CN101098145B

CN101098145B - 数字模拟数据转换器以及其转换方法

Info

Publication number: CN101098145B
Application number: CN200610100331A
Authority: CN
Inventors: 陈科宏; 蔡宗玲; 徐名潭; 施奕丞
Original assignee: Chunghwa Picture Tubes Ltd
Current assignee: Chunghwa Picture Tubes Ltd
Priority date: 2006-06-30
Filing date: 2006-06-30
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2026-06-30
Also published as: CN101098145A

Abstract

一种数字模拟数据转换器，用以将数字输入信号转换成模拟输出信号。数字模拟数据转换器包含寄存器、解码器、转换单元以及输出单元。在第一期间，解码器解码最低有效位组并以解码过的最低有效位组作为第一控制信号，以控制转换单元根据第一控制信号输出第一转换电流。在第二期间，解码器解码最高有效位组并以解码过的最高有效位组作为第二控制信号，以控制转换单元根据第二控制信号输出第二转换电流。输出单元在第一期间暂存第一转换电流，及在第二期间放大第二转换电流并与暂存的第一转换电流结合作为模拟输出信号。

Description

数字模拟数据转换器以及其转换方法

技术领域

本发明有关于一种数据转换的装置和方法，且特别有关于一种将数字输入信号转换成模拟输出电流的数字模拟数据转换器及其转换方法，其适用于譬如有机发光显示器(OLED)等装置中的数据转换。

背景技术

数字模拟数据转换器的用途非常广泛，举例来说，有机发光显示器(OLED)面板的驱动器必须利用数字模拟数据转换器接收数字控制电路传送过来的像素(pixel)数据并转换成模拟电流信号以驱动面板。再者，驱动器还可利用另外的两个数字模拟数据转换器提供使用者自由选择面板的对比与亮度变化。

快闪式(flash)数字模拟数据转换器可分为电压模式(voltage-mode)、充电模式(charge-mode)以及电流模式(current-mode)三种模式。其中，电压模式数字模拟数据转换器是利用一串电阻器分压去表示所需的模拟输出值，而充电模式数字模拟数据转换器是利用多个不同大小的电容器去表示所需的模拟输出值。然而，上述两种模式的输出分别会受电阻器以及电容器的精确度的影响，且在芯片上实现电容器需要极大的面积。

所以，一般应用上会采用电流模式数字模拟数据转换器，譬如阶层(segment)电流模式数字模拟数据转换器，其利用参考电流产生器产生定电流，并通过电流镜(current mirror)将其映射至多个电流源，例如接收的数字输入信号为(M+L)位(bit)，则需要2^M+L个电流源。然后，利用开关切换这些电流源来输出所需要的模拟输出电流。

更详细地说，先将接收的数字输入信号切割为具有M位的最高有效位组(mostsignificant bits)以及具有L位的最低有效位组(least significant bits)以分别处理。再利用温度计解码器(thermometer decoder)分别解码最高有效位组与最低有效位组，并将第一组电流源(其具有2^M个电流源)与第二组电流源(其具有2^L个电流源)解码后的信号送至输出端点，进而产生与数字输入信号相应的模拟输出电流。

明显地，这种阶层电流模式数字模拟数据转换器的电路结构及功率消耗随着数字输入信号位的增加而增加，甚至以指数方式增加。因此，需要一种结构更简单且功率消耗更低的数字模拟数据转换器，以应付日趋复杂的电路结构。

发明内容

本发明的目的就是在于提供一种数字模拟数据转换器及一种数字模拟数据转换方法，其用以将数字输入信号转换成模拟输出信号，可适用于譬如有机发光显示器(OLED)等装置中的数据转换。

本发明提出一种数字模拟数据转换器，用以将数字输入信号转换成模拟输出信号.数字模拟数据转换器包含寄存器、解码器、转换单元以及输出单元.寄存器用以接收并暂存数字输入信号，其中数字输入信号包含最高有效位组与最低有效位组.解码器电性连接至寄存器，其用以在第一期间解码最低有效位组并以解码过的最低有效位组作为第一控制信号，以及在第二期间解码最高有效位组并以解码过的最高有效位组作为第二控制信号.转换单元电性连接至解码器，其用以在第一期间根据第一控制信号输出第一转换电流，以及在第二期间根据第二控制信号输出第二转换电流.输出单元电性连接至转换单元，其用以在第一期间暂存第一转换电流，以及在第二期间放大第二转换电流并与暂存的第一转换电流结合作为模拟输出信号.

