JPH01173921A - Ｄ／ａ変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、電流加算型のデジタル−アナログ変換器の
改良に関するものである。

〔発明の概要〕

本発明の電流加算型のＤ／Ａ変換器は、デジタル信りを
電流値に変換するデジタル入力部の出力を差動アンプの
正相入力端子、及び逆相入力端子に加えて、出力される
アナログ信号が基牛値に対して正、または負の値をとる
ようにする際に、第１及び第２のスイッチング手段によ
って差動アンプの電流−電圧変換利得が同一の抵抗によ
って設定されるようにしているため、ＩＣ回路等で構成
する場合でも高い精度でアナログ信号を出力することが
できる。

〔従来の技術〕

第６図（ａ）は電流加算型のＤ／Ａ変換器の従来例を示
す基本的な回路図を示したもので、ＩＩ。

Ｉ　２．Ｉ　３．・・・・・・Ｉｏはその電流値が２ｎ
　（ｎ＝０．１，２．３・・・・・・）で重みづけされ
ている電流源、ＳＯはこの電流源Ｉｌ＋Ｉ？、Ｉ３＋・
・・・・・Ｉｎをｎビットのデジタル信号Ｄａによって
切り換えるデジタルスイッチ１、Ａは差動アンプ、ＲＯ
は帰還抵抗を示す。

このＤ／Ａ変換器はよく知られているようにｎビットの
２進コードからなるデジタル信号Ｄａによってデジタル
スイッチＳＤが制御されると、２進コードの大きさに比
例した電Ｉｉ、Ｉが帰還抵抗Ｒｏに流れ、出力電圧ＶＯ
は第６図（ｂ）に示すようにＶＯ＝ＩＲＱで示すように
アナログ信号として出力される。

ところで、このＤ／Ａ変換器の出力は正の値でのみ変化
しているため、例えばデジタル信号が負の値を示すコー
ド信号の場合、例えばＭＳＢがＯのときはアナログ信号
が負の値となるようにすることが好ましい。

第７図（ａ）はコード信号が負の値を示すときには、成
る基準値をθレベルとして負方向のアナログ信号が得ら
れるようにしたＤ／Ａ変換器を示す。

このＤ／Ａ変換器の構成は前記第６図（ａ）と同様に複
数の重みづけされている電流源ＩＩ、Ｉ２゜Ｉ３．・・
・・・・Ｉｎ　と、デジタルスイッチＳＤからなるデジ
タル入力部ＤＩＣと差動アンプＡを備え、この差動アン
プの正相入力端子には抵抗Ｒ１を介して基準電圧■ｒを
接続している。

また、差動アンプＡの逆相入力端子には抵抗Ｒ２によっ
て負帰還が加えられるようにしている。

Ｓは例えばデジタル信号Ｄａの正、または負を示す識別
ビットによって切り換えられるスイッチング回路を示し
ている。

このＤ／Ａ変換器において、スイッチング回路Ｓがａ接
点側に接続されているときは、前記第６図（ａ）の場合
と同様に、デジタル入力部ＤＩＣによって重みづけされ
た電流工が抵抗Ｒ２を流れ、正相入力端子に接続されて
いる基準電圧■ｒより正側に変化するアナログ出力信号
ＶＯ＝Ｖｒ＋ＩＲ２が出力される。

また、スイッチ回路Ｓがｂ接点に接続されているときは
、同じデジタル信号の入力に対してアナログ出力電圧は
Ｖｏ　＝ｖｒ　−ＩＲＩ　　となり、基準電圧■ｒより
負となるアナログ出力電圧Ｖｏが得られる。

したがって、今、Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒとなるように設定する
と、第７図（ｂ）の実線で示すように基準電圧Ｖ「をＯ
レベルとしてデジタル信号Ｄａの正・負に対応して正、
及び負方向に変化するアナログ出力電圧ＶＯが得られる
。

また、この回路によると、ｎビットのデジタル信号に１
ビツトの極性ビットを付加したことになり、変換ビット
数はｎ＋１ビットのＤ／Ａ変換器として動作することに
なる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上述したような動作で得られるアナログ
出力電圧ＶＯは、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の抵抗値に誤差が
あると、第７図（ｂ）の−点鎖線及び点線で示すように
基準電圧ｖｒを境界にして、正及び負側で電流−電圧変
換レートが変化することになり、好ましくない。

特に、このような回路をＩＣ回路で構成すると抵抗Ｒ１
／Ｒ２の相対誤差は１．５％以下に設定することはきわ
めて困難であり、例えば、デジタル信号が８ビツトのコ
ードからなるときは、そのしＳＨの値はｌ／２５６であ
るから、基準電圧Ｖｒを境として正、及び負の値に変換
されたアナログ出力電圧ＶＯはデジタル信号の下位のほ
ぼ２ビツト分の誤差が生じることになり、Ｄ／Ａ変換器
として使用することが殆ど不可部になるという問題があ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、かかる問題点にかんがみてなされたもので、
デジタル入力部から出力される変換″＋！を渣をアナロ
グ出力電圧に変換する際に、この電流を差動アンプの正
相入力端子、または逆相入力端子に切り換えて入力する
と共に、この切り換えと同時に差動アンプの出力と、基
準電圧をそれぞれ前記アナログ変換電流が供給されてい
る入力端子と異なる他方の入力端子に供給するようなス
イッチング手段を設けるようにしたものである。

