JP3803900B2 - ディジタル・アナログ変換器 - Google Patents
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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、2進数のディジタル信号をアナログ信号に変換するディジタル・アナログ変換器(以下、D/A変換器、という)に関する。
【0002】
【従来の技術】
ディジタル・アナログ変換回路(以下、D/A変換回路、という)として、荷重抵抗回路による荷重電流加算型回路が従来より知られている。図2はそのような荷重抵抗回路による荷重電流加算型の8ビット構成のD/A変換器を示すものである。
【0003】
同図に示すように、このD/A変換器は、D/A変換される8ビットディジタル信号の各ビットb0〜b7に対応する荷重を持つ抵抗R0〜R7(20Rないし27R)が設けられる。この抵抗R0〜R7の一端を出力端子30に接続し、各他端を8ビットディジタル信号の各位ビットb0〜b7に対応して設けられた8個の切替スイッチS0〜S7の切替操作により、基準電圧Vrefが印加される第1入力端子10あるいはグランド電位GNDが印加される第2入力端子20のいずれかに接続される。
【0004】
そして、それぞれの切替スイッチS0〜S7がディジタル信号の対応するビットb0〜b7の状態(1,0)に応じて基準電圧Vrefが印加される第1入力端子10とグランド電位GNDが印加される第2入力端子20の間で切り替えられ、そのディジタル信号に応じた電圧値を有するアナログ信号が出力端子30から出力される。
【0005】
この荷重抵抗回路によるD/A変換器は、ディジタル信号の桁数に応じた抵抗器数のみで構成できるが、抵抗器はすべて異なる値となるから、桁数が多いと最上位ビットMSB(b7)と最下位ビットLSB(b0)との抵抗比が大(この例では128)となり、設計上精度の維持が問題となる。
【0006】
この大きな抵抗比による設計上の精度の問題を避けるために、抵抗器をすべて等しい値の抵抗器とし、各ビットの重みに応じた数の抵抗器を使用することが考えられる。この場合には、ディジタル信号の重み付けに応じて出力されるアナログ信号が一定方向(上昇方向或いは下降方向)に変化し、D/A変換器としての単調性に優れるという利点がある。
【0007】
しかしながら、この場合には、ディジタル信号の桁数に応じて使用する抵抗器の数及び切替スイッチの数が、n桁の場合に2n−1と著しく多く必要となり、多ビット構成のD/A変換器を構成するには、回路規模が大きくなってしまう。
【0008】
また、D/A変換回路として、R−2R方式のものが知られている。図3はそのようなR−2R方式を採用した8ビットのD/A変換器を示すものである。
【0009】
図3において、D/A変換される8ビットディジタル信号の各位のビットに対応して切替スイッチS0〜S7が設けられている。この各切替スイッチS0〜S7の構成及び接続は図2のD/A変換器におけると同様である。第2入力端子20と出力端子30との間には、2Rの抵抗値を有する1個の抵抗体とRの抵抗値を有する7個の抵抗体が直列に直列に接続されている。また、上記各抵抗体間の接続点と切替スイッチS0〜S7の共通端子間に2Rの抵抗値を有する8個の抵抗体が接続されている。
【0010】
そして、それぞれの切替スイッチS0〜S7がディジタル信号の対応するビットb0〜b7の状態(1または0)に応じて基準電圧Vrefが印加される第1入力端子10とグランド電位GNDが印加される第2入力端子20の間で切り替えられ、そのディジタル信号に応じた電圧値を有するアナログ信号が出力端子30より出力される。
【0011】
このR−2R方式のD/A変換器では、抵抗体や切替スイッチ等の素子数が少なくて済み、制御も簡単である。
【0012】
しかし、現実には各抵抗体の抵抗値にばらつきがあり、この抵抗値のばらつきΔR(bi)がアナログ出力信号に与える影響度は上位ビット側になるほど高く、ΔR(b7)≒2ΔR(b6)≒4ΔR(b5)≒8ΔR(b4)・・・のようになる。そして、一般的に抵抗体の値のばらつきは既定値として存在してしまうため、そのばらつきの程度および多ビット化の段数によって、上位ビットが0から1に変化する時点で、入力ディジタル信号に対する出力アナログ信号の単調性が失われてしまうことになる。
