgangsanschluss geleitet werden, auf Basis der Anzahl der PN-Übergänge, die mit diesem Ausgangsanschluss verbunden sind, und diese Anzahl verändert sich auf Basis des Eingangscodes. Mit anderen Worten: Ohne Kompensation können die Leckströme ein Ungleichgewicht der Ströme verursachen, die an dem positiven Ausgangsanschluss IOUT_P und dem negativen Ausgangsanschluss IOUT_N ausgegeben werden, und dieses Ungleichgewicht kann sich abhängig vom Eingangscode verändern.
Die Kompensation der Leckströme hat daher zum Ziel, sicherzustellen, dass ohne Bezug auf den Eingangscode die gleiche Menge an Leckstrom sowohl aus dem positiven Ausgangsanschluss IOUT_P als auch aus dem negativen Ausgangsanschluss IOUT_N fließt. Die Leckströme, die an dem positiven Ausgangsanschluss IOUT_P und dem negativen Ausgangsanschluss IOUT_N vorhanden sind, heben einander auf diese Weise nach einem Gleichtaktprinzip auf.
Wenn man in jeder Vorrichtung und jedem PN-Übergang den gleichen Leckstrom annimmt, ist die Menge des zusätzlichen Stroms in dem positiven und dem negativen Ausgang (IOUT_P, IOUT_N) deterministisch.
Die 2A - 2H sind schematische Diagramme des in 1 dargestellten thermometrischen 3-Bit-DAC mit den entsprechenden Strompfaden und PN-Übergängen, die mit jedem der Ausgangsanschlüsse IOUT_P, IOUT_N und I_OUTC verbunden sind. Anzahl PN@IOUT_P gibt die Anzahl der PN-Übergänge an, die bei einem bestimmten Eingangscode mit dem Ausgangsanschluss IOUT_P verbunden sind, Anzahl PN@IOUT_N gibt die Anzahl der PN-Übergänge an, die bei einem bestimmten Eingangscode mit dem Ausgangsanschluss IOUT_N verbunden sind, und Anzahl PN@IOUT_C gibt die Anzahl der PN-Übergänge an, die bei einem bestimmten Eingangscode mit dem Ausgangsanschluss IOUT_C verbunden sind. Es wird angemerkt, dass der mittlere Ausgangsanschluss OUT_C immer mit der gleichen Anzahl PN-Übergänge verbunden ist (d.h. bei einem 3-Bit-DAC mit 12 PN-Übergängen) und, ohne Bezug auf den Eingangscode (d.h. von diesem unabhängig), eine einzelne Stromeinheit I aus der Analogschaltmatrix empfängt.
3A ist ein Graph, der ein Variieren der Ausgangsströme entsprechend dem DAC-Eingangscode darstellt. Wie oben angemerkt, bleibt der Ausgangsstrom an dem mittleren Ausgangsanschluss IOUT_C konstant, während die Ausgangsströme an dem positiven und dem negativen Ausgangsanschluss IOUT_P und IOUT_N auf Basis des DAC-Eingangscodes zueinander invers sind. Die Menge des Stroms, der durch den positiven Ausgangsanschluss IOUT_P empfangen und ausgegeben wird, ausgenommen Leckströme aus angeschlossenen PN-Übergängen, entspricht dem Dezimalwert des DAC-Eingangscodes.
3B ist ein Graph, der ein Variieren einer Anzahl der PN-Übergänge, die auf Basis des DAC-Eingangscodes mit jedem Ausgangsanschluss IOUT_P, IOUT_C und IOUT_N verbunden sind, darstellt, wenn die Zahl der PN-Übergänge, die mit den positiven und dem negativen Ausgangsanschluss IOUT_P und IOUT_N verbunden sind, nicht durch die Kompensationsschaltung 600 kompensiert wird. Dieser Graph zeigt die Differenz der Leckströme, die durch den positiven und den negativen Ausgangsanschluss IOUT_P und IOUT_N empfangen werden, und die Veränderungen der Differenz in Abhängigkeit von dem DAC-Eingangscode. Wie unten ausführlicher erläutert wird, ist die Kompensationsschaltung 600 dazu ausgebildet, die Zahl der PN-Übergänge, die mit jedem positiven und negativen Ausgangsanschluss IOUT_P und IOUT_N verbunden sind, anzugleichen und dadurch die Menge des Leckstroms anzugleichen, den diese Ausgangsanschlüsse empfangen. Die Anzahl der PN-Übergänge, die mit dem mittleren Ausgangsanschluss IOUT_C verbunden sind, braucht nicht kompensiert zu werden, da die Anzahl der damit verbundenen PN-Übergänge, ohne Bezug auf den DAC-Eingangscode, gleich bleibt.
3C zeigt eine Tabelle, in der zusammengefasst sind: die aus der Stromquellenstufe 100 stammenden Ausgangsströme an jedem Ausgangsanschluss und eine Anzahl der PN-Übergänge, die mit jedem Ausgangsanschluss auf Basis des DAC-Eingangscodes verbunden sind, der aus den Bits D2, D1 und D0 besteht, die einen Dezimalwert (z.B. einen Wert im Bereich von 0 bis 7) darstellen.
Eine Anzahl „unkompensierter“ PN-Übergänge bezeichnet diejenigen PN-Übergänge, die nur aus der Analogschaltmatrix angeschlossen sind (z.B. Stufen 200, 300 und 400); dagegen bezeichnet eine Anzahl „kompensierter“ PN-Übergänge diejenigen PN-Übergänge, die aus der Analogschaltmatrix angeschlossen sind (z.B. Stufen 200, 300 und 400) plus diejenigen, die aus der Leckstromkompensationsschaltung 600 angeschlossen sind.
Während die Gesamtzahl der unkompensierten PN-Übergänge (Anzahl PN gesamt) konstant bei 56 bleibt, variiert die Anzahl der unkompensierten PN-Übergänge, die mit dem positiven und dem negativen Ausgangsanschluss verbunden sind, zwischen 7 und 37 auf Basis des DAC-Eingangscodes. Der mittlere Ausgang IOUT_C, der zum Anschließen eines Teilungs- (Sub-) DAC verwendet werden kann, ist konstant mit 12 PN-Übergängen verbunden.
Es ist zu beobachten, dass die Anzahl der mit dem positiven Ausgangsanschluss IOUT_P verbundenen PN-Übergänge, die auf Basis des N-Bit-Digitalcodes variiert, und die Anzahl der mit dem negativen Ausgangsanschluss IOUT_N verbundenen PN-Übergänge, die auf Basis des N-Bit-Digitalcodes variiert, zueinander umgekehrt proportional sind.
