JP3227600B2 - DA converter that can realize high accuracy and high temperature stability without fine adjustment - Google Patents

DA converter that can realize high accuracy and high temperature stability without fine adjustment

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JP3227600B2
JP3227600B2 JP23319297A JP23319297A JP3227600B2 JP 3227600 B2 JP3227600 B2 JP 3227600B2 JP 23319297 A JP23319297 A JP 23319297A JP 23319297 A JP23319297 A JP 23319297A JP 3227600 B2 JP3227600 B2 JP 3227600B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電気分野に於ける
ものである。また、抵抗体等の微調整が不要で、しか
も、高精度、高温度安定性を実現することが出来るD−
A変換器に関するものである。さらに、そのD−A変換
器を用いて実現したA−D変換器に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the electric field. In addition, fine adjustment of resistors and the like is not required, and high accuracy and high temperature stability can be realized.
It relates to the A converter. Further, the present invention relates to an AD converter realized by using the DA converter.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のD−A変換器の構成としては下記
の様なものであった。本来D−A変換器とは、デジタル
量をアナログ量に変換するものであり、通常、デジタル
表示の仕方として2進数が多く用いられる。そこで、こ
れについて説明する。まず、デジタル量をアナログ量に
変換する為に、デジタル量の各位に相当する電圧、ある
いは電流を用意しておく。2進数の場合は、その性質
上、ある位において2に成ると桁上がりが生じるので、
各位に相当する電圧、あるいは電流は、それぞれ2倍の
重み付けが為されている。そして、与えられたデジタル
量に対し、1となっている桁に相当する電圧、あるい
は、電流を加算することによってデジタル量に相当した
アナログ量を出力するものである。一般的なD−A変換
器の原理図を図2に示す。なお、説明の簡単化の為に4
ビットD−A変換器の例を示した。ここで最も問題とな
るのは、いかにして電流あるいは電圧に正確な重み付け
を行なうかということである。D−A変換器の直線性を
決めるキーポイントはここに有る。
2. Description of the Related Art The configuration of a conventional DA converter is as follows. Originally, a DA converter converts a digital quantity into an analog quantity, and usually, a binary number is often used as a digital display method. Therefore, this will be described. First, in order to convert a digital quantity into an analog quantity, a voltage or current corresponding to each digital quantity is prepared. In the case of a binary number, a carry occurs when it becomes 2 in a certain place due to its nature.
The voltage or current corresponding to each position is weighted twice. Then, by adding a voltage or a current corresponding to the digit of 1 to the given digital amount, an analog amount corresponding to the digital amount is output. FIG. 2 shows a principle diagram of a general DA converter. Note that for simplicity of explanation, 4
The example of the bit DA converter was shown. The most important issue here is how to accurately weight currents or voltages. The key point that determines the linearity of the DA converter is here.

【0003】さて、従来の代表的な技術として、図3に
示すようなR−2・Rの抵抗ラダーネットワークを用い
た方式が一般的であった。この動作原理を簡単に説明す
る。図3は4ビットのCMOS D−A変換器の例を示
している。まず、分岐点に於いて、Icが二手に別れ
るわけであるが、今、簡単の為に、CMOS切替えスイ
ッチSa,Sb,Sc,Sdのオン抵抗が無視できる程
小さく、一方、オフ抵抗が無限大であると仮定する。ま
た、オペアンプ1の反転入力端子の電位がグラウンドレ
ベルであるため、切替えスイッチSdがどちら側にオン
となっていても切替えスイッチSdの電位はグラウンド
レベルとなる。従って分岐点の右側に於いては単に2
・Rの抵抗が2つ並列につながっているのと同じであ
る。それ故に電流は、等しく分流する。(図3に示
す)。つまり、数1のようになる。
As a typical conventional technique, a method using an R-2 · R resistance ladder network as shown in FIG. 3 has been generally used. The operation principle will be described briefly. FIG. 3 shows an example of a 4-bit CMOS DA converter. First, at the branch point, Ic is divided into two parts. For the sake of simplicity, the on-resistances of the CMOS change-over switches Sa, Sb, Sc, Sd are negligibly small, while the off-resistances are infinite. Assume it is large. Further, since the potential of the inverting input terminal of the operational amplifier 1 is at the ground level, the potential of the switch Sd is at the ground level regardless of which side the switch Sd is turned on. Therefore, on the right side of the branch point, only 2
It is the same as two resistors of R are connected in parallel. Therefore, the current shunts equally. (Shown in FIG. 3). That is, Equation 1 is obtained.

【0004】また、分岐点の右側に於いて、分岐点
とグラウンド間の合成抵抗は、Rとなる。分岐点に於
いても同様の議論が成り立ち、数2のようになる。同様
にIb,Iaは、数3及び数4のようになる。このよう
にして切替えスイッチSa,Sb,Sc,Sdに流れる
電流に2倍ずつの重みが付けられる。
On the right side of the branch point, the combined resistance between the branch point and the ground is R. A similar argument holds at the bifurcation point, as shown in Equation 2. Similarly, Ib and Ia are as shown in Expressions 3 and 4. In this way, the current flowing through the changeover switches Sa, Sb, Sc, and Sd is weighted twice.

【0005】この場合切替えスイッチSaが最上位ビッ
トであり切替えスイッチSdが最下位ビットに対応す
る。つまり、最上位ビットが1となった時には切替えス
イッチSaをオペアンプ側にオンとする。例をあげる
と、今仮に、1101のデジタルコードが与えられたと
すると、切替えスイッチSaとSbとSdがオペアンプ
の反転入力端子側へとつながり、それ等の電流Ia,I
b,Idがオペアンプで加算され電流電圧変換される。
すなわち、VOUTは数5のようになる。また、切替え
スイッチScはグラウンド側にオンとなる。しかし、こ
の回路は次のことを前提としている。 (1)抵抗ラダーネットワークの抵抗値及び温度係数
が、規定の温度範囲内で規定の精度を実現出来るよう
に、相対的にうまく揃っている。 (2)CMOSスイッチのオン抵抗が、無視出来る。
In this case, the changeover switch Sa corresponds to the most significant bit, and the changeover switch Sd corresponds to the least significant bit. That is, when the most significant bit becomes 1, the changeover switch Sa is turned on to the operational amplifier side. For example, if the digital code 1101 is given, the changeover switches Sa, Sb, and Sd are connected to the inverting input terminals of the operational amplifier, and the currents Ia, I
b and Id are added by an operational amplifier and current-voltage converted.
That is, V OUT is as shown in Expression 5. Further, the changeover switch Sc is turned on to the ground side. However, this circuit assumes the following. (1) The resistance value and the temperature coefficient of the resistance ladder network are relatively well matched so that a specified accuracy can be achieved within a specified temperature range. (2) The ON resistance of the CMOS switch can be ignored.

【0006】実際に、図3に示すような回路をシリコン
チップ上に構成しようとするとき、通常、抵抗体として
シリコンクロムが用いられるが、小さな場所に集合させ
て作る為に温度係数は相対的にほぼ揃った物が出来、+
−10ppm/゜Cぐらいに納まる。しかし、抵抗体の
相対精度は+−0.1%程度にしかならない。また、前
記(2)のCMOSスイッチのオン抵抗はどうしても無
視出来ない。そこで、従来は下記のような方法により前
記(1)及び(2)の問題を解決してきた。 (1)シリコンチップ上のシリコンクロム抵抗体の相対
精度を上げる為に、レーザー光線で、この抵抗体の一部
を焼き切り、これによって抵抗体の抵抗値を微調整す
る。 (2)CMOSスイッチのオン抵抗による影響を極力押
える為にCMOSスイッチのオン抵抗に、そこに流れる
電流に応じて2倍ずつの重みを付ける。それによって各
CMOSスイッチの電圧降下を等しくする。 以上が従来の一般的な技術である。
Actually, when a circuit as shown in FIG. 3 is to be formed on a silicon chip, silicon chromium is usually used as a resistor. Almost everything is completed, +
It falls within -10 ppm / ゜ C. However, the relative accuracy of the resistor is only about + -0.1%. In addition, the on-resistance of the CMOS switch (2) cannot be ignored. Therefore, conventionally, the problems (1) and (2) have been solved by the following method. (1) In order to increase the relative accuracy of the silicon chrome resistor on the silicon chip, a part of the resistor is burned off with a laser beam, thereby finely adjusting the resistance value of the resistor. (2) In order to minimize the influence of the ON resistance of the CMOS switch, the ON resistance of the CMOS switch is weighted twice in accordance with the current flowing therethrough. This equalizes the voltage drop of each CMOS switch. The above is the conventional general technology.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述のような
従来の技術には次のような欠点がある。 (1)非直線性誤差の小さい、例えば+−0.1%ある
いはそれ以下のD−A変換器を量産しようとすると、レ
ーザー光線による抵抗ラダーネットワークの抵抗体の微
調整を行なわないと歩留まりが悪くなる。その為に大変
手間がかかる。また、その為の装置も高価となる。従っ
て必然的に単価が高くなる。また、レーザー光線による
抵抗ラダーネットワークの抵抗体の微調整を行なったと
しても、非直線性誤差の小さいD−A変換器を製造しよ
うとすると、それにつれて微調整が困難となる。従っ
て、それに時間がかかり大量生産には向かなくなる。 (2)もし仮に前記(1)の様に、抵抗ラダーネットワ
ークの抵抗体にレーザーなどなんらかの方法で微調整を
施して、抵抗体の相対精度を揃えたとしても、現在の技
術では抵抗ラダーネットワークの抵抗体間の相対温度係
数は、10ppm/゜C程度であり、この温度係数の不
揃いの為に、例えば、温度が10°Cとか20°Cとか
変わっていくうちに抵抗ラダーネットワークの抵抗体間
の相対精度が規定内に保てなくなる。従って周囲温度が
変化した時に非直線性誤差が大きくなり、規定の精度が
保てなくなるものがでてくる。この為、これが更に歩留
まりを悪くする。この現象は12ビット以上のD−A変
換器に於いて特に問題となってくる。 (3)レーザー光線による微調整は、チップが出来上が
り、その最終段階に於いてチップがパッケージングされ
る前に行なわれるが、その段階では既にシリコンチップ
の表面上にシリコン酸化膜の保護膜が形成されている。
その状態に於いて、レーザー光線によってシリコンチッ
プ上の抵抗体の一部をその微調整の為に焼き切るわけで
あるが、それは同時に抵抗体といっしょにその上にのっ
ている保護膜も焼き切ってしまうことになる。もちろん
シリコンチップは密封され、D−A変換素子として出荷
されるが、製造時に湿気などなんらかの不純物がその密
封された空間に残っていると、その素子を通電し、使用
している間にその破壊された保護膜の所から腐食が進行
し始める。その為、抵抗値が変化し規定の相対精度が保
てなくなる。つまりD−A変換素子をいくらか使用して
いるうちに精度不良となるケースが多々あった。
However, the prior art as described above has the following disadvantages. (1) When mass-producing a DA converter having a small non-linearity error, for example, ± 0.1% or less, the yield is poor unless fine adjustment of the resistor of the resistor ladder network by a laser beam is performed. Become. That takes a lot of time. Also, the equipment for this is expensive. Therefore, the unit price inevitably increases. Even if the resistor of the resistance ladder network is finely adjusted by the laser beam, the fine adjustment becomes difficult if a DA converter having a small nonlinearity error is to be manufactured. Therefore, it takes time and is not suitable for mass production. (2) Even if the resistance of the resistor ladder network is finely adjusted by a laser or some other method as in the above (1) to make the relative accuracy of the resistors uniform, the current technology does not provide the resistance ladder network. The relative temperature coefficient between the resistors is about 10 ppm / ° C. Due to the unevenness of the temperature coefficient, for example, the resistance between the resistors of the resistor ladder network is changed while the temperature changes to 10 ° C or 20 ° C. Relative accuracy cannot be maintained within the specified range. Therefore, when the ambient temperature changes, the non-linearity error increases, and the specified accuracy cannot be maintained. For this reason, this further reduces the yield. This phenomenon is particularly problematic in 12-bit or more DA converters. (3) The fine adjustment by the laser beam is performed before the chip is packaged in the final stage of the completion of the chip. At this stage, the protective film of the silicon oxide film is already formed on the surface of the silicon chip. ing.
In that state, a part of the resistor on the silicon chip is burned off by a laser beam for fine adjustment, but at the same time, the protective film on it is burned off together with the resistor. Will be lost. Of course, the silicon chip is sealed and shipped as a DA converter, but if any impurities such as moisture remain in the sealed space during manufacturing, the element is energized and destroyed during use. Corrosion starts to progress from the place of the protected protective film. As a result, the resistance value changes and the specified relative accuracy cannot be maintained. In other words, there are many cases where the accuracy becomes poor while some DA converters are used.

