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JP3871502B2 - 多チャンネルd/aコンバータ - Google Patents
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JP3871502B2 - 多チャンネルd/aコンバータ - Google Patents

多チャンネルd/aコンバータ Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路に形成されるD/Aコンバータに関し、特に1チャンネルのD/A変換部を複数チャンネルで共用するように構成された多チャンネルD/Aコンバータに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、デジタル入力コードをアナログ量に変換するためにD/Aコンバータが使用される。特に半導体テスター用のD/Aコンバータでは、複数のD/A変換部を内蔵した多チャンネルD/Aコンバータが必要とされている。従来は、特開平9−326700号公報に記載のように、D/A変換部を複数個並べてデジタル入力のみを共通化することで多チャンネル化がなされていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
1個のD/A変換部の面積もデジタル入力のビット数の増加に対して大きくなるが、上記した従来の多チャンネルD/Aコンバータは、チャンネル数分のD/A変換部が必要なため、集積化した場合の面積が大きくなってしまう。
【0004】
したがって、変換ビット数の増加、集積化チャンネル数の増加等に容易には対応することができなかった。
【0005】
本発明の目的は、少ない面積で集積化が可能な多チャンネルD/Aコンバータを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の多チャンネルD/Aコンバータは、1チャンネル分のD/A変換部と、チャンネル数分のサンプルホールド部とを備え、当該サンプルホールド部をチャンネル毎のサンプルホールドパルスに応じてサイクリックに自己リフレッシュするようにしたものである。
【0007】
具体的に説明すると、本発明の多チャンネルD/Aコンバータは、1チャンネルのD/A変換部を複数チャンネルで共用するように構成され、かつ、外部から与えられるチャンネル選択信号及びロード信号に基づいて前記複数チャンネルの一つを選択するチャンネルロード信号並びに、前記チャンネルロード信号及び外部から与えられるクロック信号に応じて前記D/A変換部に信号を供給するチャンネルイネーブル信号、及び、前記チャンネルイネーブル信号及び外部から与えられるサンプルホールド信号に応じてサンプリングするチャンネルサンプルホールドパルスを生成し、前記複数チャンネルのそれぞれに対応する前記チャンネルイネーブル信号及びチャンネルサンプルホールドパルスを循環させて出力する制御部と、外部から与えられD/A変換されるデジタル信号を前記チャンネルロード信号に応じてチャンネル毎にラッチし、前記チャンネルイネーブル信号により選択されたチャンネルの信号を前記D/A変換部へ供給するデジタル入力部と、前記D/A変換部の出力を前記チャンネルサンプルホールドパルスに応じてチャンネル毎にサンプルホールドし、各チャンネルのサンプルホールド結果を個別に出力するアナログ出力部とを備え、前記制御部は、前記複数チャンネルのいずれかの前記デジタル信号が書き換えられた時には、前記チャンネルイネーブル信号及びチャンネルサンプルホールドパルスの出力を停止し、前記書き換えられたチャンネルに対応するチャンネルイネーブル信号及びチャンネルサンプルホールドパルスから出力を開始することとしたものである。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。ここでは説明の都合上、4チャンネル(A,B,C及びDチャンネル)のD/Aコンバータとしているが、チャンネル数は2以上で任意である。
【0009】
