JP3292070B2 - D/a変換器 - Google Patents
D/a変換器Info
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Description
器に関し、特に回路規模が小さく、多チャンネル入力型
のD/A変換器の集積に有効なD/A変換器に関する。
方式としては「電流重み付けD/A変換器」、「R−2
R型D/A変換器」、「PWM型D/A変換器」若しく
は「ΣΔ型D/A変換器」等が存在する。
2R型D/A変換器」では高速に高分解能のアナログ出
力を出力することが可能で、一方、「PWM型D/A変
換器」及び「ΣΔ型D/A変換器」では高精度素子が不
要で安価であると言った特徴がある。
は単調性を得るために高精度抵抗が必要であり、コスト
が上昇してしまう。一方、後者ではクロックを必要とす
るダイナミック型であるためノイズも多く、低速である
と言った問題点があった。
方式」が存在するが分解能を高くすると回路規模が大き
くなり実用上問題となる。この回路規模増大を抑制する
手法として「Peter Holloway,"A Trimless 16b Digital
Potentiometer",1984 IEEEInternational Solid-State
Circuits Conference.」に記載されている2ステ−ジ
型がある。
ップ方式」であるためにラダー抵抗が必要となり、多チ
ャンネル入力型のD/A変換器の場合には回路規模抑制
効果が得られ難くなる。従って本発明が解決しようとす
る課題は、単調性が良く、回路規模の小さいD/A変換
器を実現することにある。
るために、本発明の第1では、上位ビット変換回路と下
位ビット変換回路とを分離して、前記上位ビット変換回
路及び前記下位ビット変換回路の出力を加算して分解能
を上げるD/A変換器において、基準電圧源と、この基
準電圧源の出力電圧を分圧する抵抗アレイと、上位ビッ
トのディジタル入力信号に基づき前記抵抗アレイで分圧
された電圧を選択して出力する第1のスイッチ回路とか
ら構成される上位ビット変換回路と、 前記上位ビット変
換回路の出力電圧が一方の入力端子に印加される第1差
動回路と、この第1差動回路の相互コンダクタンスに対
して相互コンダクタンスが重み付けされ一方の入力端子
が接地される複数の第2差動回路と、前記第1及び第2
差動回路の2つの電流出力がそれぞれ反転入力端子及び
非反転入力端子に接続されアナログ出力信号を出力する
と共にそのアナログ出力信号が前記第1差動回路の他方
の入力端子に帰還される演算増幅器と、下位ビットのデ
ィジタル入力信号に基づいて前記第2差動回路の他方の
入力端子に基準電圧を印加する第2のスイッチ回路とか
ら構成される下位ビット変換回路とを備えたことを特徴
とするものである。
り単調性が良く、下位ビットは「電流重み付け」を用い
ることによりタップを選択するスイッチ回路の数が削減
され回路規模が小さくなる。
合、抵抗アレイを共用できるので消費電力が低減され、
回路規模の増加も抑制できる。さらに、自動校正を行な
う場合には校正データが共用できるので記憶回路容量も
少なくて済む。
説明する。図1は本発明に係るD/A変換器の一実施例
を示す回路図である。ここでは簡単の為、4ビットD/
A変換器を例示している。
b,2c及び2dは抵抗、3a,3b,3c,3d,3
e,3f,3g及び3hはスイッチ回路、4a及び4b
はNOT回路、5,6及び7は一対のトランジスタ及び
定電流源から構成される差動回路、8は演算増幅器であ
る。
1,102,103及び104はそれぞれディジタル入
力信号であり、101がMSB(Most Significant Bi
t)、104がLSB(Least Significant Bit)であ
る。
4a〜4bは上位ビット変換回路50を、3g,3h及
び5〜8は下位ビット変換回路51をそれぞれ構成して
いる。
され、抵抗2aの他端はスイッチ回路3aの一端及び抵
抗2bの一端に接続される。抵抗2bの他端はスイッチ
回路3bの一端及び抵抗2cの一端に接続される。
端、抵抗2dの一端、スイッチ回路3g及び3hの一方
の入力端子にそれぞれ接続される。
回路3bの他端及びスイッチ回路3eの一端に接続さ
れ、スイッチ回路3cの他端はスイッチ回路3dの他端
及びスイッチ回路3fの一端に接続される。
fの他端及び差動回路5の一方の入力端子に接続され、
差動回路5の一方の出力は差動回路6及び7の一方の出
