CN207603617U - 一种数模转换器及转换电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供一种数模转换器及转换电路，涉及电子元件领域，能够减小数模转换器的IC尺寸；该M数模转换器包括：低N位的转换单元、高M‑N位的转换单元以及具有N+1个输入端的加法器；高M‑N位的转换单元包括：高M‑N位分压产生模块、电压选择模块、译码器、跨导器，基于译码器中输入的高M‑N位数字信号通过电压选择模块从高M‑N位分压产生模块中选择一路电压信号并通过跨导器转换为电流信号后输出至加法器的第一输入端；低N位的转换单元包括：具有N个电流输出端的电流产生模块；N个电流输出端的输出电流分别为{I，2I，…2^n‑1I，…2^N‑1I}，N个电流输出端与加法器的N个第二输入端之间通过不同的开关模块连接，开关模块在低N位数字信号的控制下开启和关闭。

Description

一种数模转换器及转换电路

技术领域

本实用新型涉及电子元件领域，尤其涉及一种数模转换器及转换电路。

背景技术

数模转换器，又称D/A转换器，简称DAC，是一种将数字信号转换成模拟信号的装置。其中，电压型DAC是一种利用电阻分压来实现数字信号到模拟信号的转换，并且电压型数模转换器(DAC)因为精度高和单调性好常被应用于各类转换器电路中，但是高位的电压型DAC需要用到大量的电阻，从而导致DAC的芯片设计面积较大。

具体的，以8位的DAC为例，现有技术中需要设置256(2⁸)个电阻将一个基准电压分成256等份，并且与256个电阻一一对应256个开关，通过8位数字信号解码器控制开关导通情况，进而控制输出的模拟电压值。

实用新型内容

本实用新型的实施例提供一种数模转换器及转换电路，能够减小数模转换器的IC尺寸。

为达到上述目的，本实用新型的实施例采用如下技术方案：

本实用新型实施例一方面提供一种数模转换器，所述数模转换器为M位的数模转换器，所述数模转换器包括：低N位的转换单元、高M-N位的转换单元以及具有N+1个输入端的加法器；其中，M，N均为正整数，且M＞N；所述加法器的N+1个输入端包括：1个第一输入端和N个第二输入端；所述高M-N位的转换单元包括：高M-N位分压产生模块、电压选择模块、译码器、跨导器，基于所述译码器中输入的高M-N位数字信号通过所述电压选择模块从所述高M-N位分压产生模块中选择一路电压信号并通过所述跨导器转换为电流信号后输出至所述加法器的所述第一输入端；所述低N位的转换单元包括：具有N个电流输出端的电流产生模块；所述N个电流输出端的输出电流分别为{I，2I，…2^n-1I，…2^N-1I}，其中，1≥n≥N；所述N个电流输出端与所述加法器的N个所述第二输入端之间通过不同的开关模块一一对应连接，所述开关模块在所述低N位数字信号的控制下开启和关闭。

进一步优选的，所述高M-N位分压产生模块包括连接于第一电压端和接地端之间的串联电阻元件，所述串联电阻元件包括串联的2^M-N个阻值相等的电阻。

进一步优选的，所述电压选择模块包括2^M-N个开关，所述2^M-N个开关一端与所述跨导器连接，另一端分别与所述串联电阻元件中相邻的电阻之间的结点以及所述串联电阻元件与所述接地端之间的结点连接；所述译码器与所述开关连接，用于根据输入的数字信号选择控制所述2^M-N个开关中的1个开关导通。

进一步优选的，所述电流产生模块包括：串联于所述N个电流输出端中的每一电流输出端与第二电压端之间的负载和电流源；其中，N个所述电流源产生的电流分别为{I，2I，…2^n-1I，…2^N-1I}。

进一步优选的，所述负载为三极管，所述三极管的第一极和栅极与所述第二电压端连接，所述电流源的一端与所述三极管的第二极连接，另一端作为所述电流产生模块的电流输出端。

进一步优选的，所述负载为电阻，所述电阻一端与所述第二电压端连接，另一端与所述电流源连接，所述电流源未连接所述电阻的一端作为所述电流产生模块的电流输出端。

进一步优选的，所述加法器包括运算放大器；所述运算放大器的正相输入端与基准电压结点连接，所述基准电压结点通过电阻与接地端连接，且所述基准电压结点与所述加法器的N+1个输入端之间分别连接有等阻值的电阻，所述运算放大器的反相输入端与该运算放大器的输出端连接，且该运算放大器的输出端作为该数模转换器的模拟信号输出端。

