JP3434772B2 - DA converter - Google Patents

DA converter

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JP3434772B2
JP3434772B2 JP2000070113A JP2000070113A JP3434772B2 JP 3434772 B2 JP3434772 B2 JP 3434772B2 JP 2000070113 A JP2000070113 A JP 2000070113A JP 2000070113 A JP2000070113 A JP 2000070113A JP 3434772 B2 JP3434772 B2 JP 3434772B2
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【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明はDAコンバータに関
し、特にR−2Rラダー型のラダー回路を用いたDAコ
ンバータに関する。 【0002】 【従来の技術】DAコンバータを実現するための最も代
表的な回路であるR−2Rラダー回路を用いた代表的な
DAコンバータをブロックで示す図5を参照すると、こ
の従来の第1のDAコンバータは、DA変換対象のnビ
ットのディジタル入力信号DIを取り込み保持(ラッ
チ)するラッチ回路1と、スイッチS1〜Sn及びダミ
ースイッチSdを有しラッチしたディジタル入力信号の
各々のビットレベル(値)に対応して基準電圧VRと接
地GNDのいずれか一方に接続し対応するスイッチ信号
s1〜snの各々を出力するスイッチ回路3と、後述す
るように抵抗値Rの抵抗と抵抗値2Rの抵抗をラダー
(梯子)状に接続して構成されスイッチ信号s1〜sn
の各々に対応する変換電圧VAを発生するR−2Rラダ
ー型のラダー回路4と、変換電圧VAをバッファ増幅し
アナログ電圧VOを出力する出力バッファ5とを備え
る。 【0003】ラダー回路4の構成をスイッチ回路3とと
もに回路図で示す図3を参照すると、ラダー回路4は、
スイッチS1,S2,・・・Sn−1,Snの各々の出
力端に各々の一端が接続された抵抗値2R(ここでは説
明の便宜上抵抗値Rの抵抗2本の直列接続で示す)の抵
抗R21,R22,・・・R2n−1,R2n及びダミ
ー抵抗Rdと、直列接続され抵抗R21,R22,・・
・R2n−1の各々の他端に各々の一端が接続され最終
段の抵抗Rn−1の他端が抵抗R2nの他端と出力バッ
ファ5の入力端に接続した抵抗値Rの抵抗R1,R2,
・・・Rn−1とを備える。 【0004】また、スイッチ回路3のスイッチS1,S
2,・・・Sn−1,Snの各々の第1の入力端に基準
電圧VRが、第2の入力端に接地GNDが接続されてい
る。なお、ダミースイッチSd及びこれに接続するダミ
ー抵抗Rdは、スイッチS1〜Snが抵抗Rに対して直
列に接続される形態となるので、比精度を確保するため
に追加するものである。 【0005】次に、図5、図3を参照して、従来の第1
のDAコンバータの動作について説明すると、スイッチ
回路3のスイッチS1はディジタル入力信号DIの第1
ビット又は最下位ビット(least signifi
cant bit:以下LSB)、スイッチS2〜Sn
−1の各々はディジタル入力信号値の第2〜第n−1ビ
ット、スイッチSnはディジタル入力信号DIの第nビ
ット又は最上位ビット(most significa
nt bit:以下MSB)によりそれぞれ制御され
る。各ビットの入力値が0の場合は対応するスイッチの
出力はGNDレベルとなり、逆に入力値が1の場合はス
イッチの出力はVRレベルとなる。 【0006】ラッチ回路1に入力されるディジタル入力
信号DIのLSB〜MSBの値に応じてスイッチS1〜
Snの各々の出力であるスイッチ信号s1〜snは変化
し、このスイッチ信号s1〜snに対応してラダー回路
4は変換電圧VAを出力する。出力バッファ5は変換電
圧VAをバッファ増幅しアナログ電圧VOを出力する。 【0007】公知のように、DAコンバータはnビット
の場合、2nの分解能を有し、例えば12ビットDAコ
ンバータの場合は212=4096の分解能を有している
ことになる。また、基準電圧VRが5Vの場合、5V/
4096=1.22mVが1LSBに相当する。つま
り、ディジタル入力信号DIの12ビットが全て0の場
合、VOは0Vを出力する。そして、LSB側からディ
ジタル信号が1増加するたびに約1.22mVずつ出力
電圧VOが上昇し、ディジタル入力信号DIの12ビッ
トが全て1となった場合、出力VOは5Vとなる。 【0008】DAコンバータの性能の1つとして出力電
圧の単調性があげらる。単調性についてごく簡単に説明
を加えておくと、ディジタル入力信号DIの増加に応じ
て出力のアナログ電圧VOが単調に増加することを指
す。 【0009】DAコンバータの変換特性の一例をグラフ
で示す図6を参照すると、変換特性の理想は同図(A)
に示すような45度の直線であるが、実際のものを拡大
すると同図(B)又は(C)のようになる。(B)のよ
うに階段状になるのは原理上やむを得ないが、ディジタ
ル入力信号DIの増加に応じて出力のアナログ電圧VO
が単調に増加しており、この状態を単調性を有するとい
う。しかし、(C)のようにグラフに矢印で示す凹陥部
又は突出部が生じるのは不都合であり、単調性を有する
とはいえない。 【0010】一般に、ラダー回路を用いたものは、ビッ
ト数が多くなってくると単調性を失ってしまうことがあ
る。特に、MSB側の桁上げ/桁下げに伴うコード切換
部分においてその現象が現れやすい。最も単調増加性を
失う恐れがあるのはMSBであるnビットコードの切換
点すなわち桁上げ/桁下げ部分であり、次に(n−1)
ビットコード、(n−2)ビットコード・・・という順
である。 【0011】その最大の原因は半導体ウェハ(以下基
板)上に形成する抵抗の抵抗値相対精度である。 【0012】半導体ウェハ上に製造する抵抗値Rをもつ
抵抗は現実的には正確に絶対値の抵抗値Rを作りこむこ
とは不可能であり、これに関しては各抵抗の相対値がそ
ろっていれば問題はない。しかし、隣接する抵抗同士で
も抵抗値が異なってしまう、すなわち、ばらつきが生じ
る。 【0013】基板上に形成した抵抗のレイアウトの例を
示す図7を参照すると、この図に示す短冊型の領域は、
それぞれラダー回路4の抵抗R1,R2,・・・Rn−
1及び抵抗R21,R22,・・・R2n−1,R2n
に相当する。 【0014】この種の抵抗は、公知のように、Si基板
上に所定導電率のポリシリコン等の導電膜を蒸着して形
成し、抵抗値は幅と長さにより設定する。しかしなが
ら、この種の導電膜の形成プロセスにおいては、基板の
中央近傍と周辺、あるいは縦横等の方向により微妙に導
電率がばらつくことが知られている。 【0015】従って、抵抗の数が少数ならば例えば基板
の中央部にまとめて形成することにより、ある程度各抵
抗の相対値をそろえることは可能である。しかし、抵抗
の数が増加すると、これらの抵抗は基板の広い面積を占
有することになり、上記ばらつき要因が影響してくる。 【0016】例えば、8ビットDAコンバータを実現す
るためには、上述のように抵抗値2Rの抵抗は抵抗値R
の抵抗2本からなるので、抵抗R1,R2,・・・R7
の7本と、抵抗R21,R22,・・・R28の8×2
の16本及びダミー抵抗Rdの2本の合計25本の抵抗
が必要である。経験上この25本程度であれば、抵抗値
の相対誤差、すなわちばらつきが単調性を確保できる範
囲に収まることが知られている。 【0017】しかしながら、例えば、12ビットDAコ
ンバータを実現するためには、抵抗R1,R2,・・・
R11の11本と、抵抗R21,R22,・・・R21
2の12×2の24本及びダミー抵抗Rdの2本の合計
37本の抵抗が必要である。現在の半導体製造プロセス
の技術レベルでは、これら37本の抵抗の抵抗値のばら
つき、すなわち相対誤差を単調性が確保できる範囲に収
めることは極めて困難であり、その結果、抵抗値のばら
つきが単調性を確保できない範囲に広がってしまう。つ
まり、ディジタル入力信号が増加しているにも関わら
