JPH0531852B2 - - Google Patents

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JPH0531852B2
JPH0531852B2 JP58131707A JP13170783A JPH0531852B2 JP H0531852 B2 JPH0531852 B2 JP H0531852B2 JP 58131707 A JP58131707 A JP 58131707A JP 13170783 A JP13170783 A JP 13170783A JP H0531852 B2 JPH0531852 B2 JP H0531852B2
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JP
Japan
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capacitor
charge
control
bit
analog
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP58131707A
Other languages
Japanese (ja)
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JPS6029057A (en
Inventor
Sumio Imaoka
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Pioneer Corp
Original Assignee
Pioneer Electronic Corp
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Publication date
Application filed by Pioneer Electronic Corp filed Critical Pioneer Electronic Corp
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Publication of JPS6029057A publication Critical patent/JPS6029057A/en
Publication of JPH0531852B2 publication Critical patent/JPH0531852B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/66Digital/analogue converters
    • H03M1/72Sequential conversion in series-connected stages

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明はデイジタル・アナログ変換器(以下
D/Aコンバータと称す)に関し、特に電荷再配
分方式のD/Aコンバータに関する。 所定ビツト数の2進法のデイジタル信号をアナ
ログ信号とするためのD/Aコンバータの1つと
して、いわゆる電荷再配分方式のコンバータがあ
る。第1図はこの電荷再配分方式のD/Aコンバ
ータの一例の回路ブロツク図であり、一端が共に
所定基準電位点(例えばアース)に接続された等
容量の第1及び第2コンデンサC1及びC2が設け
られ、これらコンデンサの充放電等の制御がスイ
ツチ素子1〜3のオンオフ動作により行われるよ
うになつている。 具体的には、コンデンサC1への充電制御のた
めのスイツチ1が設けられており、またこのコン
デンサC1の充電電荷をコンデンサC2へ再分配制
御するためにスイツチ2が設けられている。そし
て、コンデンサC1の電荷を放電してリセツトす
るためにスイツチ3が設けられており、これら各
スイツチ1〜3が、デイジタル入力信号Aに応じ
て制御回路5から発生される制御信号B〜Dによ
り夫々オンオフ制御される。一連の所定ビツトの
デイジタル入力信号の最後における第2コンデン
サC2の充電電荷がサンプルホールド回路4にお
いてサンプルホールドされ、このホールド出力が
デイジタル入力信号に対応したアナログ信号とな
るのである。 第2,3図は第1図の回路におけるデイジタル
信号Aに対する制御信号B〜Dのタイミングを示
す図である。第2図はデイジタル入力信号Aの所
定ビツトが“1”の場合のものであり、第3図は
“0”の場合のものである。 第2図を参照するに、入力信号のビツト符号が
図Aの如く“1”の場合には、先ず制御信号Bが
所定期間例えば高レベルとなつてスイツチ1をオ
ンとする。この間コンデンサC1は、 Q1=C1・V ……(1) なる電荷を有するように充電される。尚、Vは充
電電圧である。しかる後に、制御信号Cが所定期
間高レベルとなりスイツチ2をオンとする。この
時、既にQ′2なる電荷がコンデンサC2に充電され
ているとすれば、スイツチ2のオンによる再分配
によりコンデンサC2の新電荷Q2は、 Q2={C2/(C1+C2)}・(Q′2+C1V)……(2) となる。しかる後に制御信号Dが高レベルとなつ
てスイツチ3がオンとなり、コンデンサC1は放
電されてリセツトされる。 次に、第3図を参照するに、入力信号のビツト
符号が図Aの如く“0”の場合には、制御信号B
は低レベルを維持するから、スイツチ1はオフの
ままでありコンデンサC1への充電は行われない。
次に制御信号Cが所定期間高レベルとなりスイツ
チ2をオンとして電荷の再配分が行われる。この
時のコンデンサC2の電荷は、 Q2={C2/(C1+C2)}・Q′2 ……(3) となる。しかる後に、制御信号Dが高レベルとな
つてスイツチ3がオンとなり、コンデンサC1
放電されてリセツトされる。 いま、入力デイジタル信号Aがkビツトの信号
(kは自然数)の場合は、各ビツトの内容(1又
は0を指称する)に対応して、各ビツト毎に第2
図又は第3図を用いて説明した手順をもつて制御
回路5から各制御信号B〜Dが発生されて、最終
ビツトにおける制御動作が終了した時点のコンデ
ンサC2に蓄積された電荷Q2がサンプルホールド
回路4にてホールドされる。このホールド出力が
デイジタル入力信号に対応したアナログ信号とな
るのである。 上記(2)、(3)式を用いて、最終的に得られるkビ
ツトデイジタル信号による充電電荷Q2は次式と
なる。 Q2ki=1 Q1・Zi{C2/(C1+C2)}k-i+1 ……(4) ここに、Ziはi番目のビツトが“1”の時は
1、“0”の時は0であるものと規定する。(4)式
の意味するところはi番目のビツトによりコンデ
ンサC2に充電された電荷はその後の1ビツトの
動作が行われる毎にC2/(C1+C2)倍の等比級
数で漸減して行くことである。 いま、Q1はC1とVとにより定まる定数である
から、Q0としまたC1=C2という理想状態の下で
は、(4)式は Q2=Q0ki=1 Zi・(1/2)k-i+1 ……(5) となり、コンデンサC2の出力によりアナログ信
号が得られるのである。 上記においては、C1=C2とした理想的な場合
であるが、実際には容量値C1,C2には誤差が存