【0008】さらに、プラスチックパッケージの素子で
は、リード線などを伝わり水分がシリコンチップ上にま
で達しやすい。しかし、もしも保護膜が完全であれば、
たとえ水分がシリコンチップまで達したとしてもかなり
長い間正常動作を行なうことが知られている。けれど
も、保護膜が破れていればそこから容易に腐食が始まる
ことは明白である。
Further, in a plastic package element, moisture easily reaches a silicon chip through a lead wire or the like. However, if the protective film is perfect,
It is known that normal operation is performed for a considerably long time even if moisture reaches a silicon chip. However, it is clear that if the protective film is torn, corrosion will easily start there.

【0009】一方、他の方式のD−A変換器も電流、あ
るいは電圧に重み付けをする為に、抵抗体などにレーザ
ー光線などによって微調整を行なっている。以上が現在
の技術及び問題点である。
On the other hand, other types of DA converters also finely adjust a resistor or the like with a laser beam or the like in order to weight current or voltage. The above is the current technology and problems.

【0010】本発明は、これらの問題点を重点的に解決
する為に考案されたものである。また、前記の問題点を
解決することによって、安価で、しかも信頼性の良い高
精度のD−A変換器、さらには、それを用いて作製した
安価で、しかも信頼性の良い高精度のA−D変換器を実
現するものである。
The present invention has been devised in order to solve these problems. In addition, by solving the above-mentioned problems, an inexpensive and reliable high-precision DA converter, and an inexpensive and reliable high-precision A / D converter manufactured using the same. This implements a -D converter.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】さて、前記の問題点を解
決する手段である本発明の原理、及び技術を以下に説明
したいと思う。前述の議論でもわかるように、高精度の
D−A変換器を実現する場合の最大の問題点は、デジタ
ル入力の各位に対応したアナログ量の重み付けを、いか
に正確に実現出来るかということである。また、その重
み付けがその素子の使用温度範囲内に於いて、どこまで
正確に実現出来るかによってD−A変換器、あるいはA
−D変換器の誤差の大切な規定項目である非直線性誤差
であるとか、微分非直線性誤差のよしあしが決定され
る。ところが既にスイッチト・キャパシタ技術を用いる
と、与えられた電圧を正確に等分割出来ることが知られ
ている。その回路図を図4a,図4bに示す。
Now, the principle and technique of the present invention, which is means for solving the above-mentioned problems, will be described below. As can be understood from the above discussion, the biggest problem in realizing a high-precision DA converter is how to accurately realize the weighting of an analog amount corresponding to each digital input. . Also, depending on how accurately the weighting can be realized within the operating temperature range of the element, the DA converter or A
Whether the non-linearity error, which is an important definition item of the error of the D converter, or the differential non-linearity error is determined. However, it is already known that a given voltage can be accurately divided equally using switched capacitor technology. The circuit diagrams are shown in FIGS. 4a and 4b.

【0012】図4a,図4bの記号を以下に説明する。 EREF ・・・・基準電圧源 S,S ・・・・切替えスイッチ C,C ・・・・コンデンサー aからfまで・・・・切替えスイッチS及びSの端
子 VOUT ・・・・出力端子
The symbols in FIGS. 4A and 4B are described below. E REF ··· Reference voltage sources S 1 , S 2 ··· Changeover switches C 1 and C 2 ··· Capacitors a to f ··· Terminals of changeover switches S 1 and S 2 V OUT. ... Output terminals

【0013】さてここで、基準電圧源EREFを等分割
するわけであるがその手順を図4a及び図4bを用いて
説明する。まず初期状態として図4aのような回路状態
であり、コンデンサーC,Cの各々の電荷はゼロで
あると仮定する。次に図4bの様にコンデンサーC
を基準電圧源EREFとグラウンド間に直列に接続
する。そして、コンデンサーC,Cが十分に充電し
終わった時点で図4aの様に、コンデンサーC,C
を基準電圧源EREFより切り離し、コンデンサーC
とCの各々の高電位側どうし、あるいは低電位側どう
しの端子を接続して並列接続とする。その後、コンデン
サーC,Cの電荷移動が十分落ち着いたと考えられ
る時点で再び図4bに戻り同じ動作を繰り返す。つま
り、コンデンサーC,Cを直列接続とし基準電圧源
REFとグラウンド間に接続する動作と基準電圧源E
REFよりコンデンサーC,Cを切り離し、それら
を並列に接続する動作を交互に繰り返すわけである。
Here, the reference voltage source E REF is equally divided. The procedure will be described with reference to FIGS. 4A and 4B. First, it is assumed that the circuit state is as shown in FIG. 4A as an initial state, and the electric charge of each of the capacitors C 1 and C 2 is zero. Then the capacitor C 1 as in Figure 4b,
Connected in series with C 2 between the reference voltage source E REF and ground. Then, when the capacitors C 1 and C 2 are fully charged, as shown in FIG. 4A, the capacitors C 1 and C 2
Is disconnected from the reference voltage source E REF and the capacitor C 1
The high potential side to each other of each of C 2, or by connecting the terminal on the low potential side to each other and connected in parallel with. Thereafter, when it is considered that the charge transfer of the capacitors C 1 and C 2 is sufficiently settled, the operation returns to FIG. 4B again and the same operation is repeated. That is, the operation in which the capacitors C 1 and C 2 are connected in series and connected between the reference voltage source E REF and ground and the reference voltage source E
The operation of disconnecting the capacitors C 1 and C 2 from REF and connecting them in parallel is alternately repeated.

【0014】次に、上記の動作を更に詳しく説明する。
まず、切替えスイッチS及びSの動作を説明する
と、以下のようになる。 1.切替えスイッチS,Sは、ブレイク・ビフォア
ー・メイク・スイッチであるとする。つまり、切替えス
イッチSに於いては、いかなる時にも、端子aと端子
cは、同時に接続されることは無いものとする。また、
同様に、切替えスイッチSに於いては、いかなる時に
も、端子dと端子fが同時に接続されることは無いもの
とする。 2.切替えスイッチS,Sは同時に切り替わり、切
替えスイッチSが、端子aに接続されている場合は、
切替えスイッチSは端子dに接続されていることを原
則とする。同様に切替えスイッチSが端子c側に接続
されている時には切替えスイッチSは端子f側に接続
されていることを原則とする。 3.いかなる瞬間に於いても、切替えスイッチSが端
子a側に接続され、切替えスイッチSが端子f側に接
続されることは無いものとする。また同様に、いかなる
瞬間に於いても切替えスイッチSが端子c側に接続さ
れ、切替えスイッチSが端子d側に接続されることは
無いものとする。
Next, the above operation will be described in more detail.
First, to describe the operation of the switch S 1 and S 2 switch is as follows. 1. The changeover switches S 1 and S 2 are assumed to be break-before-make switches. That is, at the changeover switch S 1, at any time, terminals a and c shall never simultaneously connected. Also,
Similarly, at the changeover switch S 2, at any time, it is assumed never terminal d and a terminal f are simultaneously connected. 2. The changeover switches S 1 and S 2 are simultaneously switched, and when the changeover switch S 1 is connected to the terminal a,
Switch S 2 switch is in principle that it is connected to the terminal d. Switch S 2 switch when the switch S 1 is connected to the terminal c side switching similarly in principle that it is connected to the terminal f side. 3. Also in the any instant, the switch S 1 switch is connected to the terminal a, the switch S 2 switch is assumed never connected to the terminal f side. Similarly, switch S 1 switch even in a any instant is connected to the terminal c side, the switch S 2 switch is assumed never connected to the terminal d side.

【0015】さて、上記の条件に於いて、以下のよう
に、切替えスイッチS,Sを繰り返し切替える。 1.切替えスイッチSを端子aに接続し、切替えスイ
ッチSを端子dに接続する。この状態では、コンデン
サーCとCは直列に接続され、しかもその両端はグ
ラウンドと基準電圧源EREFに接続される。そして、
電荷の充放電が行なわれる。 2.電荷の充放電が十分落ち着いたところで、今度は、
切替えスイッチSを端子c側に、切替えスイッチS
を端子f側へと切替える。すると、今度はコンデンサー
,Cは基準電圧源EREFから切り離され、コン
デンサーC,Cの各々の、高電位どうしの端子が接
続され、また、低電位どうしの端子が接続される。 手順2.によってコンデンサーC,Cは並列接続と
なり、コンデンサーC及びCに溜まっていた電荷
は、コンデンサーC,C間で再分配される。その電
荷の再分配が十分落ち着いたところで、もう一度、手順
1.へ戻り、そして更に、1.及び2.の手順を繰り返
す。
Under the above conditions, the changeover switches S 1 and S 2 are repeatedly switched as follows. 1. Switch connects the switch S 1 to the terminal a, the switching to connect the switch S 2 to the terminal d. In this state, the capacitor C 1 and C 2 are connected in series, moreover its ends is connected to the ground and a reference voltage source E REF. And
Charge and discharge are performed. 2. When the charge and discharge of the charges have settled down sufficiently,
The switch S 1 to the terminal c side switching, the switch S 2
Is switched to the terminal f side. Then, the capacitors C 1 and C 2 are disconnected from the reference voltage source E REF , the terminals of the capacitors C 1 and C 2 having high potentials are connected, and the terminals of low potentials are connected. . Procedure 2. Condenser C 1, C 2 becomes parallel connected by, charges accumulated in capacitors C 1 and C 2 are redistributed among the capacitors C 1, C 2. Once the redistribution of the charge has settled sufficiently, once again in procedure 1. Return to and then And 2. Repeat the above steps.

【0016】さて、上記の方法によって、図4aまたは
図4bの出力端子VOUTのグラウンド・レベルから見
た電位は、次第にEREF/2に収束することが知られ
ている。その理由を以下に数式を用いて説明したいと思
う。まず最初に、図4aの様に切替えスイッチSが端
子cに接続され、切替えスイッチSが端子fに接続さ
れている状態を考える。この時、コンデンサーC,C
の電荷は共にゼロで有ると仮定する。ただし、ここで
は切替えスイッチのオン抵抗、オフリーク電流あるいは
基板の漏れ電流などの要素は考慮していない。すなわ
ち、回路を理想化した形で考えている。
Now, it is known that the potential seen from the ground level of the output terminal VOUT in FIG. 4A or FIG. 4B gradually converges to E REF / 2 by the above method. I would like to explain the reason using mathematical formulas below. First, the switch S 1 switch as in Figure 4a is connected to the terminal c, consider a state in which the switch S 2 switch is connected to the terminal f. At this time, capacitors C 1 and C
Second charge is assumed to both be zero. However, here, factors such as the on-resistance of the changeover switch, the off-leakage current, and the leakage current of the substrate are not considered. That is, the circuit is considered in an idealized form.

【0017】次に、切替えスイッチSを端子a側に、
切替えスイッチSを端子d側に切替え、図4bの回路
とする。その後電荷の充放電が為され、電荷移動が十分
落ち着いたとする。このときのコンデンサーCの電荷
をQ11,コンデンサーCの電荷をQ21とする。こ
のとき数6が成り立つ。また、Q11は数7の様にな
る。次に、Qを数8の様に定義する。すると、Q
数9の様になる。ここで、コンデンサーC,Cは必
ずしも等しいとは限らないので、コンデンサーCの電
圧とコンデンサーCの電圧は必ずしも等しくない。
[0017] Next, the switch S 1 to the terminal a side switching,
It switches the switch S 2 to the terminal d side switching, the circuit of Figure 4b. Thereafter, it is assumed that charge and discharge are performed, and the charge transfer is sufficiently settled. The charge of the capacitor C 1 in this case Q 11, the charge of capacitor C 2 and Q 21. At this time, Equation 6 holds. In addition, Q 11 is as shown in the number 7. Next, define the Q 1 as the number 8. Then, Q 1 is as shown in the number 9. Here, since the capacitors C 1 and C 2 are not always equal, the voltage of the capacitor C 1 and the voltage of the capacitor C 2 are not necessarily equal.

