JPH11298329A - ディジタル/アナログ変換回路 - Google Patents

ディジタル/アナログ変換回路

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JPH11298329A
JPH11298329A JP10159998A JP10159998A JPH11298329A JP H11298329 A JPH11298329 A JP H11298329A JP 10159998 A JP10159998 A JP 10159998A JP 10159998 A JP10159998 A JP 10159998A JP H11298329 A JPH11298329 A JP H11298329A
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雅人 西村
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 キャパシタ・アレイ型ディジタル/アナログ
変換回路において、出力端子のアンダ−シュ−トまたは
オ−バ−シュ−トによる演算増幅回路のオフセットの発
生を防止する。 【解決手段】 演算増幅回路OPの出力端子と反転入力
端子との間に、リセット用の第1のスイッチング素子S
W1と、この第1のスイッチング素子SW1に直列接続
された第7のスイッチング素子SW7とを設ける。リセ
ットを解除する場合は、第1のスイッチング素子SW1
を開路状態とした後に、第7のスイッチング素子SW7
を開路状態とする。第1および第7のスイッチング素子
SW1,SW7は電界効果トランジスタで構成されてお
り、アナログ/ディジタル変換回路は半導体デバイスと
してICチップ上に形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ディジタル/アナ
ログ変換回路に関し、特に複数のキャパシタを用いたキ
ャパシタ・アレイ型ディジタル/アナログ変換回路に関
する。
【0002】
【従来の技術】図1は、従来のキャパシタ・アレイ型デ
ィジタル/アナログ変換回路の回路図である。このディ
ジタル/アナログ変換回路は、スイッチ制御手段10と
変換手段20とを備えている。
【0003】変換手段20には、基準電圧Vaが供給さ
れる基準電圧端子Taが設けてある。また、基準電圧V
aが非反転入力端子に供給される演算増幅回路OPが設
けてある。また、演算増幅回路OPの出力端子と反転入
力端子との間に第1のスイッチング素子SW1が設けて
ある。また、反転入力端子と基準電圧端子Taとの間に
第2のスイッチング素子SW2が設けてある。また、演
算増幅回路OPの出力端子と反転入力端子との間に、該
出力端子から該反転入力端子に向かって直列に設けられ
た第3のスイッチング素子SW3および負帰還用のキャ
パシタCfが設けてある。また、負帰還用のキャパシタ
Cfと第3のスイッチング素子SW3との接続点M8と
基準電圧端子Taとの間に第4のスイッチング素子4が
設けてある。また、反転入力端子には、所定の関係で規
定されるキャパシタンスを有する複数のキャパシタCs
1〜Csnの一端が接続されている。また、ディジタル
信号D1〜Dnが入力される複数の入力端子T1〜Tn
と該複数の入力端子T1〜Tnに対応する複数のキャパ
シタCs1〜Csnの他端との間には、それぞれ複数の
第5のスイッチング素子SW51〜SW5nが設けてあ
る。また、複数のキャパシタCs1〜Csnのそれぞれ
の他端と基準電圧端子Taとの間には、それぞれ複数の
第6のスイッチング素子SW61〜SW6nが設けてあ
る。また、演算増幅回路OPの出力端子とディジタル/
アナログ変換回路の出力端子Pとの間には、第8のスイ
ッチング素子SW8が設けてある。
【0004】スイッチ制御手段10は、第3、第5およ
び第8のスイッチング素子SW3,SW51〜SW5
n,SW8を開路状態にすると共に第4,第6,第1お
よび第2のスイッチング素子SW4,SW61〜SW6
n,SW1,SW2を閉路状態にする制御信号をリセッ
ト期間に出力する。図1のディジタル/アナログ変換回
路は、半導体デバイスとして形成されており、ICチッ
プ上に形成されている。このディジタル/アナログ変換
回路は、複数のキャパシタCs1〜Csnの他端に供給
されるディジタル信号D1〜Dnをアナログ信号Voに
変換して出力する。第1〜第6、第8のスイッチング素
子は、各々電界効果トランジスタで構成されている。複
数のキャパシタCs1〜Csnは、そのキャパシタンス
を異ならせることで、ディジタル信号D1〜Dnに対す
る重み付けを行っている。
【0005】図2は、図1のディジタル/アナログ変換
回路がディジタル信号をアナログ信号に変換するD/A
変換期間の概略等価回路図である。閉路状態のスイッチ
ング素子は配線として描いており、開路状態のスイッチ
ング素子は削除して描いている。但し、第1のスイッチ
ング素子SW1は開路状態であるが描いてある。ディジ
タル信号D1〜Dnの値に応じて複数のキャパシタCs
1〜Csnに電荷が蓄積され、その電荷に応じた電圧が
