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JPS60105323A - デイジタル−アナログ変換器 - Google Patents

デイジタル−アナログ変換器

Info

Publication number
JPS60105323A
JPS60105323A JP21302383A JP21302383A JPS60105323A JP S60105323 A JPS60105323 A JP S60105323A JP 21302383 A JP21302383 A JP 21302383A JP 21302383 A JP21302383 A JP 21302383A JP S60105323 A JPS60105323 A JP S60105323A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
inverter
bit
channel
digital
parallel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP21302383A
Other languages
English (en)
Inventor
Takayuki Kadaka
孝之 香高
Katsuhiko Ishida
勝彦 石田
Toshiyuki Takahashi
俊行 高橋
Takashi Ogata
尾形 隆志
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Gakki Co Ltd
Original Assignee
Nippon Gakki Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Gakki Co Ltd filed Critical Nippon Gakki Co Ltd
Priority to JP21302383A priority Critical patent/JPS60105323A/ja
Publication of JPS60105323A publication Critical patent/JPS60105323A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/66Digital/analogue converters
    • H03M1/74Simultaneous conversion
    • H03M1/78Simultaneous conversion using ladder network
    • H03M1/785Simultaneous conversion using ladder network using resistors, i.e. R-2R ladders

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、R−2R形抵抗ラダー網をインバータ回路
でドライブするようにしたディジタル−アナログ変換器
に関し、インバータ回路部を独特の配置パターンにした
がってIC(集積回路)化したことによシ変換誤差を減
少させると共に製造上の収率を向上させたものである。
従来、この種のディジタル−アナログ変換器は、全体と
してIC化されたものがなく、R−2R形抵抗ラダー網
と、これをドライブするインバータ回路とを別々に準備
し、これらを混成組立てすることにより構成されていた
このようにして構成されるディジタル−アナログ変換器
にあっては、インバータ回路がDA変換用に特別に設計
・製作されたものかないためにインバータ間で抵抗等の
特性ばらつきがあり、変換精度向上の妨げになっていた
この発明の目的は、R−2R形抵抗ラダー網及びインバ
ータ回路部をモノリシックIC化して変換精度及び製造
上の収率を向上させた新規なディジタル−アナログ変換
器を提供することにある。
この発明によるディジタル−アナログ変換器は、インバ
ータ回路部の複数のインバータ回路Y各ビット毎に一群
の並列接続されたMOS 型インバータで構成すると共
に、インバータ回路部に属する多数のMOS 型インバ
ータを可及的に小面積の方形状半導体領域内に形成した
ことを特徴とするものである。なお、この明細書におい
て、[MO8型インバータ」とは、能動素子として絶縁
ゲート型FET (電界効果トランジスタ)を有するイ
ンパータン゛意味するものとする。
以下、添付図面に示す実施例についてこの発明を詳述す
る。
第1図は、この発明にしたがってIC化されるべきディ
ジタル−アナログ変換器の回路構成を示すもので、この
変換器はnビットのディジタル入力をリニアDA変換し
、アナログ出力として電圧比カケ送出するようになって
いる。
ディジタル入力のnビットに対応した入力端子Il〜I