【0018】次に、切替えスイッチSを端子c側に,
切替えスイッチSを端子f側に切替え、図4aの回路
とする。このとき、コンデンサーCとCの電圧が等
しくなるように、コンデンサーCとCの電荷Q11
とQ21は再分配される。その再分配が行なわれ、コン
デンサーC,Cの電荷移動が十分落ち着いたとす
る。その時のコンデンサーCの電荷をQ11’とし、
コンデンサーCの電荷をQ21’とする。Q11’及
びQ21’は数10及び数11の様になる。このときや
はり、コンデンサーCとCは等しいとは限らないの
で、コンデンサーC、あるいはCの両端の電圧をE
’とすると、2・E’は必ずしもEREFに等しい
とは限らない。
Next, the switch S 1 to the terminal c side switching,
It switches the switch S 2 to the terminal f side switching, the circuit of Figure 4a. In this case, so that the voltage of the capacitor C 1 and C 2 are equal, the charge Q 11 of the capacitor C 1 and C 2
And Q 21 are redistributed. It is assumed that the redistribution is performed and the charge transfer of the capacitors C 1 and C 2 is sufficiently settled. The charge of the capacitor C 1 at that time is Q 11 ′,
The charge of the capacitor C 2 and Q 21 '. Q 11 ′ and Q 21 ′ are as shown in Equations 10 and 11. At this time, since the capacitors C 1 and C 2 are not always equal, the voltage across the capacitor C 1 or C 2 is set to E.
'When, 2 · E 1' 1 is not necessarily equal to E REF.

【0019】次に、もう一度切替えスイッチSを端子
a側に、切替えスイッチSを端子d側に切替え4図b
の回路とする。するとこのとき、コンデンサーCとC
の直列電圧2・E’は必ずしもEREFに等しいと
は限らないので、EREFと等しくなるように、コンデ
ンサーC及びCに充電あるいは、放電が行なわれ
る。コンデンサーC,Cは直列に接続されている為
に、このときの電荷の移動量は、コンデンサーC,C
に於いて共に等しくなる。このときの電荷の移動量を
ΔQとする。ただし、ΔQの極性は、コンデンサー
あるいはCが充電される場合に、プラスとする。
REFは数12の様に表わされる。これをΔQにつ
いて解くと、数13の様になる。ここで、数10および
数11よりΔQは数14の様になる。この電荷の移動
が十分落ち着いた時のコンデンサーCとコンデンサー
の電荷の和をQとすると、Qは数15の様にな
る。また、数14よりQは、数16の様になる。
Next, the switch S 1 switch again to the terminal a side, 4 switches the switch S 2 to the terminal d side switching FIGS b
Circuit. Then, at this time, the capacitors C 1 and C
Since the second series voltage 2 · E 1 'it is not necessarily equal to E REF, to be equal to E REF, charging or a capacitor C 1 and C 2, the discharge is performed. Since the capacitors C 1 and C 2 are connected in series, the amount of movement of the charge at this time is limited by the capacitors C 1 and C 2.
Both become equal in 2 . The amount of charge movement at this time is defined as ΔQ 2 . However, the polarity of ΔQ 2 is positive when the capacitor C 1 or C 2 is charged.
E REF is expressed as in Equation 12. Solving this for ΔQ 2 gives Equation 13. Here, ΔQ 2 is as shown in Expression 14 from Expressions 10 and 11. When the sum of the charge of the capacitor C 1 and capacitor C 2 when the movement of the charge is settled sufficiently and Q 2, Q 2 is as shown in Equation 15. In addition, Q 2 is given by Expression 16 from Expression 14.

【0020】同様にして、もう一度切替えスイッチS
をc側に、切替えスイッチSをf側に同時に切替え、
電荷の移動が十分に落ち着いたところで再度切替えスイ
ッチSをa側に、切替えスイッチSをd側に同時に
切替える。そして、電荷の移動が十分落ち着いた時点で
のコンデンサーCとCの電荷の和をQとするとQ
は、数17の様になる。ただし、ここでαを数18の
様に定義する。また、同様にして手順1.と手順2.を
繰り返しn回目に切替えスイッチSが端子aに、切替
えスイッチSが端子dに切り替わり、電荷の移動が十
分落ち着いた時のコンデンサーCとCの電荷の和を
Qnとすると、Qnは同様にして数19の様になる。こ
こで、αの値は0≦α<1であるから、n→∞としたと
きの電荷QnをQn→∞とするとQnは数20の様にな
る。従って、出力電圧VOUTはn→∞に於いて、E
REF/2に収束する。
In the same manner, the changeover switch S 1 is again operated.
To c side, at the same time switching the switch S 2 to the f side switching,
The switch S 1 again switched at the movement of charges is sufficiently settled on a side, it switches simultaneously switch S 2 to the d side switching. When the sum of the charges of the capacitors C 1 and C 2 at the time when the movement of the charges has sufficiently settled is Q 3 , Q
3 becomes as shown in Expression 17. Here, α is defined as in Expression 18. Also, in the same manner as in the procedure 1. And procedure 2. A repeating n-th to the changeover switch S 1 is the terminal a, the switch S 2 switch is switched to the terminal d, the sum of the charge of the capacitor C 1 and C 2 when the movement of charges settled enough to Qn, Qn is Similarly, Equation 19 is obtained. Here, since the value of α is 0 ≦ α <1, if the charge Qn when n → ∞ is changed from Qn → ∞, Qn becomes as shown in Expression 20. Therefore, when the output voltage V OUT changes from n → ∞, E
Converges to REF / 2.

【0021】このようにして、図4のような回路を用い
ることによって、そして、切替えスイッチS,S
繰り返し切替えることによって、基準電圧源E
REFは、正確に等分割されることがわかる。さて、こ
こで、この図4の回路を用いた方式には、次のような特
徴があることがわかる。 1.コンデンサーC及びCの値には関わらず、基準
電圧源EREFを正確に等分割することが出来る。従っ
て、抵抗体を用いて電流値に重み付けをする場合のよう
に、抵抗体の値を揃える為にレーザー光線などを用いて
微調整をするといったような手間がかからない。 2.コンデンサーC及びCの値には関わらず、基準
電圧源EREFを正確に等分割することが出来るという
ことは、もし仮に、コンデンサーC,Cの容量値
が、温度によって変化をしたとしても、それにも関わら
ず基準電圧源EREFは正確に等分割されることを意味
する。つまり、言い換えると、温度変化の影響を受ける
事なく基準電圧源を常に正確に等分割することが出来る
ことを意味する。 3.基準電圧源EREFが正確に等分割され出力端子V
OUTがEREF/2に収束するまでに、ある一定の時
間を要する。 4.出力端子VOUTの電圧が、EREF/2に収束す
るまではコンデンサーC,Cの充放電に必要な電流
が図4の回路内に流れる。しかし、出力端子VOUT
電圧が一度EREF/2に収束すると、なんらかの外乱
要因が無い限り、切替えスイッチのオフリーク電流とか
コンデンサーのリーク電流、基板の漏れ電流などの微小
電流しか流れなくなる。これらの電流は、数ナノアンペ
ア以下であり、実質上電流が流れないと考えてよい。
Thus, by using the circuit as shown in FIG. 4 and by repeatedly switching the changeover switches S 1 and S 2 , the reference voltage source E
It can be seen that REF is exactly equally divided. Now, it can be seen that the method using the circuit of FIG. 4 has the following features. 1. Regardless of the value of the capacitors C 1 and C 2 , the reference voltage source E REF can be accurately divided equally. Therefore, unlike the case where the current value is weighted using a resistor, there is no need to perform fine adjustment using a laser beam or the like in order to make the resistor values uniform. 2. Regardless of the values of the capacitors C 1 and C 2 , the fact that the reference voltage source E REF can be equally divided accurately means that if the capacitance values of the capacitors C 1 and C 2 change with temperature. Nevertheless, this means that the reference voltage source E REF is nevertheless exactly equally divided. In other words, this means that the reference voltage source can always be accurately and equally divided without being affected by the temperature change. 3. The reference voltage source E REF is accurately divided equally and the output terminal V
It takes a certain amount of time for OUT to converge to E REF / 2. 4. Until the voltage at the output terminal V OUT converges to E REF / 2, a current required for charging and discharging the capacitors C 1 and C 2 flows in the circuit of FIG. However, once the voltage of the output terminal V OUT converges to E REF / 2, only a small current such as an off-leak current of the changeover switch, a leak current of the capacitor, and a leak current of the substrate flows unless there is any disturbance factor. These currents are less than a few nanoamps, and it can be considered that substantially no current flows.

【0022】このようにして、図4のような回路を用い
ることによって、たとえ、コンデンサーCとCが等
しくなくても、基準電圧源EREFが正確に2等分され
ることがわかる。従って、図4のような回路を用いて、
D−A変換器のデジタル入力の各ビットに対応するアナ
ログ量の重み付けをすれば、次のような利点があること
がわかる。 1.従来の技術のように、抵抗体などを用いてD−A変
換器を作製した場合のように、抵抗体などへの微調整の
必要がない。その為次のような利点が生じる。 1)レーザー光線などによる微調整の手間が省かれ、製
造に要する時間が短縮される。 2)高精度のD−A変換器を実現しようとすると、この
抵抗体への微調整が難しいものとなり、歩留まりが悪く
なる。ところが、この方式を用いると、微調整の必要が
なく、歩留まりは半導体製造工程の管理やマスクパター
ンの設計によって決まる。従って、歩留まりが大幅に向
上する。 3)抵抗体の微調整の為に、抵抗体を焼き切る必要がな
いので、その抵抗体の上のシリコン酸化膜による保護膜
を破壊することもない。その為信頼性が向上する。 2.従来の技術では、温度変化によって抵抗体などの相
対値が変化し、非直線性誤差あるいは、微分非直線性誤
差に影響を及ぼすが、本考案の回路を用いることによっ
て温度による非直線性誤差、あるいは微分非直線性誤差
への影響はなくなる。 3.基準電圧源EREFを正確に等分割できる。 また、次のような欠点がある。 1.出力端子VOUTから負荷電流を取ろうとすると、
基準電圧源EREFが正確に等分割されなくなる。 本考案は、これらの特徴を利用して、D−A変換器を構
成しようとするものである。
Thus, by using the circuit as shown in FIG. 4, it can be seen that the reference voltage source E REF is exactly bisected even if the capacitors C 1 and C 2 are not equal. Therefore, using a circuit as shown in FIG.
It can be seen that the following advantages are obtained by weighting the analog amount corresponding to each bit of the digital input of the DA converter. 1. There is no need to make fine adjustments to the resistor or the like, unlike the case where a DA converter is manufactured using a resistor or the like as in the prior art. Therefore, the following advantages arise. 1) The trouble of fine adjustment by a laser beam or the like is omitted, and the time required for manufacturing is shortened. 2) If an attempt is made to realize a highly accurate DA converter, it is difficult to make fine adjustments to this resistor, and the yield will be poor. However, using this method does not require fine adjustment, and the yield is determined by the management of the semiconductor manufacturing process and the design of the mask pattern. Therefore, the yield is greatly improved. 3) Since it is not necessary to burn out the resistor for fine adjustment of the resistor, the protection film made of the silicon oxide film on the resistor is not broken. Therefore, reliability is improved. 2. In the conventional technology, the relative value of a resistor or the like changes due to a temperature change, which affects a nonlinearity error or a differential nonlinearity error.However, by using the circuit of the present invention, the nonlinearity error due to temperature, Alternatively, the influence on the differential nonlinearity error is eliminated. 3. The reference voltage source E REF can be accurately divided equally. Further, there are the following disadvantages. 1. When trying to take the load current from the output terminal V OUT ,
The reference voltage source E REF will not be equally divided. The present invention intends to configure a DA converter using these features.