力及び演算増幅器8の反転入力端子にそれぞれ接続され
る。
6及び7の他方の出力及び演算増幅器8の非反転入力端
子にそれぞれ接続される。
00として出力されると共に差動回路5の他方の入力端
子に接続される。差動回路6及び7の一方の入力端子は
スイッチ回路3g及び3hの出力端子にそれぞれ接続さ
れる。
チ回路3eの制御端子及びNOT回路4bに接続され、
NOT回路4bの出力はスイッチ回路3fの制御端子に
接続される。
3a及び3cの制御端子及びNOT回路4aに接続さ
れ、NOT回路4aの出力はスイッチ回路3b及び3d
の制御端子に接続される。
4はスイッチ回路3g及び3hの制御端にそれぞれ接続
される。
端、スイッチ回路3dの他端、スイッチ回路3g及び3
hの他方の入力端子、差動回路6及び7の他方の入力端
子はそれぞれ接地される。
る。上位ビットであるディジタル入力信号101及び1
02はそれぞれスイッチ回路3a〜3fのON/OFF
を制御する。
ると、抵抗2a〜2dにより等圧に分圧されているため
スイッチ回路3a,3b,3c及び3dにはそれぞれ”
3/4・Vref”,”2/4・Vref”,”1/4
・Vref”及び”0/4・Vref”の電圧が印加さ
れることになる。
02が”1”及び”1”であれば、スイッチ回路3a,
3c及び3eが”ON”、スイッチ回路3b,3d及び
3fが”OFF”となり、差動回路5の一方の入力端子
には”3/4・Vref”の電圧が印加されることにな
る。
出力信号100が帰還されているので、他の差動回路6
及び7が非動作であれば、アナログ出力信号100は”
3/4・Vref”を出力することになる。
タル入力信号101及び102が”1”及び”0”であ
れば”2/4・Vref”を、ディジタル入力信号10
1及び102が”0”及び”1”であれば”1/4・V
ref”を、ディジタル入力信号101及び102が”
0”及び”0”であれば”0/4・Vref”をそれぞ
れ出力することになる。
号103及び104はそれぞれスイッチ回路3g及び3
hを制御する。スイッチ回路3g及び3hはディジタル
入力信号103及び104が”1”ならば”1/4・V
ref”を選択し、”0”であれば接地レベル、言い換
えれば”0/4・Vref”を選択する。
クタンスがそれぞれ”4gm”、”2gm”及び”g
m”となるようにそれぞれの差動回路を構成する定電流
源の出力電流及びトランジスタの大きさが”4I,4
W”、”2I,2W”及び”I,W”と設定されてい
る。
04が”1”及び”0”であれば差動回路6にのみ”1
/4・Vref”が印加され、差動回路6の各出力ドレ
イン電流間に”2gm×1/4・Vref”の差が生じ
る。
信号101及び102が共に”0”であれば、差動回路
5の一方の入力電圧は”0/4・Vref”であり、差
動回路6から演算増幅器8へ出力される差動出力電流
は”2gm×1/4・Vref”となる。
等しくなければならず、差動回路5から演算増幅器8へ
出力される差動出力電流は”−2gm×1/4・Vre
f”のドレイン電流が流れるようにアナログ出力信号1
00が制御される。
m”であるからアナログ出力信号は”Vout”は、 Vout=(2gm×1/4・Vref)/4gm =2/16・Vref (1) となる。
ジタル入力信号101及び102が共に”1”になれ
ば、前述のように”3/4・Vref”が式(1)に加
算されることになるので、 Vout=(2/16+12/16)・Vref =14/16・Vref (2) となる。
〜104を”0000”、”0001”乃至”111
0”、”1111”と変化させることにより、アナログ
出力信号100が”0/16・Vref”、”1/16
・Vref”乃至”14/16・Vref”、”15/
16・Vref”と変化して4ビットのD/A変換器が
実現できる。
いることにより単調性が良く、下位ビットは「電流重み
付け」を用いることによりタップを選択するスイッチ回
路の数が削減され回路規模が小さくなる。
合、抵抗2a〜2dで構成される抵抗アレイを共用でき
るので消費電力が低減され、回路規模の増加も抑制でき
る。さらに、自動校正を行なう場合には校正データが共
用できるので記憶回路容量も少なくて済む。
ト変換回路とを分離して、上位変換回路としてタップ方
式」を用い、下位変換回路として「電流重み付け」を用
いることにより、単調性が良く、回路規模が小さくな
る。
「タップ方式」にみならず「R−2R型」や「電流加算
型」を用いることも可能である。
複数の差動回路で重み付けしたが、1つの差動回路の入