ず、出力アナログ電圧VOが減少してしまうという現象
が生じる。 【0018】上記桁上げ/桁下げ部分の切換えに起因す
る単調性喪失の問題点の解決を図った特許第25800
13号公報記載の従来の第2のDAコンバータ図4と共
通の構成要素には共通の参照文字/数字を付して同様に
ブロックで示す図8を参照すると、この図に示す従来の
第2のDAコンバータは、従来の第1のDAコンバータ
を構成するラッチ回路1と、スイッチ回路3と、ラダー
回路4と、出力バッファ5とに加えて、DAコンバータ
の入力側にディジタル入力信号を後述のようにマスクす
るマスク回路101を備え、さらにそのマスク回路の制
御回路102及びディジタル入力信号の最上位有効ビッ
ト検出回路103とを備える。 【0019】図8を参照して従来の第2のDAコンバー
タの動作について説明すると、まず最上位有効ビット検
出回路103は、nビットのディジタル入力信号DIの
最上位側の最初の1が立つ最上位有効ビットを検出し、
制御回路102に供給する。制御回路102は、マスク
回路101を次のように制御する。マスク回路101は
上記最上位有効ビットから連続するm(m<n)ビット
はそのまま、残りのn−mは、該最上位有効ビットまで
の1個の0はそのまま、そして該mビットより下位側の
残りのビットn−m−1個は全て0又は1にしてDA変
換回路に与える。 【0020】これにより、nビットディジタル入力があ
ってもその最上位有効ビットを含む連続mビットがDA
変換され、該mビットより下位ビットは切り捨て(又は
切り上げ)ることにより、これら下位ビット対応のスイ
ッチを1又は0に固定となり、桁上げ/桁下げ時に一斉
に切換わることがなくなるので、凹陥部/突出部を生じ
ることがなく、単調性を保証できる。 【0021】しかしながら、この従来の第2のDAコン
バータは、付加したマスク回路、マスク制御回路及び最
上位有効ビット検出回路の回路規模が大きく全体の回路
規模の増大要因となる。例えば、15ビットのDAコン
バータの場合、最上位有効ビット検出回路は2組の8ビ
ットエンコーダと、16個のインバータと、3個の2入
力NANDゲートを必要とする。8ビットエンコーダ
は、それぞれ8個の2入力ANDゲートと、1個の8入
力NANDゲートと、4個の4入力ANDゲートと、1
個の2入力NANDゲートと、3個の4入力NORゲー
トと、12個のインバータとを必要とする。 【0022】同様に、マスク回路とその制御回路は、8
この8入力NANDゲートと、各1個の1〜7入力各N
ANDゲートと、1個のインバータと、15個の2入力
ANDゲートと、上記エンコーダとほぼ同一規模の2個
の8ビットデコーダとを必要とする。 【0023】なお、論理回路は入力数が増加するほど回
路規模が大きくなることはいうまでもない。 【0024】 【発明が解決しようとする課題】上述した従来の第1の
DAコンバータは、出力電圧範囲のうち低い電圧範囲に
のみ高い分解能が必要な場合でも、多ビットのDAコン
バータを使用すると、単調性を失ってしまい、装置とし
て扱いが非常に面倒なものとなり、また、少ビットのD
Aコンバータを使用すると、必要とする高分解能が得ら
れないという欠点があった。 【0025】上記欠点の解決を図った従来の第2のDA
コンバータは、付加したマスク回路、マスク制御回路及
び最上位有効ビット検出回路の回路規模が大きく全体の
回路規模の増大要因となるという欠点があった。 【0026】本発明の目的は、出力電圧範囲のうち低い
電圧範囲にのみ高い分解能を実現するとともに回路規模
の増大を抑制したDAコンバータを提供することにあ
る。 【0027】 【課題を解決するための手段】第1の発明のDAコンバ
ータは、n(正の整数)ビットのディジタル入力信号を
取り込み保持して対応するnビットのラッチ信号を出力
するラッチ回路と、抵抗値Rの抵抗と抵抗値2Rの抵抗
をラダー(梯子)状に接続して構成されnビットのスイ
ッチ信号の各々に対応するアナログ電圧を発生するnビ
ットのR−2Rラダー型のラダー回路と、前記ラッチ信
号の値に応じた前記スイッチ信号を供給して前記ラダー
回路を切換えるスイッチ回路とを備えるDA変換回路に
おいて、前記nビットのラッチ信号の供給を受け、この
ラッチ信号のビット値が1であるビットの最上位側のビ
ットである最上位有効ビットを検出し、この最上位有効
ビットから下位側の予め定めたm(nより小さい正の整
数)ビットである有効ビットの値と前記最上位有効ビッ
トより上位側の全てのビット値0をそのまま出力すると
ともに、mビットの前記有効ビットの下位側ビットであ
る切捨ビットの値を全て0又は1の一定値として前記ス
イッチ回路を制御するスイッチ制御信号として前記スイ
ッチ回路に供給する下位ビット制御回路を備えて構成さ
れている。 【0028】また、前記下位ビット制御回路が、前記ラ
ッチ信号の最上位ビットを含む上位側の(n−m)ビッ
ト信号に前記最上位有効ビットが存在するときこの最上
位ビットからmビット分下位側のビットである最上位切
捨ビットから下位側のビットを前記切捨ビットに設定す
る切捨ビット設定回路を備えても良い。 【0029】さらに、前記下位ビット制御回路の切捨ビ
ット設定回路が、前記ラッチ信号の最上位ビットを含む
上位側の(n−m)ビット信号の各々の値に基づき前記
ラッチ信号の最下位ビットを含む下位側の(n−m)ビ
ット信号のいずれか1つを前記最上位切捨ビットに設定
する複数の論理回路を備えても良い。 【0030】第2の発明のDAコンバータは、12ビッ
トのディジタル入力信号を取り込み保持して対応する1
2ビットのラッチ信号を出力するラッチ回路と、抵抗値
Rの抵抗と抵抗値2Rの抵抗をラダー(梯子)状に接続
して構成され12ビットのスイッチ信号の各々に対応す
るアナログ電圧を発生する12ビットのR−2Rラダー
型のラダー回路と、ディジタル信号値に応じた前記スイ
ッチ信号を供給して前記ラダー回路を切換えるスイッチ
回路とを備えるDA変換回路において、前記12ビット
のラッチ信号の供給を受け、このラッチ信号のビット値
が1であるビットの最上位側のビットである最上位有効
ビットを検出し、この最上位有効ビットから下位側の8
ビットの有効ビットの各々の値と前記最上位有効ビット
より上位側の全てのビット値0をそのまま出力するとと
もに、8ビットの前記有効ビットの下位側ビットである
切捨ビットの値を全て0又は1の一定値として前記スイ
ッチ回路を制御するスイッチ制御信号として前記スイッ
チ回路に供給する下位ビット制御回路を備えて構成され
ている。 【0031】前記下位ビット制御回路が、前記ラッチ信
号の最上位ビットを含む上位側の4ビット信号に前記最
上位有効ビットが存在するときこの最上位ビットから8
ビット分下位側のビットである最上位切捨ビットから下
位側のビットを前記切捨ビットに設定する切捨ビット設
定回路を備えても良い。 【0032】また、前記下位ビット制御回路の切捨ビッ
ト設定回路が、前記ラッチ信号の最上位ビットを含む上
位側の4ビット信号の各々の値に基づき前記ラッチ信号
の最下位ビットを含む下位側の4ビット信号のいずれか
1つを前記最上位切捨ビットに設定する複数の論理回路
を備えても良い。 【0033】さらに、前記切捨ビット設定回路が、前記
ラッチ信号の最上位ビットである第12ビットとその下
位の第11ビットとの論理和をとり第1のOR信号を出
力する第1のOR回路と、前記ラッチ信号の第10ビッ
トと第9ビットと前記第1のOR信号との論理和をとり
第2のOR信号を出力する第2のOR回路と、前記ラッ
チ信号の第4ビットと前記第1のOR信号との論理和を
とりスイッチ制御信号の第4ビットを生成する第3のO
R回路と、前記ラッチ信号の第3ビットと前記第1のO
R信号との論理和をとり前記スイッチ制御信号の第3ビ
ットを生成する第4のOR回路と、前記ラッチ信号の第
2ビットと前記第2のOR信号との論理和をとり前記ス
イッチ制御信号の第2ビットを生成する第5のOR回路
と、前記ラッチ信号の第1ビットと前記第2のOR信号
との論理和をとり前記スイッチ制御信号の第1ビットを
生成する第6のOR回路とを備えても良い。 【0034】 【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。 【0035】本実施の形態のDAコンバータは、n(正
