JP3228799B2 - 乗算ディジタル−アナログ変換回路 - Google Patents
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Description
ている乗算ディジタル−アナログ変換回路であって、前
記電流ミラー回路を、このミラー回路の入力端子に供給
される電流J 1 に応答してミラー回路の第1,第2,--
--- 第n出力端子に電流−2-1I1 ,−2-2I1 , -----
−2-nI1 を発生すべく構成し、ここにI1 をJ1 に
対する所定比とし、且つ前記変換回路が、前記ミラー回
路の各出力端子を変換回路の出力端子に供給させる各可
制御スイッチも具え、これらスイッチの制御入力端子を
集合させて前記変換回路のディジタル信号入力端子とす
る乗算ディジタル−アナログ変換回路に関するものであ
る。
は、例えば、IBM Technical Disclosure Bulletin Vol.
24, No.5(1981年10月)の第2342〜2344
頁及び特開昭61−2427号公報に記載されている。
これら従来の変換回路はいずれも、電流ミラー回路の入
力端子に電流が供給され、しかも少なくとも1つのスイ
ッチが閉じている際に、変換回路の出力端子に電流を発
生し、この出力電流は電流ミラー回路の入力電流と、こ
の際閉じていたり、開いていたりするスイッチの状態に
より制定されるディジタルコードにより表される数との
双方に比例する。これら従来の変換回路の電流ミラー回
路への入力電流は、電流ミラー回路を正しく作動させる
場合には、常に特定の極性の電流としなければならず、
又これら従来の変換回路の出力電流も、電流ミラー回路
の入力電流の値及び/又は実際に開いていたり、閉じて
いたりするスイッチの状態がどんなであれ、常に或る特
定の極性の電流となることは明らかである。
用途によっては、変換回路のディジタル入力信号が適切
な時間にどんな特定値になろうと、変換器をいずれの極
性のアナログ入力信号電流でも作動でき、且つその入力
信号電流の極性により決定される極性の出力電流を発生
し得るようにすることが必要とされる。アナログ信号電
流入力端子を従来のいずれかの変換回路の電流ミラー回
路の入力端子に結合させ、この電流ミラー回路の入力端
子に順方向バイアス電流を供給すれば、その電流ミラー
回路をいずれの極性のアナログ入力信号電流でも作動さ
せることができる。しかし、この場合には変換器の出力
電流は入力信号電流の極性に無関係に常に同一極性のま
まである。そこで、変換器の出力電流に一定の逆極性の
バイアス電流を加えることは、この問題を解決すること
にはならない。その理由は、どちらかの極性の出力電流
を発生することができても、これらの極性は変換器のデ
ィジタル入力信号の或る特定値に対する入力信号電流の
極性によってしか正確に決めることができないからであ
る。
合に、斯様な問題を解決するために、特開昭60−24
1307号公報には2つの互いに全く同一構成の乗算デ
ィジタル−アナログ変換器を具えている変換回路が記載
されている。上記2つのディジタル−アナログ変換器に
は常に同じディジタル入力信号を供給し、従ってこれら
変換器のディジタル信号入力端子は並列に接続されてい
る。第1変換器のアナログ入力端子にはアナログ入力信
号電流と前記仮定したようなバイアス電流との双方を供
給するが、第2変換器のアナログ入力端子には第1変換
器のアナログ入力端子に供給するのと同じバイアス電流
を供給するだけである。第2変換器のアナログ出力電流
の符号は反転させ、これを第1変換器のアナログ出力電
流にバイアス電流として加える。従って、第1変換器の
出力電流は、この得られる出力電流(これは変換回路の
出力である)の符号が、変換回路へのアナログ入力信号
電流の符号に対して常に正しい符号関係となるように、
変換回路へのディジタル入力信号の値に応じてバイアス
調整される。第1変換器の出力電流にその入力電流のバ
イアス電流が及ぼす影響は、変換回路のディジタル入力
信号の値に無関係に第2変換器の符号反転した出力電流
を第1変換器の出力電流に加えることにより常に確実に
相殺される。
1307号に記載されている変換回路のように、2つの
完全なる乗算ディジタル−アナログ変換器を用いるもの
はコストが割高となる。そこで、本発明の目的は、回路