nにはそれぞれ人カパッファBF1〜BFnが接続され
ており、各入カバソファは2個のインバータ回路を縦続
接続した構成になっている。
入カパツファBF1〜BFnの出力端0□〜OnはR−
2R形抵抗ラダー網LAの対応する抵抗2Rに接続され
、抵抗ラダー網LAの最上位ビット(MSB) 側から
アナログ出力voty’rが取出芒れるようになってい
る。
第2図は、第1図の回路において各インバータ回路をコ
ンプリメンタリMO8型インバータで構成した場合の等
価回路を示すものであり、81〜Snはディジタル入力
のnビットの信号にそれぞれ応答するアナログスイッチ
、RPI〜RPnはPチャンネルの絶縁ゲート型FET
 のオン抵抗、RNI〜RNnはNチャンネルの絶縁ゲ
ート型FET のオン抵抗、VRは接地電位に対して高
い基準電位である。
上記のようなディジタル−アナログ変換器において、変
換誤差を少なくするには、R−2R抵抗ラダー網LAに
おける抵抗精度を上げるだけでなく、これにつながるオ
ン抵抗RPI〜RPn及びRNI〜RNnの絶対値を無
視できる程度に小さくするか、又は1ビツトずつ下位の
ビットになるたびにオン抵抗が2倍になるようにすれば
よい。
実際には、RPI〜RPnやRNI〜RNnの絶対値を
小さくすると、インバータサイズが大きくなってIC化
の障害にガると共に、ラッチアップ等を起こしやすくな
るので、オン抵抗の絶対値を小さくする一方で、1ビツ
トずつ下位ビットになるたびにオン抵抗が2倍になるよ
うにする。
このようにオン抵抗が2倍になるようにするためには、
絶縁ゲート型FET のチャンネル長を同−一とした場
合、チャンネル幅が半分になるようにすればよいが、こ
のようにすると、MSB 側に近ずくほどチャンネル幅
が広くなり、MSB では5.000〜10,000 
(μm :lにも達する。従って、これビそのまま配置
することはパターン効率が悪いだけでなく、各ビット間
のオン抵抗ばらつきを大きくしてしまうので得策でない
そこで、この発明では、各ビット毎に一群の並列接続さ
れた絶縁ゲート型FET ’Y設け、これらのFET 
のチャンネル幅の合計が所望のチャンネル幅になるよう
にしている。また、絶縁ゲート型FET ’に並列接続
することで、オン抵抗を十分小さくすることができる。
第3図は、この発明の一実施例によるIC化ディジタル
−アナログ変換器における入カパツファ部の構成をnビ
ット目(MSB) 及びn−iビット目について代表的
に示したもので、このうちのnビット目の入カパツファ
については第4図に等価回路が示されている。
nビット目の第1のインバータ回路1oハ、並列接続さ
れた複数のコンプリメンタリMO8型インパータン含ん
でおシ、このような構成はnビット目の第2のインバー
タ回路12、n−1ビツト目の第1及び第2のインバー
タ回路加及びηについても同様である。
nビット目の入カパツファにおいて、第1のインバータ
回路10の出力端(ドレインD)は第2のインバータ回
路12の入力端(ゲー)G)に接続されており、このよ
うな接続はn−1ビツト目の入カパツファにおいて第1
及び第2のインバータ回路加及び四についても同様であ
る。
上記のように複数のインバータ回路を構成する多数のコ
ンプリメンタリMO8型インバータは方形の半導体領域
内に形成されており、これらのインバータは各々のチャ
ンネル長方向が前記方形の一辺に平行し且つ各々のチャ
ンネル幅方向が前記方形の前記−辺に直交する他辺に平
行するように、しかもMSB(nビット目)からLSB
 (最下位ビット)までのインバータ群がこの記載の順
序で前記方形の前記他辺に沿って並ぶように配置されて
いる。
前記多数のコンプリメンタリMO8型インバ−タ群チャ
ンネル長は、全ビットについて同一に規定される。また
、前記多数のコンプリメンタリMO8!インバータのチ
ャンネル幅は1ピツトずつ下位のビットになるたびに半
分になるように規定される。例えば、nビット目の入カ
パッファにおいて、Pチャンネルの絶縁ゲート型FET
 のチャンネル幅y<Wp とし且つNチャンネルの絶
縁ゲート型FET のチャンネル幅YWNとすると、n
−1ビツト目の人カパッファにおいては、Pチャンネル
の絶縁ゲート型FET のチャンネル幅がWp/2に、
Nチャンネルの絶縁ゲート型FET のチャンネル幅が
WN/2にそれぞれ定められる。
nビット目の入カパッファにおいて、第1のインバータ
回路100入力端(ゲートG)は入力抵抗IRnY介し
て入力端子■□に接続され、第2のインバータ回路12
の出力端(ドレインD)は出力端on に接続される。
また、n−1ビツト目の入力バッファにおいても同様に
して、第1のインバータ回路加の入力端は入力抵抗lR
n−1ヲ介して入力端子In−1に接続され、第2のイ
ンバータ回路n奴 の入力端は出力端0n−1に接続される。なお、入力抵
抗IRn及びlRn−1は第1の電源ラインVSS及び