【0013】
これらの問題点を解決する改良手段として、下位ビット側をR−2R方式とし、上位ビット側を2Rの抵抗で重み付けしたD/A変換器が提案されている(特許第2837726号公報参照)。図4(a)は、そのような改良された8ビット構成のD/A変換器の例を示すものである。
【0014】
同図において、最下位ビットb0(LSB)からビットb5までは図3と同様なR−2R構成とされ、ビットb6及び最上位ビットb7(MSB)は2Rの抵抗で重み付けすると共に、R−2R構成の最終段であるビットb5と2Rの抵抗で重み付け構成の初段であるビットb6との間に抵抗Rが接続されて、D/A変換器が構成されている。
【0015】
この図4(a)のD/A変換器では、上位ビット側(b6,b7)を図2のような荷重抵抗回路で構成しているため、図3のR−2R方式のものに比して、抵抗ばらつき精度の影響は半減可能となり、言い換えれば約2倍までの抵抗ばらつきが許容されることになる。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の図4(a)のD/A変換器では、抵抗器として抵抗値Rの抵抗器と抵抗値2Rの抵抗器を使用しているため、すべて等しい抵抗器を使用する単位抵抗化を図る場合に、図4(b)に示すように抵抗値Rの単位抵抗器の使用個数が著しく増加してしまう。また、D/A変換器を半導体集積回路に組み込む場合に大きな面積を必要とする等の問題がある。
【0017】
そこで、本発明は、抵抗のばらつき精度を維持しつつ、単位抵抗化を図り、かつ使用する抵抗器の数を削減することを目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】
請求項1のD/A変換器は、ビット数がNl(但しNlは1以上の自然数)の下位ビットと、ビット数がNu(但しNuは1以上の自然数)の上位ビットからなる2進数のディジタル信号をアナログ信号に変換するディジタル・アナログ変換器であって、第1基準電位が印加される第1入力端子と、第2基準電位が印加される第2入力端子と、出力端子と、下位ビットのディジタルデータに基づいて駆動される第1ディジタル・アナログ変換回路と、上位ビットのディジタルデータに基づいて駆動される第2ディジタル・アナログ変換回路とを備え、前記第1ディジタル・アナログ変換回路は、第2入力端子と出力端子との間に直列に接続されたNl+1個のR用単位抵抗からなるR用単位抵抗群と、2個の単位抵抗が直列接続され、一端が前記直列に接続されたNl+1個のR用単位抵抗群と前記出力端子間及びR用単位抵抗間の接続点に前記出力端子側から梯子型に順次接続されたNl個の2R用抵抗体からなる2R用抵抗体群と、前記2R用抵抗体の他端に共通端子が、前記第1入力端子と前記第2入力端子とに切替端子がそれぞれ接続されたNl個の切替スイッチからなる第1切替スイッチ群とを有し、前記第2ディジタル・アナログ変換回路は、一端が前記出力端子に接続された2Nu−1個の重み付け用単位抵抗からなる重み付け用単位抵抗群と、前記重み付け用単位抵抗の他端に共通端子が、前記第1入力端子と前記第2入力端子とに切替端子がそれぞれ接続された2Nu−1個の切替スイッチからなる第2切替スイッチ群とを有することを特徴とする。
【0019】
請求項1のD/A変換器は、下位ビット側のR−2R方式の第1ディジタル・アナログ変換回路と共に用いられる、上位ビット側の加重抵抗回路方式の第2ディジタル・アナログ変換回路において、重み付け用の抵抗が、2Rとする必要はなく、回路的な工夫により単位抵抗Rで構成できることに着目し、すべての抵抗を単位抵抗Rとすると共に、その単位抵抗Rの使用個数を削減するものである。
【0020】
この本発明のD/A変換器によれば、高い抵抗比精度の抵抗を使用せずに、単調性を維持しつつ高い分解能を得られる。
【0021】
さらに、すべての抵抗器を値の等しい単位抵抗器とすることができ、しかもその単位抵抗器の必要な個数を削減することができる。したがって、半導体集積回路化を図る場合にも小さい面積で作り込むことができ、単位抵抗器のばらつきをより少なくすることができる。