力電圧として別途設けたD/A変換器の出力を印加して
も良い。
実施例を示す回路図である。図2において8aは演算増
幅器、9及び10は抵抗アレイ、11,12及び13は
「タップ方式」によるD/A変換器、14,15及び1
6は一対のトランジスタ及び定電流源から構成される差
動回路である。
5,106及び107はそれぞれディジタル入力信号で
あり、105が上位ビット、106が中位ビット、10
7が下位ビットをそれぞれ示している。
れ、抵抗アレイ9の他端は抵抗アレイ10の一端に接続
され、抵抗アレイ10の他端は接地される。
A変換器11に、抵抗アレイ10の各タップ電圧はD/
A変換器12及び13にそれぞれ接続される。
は差動回路14,15及び16の一方の入力端子にそれ
ぞれ接続され、差動回路15及び16の他方の入力端子
はそれぞれ接地される。
及び16の一方の出力及び演算増幅器8aの一方の入力
端子にそれぞれ接続される。また、差動回路14の他方
の出力は差動回路15及び16の他方の出力及び演算増
幅器8aの他方の入力端子にそれぞれ接続される。
aを出力すると共に差動回路14の他方の入力端子に接
続される。さらに、D/A変換器11,12及び13に
はディジタル入力信号105,106及び107がそれ
ぞれ接続される。
回路14,15及び16の重み付けを”16”、”1
6”及び”1”とし、D/A変換器11,12及び13
の出力電圧をそれぞれ”Vmain”、”V2nd”及
び”V3rd”とすれば、 Vout=Vmain +16/16・V2nd +1/16・V3rd (3) となる。
抵抗値が”16:1”に重み付けられているので、D/
A変換器11とD/A変換器12とも出力値が”16:
1”に重み付けられることになり、図2全体としてD/
A変換器が構成されることになる。
位ビット用のD/A変換器12及び13の出力を抵抗ア
レイ10の特定タップの電圧とすると、差動回路間のコ
モンモード電圧の差により各差動回路を構成するトラン
ジスタの相互コンダクタンスの整合が悪化して、D/A
変換器全体としての線形性も悪化してしまう。
D/A変換器の実施例を示す回路図である。図3におい
て8bは演算増幅器、17及び18は抵抗アレイ、19
及び20は「タップ方式」によるD/A変換器、21,
22,23,24,25及び26は一対のトランジスタ
及び定電流源から構成される差動回路,27a,27
b,27c及び27dはスイッチ回路である。
8,109及び110はそれぞれディジタル入力信号で
あり、108が上位ビット、109が中位ビット、11
0が下位ビットをそれぞれ示している。
され、抵抗アレイ17の他端は抵抗アレイ18の一端に
接続され、抵抗アレイ18の他端は接地される。
/A変換器19に、抵抗アレイ18の各タップ電圧はD
/A変換器20にそれぞれ接続される。
差動回路21〜25の一方の入力端子、スイッチ回路2
7a〜27dの一方の入力端子にそれぞれ接続される。
択されたタップ電圧”Vmain”に隣接するタップ電
圧”V2nd”がスイッチ回路27a〜27dの他方の
入力端子に接続される。
動回路26の一方の入力端子に接続され、差動回路26
の他方の入力端子は接地される。
2,23,24,25及び26の一方の出力及び演算増
幅器8bの一方の入力端子にそれぞれ接続される。ま
た、差動回路21の他方の出力は差動回路22,23,
24,25及び26の他方の出力及び演算増幅器8bの
他方の入力端子にそれぞれ接続される。
bを出力すると共に差動回路21の他方の入力端子に接
続される。さらに、D/A変換器19及び20にはディ
ジタル入力信号108及び110がそれぞれ接続され、
ディジタル入力信号109はそれぞれスイッチ回路27
a〜27dの制御端子に接続される。
路間のコモンモード電圧の差がなくなり、各差動回路を
構成するトランジスタの相互コンダクタンスの整合も変
動しないので、D/A変換器全体としての線形性の悪化
を防止できる。
には隣接タップ間電圧を用いていない。
るが、下位ビットのコモンモード電圧の差により線形性
が悪化してしまうと言った問題がある。
に対する微分非直線性誤差を示す特性曲線図である。図
4から分かるように設定コードが増加するに伴って微分
非直線性誤差が悪化して行く。
in”とD/A変換器20の出力”V3rd”との電圧
差、言い換えれば、差動回路21と差動回路26のコモ
ンモード電圧の差が大きくなり、差動回路21及び26
を構成する定電流源の出力抵抗の影響で電流比に誤差を
生じるためである。
