JP3275966B2 - ディジタル・アナログ変換器 - Google Patents
ディジタル・アナログ変換器Info
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Description
対応するアナログ信号に変換するディジタル・アナログ
変換器に関する。
装置及び制御機器に広く用いられているが、この種のデ
ィジタル・アナログ変換器の種類としてアナログ信号の
発生部分を1:2:4:…:2nの容量比を有する容量
列により構成したものがある。図9は、特開昭63−6
7920号公報に示されているディジタル・アナログ変
換器の構成例である。この方法は、アナログ信号を抵抗
列により発生する方式に比較して、LSI化する場合小
さいチップ占有面積で高分解能が得られるという利点を
有している。
ンサ部分の面積は2倍になっていく。コンデンサを用い
てアナログ電圧を発生する方式のディジタル・アナログ
変換器では回路面積のうちコンデンサを形成する部分の
面積の占める割合が大きいので、ビット数が増加するに
伴いチップの占有面積が飛躍的に増大するという問題が
あった。
24933号公報や特開平4−72819号公報に示さ
れるような方法が提案されている。図10に特開昭57
−124933号公報のディジタル・アナログ変換器の
回路を、図11に特開平4−72819号公報のディジ
タル・アナログ変換器の回路を示す。
ィジタル・アナログ変換器を構成した場合の例である。
このとき各々の方式で使用されている最小のコンデンサ
の容量値をC(F)として、その値がどの方法でも等し
いとすると、必要な容量値の合計値は特開昭63−67
920号公報の方法では64Cなのに対して、特開昭5
7−124933号公報の方式では15C、特開平4−
72819号公報の方式では17Cと少なくすることが
出来るので、これに伴い前記方法よりもチップの占有面
積を小さくすることが出来る。
24933号公報や特開平4−72819号公報の方法
を用いてもディジタル・アナログ変換器の占有面積が非
常に小さい場合には、コンデンサ部分の占める面積が大
きいのでデバイスを形成できないという問題があった。
高分解能が得られるディジタル・アナログ変換器を提供
することである。
(nは5以上の自然数)のディジタル・アナログ変換器
において、最下位より奇数番目のビットに容量値が任意
のC(F)の容量値を有する第1のコンデンサが対応
し、最下位より偶数番目のビットに前記第1のコンデン
サの2倍の容量2C(F)を有する第2のコンデンサが
対応し、前記最下位より2m−1ビット目(kは自然
数)の第1のコンデンサと2mビット目の前記第2のコ
ンデンサの端子の一方が接続され、前記2m−1ビット
目の第1のコンデンサと2m+1ビット目の第1のコン
デンサの前記第2のコンデンサが接続されている端子間
はm番目の第3のコンデンサで接続され、最上位の前記
第1のコンデンサと前記第3のコンデンサが接続された
端子より電圧が出力され、最下位より1ビット目に対応
した第1のコンデンサと最下位より3ビット目に対応し
た第1のコンデンサの間に接続された第3のコンデンサ
の容量は前記第1のコンデンサの容量に等しく、m番目
の第3のコンデンサの容量は第1のコンデンサの容量と
{(m−1番目の第3のコンデンサの容量)/4}の和
であり、各ビット信号により、ビットがハイレベルの時
に第1の電圧源に接続され、ビットがロウレベルのとき
に第2の電圧源に接続されるn個のスイッチを有し、前
記n個のスイッチの電圧源に接続されていない側の端子
が前記各ビットに対応した第1のコンデンサ及び前記第
2のコンデンサ同士が接続されていない側の端子に接続
されていることを特徴とする。
デンサの容量がその回路に使用されている最小値もしく
はその2倍であり、その間を接続するコンデンサの容量
もほぼ最小値に等しいという構成を有する。従って従来
の方法と同じビット数の場合、コンデンサの容量の合計
値を小さくすることが出来るので、回路の占有面積が小
さくなり、同じビット数のディジタル入力の回路におい
て小型化を図ることができる。
路図である。図1の回路はディジタル入力がnビット
(nは自然数)の場合の例である。図1において1〜1
0はディジタル信号の入力端子である。図1ではLSB
が1、MSBは10であるとする。また11〜20は前