の整数)ビットのディジタル入力信号を取り込み保持し
て対応するnビットのラッチ信号を出力するラッチ回路
と、抵抗値Rの抵抗と抵抗値2Rの抵抗をラダー(梯
子)状に接続して構成されnビットのスイッチ信号の各
々に対応するアナログ電圧を発生するnビットのR−2
Rラダー型のラダー回路と、ラッチ信号の値に応じた前
記スイッチ信号を供給して上記ラダー回路を切換えるス
イッチ回路とを備えるDA変換回路において、nビット
のラッチ信号の供給を受け、このラッチ信号のビット値
が1であるビットの最上位側のビットである最上位有効
ビットを検出し、この最上位有効ビットから下位側の予
め定めたm(nより小さい正の整数)ビットである有効
ビットの値と最上位有効ビットより上位側の全てのビッ
ト値0をそのまま出力するとともに、mビットの前記有
効ビットの下位側ビットである切捨ビットの値を全て0
又は1の一定値としたスイッチ制御信号としてスイッチ
回路に供給する下位ビット制御回路を備え、ディジタル
入力信号の値がmビット(桁)以上の場合は、上位mビ
ット分でmビット分解能の動作を行うととともに、ディ
ジタル入力信号の値がmビット以下の場合は本来のnビ
ット分の分解能に相当する動作を行うことにより、単調
性を保証することを特徴とするものである。 【0036】次に、本発明の実施の形態を図5と共通の
構成要素には共通の参照文字/数字を付して同様にブロ
ックで示す図1を参照すると、この図に示す本実施の形
態のDAコンバータは、従来の第1のDAコンバータと
共通のDA変換対象のnビットのディジタル入力信号D
Iを取り込み保持(ラッチ)し対応するnビットのラッ
チ信号l1〜lnを出力するラッチ回路1と、スイッチ
S1〜Sn及びダミースイッチSdを有し入力した後述
するスイッチ制御信号c1〜cnの各々のビットレベル
(値)に対応して基準電圧VRと接地GNDのいずれか
一方に接続し対応するスイッチ信号s1〜snの各々を
出力するスイッチ回路3と、後述するように抵抗値Rの
抵抗と抵抗値2Rの抵抗をラダー(梯子)状に接続して
構成されスイッチ信号s1〜snの各々に対応する変換
電圧VAを発生するR−2Rラダー型のラダー回路4
と、変換電圧VAをバッファ増幅しアナログ電圧VOを
出力する出力バッファ5とに加えて、nビットのラッチ
信号l1〜lnの供給を受けラッチ信号l1〜lnの上
位側の(n−m)(mはnより小さい正の整数)ビット
ln,ln−1,・・・ln−m+1の各々のビット値
に応じてラッチ信号の下位側の(n−m)ビットln−
m,ln−m−1,・・・l1を切捨てビットに設定
し、ラッチ信号のビット値が1であるビットの最上位側
のビットである最上位有効ビットlvから下位側の予め
定めたmビットである有効ビットの値と最上位有効ビッ
トlvより上位側の全てのビット値0をそのまま出力す
るとともに、mビットの有効ビットの下位側ビットであ
る切捨ビットの値を全て0又は1の一定値に固定して対
応するスイッチ制御信号c1〜cnを出力する下位ビッ
ト制御回路2を備える。 【0037】下位ビット制御回路2の構成を回路図で示
す図2を参照すると、この下位ビット制御回路2は、ラ
ッチ信号l1〜lnの上位側の(n−m)ビットln,
ln−1,・・・ln−m+1の各々のビット値に応じ
てラッチ信号の下位側の(n−m)ビットln−m,l
n−m−1,・・・l1を切捨てビットに設定するため
の複数のORゲートから成る後述の切捨ビット設定回路
21を備える。 【0038】説明の便宜上、本実施の形態のDAコンバ
ータは、n=12、すなわち、12ビットのDAコンバ
ータであるとし、m=8ビットとする。従って、以下の
説明ではラッチ信号lnをl12、スイッチ制御信号c
nをc12、(n−m)を4、スイッチSnをS12、
等と呼ぶことにする。 【0039】従って、切捨ビット設定回路21は、ラッ
チ信号l1〜l12の上位側の4ビットl12,l1
1,l10,l9の各々のビット値に応じてラッチ信号
の下位側の4ビットl4,l3,・・・l1を切捨てビ
ットに設定するため、ラッチ信号l12,l11の論理
和をとりOR信号g1を出力するORゲートG21と、
ラッチ信号l10,l9及びOR信号g1の論理和をと
りOR信号g2を出力するORゲートG22と、ラッチ
信号l4とOR信号g1との論理和をとりスイッチ制御
信号c4を出力するORゲートG23と、ラッチ信号l
3とOR信号g1との論理和をとりスイッチ制御信号c
3を出力するORゲートG24と、ラッチ信号l2とO
R信号g2との論理和をとりスイッチ制御信号c2を出
力するORゲートG25と、ラッチ信号l1とOR信号
g2との論理和をとりスイッチ制御信号c1を出力する
ORゲートG26とを備える。 【0040】ラダー回路4の構成をスイッチ回路3とと
もに回路図で示す図3を参照すると、ラダー回路4は、
スイッチ制御信号c1〜c12の各々の値で制御される
スイッチS1,S2,・・・S11,S12の各々の出
力端に各々の一端が接続された抵抗値2R(ここでは説
明の便宜上抵抗値Rの抵抗2本の直列接続で示す)の抵
抗R21,R22,・・・R211,R212及びダミ
ー抵抗Rdと、直列接続され抵抗R21,R22,・・
・R21の各々の他端に各々の一端が接続され最終段の
抵抗R11の他端が抵抗R212の他端と出力バッファ
5の入力端に接続した抵抗値Rの抵抗R1,R2,・・
・R11とを備える。 【0041】また、スイッチ回路3のスイッチS1,S
2,・・・S11,S12の各々の第1の入力端に基準
電圧VRが、第2の入力端に接地GNDが接続されてお
り、スイッチ制御信号c1〜c12の各々の値が1の場
合は基準電圧VRを、0の場合は接地GNDを選択して
スイッチ信号s1〜s12を出力する。 【0042】なお、ダミースイッチSd及びこれに接続
するダミー抵抗Rdは、スイッチS1〜S12が抵抗R
に対して直列に接続される形態となるので、比精度を確
保するために追加するものである。 【0043】出力バッファ5は、例えば、帰還率が1の
演算増幅器から成るボルテージフォロワを有して構成さ
れる。 【0044】次に、図1、図2及び図3を参照して本実
施の形態の動作について説明すると、まず、ラッチ回路
1は入力した12ビットのディジタル入力信号DIを取
り込み・保持(ラッチ)し、対応するラッチ信号l12
〜l1を出力する。以下の説明では説明の便宜上特に断
らない限り、全てのディジタル信号を第1ビット又は最
上位ビット(most significant bi
t:以下MSB)〜第1ビット又は最下位ビット(le
ast significant bit:以下LS
B)の順序で表すものとする。従って、ラッチしたディ
ジタル入力信号DIの全ビット値が0、すなわち、“0
00000000000”であるとすると、ラッチ回路
1はこのDI“000000000000”を保持し、
所定の読出制御クロック(図示省略)の供給に応じてラ
ッチ信号l1〜l12“000000000000”を
下位ビット制御回路2に供給する。 【0045】下位ビット制御回路2は、供給を受けたラ
ッチ信号l1〜l12の全てのビットが0であるので、
そのまま値“000000000000”をスイッチ制
御信号c12〜c1として出力する。 【0046】すなわち、下位ビット制御回路2の切捨ビ
ット設定回路21は、ラッチ信号l12〜l5の上位8
ビットのビット値”00000000”をそのまま通過
させてスイッチ制御信号c12〜c5として出力する。
また、ORゲートG21,G22も入力の全てが0であ
るのでOR出力g1,g2も0となる。さらにORゲー
トG23〜G26も入力の全てが0であるのでそれらの
出力である下位4ビットのスイッチ制御信号c4〜c1
の各ビット値も0となり、”0000”を出力する。 【0047】スイッチ回路3のスイッチS12〜S1は
スイッチ制御信号のMSBc12〜LSBc1によりそ
れぞれ制御される。各ビットの入力値が0の場合は対応
するスイッチの出力はGND(L)レベルとなり、逆に
入力値が1の場合はスイッチの出力はVR(H)レベル
となる。従って、スイッチ制御信号c12〜c1の値は
“000000000000”、すなわち、全ビットが