アナログ信号Voとして出力端子Pに供給される。
【0006】図3は、図1のディジタル/アナログ変換
回路のリセット期間の概略等価回路図である。閉路状態
のスイッチング素子は配線として描いており、開路状態
のスイッチング素子は削除して描いている。但し、第1
及び第2のスイッチング素子SW1,SW2は抵抗素子
として描いている。複数のキャパシタCs1〜Csnの
ノードN61〜N6nには基準電圧Vaが供給され、ノ
ードN71〜N7nには演算増幅回路OPの反転入力端
子と非反転入力端子とがバランスされた状態の電圧、即
ち演算増幅回路OPのオフセット成分が付加された電圧
Va+αが供給されている。帰還用のキャパシタCfの
ノードN7nには複数のキャパシタCs1〜Csnのノ
ードN71〜N7nと同様に電圧Va+αが供給され、
その他端には基準電圧Vaが供給されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】図1のディジタル/ア
ナログ変換回路がディジタル/アナログ変換を行うD/
A変換期間において、すなわち図2の等価回路におい
て、外部回路からの影響又はノイズなどによって出力端
子Pの電位Vpにアンダ−シュ−トまたはオ−バ−シュ
−トが生じ、アナログ信号が採り得る電圧の範囲を超え
た電位になることがある。
【0008】このとき、電界効果トランジスタで構成さ
れる第1のスイッチング素子SW1は開路状態にある
が、出力端子Pの電位変動により、そのソ−ス・ドレイ
ン間に漏れ電流が流れることがある。即ち、ディジタル
/アナログ変換回路が半導体デバイスによりICチップ
上に形成されており、第1のスイッチング素子SW1が
電界効果トランジスタで構成されている場合、サブスレ
ッシュド動作により、オフ状態の第1のスイッチング素
子SW1のソース・ドレイン間に漏れ電流が生じること
があるすると、この漏れ電流によってキャパシタに蓄え
られている電荷量が変化し、結果として演算増幅回路O
Pの出力電圧にオフセットが生じる。
【0009】図4のディジタル/アナログ変換回路は、
図1のディジタル/アナログ変換回路に対し、第8のス
イッチング素子SW8と出力端子Pとの間に保護回路3
0を設けた構成である。図中、符号PFはPチャネル型
電界効果トランジスタであり、符号NFはNチャネル型
電界効果トランジスタであり、符号DE1,DE2はダ
イ−ドである。ノ−ドM13には、電界効果トランジス
タPFのソースとゲ−トと、ダイオ−ドDE1のカソ−
ドとが接続されている。ノ−ドM14には、電界効果ト
ランジスタNFのソ−スとゲ−トと、ダイオ−ドDE2
のアノ−ドとが接続されている。ノ−ドM12には、ダ
イオ−ドDE1のアノ−ドとダイオ−ドDE2のカソ−
ドとが接続されている。ノ−ドM11には、電界効果ト
ランジスタPFのドレインと電界効果トランジスタNF
のドレインとが接続されている。
【0010】保護回路30は、出力端子Pに電圧VDD
SSの範囲を超える電圧が印加された場合にその印加電
圧を電圧VDDまたは電圧VSSにクランプして、保護回路
30よりも内側の回路、たとえば演算増幅回路OP等を
保護する。保護回路30は、IC内部を過大な電圧から
保護するために、ICの各入出力端子(パッド)に対し
て設けることが多い。
【0011】かかる保護回路30を設けたディジタル/
アナログ変換回路においても、電界効果トランジスタN
Fの動作特性から、第1のスイッチング素子SW1に漏
れ電流が生じ得る。図5は、ICチップ上に形成された
電界効果トランジスタNFの動作特性を測定するときの
回路図であり、図5(A)は簡易等価回路図であり、図
5(B)は図5(A)においてNチャネル型電界効果ト
ランジスタNFの簡易断面図を書き込んだ簡易配線図で
ある。電界効果トランジスタNFのソ−スSとゲ−トG
との間に直流電圧E1 を印加し、ゲ−トGとドレインD
との間に直流電圧E2 を印加している。また、IC基板
のp型領域(バックゲート)57をゲ−トGに接続して
いる。符号51,52,53は二酸化硅素(SiO2
であり、符号54は金属膜であり、符号55,56はn
型領域であり、符号57はp型領域である。
【0012】図5の測定結果に基づくNチャネル型電界
効果トランジスタNFの動作特性を図6に例示する。図
6は、ドレイン電流Iのうち、ドレインDからソ−スS
へと流れる電流I1と、ドレインDからIC基板のp型
領域57へと流れる電流I2 とについて、電圧E1 を変
化させた場合の各電流の特性を示している。
【0013】電界効果トランジスタNFでは、ドレイン
DからIC基板のp型領域57への電流I2 は、電圧E
1 がVd付近になると流れ始める。一方、ドレインDか
らソ−スSへと流れる電流I1 は、電圧E1 がVm付近
になると流れ始める。このため、電流I2 と電流I1
の差に対応する斜線部の漏れ電流が、第1のスイッチン
グ素子SW1にも生じ得る。保護回路30の電界効果ト
ランジスタNFは、本来の目的から、内部回路としての
スイッチング素子SW1よりもそのチャネル長が長く、
スイッチング素子SW1の方が漏れ電流が流れ易い。従
って、スイッチング素子SW1の漏れ電流を抑制する働