図1は、本発明に係る多チャンネルD/Aコンバータの全体構成例を示している。図1において、100は4チャンネル分のデジタル入力部、200は1チャンネル分のD/A変換部(DAC部)、300は4チャンネル分のアナログ出力部、400は発振部、500は制御部である。デジタル入力部100は、n(nは整数)ビットのデジタル入力コードD1〜Dnをチャンネルロード(LDA,LDB,LDC,LDD)信号に応じてチャンネル毎にラッチし、かつ当該チャンネル毎のラッチコードのうちチャンネルイネーブル(ENA,ENB,ENC,END)信号により選択されたチャンネルのラッチコードをDAC部200の入力バスラインDL1〜DLnへ供給するものである。DAC部200は、バスラインDL1〜DLnを介して与えられたnビットのデジタル入力コードをアナログ出力DACOUTに変換するものである。このDAC部200の内部構成はR−2Rラダー抵抗型、抵抗ストリング型等、任意である。アナログ出力部300は、DAC部200の出力DACOUTをチャンネルサンプルホールド(SHA,SHB,SHC,SHD)パルスに応じてチャンネル毎にサンプルホールドし、かつ各チャンネルのサンプルホールド結果を個別にチャンネル出力(VOUTA,VOUTB,VOUTC,VOUTD)とするものである。発振部400は、クロック(CLK)パルス列及びサンプルホールド(SHP)パルス列を制御部500へ供給する。制御部500は、ロード(LD)信号と2ビットのチャンネルアドレスを表すチャンネル選択(A0〜A1)信号とに基づいてLDA〜LDD信号を供給し、かつENA〜END信号及びSHA〜SHDパルスをサイクリックに供給する機能を有する。
【0010】
図2は、図1中のデジタル入力部100の詳細構成例を示している。デジタル入力部100は、与えられたnビットのデジタル入力コードD1〜DnをLDA〜LDD信号に応じてチャンネル毎にラッチするためのラッチ部10と、当該ラッチ部10からENA〜END信号により選択されたチャンネルのラッチコードをバスラインDL1〜DLnへ送出するためのバススイッチ部20とを備えている。詳細に説明すると、デジタル入力コードの最下位ビットD1とバスラインの最下位ビットDL1との間に、4チャンネル分のレベルラッチ11,12,13,14と、4チャンネル分のトライステートインバータ21,22,23,24とが介在している。レベルラッチ11〜14のデータ入力端子は、ビットD1に共通接続されている。当該レベルラッチ11〜14のクロックレベル入力端子には、それぞれLDA〜LDD信号が与えられる。各々ENA〜END信号により制御されるトライステートインバータ21〜24の入力端子には、各レベルラッチ11〜14の反転出力が与えられる。当該トライステートインバータ21〜24の出力端子は、ビットDL1に共通接続されている。他のビットD2〜Dn及びDL2〜DLnについても同様である。したがって、LDA〜LDD信号に応じてデジタル入力コードD1〜Dnがチャンネル毎にラッチされ、ENA〜END信号により選択されたチャンネルのラッチコードがバスラインDL1〜DLnに出力されることとなる。
【0011】
図3は、図1中のアナログ出力部300の詳細構成例を示している。アナログ出力部300は、DACOUTを共通入力とする4チャンネル分のサンプルホールド部31,32,33,34を備えている。このうち、Aチャンネルのサンプルホールド部31は、SHAパルスで制御されるスイッチ41と、コンデンサ42と、差動増幅器43と、2本の抵抗44,45とで構成されている。スイッチ41は、SHAパルスにより選択されたAチャンネルのコンデンサ42にDACOUTを接続するように動作する。コンデンサ42のホールド電圧は、差動増幅器43と抵抗44,45とで構成された増幅回路により増幅されて、Aチャンネル出力VOUTAとなる。他のチャンネルのサンプルホールド部32〜34の構成も同様である。
【0012】
図4は、図1中の制御部500の詳細構成例を示している。図4において、50はアドレスデコーダ、60はチャンネル選択ラッチ、70はリングカウンタ、80はANDゲート部である。アドレスデコーダ50は、LD信号とA0〜A1信号とに基づいて、LDA〜LDD信号を生成する。例えば、LD信号が与えられた際に(A1,A0)=(0,0)ならばLDA信号が、(A1,A0)=(0,1)ならばLDB信号が、(A1,A0)=(1,0)ならばLDC信号が、(A1,A0)=(1,1)ならばLDD信号がそれぞれ生成される。チャンネル選択ラッチ60は、CLKパルス列に同期してLDA〜LDD信号をラッチすることにより、チャンネルプリセット(NPA,NPB,NPC,NPD)信号を生成する。リングカウンタ70は、LD信号によりリセットされ、かつNPA〜NPD信号によりプリセットされた後はCLKパルス列に同期してENA〜END信号をサイクリックに生成する。ANDゲート部80は、SHPパルス列とENA〜END信号との論理積をとることによりSHA〜SHDパルスを生成する。
【0013】