本发明提出一种数字模拟数据转换方法，用以将数字输入信号转换成模拟输出信号。数字模拟数据转换方法包含接收数字输入信号，其中数字输入信号包含最高有效位组以及最低有效位组。在第一期间，解码最低有效位组并以解码过的最低有效位组作为第一控制信号，以控制转换单元根据第一控制信号输出第一转换电流。在第二期间，解码最高有效位组并以解码过的最高有效位组作为第二控制信号，以控制此转换单元根据第二控制信号输出第二转换电流，以及放大第二转换电流。最后，结合第一转换电流与放大的第二转换电流作为模拟输出信号。

本发明的数字模拟数据转换器因采用同一转换单元分别对数字输入信号的最低有效位组与最高有效位组进行数字模拟数据转换，因此结构简单。再者，由于上述转换单元在进行最高有效位组转换时所需的电流是基于最低有效位组转换时所需的电流，因此大幅地降低功率消耗。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1是依照本发明一实施例的数字模拟数据转换器的方块图。

图2是依照本发明另一实施例的数字模拟数据转换器的方块图。

图3A与图3B是图2所示数字模拟数据转换器中电流供应器的开关实施例的结构图。

图4是图2所示数字模拟数据转换器中温度计解码器的输入/输出关系的示意图。

图5是图2所示数字模拟数据转换器中转换单元的方块图。

图6是依照本发明再一实施例的数字模拟数据转换器的方块图。

具体实施方式

图1是依照本发明一实施例的数字模拟数据转换器的方块图。请参照图1，数字模拟数据转换器100包含寄存器110、温度计解码器120、转换单元130、输出单元140以及输出节点OUT。其中，寄存器110接收数字输入信号，温度计解码器120电性连接至寄存器110，转换单元130电性连接至温度计解码器120，而输出单元140电性连接至转换单元130。此外，输出单元140包含输出开关141、电流放大器142以及电流寄存器143。输出节点OUT电性连接至电流放大器142与电流寄存器143，并结合电流放大器142与电流寄存器143的输出作为模拟输出信号。

寄存器110用以接收并暂存数字输入信号，以供温度计解码器120读取欲处理的数据.转换单元130包含多个电流供应器131～13X，且每一个电流供应器分别根据接收到的控制信号决定是否提供电流至输出单元140，其中X＝2^L-1。在这里，可以设计成电流供应器131～13X提供至输出单元140的输出电流实质上相同，此种转换方式与现有的二进制权重(binary weighted)转换不同，而被称为线性权重(linearly weighted)转换。

依照本发明的观念，将(M+L)位的数字输入信号切割为具有M位的最高有效位组以及具有L位的最低有效位组以分别处理，其中M与L为正整数且M≤L。在第一期间，温度计解码器120解码最低有效位组并以解码过的最低有效位组作为第一控制信号，以控制转换单元130根据第一控制信号输出第一转换电流Itmp，1。此时，在输出单元140中，输出开关141切换到端点C，即端点A与C形成通路。因此，输出开关141导接第一转换电流Itmp，1至电流寄存器143，并由电流寄存器143暂存第一转换电流Itmp，1。

在第二期间，温度计解码器120解码最高有效位组并以解码过的最高有效位组作为第二控制信号，以控制转换单元130根据第二控制信号输出第二转换电流Itmp，2。此时，在输出单元140中，输出开关141切换到端点B，即端点A与B形成通路。因此，输出开关141导接第二转换电流Itmp，2至电流放大器142，并由电流放大器142将第二转换电流Itmp，2放大2^L倍。最后，在输出节点OUT结合电流寄存器143输出的第一转换电流Itmp，1以及电流放大器142输出的放大2^L倍的第二转换电流Itmp，2作为模拟输出信号。