きは持たない。第1のスイッチング素子SW1をNチャ
ネル型電界効果トランジスタで構成した場合はアンダ−
シュ−トにより漏れ電流が生じることがあり、第1のス
イッチング素子SW1をPチャネル型電界効果トランジ
スタで構成した場合はオ−バ−シュ−トにより漏れ電流
が生じることがあり、また出力端子Pに入力したノイズ
により同様の漏れ電流が生じることがある。このように
して、保護回路30を設けた場合にも、前記漏れ電流に
より演算増幅回路OPの出力電圧にオフセットが生じる
ことがある。
【0014】本発明の目的は、半導体デバイスとして形
成されたキャパシタ・アレイ型ディジタル/アナログ変
換回路において、その出力端子のアンダ−シュ−トまた
はオ−バ−シュ−トによる演算増幅回路のオフセットの
発生を防止することができるディジタル/アナログ変換
回路を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】半導体デバイスとして形
成された本発明のディジタル/アナログ変換回路は、基
準電圧が供給される基準電圧端子と、前記基準電圧が非
反転入力端子に供給される演算増幅回路と、前記演算増
幅回路の出力端子と反転入力端子との間に、該出力端子
から該反転入力端子に向かって直列に設けられた第7の
スイッチング素子および第1のスイッチング素子と、前
記反転入力端子と前記基準電圧端子との間に設けられた
第2のスイッチング素子と、前記演算増幅回路の出力端
子と反転入力端子との間に、該出力端子から該反転入力
端子に向かって直列に設けられた第3のスイッチング素
子および負帰還用のキャパシタと、前記負帰還用のキャ
パシタと前記第3のスイッチング素子との接続点と前記
基準電圧端子との間に設けられた第4のスイッチング素
子と、前記反転入力端子に一端が接続されており、所定
の関係で規定されるキャパシタンスを有する複数のキャ
パシタと、ディジタル信号を入力する複数の入力端子と
該複数の入力端子に対応する前記複数のキャパシタの他
端との間に設けられた複数の第5のスイッチング素子
と、前記複数のキャパシタのそれぞれの他端と前記基準
電圧端子との間に設けられた複数の第6のスイッチング
素子と、前記演算増幅回路の出力端子とディジタル/ア
ナログ変換回路の出力端子との間に設けられた第8のス
イッチング素子と、前記第3、第5および第8のスイッ
チング素子を開路状態にする制御信号と第4のスイッチ
ング素子を閉路状態にする制御信号とをリセット開始期
間の開始時からリセット終了期間の終了時まで出力し、
前記第6および第7のスイッチング素子を閉路状態にす
る制御信号をリセット開始期間内の所定時からリセット
終了期間内の所定時まで出力し、前記第1および第2の
スイッチング素子を閉路状態にする制御信号をリセット
開始期間の終了時からリセット終了期間の開始時までの
リセット動作期間に出力するスイッチ制御手段とを有す
る。
【0016】本発明のディジタル/アナログ変換回路
は、好ましくは第7のスイッチング素子が開路状態の時
にのみ第1および第7のスイッチング素子間の接続点に
対して一定電圧を供給する切換手段を設ける。
【0017】本発明のディジタル/アナログ変換回路
は、好ましくは第1および第7のスイッチング素子間の
接続点に一端が接続されたキャパシタを設け、該キャパ
シタの他端には一定電圧が供給されている。
【0018】本発明のディジタル/アナログ変換回路で
は、第1のスイッチング素子とディジタル/アナログ変
換回路の出力端子との間に第7のスイッチング素子が設
けてあるので、D/A変換期間にディジタル/アナログ
変換回路の出力端子にオ−バ−シュ−トまたはアンダ−
シュ−トが生じても、そのような比較的短い時間幅の電
圧変動であるオ−バ−シュ−トまたはアンダ−シュ−ト
の電圧は、第7のスイッチング素子のみに印加され、第
7のスイッチング素子が開路状態なので第1のスイッチ
ング素子には印加されない。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照して説明する。図7は、本発明の一実施形態
を示すディジタル/アナログ変換回路の回路図である。
【0020】このディジタル/アナログ変換回路は、ス
イッチ制御手段15と変換手段25とを備えている。変
換手段25は、基準電圧Vaが供給される基準電圧端子
Taと、基準電圧Vaが非反転入力端子に供給される演
算増幅回路OPと、前記演算増幅回路OPの出力端子と
反転入力端子との間に、該出力端子から該反転入力端子
に向かって直列に設けられた第7のスイッチング素子S
W7および第1のスイッチング素子SW1と、前記反転
入力端子と前記基準電圧端子Taとの間に設けられた第
2のスイッチング素子SW2と、前記演算増幅回路OP
の出力端子と反転入力端子との間に、該出力端子から該
反転入力端子に向かって直列に設けられた第3のスイッ
チング素子SW3および負帰還用のキャパシタCfと、
前記負帰還用のキャパシタCfと第3のスイッチング素
子SW3との接続点M8と前記基準電圧端子Taとの間
に設けられた第4のスイッチング素子SW4と、前記反
転入力端子に一端が接続されており、所定の関係で規定