在することから、C1=(1−β)C0,C2=(1+
β)C0とおいて考察する。尚、0<β<1であ
る。(4)式において、上記C1及びC2を代入すると、 Q2=(1−β)C0Vki=1 Zi(1+β)k-i+1・(1/2)k-i+1 =(1−β2)C0Vki=1 Zi(1+β)k-i・(1/2)k-i+1 ……(6) となる。理想型である(5)式と誤差を考慮した(6)式
とを比較すれば、絶対値において、(1−β2)の
定数差は直線性に無関係であつてこれを無視する
と、〓の項における(1+β)k-iの項が、Ziにて
規定されて存在したりしなかつたりし、またiビ
ツト目で規定される(k−i)乗により(1+
β)の大きさが異なつたりして、理想型に対しズ
レを生じ歪となつて雑音の発生を招来するのであ
る。 ここで、標準化されたズレEを考えれば、 E=ki=1 Zi・ΔEiki=1 (1/2)k-i+1・{(1+β)k-i−1} ……(7) と表わされ、i番目のビツトが最終のkビツト目
まで動作した時のズレΔEiは、 ΔEi=(1/2)k-i+1・(Aβ+Bβ2+…)……(8) となる。ここに、β≪1ならばβ2以上の項は無視
可能であるから、 ΔEi=(1/2)k-i+1・Aβ ……(9) となる。(9)式により得られた値を表1に示す。 表1において、最大歪はZiがすべて“1”の
The present invention relates to a digital-to-analog converter (hereinafter referred to as a D/A converter), and particularly to a charge redistribution type D/A converter. One type of D/A converter for converting a binary digital signal of a predetermined number of bits into an analog signal is a so-called charge redistribution type converter. FIG. 1 is a circuit block diagram of an example of a D/A converter using this charge redistribution method, in which first and second capacitors C 1 and 2 of equal capacitance are connected at one end to a predetermined reference potential point (for example, ground). C2 is provided, and control of charging and discharging of these capacitors, etc. is performed by on/off operations of switch elements 1 to 3. Specifically, a switch 1 is provided to control the charging of the capacitor C1 , and a switch 2 is provided to control the redistribution of the charge charged in the capacitor C1 to the capacitor C2 . A switch 3 is provided to discharge and reset the charge of the capacitor C1 , and each of these switches 1 to 3 outputs control signals B to D generated from the control circuit 5 in response to the digital input signal A. The on/off control is performed by the respective on/off controls. The charge charged in the second capacitor C2 at the end of a series of predetermined bits of the digital input signal is sampled and held in the sample and hold circuit 4, and the hold output becomes an analog signal corresponding to the digital input signal. 2 and 3 are diagrams showing the timing of control signals B to D with respect to digital signal A in the circuit of FIG. 1. FIG. 2 shows the case where the predetermined bit of the digital input signal A is "1", and FIG. 3 shows the case when the predetermined bit of the digital input signal A is "0". Referring to FIG. 2, when the bit code of the input signal is "1" as shown in FIG. During this time, the capacitor C 1 is charged to have an electric charge of Q 1 =C 1 ·V (1). Note that V is a charging voltage. After that, the control signal C becomes high level for a predetermined period of time, turning on the switch 2. At this time, if the capacitor C 2 has already been charged with a charge Q′ 2 , the new charge Q 2 in the capacitor C 2 due to redistribution by turning on the switch 2 becomes Q 2 = {C 2 / (C 1 +C 2 )}・(Q′ 2 +C 1 V)……(2). After that, the control signal D becomes high level, the switch 3 is turned on, and the capacitor C1 is discharged and reset. Next, referring to FIG. 3, when the bit code of the input signal is "0" as shown in FIG.
