JP3292070B2 - D / A converter - Google Patents

D / A converter

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JP3292070B2
JP3292070B2 JP31189296A JP31189296A JP3292070B2 JP 3292070 B2 JP3292070 B2 JP 3292070B2 JP 31189296 A JP31189296 A JP 31189296A JP 31189296 A JP31189296 A JP 31189296A JP 3292070 B2 JP3292070 B2 JP 3292070B2
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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】本発明は高分解能D/A変換
器に関し、特に回路規模が小さく、多チャンネル入力型
のD/A変換器の集積に有効なD/A変換器に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high resolution D / A converter, and more particularly to a D / A converter which has a small circuit scale and is effective for integrating a multi-channel input type D / A converter.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の高分解能D/A変換器を構成する
方式としては「電流重み付けD/A変換器」、「R−2
R型D/A変換器」、「PWM型D/A変換器」若しく
は「ΣΔ型D/A変換器」等が存在する。
2. Description of the Related Art As a method of constructing a conventional high-resolution D / A converter, "current-weighted D / A converter", "R-2
There are “R-type D / A converter”, “PWM-type D / A converter”, and “ΣΔ D / A converter”.

【0003】「電流重み付けD/A変換器」及び「R−
2R型D/A変換器」では高速に高分解能のアナログ出
力を出力することが可能で、一方、「PWM型D/A変
換器」及び「ΣΔ型D/A変換器」では高精度素子が不
要で安価であると言った特徴がある。
[0003] "Current weighted D / A converter" and "R-
The "2R D / A converter" can output a high-resolution analog output at high speed, while the "PWM D / A converter" and the "変 換 Δ D / A converter" require high-precision elements. There is a feature that it is unnecessary and inexpensive.

【発明が解決しようとする課題】しかし、前者の方式で
は単調性を得るために高精度抵抗が必要であり、コスト
が上昇してしまう。一方、後者ではクロックを必要とす
るダイナミック型であるためノイズも多く、低速である
と言った問題点があった。
However, in the former method, a high-precision resistor is required to obtain monotonicity, and the cost is increased. On the other hand, the latter has a problem in that it is a dynamic type requiring a clock, has a lot of noise, and is slow.

【0004】また、単調性が良い方式としては「タップ
方式」が存在するが分解能を高くすると回路規模が大き
くなり実用上問題となる。この回路規模増大を抑制する
手法として「Peter Holloway,"A Trimless 16b Digital
Potentiometer",1984 IEEEInternational Solid-State
Circuits Conference.」に記載されている2ステ−ジ
型がある。
Further, there is a "tap method" as a method having good monotonicity. However, if the resolution is increased, the circuit scale becomes large, which poses a practical problem. As a method of suppressing this circuit scale increase, "Peter Holloway," A Trimless 16b Digital
Potentiometer ", 1984 IEEE International Solid-State
Circuits Conference. ".

【0005】但し、この方式ではLSBステージも「タ
ップ方式」であるためにラダー抵抗が必要となり、多チ
ャンネル入力型のD/A変換器の場合には回路規模抑制
効果が得られ難くなる。従って本発明が解決しようとす
る課題は、単調性が良く、回路規模の小さいD/A変換
器を実現することにある。
However, in this system, since the LSB stage is also of the "tap system", a ladder resistor is required, and in the case of a multi-channel input type D / A converter, it is difficult to obtain the effect of suppressing the circuit scale. Therefore, an object of the present invention is to realize a D / A converter having good monotonicity and a small circuit scale.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】このような課題を達成す
るために、本発明の第1では、上位ビット変換回路と下
位ビット変換回路とを分離して、前記上位ビット変換回
路及び前記下位ビット変換回路の出力を加算して分解能
を上げるD/A変換器において、基準電圧源と、この基
準電圧源の出力電圧を分圧する抵抗アレイと、上位ビッ
トのディジタル入力信号に基づき前記抵抗アレイで分圧
された電圧を選択して出力する第1のスイッチ回路とか
ら構成される上位ビット変換回路と、 前記上位ビット変
換回路の出力電圧が一方の入力端子に印加される第1差
動回路と、この第1差動回路の相互コンダクタンスに対
して相互コンダクタンスが重み付けされ一方の入力端子
が接地される複数の第2差動回路と、前記第1及び第2
差動回路の2つの電流出力がそれぞれ反転入力端子及び
非反転入力端子に接続されアナログ出力信号を出力する
と共にそのアナログ出力信号が前記第1差動回路の他方
の入力端子に帰還される演算増幅器と、下位ビットのデ
ィジタル入力信号に基づいて前記第2差動回路の他方の
入力端子に基準電圧を印加する第2のスイッチ回路とか
ら構成される下位ビット変換回路とを備えたことを特徴
とするものである。
In order to achieve the above object, according to a first aspect of the present invention, an upper bit conversion circuit and a lower bit conversion circuit are separated so that the upper bit conversion circuit and the lower bit conversion circuit are separated from each other. In a D / A converter that increases the resolution by adding the output of a conversion circuit, a reference voltage source and a
A resistor array that divides the output voltage of the quasi-voltage source and an upper bit
Divided by the resistor array based on the digital input signal
The first switch circuit that selects and outputs the applied voltage
An upper bit conversion circuit comprising:
The first difference in which the output voltage of the conversion circuit is applied to one input terminal
Dynamic circuit and the mutual conductance of the first differential circuit.
The transconductance is weighted and one input terminal
A plurality of second differential circuits, each of which is grounded;
The two current outputs of the differential circuit are the inverting input terminal and
Outputs analog output signal connected to non-inverting input terminal
And its analog output signal is the other of the first differential circuit.
The operational amplifier that is fed back to the input terminal of
The other of the second differential circuit based on the digital input signal.
A second switch circuit that applies a reference voltage to the input terminal
And a lower bit conversion circuit composed of

