精确双极电流模式数模转换器制造技术

提供了精确双极数模转换器（DAC），其提供具有基本上固定的零中心点的双极电流输出。DAC包括：配置成响应于指示数字数据的参考信号而提供具有第一电位的第一模拟电流信号和具有第二电位的第二模拟电流信号的数模转换器电路；配置成通过从第一模拟电流信号减去第二模拟电流信号来提供双极电流信号的减法器电路；以及电耦合到减法器电路和数模转换器电路并配置成修改第二电位使得第二电位等于第一电位的第一控制电路。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求2013年8月7日提交的美国临时申请No.61/863,403的优先权，该临时申请由此通过引用整体并入本文中。
技术介绍
在电子装置设计中的普通任务是为了控制各种系统的目的而将数字信号转换成其模拟等效形式。例如，在医学诊断装置中，数模转换器（DAC）可用于控制应用于正由电化学检测测试的样本的信号扫描。因为目标分析物的准确检测关键取决于装置检测在特定的信号振幅处的反应的能力，用于控制信号扫描的控制电路（和因而DAC）将精确信号振幅应用于测试样本是重要的。然而，在真实世界部件中的制造和其它缺陷在转换过程中引入误差（系统的和随机的）。在很多数模转换架构（特别是具有双极输出的那些转换架构）中，要求昂贵的修整步骤、更昂贵的精确部件、在生产线上的附加的设备成本或大范围的校准来改进中心或零点的准确度，以便得到期望精度。如果输出不在零上定中心，则零的数字输入可以产生非零模拟输出。这样的修整不仅增加DAC的成本，而且随着时间的过去还危害DAC的稳定性，因为修整本身由于由温度、部件老化和电源变化而引起的飘移而退化。选择修整元件所要求的人为输入因素也使DAC的大量生产困难。
技术实现思路
本文公开了提供具有基本上固定的零中心点的双极电流输出的用于精确双极数模转换器（DAC）的系统、装置和方法。在特定实施例中，精确DAC从彼此减去常规DAC的正补偿电流输出以提供双极电流输出。这样的减去允许从一对单极电流输出实现双极输出而不使电流输出管脚的电位偏移或使最终输出电平移动，这可能要求附加的修整步骤或减小转换准确度。在一个方面中，用于将数字数据转换成模拟输出信号（例如双极模拟输出）的精确数模转换器（DAC）包括：配置成响应于数字数据（例如数字信号输入）而提供具有第一电位的第一模拟电流信号和具有第二电位的第二模拟电流信号的数模转换器电路；配置成通过从第一模拟电流信号减去第二模拟电流信号来提供双极电流信号的减法器电路，双极电流信号具有零中心点；以及电耦合到减法器电路和数模转换器电路并配置成修改第二电位使得第二电位等于第一电位的第一控制电路。在一些实施例中，第一电位由在DAC外部的电压源（例如外部电路）设置。电压源可以例如来自接收模拟输出信号的电路块的输入级。在特定实施例中，第一控制电路配置成维持基本上固定在零中心点处的双极模拟信号。在一些实施例中，第一控制电路配置成提供具有零中心点的双极模拟信号而没有校准或修整。在特定实施例中，第一电位是追踪或被保持在来自DAC的另一部分而不是数模转换器电路的零参考电位处的输出电位。在特定实施例中，第一和第二电流信号中的至少一个基本上被维持在地电位处。第一和第二电流信号可以是互补的。DAC还可包括配置成将第一和第二电流信号中的至少一个基本上维持在地电位处的第二控制电路。在一些实施例中，第一控制电路包括耦合到减法器电路的公共节点输入的伺服电路网络，且伺服电路网络操作来将第一和第二电流信号维持在基本上相同的电位处。在特定实施例中，伺服网络包括放大器，其具有耦合到补偿网络并耦合到第一和第二电流信号中的一个的第一输入、耦合到双极电流信号并耦合到第一和第二电流信号中的另一个的第二输入以及耦合到减法器电路的公共节点输入和电容器的输出的输出。减法器电路可包括电流镜网络。在一些实施例中，DAC包括一个或多个R-2R电路网络、字符串DAC或二进制加权电流操纵的DAC。数模电路可包括在精确电阻器网络中的多个电阻器和多个电容器。在特定实施例中，DAC被包括在单片集成电路芯片中。在一些实施例中，DAC被包括在护理点（point-of-care）诊断装置中。在另一方面中，用于执行目标分析物的电化学检测的诊断系统包括DAC；配置成接收数字数据并提供指示施加到与目标分析物电接触的反电极的参考信号的数字设定点值的处理器电路，其中DAC的模拟输出信号指示数字设定点值；以及配置成接收模拟输出信号并响应于该信号而将电位施加到反电极的伺服回路电路。在又另一方面中，用于使用先前描述的精确数模转换器（DAC）将包括一系列二进制数字的数字数据转换成双极模拟信号的方法。附图说明在考虑结合所附附图理解的下面的详细描述时，前述和其它目的和优点将是明显的，其中相似的附图标记始终指的是相似的部件，且其中：图1描绘在电压输出配置中的常规数模转换器；图2示出根据一些实现的例证性精确DAC；图3示出根据一些实现的配置成提供具有在零处的固定中心点的双极电流输出的例证性精确DAC的示意图；图4描绘根据一些实现的用于使用精确数模转换器将包括一系列二进制数字的数字数据转换成双极模拟信号的流程图；图5描绘根据一些实现的用于接收、准备和分析生物样本的药筒（cartridge）系统；图6描绘根据一些实现的用于分析检测系统的药筒；图7描绘根据一些实现的自动测试系统；图8描绘代表性电催化检测信号；图9描绘具有病原体传感器和寄主传感器（host sensor）的分析室；图10描绘具有病原体传感器和寄主传感器的分析室；以及图11描绘分析室的附加实施例。