JP2000138586A - 抵抗ストリング型d/a変換器 - Google Patents

抵抗ストリング型d/a変換器

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JP2000138586A
JP2000138586A JP10313325A JP31332598A JP2000138586A JP 2000138586 A JP2000138586 A JP 2000138586A JP 10313325 A JP10313325 A JP 10313325A JP 31332598 A JP31332598 A JP 31332598A JP 2000138586 A JP2000138586 A JP 2000138586A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 抵抗ストリング型D/A変換器の出力電位の
歪みを小さくする。 【解決手段】 抵抗ストリング18の出力電位を取り出
すスイッチ10〜13のオン抵抗と、抵抗ストリング1
8のタップT1〜T4をスイッチ側から見たときのイン
ピダンスとの和を一定にする。これにより、アナログ出
力電位が変化する時定数をスイッチ間で同じにする。出
力アナログ電位の変化の時定数がデジタル入力値に依存
せず一定になるので、アナログ出力波形の歪みが除かれ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、抵抗ストリング型
D/A変換器に関し、更に詳しくは、高速変換時の歪み
特性を改良した抵抗ストリング型D/A変換器に関す
る。
【0002】
【従来の技術】抵抗ストリング型D/A変換器(DA
C)では、アナログ出力の精度が重要な特性であり、特
に高速変換時の出力電圧波形の歪みをいかに小さくする
かが大きな課題である。
【0003】図1を参照し、一般的な抵抗ストリング型
DACについて、2ビットのデジタル入力DACを例と
して説明する。DACは、分圧抵抗R1、複数の直列接
続の抵抗R2〜R4、及び、各抵抗R2〜R4の接続ノ
ードから電位を取り出すタップT1〜T4を有し、抵抗
R1と直列に接続され電源間に挿入される抵抗ストリン
グ18と、各タップT1〜T4とアナログ出力端子14
とを夫々接続する複数のスイッチングトランジスタ(以
下、単にスイッチと呼ぶ)10〜13と、デジタル入力
をデコードしてデジタル入力値に対応する何れかのスイ
ッチ10〜13をオンとするデコーダ15とを有する。
【0004】上記DACでは、入力されるデジタル入力
に従ってスイッチ10〜13の何れかが選択され、抵抗
ストリング18のタップ電位がアナログ出力端14に出
力されることで、デジタル入力端16に入力されるデジ
タル入力値に対応したアナログ出力が得られる。スイッ
チングトランジスタ10〜13は、一般的には、Nch−
MOSFETによって構成される。
【0005】ここで、従来のDACにおいて、例えばス
イッチ11が選択される場合とスイッチ13が選択され
る場合とを比較する。スイッチ11によって選択される
タップT2をアナログ出力端14(スイッチ11)側か
ら見た時のインピダンスRT2は、 RT2= (R1+R2)×(R3+R4)/(R1+R2+R3+R4) であり、これに対して、スイッチ13によって選択され
るタップT4を同様にアナログ出力端から見たときのイ
ンピダンスRT4は、ほぼ0である。
【0006】抵抗ストリング型DACの信号伝達関数に
おける時定数は、デジタル出力端14側から見た各タッ
プT1〜T4のインピーダンスRT1〜RT4と、信号線に
寄生する寄生容量及び負荷容量の和の積と考えられるこ
とから、上記T2とT4のタップ間におけるインピダン
スの差は、DACの出力波形の歪みにつながる。つま
り、高速作動のDACでは、このインピダンスの差は、
出力アナログ信号の精度を低下させるもととなる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記に鑑
み、抵抗ストリング型DACを改良し、高速作動におい
ても信号精度の低下が生じがたい抵抗ストリング型DA
Cを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の抵抗ストリング型D/A変換器は、複数の
抵抗を基準電源間に直列に接続してなる抵抗ストリング
と、前記抵抗の各接続ノードから所定の電位を夫々取り
出す複数のタップと、前記各タップの出力電位を夫々出
力端に取り出すスイッチと、デジタル入力をデコードし
て該デジタル入力に対応するスイッチを選択するデコー
ダとを備える抵抗ストリング型D/A変換器において、
前記スイッチのオン抵抗が相互に異なることを特徴とす
る。
【0009】本発明の抵抗ストリング型D/A変換器で
は、スイッチのオン抵抗を対応するタップ毎に異なるも
のとし、タップ毎のインピダンスの差を小さくできるの
で、タップ毎の時定数の差が小さくなり、出力電圧波形