構成を簡単にして同等の結果が得られるようにした乗算
ディジタル−アナログ変換回路を提供することにある。
種類の乗算ディジタル−アナログ変換回路において、当
該変換回路が第2電流ミラー回路を具え、該第2ミラー
回路を、この第2ミラー回路の入力端子に供給される電
流−J2 に応答して、第2ミラー回路の第1,第2,--
--- 第n出力端子に電流2-1I2 , 2-2I2 , ----- 2
-nI2 を発生すべく構成し、ここにI2 を電流J2 に対
する所定比とし、前記第2電流ミラー回路の第1,第
2,----- 第n出力端子と、前記最初に述べた電流ミラ
ー回路の第1,第2----- 第n出力端子との間をそれぞ
れ直流接続し、前記変換回路がさらに、前記最初に述べ
た電流ミラー回路の入力端子に接続され、このミラー回
路にバイアス電流J1 を供給する直流源と、前記第2電
流ミラー回路の入力端子に接続され、この第2ミラー回
路にバイアス電流を供給して、第2ミラー回路の第1,
第2----- 第n出力端子に電流2-1I1 , 2-2I1 , --
--- 2-nI1 を発生させる直流源と、前記最初に述べた
電流ミラー回路の入力端子に接続したアナログ信号電流
入力端子とを具えていることを特徴とする。
マイナス符号は様々な電流の相対的極性を単に示してい
るのであって、これら電流の絶対極性を示したのではな
く、後者の絶対極性は例えば通常の電流をノードに流す
ことを示すのにどんな符号を選定するのが適しているか
によって左右される。
ナログ変換回路は入力端子2及びn個の出力端子31 ,
32 ,----- 3n を有する第1電流ミラー回路1と、入
力端子5、n個の出力端子61 ,62 ,----- 6n 及び
別の出力端子7を有する第2電流ミラー回路4と、第1
電流ミラー回路1の出力端子31 ,32 ,----3nを変
換回路の出力端子9にそれぞれ結合するn個の可制御ス
イッチ81 ,82 ,----- 8n とを具えている。可制御
スイッチ81 ,82 ,----- 8n (これらのスイッチは
トランジスタスイッチにより構成することができる)は
制御入力端子101 ,102 ,----- 10n を有してお
り、これらの制御入力端子はひとまとめにして変換回路
のディジタル信号入力端子を構成する。第1電流ミラー
回路1の出力端子31 ,32 ,----- 3n を第2電流ミ
ラー回路4の出力端子61 ,6 2 ,----- 6n にそれぞ
れ直流接続し、第2電流ミラー回路4の別の出力端子7
を第1電流ミラー回路1の入力端子2に直流接続する。
第2電流ミラー回路4の入力端子5には、それに接続し
た直流源12によって電流−J2 を給電する。これによ
り第2電流ミラー回路4の出力端子61 ,62 ,-----
6n には電流2-1I2 , 2-2I2 , ----- 2-nI2 が発
生し、他の出力端子7には電流J1 が発生することにな
り、ここにI2 は所定比R1 /J2 であり、J1 は所定
比R2 /J 2 である。(なお、R1 及びR2 は互いに等
しくするか、等しくなくても良い。)このために、ドレ
インが出力端子61 ,62 ,----- 6n にそれぞれ給電
するトランジスタ131 ,132 ,----- 13n のサイ
ズは、入力端子5から給電されるダイオード接続したト
ランジスタ14のサイズに対してそれぞれ比2-1R1,
2-2R1 , ----- 2-nR1 となるように既知の方法で選
定し、又出力端子7に給電するトランジスタ15のサイ
ズはトランジスタ14のサイズに対して比R2となるよ
うに選定する。
路1の入力端子2にバイアス電流J 1 を供給するために
直流源として用いられる。ミラー回路1はバイアス電流
J1に応答して、その出力端子31 ,32 ,----- 3n
に電流−2-1I1 , −2-2I 1 , ----- −2-nI1 をそ
れぞれ発生する。ここにI1 は所定比R3 /J1 であ
る。(R3 はR1 及び/又はR2 に等しくするか、等し
くなくても良い)。このために、ドレインが出力端子3
1 ,32 ,----- 3n にそれぞれ給電するトランジスタ
171 ,172 ,----- 17n のサイズは、入力端子2
から給電されるダイオード接続したトランジスタ18の