【0022】
また、全体として同じ個数の単位抵抗を用いる場合には、より下位ビットから加重抵抗回路方式を適用することができるから、さらに精度を向上することができる。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について、図1を参照して説明する。
【0024】
図1は、本発明の実施例に係るD/A変換器の回路構成を示す図である。同図において、D/A変換器は、下位ビットNlとして6ビット(b0〜b5)をD/A変換する第1D/A変換回路40と、上位ビットNuとして2ビット(b6,b7)をD/A変換する第2D/A変換回路50とを備え、全体として8ビットの2進数ディジタル信号をD/A変換するものとして示されている。これら下位ビットNl及び上位ビットNuとしては、任意のビット数を取り得るものである。
【0025】
第1D/A変換回路40は、第2基準電位GNDが印加される第2入力端子20と出力電位Voutが取り出される出力端子30との間に抵抗値RのR用単位抵抗が7個(Nl+1個)直列に接続されたR用単位抵抗群41と、抵抗値Rの単位抵抗が2個直列に接続された2R抵抗体が6組(Nl組)設けられ、これら各2R抵抗体の一端が前記直列に接続されたR用単位抵抗群41と出力端子30間及びR用単位抵抗間の接続点に、出力端子30側から梯子型に順次接続された2R用抵抗体群42と、これら2R用抵抗体の他端に共通端子が接続され、第1基準電位Vrefが印加される第1入力端子10と第2入力端子20とに切替端子がそれぞれ接続された6個(Nl個)の切替スイッチS0〜S5からなる第1切替スイッチ群43とを有する。
【0026】
この第1D/A変換回路40は、下位6ビット(b0〜b6)に対して、R−2R方式のD/A変換回路を構成している。
【0027】
第2D/A変換回路50は、一端が出力端子30に接続された3個(2Nu−1)個の抵抗値Rの重み付け用単位抵抗からなる重み付け用単位抵抗群51と、これら重み付け用単位抵抗の他端に共通端子が接続され、第1入力端子10と第2入力端子20とに切替端子がそれぞれ接続された3個(2Nu−1)個の切替スイッチS6〜S7−2からなる第2切替スイッチ群とを有する。なお、これら切替スイッチS0〜S7−2は通常電子スイッチで構成される。
【0028】
この第2D/A変換回路50は、上位2ビット(b6,b7)に対して、荷重抵抗方式のD/A変換回路を構成している。この例では、ビットb6に対して切替スイッチS6が動作し、ビットb7に対して切替スイッチS7−1及びS7−2が動作するものとして図示している。しかし、各単位抵抗の重み付けは同一であるので、ビットb6に対して切替スイッチS6〜S7−2の内のいずれか1つが、ビットb7に対して切替スイッチS6〜S7−2の内のいずれか2つが、またビットb6,b7に対して切替スイッチS6〜S7−2の全部が、それぞれ動作するように構成することができる。但し、各単位抵抗の抵抗値のばらつきを考慮して単調性を高めるために、ビットb6で選択した切替スイッチは、ビットb7で選択するスイッチに含ませる。
【0029】
この本発明実施例のD/A変換器は、上位ビット側(b6,b7)の加重抵抗回路方式の第2ディジタル・アナログ変換回路50において、重み付け用の抵抗を、従来のように下位ビット側(b0〜b5)のR−2R方式の第1ディジタル・アナログ変換回路40におけると同様に、2Rとする必要はなく、第1D/A変換回路40と第2D/A変換回路50との間の抵抗をなくすという簡単な回路的工夫により、単位抵抗Rで構成できることに着目してなされたものである。
【0030】
このように構成された本発明実施例のD/A変換器は、第4図の従来のD/A変換器においては下位ビット側D/A変換回路(本実施例の第1D/A変換回路40に対応)と上位ビット側D/A変換回路(本実施例の第2D/A変換回路50に対応)との間に設けられていた抵抗値Rの抵抗器を削除すると共に、これにより荷重抵抗方式の第2D/A変換回路50の荷重抵抗の単位を従来の2RからRとしている。
【0031】