Allgemeiner lässt sich feststellen, dass die Anzahl der PN-Übergänge, die durch ein DAC-Steuerbit (d.h. D2, D1 oder D0) von dem positiven zu dem negativen Anschluss geschaltet werden, durch folgende Gleichung dargestellt ist: $# PN = f (N,M) = ((N - M) \cdot 4 - 2) \cdot 2^{M}$
wobei N die binäre Busbreite des DAC (d.h. die Gesamtzahl der Bits) ist und M eine Bitpositionsnummer eines bestimmten Bits des Eingangscodes ist, die im Bereich von null bis N-1 liegt. M = 0 für das LSB (D0), M = N-1 für das MSB (D2 bei einem 3-Bit-DAC), und M = 1 für das Steuerbit D1 (bei einem 3-Bit-DAC).
Die Anzahl der festgelegten PN-Übergänge #PN_fix an dem positiven und negativen Ausgang ist $# PN_fix = f (N) = 2^{N} - 1$
Die Anzahl der PN-Übergänge #PN_center am mittleren Ausgang ist $# PN_center = f (N) = N \cdot 4$
Die Gleichungen gelten für DAUs mit beliebiger Busbreite.
Bei einem 3-Bit-DAC schaltet das MSB (D2) 8 PN-Übergänge von dem positiven zu dem negativen Ausgangsanschluss, das Bit 1 (D1) schaltet 12 PN-Übergänge von dem positiven zu dem negativen Ausgangsanschluss, und das LSB (D0) schaltet 10 PN-Übergänge von dem positiven zu dem negativen Ausgangsanschluss. D2 dient also zum Umschalten von 8 PN-Übergängen in der Analogschaltmatrix aus einer Verbindung mit entweder dem positiven Ausgangsanschluss IOUT_P oder dem negativen Ausgangsanschluss IOUT_N abhängig davon, ob sein Bitwert jeweils 1 oder 0 ist. Ebenso dient D1 zum Umschalten von 12 PN-Übergängen in der Analogschaltmatrix aus einer Verbindung mit entweder dem positiven Ausgangsanschluss IOUT_P oder dem negativen Ausgangsanschluss IOUT_N abhängig davon, ob sein Bitwert jeweils 1 oder 0 ist, und D0 dient zum Schalten von 10 PN-Übergängen in der Analogschaltmatrix aus einer Verbindung mit entweder dem positiven Ausgangsanschluss IOUT_P oder dem negativen Ausgangsanschluss IOUT_N abhängig davon, ob sein Bitwert jeweils 1 oder 0 ist.
Beim Beispiel des Drei-Bit-DAC erhöht sich, wenn das MSB (D2) des DAC-Eingangscodes 0 zu 1 wechselt, der Strom an dem positiven Ausgangsanschluss IOUT_P um 4 von der Stromquellenstufe 100 zugeführte Einheitsströme (d.h. 41), während der Strom an dem negativen Ausgangsanschluss sich um 4 Einheitsströme verringert. Mit anderen Worten werden durch die Analogschaltmatrix, genauer gesagt, durch die erste Stufe 200, die die Schalter 201 - 216 umfasst, 4 Einheitsströme von IOUT_N zu IOUT_P umgeleitet. Darüber hinaus wird jedoch der Leckstrom von 8 zusätzlichen PN-Übergängen zu dem Strom an dem positiven Ausgangsanschluss IOUT_P addiert, während der gleiche Leckstrom von dem negativen Ausgangsanschluss IOUT_N abgezogen wird.
Der Leckstrom ist also durch die Leckstromkompensationsschaltung 600 zu kompensieren, indem sichergestellt wird, dass, ohne Bezug auf den DAC-Eingangscode, die gleiche Anzahl PN-Übergänge mit dem positiven und dem negativen Ausgangsanschluss IOUT_P und IOUT_N verbunden ist. Die Leckstromkompensationsschaltung 600 stellt zusätzliche PN-Übergänge bereit, die schaltbar mit dem positiven und dem negativen Ausgangsanschluss IOUT_P und IOUT_N verbunden werden können, um die Gesamtzahl der PN-Übergänge anzugleichen, die mit jedem dieser Ausgangsanschlüsse verbunden sind. Wenn sich mit einer Änderung des DAC-Eingangscodes auch die Zahl der PN-Übergänge aus der Analogschaltmatrix (z.B. Stufen 200, 300 und 400) ändert, kompensiert die Leckstromkompensationsschaltung 600 die Änderung, indem sie zusätzliche PN-Übergänge zu einem der Ausgangsanschlüsse hinzufügt, während sie zusätzliche PN-Übergänge von dem Ausgangsanschluss abgezogen. Die Gesamtzahl der PN-Übergänge, die jeweils mit dem positiven und dem negativen Ausgangsanschluss IOUT_P und IOUT_N verbunden sind, bleibt aufgrund der Kompensation, ohne Bezug auf den DAC-Eingangscode, konstant und gleich.
Wie in der Tabelle in 3C gezeigt, ist die Gesamtzahl (Anzahl PN gesamt) der PN-Übergänge nach der Kompensation von 56 auf 92 erhöht, was bedeutet, dass die Leckstromkompensationsschaltung 600 über 18 zusätzliche Transistoren zusätzliche 36 PN-Übergänge für das System bereitstellt. Die Anzahl der PN-Übergänge, die nach der Kompensation mit dem positiven und dem negativen Ausgangsanschluss IOUT_P und IOUT_N verbunden sind, wird, ohne Bezug auf den DAC-Eingangscode, konstant bei 40 PN-Übergängen gehalten. Mit einer Erhöhung des Dezimalwerts erhöht sich somit die Anzahl der unkompensierten PN-Übergänge (d.h. derjenigen aus der Analogschaltmatrix), die mit IOUT_P verbunden sind, und die Anzahl der zusätzlichen PN-Übergänge, die durch die Leckstromkompensationsschaltung 600 bereitgestellt werden, wird aus der Verbindung mit IOUT_P abgezogen und als mit IOUT_N verbunden hinzugefügt, um die gleiche Gesamtzahl der kompensierten PN-Übergänge beizubehalten, die mit IOUT_P und IOUT_N verbunden sind. Bei einer Verringerung des Dezimalwerts funktioniert die Kompensation umgekehrt. Die Kompensation ist somit bei Veränderungen des Dezimalwerts dynamisch.
3D ist ein Graph, der eine Anzahl der mit jedem Ausgangsanschluss IOUT_P, IOUT_C und IOUT_N verbundenen PN-Übergänge für unterschiedliche DAC-Eingangscodes nach der Kompensation durch die Leckstromkompensationsschaltung 600 zeigt. Die Gesamtzahl der kompensierten PN-Übergänge, die mit IOUT_P und IOUT_N verbunden sind, wird konstant bei jeweils 40 PN-Übergängen gehalten, während die Gesamtzahl der PN-Übergänge, die mit IOUT_C verbunden sind, konstant bei 12 PN-Übergängen gehalten wird.