されるキャパシタンスをそれぞれ有する複数のキャパシ
タCs1〜Csnと、ディジタル信号D1〜Dnを入力
する複数の入力端子T1〜Tnと該複数の入力端子T1
〜Tnに対応する前記複数のキャパシタCs1〜Csn
の他端との間に設けられた複数の第5のスイッチング素
子SW51〜SW5nと、前記複数のキャパシタCs1
〜Csnのそれぞれの他端と前記基準電圧端子Taとの
間に設けられた複数の第6のスイッチング素子SW61
〜SW6nと、前記演算増幅回路OPの出力端子とディ
ジタル/アナログ変換回路の出力端子Pとの間に設けら
れた第8のスイッチング素子SW8と、前記演算増幅回
路OPの反転入力端子に接続されている第9のスイッチ
ング素子SW9とを有する。
【0021】図7のディジタル/アナログ変換回路で
は、キャパシタCs1〜Csnの一端はノ−ドM71〜
M7nに各々接続されており、他端はノ−ドN51〜N
5nに各々接続されている。基準電圧端子Taからの基
準電圧Vaは、ノ−ドM1,M2,M3,N61〜N6
nに供給されている。複数の第6のスイッチング素子S
W61〜SW6nは、ノ−ドN61〜N6nとノ−ドN
51〜N5n間に各々設けてある。複数の第5のスイッ
チング素子SW51〜SW5nは、入力端子T1〜Tn
とノ−ドN51〜N5n間に各々設けてある。第2のス
イッチング素子SW2はノ−ドM2とノ−ドN2間に設
けてある。ノ−ドM71〜M7n,M5,M4,N1,
N2は、演算増幅回路OPの反転入力端子に接続されて
いる。演算増幅回路OPの非反転入力端子は、ノ−ドM
3に接続されている。ノ−ドM8とノ−ドM10の間に
第3のスイッチング素子SW3が設けてあり、ノ−ドM
8とノ−ドM3の間に第4のスイッチング素子SW4が
設けてある。ノ−ドM9とノ−ドM5の間には、ノ−ド
M9からノ−ドM5に向かって第7のスイッチング素子
SW7および第1のスイッチング素子1が直列に設けて
ある。ノ−ドM9,M10は、演算増幅回路OPの出力
端子に接続されている。ノードN1,N2に第9のスイ
ッチング素子SW9が接続されている。
【0022】スイッチ制御手段15は、第3、第5およ
び第8のスイッチング素子SW3,SW51〜5n,S
W8を開路状態にする制御信号と第4のスイッチング素
子SW4を閉路状態にする制御信号とをリセット開始期
間の開始時からリセット終了期間の終了時まで出力し、
前記第6および第7のスイッチング素子SW61〜6
n,SW7を閉路状態にする制御信号をリセット開始期
間内の所定時からリセット終了期間内の所定時まで出力
し、前記第1および第2のスイッチング素子SW1,S
W2を閉路状態にする制御信号をリセット開始期間の終
了時からリセット終了期間の開始時までのリセット動作
期間に出力する。また、スイッチ制御回路15は、第9
のスイッチング素子SW9を閉路状態とする制御信号を
リセット動作期間以外のときに出力する。
【0023】図7のディジタル/アナログ変換回路は、
複数のキャパシタCs1〜Csnの他端に供給されるデ
ィジタル信号D1〜Dnをアナログ信号Voに変換し、
ディジタル/アナログ変換回路の出力端子Pに出力す
る。第1〜第9のスイッチング素子は、各々電界効果ト
ランジスタで構成されている。
【0024】複数のキャパシタCs1〜Csnは、その
キャパシタンスを異ならせることで、ディジタル信号D
1〜Dnに対する重み付けを行っている。ディジタル信
号D1〜Dnは、最上位ビット(MSB)から最下位ビ
ット(LSB)までのビットに対応するディジタル信号
D1〜Dn−1と、出力されるアナログ信号電圧の絶対
値の最小値を調整する調整用ディジタル信号Dnとによ
り構成されている。前記最上位ビットから最下位ビット
までの所定ビットに対応するディジタル信号Drが供給
されるキャパシタCsrのキャパシタンスは、前記所定
ビットの一つ下位のビットに対応するディジタル信号D
r+1が供給されるキャパシタのキャパシタンスの2倍
である。但し、1≦r≦n−2であり、rは自然数であ
り、nは3以上の整数でたとえば4〜17とする。前記
最下位ビットに対応するディジタル信号Dn−1が供給
されるキャパシタCsn−1のキャパシタンスCn−1
と、前記調整用ディジタル信号Dnが供給されるキャパ
シタCsnのキャパシタンスCnは等しい。例えば、n
=4とすると、キャパシタCs4,Cs3のキャパシタ
ンスは等しく、キャパシタCs2,Cs1のキャパシタ
ンスはキャパシタCs4のキャパシタンスの各々2倍,
4倍である。ディジタル信号D1〜Dnは、2進符号化
された信号をデコ−ダで解読して生成してもよい。
【0025】図7のディジタル/アナログ変換回路は、
演算増幅回路OPの出力端子と反転入力端子との間に、
該出力端子から該反転入力端子に向かって直列に設けら
れた第7のスイッチング素子SW7および第1のスイッ
チング素子SW1を有するので、D/A変換期間にディ
ジタル/アナログ変換回路の出力端子電圧にオ−バ−シ
ュ−トまたはアンダ−シュ−トが生じても、オ−バ−シ
ュ−トまたはアンダ−シュ−トにより生じた過電圧は、
第7のスイッチング素子がオフ状態なので、第1のスイ