こうしてディジタル信号b1〜b7のビットの状態に応じて、各切替スイッチS0〜S7−2をそれぞれ切り替えることにより、出力端子30から変換されたアナログ信号が出力されるD/A変換器が構成される。なお、入力ディジタル信号に対するアナログ信号電圧Voutは、2RをRに置き換えるだけで従来例と同様に算出されるから、その計算式などは省略する。
【0032】
本発明実施例のD/A変換器は、下位ビットb0〜b5のディジタルデータに基づいて駆動される第1D/A変換回路40がR−2R方式に構成され、上位ビットb6,b7のディジタルデータに基づいて駆動される第2D/A変換回路50が荷重単位Rの荷重抵抗方式に構成されているから、第4図の従来のD/A変換器と同様に、高い抵抗比精度の抵抗を使用せずに、単調性を維持しつつ高い分解能を得ることができる。
【0033】
そして、本発明実施例のD/A変換器は、使用する抵抗器としてすべて抵抗値の等しい抵抗器を使用する単位抵抗化を行っているにもかかわらず、第2D/A変換回路50の荷重抵抗の単位を従来の2RからRとすることができているから、図4(b)に示す従来方式による場合に比して、抵抗値Rの単位抵抗の使用個数が著しく少なくなっている。
【0034】
この単位抵抗の使用個数を、本発明実施例と図4(b)に示す従来方式とについて上位ビット側についてみると、従来方式では6個の単位抵抗を必要としているのに対して、本発明実施例では3個の単位抵抗の使用で済んでいる。この例では総ビット数が8ビット中の上位2ビット(b6,b7)が荷重抵抗方式のD/A変換回路であるが、総ビット数が増加し、例えば総ビット数が12ビットの上位6ビット(b6〜b11)が荷重抵抗方式のD/A変換回路となった場合には、本発明では63個の単位抵抗の使用で済むのに対して、従来方式では126個の単位抵抗を必要とすることになる。
【0035】
このように荷重抵抗方式で構成する上位ビット数が多くなるほど、本発明における単位抵抗の使用数は、従来方式に比較して大幅に減少できる。
【0036】
なお、本発明のD/A変換器は、D/A変換部を内蔵することで実現されるアナログ入力レベルに応じたディジタル出力コードを発生するアナログ・ディジタル変換装置に広く用いることができる。
【0037】
【発明の効果】
本発明のD/A変換器によれば、高い抵抗比精度の抵抗を使用せずに、単調性を維持しつつ高い分解能を得られる。
【0038】
さらに、すべての抵抗器を値の等しい単位抵抗器とすることができ、しかもその単位抵抗器の必要な個数を削減することができる。したがって、半導体集積回路化を図る場合にも小さい面積で作り込むことができ、単位抵抗器のばらつきをより少なくすることができる。
【0039】
また、全体として同じ個数の単位抵抗を用いる場合には、より下位ビットから加重抵抗回路方式を適用することができるから、さらに精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係るD/A変換器の回路構成図。
【図2】加重抵抗回路方式のD/A変換器の回路構成図。
【図3】R−2R方式のD/A変換器の回路構成図。
【図4】従来のD/A変換器の回路構成図。
【符号の説明】
10 第1入力端子
20 第2入力端子
30 出力端子
40 第1D/A変換回路
41 R用単位抵抗群
42 2R用抵抗体群
43 第1切替スイッチ群
50 第2D/A変換回路
51 重み付け用単位抵抗群
52 第2切替スイッチ群
R 単位抵抗
S0〜S7−2 切替スイッチ
【発明の属する技術分野】
本発明は、2進数のディジタル信号をアナログ信号に変換するディジタル・アナログ変換器(以下、D/A変換器、という)に関する。
【0002】
【従来の技術】
ディジタル・アナログ変換回路(以下、D/A変換回路、という)として、荷重抵抗回路による荷重電流加算型回路が従来より知られている。図2はそのような荷重抵抗回路による荷重電流加算型の8ビット構成のD/A変換器を示すものである。
【0003】