記ディジタル入力信号に応じて切り替わるスイッチ、2
1及び22はそれぞれ値がVHとVLの基準電源であ
る。このとき基準電源21と22の電圧の大きさの関係
はVH>VLであるとする。
レベルが入力されたときに基準電源21にLレベルの場
合には基準電源22に接続される。23〜32はスイッ
チ11〜20に接続されているn個のコンデンサで、L
SBから奇数番目のスイッチに接続されたコンデンサ2
3、25、27、29、31の容量値はこの回路の単位
容量であるC(F)、偶数番目に位置する24、26、
28、30、32の容量値は単位容量の2倍の2C
(F)である。
れていない側の端子は、LSBから2ビットずつ接続さ
れており、これらの隣り合う節点間はm個のコンデンサ
33〜36で接続されている。コンデンサ33〜36の
各容量値は、コンデンサ23に接続されているものがC
(F)であり、以下MSB側のm番目のコンデンサ14
ではCm=C+(Cm−1/4)なる値を有する。
号を入力すると、この信号に対応したアナログ電圧VO
UT(VL≦VOUT≦VH)を出力端子37から取り
出すことができる。
ット数が奇数)のディジタル・アナログ変換器として動
作させる場合には、スイッチ20及びコンデンサ32を
省略することができる。
明する。図2は図1の電圧発生部の等価回路を示したも
のである。この回路がディジタル・アナログ変換器の電
圧発生部として動作するためには、図2に示された電位
Enが
は図2の回路のn=1の場合である。このときテブナン
の定理より、E1はb1が作る電位E1(b1)とb0
が作る電位E1(b0)の和である。b0が作る電位は E1=C/(2C+C)=1/3 で表され、b1が作る電位は、 E1=2C/(2C+C)=2/3 となる。したがってE1=(2b1+b0)/3とな
り、(1)式を満たす。
ると仮定する。この時、図4の電位Ek+1の点から見
て左側のコンダクタンスCokを求めると Cok=(1−2−2k)C である。この時、図3の様にEk+1の場合のコンデン
サをCokに接続した回路において、E+1kの電圧を
求めると
第2の基準電圧を接続すればEnには第1の基準電圧と
第2の基準電圧の間で所定の電圧が出力される。従って
本回路は、(1)式のような出力特性を有するディジタ
ル・アナログ変換器として動作することがわかる。
・アナログ変換器に適用した場合の電圧発生部の回路図
である。図5において38、40、42は容量値が1p
F、39、41、43は容量値が2pFのコンデンサで
ある。コンデンサ44及び45はそれぞれコンデンサ3
8及び39の節点と40及び41の節点間、コンデンサ
40及び41の節点と42及び43の節点間を接続する
コンデンサである。
これに伴いコンデンサ45の容量値は1+1/4=1.
25pFとなる。このとき1pFのコンデンサの比率を
4と考えると、本回路に使用されている3種類のコンデ
ンサの容量比は1pF:1.25pF:2pF=4:
5:8という簡単な整数で表すことができるので、実際
のデバイスを作成する場合でも面積をこの比率で形成す
れば良い。
で、図5の場合は2進法で「010101」、バイナリ
ーで「21」というデータが入力されていることを示
す。この入力はバイナリーで0〜63の範囲の値を取る
ことができる。このときスイッチ52〜57はコンデン
サの各端子を「0」が入力された場合はグラウンドに、
「1」が入力された場合は電圧源58に接続する。
ある。以上の状態において、ディジタル入力をバイナリ
ーで0から63まで変えたとすると、ディジタル入力の
値と出力端子59の電圧の関係は図6のようになりディ
ジタル−アナログ変換を行うことが出来る。
によれば、6ビット入力のディジタル・アナログ変換器
を構成した場合の必要な容量値の合計値は11.25C
となり、上記従来例よりも小さな値とすることができる
ので、ディジタル・アナログ変換回路の占有面積をより
低減することができる。
ル・アナログ変換器に適用した場合の電圧発生部の回路
図である。図7において38、40、42は容量値が1
pF、39及び41は容量値が2pFのコンデンサであ
る。コンデンサ44及び45はそれぞれコンデンサ38
及び39の節点と40及び41の節点間、コンデンサ4
0及び41の節点と42の端子間を接続するコンデンサ
である。
これに伴いコンデンサ45の容量値は1+1/4=1.