【0023】さて、以上の議論により、図4の回路を用
いることによって、D−A変換器のデジタルの各ビット
に対応するアナログ電圧の重み付けが、正確に行なえる
ことがわかったわけである。従って、次に、デジタルの
入力コードに対応して、1が立っている位に対応したア
ナログ電圧を足し算しなければならない。ところが、こ
こで一つ気付くことは、従来のD−A変換器はほとんど
が電流加算型であり、従って、これは図3に示されてい
るように、オペアンプを用いて電流を加算することが出
来る。しかし、本考案に於ける図4の回路は「電流」に
重み付けが為されるのではなくて、「電圧」に重み付け
が為される。従って従来のD−A変換器の方法と異なっ
た方法で、デジタルの入力コードに対応して、デジタル
入力の各位に対応するアナログ量を足し算しなければな
らない。もちろん、抵抗を用いてデジタルの各位に対応
する「アナログ」電圧を電流に変換して、オペアンプで
足し算する方法は、なんの意味ももっていない。なぜな
ら、その場合やはり抵抗間の整合性が問題となるからで
ある。従って、図4の回路を用いてD−A変換器を構成
するに当たっては、特別な工夫が必要であることがわか
る。そこで、次のような方法を考案した。図5にその原
理を示す。簡単の為に2bitのD−A変換器の例を示
してある。
By the above discussion, it has been found that the use of the circuit shown in FIG. 4 enables accurate weighting of the analog voltage corresponding to each digital bit of the DA converter. Therefore, next, the analog voltage corresponding to the place where 1 stands must be added in accordance with the digital input code. However, one thing to notice here is that most of the conventional DA converters are of the current addition type. Therefore, as shown in FIG. 3, it is difficult to add the current using an operational amplifier. I can do it. However, in the circuit of FIG. 4 according to the present invention, "current" is not weighted, but "voltage" is weighted. Therefore, in a manner different from the method of the conventional DA converter, it is necessary to add an analog quantity corresponding to each position of the digital input corresponding to the digital input code. Of course, using a resistor to convert the "analog" voltage corresponding to each digit of the digital into a current and summing it with an operational amplifier has no meaning. This is because, in that case, matching between the resistors still becomes a problem. Therefore, it is understood that a special contrivance is required in configuring the DA converter using the circuit of FIG. Therefore, the following method was devised. FIG. 5 shows the principle. For simplicity, an example of a 2-bit DA converter is shown.

【0024】まず、図4の回路を一つ使用することによ
って3種類の電圧を発生させることが出来る。つまり基
準電圧EREFと、EREF/2,そして0〔V〕であ
る。もしも1bitのD−A変換器を実現しようとすれ
ば、0〔V〕とEREF/2〔V〕を使用すれば良いわ
けである。さて、2bitのD−A変換器を実現させる
為には次のような電圧を発生させる必要がある。3・E
REF/4〔V〕,EREF/2〔V〕.EREF/4
〔V〕,0〔V〕まず、EREF/2〔V〕と0〔V〕
は、図4の回路が1つ有れば実現可能である。更に、E
REF/4〔V〕の電圧を作る為に、図4の回路をもう
1つ持ってきてこれを第2の回路とする。この第2の回
路によって第1の回路より出力されたグラウンドと出力
端子VOUT1間の電圧EREF/2〔V〕を等分割す
る。従って第2の回路の出力端子VOUT2の電圧は、
REF/4〔V〕となる。更に3・EREF/4
〔V〕の電圧を得る為に、第2の回路のグラウンドを第
1の回路の出力端子VOUT1に接続しEREF/2
〔V〕にシフトする。そしてEREF/2〔V〕と基準
電圧EREF〔V〕間の電位差を等分割する。こうする
ことによって、3・EREF/4〔V〕の電圧が得られ
る。
First, three types of voltages can be generated by using one circuit of FIG. That is, the reference voltage is E REF , E REF / 2, and 0 [V]. If a 1-bit DA converter is to be realized, 0 [V] and E REF / 2 [V] may be used. Now, in order to realize a 2-bit DA converter, it is necessary to generate the following voltages. 3.E
REF / 4 [V], EREF / 2 [V]. E REF / 4
[V], 0 [V] First, E REF / 2 [V] and 0 [V]
Can be realized if there is one circuit in FIG. Further, E
In order to generate a voltage of REF / 4 [V], another circuit shown in FIG. 4 is brought and used as a second circuit. The voltage E REF / 2 [V] between the ground output from the first circuit and the output terminal V OUT1 is equally divided by the second circuit. Therefore, the voltage of the output terminal V OUT2 of the second circuit is
E REF / 4 [V]. Furthermore, 3 ・ E REF / 4
In order to obtain the voltage [V], the ground of the second circuit is connected to the output terminal V OUT1 of the first circuit, and E REF / 2
Shift to [V]. Then, the potential difference between E REF / 2 [V] and the reference voltage E REF [V] is equally divided. By doing so, a voltage of 3 · E REF / 4 [V] is obtained.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】つまり図5に於いて、切替えスイ
ッチK,Kがデジタル入力の最上位ビットに相当
し、切替えスイッチKが端子m側に接続され、切替え
スイッチKが端子p側に接続された状態が、最上位ビ
ットのデジタル入力が1の状態に対応する。また、切替
えスイッチKとKが反対側の端子に接続された状態
が最上位ビットのデジタル入力が0の状態に相当する。
また、切替えスイッチKとKは連動して切り替わる
仕組みとなっている。同様に、切替えスイッチKは、
最下位ビットに相当し、切替えスイッチKが端子s側
に接続されている状態が、最下位ビットのデジタル入力
が1の状態に対応している。また、切替えスイッチK
が端子uに接続された状態が最下位ビットのデジタル入
力が0の状態に対応している。ここで、切替えスイッチ
からSまでは、アナログ電圧の重み付けをするた
めのスイッチであり、連動して周期的に切り替わる。ま
た、SからSまでと、KからKまではブレイク
・ビフォアー・メイクの切替えスイッチである。
FIG. 5 shows that the changeover switches K 1 and K 2 correspond to the most significant bits of the digital input, the changeover switch K 1 is connected to the terminal m, and the changeover switch K 2 is connected to the terminal m. The state connected to the p side corresponds to the state where the digital input of the most significant bit is 1. The state where the switch K 1 and K 2 switch is connected to the opposite terminal is a digital input of the most significant bit corresponds to the state of 0.
The switch K 1 and K 2 switch has a mechanism that switches in conjunction. Similarly, the switch K 3 switching,
Corresponds to the least significant bit, the state in which the changeover switch K 3 is connected to the terminal s side, the digital input of the least significant bit corresponds to one state. In addition, the change-over switch K 3
The state where is connected to the terminal u corresponds to the state where the digital input of the least significant bit is 0. Here, the switches S 1 switch to S 4, a switch for the weighting of the analog voltage, periodically switched conjunction with. Further, the from S 1 to S 4, from K 1 to K 3 is a changeover switch Blake Bifoa-make.

【0026】このようにして、2ビットのD−A変換器
を実現することが出来る。また同様にして、図4の回路
をつなげていくことによって、もっとビット数の多いD
−A変換器を実現することも可能である。
Thus, a 2-bit DA converter can be realized. Similarly, by connecting the circuits of FIG.
It is also possible to realize an -A converter.

【0027】[0027]

【実施例】図1は4bitのD−A変換器の実際の回路
例である。図1を以下に説明する。 EREF ・・・・・・・基準電圧源 A ・・・・・・・オペアンプ CからCまで ・・・1〔μF〕のコンデンサー SからSまで ・・・電圧等分割回路用のブレイ
ク・ビフォアー・メイクの切替えスイッチ KからKまで ・・・ブレイク・ビフォアー・メ
イク切替えスイッチ、デジタル入力ビットの各位に対応
する。 ここで、SからSまでは電圧等分割回路用の切替え
スイッチであり、連動して周期的に切り替わる。また、
とK,KとK,KとKはそれぞれ連動し
て切り替わる。
FIG. 1 shows an example of an actual circuit of a 4-bit DA converter. FIG. 1 is described below. E REF ····· Reference voltage source A 1 ····· Op amp C 1 to C 8 ··· 1 [μF] capacitor S 1 to S 8 ··· Voltage equalization circuit ... break Bifoa-make switching switches from the switch K 1 switching Blake Bifoa-make up K 7 use, corresponds to each position digital input bits. Here, the S 1 to S 8 are changeover switch for voltage equal division circuit, periodically switched conjunction with. Also,
K 1 and K 2, K 3 and K 4, K 5 and K 6 are switched in conjunction with each other.

【0028】次に、KからKまでの切替えスイッチ
とデジタルの入力ビットとの対応を次に示す。 K,K ・・・・bit1(最上位bit) K,K ・・・・bit2 K,K ・・・・bit3 K ・・・・・・・bit4(最下位bit) これらの切替えスイッチは、リードリレー、半導体スイ
ッチなどで構成することができるが、FETによって実
現することが適切であると思われる。
[0028] Next, the following correspondence between the changeover switch and the digital input bits from K 1 to K 7. K 1, K 2 ···· bit1 (uppermost bit) K 3, K 4 ···· bit2 K 5, K 6 ···· bit3 K 7 ······· bit4 ( lowest bit) These changeover switches can be constituted by a reed relay, a semiconductor switch, or the like, but it is considered appropriate to realize them by FETs.

【0029】図1の様なD−A変換器を市販のCMOS
切替えスイッチを用いて作製したところ基本的にうまく
D−A変換が為されることが確認された。ところが、こ
こに一つ問題があることがわかった。それは、出力端子
にデジタルの入力コードに対応した直流電圧に重畳され
て、1〜2Vの大きなスパイク電圧が発生することであ
る。この現象は好ましからずことでありせっかく正確に
D−A変換が為されてもこのスパイク電圧が一種の大き
な雑音となってしまう。そこで、このスパイク電圧を極
力小さくする工夫をしなければならない。では何故この
ようなスパイク電圧が発生するのかこの理由を簡単なモ
デルで考えてみる。この場合切替えスイッチとしてNチ
ャンネルMOS−FETスイッチを使用するものとす
る。簡単の為に2bitのD−A変換器の例で説明す
る。図5がその回路図である。ただし、この場合各々の
切替えスイッチの実際の構成は、図7のようになってい
るものとする。図7においては、前述の切替えスイッチ
の条件を満足するものとする。つまり、切替えスィッチ
内の2つのMOS−FET,FとFは同時にオンと
なることは無いように各々のゲート・ソース間電圧V
GSがコントロールされるものとする。
A DA converter as shown in FIG.
It was confirmed that DA conversion was basically successfully performed by using a changeover switch. However, it turned out that there was one problem here. That is, a large spike voltage of 1 to 2 V is generated at the output terminal, being superimposed on a DC voltage corresponding to a digital input code. This phenomenon is undesirable, and even if D / A conversion is accurately performed, the spike voltage becomes a kind of large noise. Therefore, it is necessary to devise a technique for minimizing the spike voltage. The reason why such a spike voltage is generated will be considered with a simple model. In this case, an N-channel MOS-FET switch is used as a changeover switch. For simplicity, an example of a 2-bit DA converter will be described. FIG. 5 is a circuit diagram thereof. In this case, however, the actual configuration of each changeover switch is as shown in FIG. In FIG. 7, it is assumed that the condition of the changeover switch described above is satisfied. That is, two MOS-FET in the switching switch, F 1 and F 2 are simultaneously turned on and becomes possible voltage across each gate and the source of so no V
GS shall be controlled.

【0030】さて簡単の為に、今仮にデジタルの入力コ
ードが「00」であると仮定する。その時の回路状態は
図5のようになる。ところで、もしも、この切替えスイ
ッチS,S,S,Sが完全であれば問題はな
い。MOS−FETの場合、ゲート電流はピコアンペア
・オーダーで有り、無視出来る。また、オフ抵抗も非常
に大きく実際上問題はない。更に、図5の回路において
は、前述のように一度平衡状態に落ち着くと原理的に電
圧等分割用コンデンサーC,C,C,Cに電流
は流れなくなる。従って、この点に於いては、オン抵抗
による電圧降下もさしたる影響を与えない。ところがこ
こで大きな問題となってくるものがある。それはFET
のゲート・ソース間容量CGS,ゲート・ドレイン間容
量CGD,更にドレイン・ソース間容量CDSである。
For simplicity, it is now assumed that the digital input code is "00". The circuit state at that time is as shown in FIG. By the way, if the changeover switches S 1 , S 2 , S 3 , S 4 are perfect, there is no problem. In the case of a MOS-FET, the gate current is on the order of picoamps and can be ignored. Further, the off-state resistance is very large and there is no practical problem. Further, in the circuit shown in FIG. 5, once settled into an equilibrium state as described above, in principle, no current flows through the voltage equalizing capacitors C 1 , C 2 , C 3 , and C 4 . Therefore, at this point, the voltage drop due to the on-resistance has no significant effect. However, there is a big problem here. It is FET
The gate-source capacitance C GS, the gate-drain capacitance C GD, a further drain-source capacitance C DS.