0であるので、スイッチS12〜S1の出力であるスイ
ッチ信号s12〜s1は全てLレベルとなる。 【0048】ラダー回路4は、供給を受けたスイッチ信
号s12〜s1の全てのLレベルに応答してLレベルの
アナログ変換電圧VAを出力し、出力バッファ5に供給
する。出力バッファ5は、Lレベルの変換電圧VAをバ
ッファ増幅し対応するLレベルのアナログ電圧VOを出
力する。 【0049】従来の技術で説明したように、DAコンバ
ータはnビットの場合、2nの分解能を有し、この実施
の形態の12ビットDAコンバータの場合は212=40
96の分解能を有する。また、基準電圧VRを5Vとす
ると、5V/4096=1.22mVが1LSBに相当
する。つまり、12ビットのスイッチ制御信号c12〜
c1の各ビットが全て0の場合、VOは0Vを出力す
る。そして、LSB側からディジタル信号が1増加する
たびに約1.22mVずつ出力電圧VOが上昇し、スイ
ッチ制御信号c12〜c1の各ビット値が全て1となっ
た場合、出力のアナログ電圧VOは5Vとなる。 【0050】ディジタル入力信号DIとアナログ電圧の
関係を模式的にグラフで示す図4を参照すると、上記の
ように、ディジタル入力信号DIが“00000000
0000”の場合、その出力信号VOは0Vとなる(A
点)。 【0051】次に、ディジタル入力信号DIが、第12
ビット〜第9ビットのビット値が0、第8ビット〜第1
ビットのビット値が1、すなわち、“00001111
1111”であるとする。ラッチ回路1の出力のラッチ
信号l12〜l1は“000011111111”とな
る(B点)。 【0052】下位ビット制御回路2の切捨ビット設定回
路21は、ラッチ信号l12〜l5の上位8ビットのビ
ット値“00001111”をそのまま通過させてスイ
ッチ制御信号c12〜c5として出力する。同時に、O
RゲートG21,G22は入力の全てが0であるのでO
R出力g1,g2も0となる。一方ORゲートG23,
G24は入力の一方のOR信号g1が0であるが他方の
ラッチ信号l4,l3が1であるので、スイッチ制御信
号c4,c3としてそれぞれ1を出力し、ORゲートG
25,G26は入力の一方のOR信号g2が0であるが
他方のラッチ信号l2,l1が1であるので、スイッチ
制御信号c2,c2としてそれぞれ1を出力するので、
下位4ビットのスイッチ制御信号c4〜c1の各ビット
値は1となり、“1111”を出力する。従って、全て
のスイッチ制御信号c12〜c1は“00001111
1111”となり、これはラッチ信号l12〜l1と同
一である。 【0053】このとき、ラダー回路4は、12ビット精
度で下位8ビット分が全部1の場合に相当する変換電圧
AVを出力する。すなわち、アナログ電圧VOは5.0
×2 8/212=312.5mVとなる。 【0054】つまり、ディジタル入力信号DI、すなわ
ち、ラッチ信号l12〜l1が“0000000000
00”から000011111111”まで変化する場
合は、スイッチ制御信号c12〜c1は、ラッチ信号l
12〜l1と同一値となり、この間のアナログ電圧VO
は、最下位のラッチ信号l1分、すなわち、1ステップ
分上昇するたびに1/4096×VR(=1.22m
V、図中のグラフの太さで表す)づつ電圧が上昇する。
従って、有効ビット数8ビットで12ビット精度で動作
する。 【0055】従来の技術で説明したように、ラダー回路
4は、8ビット分の所要抵抗数である25本程度であれ
ば、抵抗値の相対誤差、すなわちばらつきが単調性を確
保できる範囲に収まるよう製造することが十分可能であ
るので、この出力電圧範囲においては単調性を十分保持
させることができる。 【0056】次に、ディジタル入力信号DIの第9又は
第10ビット、すなわち、ラッチ信号l9又はl10が
1である場合について説明すると、まず、下位ビット制
御回路2の切捨ビット設定回路21は、ORゲートG2
2のいずれか一方の入力端に1が入力されるのでOR信
号g2が1となる。このため、ORゲートG25,G2
6は対応するラッチ信号l2,l1の値とは無関係にO
R信号g2により出力のスイッチ制御信号c2,c1を
1とする、すなわち1に固定される。従ってスイッチ回
路のスイッチS2,S1のスイッチ信号s2,s1はH
レベルをラダー回路4に供給する。すなわち、ディジタ
ル入力信号DIが“000100000000”から
“001111111111”(VO=1248.8m
V)(C点)までは、出力のアナログ電圧VOは、対応
するラッチ信号l10〜l3の範囲の8ビット動作を行
う。下位2ビットの信号は無視され、従ってこの間の電
圧上昇ステップ幅は、ラッチ信号l3の1ビット分に対
応する1/1024×VR(=4.88mV)となる。 【0057】この場合も、ラダー回路4は、8ビット分
の25本の抵抗しか使用しないので、上記理由により、
単調性を十分保持させることができる。 【0058】さらに、ディジタル入力信号DIの第12
(MSB)又は第11ビット、すなわち、ラッチ信号l
12又はl11が1である場合について説明すると、下
位ビット制御回路2の切捨ビット設定回路21は、OR
ゲートG21のいずれか一方の入力端に1が入力される
のでOR信号g1が1となる。このため、ORゲートG
22も出力のOR信号g2が1となり、これらOR信号
g1,g2の1により、下位4ビットのORゲートG2
3〜G26の出力のスイッチ制御信号c4〜c1は対応
するラッチ信号l4〜l1の値とは無関係に1に固定さ
れる。従ってスイッチ回路のスイッチS4〜S1のスイ
ッチ信号s4〜s1はHレベルをラダー回路4に供給す
る。すなわち、ディジタル入力信号DIが“01000
0000000”から“111111111111”
(VO=5000mV)までは、出力のアナログ電圧V
Oは、対応するラッチ信号l12〜l5の範囲の8ビッ
ト動作を行う。下位4ビットの信号は無視され、従って
この間の電圧上昇ステップ幅は、ラッチ信号l5の1ビ
ット分に対応する1/256×VR(=23.4mV)
となる。 【0059】この場合も、ラダー回路4は、8ビット分
の25本の抵抗しか使用しないので、上記理由により、
単調性を十分保持させることができる。 【0060】また、本実施の形態の下位ビット制御回路
2の切捨ビット設定回路21は、上述したように、2入
力ORゲート5個と、3入力ORゲート1個のみで構成
できるので、回路規模の増加は最小限で済む。 【0061】 【発明の効果】以上説明したように、本発明のDAコン
バータは、nビットのラッチ信号の最上位有効ビットを
検出し、この最上位有効ビットから下位側のmビットの
有効ビットの値と最上位有効ビットより上位側の全ての
ビット値0をそのまま出力するとともに、mビットの上
記有効ビットの下位側ビットである切捨ビットの値を全
て0又は1の一定値としたスイッチ制御信号としてスイ
ッチ回路に供給する下位ビット制御回路を備え、nビッ
ト、例えば12ビットのDAコンバータを、部分的にm
ビット、例えば8ビットで動作させることにより、この
8ビット対応の低い出力電圧範囲においては12ビット
対応の高い分解能の小さな増加量を得ることが可能とな
るという効果がある。 【0062】また、上位側の(n−m)ビットの信号に
応じて下位側の(n−m)ビットのスイッチ制御信号を
制御することにより、実質的に単調性が保証可能なmビ
ット動作に制限することにより、全てのディジタル入力
信号値に対し単調性を保証出来るという効果がある。 【0063】さらに、上記下位ビット制御回路は、数個
の論理回路のみで構成できるので、回路規模の増加は最
小限で済むという効果がある。
Description BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a DA converter.
In particular, a DA converter using an R-2R ladder type ladder circuit
About inverter. 2. Description of the Related Art The most promising method for realizing a DA converter is described.