【0007】[0007]

【0008】[0008]

【0009】[0009]

【0010】[0010]

【0011】[0011]

【0012】[0012]

【0013】[0013]

【0014】[0014]

【作用】上位ビットに「タップ方式」を用いることによ
り単調性が良く、下位ビットは「電流重み付け」を用い
ることによりタップを選択するスイッチ回路の数が削減
され回路規模が小さくなる。
By using the "tap method" for the upper bits, the monotonicity is improved, and for the lower bits, "current weighting" is used to reduce the number of switch circuits for selecting taps and reduce the circuit scale.

【0015】また、複数のD/A変換器を集積する場
合、抵抗アレイを共用できるので消費電力が低減され、
回路規模の増加も抑制できる。さらに、自動校正を行な
う場合には校正データが共用できるので記憶回路容量も
少なくて済む。
In the case where a plurality of D / A converters are integrated, the power consumption can be reduced because the resistor array can be shared.
An increase in circuit scale can also be suppressed. Further, when performing automatic calibration, the calibration data can be shared, so that the storage circuit capacity can be reduced.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下本発明を図面を用いて詳細に
説明する。図1は本発明に係るD/A変換器の一実施例
を示す回路図である。ここでは簡単の為、4ビットD/
A変換器を例示している。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing one embodiment of a D / A converter according to the present invention. Here, for simplicity, a 4-bit D /
2 illustrates an A converter.

【0017】図1において1は基準電圧源,2a,2
b,2c及び2dは抵抗、3a,3b,3c,3d,3
e,3f,3g及び3hはスイッチ回路、4a及び4b
はNOT回路、5,6及び7は一対のトランジスタ及び
定電流源から構成される差動回路、8は演算増幅器であ
る。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a reference voltage source, 2a, 2
b, 2c and 2d are resistors, 3a, 3b, 3c, 3d, 3
e, 3f, 3g and 3h are switch circuits, 4a and 4b
Is a NOT circuit, 5, 6 and 7 are differential circuits composed of a pair of transistors and a constant current source, and 8 is an operational amplifier.

【0018】また、100はアナログ出力信号、10
1,102,103及び104はそれぞれディジタル入
力信号であり、101がMSB(Most Significant Bi
t)、104がLSB(Least Significant Bit)であ
る。
Also, 100 is an analog output signal, 10
1, 102, 103 and 104 are digital input signals, respectively, and 101 is an MSB (Most Significant Bi
t) and 104 are LSB (Least Significant Bit).

【0019】ここで、1,2a〜2d、3a〜3f及び
4a〜4bは上位ビット変換回路50を、3g,3h及
び5〜8は下位ビット変換回路51をそれぞれ構成して
いる。
Here, 1, 2a to 2d, 3a to 3f and 4a to 4b constitute an upper bit conversion circuit 50, and 3g, 3h and 5 to 8 constitute a lower bit conversion circuit 51, respectively.

【0020】定電圧源1の一端は抵抗2aの一端に接続
され、抵抗2aの他端はスイッチ回路3aの一端及び抵
抗2bの一端に接続される。抵抗2bの他端はスイッチ
回路3bの一端及び抵抗2cの一端に接続される。
One end of the constant voltage source 1 is connected to one end of a resistor 2a, and the other end of the resistor 2a is connected to one end of a switch circuit 3a and one end of a resistor 2b. The other end of the resistor 2b is connected to one end of the switch circuit 3b and one end of the resistor 2c.

【0021】抵抗2cの他端はスイッチ回路3cの一
端、抵抗2dの一端、スイッチ回路3g及び3hの一方
の入力端子にそれぞれ接続される。
The other end of the resistor 2c is connected to one end of the switch circuit 3c, one end of the resistor 2d, and one input terminal of the switch circuits 3g and 3h.

【0022】また、スイッチ回路3aの他端はスイッチ
回路3bの他端及びスイッチ回路3eの一端に接続さ
れ、スイッチ回路3cの他端はスイッチ回路3dの他端
及びスイッチ回路3fの一端に接続される。
The other end of the switch circuit 3a is connected to the other end of the switch circuit 3b and one end of the switch circuit 3e, and the other end of the switch circuit 3c is connected to the other end of the switch circuit 3d and one end of the switch circuit 3f. You.

【0023】スイッチ回路3eの他端はスイッチ回路3
fの他端及び差動回路5の一方の入力端子に接続され、
差動回路5の一方の出力は差動回路6及び7の一方の出
力及び演算増幅器8の反転入力端子にそれぞれ接続され
る。
The other end of the switch circuit 3e is connected to the switch circuit 3
f and one input terminal of the differential circuit 5,
One output of the differential circuit 5 is connected to one output of the differential circuits 6 and 7 and the inverting input terminal of the operational amplifier 8, respectively.

