CN101471668A - 极性控制的r-2r阶梯网络的数模转换器 - Google Patents

Abstract

一种极性控制的R－2R阶梯网络的数模转换器，包括：一个二进位加权数模转换器，该转换器包括一R－2R阶梯网络、多个控制开关、以及具有一反馈电阻的一运算放大器；以及从该阶梯网络的一个输入提供一正极性与一负极性的多个电压，其中，该正极性与该负极性借由一参考电压而判断，以及各所述开关在此至该运算放大器的一连接与该参考电压间切换。

Description

极性控制的R-2R阶梯网络的数模转换器

技术领域

本发明有关一种数模转换器(D/A转换器)，以及更尤其有关于一种用于显示器驱动器的D/A转换器。

背景技术

对于用于液晶显示器(LCD)的显示器驱动器的传统灰度电压发生器而言，其使用一种电阻器串。且在显示器驱动器中，存在多个用于选择所须灰度电压的解码器。该电阻器串与该多个解码器占用大量面积，以及因此存在一种须要以提供一种新的设计，以减少灰度电压发生器所占用面积。

发明内容

本发明的主要目的为减少灰度电压发生器所占用面积。

一种数模转换器，为极性控制的R-2R阶梯网络(ladder network)，用于将一数字信号转换成对应于极性信号的一模拟电压，其包括：一运算放大器，其具有一第一输入节点、一第二输入节点、以及用于输出该模拟电压的一输出节点，其中，该第二输入节点接收一参考电压；以及一R-2R阶梯网络，其具有一第一节点、一第二节点、以及一第三节点，该第一节点连接至该运算放大器的该第一输入节点，该第二节点接收一参考电压，以及该第三节点选择性地连接至对应于极性信号的一第一电压或一第二电压。其中，该R-2R阶梯网络还包括：与多个第二电阻器连接的多个第一电阻器，该多个第一电阻器具有第一电阻，以及该多个多个第二电阻器具有一第二电阻，该第二电阻的值为该第一电阻的值的两倍；以及多个开关，其由该数字信号控制，各选择性地将该多个相对应的第二电阻器连接至该运算放大器的该第一输入节点，或连接至该参考电压。

另一个所应用的数模转换器的电路结构用于将一数字信号转换成对应于一极性信号的一模拟电压，其包括：一运算放大器，其具有一第一输入节点、一第二输入节点、以及用于输出模拟电压的一输出节点，其中，该第二输入节点接收该参考电压；以及一R-2R阶梯网络，其具有一第一节点、一第二节点、以及一第三节点，该第一节点连接至该运算放大器的该第一输入节点，该第二节点接收一参考电压，以及该第三节点选择性地连接至对应于该极性信号的一第一电压或一第二电压。其中，该R-2R阶梯网络还包括：与多个第二电阻器连接的多个第一电阻器，该多个第一电阻器具有一第一电阻，以及该多个多个第二电阻器具有一第二电阻，该第二电阻的值为该第一电阻值的两倍；以及多个开关，其由该数字信号的LSB而控制，而各选择性地将相对应的该多个第二电阻器连接至该运算放大器的该第一输入节点，或连接至该参考电压；以及一温度计式电路，用于处理该数字信号的MSB，其包括：一参考电流发生器，用于根据该极性信号而产生一参考电流；多个晶体管，用于产生该参考电流；以及多个开关，其由该数字信号的MSB而控制，而选择性地将该多个晶体管连接至该运算放大器或该参考电压。

本发明的一或部份或所有该多个以及其他特性与优点，将由于以下说明而对于本领域技术人员容易且明显。其中，仅由说明最适合执行本发明该多个模式之一，以显示与说明本发明的较佳实施例。如同将可以了解，本发明可以该多个不同实施例而实现，且其若干细节可以各种明显观点修正而不会偏离本发明。因此，本发明的该多个附图与说明的本质被认为为说明而非限制。

附图说明

图1说明本发明数字至模拟转换器的一实施例；

图2说明输入电压与输出电压间的关系；以及

图3说明本发明数字至模拟转换器的另一实施例。

主要元件符号说明

100   数模转换器(D/A Converter)