第2の電源ラインVDDの下をくぐるように形成されて
いる。
nビット目の入カパツファにおいて、Pチャンネルの絶
縁ゲート型FET のソースSのための配線層14はク
ロス抵抗CRnY介して第2の電源ライン”DDに接続
され、Nチャンネルの絶縁ゲート型FET のソースS
のための配線層は第1の電源ラインVSSに接続されて
いる。また、n−1ビツト目の入カパッファにおいても
同様にしてPチャンネルの絶縁ゲート型FET のソー
スSのための配線層別はクロス抵抗CRn−I Y介し
て第2の電源ラインVDDに接続嘔れ、Nチャンネルの
絶縁ゲート型FET のソースSのための配線層は第1
の電源ラインVSgに接続されている。なお、第1の電
源ラインVS8 は比較的低い基準電位(?llえば第
2図の接地電位に相当)を与えるものであり、第2の電
源ラインVDDは比較的高い基準電位(例えば第2図の
VRに相当)を与えるためのものである。
上記のように、各ビット毎にインバータ群を配置し、そ
れらに2以上の電源ラインを接続すると共に人力ライン
及び出力ラインを接続するようにした場合には、出力ラ
インにクロス抵抗を接続することもできるが、このよう
にすると、出力ラインの電位がインバータ出力に応じて
変化するので、静電容量が増し、インバータ出力の応答
速度を遅らせる不都合がある。また、静電容量が無視で
きる程度のクロス抵抗では、その抵抗佃が大きくカリ、
変換誤差に影響を与える。
このよう寿問題点を解決するために、上記実施例では、
インバータ出力ラインにクロス抵抗をつけずに、電源ラ
インにクロス抵抗をつけている。
このようにした場合において、変換誤差を少なくするに
は、クロス抵抗の値を許容限以下に小石くすることと、
1ビツトずつ下位ビットになるたびにクロス抵抗が2倍
になるようにすることが有効である。
このようにクロス抵抗が2倍になるようにするために、
上記実施例では、クロス抵抗CRn とCRn−0とを
同一の長さLCRにすると共に、クロス抵抗CRn の
幅YWCRとしてクロス抵抗CRn1 の幅YWca/
2 にしている。なお、クロス抵抗CRn 及びCRn
 1 は各々の幅方向がチャンネル幅方向に平行し且つ
各々の長さ方向がチャンネル幅方向に直交するように配
置されており、このようにすると、上記したようなMO
S 型インバータ配置と相俟って入カパツファサイズヶ
小さくするのに有益である。
第5図は、第3図の■−■線に沿う断面を示すものであ
る。
半導体基板(資)の表面には、拡散抵抗層32が形成さ
れており、この拡散抵抗層32の一端部及び他端部には
それぞれソース用配線層14及び第一2−の電−源−ラ
インVDDが接続されている。拡散抵抗層32の上には
絶縁層34ケ介してポリシリコン等から力る抵抗層あが
形成されており、この抵抗層Iの一端部及び他端部はそ
れぞれソース用配線層14及び第2の電源ラインvDD
に接続されている。抵抗層Iの上には絶縁層38ヲ介し
て第1の電源ラインV8Bが形成されており、この第1
の電源ラインV88はソース用配線層14及び第2の電
源ラインVDDの間でこれらに平行に延長している。
クロス抵抗CRn は、並列接続され且つ重ねて配置さ
れた2つの抵抗層32及びあによって構成され、これと
同様にしてCRn、等の他のクロス抵抗も構成される。
このようにしてクロス抵抗を構成すると1.クロス抵抗
値を許容限以下に小さくするのが容易になると共にクロ
ス抵抗の占有面積を小さくしうる利点がある。
以上のように、この発明によれば、インバータ回路を各
ビット毎に一群の並列接続されたMO8型インバータで
構成すると共に、lビットずつ下位−ビットになるたび
にykos 型インバータのチャンネル幅が半分になる
ようにしたので、各ビット毎にオン抵抗が小さくなると
共に各ビット間のオン抵抗ばらつきが少なくなり、変換
精度及び製造上の収率ケ大幅に向上させることができる
。また、2方形の半導体領域内にチャンネル長間−の多
数のMOS 型インバータが配置され、これらのインバ
ータは、各々のチャンネル長方向がいずれも前記方形の
一辺に平行し且つ各々のチャンネル幅方向がいずれも前
記方形の前記−辺に直交する他辺に平行するように、し
かも最上位ビットから最下位ビットまでのインバータ群
がこの記載の順序で前記方形の前記他辺に沿って並ぶよ
うに配置されるので、半導体チップ上でインバータ回路
部が占有する面積を最小にすることができる効果もある
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明にしたがってIC化されるべきディ
ジタル−アナログ変換器を示す回路図、第2図は、第1
図の回路において各インバータ回路をコンプリメンタリ
MO8型インバータで構成した場合の等価回路図、 第3図は、この発明の一実施例によるIC化ディジタル
−アナログ変換器における入力バッファ部の構成を示す