A typical circuit using an R-2R ladder circuit that is a typical circuit
Referring to FIG. 5, which shows a block diagram of a DA converter,
The first DA converter of the related art is an n-bit converter for DA conversion.
Captures and holds digital input signal DI
H) latch circuit 1, switches S1 to Sn and dummy
-Of the latched digital input signal having the switch Sd
Contact with the reference voltage VR corresponding to each bit level (value)
Switch signal corresponding to one of ground GND
a switch circuit 3 that outputs each of s1 to sn;
Ladder resistance R and resistance 2R
(Ladder) -connected switch signals s1 to sn
R-2R ladder that generates a conversion voltage VA corresponding to each of
-Type ladder circuit 4 and buffer-amplifies the converted voltage VA.
An output buffer 5 for outputting an analog voltage VO
You. The configuration of the ladder circuit 4 is the same as that of the switch circuit 3.
Referring to FIG. 3 which is shown only in a circuit diagram, the ladder circuit 4
The outputs of the switches S1, S2,..., Sn-1, Sn
Resistance 2R with one end connected to the input end
For the sake of clarity, two resistors having a resistance value R are connected in series).
Anti-R21, R22,... R2n-1, R2n and Dami
The resistor Rd, the resistors R21, R22,.
・ One end is connected to the other end of R2n-1 and the other end
The other end of the stage resistor Rn-1 is connected to the other end of the resistor R2n and the output buffer.
Resistors R1, R2, R3 connected to the input end of the
.. Rn-1. The switches S1 and S1 of the switch circuit 3
2,... Reference to the first input terminal of each of Sn-1, Sn
The voltage VR is connected to the ground GND at the second input terminal.
You. Note that the dummy switch Sd and the dummy
-The resistance Rd is such that the switches S1 to Sn are directly connected to the resistance R.
Because it is connected to the column, to ensure the specific accuracy
Is to be added to Next, referring to FIG. 5 and FIG.
The operation of the D / A converter will be described.
The switch S1 of the circuit 3 is connected to the first digital input signal DI.
Bit or least significant bit (least signific
cant bit: LSB), switches S2 to Sn
-1 are the second to (n-1) th bits of the digital input signal value.
The switch Sn is connected to the n-th bit of the digital input signal DI.
Or most significant bit (most significant)
nt bit: hereinafter each controlled by MSB)
You. When the input value of each bit is 0, the corresponding switch
The output is at the GND level. Conversely, when the input value is 1,
The output of the switch is at the VR level. Digital input input to latch circuit 1
The switches S1 to S1 according to the values of the LSB to MSB of the signal DI
The switch signals s1 to sn, which are the outputs of Sn, change.
A ladder circuit corresponding to the switch signals s1 to sn
4 outputs the converted voltage VA. The output buffer 5
The voltage VA is buffer-amplified and an analog voltage VO is output. As is known, a DA converter has n bits.
In the case of 2, n , For example, a 12-bit DA
2 for inverter 12 = Resolution of 4096
Will be. Further, when the reference voltage VR is 5V, 5V /
4096 = 1.22 mV corresponds to 1 LSB. Toes
When the 12 bits of the digital input signal DI are all 0,
In this case, VO outputs 0V. Then, from the LSB side,
Output about 1.22mV every time the digital signal increases by 1.
The voltage VO rises and 12 bits of the digital input signal DI
When all the signals become 1, the output VO becomes 5V. One of the performances of a DA converter is output power.
Monotonicity of pressure is raised. Very simple explanation of monotonicity
Is added as the digital input signal DI increases.
Indicates that the output analog voltage VO increases monotonically.
You. An example of a conversion characteristic of a DA converter is shown in a graph.
Referring to FIG. 6 shown in FIG. 6, the ideal conversion characteristic is shown in FIG.
It is a 45-degree straight line as shown in the figure, but the actual one is enlarged
Then, the result is as shown in FIG. (B)
Although it is unavoidable in principle to have a step shape like this, digital
Output analog voltage VO in accordance with the increase of the input signal DI.
Increases monotonically, and this state is said to have monotonicity.
U. However, as shown in FIG.
Or it is inconvenient to have protrusions and is monotonic
Not really. [0010] In general, those using a ladder circuit are bit
The monotonicity may be lost when the number of
You. In particular, code switching with MSB carry / carry
The phenomenon is likely to appear in the part. The most monotonic
Switching to n-bit code, which is most likely to be lost
A point, ie, a carry / carry portion, and then (n-1)
Bit code, (n−2) bit code...
It is. The biggest cause is the semiconductor wafer (hereinafter referred to as
This is the relative accuracy of the resistance value of the resistor formed on the plate. Having a resistance value R to be manufactured on a semiconductor wafer
In practice, the resistor can accurately produce the absolute value of the resistance value R.
Is not possible, and the relative value of each resistor is
If it is, there is no problem. However, between adjacent resistors
Also have different resistance values, that is,
You. An example of a layout of resistors formed on a substrate is shown below.
Referring to FIG. 7 shown, the strip-shaped area shown in FIG.
.., Rn−
1 and resistors R21, R22, ..., R2n-1, R2n
Is equivalent to As is well known, this type of resistance is
A conductive film such as polysilicon of a predetermined conductivity is deposited on the
And the resistance value is set according to the width and length. However
In this type of conductive film formation process,
Slightly guided by directions such as near the center and periphery, or vertically and horizontally
It is known that the electric power varies. Therefore, if the number of resistors is small, for example,
By forming them collectively at the center of
It is possible to equalize the relative values of the resistance. But resistance
As the number of resistors increases, these resistors occupy a large area of the board.
Therefore, the above-mentioned variation factors have an effect. For example, to realize an 8-bit DA converter
Therefore, as described above, the resistance having the resistance value 2R is equal to the resistance value R.
, R7,... R7
, And 8 × 2 of resistors R21, R22,.
16 resistors and 2 dummy resistors Rd for a total of 25 resistors
is necessary. From experience, if this is about 25, the resistance value
The relative error of the
It is known to fit in the enclosure. However, for example, a 12-bit DA
In order to realize an inverter, resistors R1, R2,.
R11 and R21, R22,... R21
2 × 12 × 2 24 and dummy resistor Rd
37 resistors are required. Current semiconductor manufacturing process
At the technical level, the resistance values of these 37 resistors vary.
That is, the relative error is within the range where monotonicity can be secured.
It is extremely difficult to remove the
The dust spreads to a range where monotonicity cannot be secured. One
That is, despite the increase in digital input signals
Phenomenon that the output analog voltage VO decreases
Occurs. Due to the change of the carry / carry portion,
Patent No. 25800 for Solving the Problem of Monotonic Loss
13 and FIG. 4 of the conventional second DA converter.
Common components have common reference letters / numbers and
Referring to FIG. 8 shown by blocks, the conventional
The second DA converter is a conventional first DA converter.
, A switch circuit 3, and a ladder
In addition to the circuit 4 and the output buffer 5, a DA converter
Mask the digital input signal on the input side of
A mask circuit 101 for controlling the mask circuit.
Control circuit 102 and the most significant bit of the digital input signal.
And a detection circuit 103. Referring to FIG. 8, a conventional second DA converter
The operation of the data bit will be described first.
The output circuit 103 outputs the n-bit digital input signal DI.
Detects the most significant bit in which the first 1 on the most significant side is set,
It is supplied to the control circuit 102. The control circuit 102 includes a mask
The circuit 101 is controlled as follows. The mask circuit 101
M (m <n) bits continuous from the most significant bit
As it is, the remaining nm is up to the most significant bit
Is unchanged and the lower bit of the m bits is
The remaining bits nm-1 are all set to 0 or 1, and the DA conversion is performed.
To the conversion circuit. Thus, an n-bit digital input is provided.
Even if the consecutive m bits including the most significant bit are DA
And the lower bits of the m bits are truncated (or
By rounding up, the switch corresponding to these lower bits
Switch is fixed to 1 or 0, and simultaneous at carry / borrow
No longer switch to
And monotonicity can be guaranteed. However, this conventional second DA converter
The verters consist of the added mask circuit, mask control circuit and
The circuit scale of the upper significant bit detection circuit is large and the entire circuit
It is a factor of increasing the scale. For example, a 15-bit DA converter
In the case of the inverter, the most significant bit detection circuit uses two sets of 8 bits.