进一步优选的，M＝6，8，10。

进一步优选的，N＝1，2或3。

本实用新型实施例另一方面该提供一种转换电路，包括前述的数模转换器。

本实用新型实施例提供一种数模转换器及转换电路，该数模转换器为M位的数模转换器，包括：低N位的转换单元、高M-N位的转换单元以及具有N+1个输入端的加法器；其中，M，N均为正整数，且M＞N；加法器的N+1个输入端包括：1个第一输入端和N个第二输入端；高M-N位的转换单元包括：高M-N位分压产生模块、电压选择模块、译码器、跨导器，基于译码器中输入的高M-N位数字信号通过电压选择模块从高M-N位分压产生模块中选择一路电压信号并通过跨导器转换为电流信号后输出至加法器的第一输入端；低N位的转换单元包括：具有N个电流输出端的电流产生模块；N个电流输出端的输出电流分别为{I，2I，…2^n-1I，…2^N-1I}，其中，1≥n≥N；N个电流输出端与加法器的N个第二输入端之间通过不同的开关模块一一对应连接，开关模块在低N位数字信号的控制下开启和关闭。

综上所述，本实用新型通过将M位的数模转换器中分为低N位的转换单元和高M-N位的转换单元，由于低N位的转换单元中N路电流控制子单元的电流分别为{I，2I，…2^{n- 1}I，…2^N-1I}，这样一来，低N位的数字信号直接可以由低N位的转换单元来输出，高M-N位的数字信号则由高M-N位的转换单元输出，基于此相比于现有技术中M位的数模转换器而言，需要设置2^M组电压输出(包括电压产生、电压选择)元件，而本实用新型中的方案，通过设置2^M-N组电压输出元件，并结合N路电流控制子单元即可实现相同的技术效果，也即本实用新型中技术方案，能够很大程度上降低数模转换器中电压输出元件的数量，进而能够减小数模转换器的IC尺寸。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种数模转换器的电路示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种数模转换器中加法器的示意图之一；

图3为本实用新型实施例提供的一种数模转换器中加法器的示意图之一。

附图标记：

10-低N位的转换单元；101-电流产生模块；1011-负载；1012-电流源；102-开关模块；20-高M-N位的转换单元；201-高M-N位分压产生模块；202-电压选择模块；203-译码器；204-跨导器；30-加法器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例提供一种数模转换器，该数模转换器为M位的数模转换器；如图1所示，该数模转换器包括：低N位的转换单元10、高M-N位的转换单元20以及具有N+1个输入端的加法器30；其中，M，N均为正整数，且M＞N；加法器30的N+1个输入端包括：1个第一输入端V1和N个第二输入端V21、V22……V2n。

此处需要说明的是，本实用新型中的数模转换器可以是任意位数，例如可以是6位、8位、10位等；数模转换器中的低N位的转换单元同样也可以是小于该数模转换器总位数的任意位数，例如可以是低1位、低2位、低3位的转换单元，本实用新型对此均不作限定，实际中可以根据需要选择设置。例如，对于8位的数模转换器可以选择如图1中所示的高6位和低2位的转换单元，也即6+2的转换方式；又例如，对于10位的数模转换器可以选择高7位和低3位的转换单元，也可以选择高9位和低1位的转换单元等等。

具体的，高M-N位的转换单元20包括：高M-N位分压产生模块201、电压选择模块202、译码器203、跨导器204，该高M-N位的转换单元20基于译码器203中输入的高M-N位数字信号通过电压选择模块202从高M-N位分压产生模块201中选择一路电压信号并通过跨导器204转换为电流信号后输出至加法器30的第一输入端V1。

低N位的转换单元10包括：具有N个电流输出端的电流产生模块101；N个电流输出端的输出电流分别为{I，2I，…2^n-1I，…2^N-1I}，其中，1≥n≥N，n为正整数；N个电流输出端(P1、P2……PN)与加法器的N个第二输入端(V21、V22……V2n)之间通过不同的开关模块102一一对应连接，该开关模块102在低N位数字信号的控制下开启和关闭。