サイズに対して比2-1R3 , 2-2R3 , ----- 2-nR3
となるように既知の方法で選定する。さらに、上述した
現状下では、即ち信号電流入力端子16を経て第1電流
ミラー回路1の入力端子2に流れる、又は入力端子2か
らの電流iがない場合には、第2電流ミラー回路4の出
力端子61 ,62 ,----- 6n に発生する電流は、それ
らが第1電流ミラー回路1の出力端子31 ,32 ,----
- 3n にシンクされる(吸い込まれる)ことにより正確
に整合されるため、いずれのスイッチ8が閉じている場
合でも変換回路の出力端子9には電流が転送されなくな
る。従って、回路はI2 =I1 となるように構成され、
これはR2 ・R3 =R1 であることを意味する。このた
めに、トランジスタ13,15,17及び18の相対サ
イズは、この最後の条件が満足されるように選定する。
20を経て正の信号電流iが信号電流入力端子16に供
給される場合には、第1電流ミラー回路1の入力端子2
に供給される電流が増えることにより、この第1電流ミ
ラー回路はその各出力端子3に吸い込まれる電流を増や
そうとする。この際、いずれかのスイッチ8が閉じてい
る場合には、そのスイッチに関連する出力端子3に出力
端子9から電流が引き込まれることになる。信号電圧入
力端子19から負の信号電流が供給される場合には逆の
作用が生じ、第2電流ミラー回路4の関連する出力端子
6に発生し、第1電流ミラー回路1の該当する出力端子
3に吸い込まれる電流よりも多い過剰電流がいずれかの
閉じているスイッチ8を経て出力端子9へと流れるよう
になる。
給電レール21の電位と負の給電レール22の電位との
間の中間レベルにある電位となるようにすべきであり、
端子9における変換器出力電流も斯かる電圧レベルで吸
い込まれるようにすべきである。この後者の作動は、出
力端子から反転入力端子への帰還路を具えている演算増
幅器の所謂「仮想接地」反転入力端子に端子9を接続す
ることにより首尾良く達成することができ、この場合、
上記演算増幅器の給電入力端子は給電レール21と22
との間に接続する。
ログ変換回路の第2実施例を示す回路図であり、ここに
図1の回路に対応するものには同一符号にて示してあ
る。
は、第1電流ミラー回路1に図1の単にダイオード接続
したトランジスタ18の代わりに一群の相互接続したト
ランジスタ30,31,32及び33を既知の方法で用
いて、精度を改善することにある。精度をさらに向上さ
せるために、図2の例では、トランジスタ171 〜17
n の各ソースラインに抵抗261 〜26n をそれぞれ設
け、トランジスタ32及び33にも同様にソース抵抗3
4及び35をそれぞれ設け、ソース抵抗37を有してい
る他のトランジスタ36も設けて、このトランジスタ3
6のゲート、ソース及びソース抵抗の直列接続が、トラ
ンジスタ17n のゲート、ソース及びソース抵抗の直列
接続と並列に接続され、トランジスタ36のドレインが
接続点(給電レール21と22の電位の中間電位)に接
続されるようにし、且つ負の給電レール22とソース抵
抗26n ,37の共通接続点との間に直列に接続される
抵抗チェーン271 〜27n を設け、前記ソース抵抗2
61 〜26n-1 の端部の内で、対応するトランジスタ1
7のソースとは反対側の端部を前記抵抗チェーン27 1
〜27n の連続する抵抗間の各接続点に接続する。トラ
ンジスタ36のサイズはトランジスタ17n のサイズと
同じとし、トランジスタ30〜33の各サイズはトラン
ジスタ171 のサイズの2倍とする(このことは図2の
例では比R3 が1であることを意味している)。トラン
ジスタ36、ソース抵抗261 〜26n,34,35,
37及び抵抗チェーン271 〜27n を設けることによ
りソースデジェネレーション(ソース縮退)が生じ、こ
れによりミラー回路の出力端子3 1 〜3n における2進
加重電流の整合比率が改善され、利得精度及びノイズパ
ーフォーマンスも改善される。
図2の例では単純なスイッチ8の代わりに切換スイッチ
281 〜28n (これらはスイッチングトランジスタで
構成することができる)を用いる点にある。第1電流ミ
ラー1の出力端子3と第2電流ミラー4の出力端子6と
の様々な共通接続点は入力端子11に供給されるディジ
タル信号に従って上記切換スイッチにより演算増幅器2