ッチング素子に直接的には印加されない。即ち、第7の
スイッチング素子SW7に上記過電圧が印加されること
により第7のスイッチング素子SW7に漏れ電流が生じ
ても、その漏れ電流は微小であるから、ノードN3の電
位が第1のスイッチング素子SW1がサブシュレッショ
ルド動作を起こす電位に到達するには非常に長い時間を
要する。従って、比較的短い時間幅の上記過電圧は、上
記第1のスイッチング素子SW1には実質的には印加さ
れない。したがって、D/A変換期間における出力端子
Pのオ−バ−シュ−トまたはアンダ−シュ−トにより、
もしくは出力端子Pに入力したノイズにより、ノ−ドM
5からノ−ドM9へと流出する電荷を無くすることがで
きると共にノ−ドM9からノ−ドM5へと流入する電荷
を無くすることができ、過電圧印加による演算増幅回路
OPのオフセットの発生を防止することができる。
【0026】図7のディジタル/アナログ変換回路で
は、演算増幅回路OPの反転入力端子と第2のスイッチ
ング素子SW2との間の配線上にノ−ドN1,N2から
なる2点を設定し、当該2点間に前記リセット動作期間
のみ開路する第9のスイッチング素子SW9を設け、第
9のスイッチング素子SW9を電界効果トランジスタに
より構成している。
【0027】第1及び第2のスイッチング素子SW1,
SW2の動作時に第9のスイッチング素子SW9を非動
作状態とする、即ち第1及び第2のスイッチング素子S
W1,SW2がオン状態にあるときに第9のスイッチン
グ素子SW9がオフ状態となるように制御することによ
り、第1及び第2のスイッチング素子SW1,SW2の
ドレイン領域及びチャネル領域に存在する微小電荷の変
動をキャンセルすることができる。従って、該微小電荷
による演算増幅回路OPの出力電圧の変動を防止するこ
とができる。
【0028】図8のディジタル/アナログ変換回路で
は、図7のディジタル/アナログ変換回路の変換手段2
5に対し、第1および第7のスイッチング素子SW1,
SW7間の接続点N3に一端が接続されたキャパシタC
0を設け、該キャパシタC0の他端には一定電圧を供給
しており、該一定電圧を基準電圧Vaとして変換手段2
6を構成している。なお、図7と図8では、同一構成部
分には同一符号を付している。キャパシタC0をノ−ド
N3と基準電圧Vaが印加されている端子との間に接続
することにより、例え第7のスイッチング素子SW7を
介してノ−ドN3から電荷が漏れたとしてもキャパシタ
C0からノ−ドN3に電荷を供給することができるの
で、ノ−ドN3の電位が第1ののスイッチング素子SW
1がサブシュレッショルド動作を起こす電位にはなら
ず、第1のスイッチング素子SW1の漏れ電流を防止す
ることができる。
【0029】図9のディジタル/アナログ変換回路で
は、図8のディジタル/アナログ変換回路の変換手段2
6に対し、第8のスイッチング素子SW8と出力端子P
との間に保護回路30を設けることで、変換手段27を
構成している。なお、図8と図9では同一構成部分には
同一符号を付している。保護回路30は、出力端子Pに
入力されたノイズを、このディジタル/アナログ変換回
路が形成されているIC(Integrated Circuit)の高電
位側の許容電圧VDD又は低電位側の許容電圧VSSにクラ
ンプして内部の回路たとえば演算増幅回路OPを保護す
る。このように保護回路30を設けた場合にも、本発明
のディジタル/アナログ変換回路は、ノイズまたはオ−
バ−シュ−トもしくはアンダ−シュ−トによる演算増幅
回路OPのオフセットの発生を防止することができる。
【0030】図10のディジタル/アナログ変換回路
は、スイッチ制御手段16と変換手段28とを備える。
スイッチ制御手段16は、図7のディジタル/アナログ
変換回路のスイッチ制御手段15に対し、スイッチング
素子SW0の制御信号を供給する手段を設けた構成とし
ている。たとえば、第7のスイッチング素子SW7の制
御信号を反転した信号をスイッチング素子SW0の制御
信号として供給する。変換手段28は、図7のディジタ
ル/アナログ変換回路の変換手段25に対し、第7のス
イッチング素子SW7が開路状態の時にのみ第1および
第7のスイッチング素子SW1,SW7間の接続点N3
に対して一定電圧を供給する切換手段を設けた構成であ
る。なお、図7と図10で、同一構成部分には同一符号
を付している。前記一定電圧は基準電圧Vaであり、前
記切換手段はスイッチング素子SW0であり、第7のス
イッチング素子SW7が開路状態の時にのみスイッチン
グ素子SW0は閉路状態となる。また、前記一定電圧は
基準電圧Va以外の電圧でもよい。したがって、D/A
変換期間においてフロ−ティングノ−ドN3を一定電圧
に保つことができ、第1のスイッチング素子SW1の漏
れ電流を防止して、演算増幅回路OPのオフセットの発
生を防止することができる。
【0031】図11のディジタル/アナログ変換回路
は、図10のディジタル/アナログ変換回路の変換手段
28に対し、第8のスイッチング素子SW8と出力端子
Pとの間に保護回路30を設けることで、変換手段29
を構成している。なお、図10と図11では同一構成部
分には同一符号を付している。保護回路30は、出力端