〔作用〕

本発明のＤ／Ａ変換器は、差動アンプの入力端子の切り
換えによって正、または負方向に変化するアナログ出力
電圧を得るようにすると同時に、差動アンプに供給する
基準電圧の入力端子も変更するようになされているから
、電流−電圧変換利得が同一の抵抗値によって設定する
ことができるようになり、アナログ出力電圧の値が正及
び負方向で誤差を生じることがないようにすることがで
きる。

〔実施例〕

第１図は本発明のＤ／Ａ変換器の一実施例を示したもの
で、ＤＩＣはデジタル信号Ｄａが入力されたとき、その
コード信号によって制御されるデジタルスイッチＳａ　
と、２進コードの重みに対応する複数の電流源１１．Ｉ
２．Ｉ３．・・・・・・Ｉｎからなるデジタル人力部、
Ａ１はデジタル入力部ＤＩＣから出力される重みづけさ
れた変換電流を基準電圧Ｖｒ　をＯレベルとして正、ま
たは負に折り返してアナログ出力電圧する第１の差動ア
ンプ、Ａ２はユニティゲインとなるように設定されてい
る第２の差動アンプ（バッファアンプ）である。

３１、及びＳ２は互いに連動されその接片がａ。

またはｂ接点に反転する第１及び第２のスイッチング手
段を示し、このスイッチング手段は、例えばデジタル信
号の極性を示す符号ビットによって反転するか、または
外部からの制御信号によってアナログ出力電圧Ｖｏを基
準レベルに対して反転する際に駆動される。

なお、抵抗Ｒ１は電流−電圧変換利得を設定する帰一抵
抗を示し、Ｒ２，Ｒ３は差動アンプのオフセット調整用
に使用され、本質的には短絡しておいてもよいものであ
る。

本発明のＤ／Ａ変換器の実施例は上述したように構成さ
れているから、以下に示すように、スイッチング手段Ｓ
ｔ、Ｓ２が切換わり、アナログ出力電圧ＶＯが正及び負
に反転したとしても、電流−電圧変換利得を常に一定に
することができる。

まず、第１図の回路でスイッチング手段Ｓｌ。

Ｓ２が接点ａを選択しているときはデジタル入力部ＤＩ
Ｃから引き出される電流をＩとすると、その等価回路は
ｇＳ２図（ａ）のように示される。

この場合はオペアンプＡＩ　の正相入力端子に第２の差
動アンプＡ２及び抵抗Ｒ１を介して基準電圧■、が供給
されており、デジタル入力部ＤＩＣからの電流出力が電
流源工によって引き出されている。

第１図の差動アンプＡＩは抵抗Ｒ２によって利得が１と
されているから、アナログ出力電圧ＶＯは、 Ｖｏ　＝　ｖｒ　　Ｉ　Ｒ＋　　　・・・・・（１）と
なる。

したがって、アナログ出力電圧ＶｏはＶ「を基準レベル
として負方向に変化することになる。

また、アナログスイッチング手段ｓｌ、ｓ２がｂ接点に
反転したときは、第２図（ｂ）に示すような等価回路が
構成され、デジタル入力部ＤＩＣで変換された電流Ｉは
第１の差動アンプＡＩの逆相入力端子に接続される。

そして、抵抗Ｒ１がこの第１の差動アンプＡＩの帰還抵
抗となり、第１の差動アンプＡＩの正相入力端子には抵
抗Ｒ３を介して基準電圧Ｖｒが印加されることになる。

したがって、この回路のアナログ出力電圧ＶＯは、 ｖｏ；■、＋ＩＲ１・・・・・・（２）となり、アナロ
グ出力電圧ＶｏはＶｒを基準レベルとして正方向に変化
することになる。

上記第（１）式、及び第（２）式から明らかなようにア
ナログ出力電圧ＶＯは基／Ｉ’ｉｆｆ、圧Ｖ、を基準レ
ベルとして＋ＩφＲ＋　　、または−ＩｅＲ＋だけ偏位
することになるが、この変換利得は双方とも抵抗Ｒ１に
よって設定されることになるから、第１及び第２のスイ
ッチング手段ｓｌ、ｓ２が反転したときのアナログ出力
電圧ＶＯは、第３図に示すように基準レベルの（＋）側
及び（−）側で同一の変換利得を与えることができる。