101   R-2R阶梯网络

110   运算放大器

151   第一节点

152   第二节点

153   第三节点

300   数模转换器(D/A Converter)

301   R-2R阶梯网络

302   温度计式电路

310   运算放大器

312   缓冲器

314   热码发生器

351   第一输入节点

352   第二输入节点

具体实施方式

参考图1，其为具有：一R-2R阶梯网络的一n-位数模转换器的一实施例。在该实施例中的该数模转换器100是以一6-位DAC说明，用于根据极性信号P将一数字信号〔b5...b0〕转换成一模拟电压Vout。该数模转换器100包括一运算放大器110，与一R-2R阶梯网络。该运算放大器具有一第一输入节点、一第二输入节点、以及用于输出该模拟电压的一输出节点。该数模转换器100亦包括：连接介于运算放大器110的该第一输入节点、与该输出节点间的一电阻器Rf。此外，该数模转换器100可选择性地包括与该电阻器Rf并联的一电容器Cf。该第二输入节点接收一参考电压Vref。该运算放大器的该第一输入节点为一反相输入节点，以及该运算放大器的该第二输入节点为一非反相输入节点。

该R-2R阶梯网络101具有：一第一节点151、一第二节点152、以及一第三节点153，该第一节点151连接至该运算放大器110的该第一输入节点，该第二节点152接收该参考电压Vref，以及该第三节点153经由对应于该极性信号P的一开关SWP，而选择性地连接至一第一电压V1或一第二电压V2。在一实施例中，该第一电压V1为该电源电压VDD减去一阈值电压，以及该第二电压V2为该接地电压VSS加上该阈值电压。该阈值电压例如为0.3V。

R-2R阶梯网络101还包括：具有第一电阻而以R表示的多个第一电阻器，与具有第二电阻而以2R表示的多个第二电阻器。该多个第一电阻器与相对应多个第二电阻器连接。该第二电阻为第一电阻的两倍。

该多个多个开关SW0-SW5由数字信号〔b5...b0〕控制，将相对应的第二电阻器选择性地连接至该算放大器110的该第一节点或该参考电压Vref。

图2为该数模转换器100的输入vs该DAC的输出的附图。当须要具有一正极性的该输出时，该数模转换器100输出模拟电压Vout的范围为从VDD至Vref。当须要具有一负极性的该输出时，该数模转换器100输出模拟电压Vout的范围为从Vref至VSSA。特定而言，当须要具有该负极性的一输出时，该开关SWP将R-2R阶梯网络101连接至该第一电压V1，以致于该数模转换器100的输出为：

$\mathrm{Vout}=\mathrm{Vref}-(v1-\mathrm{Vref})\left(\frac{\mathrm{Rf}}{R}\right)\underset{i=0}{\overset{i=5}{\mathrm{\Σ}}}\frac{b_i}{2^{6-i}},$

该具有一负极性，这是由于V1为电源电压VDDA减去该阈值电压，以及该参考电压Vref为该电源电压VDDA与该接地电压VSS的平均。当须要具有一正极性的一输出时，该开关SWP将该R-2R阶梯网络101连接至该第一电压V2，以致于该数模转换器100的输出为：

$\mathrm{Vout}=\mathrm{Vref}-(v2-\mathrm{Vref})\left(\frac{\mathrm{Rf}}{R}\right)\underset{i=0}{\overset{i=5}{\mathrm{\Σ}}}\frac{b_i}{2^{6-i}},$

该具有一正极性，这是由于V2为该接地电压VSSA加上该阈值电压。

图3显示根据本发明一第二实施例的一数模转换器100的一电路图。该DAC300包括：一运算放大器310；一R-2R阶梯网络，用于处理该数字信号的该最不重要位(LSB)；以及一温度计式电路302，用于处理该数字信号的该最重要位(MSB)。在该实施例中，该数字信号的LSB为〔b3...b0〕，且该数字信号的MSB为〔b5，b4〕。