Encoders, 16 inverters, and 3 2-input
Requires a power NAND gate. 8-bit encoder
Have eight 2-input AND gates and one 8-input
Power NAND gate, four 4-input AND gates,
Two 2-input NAND gates and three 4-input NOR gates
And 12 inverters. Similarly, the mask circuit and its control circuit
This 8-input NAND gate and one 1-input to 7-input each N
AND gate, 1 inverter, 15 2 inputs
AND gate and two of almost the same size as the above encoder
And an 8-bit decoder. Note that the logic circuit operates as the number of inputs increases.
It goes without saying that the road scale becomes large. [0024] The above-mentioned first conventional technique is as follows.
The D / A converter operates in the lower voltage range of the output voltage range.
Even if only high resolution is required, a multi-bit DA
When using a barter, it loses its monotonicity and
Handling is very troublesome, and a small bit of D
Using the A-converter gives the required high resolution
There was a disadvantage that it was not. The conventional second DA which solves the above-mentioned drawbacks
The converter consists of an added mask circuit, mask control circuit and
And the most significant bit detection circuit
There was a drawback that this would increase the circuit scale. An object of the present invention is to provide a low output voltage range.
High resolution only in the voltage range and circuit scale
To provide a DA converter that suppresses the increase in
You. A DA converter according to a first invention is provided.
Data is a digital input signal of n (positive integer) bits.
Capture and hold and output the corresponding n-bit latch signal
Circuit, a resistor having a resistance value R and a resistor having a resistance value 2R
Are connected in the form of a ladder (ladder).
Switch that generates an analog voltage corresponding to each of the switch signals.
R-2R ladder type ladder circuit, and the latch signal
The ladder by supplying the switch signal according to the signal value
A D / A converter circuit with a switch circuit for switching circuits
Receiving the n-bit latch signal,
The most significant bit of the bit whose latch signal bit value is 1
The most significant bit that is
A predetermined integer m (a positive integer smaller than n)
Number) effective bit value and the most significant bit
If all the bit values 0 on the upper side of the
Both are lower-order bits of the m effective bits.
The values of the truncated bits are all set to a constant value of 0 or 1,
The switch is used as a switch control signal for controlling the switch circuit.
The lower bit control circuit that supplies the
Have been. Further, the lower bit control circuit is configured to
(N−m) bits including the most significant bit of the switch signal.
When the most significant bit is present in the
Most significant bit which is m bits lower than the most significant bit
Set the lower bits from the discarded bits to the truncated bits.
A circuit for setting a truncated bit may be provided. Further, the truncation of the lower bit control circuit
A bit setting circuit including a most significant bit of the latch signal.
Based on the value of each of the upper (nm) bit signals,
Lower (nm) bit including the least significant bit of the latch signal
Bit signal is set to the most significant bit.
May be provided. The DA converter according to the second invention has a 12 bit
Captures and holds the digital input signal of
A latch circuit that outputs a 2-bit latch signal and a resistance value
Connect the resistance of R and the resistance of 2R in a ladder (ladder) shape
Corresponding to each of the 12-bit switch signals.
12-bit R-2R ladder that generates analog voltage
Type ladder circuit and the switch according to the digital signal value.
Switch for supplying the switch signal to switch the ladder circuit
A D / A conversion circuit comprising:
And the bit value of this latch signal
Is the most significant bit of the bit whose is 1.
Bit from the most significant bit to the lower 8 bits.
The value of each of the significant bits of the bit and the most significant bit
If all higher bit values 0 are output as they are
It is a lower-order bit of the eight effective bits.
Assuming that the value of the truncation bit is a constant value of 0 or 1,
Switch control signal for controlling the switch circuit.
And a lower bit control circuit for supplying the
ing. The lower bit control circuit is configured to control the latch signal
The upper 4-bit signal including the most significant bit of the signal
When the upper significant bit is present, 8
Bits lower than the most significant truncated bits
Truncation bit setting to set the most significant bit to the above truncation bit
A constant circuit may be provided. Further, the truncated bit of the lower bit control circuit is
The bit setting circuit includes the most significant bit of the latch signal.
The latch signal based on the value of each
Any of the lower 4-bit signals including the least significant bit of
A plurality of logic circuits for setting one as the most significant truncated bit
May be provided. Further, the truncated bit setting circuit is provided
The 12th bit, which is the most significant bit of the latch signal, and below
Logical OR with the 11th bit of the digit and outputs the first OR signal
A first OR circuit to be activated, and a tenth bit of the latch signal.
And the ninth bit and the first OR signal.
A second OR circuit for outputting a second OR signal;
The OR of the fourth bit of the first signal and the first OR signal.
A third O which generates the fourth bit of the interlock switch control signal
R circuit, a third bit of the latch signal and the first O
The third OR of the switch control signal is calculated by taking the logical sum with the R signal.
A fourth OR circuit for generating a latch signal, and a fourth OR circuit for generating the latch signal.
The logical sum of 2 bits and the second OR signal is calculated, and
Fifth OR circuit for generating second bit of switch control signal
And a first bit of the latch signal and the second OR signal
And the first bit of the switch control signal
And a sixth OR circuit for generating. Next, an embodiment of the present invention will be described.
This will be described in detail with reference to the drawings. The DA converter of this embodiment has n (positive
Captures and holds a digital input signal of
Circuit for outputting a corresponding n-bit latch signal
Ladder (ladder)
Each of the n-bit switch signals.
N-bit R-2 for generating corresponding analog voltages
R ladder type ladder circuit and the front depending on the value of the latch signal
Switch that supplies the switch signal to switch the ladder circuit.
In a DA conversion circuit having a switch circuit, n bits
And the bit value of this latch signal
Is the most significant bit of the bit whose is 1.
Bit is detected, and the lower-order bit is
Valid m (positive integer less than n) bits
Bit value and all bits higher than the most significant bit
Output the value 0 as it is, and
All the values of the truncated bits that are the lower bits of the effective bit are set to 0.
Or a switch as a switch control signal with a constant value of 1
The lower bit control circuit that supplies the circuit
If the value of the input signal is m bits (digits) or more,
In addition to performing m-bit resolution operation for
When the value of the digital input signal is m bits or less, the original n bits
By performing operations equivalent to the resolution of
It is characterized by guaranteeing performance. Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
Components are identified by common reference letters / numbers and
With reference to FIG.
The state-of-the-art D / A converter is the same as the conventional first D / A converter.
N-bit digital input signal D to be subjected to common DA conversion
I is latched, and the corresponding n-bit latch is latched.
Latch circuit 1 for outputting switch signals l1-ln, and a switch
It has S1-Sn and dummy switch Sd, and is described later.
Bit levels of the switch control signals c1 to cn
Either reference voltage VR or ground GND corresponding to (value)
Each of the switch signals s1 to sn connected to one
The output switch circuit 3 and the resistance value R
Connect a resistor and a resistor with a resistance value of 2R in a ladder (ladder) shape
Conversions configured and corresponding to each of the switch signals s1 to sn
R-2R ladder type ladder circuit 4 for generating voltage VA
And amplifies the converted voltage VA with a buffer to convert the analog voltage VO
Output buffer 5 for output, plus n-bit latch
Receiving the signals l1 to ln and latching the signals l1 to ln
(N−m) bits (m is a positive integer less than n)
Each bit value of ln, ln-1,... ln-m + 1
, The lower (nm) bits ln-
m, ln-m-1,..., l1 are set as truncated bits
And the most significant bit of the bit whose bit value of the latch signal is 1
From the most significant bit lv, which is the bit of
The value of the defined effective bit, m bits, and the most significant bit
Output all bit values 0 higher than triv as they are
And the lower bits of the m effective bits.
Fixed all the values of the truncation bits to 0 or 1
The lower bits that output corresponding switch control signals c1 to cn
Control circuit 2. The structure of the lower bit control circuit 2 is shown in a circuit diagram.
Referring to FIG. 2, the lower bit control circuit 2
(Ln) bits ln,
According to each bit value of ln-1,... ln-m + 1
And the lower (nm) bits ln-m, l of the latch signal
.. to set nm-1,... l1 to the truncated bits
Bit setting circuit to be described later, comprising a plurality of OR gates
21. For convenience of explanation, the DA converter of the present embodiment
The data is n = 12, that is, a 12-bit DA converter.