したがって、デジタル信号を電流加算型でアナログ信号
に変換する本発明のＤ／Ａ変換器では、アナログ信号を
基準レベルを境として正、及び負方向に振り分けること
がきわめて正確な精度で行うことができる。

また、デジタル信号のＭＳＢビットに正または負の情報
を付加すると、ｎビットのデジタルアナログ変換器でｎ
＋１ビットのデジタルアナログ変換を行うことができる
。

なお、第２の差動アンプはゲインが１（７）バッファア
ンプとして使用するものであって、基本的には省略する
ことも可能である。

第４図は上記第１図に示したＤ／Ａ変換器の他の実施例
を示す回路図で、その詳細な回路は第５図に示されてい
る。

この実施例の場合は、Ａｌｌ　、　Ａ１２は図示しない
スイッチング手段によっていずれか一方のみが能動化さ
れる第１の差動アンプを構成するものであり、同様にＡ
２１　、　Ａ２２はスイッチング手段によっていずれか
一方のみが動作するようにされている第２の差動アンプ
である。

したがって、例えば１作動電源を切り換えて、第１の差
動アンプＡｌｌと第２の差動アンプＡ２＋のみが動作し
ている状態にすると、前記した第２図（ａ）の等価回路
となり、第１の差動アンプＡＩ２と、第２の差動アンプ
Ａ２’が動作するときは第２図（ｂ）に示した等価回路
になり、前述したように、アナログ出力電圧は基牛電圧
Ｖｒのレベルを境として正または負方向に変化すること
になる。

第４図の具体的な回路例として示す第５図の回路による
と、トランジスタ対１１．１２は第１の差動アンプＡｌ
ｌ　、　Ａｌ１を構成しており、トランジスタ対２１．
２２は第２の差動アンプＡ２１　、　Ａ２２を構成して
いる。

また、トランジスタ対１３は第１の差動アンプＡ１１．
Ａ１２のいずれかに電流源１１を接続するための第１の
スイッチング手段Ｓ＋　を構成しており、トランジスタ
対２３は第２の差動アンプＡ２１　、　Ａ２２のいずれ
か一方に対して電流源Ｉ２を接続するために第２のスイ
ッチング手段Ｓ２を構成している。

なお、１４は第１の差動アンプの能動負荷、２４は第２
の差動アンプの能動負荷を示す電流ミラー回路であり、
１５及び２５は出力用のトランジスタを示す。

したがって、このトランジスタＩＣ回路では端子ａに正
の制御信号が供給されると、第２図（ａ）の等価回路が
実現でき、端子（ｂ）に正の制御信号が供給されると第
２図（ｂ）の等価回路が実現できる。

なお、本発明のＤ／Ａ変換器におけるスイッチング手段
は上記実施例に限ることなく、第２図（ａ）または（ｂ
）の回路が実現できるものであれば、他のスイッチング
形式のものも採用できるものである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明のＤ／Ａ変換器は、デジタ
ル信号によって重みづけされた変換電流をアナログ出力
電圧に変換する際に、成る基準レベルを中心として、正
、及び負方向に切り換えて出力する際に、双方の変換利
得が一本の抵抗値によって設定されるようにしているか
ら、特に、ＩＣ回路によってＤ／Ａ変換器を形成する際
に、きわめて高い精度のＤ／Ａ変換器とすることができ
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２図（ａ）
、（ｂ）はスイッチを切り換えたときの第１図の等価回
路図、第３図は本発明の電流−電圧変換特性図、第４図
は本発明の他の実施例を示す回路図、第５図は第４図の
具体的な回路をＩＣ化したときの回路図、第６図（ａ）
、第７図（ａ）は従来の電流加算型のＤ／Ａ変換器、第
６図（ｂ）。 第７図（ｂ）はそれぞれ第６図（ａ）及び第７図（ａ）
の電流−電圧変換特性図である。 図中、Ａ１は第１の差動アンプ、Ａ２は第２の差動アン
プ、Ｓｌ、５２は第１及び第２のスイッチングＦ段、Ｒ
１は帰還用の抵抗、ＤＩＣはデジタル入力部、Ｖｒは基
憎電圧、ＶＯはアナログ出力電圧を示す。 Ｒ１−大 第３図 剛 本発明の他の実施例のブロック図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. デジタル入力部の電流出力を差動アンプの正相入力端子
   に接続すると同時に、該差動アンプの出力を逆相入力端
   子に接続する第１の状態と、前記デジタル入力部の電流
   出力を前記差動アンプの逆相入力端子に接続すると同時
   にその正相入力端子に基準電圧を印加する第２の状態に
   切換える第１のスイッチ手段と、前記第１の状態で前記
   基準電圧を抵抗を介して前記デジタル入力部の出力に接
   続し、前記第２の状態で前記差動アンプの出力を前記抵
   抗を介して前記デジタル入力部の出力に接続する第２の
   スイッチ手段を備えていること特徴とするＤ／Ａ変換器
   。