Es ist zu beachten, dass der Leckverlust sich nur in einer Simulation, bei der keine Fehlanpassung des Leckverlusts modelliert wird, perfekt ausgleicht. Auf Silizium ist die Kompensationswirkung begrenzt. Bereits eine reduzierte Ausführung, bei der nur das höchstwertige Bit eines DAC verwendet wird, stellt jedoch eine Verbesserung hinsichtlich geringen Platzbedarfs und geringer Komplexität dar.
Wiederum mit Bezug auf 1 ist eine Leckstromkompensationsschaltung 600 mit dem positiven und dem negativen Ausgangsanschluss IOUT_P und IOUT_N verbunden. Die Leckstromkompensationsschaltung 600 ist dazu ausgebildet, sicherzustellen, dass der positive und der negative Ausgangsanschluss IOUT_P und IOUT_N mit der gleichen Anzahl PN-Übergänge verbunden sind, wobei die Anzahl der PN-Übergänge aus der Analogschaltmatrix, mit denen der positive und der negative Ausgangsanschluss verbunden sind, berücksichtigt wird.
Beispielsweise ist IOUT_P bei einem Eingangscode 000 mit 7 PN-Übergängen aus der Analogschaltmatrix verbunden, und IOUT_N ist mit 37 PN-Übergängen aus der Analogschaltmatrix verbunden. Zum Ausgleichen der Gesamtzahl der PN-Übergänge, die jeweils mit dem positiven und dem negativen Ausgangsanschluss verbunden sind, stellt die Leckstromkompensationsschaltung, 600, zusätzliche PN-Übergänge bereit, mit denen der positive und der negative Ausgangsanschluss verbunden werden, so dass die Gesamtzahl der (kompensierten) PN-Übergänge, die mit IOUT_P verbunden sind, gleich der Gesamtzahl der (kompensierten) PN-Übergänge ist, die mit IOUT_N verbunden sind.
Genauer gesagt, führt die Analogschaltmatrix ein Ungleichgewicht in Leckstrom ein, der zu den Anschlüssen IOUT_P und IOUT_N fließt. Um die Menge des Leckstroms auszugleichen, der aus den Anschlüssen IOUT_P und IOUT_N fließt, führt die Leckstromkompensationsschaltung 600 den Anschlüssen IOUT_P und IOUT_N auf Basis des Eingangscodes zusätzliche Leckströme zu, um das Ungleichgewicht der durch die Analogschaltmatrix bereitgestellten Leckströme zu kompensieren. Das Zuführen zusätzlicher Leckströme zu den Anschlüssen IOUT_P und IOUT_N auf Basis des Eingangscodes hat zum Ergebnis, dass aus beiden Anschlüssen IOUT_P und IOUT_N die gleiche Menge Leckstrom fließt, wobei ein Teil des Leckstroms aus der Analogschaltmatrix und ein Teil des Leckstroms (d.h. kompensierter Leckstrom) aus der Leckstromkompensationsschaltung 600 stammt.
Die Leckstromkompensationsschaltung 600 weist für jedes Bit des Eingangscodes eine Gruppe von Kompensationstransistoren auf, einschließlich der Gruppe 601, die dem Bit D2 entspricht, der Gruppe 602, die dem Bit D1 entspricht, und der Gruppe 603, die dem Bit D0 entspricht. An den Transistoren dieser Gruppen sind die Gates mit der Masse GND verbunden, sie sind also immer ausgeschaltet. Dennoch tragen die PN-Übergänge dieser Transistoren zum Leckstrom bei, und diese PN-Übergänge sind auf Basis des Bits, das den Ein/Aus-Zustand der Kompensationstransistoren 605 - 610 steuert, schaltbar entweder mit dem Ausgangsanschluss IOUT_P oder mit dem Ausgangsanschluss IOUT_N verbunden.
Die Transistoren der Gruppen 200, 300, 400 und 600 sind gleich dimensioniert, um eine korrekte Leckstromkompensation zu ermöglichen; oder im Einzelnen wird die Größe der Transistoren Q1 bis Q9 hauptsächlich durch Anforderungen an die Anpassung (die die integrale Nichtlinearitäts- (INL-) Leistungsfähigkeit des DAC bestimmt) und das Rauschen bestimmt. Höchstwahrscheinlich sind sie weitaus größer als die technologischen Grenzen. Die Transistoren der Gruppen 200, 300 und 400, die als Schalter fungieren, könnten viel kleiner als die Transistoren Q1 - Q9 sein. Sie sollten so bemessen sein, dass sie einen ausreichend niedrigen Durchlasswiderstand und vernachlässigbaren Leckverlust im AusZustand aufweisen. Die Kompensation funktioniert am besten, wenn die Transistoren der Gruppe 600 die gleiche Dimensionierung wie die Transistoren der Gruppen 200, 300 und 400 haben.
4A und 4B sind schematische Diagramme der Leckstromkompensationsschaltung 600, der zwei verschiedene Eingangscodes 000 beziehungsweise 111 zugeführt werden. 4A und 4B zeigen, wie die PN-Übergänge der Leckstromkompensationsschaltung 600 verbunden werden, wenn dem DAC diese beiden Codes zugeführt werden.
Die Kompensationstransistoren 605 - 610 sind in komplementären Paaren angeordnet, die jedem Bit des Eingangscodes zugewiesen sind, und steuern, wie eine entsprechende Gruppe von Kompensationstransistoren mit den Ausgangsanschlüssen IOUT_P und IOUT_N verbunden wird. Die Schalter eines Paar sind zueinander komplementär, das heißt, wenn der eine Schalter des Paars eingeschaltet ist, ist der andere Schalter des Paars ausgeschaltet. Zum Beispiel kann der eine Schalter an seinem Gate einen invertierten Bitwert empfangen, um den Schalter in den entgegengesetzten Ein/Aus-Zustand wie sein Gegenstück in dem Paar zu versetzen.
Die Transistoren 605 und 606 bilden ein erstes komplementäres Paar, das die PN-Übergänge der Gruppe 601 auf Basis des Bits D2 schaltbar entweder mit dem Ausgangsanschluss IOUT_P oder dem Ausgangsanschluss IOUT_N verbindet.
Wie aus 4A ersichtlich, ist der Transistor 605 ausgeschaltet und der Transistor 606 eingeschaltet, wenn das Bit D2 null ist. Dementsprechend trägt der Transistor 606 2 PN-Übergänge zu dem positiven Anschluss bei, der Transistor 605 trägt 1 PN-Übergang zu dem negativen Anschluss bei, da er in direkter Verbindung mit diesem Anschluss steht, und der Transistor 605 trägt durch seine indirekte Verbindung über den eingeschalteten Transistor 606 1 PN-Übergang zu dem positiven Anschluss bei. Außerdem sind alle sechs in der Transistorgruppe 601 enthaltenen PN-Übergänge über den eingeschalteten Transistor 606 und die kurzgeschlossene Verbindung 611 mit dem positiven Anschluss verbunden.
