CN101192831B - 数字模拟转换器 - Google Patents

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Abstract

一种数字模拟转换器，至少包含一电阻串区、一第一数字模拟转换器区、一第二数字模拟转换器区、一多工器、一切换模块和一运算放大器。电阻串区提供一第一电压级群组和一第二电压级群组。当输入字组对应到的电压级在第一电压级群组的范围里时，第一数字模拟转换器区根据输入字组提供一输出电压。第二数字模拟转换器区根据剩余位提供一第二与一第三电压级。多工器与第二数字模拟转换器区相连，根据最低位从第一与第二电压级提供一中间电压。切换模块在输入字组相对应的电压级在该第一电压级群组的范围内时，用来连接从该第一DAC区选出的一电压级来输入至该多工器。运算放大器将中间电压与第一和第二电压级的其中一者做平均处理以产生一输出电压。

Description

数字模拟转换器
技术领域
本发明关于一种数字模拟转换器(digital-to-analog converter，DAC)的装置，且特别是涉及一种有多个DAC区块的装置，用以根据输入字组来处理不同电压级。
背景技术
传统的电阻串式(resistor string，R-string)数字模拟转换器(digital-to-analog-converter，DAC)使用一连串的电阻和一选择器。其中，电阻用以提供各种不同的电压级，而选择器包含多个选择线，用以对应到各相对应的电压级。传统的R-string DAC需要用到高达2N个选择线来转换N位数据。在芯片尺寸不断缩小的现在，使用多达2N个选择线会造成不必要的空间浪费。
在美国申请第11/563321号中，公开了一个双输出DAC，其中此DAC将选择线的数目从2N个降低到2N-1个，因此有效的节省了面积。图1是一双输出DAC的方框图。请参照图1，双输出DAC包含一R-string区102、一DAC区104、一多工器区106和一运算放大器108。将一输入字组分成一最低位(leastsignificant bit，LSB)和剩余位。DAC区104根据输入字组的剩余位从R-string区102选择了两个电压级。多工器106接下来根据最低位选择了其中一个电压级，然后运算放大器108把两电压级中的第一电压跟所选择的电压级做平均处理以作为DAC的最终输出。如此一来，双输出DAC只需要2N-1个选择线就可以转换一个N位输入字组。
然而，运算放大器108的输入电压范围被限制住了。如此一来，当运算放大器108尝试处理极大的电压差异时，DAC所产生的加马曲线(gamma curve)会产生失真。举例来说，当输入字组选择一个接近导轨电压的电压级时，会发生失真，而产生出一个非线性的加马曲线输出。
由于以上原因，需要设计出一个新型的DAC，来修正运算放大器造成的失真，而产生一个线性的加马曲线。
发明内容
因此本发明的目的在于提供一种数字模拟转换器(digital-to-analogconverter，DAC)，用以补正运算放大器所造成的失真。此DAC将一输入字组转换成一输出电压，其中输入字组包含一最低位(least significant bit，LSB)和剩余位。此DAC至少包含一R-string区、一第一DAC区、一第二DAC区、一多工器、一切换模块和一运算放大器。R-string区提供一第一电压级群组和一第二电压级群组。第一DAC区在输入字组对应到的电压级在第一电压级群组的范围里时，根据输入字组提供一第一DAC区输出电压。第二DAC区在输入字组对应到的电压级在第二电压级群组的范围里时，根据剩余位提供一第一与一第二电压级。多工器与第二DAC区相连接，其中在输入字组对应到的电压级在该第二电压群组的范围里时，该多工器用以根据最低位从第一与第二电压级提供一中间电压。切换模块在输入字组相对应的电压级在该第一电压级群组的范围内时，用来连接从该第一DAC区选出的一电压级来输入至该多工器。其中该切换模块包含：一感应器，用来决定相对应的电压级以提供一控制信号；以及一切换装置，依据该控制信号来做切换以连接从第一DAC区选出的一电压级来输入至该多工器。其中当该感应器侦测到一个对应到在第一电压级群组里的电压级的输入字组时，该切换装置则会电性相通该多工器的两输入，以提供该第一DAC区输出电压至该多工器的该两输入，借此使该多工器提供该第一DAC区输出电压。运算放大器用以在该输入字组对应到的电压级在该第一电压级群组的范围里时，将分别自该第一DAC区以及该多工器接收的该第一DAC区输出电压平均处理，产生该输出电压，或在该输入字组对应到的电压级在该第二电压级群组的范围里时，将中间电压和第一与第二电压级的其中一个做平均处理以产生输出电压。
使用单输出DAC来从R-string区一对一选择出电压级使电压级在R-string区的最高与最低端时，运算放大器可以更线性的做平均处理。
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的详细说明如下：
图1是双输出DAC的示意图；
图2a和图2b所示为依照本发明一较佳实施例中的DAC的一种方框图；