【0031】さて、FETをオンあるいはオフする為に
はゲート・ソース間電圧VGSを変化させなければなら
ない。ところが、そうすることによって、ゲート・ソー
ス間容量CGSを通してソース側に、またゲート・ドレ
イン間容量CGDを通してドレイン側に電流が流れる。
この電流によって出力端子にスパイク電圧が生じる。こ
れについて以下に説明する。まず最初にゲート・ソース
間電圧VGSの変化をΔVGSとするとこのVGSの変
化によってゲート・ソース間容量CGSをとうしてソー
ス側に移動する電荷量をΔQs、また、ゲート・ドレ
イン間容量CGDを通してドレイン側に移動する電荷量
をΔQGDとすると、ΔQGSは数21の様になる。ま
た、ΔQGDは、数22の様になる。ここで、ΔVDG
はVGSの変化によって変化するドレイン・ゲート間電
圧の変化量である。更に、ゲート・ソース間容量CGS
を通してFETのゲートからソースへ流れる電流をI
CGSとし、また、ゲート・ドレイン間容量CGDを通
してFETのゲートからドレインへ流れる電流をI
CGDとすると、ICGSは数23の様にICGDは数
24の様になる。ただし、簡単の為にFETの容量はゲ
ート電圧等に依存せず一定と仮定した。
Now, in order to turn on or off the FET, the gate-source voltage V GS must be changed. However, by doing so, the source side through the gate-source capacitance C GS, and the current flows to the drain side through the gate-drain capacitance C GD.
This current produces a spike voltage at the output terminal. This will be described below. First, assuming that the change in the gate-source voltage V GS is ΔV GS , the amount of charge that moves to the source side through the gate-source capacitance C GS due to the change in V GS is ΔQ G s, and Assuming that the amount of charge moving to the drain side through the drain-to-drain capacitance C GD is ΔQ GD , ΔQ GS is as shown in Expression 21. ΔQ GD is as shown in Expression 22. Here, ΔV DG
Is a variation of the drain-gate voltage that varies with changes in V GS. Further, the gate-source capacitance C GS
The current flowing from the gate to the source of the FET through I
CGS, and the current flowing from the gate to the drain of the FET through the gate-drain capacitance C GD is I
Assuming CGD , I CGS is as shown in Equation 23, and I CGD is as shown in Equation 24. However, for simplicity, it is assumed that the capacitance of the FET is constant without depending on the gate voltage or the like.

【0032】ここで、図5の切替えスイッチSの端子
bと端子c間をオンあるいはオフするFETについて考
える。ここではFETのドレインが端子bに、ソースが
端子に接続されているものとする。さて、ゲートから
ソースに流れる電流ICGSの回路に及ぼす効果につい
て考えてみる。この電流によってソース側に移動する電
荷がすべてコンデンサーCに流れ込んだとし、それに
よって生じるコンデンサーCの両端の電圧の変化をΔ
C2とするとΔVC2は数25の様になる。さて、こ
こで、コンデンサーCは、本来電圧を正確に2等分す
る為に用いられるコンデンサーで有り、その電圧2等分
回路が理想的であり、その時のコンデンサーCの両端
の本来有るべき電圧をVC2とすると、VC2とΔV
C2との比ΔVC2/VC2は数26の様になる。いま
仮に、CGS《Cであり、また、ΔVGSとVC2
絶対値が余り大きく違わないと仮定するとΔVC2/V
C2は数27の様になり、実質上ゲート・ソース間電圧
GSの変化により、CGSを通してVC2に与える影
響は無視できる。従って、ここでは簡単の為に第一の等
分割回路を簡単化して定電圧源と考える。図6がその回
路である。
[0032] Here, we consider the FET to turn on or off between the terminals b and the terminal c of the switch S 1 switch of FIG. Here, it is assumed that the drain of the FET is connected to the terminal b and the source is connected to the terminal C. Now, consider the effect of the current ICGS flowing from the gate to the source on the circuit. And flowing all the charge transferred to the source side to the capacitor C 2 by the current, it changes in the voltage across the capacitor C 2 caused by the Δ
If V C2 , ΔV C2 is as shown in Expression 25. Well, here, the capacitor C 2 is an condenser used to accurately bisects the original voltage is that voltage bisecting circuit ideally should be the original ends of the capacitor C 2 at that time When the voltage and V C2, V C2 and ΔV
The ratio ΔV C2 / V C2 of C2 is in as number 26. Now, assuming that C GS << C 2 and that the absolute values of ΔV GS and V C2 are not so different, ΔV C2 / V
C2 is as shown in Expression 27, and the effect on V C2 through C GS due to the change in the gate-source voltage V GS can be substantially ignored. Therefore, for the sake of simplicity, the first equal division circuit is simplified here and is considered as a constant voltage source. FIG. 6 shows the circuit.

【0033】ところで、前述の議論と同様にして、コン
デンサーC及びCの両端の電圧に対するFETのゲ
ート・ソース間電圧の変化による影響は無視出来る。し
かしこの回路にはデジタル入力の最上位ビットに対応す
る切替えスイッチK,Kのオン抵抗に相当する抵抗
K1,RK2が存在している。これらの抵抗に前述の
CGSあるいはICGDが流れ込む。これによって電
圧降下が起きるわけである。しかもこの電圧降下は、F
ETのゲート・ソース間電圧が変化している間中、すな
わち、FETスイッチが切り替わる時に発生し、スパイ
ク電圧として観測される。
By the way, similarly to the above-mentioned discussion, the influence of the change in the gate-source voltage of the FET on the voltage across the capacitors C 3 and C 4 can be ignored. However, in this circuit, there are resistors R K1 and R K2 corresponding to the on-resistances of the changeover switches K 1 and K 2 corresponding to the most significant bit of the digital input. The above-mentioned ICGS or ICGD flows into these resistors. This causes a voltage drop. Moreover, this voltage drop is
It occurs while the gate-source voltage of the ET is changing, that is, when the FET switch is switched, and is observed as a spike voltage.

【0034】更に、ドレイン・ソース間にはドレイン・
ソース間容量CDSが存在する。切替えスイッチを切替
えることにより、ドレイン・ソース間電圧が変化する
が、その際CDSに電荷の充放電が為される。この電荷
の充放電によってドレイン側あるいはソース側に電流が
流れ、これらの電流がRK1あるいはRK2などに流れ
スパイク電圧を発生する原因となる。例えば、いま、切
替えスイッチSについて考えてみる。回路状態が図5
のようになっている場合、切替えスイッチSのh,i
間の電圧は切替えスイッチS,S,S,Sが何
度も切り替わり、回路が平衡状態に落ち着いた後は、0
〔V〕であると考えられる。つまり、h,i間のFET
のドレイン・ソース間に0〔V〕の電圧がかかってい
る。ところがここで切替えスイッチS,S,S
が反対側の端子に切り替わったとすると、h,i間
の電圧はEREF/4〔V〕となる。従って、h,i間
のFETのドレイン・ソース間電圧は0〔V〕からE
REF/4〔V〕に変化する。切替えスイッチSの実
際の動作としてはまず、h,i間のFETをオフとし、
続いてg,h間のFETをオンとする。g,h間のFE
Tがオンとなった瞬間h,i間に電圧がかかりh,i間
のFETのドレイン・ソース間容量CDSに電荷が充電
される。この為に、h,i間のFETのドレインあるい
はソース側に瞬間的に電流が流れ、スパイク電圧の発生
原因となる。FETがオンをする時も同様である。ただ
し、この場合はFETのドレイン・ソース間容量に充電
された電荷が放電される。またその放電の際、そのオン
となるFETのドレイン・ソース間を流れ、スパイク電
圧の発生原因となる。FETがオンをする時も同様であ
る。ただし、この場合はFETのドレイン・ソース間容
量に充電された電荷が放電される。またその放電の際、
そのオンとなるFETのドレイン・ソース間を通しても
放電が為される。
Further, the drain and the source are provided between the drain and the source.
Source-to-source capacitance CDS exists. By switching the changeover switch, the voltage between the drain and the source changes. At this time, the CDS is charged and discharged. Current flows to the drain side or the source side by the charging and discharging of this charge, which causes these currents to generate a flow spike voltage in such R K1 or R K2. For example, now, consider the switch S 3 switching. Fig. 5
If it is and so on, h of the changeover switch S 3, i
After the changeover switches S 1 , S 2 , S 3 , and S 4 are switched many times and the circuit has settled in an equilibrium state, the voltage between the two switches is 0.
[V]. That is, FET between h and i
0 [V] voltage is applied between the drain and the source. However, here, the changeover switches S 1 , S 2 , S 3 ,
When S 4 is switched to the opposite side of the terminal, h, the voltage between the i becomes E REF / 4 [V]. Accordingly, the drain-source voltage of the FET between h and i is changed from 0 [V] to E
REF / 4 [V]. The actual operation of the changeover switch S 3 First, the off-h, and FET between i,
Subsequently, the FET between g and h is turned on. FE between g and h
At the moment when T is turned on, a voltage is applied between h and i, and the charge CDS between the drain and source of the FET between h and i is charged. For this reason, a current flows instantaneously to the drain or source side of the FET between h and i, which causes a spike voltage. The same applies when the FET is turned on. However, in this case, the charge charged in the drain-source capacitance of the FET is discharged. In addition, at the time of the discharge, the current flows between the drain and the source of the FET which is turned on, which causes a spike voltage. The same applies when the FET is turned on. However, in this case, the charge charged in the drain-source capacitance of the FET is discharged. Also, during the discharge,
Discharge is also generated through the drain-source of the FET that is turned on.

【0035】このスパイク電圧を出来るだけ小さく押え
る為には、これまでの議論により以下のような方法が考
えられる。 1.FETのゲート・ソース間容量CGS,ゲート・ド
レイン間容量CGD,ドレイン・ソース間容量CDS
値を極力小さくする。 2.FETのオン抵抗を極力小さくする。 3.ΔVGSを極力小さくする。つまり、FETがオン
となるゲート・ソース間電圧と、FETがオフとなるゲ
ート・ソース間電圧の差の絶対値が、極力小さくなるよ
うにFETを設計する。 4.FETスイッチの切替えの際、ゲート・ソース間電
圧の変化速度を出来るだけ遅くする。すなわち、FET
スイッチの切替え速度を出来るだけ遅くする。 上記1.2.3.についてはFETの設計上の問題であ
り、1.のゲート・ソース間容量CGS及びゲート・ド
レイン間容量CGDは、MOS−FETの場合、ゲート
面積が小さいほど小さくなる。従って、FETのサイズ
が小さくなるほど良い。また、そうすることによって逆
に電圧等分割回路内のコンデンサー(図5の回路ではC
,C,C,C)を小さくすることが出来る。次
に、2.のFETのオン抵抗についてはゲートの縦横比
で決まることが知られている。従って、FETを設計す
るに当たっては、前記3項目に着目して設計しなければ
ならない。一方、4.については余り遅くしすぎると、
FETのオフリーク電流や基板の漏れ電流、更にコンデ
ンサーのリーク電流などによりコンデンサーの放電によ
る電圧降下が大きくなり、これが原因で出力にリップル
電圧が発生するようになる。従って、このリップル電圧
が問題にならない範囲内でFETのゲート・ソース間電
圧の変化速度を遅くしなければならない。
In order to keep the spike voltage as low as possible, the following method can be considered according to the above discussion. 1. Capacitance between the gate and source of the FET C GS, the gate-drain capacitance C GD, to minimize the value of the drain-source capacitance C DS. 2. Minimize the on-resistance of the FET. 3. ΔV GS is made as small as possible. That is, the FET is designed so that the absolute value of the difference between the gate-source voltage at which the FET is turned on and the gate-source voltage at which the FET is turned off is as small as possible. 4. When switching the FET switch, the changing speed of the gate-source voltage is made as slow as possible. That is, FET
Reduce the switching speed of the switch as much as possible. The above 1.2.3. Is a problem in the design of the FET. In the case of a MOS-FET, the gate-source capacitance C GS and the gate-drain capacitance C GD become smaller as the gate area becomes smaller. Therefore, the smaller the size of the FET, the better. Also, by doing so, the capacitor in the voltage equal divider circuit (C in the circuit of FIG.
1 , C 2 , C 3 , C 4 ) can be reduced. Next, 2. It is known that the on-resistance of the FET is determined by the aspect ratio of the gate. Therefore, when designing the FET, it is necessary to pay attention to the above three items. On the other hand, 4. Too late for
The off-leak current of the FET, the leak current of the substrate, and the leak current of the capacitor cause a large voltage drop due to the discharge of the capacitor, which causes a ripple voltage to be generated at the output. Therefore, the rate of change of the gate-source voltage of the FET must be reduced within a range where the ripple voltage does not matter.