Since remains at a low level, switch 1 remains off and capacitor C 1 is not charged.
Next, the control signal C goes high for a predetermined period, turning on the switch 2 and redistributing the charges. The charge on the capacitor C 2 at this time is Q 2 = {C 2 /(C 1 + C 2 )}·Q′ 2 ……(3). Thereafter, the control signal D goes high, turning on the switch 3, and the capacitor C1 is discharged and reset. Now, if the input digital signal A is a k-bit signal (k is a natural number), the second
Each of the control signals B to D is generated from the control circuit 5 using the procedure explained using FIG . It is held in the sample hold circuit 4. This hold output becomes an analog signal corresponding to the digital input signal. Using the above equations (2) and (3), the charge Q 2 resulting from the finally obtained k-bit digital signal is expressed by the following equation. Q 2 = ki=1 Q 1・Z i {C 2 / (C 1 + C 2 )} k-i+1 ...(4) Here, Zi is 1, it is defined as 0 when it is “0”. What Equation (4) means is that the charge charged in capacitor C 2 by the i-th bit gradually decreases in a geometric series of C 2 / (C 1 + C 2 ) times every subsequent 1-bit operation. That's what I'm going to do. Now, Q 1 is a constant determined by C 1 and V, so under the ideal state of Q 0 and C 1 = C 2 , equation (4) becomes Q 2 = Q 0ki=1 Zi・( 1/2) k-i+1 ...(5), and an analog signal is obtained from the output of capacitor C2 . The above is an ideal case where C 1 = C 2 , but in reality there is an error in the capacitance values C 1 and C 2 , so C 1 = (1-β)C 0 , C 2 = (1+
β) Let's consider it as C 0 . Note that 0<β<1. In equation (4), by substituting C 1 and C 2 above, Q 2 = (1-β) C 0 V ki=1 Z i (1+β) k-i+1・(1/2) k- i+1 = (1-β 2 ) C 0 V ki=1 Z i (1+β) ki・(1/2) k-i+1 ……(6). Comparing equation (5), which is an ideal form, and equation (6), which takes into account the error, the constant difference of (1-β 2 ) is unrelated to linearity in absolute value, and if this is ignored, we get 〓 The term (1+β) ki in the term is defined by Z i and may or may not exist, and the term (1+β) ki in the term is defined by Z i and may or may not exist.
β) may vary in magnitude, resulting in a deviation from the ideal type, resulting in distortion and noise. Here, if we consider the standardized deviation E, E= ki=1 Z i・ΔE i = ki=1 (1/2) k-i+1・{(1+β) ki −1}... …(7), and the deviation ΔE i when the i-th bit operates up to the final k-th bit is ΔE i = (1/2) k-i+1・(Aβ+Bβ 2 +…)… …(8) becomes. Here, if β≪1, terms larger than β2 can be ignored, so ΔE i = (1/2) k-i+1 ·Aβ ...(9). Table 1 shows the values obtained from equation (9). In Table 1, the maximum distortion is when Z i is all “1”.