するトランジスタの相互コンダクタンスの整合が変動し
て、D/A変換器全体としての線形性が悪化してしま
う。
差動回路27a〜27dに示すような中位ビット用と同
様の構成にすればコモンモード電圧の影響を受けなくな
るので線形性は改善されるが、回路規模が飛躍的に増大
してしまう。
D/A変換器の実施例を示す回路図である。図5におい
て28は差動回路であり、それ以外の符号は図3の符号
と同一符号を付してある。
り、異なる点は差動回路28を構成する一対のトランジ
スタ”イ”と定電流源”ロ”との間にカスコードトラン
ジスタ”ハ”を設け、このカスコードトランジスタ”
ハ”のゲートにD/A変換器19の出力”Vmain”
を印加した点である。
路28を構成する定電流源”ロ”の端子間電圧は差動回
路21を構成する定電流源”ニ”の端子間電圧と同じに
なるので前述の電流比の誤差が改善される。
に対する微分非直線性誤差を示す特性曲線図であり、図
6から分かるように図4と比較して微分非直線性誤差の
悪化が改善されている。
構成する一対のトランジスタ”イ”と定電流源”ロ”と
の間にカスコードトランジスタ”ハ”を設け、このカス
コードトランジスタ”ハ”のゲートにD/A変換器19
の出力”Vmain”を印加することにより、回路規模
を大きくすることなく線形性の悪化を防止することがで
きる。
Sプロセスを用いるのが適当であるが、差動回路に関し
てはCMOSプロセスに限定する必要はない。
本発明によれば次のような効果がある。上位ビット変換
回路と下位ビット変換回路とを分離して、下位変換回路
として「相互コンダクタンス重み付け」を用いることに
より、単調性が良く、回路規模の小さいD/A変換器が
実現できる。
路図である。
す回路図である。
を示す回路図である。
性誤差を示す特性曲線図である。
を示す回路図である。
性誤差を示す特性曲線図である。
7a,27b,27c,27d スイッチ回路 4a,4b NOT回路 5,6,7,14,15,16,21,22,23,2
4,25,26,28差動回路 8,8a,8b 演算増幅器 9,10,17,18 抵抗アレイ 11,12,13,19,20 D/A変換器 50 上位ビット変換回路 51 下位ビット変換回路 100,100a、100b アナログ出力信号 101,102,103,104,105,106,1
07,108,109,110 ディジタル入力信号
Claims (1)
- 【請求項1】上位ビット変換回路と下位ビット変換回路
とを分離して、前記上位ビット変換回路及び前記下位ビ
ット変換回路の出力を加算して分解能を上げるD/A変
換器において、基準電圧源と、この基準電圧源の出力電圧を分圧する抵
抗アレイと、上位ビットのディジタル入力信号に基づき
前記抵抗アレイで分圧された電圧を選択して出力する第
1のスイッチ回路とから構成される上位ビット変換回路
と、 前記上位ビット変換回路の出力電圧が一方の入力端子に
印加される第1差動回路と、この第1差動回路の相互コ
ンダクタンスに対して相互コンダクタンスが重み付けさ
れ一方の入力端子が接地される複数の第2差動回路と、
前記第1及び第2差動回路の2つの電流出力がそれぞれ
反転入力端子及び非反転入力端子に接続されアナログ出
力信号を出力すると共にそのアナログ出力信号が前記第
1差動回路の他方の入力端子に帰還される演算増幅器
と、下位ビットのディジタル入力信号に基づいて前記第
2差動回路の他方の入力端子に基準電圧を印加する第2
のスイッチ回路とから構成される下位ビット変換回路と
を備えたことを特徴とするD/A変換器。
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Family Applications (1)
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JP31189296A Expired - Fee Related JP3292070B2 (ja) | 1995-12-19 | 1996-11-22 | D/a変換器 |
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1996
- 1996-11-22 JP JP31189296A patent/JP3292070B2/ja not_active Expired - Fee Related
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