JPS59163912A - C−r型da変換器 - Google Patents

C−r型da変換器

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JPS59163912A
JPS59163912A JP58037941A JP3794183A JPS59163912A JP S59163912 A JPS59163912 A JP S59163912A JP 58037941 A JP58037941 A JP 58037941A JP 3794183 A JP3794183 A JP 3794183A JP S59163912 A JPS59163912 A JP S59163912A
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JP
Japan
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converter
type
array
capacitor
group
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JP58037941A
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English (en)
Inventor
Tetsuya Iida
哲也 飯田
Norishige Tanaka
田中 教成
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/66Digital/analogue converters
    • H03M1/68Digital/analogue converters with conversions of different sensitivity, i.e. one conversion relating to the more significant digital bits and another conversion to the less significant bits
    • H03M1/687Segmented, i.e. the more significant bit converter being of the unary decoded type and the less significant bit converter being of the binary weighted type

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

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】 〔発明の技術分野〕 本発明は各種電子機器に用いられるDA(デジタル/ア
ナログ)変換器に係り、特にコンデンサアレイと抵抗群
とを用いたC−R型DA変換器に関する。
〔発明の技術的背騎とその問題点〕
DA変,典器の回路形式として、(a)抵抗網を用いた
R−2Rラダ一回路、(b)抵抗ストリングを用いたツ
リー型回路、(C)コンデンサプレイを用イ7’(Cア
レイ型回路、(d)2組のコンデンサアレイを結合した
C−C型回路、(e)Cアレイ型回路とツリー型回路と
を組み合わせたC−R型回路などが知られている。
上ml(a)のR−2Rラダ一回路は、MOSプロセス
で実現する場合に、イオン注入抵抗を用いるとバックゲ
ート効果により抵抗値が変化するので、DA変換精度が
悪く、取扱い可能なビット数が6ビット程度と小さい欠
点がある。また、拡散抵抗とかポリシリコン抵抗を用い
る場合には、その抵抗価が小さいのでデジタル入力によ
りスイッチ制御されるスイッチ素子の抵抗を極端に小さ
くしなければ高、い変換精度が得られない。しかし、上
記スイッチ素子の抵抗を極端に小さくすることは実現困
難であり、高い精度を得ることが難かしい。
゛また、前記(b)のツリー型回路は、取扱うビット数
がDの場合にm=2  個の抵抗が必要であり、k{O
S LSI  化に際して、ビット数が多い場合にはチ
ップ占有面積が非常に大きくなり、製造コストが高くな
る。
また、前記(C)のCアレイ型回路は、MOSLSI化
した場合にコンデンサは電圧依存性を持たないので精度
を上げることができる長所は返るが、最小容量値に限度
があるので順次重み付けされる上位ヒツトの容量値が取
扱うビットの増大につれて非常に犬きぐなり、チップ占
有面積が大きくなり、製造コストが高くなる。
また、前記(d)のC−C型回路は、第1図(a)に示
すように容量値Cのコンデンサcoニコンテ7ーfアレ
イC,〜Ctを接続し、コンデンサアレイC,〜Ctお
よびc1〜C’mの出方相互間に結合コンデンサCC 
を接続している。ここで、81〜8tはデジタル入力の
丁位ビットVI〜Vt用のコンデンサアレイ01〜Ct
 (答j!値はC〜2 ・C)に対応して接続されたス
イッチ菓子であり、St++〜Smはデジタル入力の上
位ビソトVt++〜■m用のコンデンサアレイC, 〜
Cm(容量値は0〜2m−1・C)に対応して接続され
たスイッチ素子であシ、これらのスイッチ素子S,〜S
nnは各対応する入力ピットv,%Vmの++111 