该运算放大器310具有一第一输入节点351、一第二输入节点352、以及用于输出该模拟电压Vout的一输出节点。该DAC 300亦包括连接介于该运算放大器310该第一输入节点与该输出节点间的一电阻器Rf。此外，该DAC300可选择性地包括与该电阻器Rf并联的一电容器。该运算放大器310的该第二输入节点接收一参考电压Vref。该运算放大器的该第一输入节点为一反相输入节点，以及该运算放大器310的该第二输入节点为一非反相输入节点。

该R-2R阶梯网络301连接至该运算放大器310的该第一输入节点。该R-2R阶梯网络301包括具有第一电阻而以R表示的多个第一电阻器，与具有第二电阻而以2R表示的多个第二电阻器。该第二电阻的值为第一电阻的值的两倍。多个第一电阻器与多个相对应第二电阻器连接。

多个开关SW0-SW3由数字信号〔b3...b0〕控制，将相对应的该多个第二电阻器选择性地连接至该运算放大器310的该第一节点或该参考电压Vref。

该温度计式电路302包括：该多个晶体管Q0-Q4，该多个开关SW4-SW6，一缓冲器312，以及一热码发生器314。该缓冲器312的该第一输入由一极性信号P而控制、经由该开关SWP选择性地接收一第一电压V1或一第二电压V2，且该缓冲器312的输出控制该多个晶体管Q0-Q4的栅极。该多个晶体管Q0-Q4各自连接至各具有电阻2R的该多个电阻器。使用该晶体管Q4作为一参考电流发生器，其经由该极性开关SWP、由该第一电压V1或该第一电压V2而选择性地控制，以产生一参考电流，以致于该流经该多个晶体管Q0-Q3的电流为恒定。

该热码发生器314依据该数字信号〔b5，b4〕的MSB而产生码M1、M2、以及M3。当〔b5，b4」等于「0，1」时，施加M1；当〔b5，b4」等于「1，0」时，施加M1与M2；以及当〔b5，b4」等于「1，1」时，施加M1、M2、以及M3。该多个开关SW4-SW6由该多个码M1-M3各别地控制，用于将该多个晶体管Q1-Q3选择性地连接至该运算放大器310的该第一输入节点，或连接至参考电压Vref。

特定而言，假设流经该开关SW0的电流为I，则流经该多个开关SW1、SW2、以及SW3的电流各为2I、4I、以及8I、以致于流经该晶体管Q0的电流为16I。由于各流经该多个晶体管Q0-Q4的电流应为相同，因此，流经该多个晶体管Q0-Q4的电流为16I。对于一数字信号「011000」而言，施加码M1且该开关SW3将该相对应的第二电阻器连接至该运算放大器310，以致于该流经该电阻器Rf的电流为16I+8I＝24I，且然后可以相对应地产生Vout。

虽然以上参考特定说明实施例以描述与说明本发明，然而其用意并非将本发明限定于该多个说明实施例。本领域技术人员了解，可以对其作各种变化与修正，而不会偏离本发明的精神。因此，其用意为包括在所附权利要求与其等同物的范围中的所有该多个变化与修正。

本领域技术人员了解，在该多个附图中与以上说明中所显示的本发明的实施例仅为典范，且其用意并非在于限制。

以上所呈现本发明较佳实施例的说明，其目的在于说明与描述。其用意并非在于穷尽，或将本发明限制于所揭示的确定形式或该多个典范实施例。因此，以上的说明应被认为说明而非限制。明显地，这许多修正与变化对于本领域技术人员为明显。选择与说明该多个实施例，以便最佳地解释本发明的原理、与其最佳模式实际应用，因而使得本领域技术人员了解用于各种实施例的发明，且具有该多个修正以适用于所设想的特定用途或执行。其用意为本发明的范围是由：该多个所附权利要求与其等同物所界定，其中除非另外表示，所有名词的用意为其最广泛合理的意义。应了解，可以由本领域技术人员在所说明的该多个实施例中作修正，而不会偏离由以下权利要求所界定的本发明的范围。此外，在本发明中所揭示的元件与组件，不论此元件或组件在以下权利要求中是否明确说明，其用意并非专用于公用。