【0024】また、差動回路5の他方の出力は差動回路
6及び7の他方の出力及び演算増幅器8の非反転入力端
子にそれぞれ接続される。
The other output of the differential circuit 5 is connected to the other output of the differential circuits 6 and 7 and the non-inverting input terminal of the operational amplifier 8, respectively.

【0025】演算増幅器8の出力はアナログ出力信号1
00として出力されると共に差動回路5の他方の入力端
子に接続される。差動回路6及び7の一方の入力端子は
スイッチ回路3g及び3hの出力端子にそれぞれ接続さ
れる。
The output of the operational amplifier 8 is the analog output signal 1
00 and is connected to the other input terminal of the differential circuit 5. One input terminals of the differential circuits 6 and 7 are connected to output terminals of the switch circuits 3g and 3h, respectively.

【0026】また、ディジタル信号入力101はスイッ
チ回路3eの制御端子及びNOT回路4bに接続され、
NOT回路4bの出力はスイッチ回路3fの制御端子に
接続される。
The digital signal input 101 is connected to the control terminal of the switch circuit 3e and the NOT circuit 4b.
The output of the NOT circuit 4b is connected to the control terminal of the switch circuit 3f.

【0027】ディジタル信号入力102はスイッチ回路
3a及び3cの制御端子及びNOT回路4aに接続さ
れ、NOT回路4aの出力はスイッチ回路3b及び3d
の制御端子に接続される。
The digital signal input 102 is connected to the control terminals of the switch circuits 3a and 3c and the NOT circuit 4a, and the output of the NOT circuit 4a is connected to the switch circuits 3b and 3d.
Is connected to the control terminal.

【0028】また、ディジタル信号入力103及び10
4はスイッチ回路3g及び3hの制御端にそれぞれ接続
される。
Also, digital signal inputs 103 and 10
Reference numeral 4 is connected to the control terminals of the switch circuits 3g and 3h, respectively.

【0029】さらに、定電圧源1の他端、抵抗2dの他
端、スイッチ回路3dの他端、スイッチ回路3g及び3
hの他方の入力端子、差動回路6及び7の他方の入力端
子はそれぞれ接地される。
Further, the other end of the constant voltage source 1, the other end of the resistor 2d, the other end of the switch circuit 3d, the switch circuits 3g and 3
The other input terminal of h and the other input terminals of the differential circuits 6 and 7 are grounded.

【0030】ここで、図1に示す実施例の動作を説明す
る。上位ビットであるディジタル入力信号101及び1
02はそれぞれスイッチ回路3a〜3fのON/OFF
を制御する。
Here, the operation of the embodiment shown in FIG. 1 will be described. Digital input signals 101 and 1 which are upper bits
02 is ON / OFF of the switch circuits 3a to 3f respectively.
Control.

【0031】定電圧源1の出力電圧を”Vref”とす
ると、抵抗2a〜2dにより等圧に分圧されているため
スイッチ回路3a,3b,3c及び3dにはそれぞれ”
3/4・Vref”,”2/4・Vref”,”1/4
・Vref”及び”0/4・Vref”の電圧が印加さ
れることになる。
Assuming that the output voltage of the constant voltage source 1 is "Vref", the voltage is equally divided by the resistors 2a to 2d, so that the switch circuits 3a, 3b, 3c and 3d respectively have "
3/4 Vref "," 2/4 Vref "," 1/4
Vref "and" 0 / 4.Vref "are applied.

【0032】従って、ディジタル入力信号101及び1
02が”1”及び”1”であれば、スイッチ回路3a,
3c及び3eが”ON”、スイッチ回路3b,3d及び
3fが”OFF”となり、差動回路5の一方の入力端子
には”3/4・Vref”の電圧が印加されることにな
る。
Therefore, the digital input signals 101 and 1
If 02 is “1” and “1”, the switch circuits 3a,
3c and 3e are "ON", the switch circuits 3b, 3d and 3f are "OFF", and a voltage of "3/4 Vref" is applied to one input terminal of the differential circuit 5.

【0033】差動回路5の他方の入力端子にはアナログ
出力信号100が帰還されているので、他の差動回路6
及び7が非動作であれば、アナログ出力信号100は”
3/4・Vref”を出力することになる。
Since the analog output signal 100 is fed back to the other input terminal of the differential circuit 5, the other differential circuit 6
And 7 are inactive, the analog output signal 100 is "
3 / 4.Vref "is output.

【0034】同様に、アナログ出力信号100はディジ
タル入力信号101及び102が”1”及び”0”であ
れば”2/4・Vref”を、ディジタル入力信号10
1及び102が”0”及び”1”であれば”1/4・V
ref”を、ディジタル入力信号101及び102が”
0”及び”0”であれば”0/4・Vref”をそれぞ
れ出力することになる。
Similarly, if the digital input signals 101 and 102 are "1" and "0", the analog output signal 100 is "2/4 Vref" and the digital input signal 10 is
If 1 and 102 are “0” and “1”, “1 / · V”
ref "is the digital input signal 101 and 102
If they are "0" and "0", "0 / 4.Vref" will be output respectively.