図5は、図4中のチャンネル選択ラッチ60、リングカウンタ70及びANDゲート部80の各詳細構成例を示している。
【0014】
チャンネル選択ラッチ60の各チャンネル部分は、第1のDフリップフロップ61,62,63,64と第2のDフリップフロップ65,66,67,68との2段構成になっている。第1のDフリップフロップ61〜64のデータ入力端子はいずれも電源VDDに接続されている。当該第1のDフリップフロップ61〜64のクロック入力端子には、それぞれLDA〜LDD信号が与えられる。当該第1のDフリップフロップ61〜64の非反転出力は、ラッチされたチャンネルロード(LLA,LLB,LLC,LLD)信号として、第2のDフリップフロップ65〜68のデータ入力端子にそれぞれ与えられる。当該第2のDフリップフロップ65〜68のクロック入力端子には、それぞれCLKパルス列が与えられる。当該第2のDフリップフロップ65〜68の反転出力は、それぞれNPA〜NPD信号(負論理)としてリングカウンタ70へ供給されるとともに、チャンネル選択ラッチ60の自己リセット機能を実現するように第1のDフリップフロップ61〜64のリセット入力端子にそれぞれ与えられている。
【0015】
リングカウンタ70の各チャンネル部分は、NANDゲート71,72,73,74とDフリップフロップ75,76,77,78との2段構成になっている。NANDゲート71〜74の一方の入力は、それぞれNPA〜NPD信号である。図中のPRA、PRB、PRC及びPRDは、各NANDゲート71〜74の出力信号である。Dフリップフロップ75〜78のデータ入力端子には、それぞれPRA〜PRD信号が与えられる。当該Dフリップフロップ75〜78のクロック入力端子には、それぞれCLKパルス列が与えられる。当該Dフリップフロップ75〜78の非反転出力は、ENA〜END信号としてデジタル入力部100へ供給されるとともに、ANDゲート部80へも供給される。そして、当該Dフリップフロップ75〜78がリング状のシフトレジスタを構成するように、Dフリップフロップ75の反転出力がNANDゲート72の他方の入力に、Dフリップフロップ76の反転出力がNANDゲート73の他方の入力に、Dフリップフロップ77の反転出力がNANDゲート74の他方の入力に、Dフリップフロップ78の反転出力がNANDゲート71の他方の入力にそれぞれ接続されている。当該Dフリップフロップ75〜78のリセット入力端子には、LD信号をインバータ79で反転した信号が与えられるようになっている。
【0016】
ANDゲート部80は、チャンネル毎のANDゲート81,82,83,84を備えている。当該ANDゲート81〜84の一方の入力はそれぞれENA〜END信号であり、他方の入力はSHPパルス列である。これらANDゲート81〜84の出力がSHA〜SHDパルスである。
【0017】
図6は、図1の多チャンネルD/Aコンバータの動作例を示している。ここでは、CLKパルス列の繰り返し周期をTとし、各周期の後半にSHPパルスが生成されるものとする。発振部400は、このように互いに同期したCLKパルス列とSHPパルス列とを生成する。図6中の時刻tm(m=1〜12)はCLKパルスの立ち上がり時刻を表している。
【0018】
時刻t1以前の初期状態では、ENA〜END信号が全て“Lo”レベルにリセットされているものとする。したがって、SHA〜SHDパルスは生成されない。一方、LLA〜LLD信号も“Lo”を保持しているので、NPA〜NPD信号は“Hi”を、PRA〜PRD信号は“Lo”をそれぞれ保持している。図6には、このうちLLA、NPA、PRA、LLC、NPC及びPRCの各信号のみが示されている。
【0019】
さて、時刻t1と時刻t2との間の時刻taにおいて、Aチャンネルのデジタル入力コードD1〜Dn及びAチャンネルを指定するA0〜A1信号とともにLD信号が与えられると、アドレスデコーダ50はLDA信号を生成する。このLDA信号に応答して、デジタル入力部100は与えられたデジタル入力コードD1〜Dnをラッチする。一方、チャンネル選択ラッチ60では、Dフリップフロップ61の非反転出力であるLLA信号が“Lo”から“Hi”へ移行する。リングカウンタ70では、Dフリップフロップ75〜78がいずれもLD信号によりリセットされる。
【0020】
時刻t2では、Dフリップフロップ65の反転出力であるNPA信号が“Hi”から“Lo”へ移行する。この結果、PRA信号が“Lo”から“Hi”へ移行するとともに、LLA信号が“Lo”へ復帰する。
【0021】