同図に示すように、このD/A変換器は、D/A変換される8ビットディジタル信号の各ビットb0〜b7に対応する荷重を持つ抵抗R0〜R7(20Rないし27R)が設けられる。この抵抗R0〜R7の一端を出力端子30に接続し、各他端を8ビットディジタル信号の各位ビットb0〜b7に対応して設けられた8個の切替スイッチS0〜S7の切替操作により、基準電圧Vrefが印加される第1入力端子10あるいはグランド電位GNDが印加される第2入力端子20のいずれかに接続される。
【0004】
そして、それぞれの切替スイッチS0〜S7がディジタル信号の対応するビットb0〜b7の状態(1,0)に応じて基準電圧Vrefが印加される第1入力端子10とグランド電位GNDが印加される第2入力端子20の間で切り替えられ、そのディジタル信号に応じた電圧値を有するアナログ信号が出力端子30から出力される。
【0005】
この荷重抵抗回路によるD/A変換器は、ディジタル信号の桁数に応じた抵抗器数のみで構成できるが、抵抗器はすべて異なる値となるから、桁数が多いと最上位ビットMSB(b7)と最下位ビットLSB(b0)との抵抗比が大(この例では128)となり、設計上精度の維持が問題となる。
【0006】
この大きな抵抗比による設計上の精度の問題を避けるために、抵抗器をすべて等しい値の抵抗器とし、各ビットの重みに応じた数の抵抗器を使用することが考えられる。この場合には、ディジタル信号の重み付けに応じて出力されるアナログ信号が一定方向(上昇方向或いは下降方向)に変化し、D/A変換器としての単調性に優れるという利点がある。
【0007】
しかしながら、この場合には、ディジタル信号の桁数に応じて使用する抵抗器の数及び切替スイッチの数が、n桁の場合に2n−1と著しく多く必要となり、多ビット構成のD/A変換器を構成するには、回路規模が大きくなってしまう。
【0008】
また、D/A変換回路として、R−2R方式のものが知られている。図3はそのようなR−2R方式を採用した8ビットのD/A変換器を示すものである。
【0009】
図3において、D/A変換される8ビットディジタル信号の各位のビットに対応して切替スイッチS0〜S7が設けられている。この各切替スイッチS0〜S7の構成及び接続は図2のD/A変換器におけると同様である。第2入力端子20と出力端子30との間には、2Rの抵抗値を有する1個の抵抗体とRの抵抗値を有する7個の抵抗体が直列に直列に接続されている。また、上記各抵抗体間の接続点と切替スイッチS0〜S7の共通端子間に2Rの抵抗値を有する8個の抵抗体が接続されている。
【0010】
そして、それぞれの切替スイッチS0〜S7がディジタル信号の対応するビットb0〜b7の状態(1または0)に応じて基準電圧Vrefが印加される第1入力端子10とグランド電位GNDが印加される第2入力端子20の間で切り替えられ、そのディジタル信号に応じた電圧値を有するアナログ信号が出力端子30より出力される。
【0011】
このR−2R方式のD/A変換器では、抵抗体や切替スイッチ等の素子数が少なくて済み、制御も簡単である。
【0012】
しかし、現実には各抵抗体の抵抗値にばらつきがあり、この抵抗値のばらつきΔR(bi)がアナログ出力信号に与える影響度は上位ビット側になるほど高く、ΔR(b7)≒2ΔR(b6)≒4ΔR(b5)≒8ΔR(b4)・・・のようになる。そして、一般的に抵抗体の値のばらつきは既定値として存在してしまうため、そのばらつきの程度および多ビット化の段数によって、上位ビットが0から1に変化する時点で、入力ディジタル信号に対する出力アナログ信号の単調性が失われてしまうことになる。
【0013】
これらの問題点を解決する改良手段として、下位ビット側をR−2R方式とし、上位ビット側を2Rの抵抗で重み付けしたD/A変換器が提案されている(特許第2837726号公報参照)。図4(a)は、そのような改良された8ビット構成のD/A変換器の例を示すものである。
【0014】
同図において、最下位ビットb0(LSB)からビットb5までは図3と同様なR−2R構成とされ、ビットb6及び最上位ビットb7(MSB)は2Rの抵抗で重み付けすると共に、R−2R構成の最終段であるビットb5と2Rの抵抗で重み付け構成の初段であるビットb6との間に抵抗Rが接続されて、D/A変換器が構成されている。
【0015】