【0035】一方、下位ビットであるディジタル入力信
号103及び104はそれぞれスイッチ回路3g及び3
hを制御する。スイッチ回路3g及び3hはディジタル
入力信号103及び104が”1”ならば”1/4・V
ref”を選択し、”0”であれば接地レベル、言い換
えれば”0/4・Vref”を選択する。
On the other hand, the digital input signals 103 and 104, which are lower bits, are supplied to switch circuits 3g and 3g, respectively.
h. When the digital input signals 103 and 104 are “1”, the switch circuits 3 g and 3 h output “1 / · V”.
ref ", and if" 0 ", a ground level, in other words," 0 / 4.Vref "is selected.

【0036】また、差動回路5、6及び7は相互コンダ
クタンスがそれぞれ”4gm”、”2gm”及び”g
m”となるようにそれぞれの差動回路を構成する定電流
源の出力電流及びトランジスタの大きさが”4I,4
W”、”2I,2W”及び”I,W”と設定されてい
る。
The differential circuits 5, 6 and 7 have transconductances of "4 gm", "2 gm" and "g", respectively.
m ”, the output current of the constant current source and the size of the transistor constituting each differential circuit are“ 4I, 4 ”.
W "," 2I, 2W ", and" I, W ".

【0037】従って、ディジタル入力信号103及び1
04が”1”及び”0”であれば差動回路6にのみ”1
/4・Vref”が印加され、差動回路6の各出力ドレ
イン電流間に”2gm×1/4・Vref”の差が生じ
る。
Therefore, the digital input signals 103 and 1
If "04" is "1" and "0", "1" is applied only to the differential circuit 6.
/ 4 · Vref ”is applied, and a difference of“ 2 gm × 1 / · Vref ”is generated between the respective output drain currents of the differential circuit 6.

【0038】ここで、上位ビットであるディジタル入力
信号101及び102が共に”0”であれば、差動回路
5の一方の入力電圧は”0/4・Vref”であり、差
動回路6から演算増幅器8へ出力される差動出力電流
は”2gm×1/4・Vref”となる。
Here, if the digital input signals 101 and 102 as the upper bits are both "0", one input voltage of the differential circuit 5 is "0 / 4.Vref". The differential output current output to the operational amplifier 8 is “2 gm × 1 / · Vref”.

【0039】但し、演算増幅器8の2入力間の入力値は
等しくなければならず、差動回路5から演算増幅器8へ
出力される差動出力電流は”−2gm×1/4・Vre
f”のドレイン電流が流れるようにアナログ出力信号1
00が制御される。
However, the input value between the two inputs of the operational amplifier 8 must be equal, and the differential output current output from the differential circuit 5 to the operational amplifier 8 is “−2 gm × 1 / · Vre
analog output signal 1 so that the drain current of f ″ flows.
00 is controlled.

【0040】差動回路5の相互コンダクタンスは”4g
m”であるからアナログ出力信号は”Vout”は、 Vout=(2gm×1/4・Vref)/4gm =2/16・Vref (1) となる。
The transconductance of the differential circuit 5 is “4 g
m ”, the analog output signal“ Vout ”is as follows: Vout = (2 gm × 1 / · Vref) / 4gm = 2/16 · Vref (1)

【0041】例えば、この状態で上位ビットであるディ
ジタル入力信号101及び102が共に”1”になれ
ば、前述のように”3/4・Vref”が式(1)に加
算されることになるので、 Vout=(2/16+12/16)・Vref =14/16・Vref (2) となる。
For example, if the digital input signals 101 and 102, which are the upper bits, both become "1" in this state, "3 / 4.Vref" is added to the equation (1) as described above. Therefore, Vout = (2/16 + 12/16) · Vref = 14/16 · Vref (2)

【0042】このようにしてディジタル入力信号101
〜104を”0000”、”0001”乃至”111
0”、”1111”と変化させることにより、アナログ
出力信号100が”0/16・Vref”、”1/16
・Vref”乃至”14/16・Vref”、”15/
16・Vref”と変化して4ビットのD/A変換器が
実現できる。
Thus, the digital input signal 101
To 104 are “0000”, “0001” to “111”
0 ”and“ 1111 ”, the analog output signal 100 becomes“ 0/16 · Vref ”,“ 1/16 ”
Vref "to" 14/16 Vref "," 15 /
16 Vref "to realize a 4-bit D / A converter.

【0043】従って、上位ビットに「タップ方式」を用
いることにより単調性が良く、下位ビットは「電流重み
付け」を用いることによりタップを選択するスイッチ回
路の数が削減され回路規模が小さくなる。
Therefore, the use of the "tap method" for the upper bits provides good monotonicity, and the use of "current weighting" for the lower bits reduces the number of switch circuits for selecting taps and reduces the circuit scale.

【0044】また、複数のD/A変換器を集積する場
合、抵抗2a〜2dで構成される抵抗アレイを共用でき
るので消費電力が低減され、回路規模の増加も抑制でき
る。さらに、自動校正を行なう場合には校正データが共
用できるので記憶回路容量も少なくて済む。
When a plurality of D / A converters are integrated, the power consumption can be reduced and the increase in the circuit scale can be suppressed because a resistor array including the resistors 2a to 2d can be shared. Further, when performing automatic calibration, the calibration data can be shared, so that the storage circuit capacity can be reduced.