And m = 8 bits. Therefore,
In the description, the latch signal ln is set to 112 and the switch control signal c
n is c12, (nm) is 4, switch Sn is S12,
And so on. Therefore, the truncated bit setting circuit 21
4 bits l12, l1 on the upper side of the H signals l1 to l12.
Latch signal according to each bit value of 1, l10, l9
The lower 4 bits l4, l3,... L1 of the
The logic of the latch signals l12 and l11
An OR gate G21 that sums and outputs an OR signal g1;
The logical sum of the latch signals 110 and 19 and the OR signal g1 is
An OR gate G22 for outputting an OR signal g2 and a latch
Switch control by taking the logical sum of signal l4 and OR signal g1
OR gate G23 for outputting signal c4, and latch signal l
3 and the OR signal g1 are ORed to obtain the switch control signal c.
3 and an OR gate G24 for outputting a latch signal
Performs a logical OR operation with the R signal g2 to output the switch control signal c2.
OR gate G25, latch signal 11 and OR signal
OR with g2 and output switch control signal c1
An OR gate G26. The configuration of the ladder circuit 4 is the same as that of the switch circuit 3.
Referring to FIG. 3 which is shown only in a circuit diagram, the ladder circuit 4
Controlled by each value of switch control signals c1 to c12
The outputs of the switches S1, S2,... S11, S12
Resistance 2R with one end connected to the input end
For the sake of clarity, two resistors having a resistance value R are connected in series).
R21, R22, ..., R211, R212 and Dami
The resistor Rd, the resistors R21, R22,.
The other end of R21, one end of which is connected to the other end
The other end of the resistor R11 is connected to the other end of the resistor R212 and the output buffer.
5, the resistors R1, R2,.
R11 is provided. The switches S1, S of the switch circuit 3
2,... Reference to the first input terminal of each of S11 and S12
The voltage VR is connected to the ground GND at the second input terminal.
When the value of each of the switch control signals c1 to c12 is 1,
If it is 0, select the reference voltage VR. If it is 0, select the ground GND.
The switch signals s1 to s12 are output. The dummy switch Sd and its connection
The switches S1 to S12 are connected to the dummy resistor Rd.
Is connected in series with the
It is added to maintain. The output buffer 5 has, for example, a feedback rate of 1
Comprising a voltage follower consisting of an operational amplifier
It is. Next, referring to FIG. 1, FIG. 2 and FIG.
The operation of the embodiment will be described.
1 receives the input 12-bit digital input signal DI.
And latches the corresponding latch signal l12
~ L1 is output. In the following description, for convenience of explanation,
Unless otherwise specified, all digital signals must be in the first bit or
Most significant bit (most significant bi)
t: MSB) to first bit or least significant bit (le
ast significant bit: LS
It shall be expressed in the order of B). Therefore, the latched
All bit values of the digital input signal DI are 0, that is, “0”.
000000000000 ", the latch circuit
1 holds this DI “00000000000000”,
In response to the supply of a predetermined read control clock (not shown),
Switch signals l1 to l12 "00000000000000"
It is supplied to the lower bit control circuit 2. The lower bit control circuit 2 receives the supplied
Since all bits of the switch signals l1 to l12 are 0,
Switch value "00000000000000" as it is
It is output as control signals c12 to c1. That is, the cut-off bit of the lower bit control circuit 2
The setting circuit 21 is configured to output the upper 8 bits of the latch signals 112 to 15.
Pass the bit value "00000000" of the bit as it is
Then, they are output as switch control signals c12 to c5.
In addition, all the inputs of the OR gates G21 and G22 are 0.
Therefore, the OR outputs g1 and g2 also become 0. OR game
G23-G26 also have their inputs all zero, so
Switch control signals c4 to c1 of lower 4 bits as output
Also becomes 0, and "0000" is output. The switches S12 to S1 of the switch circuit 3 are
The switch control signals MSBc12 to LSBc1
Each is controlled. Corresponds when the input value of each bit is 0
Switch output is GND (L) level, and conversely
When the input value is 1, the switch output is VR (H) level
It becomes. Therefore, the values of the switch control signals c12 to c1 are
"00000000000000", that is, all bits
0, the switches S12 to S1 output the switches.
The switch signals s12 to s1 are all at L level. The ladder circuit 4 receives the supplied switch signal.
In response to all L levels of signals s12 to s1,
Outputs analog conversion voltage VA and supplies it to output buffer 5
I do. The output buffer 5 stores the L-level conversion voltage VA.
Amplify the buffer and output the corresponding L-level analog voltage VO
Power. As described in the prior art, the DA converter
If the data is n bits, 2 n This implementation has a resolution of
2 in the case of a 12-bit DA converter of the form 12 = 40
It has a resolution of 96. The reference voltage VR is set to 5V.
Then, 5V / 4096 = 1.22mV is equivalent to 1LSB
I do. That is, the 12-bit switch control signal c12 to
If all bits of c1 are 0, VO outputs 0V
You. Then, the digital signal increases by 1 from the LSB side.
Each time, the output voltage VO increases by about 1.22 mV,
Bit values of the switch control signals c12 to c1 are all 1
In this case, the output analog voltage VO becomes 5V. The digital input signal DI and the analog voltage
Referring to FIG. 4, which schematically illustrates the relationship,
Thus, the digital input signal DI is "00000000".
0000 ", the output signal VO becomes 0V (A
point). Next, the digital input signal DI changes to the twelfth
Bit value of bit to ninth bit is 0, bit 8 to bit 1
The bit value of the bit is 1, ie, “000011111”
1111 ". Output latch of the latch circuit 1
The signals 112 to 111 become "0000011111111".
(Point B). The number of times the lower bit control circuit 2 sets the cutoff bits
The path 21 is a high-order 8-bit video of the latch signals 112 to 15.
The switch value “00001111” as it is.
Output as the switch control signals c12 to c5. At the same time, O
The R gates G21 and G22 have 0
The R outputs g1 and g2 also become 0. On the other hand, OR gate G23,
G24 indicates that one of the input OR signals g1 is 0 but the other is
Since the latch signals l4 and l3 are 1, the switch control signal
1 is output as signals c4 and c3, respectively, and the OR gate G
25 and G26 have one input OR signal g2 of 0,
Since the other latch signals l2 and l1 are 1, the switch
Since 1 is output as each of the control signals c2 and c2,
Each bit of switch control signals c4 to c1 of lower 4 bits
The value becomes 1, and “1111” is output. Therefore, all
Switch control signals c12 to c1 are "000011111".
1111 ", which is the same as the latch signals 112 to 111.
One. At this time, the ladder circuit 4 has a 12-bit precision.
Conversion voltage corresponding to the case where all the lower 8 bits are 1
Outputs AV. That is, the analog voltage VO is 5.0
× 2 8 / 2 12 = 312.5 mV. That is, the digital input signal DI, that is,
That is, the latch signals 112 to 111 are "000000000000".
Fields that change from 00 "to 000011111111"
In this case, the switch control signals c12 to c1
12 to 11 and the analog voltage VO during this period.
Is equivalent to the lowest latch signal 11, that is, one step
1/4096 × VR (= 1.22 m
V, represented by the thickness of the graph in the figure).
Therefore, it operates with 12-bit precision with 8 effective bits
I do. As described in the background art, the ladder circuit
4 is the required number of resistors for 8 bits, about 25
For example, the relative error of the resistance value,
It is possible to manufacture it within the range that can be maintained.
Therefore, monotonicity is sufficiently maintained in this output voltage range.
Can be done. Next, the ninth or digital input signal DI
The tenth bit, that is, the latch signal l9 or l10
The case of 1 will be described first.
The cut-off bit setting circuit 21 of the control circuit 2 includes an OR gate G2
Since 1 is input to one of the two input terminals, the OR signal
The number g2 becomes 1. Therefore, the OR gates G25, G2
6 is O regardless of the values of the corresponding latch signals l2 and l1.
The output switch control signals c2 and c1 are generated by the R signal g2.
Set to 1, that is, fixed to 1. So switch times
The switch signals s2 and s1 of the road switches S2 and S1 are H
The level is supplied to the ladder circuit 4. That is, the digital
Input signal DI from "00010000000000"
“001111111111” (VO = 1248.8 m
Up to V) (point C), the output analog voltage VO
8-bit operation in the range of latch signals 110 to 13
U. The lower two bits of the signal are ignored, and the
The pressure increase step width corresponds to one bit of the latch signal 13.