子Pに入力されたノイズを、このディジタル/アナログ
変換回路が形成されているICの高電位側の許容電圧V
DD又は低電位側の許容電圧VSSにクランプして内部の回
路たとえば演算増幅回路OPを保護する。このように保
護回路30を設けた場合にも、本発明のディジタル/ア
ナログ変換回路はノイズまたはオ−バ−シュ−トもしく
はアンダ−シュ−トによる演算増幅回路OPのオフセッ
トの発生を防止することができる。
【0032】図12は、図10のディジタル/アナログ
変換回路の具体的な回路図である。図12のディジタル
/アナログ変換回路の変換手段28では、第5のスイッ
チング素子SW51〜SW5n、第3のスイッチング素
子SW3、および、第8のスイッチング素子SW8は、
Pチャネル型電界効果トランジスタとNチャネル型電界
効果トランジスタとを組み合わせて構成している。すな
わち、Pチャネル型電界効果トランジスタのソ−スとN
チャネル型電界効果トランジスタのドレインとを接続
し、Pチャネル型電界効果トランジスタのドレインとN
チャネル型電界効果トランジスタのソースとを接続し、
Pチャネル型電界効果トランジスタのゲ−トにはNチャ
ネル型電界効果トランジスタのゲ−トに供給される制御
信号を反転した信号を供給する。
【0033】スイッチ制御手段16は、端子O1から制
御信号OEを出力する。端子O2からは制御信号OEを
反転した信号を出力する。端子F1からは制御信号FB
Cを出力する。端子F2からは制御信号FBCを反転し
た信号を出力する。端子R1からは制御信号RSTを出
力する。端子R2からは制御信号RSTを反転した信号
を出力する。
【0034】制御信号OEは、第3、第5および第8の
スイッチング素子SW3,SW51〜SW5n,SW8
のNチャネル型電界効果トランジスタのゲ−トに供給さ
れる。制御信号OEを反転した信号は、第3、第5およ
び第8のスイッチング素子SW3,SW51〜SW5
n,SW8のPチャネル型電界効果トランジスタのゲ−
トに供給されると共に、第4のスイッチング素子SW4
のNチャネル型電界効果トランジスタのゲ−トに供給さ
れる。
【0035】制御信号FBCは、第6のスイッチング素
子SW61〜SW6nのNチャネル型電界効果トランジ
スタのゲ−トに供給されると共に、第7のスイッチング
素子SW7のNチャネル型電界効果トランジスタのゲ−
トに供給される。制御信号FBCを反転した信号は、ス
イッチング素子SW0のNチャネル型電界効果トランジ
スタのゲ−トに供給される。
【0036】制御信号RSTは、第1のスイッチング素
子SW1のNチャネル型電界効果トランジスタのゲ−ト
に供給されると共に、第2のスイッチング素子SW2の
Nチャネル型電界効果トランジスタのゲ−トに供給され
る。制御信号RSTを反転した信号は、第9のスイッチ
ング素子SW9のNチャネル型電界効果トランジスタの
ゲ−トに供給される。
【0037】図13は、図12のディジタル/アナログ
変換回路の動作を説明するタイムチャ−トである。時刻
t1までは、ディジタル/アナログ変換回路がディジタ
ル信号をアナログ信号に変換するD/A変換期間であ
る。時刻t1〜t3は、リセット開始期間である。時刻
t3〜t4は、リセット動作期間である。時刻t4〜t
6は、リセット終了期間である。時刻t6以降は、D/
A変換期間である。
【0038】リセット開始期間の開始時t1からリセッ
ト終了期間の終了時t6まではLレベルの制御信号OE
が出力され、他の時間ではHレベルの制御信号OEが出
力される。リセット開始期間内の所定時t2からリセッ
ト終了期間内の所定時t5まではHレベルの制御信号F
BCが出力され、他の時間ではLレベルの制御信号FB
Cが出力される。リセット開始期間の終了時t3からリ
セット終了期間の開始時t4までのリセット動作期間は
Hレベルの制御信号RSTが出力され、他の時間ではL
レベルの制御信号RSTが出力される。
【0039】このようにして、スイッチ制御手段16
は、第3、第5および第8のスイッチング素子SW3,
SW51〜SW5n,SW8を開路状態にする制御信号
X1と第4のスイッチング素子SW4を閉路状態にする
制御信号X2とをリセット開始期間の開始時t1からリ
セット終了期間の終了時t6まで出力する。制御信号X
1は、制御信号OEとこれの反転信号である。制御信号
X2は、制御信号OEの反転信号である。
【0040】また、スイッチ制御手段16は、第6およ
び第7のスイッチング素子SW61〜SW6n,SW7
を閉路状態にする制御信号FBCをリセット開始期間内
の所定時t2からリセット終了期間内の所定時t5まで
出力する。
【0041】また、スイッチ制御手段16は、第1およ
び第2のスイッチング素子SW1,SW2を閉路状態に
する制御信号RSTをリセット開始期間の終了時t3か
らリセット終了期間の開始時t4までのリセット動作期
間に出力する。
【0042】本実施形態では、第1のスイッチング素子
SW1を開路状態にしてから第7のスイッチング素子S
W7を開路状態にすることで、キャパシタ・アレイ型デ
ィジタル/アナログ変換回路のリセット動作を確実に行
うことができる利点がある。