【0045】この結果、上位ビット変換回路と下位ビッ
ト変換回路とを分離して、上位変換回路としてタップ方
式」を用い、下位変換回路として「電流重み付け」を用
いることにより、単調性が良く、回路規模が小さくな
る。
As a result, the high-order bit conversion circuit and the low-order bit conversion circuit are separated from each other, the tap method is used as the high-order conversion circuit, and the “current weighting” is used as the low-order conversion circuit. The scale becomes smaller.

【0046】なお、上位ビットを処理する方式としては
「タップ方式」にみならず「R−2R型」や「電流加算
型」を用いることも可能である。
As a method of processing the upper bits, not only the "tap method" but also an "R-2R type" or a "current addition type" can be used.

【0047】また、図1に示す実施例では下位ビットを
複数の差動回路で重み付けしたが、1つの差動回路の入
力電圧として別途設けたD/A変換器の出力を印加して
も良い。
Although the lower bits are weighted by a plurality of differential circuits in the embodiment shown in FIG. 1, the output of a separately provided D / A converter may be applied as the input voltage of one differential circuit. .

【0048】図2は本願発明に係るD/A変換器の他の
実施例を示す回路図である。図2において8aは演算増
幅器、9及び10は抵抗アレイ、11,12及び13は
「タップ方式」によるD/A変換器、14,15及び1
6は一対のトランジスタ及び定電流源から構成される差
動回路である。
FIG. 2 is a circuit diagram showing another embodiment of the D / A converter according to the present invention. In FIG. 2, 8a is an operational amplifier, 9 and 10 are resistor arrays, 11, 12, and 13 are D / A converters by a tap method, 14, 15, and 1.
Reference numeral 6 denotes a differential circuit including a pair of transistors and a constant current source.

【0049】また、100aはアナログ出力信号、10
5,106及び107はそれぞれディジタル入力信号で
あり、105が上位ビット、106が中位ビット、10
7が下位ビットをそれぞれ示している。
Further, 100a is an analog output signal, 10a
5, 106 and 107 are digital input signals, respectively, 105 is the upper bit, 106 is the middle bit, 10
7 indicates the lower bits.

【0050】抵抗アレイ9の一端には基準電圧が印加さ
れ、抵抗アレイ9の他端は抵抗アレイ10の一端に接続
され、抵抗アレイ10の他端は接地される。
A reference voltage is applied to one end of the resistor array 9, the other end of the resistor array 9 is connected to one end of the resistor array 10, and the other end of the resistor array 10 is grounded.

【0051】また、抵抗アレイ9の各タップ電圧はD/
A変換器11に、抵抗アレイ10の各タップ電圧はD/
A変換器12及び13にそれぞれ接続される。
Each tap voltage of the resistance array 9 is D /
In the A converter 11, each tap voltage of the resistor array 10 is D /
They are connected to A converters 12 and 13, respectively.

【0052】D/A変換器11,12,及び13の出力
は差動回路14,15及び16の一方の入力端子にそれ
ぞれ接続され、差動回路15及び16の他方の入力端子
はそれぞれ接地される。
The outputs of the D / A converters 11, 12 and 13 are connected to one input terminal of differential circuits 14, 15 and 16, respectively, and the other input terminals of the differential circuits 15 and 16 are grounded. You.

【0053】差動回路14の一方の出力は差動回路15
及び16の一方の出力及び演算増幅器8aの一方の入力
端子にそれぞれ接続される。また、差動回路14の他方
の出力は差動回路15及び16の他方の出力及び演算増
幅器8aの他方の入力端子にそれぞれ接続される。
One output of the differential circuit 14 is a differential circuit 15
16 and one input terminal of the operational amplifier 8a. The other output of the differential circuit 14 is connected to the other output of the differential circuits 15 and 16 and the other input terminal of the operational amplifier 8a, respectively.

【0054】演算増幅器8aはアナログ出力信号100
aを出力すると共に差動回路14の他方の入力端子に接
続される。さらに、D/A変換器11,12及び13に
はディジタル入力信号105,106及び107がそれ
ぞれ接続される。
The operational amplifier 8a receives the analog output signal 100
a and is connected to the other input terminal of the differential circuit 14. Furthermore, digital input signals 105, 106 and 107 are connected to the D / A converters 11, 12 and 13, respectively.

【0055】ここで、アナログ出力信号100aは差動
回路14,15及び16の重み付けを”16”、”1
6”及び”1”とし、D/A変換器11,12及び13
の出力電圧をそれぞれ”Vmain”、”V2nd”及
び”V3rd”とすれば、 Vout=Vmain +16/16・V2nd +1/16・V3rd (3) となる。
Here, the analog output signal 100a sets the weights of the differential circuits 14, 15 and 16 to "16" and "1".
6 "and" 1 ", and D / A converters 11, 12 and 13
Assuming that the output voltages of “Vmain”, “V2nd” and “V3rd” are respectively, Vout = Vmain + 16/16 · V2nd + 1/16 · V3rd (3)

【0056】但し、抵抗アレイ9と抵抗アレイ10とは
抵抗値が”16:1”に重み付けられているので、D/
A変換器11とD/A変換器12とも出力値が”16:
1”に重み付けられることになり、図2全体としてD/
A変換器が構成されることになる。
However, since the resistance values of the resistance arrays 9 and 10 are weighted at "16: 1", D / D
The output values of both the A converter 11 and the D / A converter 12 are “16:
1 ", and D / D as a whole in FIG.
An A converter is configured.