图3所示为依照本发明一较佳实施例的R-string区和第一与第DAC区之间连线的一种电路图。
其中，附图标记
102：R-string区    212：切换模块
104：DAC区         214：感应器
106：多工器区      216：切换装置
108：运算放大器    302：电阻
200：DAC           304：2对多选择器
202：R-string区    306：第二选择线
204：第一DAC区     308：第二切换器件
206：第二DAC区     310：1对多选择器
208：多工器        312：第一选择线
210：运算放大器    316：第一切换器件
具体实施方式
接下来将说明本发明的一较佳实施例，并依序附上附图标记。相同或相似的部分采用相同的编号。
图2a和图2b，所示为依照本发明一较佳实施例的一种DAC方框图。请参照图2a，一数字模拟转换器200(digital-to-analog converter，DAC)用来将一输入字组转换成一输出电压，其中输入字组包含一最低位(least significant bit，LSB)和剩余位。此DAC包含一电阻串式(resistor string，R-string)区202、一第一DAC区204、一第二DAC区206、一多工器208和一运算放大器210。R-string区202提供一第一电压级群组和一第二电压级群组。例如，一8位(N＝8)输入字组的来源数据需要R-string区202至少有256个电压级(2N＝256)。第一电压级群组至少包含多个电压级以提供输出电压，其中该输出电压被转换到相对应的灰阶。在R-string202区的两个端点附近的电压级会被分类在第一电压级群组里(如V0～V15和V240～V255)。这些电压级超出了运算放大器210线性处理的输入范围。失真使得第一电压级群组的加马曲线显得更加陡峭。而可以被运算放大器210线性处理的电压级则分类在第二电压级群组里(如V16～V239)。如此一来，第一电压级群组的加马曲线的倾斜度大于该第二电压级群组的加马曲线的倾斜度。
第一DAC区204在输入字组对应到的电压级在第一电压级群组的范围里时，根据输入字组提供输出电压。举例来说，一个8位字组00000000对应到V0。V0的值会十分接近上导轨电压(如5V)，因此V0是属于第一电压级群组。第一DAC区204是一个信号输出DAC。在此第一DAC区中，一个电压级对应到一个输入字组。当来源数据需要一个8位输入字组时，此第一DAC区只需要4位DAC区来容纳顶端的4位的电压级(V0～V15)和底端的4位的电压级(V240～V255)。第一DAC区所提供的输出电压会被如图上的Vin1传送到多工器208，也会被如图上的Vo1传送到运送放大器210。如此一来，如果输入字组对应到一个在第一电压级群组的电压级(如V0)，则Vo1和Vin1都会得到V0。
请同时参照图2a和图2b，当输入字组对应到一第一电压级群组里的电压级时，一切换模块212从第一DAC区连接一电压级以输入到多工器。切换模块212包含了一感应器214和一切换装置216。其中，感应器214用来决定相对应的电压级以提供一控制信号，而切换装置216被控制信号所切换用来连结从第一DAC区204选出的电压级以输入多工器208。举例来说，当感应器214侦测到一个对应到在第一电压级群组里的电压级的输入字组时，Vin1和Vin2则会电性相通并输入到多工器208。在这个例子里，无论多工器208选择哪一个，Vo1和Vo2会是一样的。然后，运算放大器210将Vo1和Vo2做平均处理产生一输出电压(Vo)。
当输入字组对应到在第二电压级群组的范围内的电压级时，第二DAC区206根据剩余位提供一第一和一第二电压级。举例来说，8位输入字组若为00010000时，其会对应到V16。运算放大器210可以在不产生明显的失真之下，线性的插入V16的值。因此，V16属于第二电压级群组。如美国申请第11/563321号所公开，第二DAC区206是一个双输出DAC，其中输入字组的剩余位从R-string区202选出第一和第二电压级。第一电压级与第二电压级中间相隔了两个电压级。第二DAC区206输出所选择的第二与第三电压级，使其为Vin1和Vin2并输入多工器208。当来源数据需要一个8位的输入字组时，第二DAC区204仅仅需要一个7位的DAC区来容纳在第二电压级范围里面的电压级(V16～V239)。稍后，图3会对第二DAC区206的结构有更详细的说明。虽然本发明的一较佳实施例需要一个额外的DAC来处理加马曲线两极端的电压级，此DAC的面积依旧较传统的8位DAC(需要用到256条选择线)来的小。
多工器208与第二DAC区相连，根据最低位从第一与第二电压级中提供一中间电压。中间电压指图2中的Vo2。当输入字组的最低位是“1”时，多工器208会选择第二电压级为中间电压；而当输入字组的最低位是“0”时，多工器208会选择第一电压级为中间电压。在这个例子里，切换模块212没有将Vin1和Vin2相连接，因此Vo1是第一电压级。而Vo2在这个例子里可能是第二电压级或第一电压级，其选择是根据最低位来判断。举例来说，第一电压级可能是V100，而第二电压级可能是V102。如果希望输出电压级是V100，则使V100选为Vo2，然后运算放大器210将V100和V100做平均处理而得到V100。另一方面，如果希望输出电压是V101，则使V102选为Vo2，然后运算放大器210将V100和V102做平均处理而得到V101。