【表】 場合であり、これが最小単位を越えないという条
件の下にβについて考える。k=4、8及び16の
各ビツト数に対する最小単位は、(1/2)4(1/2)8
び(1/2)16であるから、この各値を最大歪
0.688β、0.965β及び1・βが夫々越えないものと
して、βの許容度は、夫々0.0909、0.004及び
0.000015と計算される。 コンデンサC1とC2との差は2βであるから、こ
の差は4ビツトでは18%まで、8ビツトでは0.8
%まで夫々許容される。しかし、16ビツトでは
0.003%までしか許されず、従つて、0.1%の誤差
でコンデンサが製造できたとしても10ビツト程度
のD/Aコンバータしか実現し得ないことにな
る。 第4図AはコンデンサC1及びC2の容量値のず
れに起因するアナログ出力の歪の一例を示す図で
あり、実線で示す曲線20が真のアナログ値であ
り、点線で示す曲線21が歪を伴つたD/Aコン
バータのアナログ出力である。尚、T0はサンプ
リング周期を示している。このように、各サンプ
リング値に対応したアナログ出力レベルは真のア
ナログレベルに対して一方向(図では正方向)の
みにずれ、そのずれ幅は各サンプリング値毎に異
なり一定とはならないことが知られており、この
ずれが出力歪となるわけである。 第4図Bに各サンプリング値に対するアナログ
出力レベルのずれすなわちエラー成分を示してい
る。 このエラー成分を補正するために、各サンプリ
ング値に対応するデイジタル信号毎に、コンデン
サC1及びC2の役目を互いに切換えて上述したと
同等の動作を行わせ、同一デイジタル信号毎に2
回のアナログ変換動作をなし、両アナログ出力を
加算する方法が考えられる。この場合、第2回目
の動作においては、第5図A,Bに示すように真
のアナログ値に対し負方向のみにずれ、そのずれ
幅は第4図に示した第1回目の動作におけるそれ
と同一となることから、両動作により得られたア
ナログ出力を加算することにより、エラー成分が
互いに打消し合つて正確なアナログ信号が得られ
るのである。 しかし、この方法では同一デイジタル信号毎に
2回の制御動作を必要としその制御が煩雑である
と共に変換時間の増大を招来する。 本発明の目的は、変換時間を増大することなく
2つのコンデンサの容量差による出力歪を減少さ
せた精度の良いD/Aコンバータを提供すること
を目的としている。 本発明によるデイジタル・アナログ変換器は、
第1及び第2コンデンサと、前記第1及び第2コ
ンデンサの充放電をサンプリング周期毎に供給さ
れる所定ビツト数のデイジタル入力信号に応じて
制御する制御手段と、前記第1及び第2コンデン
サの充電電荷に応じたアナログ信号を導出する出
力手段とを有する電気再分配方式のデイジタル・
アナログ変換器であつて、 前記制御手段は、前記デイジタル入力信号の各
ビツト毎に、そのビツト内容に応じて前記第1コ
ンデンサを充電せしめ、次いでその第1コンデン
サの充電電荷を第2コンデンサへ配分せしめ、し
かる後に前記第1コンデンサを放電せしめる第1
制御と、 前記デイジタル入力信号の各ビツト毎に、その
ビツト内容に応じて前記第2コンデンサを充電せ
しめ、次いでその第2コンデンサの充電電荷を第
1コンデンサへ配分せしめ、しかる後に前記第2
コンデンサを放電せしめる第2制御とを、前記サ
ンプリング周期毎に交互に切り換えて行い、 前記出力手段は、前記第1制御により得られた
前記第2コンデンサの両端間電圧出力をサンプル
ホールドして得られた電圧信号及び前記第2制御
により得られた前記第1コンデンサの両端間電圧
出力をサンプルホールドして得られた電圧信号を
入力としアナログ信号を出力するローパスフイル
タからなることを特徴としている。 以下に本発明を図面を用いて説明する。 第6図は本発明の実施例の回路ブロツク図であ
り、第1図と同等部分は同一符号により示されて
いる。 本例では、第1図の回路構成の他に第2コンデ
ンサC2の充放電スイツチ6及び7と、第1コン
デンサC1の電荷に対応した出力をサンプルホー
ルドする第2ホールド回路8とを付加し、両ホー
ルド回路4及び8のホールド出力を出力選択スイ
ツチ9にて選択しこれをLPF(ローパスフイル
タ)11を介して出力するようにしている。 本例における制御回路10においても、デイジ
タル入力信号Aに応じて制御信号B〜D及びB′,
D′が夫々発生されるようになつており、信号
B′及びD′によりスイツチ6及び7が夫々オンオ
フ制御される。また、ホールド回路4及び8のサ
ンプルパルスやスイツチ9の制御信号等も制御回
路10から発生される。 かかる構成において、kビツトのデイジタル入
力信号Aの各ビツト毎に、このビツト内容すなわ
ち“1”及び“0”に夫々応じて第7図及び第8
図に示す如き制御信号B〜Dが順次発生されてス
イツチ1〜3がそれに応じて動作する。これは第
1図の従来例と同一動作であり、第2図及び第3
図のタイミング波形と全く同一である。すべての
ビツトについて上記動作が終了した時点で、(6)式
で示す電荷Q2が第2コンデンサC2へ充電されて
いるから、これがホールド回路4においてサンプ
ルホールドされることになる。 次に続いて入力されるkビツトのデイジタル信
号Aに対しては、第9図及び第10図に示すタイ
ミングをもつて各スイツチが動作する。すなわ