【0057】また、図2に示すように中位ビット及び下
位ビット用のD/A変換器12及び13の出力を抵抗ア
レイ10の特定タップの電圧とすると、差動回路間のコ
モンモード電圧の差により各差動回路を構成するトラン
ジスタの相互コンダクタンスの整合が悪化して、D/A
変換器全体としての線形性も悪化してしまう。
As shown in FIG. 2, when the outputs of the D / A converters 12 and 13 for the middle bit and the lower bit are the voltage of a specific tap of the resistor array 10, the common mode voltage between the differential circuits is Due to the difference, the matching of the transconductance of the transistors constituting each differential circuit deteriorates, and the D / A
The linearity of the converter as a whole also deteriorates.

【0058】図3はこのような線形性の悪化を防止する
D/A変換器の実施例を示す回路図である。図3におい
て8bは演算増幅器、17及び18は抵抗アレイ、19
及び20は「タップ方式」によるD/A変換器、21,
22,23,24,25及び26は一対のトランジスタ
及び定電流源から構成される差動回路,27a,27
b,27c及び27dはスイッチ回路である。
FIG. 3 is a circuit diagram showing an embodiment of a D / A converter for preventing such deterioration of linearity. In FIG. 3, 8b is an operational amplifier, 17 and 18 are resistor arrays, 19
And 20 are D / A converters using a “tap method”,
Reference numerals 22, 23, 24, 25 and 26 denote differential circuits each including a pair of transistors and a constant current source.
b, 27c and 27d are switch circuits.

【0059】また、100bはアナログ出力信号、10
8,109及び110はそれぞれディジタル入力信号で
あり、108が上位ビット、109が中位ビット、11
0が下位ビットをそれぞれ示している。
Further, 100b is an analog output signal, 10b
8, 109 and 110 are digital input signals, respectively, 108 is the upper bit, 109 is the middle bit, 11
0 indicates each lower bit.

【0060】抵抗アレイ17の一端には基準電圧が印加
され、抵抗アレイ17の他端は抵抗アレイ18の一端に
接続され、抵抗アレイ18の他端は接地される。
A reference voltage is applied to one end of the resistor array 17, the other end of the resistor array 17 is connected to one end of the resistor array 18, and the other end of the resistor array 18 is grounded.

【0061】また、抵抗アレイ17の各タップ電圧はD
/A変換器19に、抵抗アレイ18の各タップ電圧はD
/A変換器20にそれぞれ接続される。
Each tap voltage of the resistor array 17 is D
/ A converter 19, each tap voltage of resistance array 18 is D
/ A converter 20 respectively.

【0062】D/A変換器19の出力”Vmain”が
差動回路21〜25の一方の入力端子、スイッチ回路2
7a〜27dの一方の入力端子にそれぞれ接続される。
The output “Vmain” of the D / A converter 19 is connected to one of the input terminals of the differential circuits 21 to 25 and the switch circuit 2.
7a to 27d are respectively connected to one of the input terminals.

【0063】さらに、D/A変換器19の出力として選
択されたタップ電圧”Vmain”に隣接するタップ電
圧”V2nd”がスイッチ回路27a〜27dの他方の
入力端子に接続される。
Further, the tap voltage “V2nd” adjacent to the tap voltage “Vmain” selected as the output of the D / A converter 19 is connected to the other input terminals of the switch circuits 27a to 27d.

【0064】D/A変換器20の出力”V3rd”は差
動回路26の一方の入力端子に接続され、差動回路26
の他方の入力端子は接地される。
The output “V3rd” of the D / A converter 20 is connected to one input terminal of the differential circuit 26,
The other input terminal is grounded.

【0065】差動回路21の一方の出力は差動回路2
2,23,24,25及び26の一方の出力及び演算増
幅器8bの一方の入力端子にそれぞれ接続される。ま
た、差動回路21の他方の出力は差動回路22,23,
24,25及び26の他方の出力及び演算増幅器8bの
他方の入力端子にそれぞれ接続される。
One output of the differential circuit 21 is the differential circuit 2
2, 23, 24, 25 and 26 and one input terminal of the operational amplifier 8b. The other output of the differential circuit 21 is output to the differential circuits 22, 23,
24, 25 and 26 and the other input terminal of the operational amplifier 8b.

【0066】演算増幅器8bはアナログ出力信号100
bを出力すると共に差動回路21の他方の入力端子に接
続される。さらに、D/A変換器19及び20にはディ
ジタル入力信号108及び110がそれぞれ接続され、
ディジタル入力信号109はそれぞれスイッチ回路27
a〜27dの制御端子に接続される。
The operational amplifier 8b receives the analog output signal 100
b and is connected to the other input terminal of the differential circuit 21. Further, digital input signals 108 and 110 are connected to the D / A converters 19 and 20, respectively.
The digital input signal 109 is connected to the switch circuit 27
a to 27d are connected to the control terminals.

【0067】このような構成にすることにより、差動回
路間のコモンモード電圧の差がなくなり、各差動回路を
構成するトランジスタの相互コンダクタンスの整合も変
動しないので、D/A変換器全体としての線形性の悪化
を防止できる。
With this configuration, there is no difference in the common mode voltage between the differential circuits, and the matching of the mutual conductance of the transistors constituting each differential circuit does not fluctuate. Can be prevented from deteriorating.