【0036】今回作製したD−A変換器は、市販のMO
S−FETを購入し、エポキシ基板上に抵抗、コンデン
サー、FET、トランジスター、オペアンプ、基準電圧
源、CMOSデジタルICなどをのせ配線を行なった。
市販のMOS−FETを購入して作製したために、前記
1.2.3.についてはあらかじめ決められている。従
って、前記4.の方法によりMOS−FETのゲート・
ソース間電圧VGSの変化速度を極力遅くして、出力に
於けるスパイク電圧の発生を小さくした。
The DA converter manufactured this time is a commercially available MO converter.
After purchasing an S-FET, a resistor, a capacitor, a FET, a transistor, an operational amplifier, a reference voltage source, a CMOS digital IC, and the like were mounted on an epoxy substrate and wired.
Since a commercially available MOS-FET was purchased and manufactured, the above-mentioned 1.2.3. Is predetermined. Accordingly, 4. The gate of the MOS-FET
The rate of change of the source-to-source voltage V GS is made as slow as possible to reduce the generation of spike voltage at the output.

【0037】さて、以上のことを考慮にいれて実際に4
ビットのD−A変換器を作製した。回路構成は基本的に
図1と同じであるが、前記4.の方法を満足する為に、
切替えスイッチSからSまでとKからKまでを
以下のような構成とした。図1に於けるSからS
でとKからKまでの切替えスイッチの実際の構成
は、図7の様になっている。図7に於いてFET,
,F,F,Fは今回ディプリーション型Nチ
ャンネルMOS−FETを用いた。MOS−FETを用
いた理由は、ジャンクション型FETの場合、FETを
オンあるいはオフさせる為にゲート・ソース間電圧を変
化させるわけであるが、その際、瞬間的にもゲート・ソ
ース間電圧が順バイアスされると、それによって大きな
ゲート電流がFETのドレインあるいはソース側に流れ
込み、等分割回路に影響を及ぼし電圧が正確に等分割さ
れなくなったりスパイク電圧が出力に現われたりするか
らである。
Now, taking the above into account, the actual 4
A bit DA converter was fabricated. The circuit configuration is basically the same as that of FIG. In order to satisfy the method of
Switching from the K 1 from the switch S 1 to S 8 to K 7 has the following configuration. The actual configuration in FIG. 1 from in S 1 of the selector switch from the K 1 to S 8 to K 7 is adapted to as FIG. In FIG. 7, the FET,
For F 1 , F 2 , F 3 , and F 4 , a depletion type N-channel MOS-FET was used this time. The reason for using a MOS-FET is that in the case of a junction type FET, the gate-source voltage is changed in order to turn the FET on or off. This is because, when biased, a large gate current flows into the drain or source side of the FET, affecting the equal-divided circuit, preventing the voltage from being accurately divided equally or causing a spike voltage to appear at the output.

【0038】さて、図7に於いては、FET,F及び
によって切替えスイッチが構成される。つまり、F
ET,Fがオフとなり、その後、FET,Fがオン
となることによって、端子bが、端子aに接続される。
また、FET,Fがオフとなり、その後、FET,F
がオンとなることにより端子bが端子cに接続され
る。FET,F,Fは、FET,F及びFのソ
ース電位をセンスする為のものである。FET,F
をオンあるいはオフとする為には、FET,F
るいはFのソース電位を基準にしてゲート電圧を変化
させなければならない。ところが、FET,F,F
のソース電位は、FET,F及びFのどちらがオン
になるかによって、あるいは、端子a,b,cの電位が
変化することによって変化する。通常ディプリーション
型のNチャンネルMOS−FETのゲート端子をドライ
ブする方法として、FETをオンとする場合はゲート・
ソース間電圧をゼロ〔V〕とし、オフとする際には、そ
の回路で使用されている電源の一番低い値とする方法が
よく用いられる。この方法は比較的簡単である。しか
し、一方に於いて、ゲート・ソース間の電圧変化が大き
くなる欠点がある。従って、前記条件の3.を満足しな
い。その為、なんらかの方法でFET,FあるいはF
のソース電位をセンスし、そのセンスされたソース電
位を基準としてゲート電圧をドライブする必要がある。
こうすることによって必要以上にゲート・ソース間電圧
を変化させなくてもすむ。
[0038] Now, In FIG. 7, FET, the switch is constituted switched by F 1 and F 2. That is, F
ET, F 2 is turned off, then, FET, by F 1 is turned on, the terminal b, is connected to the terminal a.
In addition, FET, F 1 is turned off, then, FET, F
When terminal 2 is turned on, terminal b is connected to terminal c. The FETs, F 3 and F 4 are for sensing the source potentials of the FETs, F 1 and F 2 . FET, F 1 ,
To the F 2 ON or OFF, it must change the gate voltage relative to the source potential of the FET, F 1 or F 2. However, FET, F 1 , F 2
The source potential of, FET, either by F 1 and F 2 are turned on, or be changed by the terminal a, b, the potential of c is changed. Normally, as a method of driving the gate terminal of a depletion type N-channel MOS-FET, when turning on the FET, the gate
When the source-to-source voltage is set to zero [V] and turned off, a method of setting the lowest value of the power supply used in the circuit is often used. This method is relatively simple. However, on the other hand, there is a disadvantage that the voltage change between the gate and the source is large. Therefore, the condition of 3. Not satisfied. Therefore, the FET, F 1 or F 1
It is necessary to sense the source potential of No. 2 and drive the gate voltage based on the sensed source potential.
This eliminates the need to change the gate-source voltage more than necessary.

【0039】さて、FETのゲート・ソース間電圧を0
〔V〕とした時のドレイン電流は、IDSSと呼ばれる
が、逆に、定電流源によってIDSSに相当する電流を
FETのドレインに流した場合ゲート・ソース間電圧は
ゼロとなる。これを利用してFET,FおよびF
ソース電位をセンスすることができる。FET,F
ソース電位は、FET,Fのゲートによってセンスさ
れFET,Fのソースに接続された抵抗Rを通して
FET,Fのゲートに接続されている。抵抗Rが挿
入されている理由は、今回使用したFETはディプリー
ション型でありまた、IDSSの値は数〔mA〕であ
る。これを数十個使用しなければならずもしそのまま使
用すると消費電流が大きくなりすぎる為である。従っ
て、FET,Fのドレイン電流を減らさなければなら
ないわけであるが、FET,Fのドレイン電流を減ら
すとFET,Fのゲート電位に対してソース電位の方
が高くなる。そこで、FET,Fのソース端子に、抵
抗Rを接続してやると、抵抗Rの電圧降下によって
FET,Fのドレイン電流がIDSSより小さくても
FET,Fのゲートと抵抗Rの電流源側の端子との
電位差をゼロとすることが可能となる。FET,F
ソースには、抵抗Rが接続され抵抗Rのもう一方の
端子には、電流源Iが接続され、それによってFE
T,Fのソース電流がドライブされている。この場合
ゲート電流は無視出来るほど小さいので、ドレイン電流
とソース電流は等しいと考えている。電流源Iの電流
を変化させていくと、ゲート・ソース間電圧VGSはF
ETのI−VGS特性に沿って変化していく。従っ
て、FET,Fのゲート電位を基準とした、抵抗R
の電流源側の端子の電圧をVR1とすると、VR1は数
28の様になる。ただし数28で用いたIは、FE
T,Fのソース電流である。VGSは前述の様にドレ
イン電流によって変化する。その為、FET,Fのド
レイン電流を変化させることによってFET,Fのゲ
ート・ソース間電圧を変化させることが出来る。
Now, the gate-source voltage of the FET is set to 0
The drain current at the time of [V] is called IDSS . Conversely, when a current corresponding to IDSS flows to the drain of the FET by the constant current source, the gate-source voltage becomes zero. By utilizing this can sense the source potential of the FET, F 1 and F 2. FET, the source potential of the F 1 are connected FET, FET sensed by the gate of F 3, through a resistor R 1 connected to a source of F 3 FET, the gate of the F 1. Reason for the resistance R 1 is inserted, FET used this time is also a depletion type, the value of I DSS is the number [mA]. It is necessary to use several tens of them, and if they are used as they are, current consumption becomes too large. Thus, FET, but not must reduce the drain current of the F 3, FET, reducing the drain current of the F 3 FET, becomes higher in the source potential to the gate potential of the F 3. Therefore, FET, the source terminal of the F 3, when'll connect a resistor R 1, the gate and the resistance of the resistor R 1 of the FET due to a voltage drop, even if the drain current of the F 3 is less than I DSS FET, F 3 R 1 Can be set to zero. FET, the source of F 3, the resistor R 1 is connected the other terminal of the resistor R 1, a current source I 1 is connected, whereby the FE
T, the source current of the F 3 are being driven. In this case, since the gate current is negligibly small, the drain current and the source current are considered to be equal. As the current of the current source I 1 is changed, the gate-source voltage V GS becomes F
Along the I D -V GS characteristic of ET will change. Therefore, the resistance R 1 based on the gate potentials of the FET and F 3.
When the voltage of the current source side terminal and V R1, V R1 is as shown in Equation 28. However I S used in number 28, FE
T, which is the source current of the F 3. V GS varies with the drain current as described above. Therefore, FET, by changing the drain current of the F 3 FET, it is possible to change the gate-source voltage of the F 1.

【0040】つまり、図7に於いて、電流源Iの電流
値を変化させることによって、FET,Fのゲート・
ソース間電圧を変化させFET,Fのオン・オフを制
御する。このような回路構成によって、FET,F
ソース電位がFET,Fのゲートによってセンスさ
れ、FET,Fのソース電位が変化しても電流源I
の電流値に対応した一定のゲート・ソース間電圧がFE
T,Fに供給される仕組みとなっている。FET,F
も同様にFET,FによってFET,Fのソース
電位がセンスされ、電流源Iの電流値を変化させる事
によってFET,Fのゲート・ソース間電圧VGS
制御しFET,Fをオン,オフさせる。各切替えスイ
ッチに於ける電流源IとIの電流波形は、切替えス
イッチSからSまでとKからKまでとでは違っ
ている。その様子を図8と図9に示す。図8について説
明する。これは、切替えスイッチSからSまでの各
々のスイッチ内の電流源Iと電流源Iの出力波形を
表わしている。これらの切替えスイッチは電圧等分割用
に使用されており切替えスイッチSからSまでは連
動して周期的に切り替わる。もちろん各々個別のタイミ
ングよって切り替わっても構わない。しかし、連動して
切り替わった方が回路的に簡単になるので今回は連動し
て切り替わるように設計した。
That is, in FIG. 7, by changing the current value of the current source I 1 , the gates of the FET and F 1 are changed.
FET by varying the source voltage, to control the on and off F 1. Such a circuit arrangement, FET, the source potential of the F 1 is sensed FET, the gate of F 3, FET, a current source even if the source potential of the F 1 changes I 1
The constant gate-source voltage corresponding to the current value of
T, has a mechanism that is supplied to the F 1. FET, F
2 likewise FET, FET by F 4, the source potential of F 2 is sensed, the current source I 2 of the FET by varying a current value, and controls the gate-source voltage V GS of the F 2 FET, F 2 is turned on and off. Current waveform of each switching in the switch current source I 1 and I 2 are different in from the switch S 1 switches from the K 1 to S 8 to K 7. This is shown in FIGS. 8 and 9. FIG. 8 will be described. This represents the output waveform of the current source I 1 and the current source I 2 in each of the switches S 1 switch to S 8 switches. These changeover switches from the switch S 1 switch are used for dividing voltage, etc. to S 8 periodically switched in conjunction with each other. Of course, switching may be performed according to individual timing. However, it was designed to be switched in conjunction with this time, because switching in conjunction will make it easier in terms of circuitry.