時刻t3では、“Hi”のPRA信号がDフリップフロップ75にラッチされる結果、当該Dフリップフロップ75の非反転出力であるENA信号が“Lo”から“Hi”へ移行する。一方、LLA信号が“Lo”であるので、NPA信号が“Hi”へ復帰し、続いてPRA信号が“Lo”へ復帰する。この時点で、チャンネル選択ラッチ60は元の初期状態へ復帰する。ところが、リングカウンタ70では単一のDフリップフロップ75に“Hi”がプリセットされて、その状態が変化したことになる。
【0022】
時刻t3から時刻t4までの期間では、ENA信号が“Hi”レベルを保持する。したがって、このENA信号により選択されたAチャンネルのラッチコードがデジタル入力部100からDAC部200へ供給され、当該ラッチコードに対応するDACOUTが得られる。一方、ANDゲート81がSHPパルスを通過させる結果、SHAパルスがアナログ出力部300へ供給されて、所望のAチャンネル出力VOUTAが得られる。
【0023】
時刻t4以降、次にLD信号が与えられるまで、リングカウンタ70はプリセットされた“Hi”をCLKパルス列に同期してリングシフトさせる。具体的には、“Hi”レベルの状態が、時刻t4においてENA信号からENB信号へシフトし、時刻t5においてENB信号からENC信号へシフトし、時刻t6においてENC信号からEND信号へシフトし、時刻t7においてEND信号からENA信号へシフトする。その都度、ANDゲート部80はSHB、SHC、SHD、SHAの各パルスを生成する。ここで、例えばAチャンネルに着目すると、ENA信号及びSHAパルスが周期4Tでサイクリックに生成され、サンプルホールド部31のコンデンサ42の保持電圧が周期4Tでリフレッシュされることとなる。
【0024】
以上のとおり時刻ta以降では、デジタル入力部100及びアナログ出力部300の各々のAチャンネル部分が更新された後、サイクリックな自己リフレッシュ動作に入る。
【0025】
図6の例では、時刻t8に“Hi”レベルの状態がENA信号からENB信号へシフトした直後の時刻tcにおいて、Cチャンネルのデジタル入力コードD1〜Dn及びCチャンネルを指定するA0〜A1信号とともにLD信号が与えられたものとしている。これに応答して、リングカウンタ70ではDフリップフロップ75〜78がいずれもリセットされる結果、時刻tcにおいてENB信号が“Lo”へ復帰する。一方、アドレスデコーダ50はLDC信号を生成する。この時刻tc以降は、上記と同様の動作によりデジタル入力部100及びアナログ出力部300の各々のCチャンネル部分が更新された後、サイクリックな自己リフレッシュ動作に戻る。
【0026】
以上と同様にして更にB及びDチャンネル部分を更新すれば、4チャンネル出力VOUTA〜VOUTDが並列的に得られる。しかも、所望のチャンネル出力の変更がLD信号の付与から3T以内に達成される。
【0027】
なお、上記の例ではDAC部200のセトリング時間を考慮してENA〜END信号の各々の“Hi”レベル期間の後半にSHPパルスが生成されるようにしているが、これに限らない。
【0028】
【発明の効果】
以上説明してきたとおり、本発明によれば、1チャンネルのD/A変換部を複数チャンネルで共用することとしたので、少ない面積で集積化が可能な多チャンネルD/Aコンバータを提供することができ、変換ビット数の増加や、集積化チャンネル数の増加にも容易に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る多チャンネルD/Aコンバータの全体構成例を示すブロック図である。
【図2】図1中のデジタル入力部の詳細構成例を示す回路図である。
【図3】図1中のアナログ出力部の詳細構成例を示す回路図である。
【図4】図1中の制御部の詳細構成例を示すブロック図である。
【図5】図4中のチャンネル選択ラッチ、リングカウンタ及びANDゲート部の各詳細構成例を示す回路図である。
【図6】図1の多チャンネルD/Aコンバータの動作例を示すタイミングチャート図である。
【符号の説明】
10 ラッチ部
11〜14 レベルラッチ
20 バススイッチ部
21〜24 トライステートインバータ
31〜34 サンプルホールド部
41 スイッチ
42 コンデンサ
43 差動増幅器
44,45 抵抗
50 アドレスデコーダ
60 チャンネル選択ラッチ
61〜68 Dフリップフロップ
70 リングカウンタ
71〜74 NANDゲート
75〜78 Dフリップフロップ
79 インバータ
80 ANDゲート部
81〜84 ANDゲート
100 デジタル入力部
200 D/A変換部(DAC部)
300 アナログ出力部
400 発振部
500 制御部