の歪みを小さくできる。
【0010】一般的には、各スイッチ側から対応するタ
ップが有するインピダンスを見たときに、低いインピダ
ンスを有するタップに対応するスイッチのオン抵抗を高
く設定する。好ましくは、前記タップが有するインピダ
ンスと、対応するスイッチのオン抵抗との和を、各タッ
プ毎に実質的に一定とする。これにより、各タップ毎の
時定数を一定にすることができ、良好な出力電圧波形が
得られる。
【0011】前記スイッチをMOSFETによって構成
することが好ましく、この場合、MOSFETのゲート
幅(W)とゲート長(L)の比(W/L)によって前記
オン抵抗を設定することが好ましい。この場合、所望の
オン抵抗が容易に得られる。スイッチは、例えばNch
−MOSFETで構成し、或いは、Nch−MOSFE
TとPch−MOSFETの並列接続によって構成す
る。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照し、本発明の実
施形態例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。図1
は前記の通り、一般的な抵抗ラダー型DACの構成を示
す回路図である。本実施形態例の抵抗ラダー型DECも
図1に示された構成を採用する。なお、同図は、デジタ
ル入力が2bitのDACについて示してある。
【0013】本実施形態例のDACは、電源端子17と
グランド間に相互に直列に接続される分圧抵抗抵抗R1
及びR2〜R4から成る抵抗ストリング18、抵抗スト
リング18の各タップT1〜T4から夫々出力電位を取
り出すスイッチ10〜13、入力端子16からデジタル
入力を受けてこれをデコードしてスイッチ10〜13に
制御信号として与えるデコーダ15を有し、デジタル入
力端子16から入力されるデジタル信号をアナログ信号
に変換してアナログ出力端子14から出力する。各抵抗
の抵抗値は、例えばR1=900Ω、R2=R3=R4=2
00Ωとしてある。
【0014】各タップT1〜T4の出力電位V1〜V4
は、基準電位をV0として夫々 V1=V0×(R2+R3+R4)/(R1+R2+R3
+R4)=0.4V0 V2=V0×(R3+R4)/(R1+R2+R3+R
4)=0.266Ω V3=V0×(R4)/(R1+R2+R3+R4)=
0.133V0 V4=0 である。
【0015】各スイッチ10〜13は、何れもNch−M
OSFETで構成してあり、各スイッチ10〜13の設
計パラメータである、ゲート幅(W)とゲート長(L)の大
きさの比(W/L)をA、B、C、Dとすると、A>B
>C>Dとなるように設定してある。
【0016】具体的には、本実施形態例では、抵抗スト
リング18の各タップT1〜T4を対応するスイッチ側
から見たインピダンスRT1〜RT4と、MOSFET10
〜13のオン抵抗との各和がすべて600Ωとなるよう
に設定してある。ここで、各タップT1〜T4をスイッ
チ側から見たときのインピダンスRT1〜RT4は、 RT1=R1×(R2+R3+R4)/(R1+R2+R
3+R4)=360Ω RT2=(R1+R2)×(R3+R4)/(R1+R2
+R3+R4)=293.3Ω RT3=(R1+R2+R3)×R4/(R1+R2+R
3+R4)=173.3Ω RT4=0Ω であるので、各スイッチ10〜13のオン抵抗R10〜R
13は、R10=240Ω、R11=306.7Ω、R12=42
6.7Ω、R13=600Ωである。
【0017】上記各スイッチのオン抵抗R10〜R13
は、Nch−MOSFETのゲート幅W及びゲート長L
の比(W/L)を選択することによって得られる。例え
ば、スイッチ13のW/L比(D)を1とすると、スイ
ッチ10のW/L比(A)は2.50、スイッチ11の
W/L比(B)は1.96、スイッチ12のW/L比
(C)は1.41である。つまり、A>B>C>Dであ
る。
【0018】アナログ出力端14の電位は、出力電位を
決定するスイッチ10〜13を切り替えることにより変
化するが、この変化の時定数は、各スイッチ10〜13
からアナログ出力端14までに接続されている配線、選
択されたタップをスイッチ側から見たときのインピーダ
ンス、スイッチのオン抵抗、及び、負荷容量によって決
定される。レイアウト上からは、各スイッチ10〜13
からアナログ出力端14までの配線抵抗及び寄生容量は
一定であるので、アナログ出力端14から出力されるア
ナログ信号が変化する時定数は、選択されたタップT1
〜T4を各スイッチ10〜13側から見たインピーダン
スとスイッチのオン抵抗との和によって決定される。
【0019】従来の抵抗ストリング型DACでは、出力
端の電位が変化する時定数が選択されるタップ毎に異な
っていたので、出力波形の変化がタップ毎に異なってい
た。これがDACの出力電圧波形の歪み率の増加につな
がっていた。本実施形態例では、上記タップのインピダ
ンス及びスイッチのオン抵抗の和を一定にすることによ