4の反転入力端子と接地点との間にて個々に切り換える
ことができる。増幅器24(この増幅器の出力端子は変
換器の出力端子を構成する)に負帰還抵抗25を設け
て、この増幅器の反転入力端子(これは図1の出力端子
9に相当する)が仮想接地点となるようにする。従っ
て、前記第1電流ミラー1の出力端子3と第2電流ミラ
ー4の出力端子6との各共通接続点は、対応するスイッ
チ28の切換状態が実際上どんな状態にあっても有効に
接地点に戻されることになる。これがそうなる理由は、
前述した抵抗回路261 〜26n ,271 〜27n が正
しく作動する場合に、トランジスタ171 〜17n のソ
ース電位がほぼ等しくなるからである。このことは、ト
ランジスタ171 〜17n が常に飽和状態にあるように
する必要があることを意味し、このようにするために、
対応するスイッチ28の切換状態が実際上どんなであ
れ、これらトランジスタのドレインが実際上接地点(給
電レール21の電位と給電レール22の電位との中間
値)に接続されるようにする。
19に供給される入力信号電圧が接地点に差し向けられ
ると云う観点で予想されるように接地点に接続するので
はなく、図示のように電位+Vに接続する。この結果
は、入力端子16における電圧も+Vにして、端子19
に供給されるに入力電圧が(接地電位に対して)ゼロで
ある場合に、電流Iが端子16から抵抗20を経て接地
点に流れるようにすることにあり、ここにI=V/R
で、Rは抵抗20の抵抗値である。従って、こうした条
件下、即ち電流ミラー回路1への入力バイアス電流があ
る場合には、電流ミラー回路1への入力電流はJ1 −I
となり、ここにJ1 は図1のトランジスタ15の代わり
の電流源40の出力電流である。このようにすることの
利点は、給電レール21と22との間に所定の電圧が供
給される場合に、電流源40の出力電流J1 を、そのよ
うにしない場合の許容最大値以上に高くすることがで
き、従って入力端子19における入力電圧の大きな電圧
スウィングを許容することができる。
バイアス電流の低減は必然的にこの電流ミラーの出力端
子31 〜3n に発生するバイアス電流をそれ相当に減ら
すことになるため、第2電流ミラー4の出力端子61 〜
6n に発生するバイアス電流をそれに対応して減らす必
要があることは明らかである。この後者の第2電流ミラ
ーの出力端子61 〜6n に発生するバイアス電流の低減
は、トランジスタ13 1 〜13n のサイズに対するトラ
ンジスタ14のサイズを適当に調整することにより達成
し得ることは勿論であるが、回路構成を対称とするため
に、図2aの例では電流ミラー4の入力端子5に、電流
ミラー1に関連するトランジスタ30〜33、抵抗2
0,34及び35並びに電流源40の回路と殆ど同一構
成の電流源によりバイアス電流を供給するようにして達
成する。従って、電流ミラー4の入力端子に給電する電
流源12(図1も参照)は、トランジスタ41〜44
と、抵抗45〜47と、電流源48との回路を具えてお
り、この回路はトランジスタ30〜33と、抵抗34,
35及び20と、電流源40との回路と回路構成及び回
路部品が全く同じであり、相違点は抵抗47を電圧入力
端子ではなく、接地点に接続している点にある。電流源
12はトランジスタ43及び抵抗45と全く同じような
エミッタ抵抗50を有するトランジスタ49も具えてお
り、このトランジスタ49のゲート−ソース通路と抵抗
50との直列回路はトランジスタ43のゲート−ソース
通路と抵抗45との直列回路に並列に接続し、トランジ
スタ49のドレインはミラー回路4の入力端子5に接続
する。従って、入力端子5には電流−(J1 −I)が供
給され、これによりミラー回路4の出力端子61 〜6n
に発生するバイアス電流は、トランジスタ131 ,13
2,----- 13n のサイズがダイオード接続したトランジ
スタ14のサイズに対して2-1, 2-2, ----- 2-nの比
率となるように選定すれば、即ちR1 (図1の説明参
照)を1に選定すれば、所望値を有することになる。
----- 13n のソース回路には、トランジスタ171 〜
17n のソース回路に設けた回路図261 〜26n 、2
71〜27n と同様な抵抗ラダー回路網を設けて、出力
端子61 〜6n における2進加重電流の整合比率を改善