【0068】但し、図3に示す例においては下位ビット
には隣接タップ間電圧を用いていない。
However, in the example shown in FIG. 3, the voltage between adjacent taps is not used for the lower bits.

【0069】このため、中位ビットの線形性は改善され
るが、下位ビットのコモンモード電圧の差により線形性
が悪化してしまうと言った問題がある。
For this reason, although the linearity of the middle-order bit is improved, there is a problem that the difference in the common mode voltage of the lower-order bit deteriorates the linearity.

【0070】例えば、図4は図3の実施例の設定コード
に対する微分非直線性誤差を示す特性曲線図である。図
4から分かるように設定コードが増加するに伴って微分
非直線性誤差が悪化して行く。
For example, FIG. 4 is a characteristic curve diagram showing a differential nonlinearity error with respect to the setting code of the embodiment of FIG. As can be seen from FIG. 4, the differential non-linearity error worsens as the setting code increases.

【0071】これは、D/A変換器19の出力”Vma
in”とD/A変換器20の出力”V3rd”との電圧
差、言い換えれば、差動回路21と差動回路26のコモ
ンモード電圧の差が大きくなり、差動回路21及び26
を構成する定電流源の出力抵抗の影響で電流比に誤差を
生じるためである。
This corresponds to the output “Vma” of the D / A converter 19.
in ”and the voltage difference between the output“ V3rd ”of the D / A converter 20, in other words, the difference between the common mode voltages of the differential circuit 21 and the differential circuit 26 increases, and the differential circuits 21 and 26
This is because an error occurs in the current ratio due to the effect of the output resistance of the constant current source that constitutes.

【0072】この電流比の誤差により各差動回路を構成
するトランジスタの相互コンダクタンスの整合が変動し
て、D/A変換器全体としての線形性が悪化してしま
う。
The matching of the transconductance of the transistors constituting each differential circuit fluctuates due to the error of the current ratio, and the linearity of the D / A converter as a whole deteriorates.

【0073】この場合、下位ビット用の差動回路26を
差動回路27a〜27dに示すような中位ビット用と同
様の構成にすればコモンモード電圧の影響を受けなくな
るので線形性は改善されるが、回路規模が飛躍的に増大
してしまう。
In this case, if the differential circuit 26 for the lower bit is configured in the same manner as the one for the middle bit as shown by the differential circuits 27a to 27d, the linearity is improved because it is not affected by the common mode voltage. However, the circuit scale is dramatically increased.

【0074】図5はこのような線形性を改善するための
D/A変換器の実施例を示す回路図である。図5におい
て28は差動回路であり、それ以外の符号は図3の符号
と同一符号を付してある。
FIG. 5 is a circuit diagram showing an embodiment of a D / A converter for improving such linearity. In FIG. 5, reference numeral 28 denotes a differential circuit, and other reference numerals are the same as those in FIG.

【0075】接続関係についても図3とほぼ同様であ
り、異なる点は差動回路28を構成する一対のトランジ
スタ”イ”と定電流源”ロ”との間にカスコードトラン
ジスタ”ハ”を設け、このカスコードトランジスタ”
ハ”のゲートにD/A変換器19の出力”Vmain”
を印加した点である。
The connection relationship is almost the same as that of FIG. 3 except that a cascode transistor "c" is provided between a pair of transistors "i" and a constant current source "b" constituting the differential circuit 28. This cascode transistor "
The output “Vmain” of the D / A converter 19 is applied to the gate of “C”.
Is applied.

【0076】このような構成にすることにより、差動回
路28を構成する定電流源”ロ”の端子間電圧は差動回
路21を構成する定電流源”ニ”の端子間電圧と同じに
なるので前述の電流比の誤差が改善される。
With this configuration, the voltage between the terminals of the constant current source “b” forming the differential circuit 28 is the same as the voltage between the terminals of the constant current source “d” forming the differential circuit 21. Therefore, the above-described error in the current ratio is improved.

【0077】例えば、図6は図5の実施例の設定コード
に対する微分非直線性誤差を示す特性曲線図であり、図
6から分かるように図4と比較して微分非直線性誤差の
悪化が改善されている。
For example, FIG. 6 is a characteristic curve diagram showing the differential nonlinearity error with respect to the setting code of the embodiment of FIG. 5, and as can be seen from FIG. Has been improved.

【0078】この結果、下位ビット用の差動回路28を
構成する一対のトランジスタ”イ”と定電流源”ロ”と
の間にカスコードトランジスタ”ハ”を設け、このカス
コードトランジスタ”ハ”のゲートにD/A変換器19
の出力”Vmain”を印加することにより、回路規模
を大きくすることなく線形性の悪化を防止することがで
きる。
As a result, a cascode transistor "c" is provided between a pair of transistors "a" and a constant current source "b" which constitute the lower bit differential circuit 28, and the gate of the cascode transistor "c" is provided. D / A converter 19
By applying the output "Vmain", the linearity can be prevented from deteriorating without increasing the circuit scale.