In 4B ist dagegen der Transistor 606 ausgeschaltet und der Transistor 605 eingeschaltet, wenn das Bit D2 1 ist. Dementsprechend trägt der Transistor 605 2 PN-Übergänge zu dem negativen Anschluss bei, der Transistor 606 trägt 1 PN-Übergang zu dem positiven Anschluss bei, da er in direkter Verbindung mit diesem Anschluss steht, und der Transistor 606 trägt durch seine indirekte Verbindung über den eingeschalteten Transistor 605 1 PN-Übergang zu dem negativen Anschluss bei. Außerdem sind alles sechs in der Transistorgruppe 601 enthaltenen PN-Übergänge über den eingeschalteten Transistor 605 und die kurzgeschlossene Verbindung 611 mit dem negativen Anschluss verbunden.
Dementsprechend verbindet dieser Kompensationszweig netto 8 PN-Übergänge auf Basis des Bitwerts von D2 schaltbar entweder mit dem positiven oder mit dem negativen Anschluss. Wie oben angemerkt, dient D2 entsprechend der Gleichung 1 abhängig davon, ob sein Bitwert jeweils 1 oder 0 ist, zum Schalten von 8 PN-Übergängen in der Analogschaltmatrix aus einer Verbindung mit entweder dem positiven Ausgangsanschluss IOUT_P oder dem negativen Ausgangsanschluss IOUT_N. Bei der Hinzufügung der 8 PN-Übergänge innerhalb der Analogschaltmatrix zu IOUT_P (D2=1) fügt die Leckstromkompensationsschaltung 600 somit netto 8 PN-Übergänge zu IOUT_N hinzu, um die Gesamtzahl der PN-Übergänge, die jeweils mit dem positiven und dem negativen Ausgangsanschluss verbunden sind, gleich zu halten. Ebenso fügt die Leckstromkompensationsschaltung 600 bei der Hinzufügung der 8 PN-Übergänge innerhalb der Analogschaltmatrix zu IOUT_N (D2=0) netto 8 PN-Übergänge zu IOUT_P hinzu, um die Gesamtzahl der PN-Übergänge, die jeweils mit dem positiven und mit dem negativen Ausgangsanschluss verbunden sind, gleich zu halten.
Die Anzahl der zusätzlichen PN-Übergangsströme, die durch die Leckstromkompensationsschaltung 600 mit IOUT_P und IOUT_N verbunden werden, kann wie folgt zusammengefasst werden: $D2 = 0 : IOUTP: + 9 PN - \ddot{U} bergangs - Leckstr \ddot{o} me; IOUTP: + 1 \ddot{U} bergangs - Leckstrom,$
$D2 = 1 : IOUTP: + 1 PN - \ddot{U} bergangs - Leckstrom; IOUTN: + 9 - \ddot{U} bergangs - Leckstr \ddot{o} me .$
Die Transistoren 607 und 608 bilden ein zweites komplementäres Paar, das die PN-Übergänge der Gruppe 602 auf Basis des Bits D1 schaltbar entweder mit dem Ausgangsanschluss IOUT_P oder mit dem Ausgangsanschluss IOUT_N verbindet.
Wie aus 4A ersichtlich, ist der Transistor 607 ausgeschaltet und der Transistor 608 eingeschaltet, wenn das Bit D1 null ist. Dementsprechend trägt der Transistor 608 2 PN-Übergänge zu dem positiven Anschluss bei, der Transistor 607 trägt 1 PN-Übergang zu dem negativen Anschluss bei, da er in direkter Verbindung mit diesem Anschluss steht, und der Transistor 607 trägt durch seine indirekte Verbindung über den eingeschalteten Transistor 608 1 PN-Übergang zu dem positiven Anschluss bei. Außerdem sind alle 10 in der Transistorgruppe 602 enthaltenen PN-Übergänge über den eingeschalteten Transistor 608 und die kurzgeschlossene Verbindung 612 mit dem positiven Anschluss verbunden.
In 4B ist dagegen der Transistor 608 ausgeschaltet und der Transistor 607 eingeschaltet, wenn das Bit D1 1 ist. Dementsprechend trägt der Transistor 607 2 PN-Übergänge zu dem negativen Anschluss bei, der Transistor 608 trägt 1 PN-Übergang zu dem positiven Anschluss bei, da er in direkter Verbindung mit diesem Anschluss steht, und der Transistor 608 trägt durch seine indirekte Verbindung über den eingeschalteten Transistor 607 1 PN-Übergang zu dem negativen Anschluss bei. Außerdem sind alle 10 in der Transistorgruppe 602 enthaltenen PN-Übergänge über den eingeschalteten Transistor 607 und die kurzgeschlossene Verbindung 612 mit dem negativen Anschluss verbunden.
Entsprechend verbindet dieser Kompensationszweig netto 10 PN-Übergänge auf Basis des Bitwerts von D1 schaltbar entweder mit dem positiven oder mit dem negativen Anschluss. Wie oben angemerkt, dient D1 entsprechend der Gleichung 1 abhängig davon, ob sein Bitwert jeweils 1 oder 0 ist, zum Schalten von 12 PN-Übergängen in der Analogschaltmatrix aus einer Verbindung mit entweder dem positiven Ausgangsanschluss IOUT_P oder dem negativen Ausgangsanschluss IOUT_N. Mit der Hinzufügung der 10 PN-Übergänge innerhalb der Analogschaltmatrix zu IOUT_P (D1=1) fügt die Leckstromkompensationsschaltung 600 somit netto 12 PN-Übergänge zu IOUT_N hinzu, um die Gesamtzahl der PN-Übergänge, die jeweils mit dem positiven und mit dem negativen Ausgangsanschluss verbunden sind, gleich zu halten. Ebenso fügt die Leckstromkompensationsschaltung 600 bei der Hinzufügung der 12 PN-Übergänge innerhalb der Analogschaltmatrix zu IOUT_N (D1=0) netto 12 PN-Übergänge zu IOUT_P hinzu, um die Gesamtzahl der PN-Übergänge, die jeweils mit dem positiven und mit dem negativen Ausgangsanschluss verbunden sind, gleich zu halten.