することができることは明らかである。このようにして
回路構成を対称とすれば、抵抗47を接地点でなく逆相
入力電圧端子に接続する簡単な手段で回路を平衡アナロ
グ入力信号で満足に作動させることができる。
ではなく、幾多の変更を加え得ること勿論である。例え
ば、電流ミラー回路は種々変更でき、例えばカスコード
トランジスタ及び/又はバイポーラトランジスタを用い
て構成することができる。
路の第1実施例を示す回路図である。
路の第2実施例を示す回路図である。
子 4 第2電流ミラー回路 5 第2電流ミラー回路の入力端子 61 ,62 ,----- 6n ,7 第2電流ミラー回路の出
力端子 81 ,82 ,----- 8n 可制御スイッチ 9 変換回路の出力端子 101 ,102 ,----- 10n 可制御スイッチの制御
入力端子 11 ディジタル信号入力端子 131 ,132 ,----- 13n ,14 トランジスタ 15 トランジスタ(直流源) 16 信号電流入力端子 171 ,172 ,----- 17n ,18 トランジスタ 19 信号電圧入力端子 20 抵抗 21,22 給電レール
Claims (3)
- 【請求項1】 電流ミラー回路を具えている乗算ディジ
タル−アナログ変換回路であって、前記電流ミラー回路
を、このミラー回路の入力端子に供給される電流J1 に
応答してミラー回路の第1,第2,----- 第n出力端子
に電流−2-1I1 , −2-2I1 , ----- −2-nI1 を発
生すべく構成し、ここにI1 をJ1 に対する所定比と
し、且つ前記変換回路が、前記ミラー回路の各出力端子
を変換回路の出力端子に供給させる各可制御スイッチも
具え、これらスイッチの制御入力端子を集合させて前記
変換回路のディジタル信号入力端子とする乗算ディジタ
ル−アナログ変換回路において、当該変換回路が第2電
流ミラー回路を具え、該第2ミラー回路を、この第2ミ
ラー回路の入力端子に供給される電流−J2 に応答し
て、第2ミラー回路の第1,第2,----- 第n出力端子
に電流2-1I2 , 2-2I2 , ----- 2-nI2 を発生すべ
く構成し、ここにI2 を電流J2 に対する所定比とし、
前記第2電流ミラー回路の第1,第2,----- 第n出力
端子と、前記最初に述べた電流ミラー回路の第1,第2
----- 第n出力端子との間をそれぞれ直流接続し、前記
変換回路がさらに、前記最初に述べた電流ミラー回路の
入力端子に接続され、このミラー回路にバイアス電流J
1 を供給する直流源と、前記第2電流ミラー回路の入力
端子に接続され、この第2ミラー回路にバイアス電流を
供給して、第2ミラー回路の第1,第2----- 第n出力
端子に電流2-1I1 , 2-2I1 , ----- 2-nI1 を発生
させる直流源と、前記最初に述べた電流ミラー回路の入
力端子に接続したアナログ信号電流入力端子とを具えて
いることを特徴とする乗算ディジタル−アナログ変換回
路。 - 【請求項2】 前記最初に述べた電流ミラー回路が、こ
のミラー回路の各出力端子に対応する各トランジスタ及
び別のトランジスタも具え、前記各トランジスタが入力
電極と、出力電極と、共通電極とを有し、前記全てのト
ランジスタの入力電極を共通とし、前記各トランジスタ
の出力電極を前記最初に述べた電流ミラー回路の対応す
る出力端子に接続し、前記最初に述べた電流ミラー回路
の第1,第2,----- 第n出力端子に対応する前記各ト
ランジスタの共通電極を、抵抗値が2Rの各抵抗を介し
て抵抗値がRのn個の抵抗から成り、これらの各抵抗に
抵抗値が2Rの抵抗が接続される抵抗チェーンの順次の
抵抗接続点に接続し、前記抵抗チェーンを第1基準電位
点から前記別のトランジスタの共通電極まで延在させ、
前記別のトランジスタの出力電極を第2基準電位点に接
続したことを特徴とする請求項1に記載の乗算ディジタ
ル−アナログ変換回路。 - 【請求項3】 前記可制御スイッチを切換スイッチで構
成し、このスイッチにより前記最初に述べた電流ミラー
回路の対応する出力端子を前記変換回路の出力端子か基
準電位点のいずれかに結合させるようにしたことを特徴
とする請求項2に記載の乗算ディジタル−アナログ変換
回路。
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