この図4(a)のD/A変換器では、上位ビット側(b6,b7)を図2のような荷重抵抗回路で構成しているため、図3のR−2R方式のものに比して、抵抗ばらつき精度の影響は半減可能となり、言い換えれば約2倍までの抵抗ばらつきが許容されることになる。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の図4(a)のD/A変換器では、抵抗器として抵抗値Rの抵抗器と抵抗値2Rの抵抗器を使用しているため、すべて等しい抵抗器を使用する単位抵抗化を図る場合に、図4(b)に示すように抵抗値Rの単位抵抗器の使用個数が著しく増加してしまう。また、D/A変換器を半導体集積回路に組み込む場合に大きな面積を必要とする等の問題がある。
【0017】
そこで、本発明は、抵抗のばらつき精度を維持しつつ、単位抵抗化を図り、かつ使用する抵抗器の数を削減することを目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】
請求項1のD/A変換器は、ビット数がNl(但しNlは1以上の自然数)の下位ビットと、ビット数がNu(但しNuは1以上の自然数)の上位ビットからなる2進数のディジタル信号をアナログ信号に変換するディジタル・アナログ変換器であって、第1基準電位が印加される第1入力端子と、第2基準電位が印加される第2入力端子と、出力端子と、下位ビットのディジタルデータに基づいて駆動される第1ディジタル・アナログ変換回路と、上位ビットのディジタルデータに基づいて駆動される第2ディジタル・アナログ変換回路とを備え、前記第1ディジタル・アナログ変換回路は、第2入力端子と出力端子との間に直列に接続されたNl+1個のR用単位抵抗からなるR用単位抵抗群と、2個の単位抵抗が直列接続され、一端が前記直列に接続されたNl+1個のR用単位抵抗群と前記出力端子間及びR用単位抵抗間の接続点に前記出力端子側から梯子型に順次接続されたNl個の2R用抵抗体からなる2R用抵抗体群と、前記2R用抵抗体の他端に共通端子が、前記第1入力端子と前記第2入力端子とに切替端子がそれぞれ接続されたNl個の切替スイッチからなる第1切替スイッチ群とを有し、前記第2ディジタル・アナログ変換回路は、一端が前記出力端子に接続された2Nu−1個の重み付け用単位抵抗からなる重み付け用単位抵抗群と、前記重み付け用単位抵抗の他端に共通端子が、前記第1入力端子と前記第2入力端子とに切替端子がそれぞれ接続された2Nu−1個の切替スイッチからなる第2切替スイッチ群とを有することを特徴とする。
【0019】
請求項1のD/A変換器は、下位ビット側のR−2R方式の第1ディジタル・アナログ変換回路と共に用いられる、上位ビット側の加重抵抗回路方式の第2ディジタル・アナログ変換回路において、重み付け用の抵抗が、2Rとする必要はなく、回路的な工夫により単位抵抗Rで構成できることに着目し、すべての抵抗を単位抵抗Rとすると共に、その単位抵抗Rの使用個数を削減するものである。
【0020】
この本発明のD/A変換器によれば、高い抵抗比精度の抵抗を使用せずに、単調性を維持しつつ高い分解能を得られる。
【0021】
さらに、すべての抵抗器を値の等しい単位抵抗器とすることができ、しかもその単位抵抗器の必要な個数を削減することができる。したがって、半導体集積回路化を図る場合にも小さい面積で作り込むことができ、単位抵抗器のばらつきをより少なくすることができる。
【0022】
また、全体として同じ個数の単位抵抗を用いる場合には、より下位ビットから加重抵抗回路方式を適用することができるから、さらに精度を向上することができる。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について、図1を参照して説明する。
【0024】
図1は、本発明の実施例に係るD/A変換器の回路構成を示す図である。同図において、D/A変換器は、下位ビットNlとして6ビット(b0〜b5)をD/A変換する第1D/A変換回路40と、上位ビットNuとして2ビット(b6,b7)をD/A変換する第2D/A変換回路50とを備え、全体として8ビットの2進数ディジタル信号をD/A変換するものとして示されている。これら下位ビットNl及び上位ビットNuとしては、任意のビット数を取り得るものである。