A0〜A1 チャンネル選択信号
CLK クロックパルス列
DACOUT D/A変換出力
DL1〜DLn nビットのバスライン
D1〜Dn nビットのデジタル入力コード
ENA〜END チャンネルイネーブル信号
LD ロード信号
LDA〜LDD チャンネルロード信号
LLA〜LLD ラッチされたチャンネルロード信号
NPA〜NPD チャンネルプリセット信号(負論理)
PRA〜PRD NAND出力信号(正論理)
SHA〜SHD チャンネルサンプルホールドパルス
SHP サンプルホールドパルス列
VOUTA〜VOUTD チャンネル出力

Claims (6)

  1. 1チャンネルのD/A変換部を複数チャンネルで共用するように構成された多チャンネルD/Aコンバータであって、
    外部から与えられるチャンネル選択信号及びロード信号に基づいて前記複数チャンネルの一つを選択するチャンネルロード信号並びに、前記チャンネルロード信号及び外部から与えられるクロック信号に応じて前記D/A変換部に信号を供給するチャンネルイネーブル信号、及び、前記チャンネルイネーブル信号及び外部から与えられるサンプルホールド信号に応じてサンプリングするチャンネルサンプルホールドパルスを生成し、前記複数チャンネルのそれぞれに対応する前記チャンネルイネーブル信号及びチャンネルサンプルホールドパルスを循環させて出力する制御部と、
    外部から与えられD/A変換されるデジタル信号を前記チャンネルロード信号に応じてチャンネル毎にラッチし、前記チャンネルイネーブル信号により選択されたチャンネルの信号を前記D/A変換部へ供給するデジタル入力部と、
    前記D/A変換部の出力を前記チャンネルサンプルホールドパルスに応じてチャンネル毎にサンプルホールドし、各チャンネルのサンプルホールド結果を個別に出力するアナログ出力部とを備え
    前記制御部は、前記複数チャンネルのいずれかの前記デジタル信号が書き換えられた時には、前記チャンネルイネーブル信号及びチャンネルサンプルホールドパルスの出力を停止し、前記書き換えられたチャンネルに対応するチャンネルイネーブル信号及びチャンネルサンプルホールドパルスから出力を開始することを特徴とする多チャンネルD/Aコンバータ。
  2. 請求項1記載の多チャンネルD/Aコンバータにおいて、
    前記デジタル入力部は、
    与えられたデジタル入力コードを前記チャンネルロード信号に応じてチャンネル毎にラッチするためのラッチ部と、
    前記ラッチ部から前記チャンネルイネーブル信号により選択されたチャンネルのラッチコードを前記D/A変換部の入力バスラインへ送出するためのバススイッチ部とを備えたことを特徴とする多チャンネルD/Aコンバータ。
  3. 請求項1記載の多チャンネルD/Aコンバータにおいて、
    前記アナログ出力部は、各々前記チャンネルサンプルホールドパルスにより選択されたチャンネルのコンデンサに前記D/A変換部の出力を接続するためのスイッチを有する複数のサンプルホールド部を備えたことを特徴とする多チャンネルD/Aコンバータ。
  4. 請求項1記載の多チャンネルD/Aコンバータにおいて、
    前記制御部は、
    前記ロード信号と前記チャンネル選択信号とに基づいて前記チャンネルロード信号を生成するためのアドレスデコーダと、
    クロックパルス列に同期して前記チャンネルロード信号をラッチすることによりチャンネルプリセット信号を生成するためのチャンネル選択ラッチと、
    前記ロード信号によりリセットされ、かつ前記チャンネルプリセット信号によりプリセットされた後は前記クロックパルス列に同期して前記チャンネルイネーブル信号をサイクリックに生成するためのリングカウンタと、
    サンプルホールドパルス列と前記チャンネルイネーブル信号との論理積をとることにより前記チャンネルサンプルホールドパルスを生成するためのANDゲート部とを備えたことを特徴とする多チャンネルD/Aコンバータ。
  5. 請求項4記載の多チャンネルD/Aコンバータにおいて、
    前記チャンネル選択ラッチはチャンネル毎に2段のDフリップフロップで構成され、かつ自己リセット機能を有することを特徴とする多チャンネルD/Aコンバータ。
  6. 請求項4記載の多チャンネルD/Aコンバータにおいて、
    前記クロックパルス列及びサンプルホールドパルス列を前記制御部へ供給するための発振部を更に備えたことを特徴とする多チャンネルD/Aコンバータ。
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