一般而言，若M+L为偶数则设计成M等于L，若M+L为奇数则设计成M等于L-1，如此可用最少的电流供应器以使结构简单且功率消耗低。再者，将处理最低有效位组的转换单元应用来处理最高有效位组再放大最高有效位组转换后的模拟电流信号，也即采用同一转换单元分别对最低有效位组与最高有效位组进行数字模拟数据转换，可以大幅简化电路结构以及减低功率消耗。

图2为依照本发明另一实施例的数字模拟数据转换器的方块图，在此以6位数字输入信号为例，且其切割为具有3位的最高有效位组以及具有3位的最低有效位组。图4为图2所示数字模拟数据转换器中温度计解码器220的输入/输出关系的示意图。

请同时参照图2与图4，由于数字模拟数据转换器200接收6位数字输入信号，因此寄存器210可以是6位数字数据的寄存器。而且，由于最低有效位组具有3位，因此温度计解码器220接收3位输入信号并解码成7(＝2³-1)位控制信号。并且，控制信号的每一位分别控制一个电流供应器以决定是否提供电流至输出单元240，因此需要7个电流供应器，即转换单元230包含电流供应器231～237。

在一实施例中，每一个电流供应器包含一个开关与一个电流源，其中开关根据控制信号决定是否导接电流源的输出电流至输出单元。以电流供应器231为例，电流供应器231包含开关250与电流源260。其中，开关250若接收到逻辑1的控制信号，开关250“导通”，此时开关250切换到端点Y(即端点X与Y形成通路)以使电流源260的输出电流I导接到输出单元240。反之，开关250若接收到逻辑0的控制信号，开关250“断开”，此时开关250切换到端点Z(即端点X与Z形成通路)以提供其他路径给电流源260使其输出电流I不会流到输出单元240。像开关250这种单刀双掷(single-pole dual throw，SPDT)开关在控制信号为逻辑0时提供电流源260另一路径，因此可以缩短信号的稳定时间(settle time)，并降低开关切换时对信号的线性度的影响。

举例来说，若数字输入信号为“010110”，则最高有效位组为“010”，而最低有效位组为“110”.在第一期间，温度计解码器220接收最低有效位组“110”，根据图4所示的温度计解码器输入/输出关系，温度计解码器220将输出控制信号“0111111”.控制信号“0111111”从最左边的最高有效位(即“0”)到最右边的最低有效位(即“1”)，这七个位分别控制电流供应器231～237的开关，其中电流供应器231的开关250断开，而其它电流供应器232～237的开关导通.所以，第一转换电流Itmp，1的电流值为6I，输出开关241导接第一转换电流Itmp，1至电流寄存器243，并由电流寄存器243暂存第一转换电流Itmp，1.

接着，在第二期间，温度计解码器220接收最高有效位组“010”，根据图4所示的温度计解码器输入/输出关系，温度计解码器220将输出控制信号“0000011”。控制信号“0000011”这七个位分别控制电流供应器231～237的开关，其中电流供应器231～235的开关断开，而电流供应器236与237的开关导通。所以，第二转换电流Itmp，2的电流值为2I，输出开关241导接第二转换电流Itmp，2至电流放大器242，并由电流放大器242放大8(＝2³)倍而变成16I。最后，在输出节点OUT结合电流寄存器243输出的值为6I的第一转换电流Itmp，1以及电流放大器242输出的值为16I的第二转换电流Itmp，2作为模拟输出信号，因此对应到数字输入信号“010110”的模拟输出信号的电流值为22I。