【0041】さて、前述条件4.より、スイッチの切替
え速度は極力遅くなるように設計されなければならな
い。これを実現する為に、電流源から三角波形の電流が
出力されその周波数は極力遅く設定される。今回は50
0〔Hz〕とした。電流源Iと電流源Iの出力電流
波形には180゜の位相差が設けられている。一方、電
流源Iと電流源Iの出力波形の交点の電流値をI
THとすると、ITHは電流源Iおよび電流源I
出力電流がこの値をとる時、FET,FとFが共に
オフとなるゲート・ソース間電圧VGS(OFF)と等
しくなるかそれより少し小さくなるように設計されてい
る。(絶対値としては大きくなる。)こうすることによ
って、FET,FとFは同時にオンとなることはな
い。
Now, condition 4 described above. Therefore, the switching speed of the switch must be designed to be as low as possible. To realize this, a triangular waveform current is output from the current source, and the frequency is set as slow as possible. This time is 50
0 [Hz]. 180 ° phase difference is provided in the output current waveform of the current source I 1 and the current source I 2. On the other hand, the current value of the intersection point of the output waveform of the current source I 1 and the current source I 2 I
Assuming that TH , when the output currents of the current sources I 1 and I 2 take this value, I TH is equal to the gate-source voltage V GS (OFF) at which both the FETs F 1 and F 2 are turned off. Designed to be or slightly smaller. (Greater in absolute value.) By doing so, FET, F 1 and F 2 are not turned on simultaneously.

【0042】次に図9について説明する。これは、切替
えスイッチKからKまでの各々のスイッチ内の電流
源Iあるいは電流源Iのタイミングを示すものであ
る。切替えスイッチKからKまではデジタル入力ビ
ットの各位に対応するスイッチであり、これらのスイッ
チは切替えスイッチSからSまでとは違い切替え速
度が重要である。切替えスイッチを瞬間的に速く切替え
るとスパイク電圧が生じる。しかし、これは一時的なも
のである。前述の条件、CGS《Cであり、しかも、
ΔVGSとVC2の絶対値が余り大きく違わないと仮定
すると数26よりCからCまでのコンデンサーの両
端の電圧は変化しないと考えてよい。切替えスイッチ内
のFETのゲート・ソース間電圧の変化は、この場合瞬
間的であり、従って、その変化が納まるとスパイク電圧
はすぐに納まり、その後実質的に何の影響も与えない。
図9に於いては、FとFが同時にオンとなら無いよ
うにまずオンとなっている方のFETをオフとし、少し
時間をおいてオフとなっていた方のFETをオンとする
ように制御している。一方、図1の回路では、負荷電流
をとることができるように出力段にオペアンプを用いて
ブァッファー・アンプを構成して出力としている。
Next, FIG. 9 will be described. This shows the timing of the current source I 1 or the current source I 2 in each of the switch K 1 switching to K 7 switch. From selector switch K 1 to K 7 is a switch corresponding to each position digital input bit, the difference switching speed from the switch S 1 switch these switches to S 8 are important. A spike voltage is generated when the changeover switch is instantaneously and quickly changed. But this is only temporary. The above condition, C GS << C 2 , and
The voltage across the capacitor of the absolute value of C 1 than assumed and the number 26 and is not differ too greatly to C 8 of [Delta] V GS and V C2 may be considered unchanged. The change in the gate-source voltage of the FET in the changeover switch is instantaneous in this case, so that the spike voltage stops as soon as the change stops, and has substantially no effect thereafter.
In FIG. 9, and off the FET of those who F 1 and F 2 is in the first on so as not to be turned on at the same time, to turn on the FET of those who had been turned off after a short time Control. On the other hand, in the circuit of FIG. 1, a buffer amplifier is configured using an operational amplifier in an output stage so that a load current can be obtained, and an output is provided.

【0043】さて、次に電圧を2倍にする回路を使用し
たD−A変換器について述べたいと思う。図10はスイ
ッチト・キャパシタ技術を用いた電圧を2倍にする回路
である。切替えスイッチSW1及びSwはプレイク・
ビフォアー・メイク・スイッチで、連動して切り替わ
る。この動作原理を次に説明する。まず最初に切替えス
イッチSW1及びSW2の状態を図10のような状態と
する。最初に、コンデンサーCaを基準電圧源EREF
で充電しておき、十分電荷の移動が納まったところで、
今度は切替えスイッチSW1及びSW2を切替え基準電
圧源EREFとコンデンサーCaとを直列接続とし電圧
を2倍とするものである。そして、この2倍となった電
圧でもってコンデンサーCbを充電する。次に電荷の移
動が十分落ち着いたところで再び切替えスイッチSW1
及びSW2を切替え、図10のような状態とする。そし
て再び上記手順を何度も繰り返す。このような方法によ
りコンデンサーCbの両端の電圧を2・EREF〔V〕
とするものである。
Now, let us describe a DA converter using a circuit for doubling the voltage. FIG. 10 is a circuit for doubling the voltage using switched capacitor technology. Switches S W1 and Sw 2 switching Pleiku -
It switches in conjunction with the before make switch. The operation principle will be described below. First the state of the changeover switch S W1 and S W2 first states such as shown in FIG. 10. First, the capacitor Ca is connected to the reference voltage source E REF
At the point where the movement of the electric charge is enough,
This time is for twice the voltage and change-over switch S W1 and S W2 switching reference voltage source E REF and the condenser Ca and the series connection. Then, the capacitor Cb is charged with the doubled voltage. Switch S W1 then again switched at the movement of the charge was calm enough
And SW2 are switched to a state as shown in FIG. Then, the above procedure is repeated again and again. By such a method, the voltage between both ends of the capacitor Cb is increased by 2.E REF [V].
It is assumed that.

【0044】さて、この電圧2倍回路を使用することに
よってD−A変換器を作製することが出来る。その原理
は今まで述べてきた電圧等分割回路を用いて作製したD
−A変換器と同じである。従ってここでは、その詳しい
説明を省略したいと思う。図11が電圧2倍回路を用い
て作製した2bitのD−A変換器の例である。また、
この回路は、図5の回路の基準電圧源EREFとコンデ
ンサーCとを入れ替えたものと同じである。図5の場
合と同様切替えスイッチSからSまでが電圧を2倍
するためのスイッチであり連動して周期的に切り替わ
る。また、KからKまでがデジタル入力に対応した
切替えスイッチである。KとKは連動して切り替わ
り、デジタル入力bitの最上位bitに対応する。ま
た、Kはデジタル入力bitの最下位のbitに対応
する。
By using the voltage doubling circuit, a DA converter can be manufactured. The principle is based on the D fabricated by using the voltage equalization circuit described above.
Same as -A converter. Therefore, here, I want to omit the detailed explanation. FIG. 11 shows an example of a 2-bit DA converter manufactured using a voltage doubling circuit. Also,
This circuit is the same as the circuit of FIG. 5 except that the reference voltage source E REF and the capacitor C 4 are replaced. From when the same changeover switch S 1 in FIG. 5 to S 4 is periodically switched in conjunction a switch to double the voltage. Further, a changeover switch from K 1 to K 3 is corresponding to the digital input. K 1 and K 2 are switched in conjunction, corresponding to the most significant bit of the digital input bit. Also, K 3 corresponds to the lowest bit of the digital input bit.

【0045】次に、図12は本考案の8ビットのD−A
変換器を2つ使用しこれらのD−A変換器の一方に1/
256の重み付けが為され、もう一方のD−A変換器に
足し算されている。こうする事によって16ビットのD
−A変換器の実現が可能である。ここで、抵抗を用い
て、オペアンプによって各D−A変換器の電圧を足し算
するわけであるが、このときの抵抗の精度は0.1%程
度であり、レーザーによる微調整をせずに実現すること
が可能である。
Next, FIG. 12 shows an 8-bit DA of the present invention.
Two converters are used and one of these DA converters has 1 /
256 weights are added and added to the other DA converter. By doing so, the 16-bit D
Realization of -A converter is possible. Here, the voltage of each DA converter is added by an operational amplifier using a resistor. At this time, the accuracy of the resistor is about 0.1%, which is realized without fine adjustment by a laser. It is possible to

【0046】また、図13は、本考案のD−A変換器を
用いて、逐次比較型のA−D変換器を実現したものであ
る。さらに、図14は、本考案のD−A変換器を用いて
作製した直並列型のA−D変換器の例である。
FIG. 13 shows a case where a successive approximation type AD converter is realized using the DA converter of the present invention. FIG. 14 shows an example of a serial / parallel type AD converter manufactured using the DA converter of the present invention.

【0047】[0047]

【発明の効果】図7の様な切替えスイッチを用いた図1
の様な回路構成のD−A変換器を作製し、その精度を全
ての入力コードについて測定したところ、10〔V〕フ
ルスケールに対して、最大で0.0005%の非直線性
誤差であることが確認された。また、非直線性誤差の温
度係数は計測出来ないほど小さなものであった。このと
き使用したコンデンサーは、1〔μF〕の積層セラミッ
クコンデンサーで有った。このコンデンサーは、精度、
温度安定性共に大変悪くその誤差は50%以上にもな
る。にもかかわらずこのような高精度高温度安定性が実
現出来たという事は本発明の優秀さを物語るものであ
る。また、出力のスイッチング・ノイズは、75〔μV
P−P〕で有った。これも非常に小さな値となった。次
に、+−150〔μV〕以内の精度に落ち着くまでの時
間、つまり、セットリング・タイムは10〔mS〕で有
った。以上より、本発明が目指した抵抗体等の微調整を
一切行なわないで、高精度高温度安定性を持ったD−A
変換器が本考案による方法によって、実現される事が確
認された。
FIG. 1 shows a configuration using a changeover switch as shown in FIG.
A D / A converter having the following circuit configuration was manufactured, and its accuracy was measured for all input codes. As a result, the non-linearity error was a maximum of 0.0005% with respect to 10 [V] full scale. It was confirmed that. Further, the temperature coefficient of the nonlinearity error was so small that it could not be measured. The capacitor used at this time was a 1 [μF] multilayer ceramic capacitor. This condenser is accurate,
The temperature stability is very poor, and the error is 50% or more. Nevertheless, the fact that such high-precision and high-temperature stability has been achieved demonstrates the superiority of the present invention. The output switching noise is 75 [μV
There in the P-P]. This was also a very small value. Next, the time required to settle to an accuracy within + -150 [μV], that is, the settling time was 10 [mS]. As described above, the D-A having high precision and high temperature stability without performing any fine adjustment of the resistor and the like aimed at by the present invention.
It has been confirmed that the converter is realized by the method according to the present invention.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本考案のデジタル・アナログ変換器4bitの
例である。
FIG. 1 is an example of a 4-bit digital-to-analog converter of the present invention.

【図2】従来の4bitデジタル・アナログ変換器の動
作原理図である。
FIG. 2 is an operation principle diagram of a conventional 4-bit digital / analog converter.

【図3】R−2・R抵抗ラダーネットワーク回路を用い
た、従来の4bitデジタル・アナログ変換器の実際の
回路図である。
FIG. 3 is an actual circuit diagram of a conventional 4-bit digital-to-analog converter using an R-2 · R resistance ladder network circuit.

【図4】スイッチト・キャパシタ技術を用いた電圧等分
割回路である。
FIG. 4 is a voltage equal division circuit using switched capacitor technology.

【図5】図4の電圧等分割回路の原理を用いて作製した
2bitデジタル・アナログ変換器の例である。
FIG. 5 is an example of a 2-bit digital-to-analog converter manufactured using the principle of the voltage equalization circuit of FIG. 4;

【図6】図5の回路の第1の電圧等分割回路をEREF
/2の定電圧回路に等価的に置き換えた回路図である。
[6] a first voltage equal division circuit of the circuit of FIG. 5 E REF
2 is a circuit diagram equivalently replaced with a constant voltage circuit of / 2.

【図7】本考案のデジタル・アナログ変換器に使用され
る切替えスイッチのスイッチング・ノイズをへらす為に
考案された切替えスイッチである。
FIG. 7 is a changeover switch designed to reduce switching noise of the changeover switch used in the digital-to-analog converter of the present invention.