ち、当該デイジタル信号の所定ビツトが“1”の
場合には第9図に示すように、制御信号B′が高
レベルとなりスイツチ6がオンとなつて第2コン
デンサC2が充電される。しかる後に、制御信号
Cが高レベルとなりスイツチ2をオンとして、電
荷の配分がなされる。そして、制御信号D′が高
レベルとなり、スイツチ7がオンとなつてコンデ
ンサC2は放電されリセツトされる。 次に、第10図を参照するに、入力信号のビツ
トが図Aの如く“0”の場合には、制御信号
B′は低レベルと維持するからスイツチ6はオフ
であり、コンデンサC2への充電は行われない。
次に制御信号Cが高レベルとなりスイツチ2をオ
ンとして電荷配分が行われる。しかる後に、制御
信号D′が高レベルとなつてスイツチ7がオンと
なり、コンデンサC2の放電リセツトがなされる。 かかる動作が順次行われて、kビツト目の動作
終了時にホールド回路8によつて第1コンデンサ
C1の充電電荷に対応した信号がサンプルホール
ドされる。こうして得られたホールド出力がスイ
ツチ9により選択されて導出される。 このように、アナログ信号をサンプリングして
得られた各デイジタル信号毎に交互に第1及び第
2コンデンサの機能を互いに切換えて動作制御を
行つて、これらコンデンサの出力をスイツチ9に
より交互に選択してLPF11へ印加し、この
LPF11の出力をアナログ信号とすることによ
り本発明の上記目的が達成されるのである。 第11図はこうして得られたスイツチ9の出力
端(LPF11の入力端)におけるアナログ出力
とエラーとの関係を示す図であり、Aの実線の曲
線20が真のアナログ値であり、点線の曲線21
が第6図の回路方式により得られたアナログ出力
である。図Bにエラー成分波形が示されており、
このエラー波形の周波数成分は、サンプリング周
波数0(1/T0)の1/2を基本波として有するこ
とになる。従つて、LPF11が0/2以上の成分
を阻止する理想フイルタであれば当該エラー成分
は略消滅することになるが、実際にはLPFの特
性は理想特性とはならない。そこで、元のアナロ
グ信号をサンプリングしてデイジタル化する際の
サンプリング周波数を充分に大としておけば、
LPF11により0/2を基本波とするエラー成分
は完全に除去可能となるのである。 尚、以下にエラー成分の大きさにつき考える
に、従来例の動作と同じ様にコンデンサC1を充
電しコンデンサC2へ電荷配分を行つてコンデン
サC2から出力を得る場合には、この出力は(6)式
で示されそのエラー成分は(9)式となる。他方、コ
ンデンサC1とC2との機能を逆として動作させて
コンデンサC1から出力を得る場合には、この出
力は、 Q1=(1−β2)C0Vk 〓 〓i=1 {1−(−1)k-i・β}k-i・(1/2)k-i+1……(10
) となる。よつて標準化されたずれEは、 E=ki=1 Zi・ΔEik 〓 〓i=1 (1/2)k-i+1・〔{1−(−1)k-i・β}k-i−1
〕……(12) となり、β2以上の項を無視すれば、 ΔEi=(−1)k-i+1・(1/2)k-i+
1
・A′・β……(13) となる。(10)式と(13)式とにより得られたk=16の場
合の各エラー成分の値をβにより標準化して
(1/βとして)表2に示す。 本発明に示した方式においてエラー成分をより
小とするには、デイジタル入力信号の最上位ビツ
トに追加“0”(Extra“0”)ビツトを加えて上
述した動作を行えば、各ビツトが1ビツトずつ下
位桁へシフトされることになるからアナログ出力
レベルは1/2になるが、標準化されたエラー成分
は、(−1)k-i+2・(1/2)k-i+2・A′となりこれを算
出すると、追加“0”ビツトを加えない場合に比
し1/4に減少するので、S/Nとしては2倍と
なりS/Nの向上が可能となる。
[Table] Let us consider β under the condition that it does not exceed the minimum unit. The minimum unit for each bit number of k = 4, 8, and 16 is (1/2) 4 (1/2) 8 and (1/2) 16 , so each value is the maximum distortion.
Assuming that 0.688β, 0.965β and 1・β do not exceed, the tolerance of β is 0.0909, 0.004 and 0.004, respectively.
Calculated as 0.000015. Since the difference between capacitors C 1 and C 2 is 2β, this difference is up to 18% for 4 bits and 0.8 for 8 bits.
% respectively are allowed. However, in 16 bits
