CN101399547B - 数字/模拟转换器与数字信号转换至模拟信号的方法 - Google Patents

Abstract

一种数字/模拟转换器，用以依据一N位数字信号输出一输出模拟电压。数字/模拟转换器包括：第一电阻串、第一选择单元、第二电阻串与第二选择单元。第一电阻串耦接在第一与第二电源电压间，以产生介于第一与第二电源电压的第一组参考电压。第一选择单元依据N位数字信号的M个最高位，由第一组参考电压中选择出两参考电压。第二电阻串耦接在此两个被选择的参考电压间，以产生介于此两个被选择的参考电压间的第二组参考电压。第二选择单元依据N位数字信号的N-M个最低位，选择第二组参考电压之一作为输出模拟电压。

Description

数字/模拟转换器与数字信号转换至模拟信号的方法 

技术领域

本发明涉及一种数字/模拟转换器与数字信号转换至模拟信号的方法，且特别是涉及一种可节省电路面积的数字/模拟转换器与数字信号转换至模拟信号的方法。 

背景技术

图1示出了传统数字/模拟转换器(Digital-to-Analog Converter，DAC)的电路图。该数字/模拟转换器用于将数字信号转换为输出模拟电压。在图1中，传统数字/模拟转换器100包括电阻串110与选择单元120。电阻串110包括数个电阻串联耦接。电阻串产生介于一高电平参考电压与一低电平参考电压间的一组参考电压。选择单元120是依据数字信号Sd，由此组参考电压中，选择出一参考电压作为输出模拟电压Vo。然而，当数字信号Sd增加了N位，电阻串110的电阻数量需对应地增加至2^N倍，以产生足够细致的输出模拟电压。例如，当数字信号仅增加一位，电阻串的电阻数量需增加至两倍。因此，数字信号的位数越多，所需的电阻数量即更大幅地增加。如此一来，传统数字/模拟转换器的电路面积与成本将大幅提高。 

发明内容

本发明是有关于一种数字/模拟转换器，使用第一电阻串与第二电阻串来转换数字信号至输出模拟电压。本发明的数字/模拟转换器可大幅减少所使用的电阻数量，因此电路面积与成本可大幅降低。 

根据本发明的第一方面，提出一种数字/模拟转换器，用以依据一N位数字信号输出一输出模拟电压，该数字/模拟转换器包括：第一电阻串，用以耦接在第一与第二电源电压间，以产生介于该第一与该第二电源电压的第一组参考电压；第一选择单元，用以依据该N位数字信号的M个最高位，由该第一组参考电压中选择出两参考电压；第二电阻串，用以耦接在该两被选择的参考电压之间，以产生介于该两被选择的参考电压间的第二组参考电压；第二选择单元，用以依据该N位数字信号的N-M个最低位，选择该第二组参考电压之一，作为该输出模拟电压；以及多个缓冲放大器，用以接收并输出该第一组参考电压至该第一选择单元，其中，N和M为正整数，且M小于N。 

根据本发明的第一方面，提出一种数字信号转换至模拟信号的方法，至少包含下列步骤。首先，输入第一参考电压与第二参考电压至第一数字/模拟转换器。其中，第一数字/模拟转换器输出2^M+1个第一模拟信号，2^M+1个第一模拟信号的电压电平介于第一参考电压与第二参考电压之间。接着，输入第三参考电压与第四参考电压至第二数字/模拟转换器。其中，第三参考电压与第四参考电压是选自2^M+1个第一模拟/数字信号的其中两个。之后，第二数字/模拟转换器输出2^N-M+1个第二模拟信号。其中，2^N-M+1个第二模拟信号的电压电平是介于第三参考电压与第四参考电压之间，其中，N和M为正整数，且M小于N。 

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。 

附图说明

图1示出了传统的数字/模拟转换器的电路图。 

图2示出了本发明实施例的数字/模拟转换器的电路图。 

图3示出了本发明另一实施例的数字/模拟转换器的电路图。 

图4是本发明实施例的数字信号转换至模拟信号的方法的流程图。 

附图符号说明 

110：电阻串 

120：选择单元 

210、310：第一电阻串 

220：第一选择单元 

230、330：第二电阻串 

240、340：第二选择单元 

321、322：开关 

350：缓冲放大器 

360：输出缓冲器。 

具体实施方式

图2示出了本发明实施例的数字/模拟转换器(Digital-to-AnalogConverter，DAC)200的电路图。数字/模拟转换器200用以依据一N位数字信号Sd，输出一输出模拟电压Vo。数字/模拟转换器200包括第一电阻串210、第一选择单元220，第二电阻串230与第二选择单元240。N为一正整数。 