请参照图3，其绘示依照本发明一较佳实施例中，R-string区202、第一DAC区204和第二DAC区206之间连线的一种电路图。R-string区包含多个串联在一起的电阻302，以提供各种不同的电压级。第一DAC区204包含一个一对多选择器310。其中此选择器310有多个第一选择线312与R-string区相连，并从第一电压级群组里来提供相对应的电压级，且每一个第一选择线312包含多个串联的第一切换器件316。切换器件316可以是CMOS晶体管开关。例如，一4位第一DAC区在每一个第一选择线312之上会有四个切换器件。每一个第一选择线312都对应到一个电压级并连结到Vin1。第二DAC区至少包含一个拥有多个第二选择线306的二对多的选择器304。其中第二选择线306与R-string区相连，并从第二电压级群组提供相对应的第一与第二电压级，且每一个第二选择线306至少包含多个串联的第二切换器件308。当第二选择线侦测到第一电压级，则连接到Vin1。当第二选择线侦测到第二电压级，则连接到Vin2。
由上述本发明较佳实施例的叙述可知，本发明较佳实例中的DAC的面积较传统的DAC的面积小。另外，本发明较佳实例的DAC解决了单纯双DAC中加马曲线非线性的问题。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种数字模拟转换器，用以将输入字组转换成一输出电压，其特征在于，该输入字组至少包含一最低位和剩余位，该数字模拟转换器至少包含：
一电阻串区，用以提供一第一电压级群组与一第二电压级群组；
一第一数字模拟转换器区，在输入字组对应到的电压级在该第一电压级群组的范围里时，根据该输入字组提供一第一数字模拟转换器区输出电压；
一第二数字模拟转换器区，在输入字组对应到的电压级在该第二电压级群组的范围里时，根据该剩余位提供一第一与一第二电压级；
一多工器，与该第二数字模拟转换器区相连，其中在输入字组对应到的电压级在该第二电压群组的范围里时，该多工器根据该最低位从该第一与该第二电压级中提供一中间电压；
一切换模块，在输入字组相对应的电压级在该第一电压级群组的范围内时，用来连接从该第一数字模拟转换器区选出的一电压级来输入至该多工器，其中该切换模块包含：
一感应器，用来决定相对应的电压级以提供一控制信号；以及
一切换装置，依据该控制信号来做切换以连接从第一数字模拟转换器区选出的一电压级来输入至该多工器，
其中当该感应器侦测到一个对应到在第一电压级群组里的电压级的输入字组时，该切换装置则会电性相通该多工器的两输入，以提供该第一数字模拟转换器区输出电压至该多工器的该两输入，借此使该多工器提供该第一数字模拟转换器区输出电压；以及
一运算放大器，用以在该输入字组对应到的电压级在该第一电压级群组的范围里时，将分别自该第一数字模拟转换器区以及该多工器接收的该第一数字模拟转换器区输出电压平均处理，产生该输出电压，或在该输入字组对应到的电压级在该第二电压级群组的范围里时，将该中间电压和该第一与该第二电压级的其中之一做平均处理以产生该输出电压。
2.根据权利要求1所述的数字模拟转换器，其特征在于，该第一电压级群组的加马曲线的倾斜度大于该第二电压级群组的加马曲线的倾斜度。
3.根据权利要求1所述的数字模拟转换器，其特征在于，该电阻串区至少包含多个电阻串联连接，用以提供不同的电压级。
4.根据权利要求1所述的数字模拟转换器，其特征在于，该第一数字模拟转换器区至少包含一1对多选择器，其中该1对多选择器具有多个第一选择线与该电阻串区相连，借以从该第一电压级群组中提供该第一数字模拟转换器区输出电压，且每一该第一选择线至少包含多个串联的第一切换器件。
5.根据权利要求4所述的数字模拟转换器，其特征在于，该第二数字模拟转换器区至少包含一2对多选择器，其中该2对多选择器具有多个第二选择线与电阻串区相连，借以从该第二电压级群组提供相对应的第一与第二电压级，且每一该些第二选择线至少包含多个串联的第二切换器件。
6.根据权利要求1所述的数字模拟转换器，其特征在于，当输入字组的该最低位是“1”时，该多工器选择该第二电压级为中间电压；当输入字组的该最低位是“0”时，该多工器选择该第一电压级为中间电压。
7.根据权利要求1所述的数字模拟转换器，其特征在于，该电压级是灰阶电压。
8.根据权利要求1所述的数字模拟转换器，其特征在于，该多工器与该第一数字模拟转换器区和该第二数字模拟转换器区相连接，用以从该第一电压级群组的范围内提供该第一数字模拟转换器区输出电压。
9.根据权利要求1所述的数字模拟转换器，其特征在于，该第一电压级与该第二电压级中间相隔了两个电压级。
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