此处需要说明的是，上述N个电流输出端的输出电流分别为{I，2I，…2^n-1I，…2^{N- 1}I}是指，N个电流输出端中第n个电流输出端的输出电流为2^n-1I，例如，第1个电流输出端的输出电流为I，第2个电流输出端的输出电流为2I，第3个电流输出端的输出电流为4I等等。

综上所述，本实用新型通过将M位的数模转换器中分为低N位的转换单元和高M-N位的转换单元，由于低N位的转换单元中N路电流控制子单元的电流分别为{I，2I，…2^{n- 1}I，…2^N-1I}，这样一来，低N位的数字信号直接可以由低N位的转换单元来输出，高M-N位的数字信号则由高M-N位的转换单元输出，基于此，相比于现有技术中M位的数模转换器而言，需要设置2^M组电压输出(包括电压产生、电压选择)元件，而本实用新型中的方案，通过设置2^M-N组电压输出元件，并结合N路电流控制子单元即可实现相同的技术效果，也即本实用新型中技术方案，能够很大程度上降低数模转换器中电压输出元件的数量，进而能够减小数模转换器的IC尺寸。

示意的，以下实施例，以图1中8(M)位的数模转换器，包括低2(N)位的转换单元，高6(M-N)位的转换单元为例对本实用新型做进一步的说明，

当然，在此情况下，参考图1，加法器30包括1个第一输入端V1和2个第二输入端V21、V22在内的3个输入端。

高6位的转换单元包括：高6位分压产生模块201、电压选择模块202、译码器203、跨导器204，该高6位的转换单元基于译码器203中输入的高6位数字信号通过电压选择模块202从高6位分压产生模块中选择一路电压信号并通过跨导器204转换为电流信号后输出至加法器30的第一输入端V1。

低2位的转换单元10包括：具有2个电流输出端的电流产生模块101；2个电流输出端的输出电流分别为I，2I；2个电流输出端(P1、P2)与加法器30的2个第二输入端(V21、V22)之间通过不同的开关模块102一一对应连接，该开关模块102在低2位数字信号的控制下开启和关闭。

进一步的，如图1所示，高M-N位分压产生模块包括连接于第一电压端U1和接地端GND之间的串联电阻元件，该串联电阻元件包括串联的2^M-N个阻值相等的电阻R1；也即，针对高6位分压产生模块而言，联电阻元件包括串联的2⁶(64)个阻值相等的电阻R1。

在此基础上，如图1所示，电压选择模块202包括2^M-N个开关(S1、S2……S2^M-N)，2^M-N个开关一端与跨导器204连接，另一端分别与串联电阻元件中相邻的电阻之间的结点以及串联电阻元件与第一电压端之间的结点连接；译码器203与开关连接，用于根据输入的数字信号选择控制2^M-N个开关中的1个开关导通，以将与该开关连接的结点的电压信号输出至跨导器204，并通过跨导器将该电压信号输转换为电流信号后输出至加法器的第一输入端V1。

具体的，同样针对高6位分压产生模块而言，该电压选择模块202包括64个开关(S1、S2……S64)，64个开关一端与跨导器204连接，另一端分别与串联电阻元件中相邻的电阻之间的结点以及串联电阻元件与第一电压端之间的结点连接；译码器203与开关连接，用于根据输入的数字信号选择控制64个开关中的1个开关导通，以将与该开关连接的结点的电压信号输出至跨导器204，并通过跨导器将该电压信号输转换为电流信号后输出至加法器的第一输入端V1。

以下对电压选择模块202中开关的开启与输入的高六位的数字信号的关系做进一步的说明。

具体的，参考图1，如果高六位的数字信号转换为十进制的数字为X(按照正常6位的数字进行计算)，则通过译码器控制开关S(X+1)闭合，以下举例中均是忽略的低两位的数字，仅对高6位的数字按照正常6位的数字进行计算。

例如，当译码器203中输入的高六位的数字信号为000000(相当于十进制的0)，则通过该译码器控制开关S1闭合，此时与开关S1连接的结点的电压信号为0(接地端)，也即通过该节点向跨导器输入的电压为0。

又例如，当译码器203中输入的高六位的数字信号为000001(相当于十进制的1)，则通过该译码器控制开关S2闭合，此时与开关S2连接的结点的电压信号输入至跨导器。