【0025】
第1D/A変換回路40は、第2基準電位GNDが印加される第2入力端子20と出力電位Voutが取り出される出力端子30との間に抵抗値RのR用単位抵抗が7個(Nl+1個)直列に接続されたR用単位抵抗群41と、抵抗値Rの単位抵抗が2個直列に接続された2R抵抗体が6組(Nl組)設けられ、これら各2R抵抗体の一端が前記直列に接続されたR用単位抵抗群41と出力端子30間及びR用単位抵抗間の接続点に、出力端子30側から梯子型に順次接続された2R用抵抗体群42と、これら2R用抵抗体の他端に共通端子が接続され、第1基準電位Vrefが印加される第1入力端子10と第2入力端子20とに切替端子がそれぞれ接続された6個(Nl個)の切替スイッチS0〜S5からなる第1切替スイッチ群43とを有する。
【0026】
この第1D/A変換回路40は、下位6ビット(b0〜b6)に対して、R−2R方式のD/A変換回路を構成している。
【0027】
第2D/A変換回路50は、一端が出力端子30に接続された3個(2Nu−1)個の抵抗値Rの重み付け用単位抵抗からなる重み付け用単位抵抗群51と、これら重み付け用単位抵抗の他端に共通端子が接続され、第1入力端子10と第2入力端子20とに切替端子がそれぞれ接続された3個(2Nu−1)個の切替スイッチS6〜S7−2からなる第2切替スイッチ群とを有する。なお、これら切替スイッチS0〜S7−2は通常電子スイッチで構成される。
【0028】
この第2D/A変換回路50は、上位2ビット(b6,b7)に対して、荷重抵抗方式のD/A変換回路を構成している。この例では、ビットb6に対して切替スイッチS6が動作し、ビットb7に対して切替スイッチS7−1及びS7−2が動作するものとして図示している。しかし、各単位抵抗の重み付けは同一であるので、ビットb6に対して切替スイッチS6〜S7−2の内のいずれか1つが、ビットb7に対して切替スイッチS6〜S7−2の内のいずれか2つが、またビットb6,b7に対して切替スイッチS6〜S7−2の全部が、それぞれ動作するように構成することができる。但し、各単位抵抗の抵抗値のばらつきを考慮して単調性を高めるために、ビットb6で選択した切替スイッチは、ビットb7で選択するスイッチに含ませる。
【0029】
この本発明実施例のD/A変換器は、上位ビット側(b6,b7)の加重抵抗回路方式の第2ディジタル・アナログ変換回路50において、重み付け用の抵抗を、従来のように下位ビット側(b0〜b5)のR−2R方式の第1ディジタル・アナログ変換回路40におけると同様に、2Rとする必要はなく、第1D/A変換回路40と第2D/A変換回路50との間の抵抗をなくすという簡単な回路的工夫により、単位抵抗Rで構成できることに着目してなされたものである。
【0030】
このように構成された本発明実施例のD/A変換器は、第4図の従来のD/A変換器においては下位ビット側D/A変換回路(本実施例の第1D/A変換回路40に対応)と上位ビット側D/A変換回路(本実施例の第2D/A変換回路50に対応)との間に設けられていた抵抗値Rの抵抗器を削除すると共に、これにより荷重抵抗方式の第2D/A変換回路50の荷重抵抗の単位を従来の2RからRとしている。
【0031】
こうしてディジタル信号b1〜b7のビットの状態に応じて、各切替スイッチS0〜S7−2をそれぞれ切り替えることにより、出力端子30から変換されたアナログ信号が出力されるD/A変換器が構成される。なお、入力ディジタル信号に対するアナログ信号電圧Voutは、2RをRに置き換えるだけで従来例と同様に算出されるから、その計算式などは省略する。
【0032】
本発明実施例のD/A変換器は、下位ビットb0〜b5のディジタルデータに基づいて駆動される第1D/A変換回路40がR−2R方式に構成され、上位ビットb6,b7のディジタルデータに基づいて駆動される第2D/A変換回路50が荷重単位Rの荷重抵抗方式に構成されているから、第4図の従来のD/A変換器と同様に、高い抵抗比精度の抵抗を使用せずに、単調性を維持しつつ高い分解能を得ることができる。
【0033】