第一电阻串210耦接于电源电压Vr1与Vr2间，以输出介于电源电压Vr1与Vr2间的第一组参考电压A(1)至A(2^M+1)。在本发明实施例中，第一电阻串210包括2^M个电阻串联耦接在一起。第一组参考电压A(1)至A(2^M+1)是此2^M个电阻间的节点电压。M为小于N的正整数。 

第一选择单元220参考N位数字信号中的M个最高位，由第一组参考电压A(1)至A(2^M+1)中，选择两参考电压，例如是A(i)与A(i+1)。i是小于2^M-1的正整数。 

第二电阻串230串联耦接在被选择的参考电压A(i)与A(i+1)之间，以产生介于参考电压A(i)与A(i+1)之间的第二组参考电压B(1)至B(2^N-M+1)。在本发明实施例中，第二电阻串230包括2^N-M个电阻串联耦接在一起。第二组参考电压B(1)至B(2^N-M+1)是介于此2^N-M个电阻间的节点电压。 

第二选择单元240依据N位数字信号Sd的N-M个较低位，由第二组参考电压B(1)至B(2^N-M+1)中，选择出一参考电压，作为输出模拟电压Vo。 

在本发明实施例中，第一电阻串210包括2^M个电阻，而第二电阻串230包括2^N-M个电阻，以转换N位数字信号Sd。相较之下，传统数字/模拟转换器需要2^N个电阻来转换N位数字信号Sd。因此，当用以转换相同的数字信号时，本发明实施例的数字/模拟转换器所使用的电阻数量，远低于传统数字/模拟转换器所需的电阻数量。 

对于传统数字/模拟转换器，当需接收具有更多位的数字信号时，例如是N+1位的数字信号，电阻数量需要增加一倍，始得以转换N+1位的数字信号。然而，应用本发明实施例的数字/模拟转换器来转换N+1位的数字信号，仅第一电阻串或第二电阻串之一的电阻数量需要增加一倍。 

举例来说，传统数字/模拟转换器在转换10位数字信号时，需用到210(1024)个电阻。而本发明实施例的数字/模拟转换器用以转换10位数字信号时，其第一电阻串仅需使用例如2⁶个电阻，而第二电阻串仅需使用例如2⁴个电阻。即，仅需要2⁶+2⁴(80)个电阻来转换10位数字信号。因此，本发 明实施例的数字/模拟转换器所使用的电阻数量大幅降低。 

当数字信号的位数增加时，本发明实施例的数字/模拟转换器所需增加的电阻数量，远低于传统数字/模拟转换器。例如，当用以转换12位数字信号时，本发明实施例的数字/模拟转换器可设计为第一电阻串包括2⁶(64)个电阻，而第二电阻串包括2⁶(64)个电阻。因此，本发明实施例的数字/模拟转换器仅需要128个电阻来转换12位数字信号，而传统数字/模拟转换器需要2¹²(4096)个电阻。因此，本发明的数字/模拟转换器的电路面积与成本可大幅降低。 

图3示出了本发明另一实施例的数字/模拟转换器300的电路图。数字/模拟转换器300用于转换N位数字信号Sd至输出模拟电压Vo。数字/模拟转换器300包括第一电阻串310、开关321与322、一第二电阻串330、一第二选择电路340、数个缓冲放大器350与一输出缓冲器360。在本发明实施例中，第一电阻串310包括2^M个电阻，而第二电阻串330包括2^N-M个电阻。 

类似地，第一电阻串310耦接于电源电压Vr1与Vr2间，在2^M个电阻间的节点产生介于电源电压Vr1与Vr2间的第一组参考电压A(1)至A(2^M+1)。参考电压A(1)至A(2^M+1)分别以缓冲放大器350缓冲，并输出至开关321与322。 

开关321与322均接收N位数字信号Sd，并分别依据其M个最高位，由参考电压A(1)至A(2^M+1)中，选择出参考电压A(i)与A(i+1)。第二电阻串330耦接在参考电压A(i)与A(i+1)间，以产生介于参考电压A(i)与A(i+1)间的第二组参考电压B(1)至B(2^N-M+1)。参考电压B(1)至B(2^N-M+1)是2^N-M个电阻间的节点电压。 

第二选择单元340，例如是一开关，依据N位数字信号Sd的N-M个较低位，由第二组参考电压B(1)至B(2^N-M+1)中，选择出一参考电压，作为输出模拟电压Vo。输出缓冲器360缓冲输出模拟电压Vo，据以输出一经缓冲输出模拟电压Vob。 