Only 0.003% is allowed, so even if a capacitor could be manufactured with an error of 0.1%, it would only be possible to realize a D/A converter of about 10 bits. FIG. 4A is a diagram showing an example of analog output distortion caused by a difference in the capacitance values of capacitors C 1 and C 2. Curve 20 shown by the solid line is the true analog value, and curve 21 shown by the dotted line is the true analog value. This is the analog output of the D/A converter with distortion. Note that T 0 indicates the sampling period. In this way, it is known that the analog output level corresponding to each sampling value deviates from the true analog level in only one direction (in the positive direction in the figure), and that the deviation width differs for each sampling value and is not constant. This deviation results in output distortion. FIG. 4B shows the deviation of the analog output level for each sampling value, that is, the error component. In order to correct this error component, for each digital signal corresponding to each sampling value, the roles of capacitors C 1 and C 2 are switched to perform the same operation as described above.
A possible method is to perform two analog conversion operations and add both analog outputs. In this case, in the second operation, the true analog value deviates only in the negative direction, as shown in Figures 5A and B, and the width of the deviation is the same as that in the first operation shown in Figure 4. Since they are the same, by adding the analog outputs obtained from both operations, the error components cancel each other out and an accurate analog signal can be obtained. However, this method requires two control operations for the same digital signal, making the control complicated and increasing the conversion time. An object of the present invention is to provide a highly accurate D/A converter that reduces output distortion due to the difference in capacitance between two capacitors without increasing conversion time. The digital-to-analog converter according to the present invention comprises:
first and second capacitors; control means for controlling charging and discharging of the first and second capacitors according to a digital input signal of a predetermined number of bits supplied at each sampling period; An electric redistribution type digital signal having an output means for deriving an analog signal according to the charged charge.