具体实施方式本公开通常涉及提供具有基本上固定的中心点的双极输出的精确双极DAC。为了提供对本文所述的系统、装置和方法的全面理解，将描述特定例证性实施例。应理解，虽然被示出用于在医学诊断系统中使用，本文公开的系统、装置和方法也可被使用在通用电路中，包括在结合专用或通用控制电路的使用的单片集成电路中。在一个方面中，精确DAC拓扑使用低成本部件提供具有被保证的零点准确度的双极电流输出。在零处的固定中心点确保对应于零的数字输入使DAC供应零的模拟输出。例证性实现利用匹配的部件的集合，其本身不要求绝对准确度。电流输出而不是电压输出的使用在特定实现中在精确系统中提供附加的EMI优点。部分地由于在特定实现中分开修整要求的消除，DAC可以比常规设计更容易合并在单个芯片上的单片集成电路中。根据一个方面，用于将包含一系列二进制数字的数字数据转换成双极模拟信号的精确数模转换器（DAC）包括数模转换电路、减法器电路和一个或多个控制电路。数模转换电路配置成响应于指示数字数据的数字字而提供第一和第二电流信号。减法器电路电耦合到数模电路并配置成通过从第一电流信号减去第二电流信号而提供双极电流输出信号。控制电路电耦合到减法器电路并修改第二电位，使得它等于第一电位。图1描绘根据一些实现的在电压输出配置中的常规数模转换器。在常规DAC拓扑中，修整元件（例如小心制造的或小心选择的反馈电阻器Rfb）提供DAC 102的电流输出的绝对按比例缩放。这样的常规DAC电路通过使IOUT2管脚的电位偏移或通过使最终电压输出VOUT电平移动来从一对单极电流输出实现双极电压输出。在这个架构中的反馈电阻器的使用引入昂贵的修整步骤，其由于温度、部件老化和电源变化而易于漂移。此外，使IOUT2管脚的电位偏移而不是将它生硬地保持在地电位处引入使双极输出更难以实现的转换准确度问题。图2示出根据一些实现的例证性精确DAC 100。在这个例子中，DAC 100配置成提供模拟电流输出。该输出具有在大约零处的基本上固定的中心点。DAC 100包括接收参考信号104和数字输入信号的常规DAC 102。参考信号104是代表满刻度输出的电流或电压信号。DAC 102基于数字输入和（本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将数字数据转换成双极模拟信号的精确数模转换器（DAC），包括：数模转换器电路，其配置成响应于数字输入数据而提供具有第一电位的第一模拟电流信号和具有第二电位的第二模拟电流信号；减法器电路，其配置成通过从所述第一模拟电流信号减去所述第二模拟电流信号来提供双极电流信号，所述双极电流信号具有零中心点；以及第一控制电路，其电耦合到所述减法器电路和所述数模转换器电路并配置成修改所述第二电位使得所述第二电位等于所述第一电位。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.08.07 US 61/8634031. 一种用于将数字数据转换成双极模拟信号的精确数模转换器（DAC），包括：数模转换器电路，其配置成响应于数字输入数据而提供具有第一电位的第一模拟电流信号和具有第二电位的第二模拟电流信号；减法器电路，其配置成通过从所述第一模拟电流信号减去所述第二模拟电流信号来提供双极电流信号，所述双极电流信号具有零中心点；以及第一控制电路，其电耦合到所述减法器电路和所述数模转换器电路并配置成修改所述第二电位使得所述第二电位等于所述第一电位。2. 如权利要求1所述的DAC，其中所述第一电位由在所述DAC外部的电压源设置。3. 如权利要求3所述的DAC，其中所述DAC配置成在没有校准或修整的情况下提供具有所述零中心点的所述双极模拟信号。4. 如前述权利要求中的任一项所述的DAC，其中所述第一模拟电流信号和第二电流模拟信号中的至少一个基本上被维持在地电位处。5. 如权利要求4所述的DAC，还包括配置成维持所述双极电流信号的稳定性的第二控制电路。6. 如前述权利要求中的任一项所述的DAC，其中所述第一控制电路包括耦合到所述减法器电路的公共节点输入的伺服电路网络，所述伺服电路网络操作来将所述第一电流信号和所述第二电流信号维持在基本上相同的电位处。7. 如权利要求6所述的DAC，其中所述伺服网络包括放大器，所述放大器具有耦合到互补网络并耦合到所述第一电流信号和第二电流信号中的一个的第一输入、耦合到所述双极电流信号并耦合到所述第一电流信号和第二电流信号中的另一个的第二输入...

【专利技术属性】
技术研发人员：W陈，
申请(专利权)人：艾克泽基因公司，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA