JP2580013B2 - Da変換器 - Google Patents

Da変換器

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JP2580013B2
JP2580013B2 JP63209847A JP20984788A JP2580013B2 JP 2580013 B2 JP2580013 B2 JP 2580013B2 JP 63209847 A JP63209847 A JP 63209847A JP 20984788 A JP20984788 A JP 20984788A JP 2580013 B2 JP2580013 B2 JP 2580013B2
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英樹 吉沢
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貴 川崎
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の概要〕 DA変換器特にその入力回路に関し、 比較的廉価なDACで、実際上精度もまた単調性も満足
させることができる様にすることを目的とし、 複数ビットのDA変換回路と、該複数ビットのディジタ
ル入力を受け、1が立っているビットであって最も上位
側にあるビットである最上位有効ビットから下位側の所
定複数ビットと該所定複数ビットより上位側の0である
全ビットをそのまゝ、そして該所定複数ビットより下位
側の全ビットを1または0の一定値にして前記DA変換回
路へ与えるディジタルデータのマスク回路と、該ディジ
タル入力の該最上位有効ビットを検出する最上位有効ビ
ット検出回路と、該検出回路の出力を受けて、マスク回
路に前記ディジタル入力の処理をさせる信号を生じるマ
スクの制御回路とを備えるよう構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、DA(ディジタル・アナログ変換器特にその
入力回路に関する。
〔従来の技術〕
DA変換器(DAC)の代表的なものはR−2Rラダー回路
を用いたものであり、概要を第7図に示す。R,2Rは抵抗
値がR,2Rの抵抗、S1,S2,……は切換スイッチ、OPは演算
増幅器、VRは基準電圧、VOは出力電圧である。スイッチ
S1は入力ディジタル値のLSB側、スイッチSnは同MSB側で
あり、これらのスイッチS1,S2,……Snは当該ビットが0
ならグランド側、1なら出力線L側に切換わり、これに
より増幅器OPは入力ディジタル値に対応するアナログ出
力VOを生じる。
このようなDACの精度は、CODECのような非線形のもの
を除いて、フルスケールに対して誤差が何LSBに収まっ
ているか、というような規定の仕方をする。例えば12ビ
ットのDACで、基準電圧が5Vのとき、1LSBは1.25mVにな
るが、このDACは±1LSB即ち±1.25mVの精度である、と
規定する。出力信号に対して誤差を規定するのではな
い。入力ディジタル値に対する出力アナログ値のグラフ
で示すと誤差補償範囲は第6図(a)の如く、一定幅に
なる。しかしこれでは、ディジタル値が小さいときは相
対的に誤差が大きく見えてくる。アナログ信号の精度は
信号自体に対する比率で考える(信号値の何%の誤差
か、とする)から、同様なグラフで示すと第6図(b)
の如くなる。即ちディジタル値の小さな所では誤差は小
さく、ディジタル値の大きい所では誤差は大きい。
(a)の如き精度規定で、ディジタル値の小さな所で満
足できる小さな誤差とすると、ディジタル値の大きな所
では必要以上に高い精度を要求していることになる。
またDACの入出力特性には単調性を要求される場合が
多いが、ビット数が多いと単調増加せず、第5図(b)
に矢印で示すように一部で減少したりする。第5図
(a)はDA変換特性を示し、理想的には45゜直線である
が、実際のものを拡大して示すと第5図(b)(c)と
なる。階段波になるのは原理上止むを得ないとしても、
(b)の如く凹陥部が生じるのは不都合である。なお第
5図(b)(c)は同図(a)のb,c部に対応する。
凹陥部が生じるのは、次の理由による。DACは第7図
に示したように抵抗R,2RとスイッチS1,S2,……を備える
が、抵抗には抵抗値のバラつきがあり、スイッチには寄
生抵抗がある。そして入力ディジタル値が1桁上るとき
例えば0111……1から1000……0とMSBが立つときはス
イッチSnがグランド側から出力線L側に切換わると共
に、スイッチSn-1,Sn-2,……,S1が一斉に出力線L側か
らグランド側へ切換わる。これは上記抵抗値のバラつき
及びスイッチ寄生抵抗でみると大きな変化となり、増幅
器OPへの入力電圧が切換え前より切換え後の方が減少
し、これによりアナログ出力電圧VOが減少するという現
象が現われる。
減少ではなく、増加することもあるが、一般には減少
である。即ちLSB側のブランチの電流を第7図に示すよ
うにI0,I1とするとし、スイッチには抵抗RSがあると
し、抵抗にはバラつきはないとすると、分岐点B1の電位
は(2R+RS)I0、分岐点B2の電位は2I0R+(2R+Rs)I0
となり、従ってI1(2R+RS)=4I0R+I0RSとなる。これ
は変形すればI1=2IO−RSI0/(2R+RS)となる。RS=0
ならI1=2I0であるのに、RSがあればI1はRSI0/(2R+
RS)だけ減少することになる。
〔発明が解決しようとする課題〕
このように従来のDACでは、ディジタルデータに応じ
てフルスケールに対する精度を意識的に変えようとしな
いため、DACの速度や分解能によっては、フルスケール
近くで必要以上の精度になる。
広いダイナミックレンジを持つDACの特性として、フ
ルスケール近くでは分解能相当の精度を必要としない
が、単調性は必要な場合がある。かゝる場合、従来のよ