图3A与图3B是图2所示数字模拟数据转换器中电流供应器的开关实施例的结构图，在此以电流供应器231的开关250为例。请参照图3A，开关250的一种实施方法是由一个三端开关301所构成，三端开关301若接收到控制信号CT的某一位为逻辑1则切换到端点Y，若接收到某一位为逻辑0则切换到端点Z。请参照图3B，开关250的另一种实施方法是由两个二端开关311与312所构成。二端开关311若接收到控制信号CT的某一位为逻辑1则导接其两端的信号，此时另一个二端开关312必须接收控制信号～CT中与上述某一位相应的位，故不导接其两端的信号。显然地，由于控制信号CT与～CT互补，所以二端开关311与312其中一个导接信号则另一个不导接信号。

图5是图2所示数字模拟数据转换器中转换单元230的方块图。请参照图5，以电流供应器231为例，其开关250采用图3B所示的开关设计方式。另外，电流源260由一个NMOS晶体管配合参考电流产生器570实现。其中，参考电流产生器570接收电压Vref，并利用运算放大器571作反馈控制以更稳定的电压偏压晶体管574。晶体管572～575形成一电流镜，其将晶体管574的电流映射到晶体管575的电流，再通过晶体管576产生电压Vfix偏压电流源260以产生固定电流I。

图6是依照本发明再一实施例的数字模拟数据转换器的方块图，其与图2所示数字模拟数据转换器200相似。请同时参照图2与图6，二者不同处在于转换单元的设计方式，凡本领域普通技术人员应可轻易了解，在此不再多做描述。虽然上述实施例以具偶数个位的数字输入信号为例，但是稍作修正也可适用于具奇数个位的数字输入信号。举例来说，若数字输入信号为“1001010”，则最高有效位组为“100”，而最低有效位组为“1010”，再重复上述具偶数个位的数字输入信号的处理方式，即可完成。

综上所述，本发明的数字模拟数据转换器因采用同一转换单元分别对数字输入信号的最低有效位组与最高有效位组进行数字模拟数据转换，因此结构简单。再者，由于上述转换单元在进行最高有效位组转换时所需的电流是基于最低有效位组转换时所需的电流，因此大幅地降低功率消耗。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许更动与润饰，因此本发明的保护范围当以权利要求所界定的为准.

Claims

1.一种数字模拟数据转换器，用以将一数字输入信号转换成一模拟输出信号，其特征在于，所述数字模拟数据转换器包含：

一寄存器，用以接收并暂存所述数字输入信号，其中所述数字输入信号包含一最高有效位组以及一最低有效位组；

一解码器，电性连接至所述寄存器，所述解码器用以在一第一期间解码所述最低有效位组并以解码过的所述最低有效位组作为一第一控制信号，以及在一第二期间解码所述最高有效位组并以解码过的所述最高有效位组作为一第二控制信号；

一转换单元，电性连接至所述解码器，用以在所述第一期间根据所述第一控制信号输出一第一转换电流，以及在所述第二期间根据所述第二控制信号输出一第二转换电流；以及

一输出单元，电性连接至所述转换单元，用以在所述第一期间暂存所述第一转换电流，以及在所述第二期间放大所述第二转换电流并与所述第一转换电流结合作为所述模拟输出信号。

2.如权利要求1所述的数字模拟数据转换器，其特征在于，当所述最高有效位组具有M位、所述最低有效位组具有L位且M+L为偶数时，M等于L，其中M与L为正整数。

3.如权利要求1所述的数字模拟数据转换器，其特征在于，当所述最高有效位组具有M位、所述最低有效位组具有L位且M+L为奇数时，M等于L-1，其中M与L为正整数。

4.如权利要求1所述的数字模拟数据转换器，其特征在于，当所述最高有效位组具有M位且所述最低有效位组具有L位时，所述输出单元在所述第二期间放大所述第二转换电流2^L倍，其中M与L为正整数且M≤L。

5.如权利要求1所述的数字模拟数据转换器，其特征在于，所述转换单元包含多个电流供应器，且每一所述电流供应器在所述第一期间根据所述第一控制信号决定是否提供电流至所述输出单元，而在所述第二期间根据所述第二控制信号决定是否提供电流至所述输出单元。