Die Anzahl der zusätzlichen PN-Übergangsströme, die durch die Leckstromkompensationsschaltung 600 mit IOUT_P und IOUT_N verbunden werden, kann wie folgt zusammengefasst werden: $D1 = 0 : IOUTP: + 13 PN - \ddot{U} bergangs - Leckstr \ddot{o} me; IOUTP: + 1 \ddot{U} bergangs - Leckstrom,$
$D1 = 1 : IOUTP: + 1 PN - \ddot{U} bergangs - Leckstr \ddot{o} me; IOUTN: + 13 PN - \ddot{U} bergangs - Leckstr \ddot{o} me .$
Die Transistoren 609 und 610 bilden ein drittes komplementäres Paar, das die PN-Übergänge der Gruppe 603 auf Basis des Bits D0 schaltbar entweder mit dem Ausgangsanschluss IOUT_P oder mit dem Ausgangsanschluss IOUT_N verbindet.
Wie aus 4A ersichtlich, ist der Transistor 609 ausgeschaltet und der Transistor 610 eingeschaltet, wenn das Bit D0 null ist. Dementsprechend trägt der Transistor 610 2 PN-Übergänge zu dem positiven Anschluss bei, der Transistor 609 trägt 1 PN-Übergang zu dem negativen Anschluss bei, da er in direkter Verbindung mit diesem Anschluss steht, und der Transistor 609 trägt durch seine indirekte Verbindung über den eingeschalteten Transistor 610 1 PN-Übergang zu dem positiven Anschluss bei. Außerdem sind alle 8 in der Transistorgruppe 603 enthaltenen PN-Übergänge über den eingeschalteten Transistor 610 und die kurzgeschlossene Verbindung 613 mit dem positiven Anschluss verbunden.
In 4B ist dagegen der Transistor 610 ausgeschaltet und der Transistor 609 eingeschaltet, wenn das Bit D0 1 ist. Dementsprechend trägt der Transistor 609 2 PN-Übergänge zu dem negativen Anschluss bei, der Transistor 610 trägt 1 PN-Übergang zu dem positiven Anschluss bei, da er in direkter Verbindung mit diesem Anschluss steht, und der Transistor 610 trägt durch seine indirekte Verbindung über den eingeschalteten Transistor 609 1 PN-Übergang zu dem negativen Anschluss bei. Außerdem sind alle 8 in der Transistorgruppe 603 enthaltenen PN-Übergänge über den eingeschalteten Transistor 609 und die kurzgeschlossene Verbindung 613 mit dem negativen Anschluss verbunden.
Dementsprechend verbindet dieser Kompensationszweig auf Basis des Bitwerts von D0 schaltbar netto 10 PN-Übergänge entweder mit dem positiven oder mit dem negativen Anschluss. Wie oben angemerkt, dient D0 entsprechend der Gleichung 1 abhängig davon, ob sein Bitwert jeweils 1 oder 0 ist, zum Schalten von 10 PN-Übergängen in der Analogschaltmatrix aus einer Verbindung mit entweder dem positiven Ausgangsanschluss IOUT_P oder dem negativen Ausgangsanschluss IOUT_N. Mit der Hinzufügung der 10 PN-Übergänge innerhalb der Analogschaltmatrix zu IOUT_P (D0=1) fügt die Leckstromkompensationsschaltung 600 somit netto 10 PN-Übergänge zu IOUT_N hinzu, um die Gesamtzahl der PN-Übergänge, die jeweils mit dem positiven und mit dem negativen Ausgangsanschluss verbunden sind, gleich zu halten. Ebenso fügt die Leckstromkompensationsschaltung 600 bei der Hinzufügung der 10 PN-Übergänge innerhalb der Analogschaltmatrix zu IOUT_N (D0=0) netto 10 PN-Übergänge zu IOUT_P hinzu, um die Gesamtzahl der PN-Übergänge, die jeweils mit dem positiven und mit dem negativen Ausgangsanschluss verbunden sind, gleich zu halten.
Die Anzahl der zusätzlichen PN-Übergangsströme, die durch die Leckstromkompensationsschaltung 600 mit IOUT_P und IOUT_N verbunden werden, kann wie folgt zusammengefasst werden: $D0 = 0 : IOUTP: + 11 PN - \ddot{U} bergangs - Leckstr \ddot{o} me; IOUTP: + 1 \ddot{U} bergangs - Leckstrom,$
$D0 = 1 : IOUTP: + 1 PN - \ddot{U} bergangs - Leckstrom; IOUTP: + 11 PN - \ddot{U} bergangs - Leckstr \ddot{o} me .$
Jeder Kompensationszweig der Leckstromkompensationsschaltung 600 verbindet dementsprechend genau die entgegengesetzte Anzahl Leckströme in den positiven oder den negativen Ausgangsanschluss, wie von der Analogschaltmatrix (z.B. die Stufen 200, 300 und 400) verursacht, damit ein entsprechendes Bit die Gesamtmenge des Leckstroms ausgleicht, der durch den positiven und den negativen Ausgangsanschluss IOUT_P und IOUT_N empfangen wird. Anders ausgedrückt, stellt die Leckstromkompensationsschaltung 600 sicher, dass eine gleiche oder symmetrische Verteilung der Leckströme erfolgt, die zu dem positiven Ausgangsanschluss IOUT_P und dem negativen Ausgangsanschluss IOUT_N fließen.
Die Leckstromkompensationsschaltung 600 kann auch auf einen DAC mit mehr als drei Bit erweitert werden, indem für jedes Bit weitere Kompensationszweige hinzugefügt werden. Die Netto-Anzahl der PN-Übergänge, die durch einen Kompensationszweig hinzuzufügen sind, kann durch die Gleichung 1 bestimmt werden. Zum Beispiel zeigt 5 eine Tabelle, in der zusammengefasst sind: die aus einer Stromquellenstufe eines 4-Bit-DAC stammenden Ausgangsströme an jedem Ausgangsanschluss und eine Anzahl der PN-Übergänge, die mit jedem Ausgangsanschluss auf Basis des DAC-Eingangscodes verbunden sind, der aus den Bits D3, D2, D1 und D0 besteht, die einen Dezimalwert (z.B. einen Wert im Bereich von 0 bis 15) darstellen. Die Tabelle zeigt auch die kompensierte Anzahl der PN-Übergänge/Leckströme, die mit dem positiven und dem negativen Ausgangsanschluss IOUT_P und IOUT_N verbunden sind; dazu gehören diejenigen aus der Analogschaltmatrix und diejenigen, die durch die Leckstromkompensationsschaltung hinzugefügt sind.
Durch die Hinzufügung einer Leckstromkompensationsschaltung zu der DAC-Architektur kann ein DAC aufgebaut werden, der robuster und weniger fehleranfällig gegenüber Leckströmen ist.
Es wurden zwar verschiedene Ausführungsbeispiele offenbart, jedoch ist für den Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können, die einige der Vorteile der hier offenbarten Konzepte erzielen, ohne den Gedanken und Umfang der Erfindung zu verlassen. Es wird darauf hingewiesen, dass auch andere Ausführungsbeispiele genutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Es sei erwähnt, dass Merkmale, die mit Bezug auf eine bestimmte Figur erläutert wurden, mit Merkmalen aus anderen Figuren, auch solchen, die nicht eigens erwähnt sind, kombinierbar sind. Es ist vorgesehen, dass solche Abwandlungen des allgemeinen erfinderischen Konzepts durch die beigefügten Ansprüche und ihre rechtlichen Entsprechungen abgedeckt sind.