再例如，当译码器203中输入的高六位的数字信号为111111(十进制的63)，则通过该译码器控制开关S64闭合，此时与开关S64连接的结点的电压信号输入至跨导器等等，此处不再一一举例说明。

另外，如图1所示，低2(N)位的转换单元10中的电流产生模块101包括：分别串联于2(N)个电流输出端中的每一电流输出端(P1、P2)与第二电压端U2(一般为VDD电压端)之间的负载1011和电流源1012；其中，2(N)个电流源1012产生的电流分别为I，2I({I，2I，…2^{n- 1}I，…2^N-1I})。

此处需要说明的是，实际中对于高6位的转换单元而言，需要设置合理的第一电压端U1的电压，以及连接于第一电压端U1和接地端GND之间的串联电阻元件中电阻R1的阻值，以保证通过电压选择模块进行电压调节精度对应的电流调节精度为4I(2^NI)；也即电压选择模块202中相邻的两个开关Sn-1和Sn分别导通的情况下，通过跨导器对应转换的电流大小的差值为4I；也可以说是，电压选择模块202中在开关Sn导通的情况下，通过跨导器对应转换的电流大小为4×(n-1)I。

其中，对于上述电流产生模块101中的负载而言，例如，可以如图1所示，上述负载1011为三极管M，三极管M的第一极和栅极与第二电压端U2连接，电流源1012的一端与三极管M的第二极连接，另一端作为电流产生模块101的输出端(P1，P2)；又例如，上述负载1011还可以为电阻，电阻一端与第二电压端连接，另一端与电流源连接，电流源未连接电阻的一端作为电流产生模块的输出端，此处不再附图示意。

具体的，参考图1，例如，当低2位的数字信号为00时，控制与电流产生模块101的两个输出端(P1，P2)连接的开关模块均处于截止状态(或者断开状态)，此时该电流产生模块101无电流输出至跨导器；又例如，当低2位的数字信号为01时，电流产生模块101中，控制与电流为I的电流输出端(也即电流为I电流源1012)连接的开关导通(或者闭合)，并将电流I输出至跨导器；又例如，当低2位的数字信号为10时，电流产生模块101中，电流为2I的电流输出端(也即电流为2I电流源1012)连接的开关导通(或者闭合)，并将电流2I输出至跨导器；再例如，当低2位的数字信号为11时，电流产生模块101中，控制电流为2I和I的电流输出端(也即电流为2I电流源1012)连接的开关均导通，并将电流2I和I均输出至加法器。

此外，以下对该数模转换器中的加法器30做进一步的说明。

如图1所示，该加法器30可以为求和电路，当然并不限制于此，也可以是其他特定的集成电路或者处理器等，以下均是以该加法器为求和电路为例，对本实用新型做进一步的说明。

参考图1，该加法器30(求和电路)包括运算放大器A，该运算放大器A的正相输入端(+)与基准电压结点O连接，其中，基准电压结点通过电阻与接地端连接；且该基准电压结点O与加法器的3(N+1)个输入端(V1、V21、V22)之间分别连接有等阻值的电阻R2，运算放大器A的反相输入端(－)与输出端连接，且该运算放大器的输出端作为该数模转换器的模拟信号输出端。

需要说明的是，上述运算放大器A的反相输入端(－)与输出端连接是指，可以是如图1所示的，运算放大器A的反相输入端(－)直接与该运算放大器A的输出端连接；也可以是如图2所示的，运算放大器A的反相输入端(－)通过电阻与该运算放大器A的输出端连接，当然该电阻的阻值一般与前述位于基准电压结点O与加法器的输入端电阻R2的阻值相等；还可以是如图3所示的，该运算放大器A的输出端于接地端之间设置串联的两个电阻，该运算放大器A的反相输入端(－)连接于串联的两个电阻之间的位置；当然还可以是其他的设置方式，本实用新型对此不作具体限定，实际中根据需要选择设置即可。

以下以图1中8位的数模转换器，包括低2位的转换单元，高6位的转换单元为例，通过具体的实施例对本实用新型中的数模转换器的实际转换过程做进一步的说明。

具体的，以该数模转换器接收需要转换的8为数字信号为11000110(十进制为198)为例：

低2位的转换单元接收的数字信号为10，电流产生模块101中，电流为2I的电流输出端(也即电流为2I电流源1012)连接的开关导通，并将电流2I输出至加法器的第二输入端V22。