平面図、 第4図は、第3図におけるnビット目の入力/々ソファ
の等価回路図、 第5図は、第3図の■−■線に沿う断面図である。 BF□〜BFn ・・・入カパツファ、 S1%Sn・
・・アナログスイッチ、LA・・・R−2R形抵抗ラダ
ー網、10 、12 、20 、22・・・インバータ
回路。 出願人 日本楽器製造株式会社 代理人 弁理士 伊沢敏昭 第1図 、pFn 第2図 職 手続補正書(自発) 昭和団年12月lJ日 昭和郭年特許願第213023号 2、発明の名称 ディジタル−アナログ変換器 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 静岡県浜松市中沢町lO番1号 (407) 日本楽器製造株式会社 代表者 川 上 浩 4、代理人 〒116東京都荒川区西日暮里5丁目11番7号YMビ
ル702号 5、補正の対象 6−補正の内容 (1)明細書の「特許請求の範囲」の欄を添付別紙の通
9補正する。 (2)明細書第7頁、第2行〜第4行に[インバータ回
路10は・・・・・・含んでおシ、」とあるの乞、[イ
ンバータ回路10はコンプリメンタリMO8型インバー
タから成り、]に訂正する。 (3)明細書第7頁、第2行〜第4行、第1行に「しか
も・・・・・・この記載の順序で」とあるのを、「シか
も複数ビットのインバータ群がビット順に」に訂正する
。 (4)明細書第8頁、第5行に「全ビットについて」と
あるのを、「複数ビットのインバータ群について」に訂
正する。 (5)明細書第13頁、第11行に「静電容量が増し、
」とあるのを、「静電容量のため、」に訂正する。 (6)明細書第13頁、第8行〜第9行に「しかも・・
・・・・この記載の順序で」とあるのを、[しかも複数
ビットのインバータ群がビット順に」に訂正する。 (7)図面の第4図及び第5図を添付別紙の通シ補正す
る。 以上 特許請求の範囲 (a)ディジタル入力の複数ビットにそれぞれ対応した
複数のインバータ回路と、 (b)前記ディジタル入力の複数ビットの信号をそれぞ
れ前記複数のインバータ回路を介して受信する複数の入
力端子を有し、これらの入力端子からの信号ヲリニアD
A変換するR−2R形抵抗ラダー網と、 (elこの抵抗ラダー網からアナログ出力を取出すため
の出力手段と ンそなえたディジタル−アナログ変換器において、前記
複数のインバータ回路は、各ビット毎に一群の並列接続
されたMOS 型インバータを含む形でほぼ方形の半導
体領域内に形成され、この半導体領域内の多数のMOS
 型インバータは、各々のチャンネル長方向がいずれも
前記方形の一辺に平行し且つ各々のチャンネル幅方向が
いずれも前記方形の前記−辺に直交する他辺にほぼ平行
するように、しかも聚飲ピッ上Oインバータ群がビット
順に前記方形の前記他辺に沿って並ぶように配置され、
前記多数のMOS 型インバータのチャンネル長は前記
複数ビット9Δし企ど:1色群ユについては一一一□□
−雫−駒■−1−11.□1−□響ぼ同一に規定され、
前記多数のMOS 型インバータのチャンネル幅は1ビ
ツトずつ下位のビットになるたびに半分になるように規
定されているととZ特徴とするディジタル−アナログ変
9!。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (a)ディジタル入力の複数ビットにそれぞれ対応した
    複数のインバータ回路部、 (bl前記ディジタル入力の複数ビットの信号をそれぞ
    れ前記複数のインバータ回路を介して受信する複数の入
    力端子を有し、これらの入力端子からの信号’Y IJ
     ニアDA変換するR−2R形抵抗ラダー網と、 (c)この抵抗ラダー網からアナログ出力を取出すため
    の出力手段と 乞そなえたディジタル−アナログ変換器において、前記
    複数のインバータ回路は、各ビット毎に一群や並列接続
    嘔れたMOS 型インバータを含む形でほぼ方形の半導
    体領域内に形成され、この半導体領域内の多数のMOS
     型インバータは、各々のチャンネル長方向がいずれも
    前記方形の一辺に平行し且つ各々のチャンネル幅方向が
    いずれも前記方形の前記−辺に直交する他辺にほぼ平行
    するように、しかも最上位ビットから最下位ビットまで
    のインバータ群がこの記載順序で前記方形の前記他辺に
    沿って並ぶように配置され、前記多数のMOS 型イン
    バータのチャンネル長は全ビットについてほぼ同一に規
    定されご前記多数のMOS 型インバータのチャンネル
    幅は1ビツトずつ下位のビットになるたびに半分になる
    ように規定されていることを特徴とするディジタル−ア
    ナログ変換器つ
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