って、タップ間の時定数の差をなくし、アナログ出力電
圧波形の歪みを除いている。
【0020】図2(a)及び(b)は、8ビットの抵抗
ストリング型DACによって、デジタル入力の正弦波形
をD−A変換した際のアナログ出力の正弦波形を高速フ
ーリエ変換(FFT)によって求めた例であり、本発明
の一実施形態例のDACの出力電圧波形(点線)と従来
のDACの出力電圧波形(実線)とを比較している。同
図(a)は全体の正弦波形を示し、同図(b)はそのA
部の拡大図を示している。(a)の全体図では、その差
はっきりとは判らないが、(b)の拡大図ではその差が
明らかに示されている。ここで、本発明の抵抗ストリン
グ型DACでは、正弦波形のSN比が49dBであり、
従来のDACの正弦波形のSN比45dBから改善され
ている。つまり、本発明のDACでは、良好なアナログ
正弦波形が得られる。
【0021】図3は、本発明の別の実施形態例を図1と
同様に示している。本実施形態例では、先の実施例で示
した各スイッチ10〜13を、Nch−MOSFET
(20)とPch−MOSFET(21)との並列接続
で構成している。この場合にも、各スイッチ10〜13
の設計パラメータである比E、F、G、H、を、夫々E
>F>G>Hとなるように設定する。(但し、先の実施
形態例と同様に、R1>R2+R3+R4としてある)。このよ
うに、Pch−MOSFET(21)とNch−MOS
FET(20)とを並列接続してスイッチ10〜13を
構成することで、スイッチの動作時のオン抵抗が、Pc
h−MOSFETとNch−MOSFETの並列合成抵
抗となり、出力電圧をほぼ電源電圧全域にすることがで
きる。この場合、スイッチの選択信号が、Nch−MO
SFETとPch−MOSFETとで逆論理になるた
め、インバータ19を設けてPch−MOSFETのゲ
ートに入力している。このような構成により、出力信号
のグリッチ・エネルギーの原因のひとつであるフィード
スルーの影響を緩和できる利点がある。
【0022】以上、本発明をその好適な実施形態例に基
づいて詳細に説明したが、本発明は上記実施形態例の構
成にのみ限定されるものではなく、上記実施形態例の構
成から種々の修正及び変更を施したものも本発明の範囲
に含まれる。
【0023】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明の抵抗ス
トリング型D/A変換器によると、各抵抗の取出しタッ
プ毎のインピダンスの差を小さくできるので、出力端に
現れるアナログ出力電位の歪みが小さくなる利点があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態例のDACを含む一般的
な抵抗ストリング型DACの構成を示す回路図。
【図2】 (a)及び(b)は、夫々、本発明の一実施
形態例及び従来のDACの出力電圧波形の変化を示す波
形図。
【図3】 本発明の別の実施形態例の抵抗ストリング型
DACの回路図。
【符号の説明】
R1〜R4:抵抗 T1〜T4:タップ 10〜13:スイッチングトランジスタ 14:アナログ出力端 15:デコーダ 16:デジタル入力端 17:電源 18:抵抗ストリング 19:インバータ 20:Nch−MOSFET 21:Pch−MOSFET
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成11年12月9日(1999.12.
9)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の抵抗を基準電源間に直列に接続し
    てなる抵抗ストリングと、前記抵抗の各接続ノードから
    所定の電位を夫々取り出す複数のタップと、前記各タッ
    プに対応して配設され該各タップの出力電位を夫々出力
    端に取り出すスイッチと、デジタル入力をデコードして
    該デジタル入力に対応する前記スイッチを選択するデコ
    ーダとを備える抵抗ストリング型D/A変換器におい
    て、 前記スイッチのオン抵抗が相互に異なることを特徴とす
    る抵抗ストリング型D/A変換器。
  2. 【請求項2】 各スイッチから対応するタップのインピ
    ダンスを見たときにインピダンスの低いタップに対応す
    るスイッチのオン抵抗が高く設定される、請求項1に記
    載の抵抗ストリング型D/A変換器。
  3. 【請求項3】 前記各タップのインピダンスと、対応す
    るスイッチのオン抵抗との和が実質的に一定である、請
    求項2に記載の抵抗ストリング型D/A変換器。
  4. 【請求項4】 前記スイッチがMOSFETによって構
    成され、該MOSFETのゲート幅(W)とゲート長
    (L)の比によって前記スイッチのオン抵抗が設定され
    る、請求項1〜3の何れかに記載の抵抗ストリング型D
    /A変換器。
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