Claims (15)

1.一种数模转换器，用以将一数字信号转换成对应于一极性信号的一模拟电压，其包括：

一运算放大器，其具有一第一输入节点、一第二输入节点、以及用于输出一模拟电压的一输出节点，其中，该第二输入节点接收一参考电压；以及

一R-2R阶梯网络，其具有一第一节点、一第二节点、以及第三节点，该第一节点连接至该运算放大器的该第一输入节点，该第二节点接收该参考电压，以及该第三节点选择性地连接至对应于该极性信号的一第一电压或一第二电压，其中，该R-2R阶梯网络还包括：

多个第一电阻器，其与多个第二电阻器连接，该多个第一电阻器具有一第一电阻值，以及该多个多个第二电阻器具有一第二电阻值，该第二电阻值为该第一电阻值的两倍；以及

多个开关，其由该数字信号控制，各选择性地将相对应的该多个第二电阻器连接至该运算放大器的该第一输入节点，或连接至该参考电压。

2.如权利要求1的数模转换器，还包括

连接介于该运算放大器的该输出节点与该第一输入节点间的一第三电阻器。

3.如权利要求2的数模转换器，还包括

与该第三电阻器并联的一电容器。

4.如权利要求1的数模转换器，其中

该运算放大器的该第一输入节点为一反相输入节点，以及该运算放大器的该第二输入节点为一非反相输入节点。

5.如权利要求1的数模转换器，其中

该参考电压为介于该第一电压与该第二电压之间。

6.如权利要求1的数模转换器，其中

该参考电压为该第一电压与该第二电压的平均。

7.如权利要求1的数模转换器，其中

该第一电压为一电源电压减去一阈值电压，以及该第二电压为一接地电压加上该阈值电压。

8.一种数模转换器，用于将一数字信号转换成对应于一极性信号的一模拟电压，其包括：

一运算放大器，其具有一第一输入节点、一第二输入节点、以及用于输出该模拟电压的一输出节点，其中，该第二输入节点接收一参考电压；以及

一R-2R阶梯网络，其具有一第一节点、一第二节点、以及一第三节点，该第一节点连接至该运算放大器的该第一输入节点，该第二节点接收该参考电压，以及该第三节点选择性地连接至对应于该极性信号的一第一电压或一第二电压，其中，该R-2R阶梯网络还包括：

多个第一电阻器，其与多个第二电阻器连接，该多个多个第一电阻器具有第一电阻，以及该多个多个第二电阻器具有第二电阻，该第二电阻的值为该第一电阻的值的两倍；

多个开关，其由该数字信号的最不重要位(LSB)而控制，而各选择性地将相对应的该第二电阻器连接至该运算放大器的该第一输入节点，或连接至该参考电压；以及

一温度计式电路，用于处理该数字信号的最重要位(MSB)，其包括：

一参考电流发生器，用于根据该极性信号而产生一参考电流；

多个晶体管，用于产生该参考电流；以及

多个开关，其由该数字信号的MSB而控制，而选择性地将该多个晶体管连接至该运算放大器或该参考电压。

9.如权利要求8的数模转换器，还包括

连接介于该运算放大器的该输出节点与该第一输入节点间的一第三电阻器。

10.如权利要求9的数模转换器，还包更包括

与该第三电阻器并联的一电容器。

11.如权利要求8的数模转换器，其中

该运算放大器的该第一输入节点为一反相输入节点，以及该运算放大器的该第二输入节点为一非反相输入节点。

12.如权利要求8的数模转换器，其中

该参考电压为介于该第一电压与该第二电压之间。

13.如权利要求8的数模转换器，其中

该参考电压为该第一电压与该第二电压的平均。

14.如权利要求8的数模转换器，其中

该第一电压为一电源电压减去一阈值电压，以及该第二电压为一接地电压加上该阈值电压。

15.如权利要求8的数模转换器，其中

该温度计式电路还包括：一热码发生器，用于根据该数字信号的MSB而产生多个热码；以及该多个开关，其对应于该温度计式电路的该多个晶体管，而由该多个热码所控制。

Images