In the analog converter, the control means charges the first capacitor according to the bit content for each bit of the digital input signal, and then distributes the charged charge of the first capacitor to a second capacitor. a first capacitor for discharging the first capacitor;
for each bit of the digital input signal, charging the second capacitor according to the bit content, then distributing the charged charge of the second capacitor to the first capacitor, and then distributing the charge of the second capacitor to the first capacitor;
A second control for discharging the capacitor is performed by switching alternately at each sampling period, and the output means samples and holds a voltage output across the second capacitor obtained by the first control. The low-pass filter receives as input a voltage signal obtained by sampling and holding the voltage signal obtained by the second control and the voltage output across the first capacitor obtained by the second control, and outputs an analog signal. The present invention will be explained below using the drawings. FIG. 6 is a circuit block diagram of an embodiment of the present invention, and parts equivalent to those in FIG. 1 are designated by the same symbols. In this example, in addition to the circuit configuration shown in FIG. 1, charge/discharge switches 6 and 7 for the second capacitor C 2 and a second hold circuit 8 that samples and holds the output corresponding to the charge of the first capacitor C 1 are added. The hold outputs of both hold circuits 4 and 8 are selected by an output selection switch 9 and outputted via an LPF (low pass filter) 11. Also in the control circuit 10 in this example, control signals B to D and B',
D′ is generated respectively, and the signal
Switches 6 and 7 are controlled on and off by B' and D', respectively. Further, sample pulses for the hold circuits 4 and 8, control signals for the switch 9, etc. are also generated from the control circuit 10. In this configuration, for each bit of the k-bit digital input signal A, the bit contents shown in FIGS. 7 and 8 are
Control signals B to D as shown in the figure are sequentially generated and switches 1 to 3 operate accordingly. This is the same operation as the conventional example shown in Fig. 1.
The timing waveform is exactly the same as the one shown in the figure. When the above operations are completed for all bits, the second capacitor C2 has been charged with the charge Q2 shown in equation (6), so this is sampled and held in the hold circuit 4. For the k-bit digital signal A that is subsequently input, each switch operates at the timing shown in FIGS. 9 and 10. That is, when the predetermined bit of the digital signal is "1", as shown in FIG. 9, the control signal B' becomes high level, the switch 6 is turned on, and the second capacitor C2 is charged. Thereafter, the control signal C becomes high level, turning on the switch 2, and the charge is distributed. Then, the control signal D' becomes high level, the switch 7 is turned on, and the capacitor C2 is discharged and reset. Next, referring to FIG. 10, if the bit of the input signal is "0" as shown in FIG.
Since B' remains at a low level, switch 6 is off and capacitor C2 is not charged.
Next, the control signal C goes high, turns on the switch 2, and charges are distributed. Thereafter, the control signal D' becomes high level, the switch 7 is turned on, and the discharge of the capacitor C2 is reset. These operations are performed sequentially, and when the k-th bit operation is completed, the hold circuit 8 closes the first capacitor.
A signal corresponding to the charge on C1 is sampled and held. The hold output thus obtained is selected and derived by the switch 9. In this way, the functions of the first and second capacitors are alternately switched and operated for each digital signal obtained by sampling the analog signal, and the outputs of these capacitors are alternately selected by the switch 9. and apply it to LPF11, and this
The above object of the present invention is achieved by making the output of the LPF 11 an analog signal. FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the analog output and error at the output terminal of the switch 9 (input terminal of the LPF 11) obtained in this way, where the solid line curve 20 in A is the true analog value, and the dotted line curve 20 is the true analog value. 21
is the analog output obtained by the circuit system shown in FIG. The error component waveform is shown in Figure B.