【図8】図7に於ける電流源I及びIの電流波形で
ある。アナログ電圧の重み付け回路で使用される切替え
スイッチとして図7の回路が使用される場合の電流波形
を示す。(図1に於いては、S,S,S,S
,S,S,Sがアナログ電圧の重み付けの為
のスイッチである。)
8 is a in the current source I 1 and I 2 of the current waveform in FIG. 8 shows a current waveform when the circuit of FIG. 7 is used as a changeover switch used in an analog voltage weighting circuit. (In FIG. 1, S 1 , S 2 , S 3 , S 4 ,
S 5 , S 6 , S 7 , and S 8 are switches for weighting the analog voltage. )

【図9】図7に於ける電流源I及びIの電流波形で
ある。デジタルの入力コードに対応してアナログ電圧の
重み付け回路の電圧を足し算する為の切替えスイッチと
して、図7の回路が使用される場合の電流波形を示す。
(図1に於いては、K,K,K,K,K,K
,Kがアナログ電圧の重み付け回路の電圧を足し算
する為の切替えスイッチである。)
9 is a in the current source I 1 and I 2 of the current waveform in FIG. 8 shows a current waveform in a case where the circuit of FIG. 7 is used as a changeover switch for adding a voltage of a weighting circuit of an analog voltage in accordance with a digital input code.
(In FIG. 1, K 1 , K 2 , K 3 , K 4 , K 5 , K
6, K 7 is a changeover switch for addition the voltage of the weighting circuit of the analog voltage. )

【図10】スイッチト・キャパシタ技術を用いた電圧2
倍回路である。
FIG. 10: Voltage 2 using switched capacitor technology
It is a double circuit.

【図11】図10の電圧2倍回路の原理を利用して作製
した2bit,D−A変換器の例である。
11 is an example of a 2-bit DA converter manufactured using the principle of the voltage doubler circuit of FIG. 10;

【図12】8bitのデジタル・アナログ変換器を2個
使用し、この2個のデジタル・アナログ変換器の出力間
に1/256の重み付けをし、足し算を行なうことによ
って16bitのデジタル・アナログ変換器を実現した
応用例である。
FIG. 12 shows a 16-bit digital-to-analog converter which uses two 8-bit digital-to-analog converters, weights the output of the two digital-to-analog converters by 1/256, and performs addition. This is an application example that realizes the above.

【図13】逐次比較型のアナログ・デジタル変換器であ
る。
FIG. 13 shows a successive approximation type analog-to-digital converter.

【図14】直並列型のアナログ・デジタル変換器であ
る。
FIG. 14 shows a serial-parallel type analog-digital converter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 オペアンプ 2 電流加算器 3 電流−電圧変換器 4 図7の回路に示されている電流源Iの電流波形。
ただし、図7の構成による切替えスイッチがアナログ電
圧の重み付け回路で使用される場合の波形を示す。 5 図7の回路に示されている電流源Iの電流波形。
ただし図7の構成による切替えスイッチが、アナログ電
圧の重み付け回路で使用される場合の電流波形を示す。 6 図7の回路に示されている電流源Iの電流波形。
ただし図7の構成による切替えスイッチが、デジタルの
入力コードに対応して、アナログ電圧の重み付け回路の
電圧を足し算する為に使用される場合の電流波形を示
す。 7 図7の回路に示されている電流源Iの電流波形。
ただし図7の構成による切替えスィッチが、デジタルの
入力コードに対応して、アナログ電圧の重み付け回路の
電圧を足し算する為に使用される場合の電流波形を示
す。 8 デジタル・アナログ変換器 9 減衰器、1/256に減衰される。 10 加算器 11 ゲイン1のアンプ 12 逐次比較レジスタ 13 クロック 14 アナログ・コンパレーター 15 減算器 16 可変利得アンプ 17 アナログ・デジタル変換器 18 データ・バス 19 利得コントロール信号 20 コントローラおよびデータ・デコーダー 21 変換終了信号 22 変換開始信号 CからC コンデンサー Ca及びCb コンデンサー KからK 切替えスイッチ SからS 切替えスイッチ SW1およびSW2 切替えスイッチ EREF 基準電圧源 A 演算増幅器 IaからId 電流 SaからSd スイッチ VOUT 出力 R 抵抗 2・R Rの2倍の抵抗 Iin 電流 から 分岐点 aからu 切替えスイッチの端子 RK1 切替えスイッチKのオン抵抗 RK2 切替えスイッチKのオン抵抗 EREF/2 基準電圧源、基準電圧源EREFの1/
2の電圧を持つ。 +V 正の電源 −V 負の電源 R及びR 抵抗 FからF FET I及びI 電流源 I 電流源IあるいはIの電流 ITH 図7のFET,F及びFをオフとするI
及びIの電流値。 Io 図7のFET,F及びFをオンとするI
及びIの電流値。 IOFF 図7のFET,F及びFをオフとするI
及びIの電流値。 T 時間 B1からB16 D−A変換器の入力ビット、B1がD
−A変換器1の最上位ビットで、B9がD−A変換器2
の最上位ビットである。 β 減衰器、1/256に減衰される。 A ゲイン1のアンプ AIN アナログ入力 AOUT アナログ出力 A アナログ・コンパレーター CLK クロック SAR 逐次比較レジスタ A 可変利得アンプ
First operational amplifier second current adder 3 current - voltage converter fourth current source I 2 of the current waveform shown in the circuit of FIG.
7 shows a waveform when the changeover switch having the configuration of FIG. 7 is used in an analog voltage weighting circuit. 5 circuit to the indicated current source I 1 of the current waveform in FIG.
7 shows a current waveform when the changeover switch having the configuration of FIG. 7 is used in an analog voltage weighting circuit. 6 current source I 1 of the current waveform shown in the circuit of FIG.
7 shows a current waveform when the changeover switch having the configuration of FIG. 7 is used to add the voltage of the analog voltage weighting circuit in accordance with a digital input code. 7 current source I 2 of the current waveform shown in the circuit of FIG.
7 shows a current waveform in the case where the switching switch having the configuration shown in FIG. 7 is used to add the voltage of the analog voltage weighting circuit in accordance with the digital input code. 8 Digital-to-analog converter 9 Attenuator, attenuated by 1/256. Reference Signs List 10 adder 11 gain 1 amplifier 12 successive approximation register 13 clock 14 analog comparator 15 subtractor 16 variable gain amplifier 17 analog-to-digital converter 18 data bus 19 gain control signal 20 controller and data decoder 21 conversion end signal 22 Id current Sa from the conversion start signal C 1 C 8 condenser Ca and Cb condenser from K 1 from K 7 changeover switch S 1 S 8 changeover switch S W1 and S W2 changeover switch E REF reference voltage source A 1 operational amplifier Ia Sd switch V OUT output R resistor 2 · R 2 times the resistance Iin current from the on-resistance of the on-resistance R K2 changeover switch K 2 terminal R K1 changeover switch K 1 of u changeover switch from the branch point a E REF of R 2 reference voltage source, a reference voltage source E REF 1 /
It has a voltage of 2. + V positive power supply -V negative supply R 1 and R 2 resistor F 1 from F 4 FET I 1 and I 2 the current source I current source I 1 or I 2 of the current I TH Figure 7 FET, F 1 and F 2 I 1 to turn off
And the current value of I 2. Io N I 1 which turns on the FETs, F 1 and F 2 of FIG.
And the current value of I 2. I OFF I, which turns off the FETs, F 1 and F 2 in FIG.
Current value of 1 and I 2. T time B1 to B16 input bit of DA converter, B1 is D
B9 is the most significant bit of the A / A converter 1 and B9 is the D / A converter 2
Is the most significant bit of β attenuator, attenuated by 1/256. A 2 gain 1 amplifier A IN analog input A OUT analog output A 3 analog comparator CLK clock SAR successive approximation register A 4 variable gain amplifier

【数1】 (Equation 1)

【数2】 (Equation 2)

【数3】 (Equation 3)

【数4】 (Equation 4)

【数5】 (Equation 5)

【数6】 (Equation 6)

【数7】 (Equation 7)

【数8】 (Equation 8)

【数9】 (Equation 9)

【数10】 (Equation 10)

【数11】 [Equation 11]

【数12】 (Equation 12)

【数13】 (Equation 13)

【数14】 [Equation 14]

【数15】 (Equation 15)

【数16】 (Equation 16)

【数17】 [Equation 17]

【数18】 (Equation 18)

【数19】 [Equation 19]

【数20】 (Equation 20)

【数21】 (Equation 21)

【数22】 (Equation 22)

【数23】 (Equation 23)

【数24】 (Equation 24)

【数25】 (Equation 25)

【数26】 (Equation 26)

【数27】 [Equation 27]

【数28】 [Equation 28]

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 デジタル入力の各くらいに対応するアナ
ログ電圧の重み付けに、複数個のコンデンサーを並列に
接続する動作と直列に接続する動作を繰り返し行うスイ
ッチト・キャパシタ技術を用い、かつ、デジタル入力コ
ードに対応して切り替わる切替えスイッチによって選択
されたある重み付け回路の電圧を別の重み付け回路によ
って更に重み付けを行うことにより、重み付け回路を複
数個接続する構造としたデジタル・アナログ変器。
An analog voltage corresponding to each digital input is weighted by using a switched capacitor technique that repeatedly performs an operation of connecting a plurality of capacitors in parallel and an operation of connecting a plurality of capacitors in series. A digital / analog transformer having a structure in which a plurality of weighting circuits are connected by further weighting the voltage of a certain weighting circuit selected by a changeover switch that changes according to a code by another weighting circuit.
【請求項2】 重み付け回路として、コンデンサー1
と、コンデンサー2と、端子Aと、コンデンサー2の端
子2に接続された端子Bと、コンデンサー2の端子1に
接続された端子Cと、コンデンサー2の端子2に接続さ
れた端子Dと、コンデンサー1の端子1の接続がコンデ
ンサー2の端子1と端子Aに切り替えられるようにコン
デンサー1の端子1に接続され、その接続が繰り返し切
り替わる切替えスイッチ1と、コンデンサー1の端子2
の接続がコンデンサー2の端子1とコンデンサー2の端
子2に切り替えられるようにコンデンサー1の端子2に
接続され、切替えスイッチ1に連動して切り替わり、切
替えスイッチ1がコンデンサー2の端子1に接続されて
いるときはコンデンサー2の端子2に接続されている切
替えスイッチ2とを具備し、 かつ、重み付け回路間の接続に、デジタル入力コードの
あるくらいの0と1に対応して切り替わり、重み付け回
路1の端子Aの接続が、重み付け回路2の端子Aと重み
付け回路2の端子Cに切り替えられるように、重み付け
回路1の端子Aに接続された切替えスイッチ3と、重み
付け回路1の端子Bの接続が、重み付け回路2の端子C
と重み付け回路2の端子Dに切り替えられるように重み
付け回路1の端子Bに接続され、切替えスイッチ3と連
動して切り替わり、切替えスイッチ3が重み付け回路2
の端子Aに接続されている時は重み付け回路2の端子C
に接続されている切替えスイッチ4とを具備し、同様に
して更に別の重み付け回路を直列に接続し、複数個の重
み付け回路を接続した請求項1のデジタル・アナログ変
換器。
2. A capacitor 1 as a weighting circuit.
A capacitor A; a terminal A; a terminal B connected to the terminal 2 of the capacitor 2; a terminal C connected to the terminal 1 of the capacitor 2; a terminal D connected to the terminal 2 of the capacitor 2; A switch 1 that is connected to the terminal 1 of the capacitor 1 so that the connection of the terminal 1 of the capacitor 1 can be switched to the terminal 1 and the terminal A of the capacitor 2 and the connection is repeatedly switched;
Is connected to the terminal 2 of the capacitor 1 so that the connection is switched between the terminal 1 of the capacitor 2 and the terminal 2 of the capacitor 2, and is switched in conjunction with the changeover switch 1. The changeover switch 1 is connected to the terminal 1 of the capacitor 2. And a changeover switch 2 connected to the terminal 2 of the capacitor 2, and the connection between the weighting circuits is switched corresponding to a certain number of 0s and 1s of the digital input code. The connection between the switch 3 connected to the terminal A of the weighting circuit 1 and the terminal B of the weighting circuit 1 is such that the connection of the terminal A is switched to the terminal A of the weighting circuit 2 and the terminal C of the weighting circuit 2. Terminal C of weighting circuit 2
Is connected to the terminal B of the weighting circuit 1 so as to be switched to the terminal D of the weighting circuit 2, and is switched in conjunction with the changeover switch 3.
Is connected to the terminal A of the weighting circuit 2
2. A digital-to-analog converter according to claim 1, further comprising a change-over switch connected to the first, second, and third weighting circuits, and a plurality of weighting circuits connected in series.
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