うにフルスケールに対して規定される精度のDACを用い
ると、必要以上に高精度の高価なDACを使用することに
なる。
本発明はかゝる点を改善し、比較的廉価なDACで、実
際上精度もまた単調性も満足させることかできる様にす
ること目的とするものである。
〔課題を解決するための手段〕
第1図に示すように本発明では、DA変換回路10に対し
てディジタルデータのマスク回路12を設け、また該マス
ク回路の制御回路16、ディジタル入力の最上位有効ビッ
ト検出回路14を設ける。
DA変換回路10はnビット、従ってディジタル入力もn
ビットとすると、マスク回路12は該nビット中の上位側
の最初の1(最上位有効ビット)から連続するmビット
(m<n)はそのまゝ、残りのn−mビットは、該最初
の1までのl個の0はそのまゝそして該mビットより下
位側の残りのビットn−m−l個は全て0にして(全て
1にしてもよい)DA変換回路10へ与える。
上記mは、DACの精度を保証する必要なビット数とす
る。
〔作用〕
DA変換回路10へのnビットディジタル入力を次の如く
表わし、上位側の最初の1(最上位有効ビット)はa
n-l-1であったとする。
an,an-1,……,an-l,an-l-1,……,an-l-m,an-l-m-1,…
…,a1 マスク回路12の出力は次の如くなる。
0,0,……,0,an-l-1,……,an-l-m,0,……,0 この出力の最初の0,0,……,0はan,an-1,……,a
n-lで、皆0であったものをそのまゝ通したものであ
る。次のan-l-1,……,an-l-mはan-l-1が上位側の最初の
1であったので、該1と、続くm−1ビットをそのまゝ
通したもの、そして最後の0,……,0はan-l-m-1,……,a1
で、値の如何を問わず全て0にして(1にしてもよい。
以下この注釈は省略する)通したものである。
この処理をするには、上位側の最初の1つまり最上位
有効ビットを検出する必要があり、検出回路14はこれを
行なう。また、最上位有効ビットが検出されたら、該最
上位有効ビットを含む連続mビットをそのまゝ通し、該
mビット以外は0として通すが、この制御を制御回路16
が行なう。
このようにすると、nビットディジタル入力があって
も、その最上位有効ビットを含む連続mビットがDA変換
されるだけで、該mビットより下位のビットは切捨てら
れ(0にするとき)またはオール1へ切り上げられる
が、mビットで精度は保証できるから、切捨て切上げ分
は無視できる。そして、下位n−m−lビットを切捨て
/切上げすると、DACの当該スイッチSn-m-1,……,S1
0または1の状態に固定になり、前記1桁上るときも一
斉に切換わることはないから、凹陥部を生じることがな
く、単調性を保証できる。
本発明ではmビットのMSB(最上位有効ビット)がn
ビット中上位にある程切捨て/切上げされるビット数n
−m−lは大になり、該MSBがnビット中下位にある程
この逆になるから、誤差範囲は第6図(b)の如くな
る。
〔実施例〕
本発明のDACの実施例を、分解能15ビット、精度は採
用した8ビットの1LSB、について示す。15ビットの入力
データで、ビットが立っている(1である)最もMSB側
のビット(最上位有効ビット)から連続8ビットをその
まゝ採用し、それより下位側のデータビットをそのデー
タ値1,0に関係なく全て1または0の同じ値にする。こ
の処理はマスク回路12で行なうが、その処理結果を次表
に示す。各対の上段は処理前の入力データを、下段は処
理後の該データを示す。本例では8ビットより下位側の
データは0とする。
この処理には最上位有効ビットが入力15ビット中のど
こにあるかを検出する必要があり(例1ではa15が最上
位有効ビット、例ではa14が最上位有効ビット,……
例ではa8が最上位有効ビット)、これを行なう最上位
有効ビット検出回路14の具体例を第2図に示す。
第2図で21,22はプライオリティ・エンコーダ(8−L
ine to 3−Line Octal Priority Encoder)で、0〜7
はその8ビット入力、A,B,Cは出力、EIはイネーブル入
力、EOは同出力である。エンコーダ21,22の回路構成(2
1,22も同じ構成)を第4図に示す。出力A0,A1,A2は前記
A,B,Cに相当する。GSはグループシグナル出力である。
表2に機能表を示す。
この表2に示すように、エンコーダ21,22は入力8ビ
ット(21は7ビット)中の上位側から何番目に1がある
か(反転しているのでLがあるか)を2進数で示す出力
A2,A1,A0を生じる。このエンコーダはL(ロー)アクテ
ィブであり、従って上位側のエンコーダ21のEIにはLレ
ベルを入力しておく。下位側のエンコーダ22は、上位側
エンコーダ21が最上位有効ビット検出ができなかったと
きそのEO=LをEIに受けてアクティブになる。エンコー
ダ21は上位8ビットから最上位有効ビットを探すので、
入力7にはHを入れて、これは常に0、としておく。本
実施例で検出する最上位有効ビットの位置は15,14,13,
……8の8種類であり、これをDCBAが1111,1110,1101,
……1000であることで表わす。
マスク回路12とその制御回路16の具体例を第3図に示
す。31,32はデコーダ(3−Line to 8−Line Decoder)
で、最上位有効ビット検出回路14の出力DCBAを受けて、
この4ビット2進数が表わす1,2,3,……15に従ってその
出力端0〜7の1つをLとする。下位側のデコーダの出
力1〜7はそのまゝ上記出力1〜7に対応し(0は不使
用)、上位側のデコーダ32の出力0……7は、8……15
に対応する。従って入力DCBAが1111ならデコーダ32の出
力7がL、他の全出力がHとなり、入力DCBAが1110なら
デコーダ32の出力6がL、他の全出力がHとなり、以下
これに準ずる。
また、41〜55はナンドゲート(55のみ、1入力である