图4是本发明实施例的数字信号转换至模拟信号的方法的流程图。请参考图4。在步骤410中，输入第一参考电压与第二参考电压至第一数字/模拟转换器。其中，第一数字/模拟转换器输出2^M+1个第一模拟信号。每个第一模拟信号的电压电平介于第一参考电压与第二参考电压之间。之后，在步骤420中，输入一第三参考电压与一第四参考电压至一第二数字/模拟转换器。其中， 第三参考电压与第四参考电压是选自此2^M+1个第一模拟/数字信号的其中两个。接着在步骤430中，第二数字/模拟转换器输出2^N-M+1个第二模拟信号。其中，2^N-M+1个第二模拟信号的电压电平介于第三参考电压与第四参考电压之间。在本发明实施例中，第一数字/模拟转换器是由2^M的电阻串联而成，第二数字/模拟转换器是由2^N-M的电阻串联而成。 

相较于传统模拟转换器，本发明实施例的数字/模拟转换器仅需较少的电阻来转换数字信号至输出模拟电压。因此，本发明实施例的数字/模拟转换器的电路面积与成本可大幅降低。 

综上所述，虽然本发明已以一较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视本发明的申请专利范围所界定者为准。 

Claims (12)

1.一种数字/模拟转换器，用以依据一N位数字信号输出一输出模拟电压，该数字/模拟转换器包括：

第一电阻串，用以耦接在第一与第二电源电压间，以产生介于该第一与该第二电源电压的第一组参考电压；

第一选择单元，用以依据该N位数字信号的M个最高位，由该第一组参考电压中选择出两参考电压；

第二电阻串，用以耦接在该两被选择的参考电压之间，以产生介于该两被选择的参考电压间的第二组参考电压；

第二选择单元，用以依据该N位数字信号的N-M个最低位，选择该第二组参考电压之一，作为该输出模拟电压；以及

多个缓冲放大器，用以接收并输出该第一组参考电压至该第一选择单元，

其中，N和M为正整数，且M小于N。

2.如权利要求1所述的数字/模拟转换器，其中，该第一选择单元更包括两开关，用以接收该第一组参考电压，并依据该N位数字信号的该M个最高位选择该两被选择的参考电压。

3.如权利要求2所述的数字/模拟转换器，更包括多个缓冲放大器，用以接收并输出该第一组参考电压至该些开关。

4.如权利要求1所述的数字/模拟转换器，更包括输出缓冲器，用以接收该输出模拟电压，并输出经缓冲的输出模拟电压。

5.如权利要求1所述的数字/模拟转换器，其中，该第二选择单元是开关。

6.一种数字信号转换至模拟信号的方法，至少包含：

输入第一参考电压与第二参考电压至第一数字/模拟转换器，其中，该第一数字/模拟转换器输出2^M+1个第一模拟信号，每该2^M+1个该第一模拟信号的电压电平介于该第一参考电压与该第二参考电压之间；

输入一第三参考电压与一第四参考电压至一第二数字/模拟转换器，其中，该第三参考电压与该第四参考电压选自该2^M+1个第一模拟/数字信号的其中两个；

该第二数字/模拟转换器输出2^N-M+1个第二模拟信号，其中，该2^N-M+1个第二模拟信号的电压电平介于该第三参考电压与该第四参考电压之间，

其中，N和M为正整数，且M小于N。

7.如权利要求6所述的方法，其中，该第一数字/模拟转换器与该第二数字/模拟转换器将具有N个位的位信号转换成模拟信号。

8.如权利要求6所述的方法，其中，该第一数字/模拟转换器是电阻串，将该第一参考电压与该第二参考电压输入于电阻串的两端，在电阻串的每个电阻的两端取出该第一模拟信号。

9.如权利要求8所述的方法，其中，该第一数字/模拟转换器是由2^M个电阻串联而成，在每个电阻的两端取出该第一模拟信号，共有2^M+1个该第一模拟信号。

10.如权利要求6所述的方法，其中，该第二数字/模拟转换器是电阻串，将该第三参考电压与该第四参考电压输入于电阻串的两端，在电阻串的每个电阻的两端取出该第二模拟信号。

11.如权利要求10所述的方法，其中，该第二数字/模拟转换器是由2^N-M个电阻串联而成，在每个电阻的两端取出该第二模拟信号，共有2^N-M+1个该第一模拟信号。

12.如权利要求6所述的方法，其中，该第一数字/模拟转换器与该第二数字/模拟转换器接收N位的数字信号，由该第一数字/模拟转换器将该数字信号的M个最高位转换成模拟信号，由该第二数字/模拟转换器将该数字信号的N-M个较低位转换成模拟信号。

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