6.如权利要求5所述的数字模拟数据转换器，其特征在于，每一所述电流供应器包含一开关以及一电流源，且所述开关在所述第一期间根据所述第一控制信号决定是否导接所述电流源的输出电流至所述输出单元，而在所述第二期间根据所述第二控制信号决定是否导接所述电流源的输出电流至所述输出单元。

7.如权利要求6所述的数字模拟数据转换器，其特征在于，每一所述电流源的输出电流实质上相同。

8.如权利要求7所述的数字模拟数据转换器，其特征在于，所述解码器是一温度计解码器。

9.如权利要求8所述的数字模拟数据转换器，其特征在于，当所述最高有效位组具有M位，所述最低有效位组具有L位且M等于L时，所述温度计解码器在所述第一期间解码具L位的所述最低有效位组，并输出具2^L-1位的所述第一控制信号以每一位分别控制所述电流供应器的开关导通或断开，以及在所述第二期间解码具L位的所述最高有效位组，并输出具2^L-1位的所述第二控制信号以每一位分别控制所述电流供应器的开关导通或断开，其中M与L为正整数。

10.如权利要求8所述的数字模拟数据转换器，其特征在于，当所述最高有效位组具有M位，所述最低有效位组具有L位且M等于L-1时，所述温度计解码器在所述第一期间解码具L位的所述最低有效位组，并输出具2^L-1位的所述第一控制信号以每一位分别控制所述电流供应器的开关导通或断开，以及在所述第二期间解码具M位的所述最高有效位组，并输出具2^L-1位的所述第二控制信号以每一位分别控制所述电流供应器的开关导通或断开，其中M与L为正整数。

11.如权利要求1所述的数字模拟数据转换器，其特征在于，所述输出单元包含：

一电流寄存器，用以暂存所述电流寄存器的输入电流；

一电流放大器，用以放大所述电流放大器的输入电流；

一输出开关，用以在所述第一期间导接所述第一转换电流至所述电流寄存器以暂存所述第一转换电流，以及在所述第二期间导接所述第二转换电流至所述电流放大器以放大所述第二转换电流；以及

一输出节点，电性连接至所述电流寄存器与所述电流放大器，所述输出节点用以输出所述模拟输出信号，其中所述模拟输出信号结合所述电流寄存器与所述电流放大器的输出电流。

12.一种数字模拟数据转换方法，用以将一数字输入信号转换成一模拟输出信号，其特征在于，所述数字模拟数据转换方法包含：

接收所述数字输入信号，其中所述数字输入信号包含一最高有效位组以及一最低有效位组；

在一第一期间，解码所述最低有效位组并以解码过的所述最低有效位组作为一第一控制信号，以控制一转换单元根据所述第一控制信号输出一第一转换电流；

在一第二期间，解码所述最高有效位组并以解码过的所述最高有效位组作为一第二控制信号，以控制所述转换单元根据所述第二控制信号输出一第二转换电流，以及放大所述第二转换电流；以及

结合所述第一转换电流与放大的所述第二转换电流作为所述模拟输出信号。

13.如权利要求12所述的数字模拟数据转换方法，其特征在于，当所述最高有效位组具有M位、所述最低有效位组具有L位且M+L为偶数时，M等于L，其中M与L为正整数。

14.如权利要求12所述的数字模拟数据转换方法，其特征在于，当所述最高有效位组具有M位、所述最低有效位组具有L位且M+L为奇数时，M等于L-1，其中M与L为正整数。

15.如权利要求12所述的数字模拟数据转换方法，其特征在于，当所述最高有效位组具有M位且所述最低有效位组具有L位时，在所述第二期间放大所述第二转换电流2^L倍，其中M与L为正整数且M≤L。

16.如权利要求12所述的数字模拟数据转换方法，其特征在于，还包含暂存所述数字输入信号。

17.如权利要求12所述的数字模拟数据转换方法，其特征在于，在所述第一期间解码所述最低有效位组以及在所述第二期间解码所述最高有效位组都是以温度计解码方式。