【0043】図13のタイムチャ−トに示すように、時
刻t7にアンダ−シュ−トUSが出力端子Pの電位Vp
に生じると、または時刻t8にノイズNSが出力端子P
に入力して一時的に電位Vpが降下すると、ノ−ドM4
に蓄積されている電荷量QM4は、従来のディジタル/ア
ナログ変換回路では点線QUSのようになって変化して
いたが、本実施形態のディジタル/アナログ変換回路で
は上述のような変化を防止することができる。
【0044】本発明のディジタル/アナログ変換回路に
よれば、その出力端子に生じたアンダ−シュ−トもしく
はオ−バ−シュ−トまたは出力端子に入力したノイズに
よるオフセットを防止することができる。アンダ−シュ
−トまたはオ−バ−シュ−トが長時間発生してもオフセ
ットを防止することができ、ディジタル/アナログ変換
の精度を向上することができる。従来のディジタル/ア
ナログ変換回路では、ノイズまたはアンダ−シュ−トも
しくはオ−バ−シュ−トによる影響を小さくするには、
ディジタル/アナログ変換回路内のキャパシタのキャパ
シタンスを大きくする必要があるが、本発明ではキャパ
シタンスを大きくすることなくオフセットを防止するこ
とができる。
【0045】本発明のディジタル/アナログ変換回路
は、たとえば液晶表示装置の表示画面の階調を調整する
回路に用いてもよい。ディジタル/アナログ変換回路の
出力端子が複数隣接して配置されている場合に、出力端
子間のクロスト−クノイズが生じても、本発明によれば
オフセットを防止することができ、ディジタル/アナロ
グ変換の精度を向上することができ、正確な階調で液晶
表示を行うことができる。
【0046】ディジタル/アナログ変換回路の各スイッ
チング素子は、Nチャネル型電界効果トランジスタで構
成してもよく、Pチャネル型電界効果トランジスタで構
成してもよい。本実施形態のディジタル/アナログ変換
回路において、Nチャネル型電界効果トランジスタをP
チャネル型電界効果トランジスタに置き換える場合は、
Nチャネル型電界効果トランジスタの制御信号を反転し
た信号を、置き換えられたPチャネル型電界効果トラン
ジスタに供給するとよい。なお、上記実施形態は本発明
の一例であり、本発明は上記実施形態に限定されない。
【0047】
【発明の効果】本発明によれば、半導体デバイスとして
形成されたキャパシタ・アレイ型ディジタル/アナログ
変換回路において、その出力端子のアンダ−シュ−トま
たはオ−バ−シュ−トによる演算増幅回路のオフセット
の発生を防止することができ、ディジタル/アナログ変
換を高い精度で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のディジタル/アナログ変換回路の回路図
である。
【図2】図1のディジタル/アナログ変換回路のディジ
タル/アナログ変換期間における回路図である。
【図3】図1のディジタル/アナログ変換回路のリセッ
ト動作期間における回路図である。
【図4】従来のディジタル/アナログ変換回路の回路図
である。
【図5】ICチップ上に形成されたNチャネル型電界効
果トランジスタの動作特性を測定する時の回路図であ
る。
【図6】Nチャネル型電界効果トランジスタの動作特性
を例示する特性図である。
【図7】本発明の一実施形態に係るディジタル/アナロ
グ変換回路の回路図である。
【図8】本発明の一実施形態に係るディジタル/アナロ
グ変換回路の回路図である。
【図9】本発明の一実施形態に係るディジタル/アナロ
グ変換回路の回路図である。
【図10】本発明の一実施形態に係るディジタル/アナ
ログ変換回路の回路図である。
【図11】本発明の一実施形態に係るディジタル/アナ
ログ変換回路の回路図である。
【図12】図10のディジタル/アナログ変換回路を詳
細に示した回路図である。
【図13】図12のディジタル/アナログ変換回路の動
作を説明するタイムチャ−トである。
【符号の説明】
10,15,16…スイッチ制御手段、20,21,2
5,26,27,28,29…変換手段、51,52,
53…二酸化硅素(SiO2 )、54…金属膜、55,
56…n型領域、57…p型領域、Cf…不帰還用のキ
ャパシタ、Cs1〜Csn,C0…キャパシタ、D1〜
Dn…ディジタル信号、DE1,DE2…ダイオ−ド、
I…ドレイン電流、NF…Nチャネル型電界効果トラン
ジスタ、OP…演算増幅回路、P…パッド、PF…Pチ
ャネル型電界効果トランジスタ、SW0…スイッチング
素子、SW1…第1のスイッチング素子、SW2…第2
のスイッチング素子、SW3…第3のスイッチング素
子、SW4…第4のスイッチング素子、SW51〜SW
5n…第5のスイッチング素子、SW61〜SW6n…
第6のスイッチング素子、SW7…第7のスイッチング
素子、SW8…第8のスイッチング素子、SW9…第9
のスイッチング素子、T1〜Tn…入力端子、Va…基
準電圧、QM4…ノ−ドM4に蓄積されている電荷量、V
o…アナログ信号、Vp…パッドPの電位。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基準電圧が供給される基準電圧端子と、 前記基準電圧が非反転入力端子に供給される演算増幅回