Darüber hinaus werden die nachfolgenden Ansprüche hiermit in die ausführliche Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch für sich als separates Ausführungsbeispiel stehen kann. Es kann zwar jeder Anspruch für sich als separates Ausführungsbeispiel stehen, jedoch wird darauf hingewiesen, dass - obwohl sich in den Ansprüchen ein abhängiger Anspruch möglicherweise auf eine bestimmte Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen bezieht - andere Ausführungsbeispiele auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen oder unabhängigen Anspruchs enthalten können. Solche Kombinationen werden hier vorgeschlagen, sofern nicht angegeben ist, dass eine bestimmte Kombination nicht beabsichtigt ist. Darüber hinaus ist vorgesehen, dass Merkmale eines Anspruchs auch bezüglich jedes anderen unabhängigen Anspruchs enthalten sind, auch wenn dieser Anspruch nicht direkt auf den unabhängigen Anspruch zurückbezogen ist.
Ferner wird darauf hingewiesen, dass die in der Anmeldung oder in den Ansprüchen offenbarten Verfahren durch eine Vorrichtung ausgeführt sein können, die Mittel zur Durchführung jeder der entsprechenden Aktionen dieser Verfahren aufweist. Beispielsweise können die in der vorliegenden Offenbarung beschriebenen Techniken zumindest teilweise in Hardware, Software, Firmware oder jeder Kombination daraus umgesetzt sein, einschließlich jeder Kombination aus einem Computersystem, einer integrierten Schaltung und einem Computerprogramm auf einem nicht-transitorischen computerlesbaren Aufzeichnungsmedium. Beispielsweise können verschiedene Aspekte der beschriebenen Techniken in einem oder mehreren Prozessoren umgesetzt sein, einschließlich eines oder mehrerer Mikroprozessoren, DSPs, ASICs oder jeder anderen äquivalenten integrierten oder diskreten oder logischen Schaltungsanordnung sowie jeder Kombination solcher Komponenten.
Des Weiteren wird darauf hingewiesen, dass die Offenbarung mehrerer Aktionen oder Funktionen, die in der Spezifikation oder in den Ansprüchen offenbart sind, nicht so zu verstehen ist, dass sie in der angegebenen Reihenfolge erfolgen. Die Offenbarung mehrerer Aktionen oder Funktionen schränkt diese daher nicht auf eine bestimmte Reihenfolge ein, sofern diese Aktionen oder Funktionen nicht aus technischen Gründen unvertauschbar sind. Des Weiteren kann bei einigen Ausführungsbeispielen eine einzelne Aktion mehrere Teilaktionen enthalten oder in solche unterteilt werden. Solche Teilaktionen können in der Offenbarung dieser einzelnen Aktion enthalten und Teil davon sein, sofern dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen ist.

Claims

Thermometrischer Digital-Analog-Wandler (DAC), der dazu ausgebildet ist, einen N-Bit-Digitalcode in analoge Ausgangsströme umzuwandeln, wobei N eine ganze Zahl größer als eins ist, wobei der thermometrische DAC umfasst: 2^N Stromquellen, die zum Erzeugen von 2^N Strömen ausgebildet sind; einen positiven Ausgangsanschluss (IOUT_P), der dazu ausgebildet ist, einen ersten Teil der 2^N Ströme als ersten Ausgangsstrom auf Basis des N-Bit-Digitalcodes zu empfangen; einen negativen Ausgangsanschluss (IOUT_N), der dazu ausgebildet ist, einen zweiten Teil der 2^N Ströme als zweiten Ausgangsstrom auf Basis des N-Bit-Digitalcodes zu empfangen, wobei der zweite Teil umgekehrt proportional zu dem ersten Teil ist; eine Analogtransistormatrix, die zwischen die 2^N Stromquellen und den positiven und den negativen Ausgangsanschluss (IOUT_P, IOUT_N) geschaltet ist, wobei die Analogtransistormatrix eine Vielzahl von PN-Übergängen umfasst, die auf Basis des N-Bit-Digitalcodes schaltbar mit dem positiven Ausgangsanschluss und dem negativen Ausgangsanschluss verbunden sind, einschließlich einer mit dem positiven Ausgangsanschluss verbundenen ersten Anzahl von PN-Übergängen, die auf Basis des N-Bit-Digitalcodes variiert, und einer mit dem negativen Ausgangsanschluss verbundenen zweiten Anzahl von PN-Übergängen, die auf Basis des N-Bit-Digitalcodes variiert; und eine Kompensationsschaltung (600), die eine Vielzahl von zusätzlichen PN-Übergängen umfasst, welche auf Basis des N-Bit-Digitalcodes schaltbar mit dem positiven Ausgangsanschluss und dem negativen Ausgangsanschluss verbunden sind, wobei die Kompensationsschaltung (600) dazu ausgebildet ist, eine erste Anzahl von zusätzlichen PN-Übergängen auf Basis des N-Bit-Digitalcodes mit dem positiven Ausgangsanschluss zu verbinden und eine zweite Anzahl von zusätzlichen PN-Übergängen auf Basis des N-Bit-Digitalcodes mit dem negativen Ausgangsanschluss zu verbinden, so dass eine erste Summe aus der ersten Anzahl von PN-Übergängen und der ersten Anzahl von zusätzlichen PN-Übergängen gleich einer zweiten Summe aus der zweiten Anzahl von PN-Übergängen und der zweiten Anzahl von zusätzlichen PN-Übergängen ist.
Thermometrischer DAC gemäß Anspruch 1, wobei die Analogtransistormatrix dazu ausgebildet ist, die 2^N Ströme zu empfangen, den ersten Teil der 2^N Ströme auf Basis des N-Bit-Digitalcodes zu dem positiven Ausgangsanschluss (IOUT_P) zu lenken und den zweiten Teil der 2^N Ströme auf Basis des N-Bit-Digitalcodes zu dem negativen Ausgangsanschluss (IOUT_N) zu lenken.
Thermometrischer DAC gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei: die erste Anzahl von PN-Übergängen sich von der zweiten Anzahl von PN-Übergängen unterscheidet und die erste Anzahl von zusätzlichen PN-Übergängen sich von der zweiten Anzahl von zusätzlichen PN-Übergängen unterscheidet.
Thermometrischer DAC gemäß Anspruch 3, wobei die erste Anzahl von PN-Übergängen umgekehrt proportional zu der zweiten Anzahl von PN-Übergängen ist.