高6位的转换单元接收的数字信号为110001(十进制为49)，控制开关S50闭合，此时高6位的转换单元10通过跨导器向加法器的第一输入端V1输入的电流为196I(49×4I)。

在此情况下，加法器30的根据第一输入端V1和第二输入端V22接收的总电流198I(196I+2I)转化为模拟电压信号并通过输出端进行输出。

以上可以看出，本实用新型中对于8位的模数转换器，高6位的转换单元中设置2⁶(64)个电阻串联的电阻元件，低2位的转换单元中设置两个电流源和对应的负载，相比于现有技术中，对于8位的模数转换器则需要设置2⁸(256)个电阻串联的电阻元件而言，本实用新型中的设计方案答复减少了相关元件的数量，从而减小了数模转换器的IC尺寸。

本实用新型实施例该提供一种转换电路，包括如上所述的数模转换器，具有与前述实施例提供的数模转换器相同的结构和有益效果。由于前述实施例已经对数模转换器的结构和有益效果进行了详细的描述，此处不再赘述。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种数模转换器，其特征在于，所述数模转换器为M位的数模转换器，所述数模转换器包括：低N位的转换单元、高M-N位的转换单元以及具有N+1个输入端的加法器；其中，M，N均为正整数，且M＞N；所述加法器的N+1个输入端包括：1个第一输入端和N个第二输入端；

所述高M-N位的转换单元包括：高M-N位分压产生模块、电压选择模块、译码器、跨导器，基于所述译码器中输入的高M-N位数字信号通过所述电压选择模块从所述高M-N位分压产生模块中选择一路电压信号并通过所述跨导器转换为电流信号后输出至所述加法器的所述第一输入端；

所述低N位的转换单元包括：具有N个电流输出端的电流产生模块；所述N个电流输出端的输出电流分别为{I，2I，…2^n-1I，…2^N-1I}，其中，1≥n≥N；所述N个电流输出端与所述加法器的N个所述第二输入端之间通过不同的开关模块一一对应连接，所述开关模块在所述低N位数字信号的控制下开启和关闭。

2.根据权利要求1所述的数模转换器，其特征在于，所述高M-N位分压产生模块包括连接于第一电压端和接地端之间的串联电阻元件，所述串联电阻元件包括串联的2^M-N个阻值相等的电阻。

3.根据权利要求2所述的数模转换器，其特征在于，所述电压选择模块包括2^M-N个开关，所述2^M-N个开关一端与所述跨导器连接，另一端分别与所述串联电阻元件中相邻的电阻之间的结点以及所述串联电阻元件与所述接地端之间的结点连接；所述译码器与所述开关连接，用于根据输入的数字信号选择控制所述2^M-N个开关中的1个开关导通。

4.根据权利要求1所述的数模转换器，其特征在于，所述电流产生模块包括：串联于所述N个电流输出端中的每一电流输出端与第二电压端之间的负载和电流源；

其中，N个所述电流源产生的电流分别为{I，2I，…2^n-1I，…2^N-1I}。

5.根据权利要求4所述的数模转换器，其特征在于，所述负载为三极管，所述三极管的第一极和栅极与所述第二电压端连接，所述电流源的一端与所述三极管的第二极连接，另一端作为所述电流产生模块的电流输出端。

6.根据权利要求4所述的数模转换器，其特征在于，所述负载为电阻，所述电阻一端与所述第二电压端连接，另一端与所述电流源连接，所述电流源未连接所述电阻的一端作为所述电流产生模块的电流输出端。

7.根据权利要求1所述的数模转换器，其特征在于，所述加法器包括运算放大器；

所述运算放大器的正相输入端与基准电压结点连接，所述基准电压结点通过电阻与接地端连接，且所述基准电压结点与所述加法器的N+1个输入端之间分别连接有等阻值的电阻，所述运算放大器的反相输入端与该运算放大器的输出端连接，且该运算放大器的输出端作为该数模转换器的模拟信号输出端。

8.根据权利要求1-7任一项所述的数模转换器，其特征在于，M＝6，8，10。

9.根据权利要求1-7任一项所述的数模转换器，其特征在于，N＝1，2或3。

10.一种转换电路，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的数模转换器。