    路と、 前記演算増幅回路の出力端子と反転入力端子との間に、
    該出力端子から該反転入力端子に向かって直列に設けら
    れた第7のスイッチング素子および第1のスイッチング
    素子と、 前記反転入力端子と前記基準電圧端子との間に設けられ
    た第2のスイッチング素子と、 前記演算増幅回路の出力端子と反転入力端子との間に、
    該出力端子から該反転入力端子に向かって直列に設けら
    れた第3のスイッチング素子および負帰還用のキャパシ
    タと、 前記負帰還用のキャパシタと前記第3のスイッチング素
    子との接続点と前記基準電圧端子との間に設けられた第
    4のスイッチング素子と、 前記反転入力端子に一端が接続されており、所定の関係
    で規定されるキャパシタンスを有する複数のキャパシタ
    と、 ディジタル信号を入力する複数の入力端子と該複数の入
    力端子に対応する前記複数のキャパシタの他端との間に
    設けられた複数の第5のスイッチング素子と、 前記複数のキャパシタのそれぞれの他端と前記基準電圧
    端子との間に設けられた複数の第6のスイッチング素子
    と、 前記演算増幅回路の出力端子とディジタル/アナログ変
    換回路の出力端子との間に設けられた第8のスイッチン
    グ素子と、 前記第3、第5および第8のスイッチング素子を開路状
    態にする制御信号と第4のスイッチング素子を閉路状態
    にする制御信号とをリセット開始期間の開始時からリセ
    ット終了期間の終了時まで出力し、前記第6および第7
    のスイッチング素子を閉路状態にする制御信号をリセッ
    ト開始期間内の所定時からリセット終了期間内の所定時
    まで出力し、前記第1および第2のスイッチング素子を
    閉路状態にする制御信号をリセット開始期間の終了時か
    らリセット終了期間の開始時までのリセット動作期間に
    出力するスイッチ制御手段とを有する、半導体デバイス
    として形成されたディジタル/アナログ変換回路。
  2. 【請求項2】前記第7のスイッチング素子が開路状態の
    時にのみ前記第1および第7のスイッチング素子間の接
    続点に対して一定電圧を供給する切換手段を設けた請求
    項1記載のディジタル/アナログ変換回路。
  3. 【請求項3】前記第1および第7のスイッチング素子間
    の接続点に一端が接続されたキャパシタを設け、該キャ
    パシタの他端には一定電圧が供給されている請求項1記
    載のディジタル/アナログ変換回路。
  4. 【請求項4】前記第1〜第8のスイッチング素子は、各
    々電界効果トランジスタからなる請求項1記載のディジ
    タル/アナログ変換回路。
  5. 【請求項5】前記演算増幅回路の反転入力端子と前記第
    2のスイッチング素子との間の配線上に2点を設定し、
    前記リセット動作期間にのみ開路する第9のスイッチン
    グ素子を前記2点間に設け、該第9のスイッチング素子
    を電界効果トランジスタにより構成した請求項1、2、
    3又は4記載のディジタル/アナログ変換回路。
  6. 【請求項6】前記ディジタル信号は、最上位ビットから
    最下位ビットまでのビットに対応するディジタル信号
    と、アナログ信号電圧の絶対値の最小値を調整する調整
    用ディジタル信号とにより構成されており、 前記最上位ビットから最下位ビットまでの所定ビットに
    対応するディジタル信号が供給されるキャパシタのキャ
    パシタンスは、前記所定ビットの一つ下位のビットに対
    応するディジタル信号が供給されるキャパシタのキャパ
    シタンスの2倍であり、 前記最下位ビットに対応するディジタル信号が供給され
    るキャパシタのキャパシタンスと、前記調整用ディジタ
    ル信号が供給されるキャパシタのキャパシタンスは等し
    い請求項1、2、3、4又は5記載のディジタル/アナ
    ログ変換回路。
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US7551113B2 (en) 2007-03-27 2009-06-23 Samsung Electronics Co., Ltd. Cyclic digital to analog converter in pipeline structure
US7583217B2 (en) 2007-01-22 2009-09-01 Sharp Kabushiki Kaisha Switched capacitor type D/A converter, and drive circuit for liquid crystal display
JP2012212046A (ja) * 2011-03-31 2012-11-01 Lapis Semiconductor Co Ltd 液晶駆動用のソースドライバのオフセット低減出力回路

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