からインタバータ)であり、その入力はMSB側から各8
個共通に、順次1つずつずらしながらデコーダ32の出力
に接続される。即ち55〜48の入力は32の出力7へ、54〜
47の入力は32の出力6へ、……接続され、デコーダ31の
出力7へは47〜41の入力が、同デコーダ31の出力6へは
46〜41の入力が、……接続される。
これらのナンドゲート41〜55とデコーダ31,32がマス
クの制御回路16を構成する。ディジタルデータのマスク
回路12は、アンドゲート61〜75が構成する。これら15個
のアンドゲートへ、15ビットのディジタル入力が1ビッ
トずつ入力し、そしてこれらのアンドゲートの他方の入
力に15個のナンドゲート41〜55の出力が1つずつ入力す
る。
従って今最上位有効ビット検出出力DCBAが1111であっ
て、デコーダ32の出力7がLになると、ナンドゲート48
〜55の出力がHになり、アンドゲート68〜75が開いて、
15ビットディジタル入力の最上位側から8ビットを出力
する。DCBAが1110ならデコーダ32の出力6がLになり、
ナンドゲート47〜54がHレベル出力を生じ、アンドゲー
ト67〜74が開いて、15ビットディジタル入力の最上位の
次のビットから8ビットを出力する。以下これに準ず
る。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明では、nビットデータ入力
に対してnビットのDA変換回路を用い、但しマスク回路
を用いてDA変換回路に入力する有効ビットは最上位有効
ビットからmビットのみとするので、下位ビットの変化
による単調性の欠落がなく、しかも精度は入力データに
応じた一定比率(該mビットの1LSB)にすることができ
る。
本発明は、広いダイナミックレンジを必要とし、精度
はフルスケールに対する比率でなくアナログ出力に対す
る比率での保証でよく、DA変換特性の単調性は不可欠な
場合有効であり、特にダイナミックレンジが広い制御信
号を使用する帰還制御系で有効である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の原理ブロック図、 第2図は最上位有効ビット検出回路のブロック図、 第3図はマスク回路とその制御回路の回路図、 第4図は第2図のエンコーダの詳細を示す回路図、 第5図はDA変換特性の説明図、 第6図はDA変換誤差の説明図、 第7図はR−2R型DA変換器の回路図である。 第1図で10はDA変換回路、12はディジタルデータのマス
ク回路、14は最上位有効ビット検出回路、16はマスクの
制御回路である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉浦 義英 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 浅川 和雄 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 加藤 英樹 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 吉沢 英樹 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 市來 宏基 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 都築 裕之 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 遠藤 秀一 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 川崎 貴 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 松田 俊春 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 昭54−41035(JP,A) 特開 昭53−36164(JP,A) 特開 昭64−64417(JP,A) 実開 昭60−167441(JP,U)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数(n)ビットのDA変換回路(10)と、 該複数(n)ビットのディジタル入力を受け、1が立っ
    ているビットであっても最も上位側にあるビットである
    最上位有効ビットから下位側の所定複数(m)ビットと
    該所定複数ビットより上位側の0である全ビットをその
    まゝ、そして該所定複数ビット(m<n)より下位側の
    全ビットを1または0の一定値にして前記DA変換回路へ
    与えるディジタルデータのマスク回路(12)と、 該ディジタル入力の該最上位有効ビットを検出する最上
    位有効ビット検出回路(14)と、 該検出回路の出力を受けて、マスク回路(12)に前記デ
    ィジタル入力の処理をさせる信号を生じるマスクの制御
    回路(16)とを備えることを特徴とするDA変換器。
JP63209847A 1988-08-24 1988-08-24 Da変換器 Expired - Lifetime JP2580013B2 (ja)

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US5684481A (en) * 1994-03-18 1997-11-04 Analog Devices Rail-to-rail DAC drive circuit
USRE38083E1 (en) * 1994-03-18 2003-04-22 Analog Devices, Inc. Rail-to-rail DAC drive circuit

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