Thermometrischer DAC gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, der ferner umfasst: einen mittleren Ausgangsanschluss (IOUT_C), der dazu ausgebildet ist, einen dritten Teil der 2^N Ströme als dritten Ausgangsstrom zu empfangen, wobei für jeden Dezimalwert des N-Bit-Codes eine Quantität des dritten Teils gleich einer Quantität eines der 2^N Ströme ist.
Thermometrischer DAC gemäß Anspruch 5, wobei die Analogtransistormatrix dazu ausgebildet ist, die Vielzahl von PN-Übergängen auf Basis des N-Bit-Digitalcodes schaltbar mit dem positiven Ausgangsanschluss (IOUT_P), dem negativen Ausgangsanschluss (IOUT_N) und dem mittleren Ausgangsanschluss (IOUT_C) zu verbinden, einschließlich der mit dem positiven Ausgangsanschluss verbundenen ersten Anzahl von PN-Übergängen, die auf Basis des N-Bit-Digitalcodes variiert, der mit dem negativen Ausgangsanschluss verbundenen zweiten Anzahl von PN-Übergängen, die auf Basis des N-Bit-Digitalcodes variiert, und einer mit dem mittleren Ausgangsanschluss verbundenen dritten Anzahl von PN-Übergängen, wobei die dritte Anzahl von PN-Übergängen unabhängig von dem N-Bit-Digitalcode festgelegt ist.
Thermometrischer DAC gemäß Anspruch 6, wobei die Analogtransistormatrix dazu ausgebildet ist, die 2^N Ströme zu empfangen, den ersten Teil der 2^N Ströme auf Basis des N-Bit-Digitalcodes zu dem positiven Ausgangsanschluss (IOUT_P) zu lenken, den zweiten Teil der 2^N Ströme auf Basis des N-Bit-Digitalcodes zu dem negativen Ausgangsanschluss (IOUT_N) zu lenken und den dritten Teil der 2^N Ströme zu dem mittleren Ausgangsanschluss (IOUT_C) zu lenken, wobei der dritte Teil eine festgelegte Quantität hat, die von dem Dezimalwert des N-Bit-Digitalcodes unabhängig ist.
Thermometrischer DAC gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Kompensationsschaltung (600) umfasst: einen ersten Kompensationszweig, der eine erste Vielzahl von Transistoren umfasst, die einen ersten Teil der Vielzahl von zusätzlichen PN-Übergängen umfassen, wobei die Kompensationsschaltung (600) dazu ausgebildet ist, den ersten Teil der Vielzahl von zusätzlichen PN-Übergängen auf Basis eines Werts eines ersten Bits des N-Bit-Digitalcodes schaltbar entweder mit dem positiven Ausgangsanschluss (IOUT_P) oder mit dem negativen Ausgangsanschluss (IOUT_N) zu verbinden, um sicherzustellen, dass die erste Summe gleich der zweiten Summe ist.
Thermometrischer DAC gemäß Anspruch 8, wobei die erste Vielzahl von Transistoren aufweist: ein erstes komplementäres Paar von Transistoren, die durch das erste Bit des N-Bit-Digitalcodes gesteuert sind; und eine erste Gruppe von Transistoren, die durch das erste komplementäre Paar von Transistoren auf Basis des Werts des ersten Bits des N-Bit-Digitalcodes schaltbar entweder mit dem positiven Ausgangsanschluss (IOUT_P) oder mit dem negativen Ausgangsanschluss (IOUT_N) verbunden sind.
Thermometrischer DAC gemäß Anspruch 9, wobei ein erster Transistor aus dem ersten komplementären Paar von Transistoren zwischen den positiven Ausgangsanschluss (IOUT_P) und die erste Gruppe von Transistoren geschaltet ist und ein zweiter Transistor aus dem ersten komplementären Paar von Transistoren zwischen den negativen Ausgangsanschluss (IOUT_N) und die erste Gruppe von Transistoren geschaltet ist.
Thermometrischer DAC gemäß Anspruch 10, wobei der erste Transistor aus dem ersten komplementären Paar von Transistoren durch einen ersten Wert des ersten Bits des N-Bit-Digitalcodes eingeschaltet ist und der zweite Transistor aus dem ersten komplementären Paar von Transistoren durch einen zweiten Wert des ersten Bits des N-Bit-Digitalcodes eingeschaltet ist.
Thermometrischer DAC gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die Kompensationsschaltung (600) umfasst: einen zweiten Kompensationszweig, der eine zweite Vielzahl von Transistoren umfasst, die einen zweiten Teil der Vielzahl von zusätzlichen PN-Übergängen umfasst, wobei die Kompensationsschaltung (600) dazu ausgebildet ist, den zweiten Teil der Vielzahl von zusätzlichen PN-Übergängen auf Basis eines Werts eines zweiten Bits des N-Bit-Digitalcodes schaltbar entweder mit dem positiven Ausgangsanschluss (IOUT_P) oder mit dem negativen Ausgangsanschluss (IOUT_N) zu verbinden, um sicherzustellen, dass die erste Summe gleich der zweiten Summe ist.
Thermometrischer DAC gemäß Anspruch 12, wobei: die erste Vielzahl von Transistoren aufweist: ein erstes komplementäres Paar von Transistoren, die durch das erste Bit des N-Bit-Digitalcodes gesteuert sind; und eine erste Gruppe von Transistoren, die durch das erste komplementäre Paar von Transistoren auf Basis des Werts des ersten Bits des N-Bit-Digitalcodes schaltbar entweder mit dem positiven Ausgangsanschluss (IOUT_P) oder mit dem negativen Ausgangsanschluss (IOUT_N) verbunden sind; und die zweite Vielzahl von Transistoren aufweist: ein zweites komplementäres Paar von Transistoren, die durch das zweite Bit des N-Bit-Digitalcodes gesteuert sind; und eine zweite Gruppe von Transistoren, die durch das zweite komplementäre Paar von Transistoren auf Basis des Werts des zweiten Bits des N-Bit-Digitalcodes schaltbar entweder mit dem positiven Ausgangsanschluss oder mit dem negativen Ausgangsanschluss verbunden sind.
Thermometrischer DAC gemäß Anspruch 12 oder 13, wobei die Kompensationsschaltung (600) umfasst: einen dritten Kompensationszweig, der eine dritte Vielzahl von Transistoren umfasst, die einen dritten Teil der Vielzahl von zusätzlichen PN-Übergängen umfasst, wobei die Kompensationsschaltung (600) dazu ausgebildet ist, den dritten Teil der Vielzahl von zusätzlichen PN-Übergängen auf Basis eines Werts eines dritten Bits des N-Bit-Digitalcodes schaltbar entweder mit dem positiven Ausgangsanschluss (IOUT_P) oder mit dem negativen Ausgangsanschluss (IOUT_N) zu verbinden, um sicherzustellen, dass die erste Summe gleich der zweiten Summe ist.