Corresponding to 1/1024 × VR (= 4.88 mV). Also in this case, the ladder circuit 4 has 8 bits.
Because only 25 resistors are used,
Monotonicity can be sufficiently maintained. Further, the twelfth digital input signal DI
(MSB) or the eleventh bit, that is, the latch signal l
The case where 12 or l11 is 1 will be described below.
The cut-off bit setting circuit 21 of the significant bit control circuit 2
1 is input to one of the input terminals of the gate G21.
Therefore, the OR signal g1 becomes 1. Therefore, the OR gate G
22, the output OR signal g2 becomes 1, and these OR signals g2
The lower 4 bits of the OR gate G2
Switch control signals c4 to c1 output from 3 to G26 correspond
Fixed to 1 irrespective of the values of the latch signals l4 to l1
It is. Therefore, the switches of the switches S4 to S1 of the switch circuit are switched.
Switch signals s4 to s1 supply the H level to the ladder circuit 4.
You. That is, when the digital input signal DI is "01000"
"00000000" to "111111111111"
(VO = 5000 mV) until the output analog voltage V
O is an 8-bit signal in the range of the corresponding latch signal 112 to 115.
Perform a reset operation. The lower 4 bits are ignored, so
The voltage increase step width during this time is equal to one voltage of the latch signal 15.
1/256 × VR (= 23.4 mV) corresponding to the cost
It becomes. Also in this case, the ladder circuit 4 has 8 bits.
Because only 25 resistors are used,
Monotonicity can be sufficiently maintained. The lower bit control circuit of the present embodiment
As described above, the truncated bit setting circuit 21 of 2
Consists of only five force OR gates and one 3-input OR gate
As a result, the increase in circuit scale can be minimized. As described above, the DA converter of the present invention
The converter converts the most significant bit of the n-bit latch signal
From the most significant bit to the lower m bits.
The value of the valid bit and all higher bits
Bit value 0 is output as it is, and m bits
The value of the truncated bit, which is the lower bit of the
Switch as a switch control signal with a constant value of 0 or 1.
A lower bit control circuit for supplying the
For example, a 12-bit D / A converter
By operating on bits, for example 8 bits,
12 bits in the low output voltage range corresponding to 8 bits
It is possible to obtain small increments of the corresponding high resolution.
There is an effect that. The upper (nm) bit signal is
Accordingly, the lower (nm) -bit switch control signal is
By controlling, it is possible to substantially guarantee monotonicity.
All digital inputs by limiting
There is an effect that monotonicity can be guaranteed for the signal value. Furthermore, the lower bit control circuit is
Since the circuit can be configured with only logic circuits,
This has the effect of requiring only a small amount.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明のDAコンバータの一実施の形態を示す
ブロック図である。 【図2】図1の下位ビット制御回路の構成を示す回路図
である。 【図3】図1のラダー回路とスイッチ回路の構成を示す
回路図である。 【図4】本実施の形態のDAコンバータにおけるディジ
タル入力信号とアナログ電圧の関係を模式的にグラフで
示す特性図である。 【図5】従来の第1のDAコンバータの一例を示すブロ
ック図である。 【図6】DAコンバータの変換特性の一例をグラフで示
す特性図である。 【図7】基板上に形成した抵抗のレイアウトの例を示す
レイアウト図である。 【図8】従来の第2のDAコンバータの一例を示すブロ
ック図である。 【符号の説明】 1 ラッチ回路 2 下位ビット制御回路 3 スイッチ回路 4 ラダー回路 5 出力バッファ 21 切捨ビット設定回路 S1〜S12,Sn スイッチ Sd ダミースイッチ G21〜G26 ORゲート R1〜R11,Rn−1,R21〜R212,R2n
抵抗
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a DA converter according to the present invention. FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a lower bit control circuit of FIG. 1; FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of a ladder circuit and a switch circuit of FIG. 1; FIG. 4 is a characteristic diagram schematically showing the relationship between a digital input signal and an analog voltage in the DA converter of the present embodiment in a graph. FIG. 5 is a block diagram illustrating an example of a conventional first DA converter. FIG. 6 is a characteristic diagram showing an example of a conversion characteristic of a DA converter in a graph. FIG. 7 is a layout diagram illustrating an example of a layout of resistors formed on a substrate. FIG. 8 is a block diagram showing an example of a second conventional DA converter. [Description of Signs] 1 Latch circuit 2 Lower bit control circuit 3 Switch circuit 4 Ladder circuit 5 Output buffer 21 Truncated bit setting circuits S1 to S12, Sn switch Sd Dummy switches G21 to G26 OR gates R1 to R11, Rn-1, R21 to R212, R2n
resistance

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 12ビットのディジタル入力信号を取り
込み保持するとともに、対応する12ビットのラッチ信
号を出力するラッチ回路と、抵抗値Rの抵抗と抵抗値2
Rの抵抗を抵抗をラダー(梯子)状に接続して構成さ
れ、12ビットのスイッチ信号の各々に対応するアナロ
グ電圧を発生する12ビットのR−2Rラダー型のラダ
ー回路と、前記12ビットのディジタル入力信号値に応
じた前記スイッチ信号を供給して前記ラダー回路を切り
換えるスイッチ回路と、前記ラッチ回路の前記12ビッ
トのラッチ信号に対し切捨ビットを設定する切捨ビット
設定回路を備えると共に、前記スイッチ回路のスイッチ
制御信号を出力する下位ビット制御回路とを有し、前記
下位ビット制御回路の前記切捨ビット設定回路は、前記
ラッチ回路からの信号の最上位ビットである第12ビッ
トとその下位11ビットの論理和を取り、第1のOR信
号を出力する第1のOR回路と、前記ラッチ回路からの
信号の第10ビット,第9ビットおよび前記第1のOR
信号の論理和を取り、第2のOR信号を出力する第2の
OR回路と、前記ラッチ回路からの信号の第4ビットお
よび前記第1のOR信号の論理和を取り、前記スイッチ
回路の第4ビット信号を生成する第3のOR回路と、前
記ラッチ回路からの信号の第3ビットおよび前記第1の
OR信号の論理和を取り、前記スイッチ回路の第3ビッ
ト信号を生成する第4のOR回路と、前記ラッチ回路か
らの信号の第2ビットおよび前記第2のOR信号の論理
和を取り、前記スイッチ回路の第2ビット信号を生成す
る第5のOR回路と、前記ラッチ回路からの信号の第1
ビットおよび前記第2のOR信号の論理和を取り、前記
スイッチ回路の第1ビット信号を生成する第6のOR回
路とを備えることを特徴とするDAコンバータ。
(57) [Claim 1] A digital input signal of 12 bits is taken.
And the corresponding 12-bit latch signal.
Circuit for outputting a signal, a resistor having a resistance value R and a resistance value 2
The resistance of R is connected by connecting the resistance in the form of a ladder.
And the analog corresponding to each of the 12-bit switch signals.
12-bit R-2R ladder type ladder that generates
Circuit and a circuit corresponding to the 12-bit digital input signal value.
The ladder circuit by supplying the same switch signal.
A switch circuit for changing the state of the latch circuit,
Bit to set the truncation bit for the latch signal of
A setting circuit; and a switch of the switch circuit.
A lower bit control circuit for outputting a control signal,
The truncated bit setting circuit of the lower bit control circuit,
The twelfth bit which is the most significant bit of the signal from the latch circuit
OR the lower 11 bits with the first OR signal.
And a first OR circuit for outputting a signal from the latch circuit.
10th and 9th bits of the signal and the first OR
A second signal for ORing the signals and outputting a second OR signal
An OR circuit, and a fourth bit and a signal of the signal from the latch circuit.
And the logical sum of the first OR signal and the switch
A third OR circuit for generating a fourth bit signal of the circuit;
A third bit of the signal from the latch circuit and the first bit;
The OR of the OR signal is calculated, and the third bit of the switch circuit is calculated.
A fourth OR circuit for generating a reset signal;
Logic of the second bit of these signals and the second OR signal
Take the sum to generate a second bit signal for the switch circuit
A fifth OR circuit, and a first signal from the latch circuit.
OR the bit and the second OR signal,
Sixth OR operation for generating the first bit signal of the switch circuit
A DA converter comprising: a path ;
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