そして、本発明実施例のD/A変換器は、使用する抵抗器としてすべて抵抗値の等しい抵抗器を使用する単位抵抗化を行っているにもかかわらず、第2D/A変換回路50の荷重抵抗の単位を従来の2RからRとすることができているから、図4(b)に示す従来方式による場合に比して、抵抗値Rの単位抵抗の使用個数が著しく少なくなっている。
【0034】
この単位抵抗の使用個数を、本発明実施例と図4(b)に示す従来方式とについて上位ビット側についてみると、従来方式では6個の単位抵抗を必要としているのに対して、本発明実施例では3個の単位抵抗の使用で済んでいる。この例では総ビット数が8ビット中の上位2ビット(b6,b7)が荷重抵抗方式のD/A変換回路であるが、総ビット数が増加し、例えば総ビット数が12ビットの上位6ビット(b6〜b11)が荷重抵抗方式のD/A変換回路となった場合には、本発明では63個の単位抵抗の使用で済むのに対して、従来方式では126個の単位抵抗を必要とすることになる。
【0035】
このように荷重抵抗方式で構成する上位ビット数が多くなるほど、本発明における単位抵抗の使用数は、従来方式に比較して大幅に減少できる。
【0036】
なお、本発明のD/A変換器は、D/A変換部を内蔵することで実現されるアナログ入力レベルに応じたディジタル出力コードを発生するアナログ・ディジタル変換装置に広く用いることができる。
【0037】
【発明の効果】
本発明のD/A変換器によれば、高い抵抗比精度の抵抗を使用せずに、単調性を維持しつつ高い分解能を得られる。
【0038】
さらに、すべての抵抗器を値の等しい単位抵抗器とすることができ、しかもその単位抵抗器の必要な個数を削減することができる。したがって、半導体集積回路化を図る場合にも小さい面積で作り込むことができ、単位抵抗器のばらつきをより少なくすることができる。
【0039】
また、全体として同じ個数の単位抵抗を用いる場合には、より下位ビットから加重抵抗回路方式を適用することができるから、さらに精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係るD/A変換器の回路構成図。
【図2】加重抵抗回路方式のD/A変換器の回路構成図。
【図3】R−2R方式のD/A変換器の回路構成図。
【図4】従来のD/A変換器の回路構成図。
【符号の説明】
10 第1入力端子
20 第2入力端子
30 出力端子
40 第1D/A変換回路
41 R用単位抵抗群
42 2R用抵抗体群
43 第1切替スイッチ群
50 第2D/A変換回路
51 重み付け用単位抵抗群
52 第2切替スイッチ群
R 単位抵抗
S0〜S7−2 切替スイッチ
Claims (1)
- ビット数がNl(但しNlは1以上の自然数)の下位ビットと、ビット数がNu(但しNuは1以上の自然数)の上位ビットからなる2進数のディジタル信号をアナログ信号に変換するディジタル・アナログ変換器であって、
第1基準電位が印加される第1入力端子と、第2基準電位が印加される第2入力端子と、出力端子と、下位ビットのディジタルデータに基づいて駆動される第1ディジタル・アナログ変換回路と、上位ビットのディジタルデータに基づいて駆動される第2ディジタル・アナログ変換回路とを備え、
前記第1ディジタル・アナログ変換回路は、第2入力端子と出力端子との間に直列に接続されたNl+1個のR用単位抵抗からなるR用単位抵抗群と、2個の単位抵抗が直列接続され、一端が前記直列に接続されたNl+1個のR用単位抵抗群と前記出力端子間及びR用単位抵抗間の接続点に前記出力端子側から梯子型に順次接続されたNl個の2R用抵抗体からなる2R用抵抗体群と、前記2R用抵抗体の他端に共通端子が、前記第1入力端子と前記第2入力端子とに切替端子がそれぞれ接続されたNl個の切替スイッチからなる第1切替スイッチ群とを有し、
前記第2ディジタル・アナログ変換回路は、一端が前記出力端子に接続された2Nu−1個の重み付け用単位抵抗からなる重み付け用単位抵抗群と、前記重み付け用単位抵抗の他端に共通端子が、前記第1入力端子と前記第2入力端子とに切替端子がそれぞれ接続された2Nu−1個の切替スイッチからなる第2切替スイッチ群とを有する、
ことを特徴とするディジタル・アナログ変換器。
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