Thermometrischer DAC gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei: die erste Vielzahl von Transistoren aufweist: ein erstes komplementäres Paar von Transistoren, die durch das erste Bit des N-Bit-Digitalcodes gesteuert sind; und eine erste Gruppe von Transistoren, die durch das erste komplementäre Paar von Transistoren auf Basis des Werts des ersten Bits des N-Bit-Digitalcodes schaltbar entweder mit dem positiven Ausgangsanschluss (IOUT_P) oder mit dem negativen Ausgangsanschluss (IOUT_N) verbunden sind; die zweite Vielzahl von Transistoren aufweist: ein zweites komplementäres Paar von Transistoren, die durch das zweite Bit des N-Bit-Digitalcodes gesteuert sind; und eine zweite Gruppe von Transistoren, die durch das zweite komplementäre Paar von Transistoren auf Basis des Werts des zweiten Bits des N-Bit-Digitalcodes schaltbar entweder mit dem positiven Ausgangsanschluss oder mit dem negativen Ausgangsanschluss verbunden sind; und die dritte Vielzahl von Transistoren aufweist: ein drittes komplementäres Paar von Transistoren, die durch das dritte Bit des N-Bit-Digitalcodes gesteuert sind; und eine dritte Gruppe von Transistoren, die durch das dritte komplementäre Paar von Transistoren auf Basis des Werts des dritten Bits des N-Bit-Digitalcodes schaltbar entweder mit dem positiven Ausgangsanschluss oder mit dem negativen Ausgangsanschluss verbunden sind.
Verfahren zum Umwandeln eines N-Bit-Digitalcodes in analoge Ausgangsströme, wobei N eine ganze Zahl größer als eins ist, wobei das Verfahren umfasst: Erzeugen von 2^N Strömen; Empfangen eines ersten Teils der 2^N Ströme als erster Ausgangsstrom auf Basis des N-Bit-Digitalcodes durch einen positiven Ausgangsanschluss (IOUT_P); Empfangen eines zweiten Teils der 2^N Ströme als zweiter Ausgangsstrom auf Basis des N-Bit-Digitalcodes durch einen negativen Ausgangsanschluss (IOUT_N), wobei der zweite Teil umgekehrt proportional zu dem ersten Teil ist; schaltbares Verbinden einer Vielzahl von PN-Übergängen mit dem positiven Ausgangsanschluss und dem negativen Ausgangsanschluss auf Basis des N-Bit-Digitalcodes, einschließlich einer mit dem positiven Ausgangsanschluss verbundenen ersten Anzahl von PN-Übergängen, die auf Basis des N-Bit-Digitalcodes variiert, und einer mit dem negativen Ausgangsanschluss verbundenen zweiten Anzahl von PN-Übergängen, die auf Basis des N-Bit-Digitalcodes variiert; und schaltbares Verbinden einer Vielzahl von zusätzlichen PN-Übergängen mit dem positiven Ausgangsanschluss und dem negativen Ausgangsanschluss auf Basis des N-Bit-Digitalcodes, einschließlich eines Verbindens einer ersten Anzahl von zusätzlichen PN-Übergängen mit dem positiven Ausgangsanschluss auf Basis des N-Bit-Digitalcodes und eines Verbindens einer zweiten Anzahl von zusätzlichen PN-Übergängen mit dem negativen Ausgangsanschluss auf Basis des N-Bit-Digitalcodes, so dass eine erste Summe aus der ersten Anzahl von PN-Übergängen und der ersten Anzahl von zusätzlichen PN-Übergängen gleich einer zweiten Summe aus der zweiten Anzahl von PN-Übergängen und der zweiten Anzahl von zusätzlichen PN-Übergängen ist.
Verfahren gemäß Anspruch 16, wobei: die erste Anzahl von PN-Übergängen sich von der zweiten Anzahl von PN-Übergängen unterscheidet und die erste Anzahl von zusätzlichen PN-Übergängen sich von der zweiten Anzahl von zusätzlichen PN-Übergängen unterscheidet.
Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei die erste Anzahl von PN-Übergängen umgekehrt proportional zu der zweiten Anzahl von PN-Übergängen ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 16 bis 18, das ferner umfasst: Empfangen eines dritten Teils der 2^N Ströme als dritter Ausgangsstrom durch einen mittleren Ausgangsanschluss (IOUT_C), wobei für jeden Dezimalwert des N-Bit-Codes eine Quantität des dritten Teils gleich einer Quantität eines der 2^N Ströme ist; und schaltbares Verbinden der Vielzahl von PN-Übergängen mit dem positiven Ausgangsanschluss (IOUT_P), dem negativen Ausgangsanschluss (IOUT_N) und dem mittleren Ausgangsanschluss auf Basis des N-Bit-Digitalcodes, einschließlich der mit dem positiven Ausgangsanschluss verbundenen ersten Anzahl von PN-Übergängen, die auf Basis des N-Bit-Digitalcodes variiert, der mit dem negativen Ausgangsanschluss verbundenen zweiten Anzahl von PN-Übergängen, die auf Basis des N-Bit-Digitalcodes variiert, und einer mit dem mittleren Ausgangsanschluss verbundenen dritten Anzahl von PN-Übergängen, wobei die dritte Anzahl von PN-Übergängen ohne Bezug auf den N-Bit-Digitalcode festgelegt ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 16 bis 19, das ferner umfasst: schaltbares Verbinden eines ersten Teils der Vielzahl von zusätzlichen PN-Übergängen entweder mit dem positiven Ausgangsanschluss (IOUT_P) oder mit dem negativen Ausgangsanschluss (IOUT_N) auf Basis eines Werts eines ersten Bits des N-Bit-Digitalcodes, um sicherzustellen, dass die erste Summe gleich der zweiten Summe ist.
Verfahren gemäß Anspruch 20, das ferner umfasst: schaltbares Verbinden eines zweiten Teils der Vielzahl von zusätzlichen PN-Übergängen entweder mit dem positiven Ausgangsanschluss (IOUT_P) oder mit dem negativen Ausgangsanschluss (IOUT_N) auf Basis eines Werts eines zweiten Bits des N-Bit-Digitalcodes, um sicherzustellen, dass die erste Summe gleich der zweiten Summe ist.
Verfahren gemäß Anspruch 21, das ferner umfasst: schaltbares Verbinden eines dritten Teils der Vielzahl von zusätzlichen PN-Übergängen entweder mit dem positiven Ausgangsanschluss (IOUT_P) oder mit dem negativen Ausgangsanschluss (IOUT_N) auf Basis eines Werts eines dritten Bits des N-Bit-Digitalcodes, um sicherzustellen, dass die erste Summe gleich der zweiten Summe ist.