【0079】また、「タップ方式」を用いるにはCMO
Sプロセスを用いるのが適当であるが、差動回路に関し
てはCMOSプロセスに限定する必要はない。
In order to use the “tap method”, the CMO
Although it is appropriate to use the S process, the differential circuit need not be limited to the CMOS process.

【0080】[0080]

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明によれば次のような効果がある。上位ビット変換
回路と下位ビット変換回路とを分離して、下位変換回路
として「相互コンダクタンス重み付け」を用いることに
より、単調性が良く、回路規模の小さいD/A変換器が
実現できる。
As is apparent from the above description,
According to the present invention, the following effects can be obtained. By separating the high-order bit conversion circuit and the low-order bit conversion circuit and using “mutual conductance weighting” as the low-order conversion circuit, a D / A converter with good monotonicity and a small circuit scale can be realized.

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

【図1】本発明に係るD/A変換器の一実施例を示す回
路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing one embodiment of a D / A converter according to the present invention.

【図2】本願発明に係るD/A変換器の他の実施例を示
す回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram showing another embodiment of the D / A converter according to the present invention.

【図3】線形性の悪化を防止するD/A変換器の実施例
を示す回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram showing an embodiment of a D / A converter for preventing deterioration of linearity.

【図4】図3の実施例の設定コードに対する微分非直線
性誤差を示す特性曲線図である。
FIG. 4 is a characteristic curve diagram showing a differential nonlinearity error with respect to a setting code in the embodiment of FIG. 3;

【図5】線形性を改善するためのD/A変換器の実施例
を示す回路図である。
FIG. 5 is a circuit diagram showing an embodiment of a D / A converter for improving linearity.

【図6】図5の実施例の設定コードに対する微分非直線
性誤差を示す特性曲線図である。
FIG. 6 is a characteristic curve diagram showing a differential nonlinearity error with respect to a setting code in the embodiment of FIG. 5;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基準電圧源 2a,2b,2c,2d 抵抗 3a,3b,3c,3d,3e,3f,3g,3h,2
7a,27b,27c,27d スイッチ回路 4a,4b NOT回路 5,6,7,14,15,16,21,22,23,2
4,25,26,28差動回路 8,8a,8b 演算増幅器 9,10,17,18 抵抗アレイ 11,12,13,19,20 D/A変換器 50 上位ビット変換回路 51 下位ビット変換回路 100,100a、100b アナログ出力信号 101,102,103,104,105,106,1
07,108,109,110 ディジタル入力信号
1 Reference voltage source 2a, 2b, 2c, 2d Resistance 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 3g, 3h, 2
7a, 27b, 27c, 27d Switch circuit 4a, 4b NOT circuit 5, 6, 7, 14, 15, 16, 21, 22, 23, 2
4, 25, 26, 28 differential circuit 8, 8a, 8b operational amplifier 9, 10, 17, 18 resistor array 11, 12, 13, 19, 20 D / A converter 50 upper bit conversion circuit 51 lower bit conversion circuit 100, 100a, 100b Analog output signals 101, 102, 103, 104, 105, 106, 1
07, 108, 109, 110 Digital input signal

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03M 1/00 - 1/88 Continuation of front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H03M 1/00-1/88

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】上位ビット変換回路と下位ビット変換回路
とを分離して、前記上位ビット変換回路及び前記下位ビ
ット変換回路の出力を加算して分解能を上げるD/A変
換器において、基準電圧源と、この基準電圧源の出力電圧を分圧する抵
抗アレイと、上位ビットのディジタル入力信号に基づき
前記抵抗アレイで分圧された電圧を選択して出力する第
1のスイッチ回路とから構成される上位ビット変換回路
と、 前記上位ビット変換回路の出力電圧が一方の入力端子に
印加される第1差動回路と、この第1差動回路の相互コ
ンダクタンスに対して相互コンダクタンスが重み付けさ
れ一方の入力端子が接地される複数の第2差動回路と、
前記第1及び第2差動回路の2つの電流出力がそれぞれ
反転入力端子及び非反転入力端子に接続されアナログ出
力信号を出力すると共にそのアナログ出力信号が前記第
1差動回路の他方の入力端子に帰還される演算増幅器
と、下位ビットのディジタル入力信号に基づいて前記第
2差動回路の他方の入力端子に基準電圧を印加する第2
のスイッチ回路とから構成される下位ビット変換回路と
を備えたことを特徴とするD/A変換器。
A D / A converter for separating a high-order bit conversion circuit and a low-order bit conversion circuit and adding outputs of the high-order bit conversion circuit and the low-order bit conversion circuit to increase the resolution, wherein a reference voltage source is provided. And a resistor for dividing the output voltage of this reference voltage source.
Based on anti-array and digital input signal of upper bit
Selecting and outputting the voltage divided by the resistor array;
Upper bit conversion circuit comprising one switch circuit
And the output voltage of the upper bit conversion circuit is applied to one input terminal.
The first differential circuit to be applied and the mutual
Transconductance is weighted for conductance
A plurality of second differential circuits, one of which is grounded;
The two current outputs of the first and second differential circuits are respectively
Analog output connected to inverting input terminal and non-inverting input terminal
And outputs an analog output signal of the
Operational amplifier fed back to the other input terminal of one differential circuit
Based on the lower-order digital input signal.
2 A second circuit for applying a reference voltage to the other input terminal of the differential circuit
And a lower bit conversion circuit comprising:
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