25pFとなる。このとき1pFのコンデンサの比率を
4と考えると、本回路に使用されている3種類のコンデ
ンサの容量比は1pF:1.25pF:2pF=4:
5:8という簡単な整数で表すことができるので、実際
のデバイスを作成する場合でも面積をこの比率で形成す
れば良い。
で、図7の場合は2進法で「10101」、バイナリー
で「21」というデータが入力されていることを示す。
この入力はバイナリーで0〜31の範囲の値を取ること
ができる。このときスイッチ52〜56はコンデンサの
各端子を「0」が入力された場合はグラウンドに、
「1」が入力された場合は電圧源58に接続する。
ある。以上の状態において、ディジタル入力をバイナリ
ーで0から31まで変えたとすると、ディジタル入力の
値と出力端子59の電圧の関係は図8のようになりディ
ジタル−アナログ変換を行うことが出来る。
は9.25Cとなり、同様に上記従来例における5ビッ
トのディジタル・アナログ変換器の場合よりも小さな容
量値で実現することができる。
ル・アナログ変換器において、各ビットに対応したコン
デンサが回路で用いられている最小単位もしくはその2
倍の容量値のみで構成することができ、そのコンデンサ
の間を接続するコンデンサも最小単位の容量値に近いた
め、回路面積全体のうちで多くの部分を占めるコンデン
サ部分の面積を大幅に低減することが出来るために、デ
ィジタル・アナログ変換回路の占有面積を低減すること
ができる。
る。
路図である。
である。
る。
ある。
の関係を示す図である。
ある。
の関係を示す図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 nビット入力(nは5以上の自然数)の
ディジタル・アナログ変換器において、最下位より奇数
番目のビットが第1のコンデンサに対応し、最下位より
偶数番目のビットが前記第1のコンデンサの2倍の容量
を有する第2のコンデンサに対応し、最下位より2m−
1ビット目(mは自然数)の前記第1のコンデンサの一
方の端子と2mビット目の前記第2のコンデンサの一方
の端子とが接続され、2m−1ビット目の第1のコンデ
ンサの前記一方の端子と2m+1ビット目の第1のコン
デンサの前記一方の端子間にm番目の第3のコンデンサ
が接続され、最下位より1ビット目に対応する前記第1
のコンデンサと最下位より3ビット目に対応する前記第
1のコンデンサの間に接続された前記第3のコンデンサ
の容量は前記第1のコンデンサの容量に等しく、m番目
の前記第3のコンデンサの容量は前記第1のコンデンサ
の容量と(m−1番目の前記第3のコンデンサの容量)
/4の和であり、前記奇数番目のビットに対応する第1
のコンデンサ及び前記偶数番目のビットに対応する第2
のコンデンサの他方の端子は、それぞれ各ビット信号に
よって、ビットがハイレベルの時には第1の電圧源に接
続され、ビットがロウレベルのときには第2の電圧源に
接続されることにより、最上位の前記第1のコンデンサ
と前記第3のコンデンサが接続された端子から変換され
たアナログ電圧が出力されることを特徴とするディジタ
ル・アナログ変換器。 - 【請求項2】 前記nは奇数であって、最上位ビットに
対応する前記第1のコンデンサの一方の端子には前記第
2のコンデンサは接続されていないことを特徴とする請
求項1記載のディジタル・アナログ変換器。
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2000
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