The frequency component of this error waveform has 1/2 of the sampling frequency 0 (1/T 0 ) as a fundamental wave. Therefore, if the LPF 11 is an ideal filter that blocks components of 0/2 or more, the error component will almost disappear, but in reality, the characteristics of the LPF are not ideal. Therefore, if the sampling frequency when sampling and digitizing the original analog signal is set high enough,
The LPF 11 makes it possible to completely remove error components having a fundamental wave of 0/2 . Considering the magnitude of the error component below, if the capacitor C1 is charged and the charge is distributed to the capacitor C2 in the same way as in the conventional example, and the output is obtained from the capacitor C2 , this output will be It is shown in equation (6), and its error component is shown in equation (9). On the other hand, when the functions of capacitors C 1 and C 2 are reversed to obtain an output from capacitor C 1 , this output is Q 1 = (1-β 2 ) C 0 V k 〓 〓 i=1 {1−(−1) ki・β} ki・(1/2) k−i+1 ……(10
) becomes. Therefore, the standardized deviation E is E= ki=1 Z i・ΔE i = k 〓 〓 i=1 (1/2) k-i+1・[{1−(−1) ki・β } ki −1
]...(12), and if we ignore terms larger than β 2 , ΔE i = (-1) k-i+1・(1/2) k-i+
1
・A′・β……(13) The values of each error component in the case of k=16 obtained by equations (10) and (13) are standardized by β (as 1/β) and are shown in Table 2. In order to further reduce the error component in the method shown in the present invention, if an extra "0" bit is added to the most significant bit of the digital input signal and the above operation is performed, each bit becomes 1. Since the bits are shifted to the lower digits, the analog output level becomes 1/2, but the standardized error component is (-1) k-i+2・(1/2) k-i+2 -A', and when calculated, it is reduced to 1/4 compared to the case where no additional "0" bit is added, so the S/N is doubled, making it possible to improve the S/N.

【表】【table】

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 第1及び第2コンデンサと、前記第1及び第
2コンデンサの充放電をサンプリング周期毎に供
給される所定ビツト数のデイジタル入力信号に応
じて制御する制御手段と、前記第1及び第2コン
デンサの充電電荷に応じたアナログ信号を導出す
る出力手段とを有する電荷再分配方式のデイジタ
ル・アナログ変換器であつて、 前記制御手段は、前記デイジタル入力信号の各
ビツト毎に、そのビツト内容に応じて前記第1コ
ンデンサを充電せしめ、次いでその第1コンデン
サの充電電荷を第2コンデンサへ配分せしめ、し
かる後に前記第1コンデンサを放電せしめる第1
制御と、 前記デイジタル入力信号の各ビツト毎に、その
ビツト内容に応じて前記第2コンデンサを充電せ
しめ、次いでその第2コンデンサの充電電荷を第
1コンデンサへ配分せしめ、しかる後に前記第2
コンデンサを放電せしめる第2制御とを、前記サ
ンプリング周期毎に交互に切り換えて行い、 前記出力手段は、前記第1制御により得られた
前記第2コンデンサの両端間電圧出力をサンプル
ホールドして得られた電圧信号及び前記第2制御
により得られた前記第1コンデンサの両端間電圧
出力をサンプルホールドして得られた電圧信号を
入力としアナログ信号を出力するローパスフイル
タからなることを特徴とするデイジタル・アナロ
グ変換器。
[Scope of Claims] 1: first and second capacitors; control means for controlling charging and discharging of the first and second capacitors according to a digital input signal of a predetermined number of bits supplied at each sampling period; A charge redistribution type digital-to-analog converter having an output means for deriving an analog signal corresponding to the charge in the first and second capacitors, wherein the control means outputs an analog signal corresponding to the charges of the first and second capacitors, , charging the first capacitor in accordance with the bit content thereof, distributing the charge of the first capacitor to a second capacitor, and then discharging the first capacitor.
for each bit of the digital input signal, charging the second capacitor according to the bit content, then distributing the charged charge of the second capacitor to the first capacitor, and then distributing the charge of the second capacitor to the first capacitor;
A second control for discharging the capacitor is performed by switching alternately at each sampling period, and the output means samples and holds a voltage output across the second capacitor obtained by the first control. The digital filter comprises a low-pass filter that receives as input a voltage signal obtained by sampling and holding the voltage signal obtained by the second control and the voltage output across the first capacitor obtained by the second control, and outputs an analog signal. analog converter.
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JPS56104532A (en) * 1980-01-25 1981-08-20 Toshin Prod Kk Digital-analog converting circuit

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