、 wQ*に応じて哉準電圧VREF源、接地端GND
に接続される。結合コンデンサCcから下位ヒツトのコ
ンデンサアレイe[た容iceffをコンデンサアレイ
の最小容量値Cに整合させておけば、出力電圧VOUT
は2t+m (Vk:1または0) となり、第1図(b)に示すように線形ODA変換特性
が得られる。しかし、上記のようにCeffとCとを整
合させるには の如く、結合コンデンサCcの容量値がコンデンサアレ
イの最小容量値の整数倍にならないため、、その実現が
困嬌である。
また、前記(e)のC−R型回路は、第2図(a)に示
すようにCアレイ型回路とツリー型回路とを組み合わせ
接続している。ここで、スイッチ素子S、〜S M−1
は、ツリー型回路における抵抗ストリングRI−RMの
各一端とVSTEP 電圧出力ノードとの間に各対応し
て接続されており、上記抵抗ストリングR′1〜RMは
基準電圧VIF源を接地端o tq Dとの間に接続さ
れている。一方、スイッチ素子T1〜TNはCアレイ型
回路におけるコンデンサプレイのコンデンサC1〜CN
の各一端を基i(J it圧VREF I原、G ND
 、 VSTFiP出力ノードのいずれかに切洟接続す
るものである。これらのスイッチ素子S、−8M−1、
T。
〜TNはデジタル入力に応じて第2図(b)に示すよう
にスイッチ制憫1されるものである。即ち、スイッチ素
子81〜5M−1はデジタル入力の下位ビットが犬きく
なるにつれて択一的に導通するように制御され、スイッ
チ素子T1〜TNはデジタル入力の上位ビットが大きく
なるにつれて重みの小さいビットに対応するスイッチ素
子T1から重みが最大のビットに対応するスイッチ素子
TNに向って順次導通するように制御される。凍た、ス
イッチ素子V1はCアレイ型回路のVOUT出力点とG
NDとの間に接続され、DA変(’A l1J7I作開
始前に一時的に導通するように制vllされる。
したがって、いまスイッチ素子81−8M−1のうちの
Sj (0≦3≦M−1)が導通したときのVSTEP
電圧は VSTEP := −VREF    ”””””””
”曲間F31と表わされる。このとき、スイッチ素子T
、〜TNのうちT、〜’I’t−+がVRE F電源に
接続され、Ttl): V 5TEP出力ノートにii
k 155され、Tt+I〜TNがGNDに接続されて
いるものとすれば、容赦アレイC,〜CNの出力゛電圧
Vo UTはである。ここで、Cl= 21−x・Co
に設定されている、っまり容鑑アレイC8〜CNの容叶
値に2進数の重み付けがなされているものとすれば、 となる。ところで、 であるから となり、上式(7)は第2図(b)に示すような非線形
のDA変換特性を表わしている。しかし、このような非
線形特性は、特殊な用途、たとえばPCM伝送端局装餉
°におけるPCu符号器、復号器(CODFC)等に用
いられるものであシ、線形のDA変:i美%性を必要と
する場合には@2図(a)に示したようなC−R型回路
は使用できない。
〔発明の目的〕
本発明は上記の事1Nに権みてなされたもので1、高精
度の所甲のDA′R換特性全特性でき、しかも小ジ化お
よび低価格化が可能でMOS  LSI化に好適なC−
R型DA変換器を提供するものである。
〔発明の概要〕
即ち、本発明のC−R型DA変換器は、デジタルデータ
入力の上位ビットをCアレイ型DA変換器によりD’A
変換し、上記デジタルデータ入力の下位ピントをR型D
A変喚器によりDA変換し、上記R型DA変換器の出力
へと前記Cアレイ型DA変換器の出力点とを容叶結合し
、Cアレイ型DA変換器の出力点からDA変換出力を取
り出すよう・にしたものである。
したがって、上記C’−R型DA変換器によれば、MO
S  LSI化した場合に、電圧依存性のないCアレイ
型DA変換器によりデジタル入力の上位ビットが[)A
変換されるので、精度の高いDA変1良が可能になる。
また、上記Cアレイ型DA変換器はデジタル入力の上位
ビットのDA変換を受は持つだけであるので端小重みビ
ットのコンデンサから最大重みビットのコンデンサまで
の容量差が小さくて済み、チップ面積が小さくて済む。
また、前記R型DA変換器はデジタル入力の下位ビット
のDA変醜を受は持つだけであるので抵抗計の1更用抵
抗数が少なくて済み、チップ面積が小さくて済む。した
がって、上記C−R型D/り変美器は全体としてチップ
面積が小さくて済み、低価格化が1丁能である。
〔発明の実施例〕
以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第3図は本発明の基本構成を示しており、31はデジタ
ルデー・夕人力の上位ビットをOA変換するためのCア
レイ型DA変換器、32は上記デジタルデータ入力のT
fiLビットをD/A変換するためのR型(R−2Rラ
ダー型もしくは抵抗ストリング型) D/A変換器、3
3は上記R型DA変換器32の出力をCアレイベリDA
変換器31の出力に重畳させるための容量結合手段であ
り、Cアレイ型DA変換器31から出力電圧VOUTが
取り出される。
次に、本発明の一実施例を詳細に説明する。
第4図において、41はツリー型DA変換器であシ、第
1亀源である裁準電圧VREF i原と第2電、源(た
とえば接地面積GND )との間に抵抗ストリングR,
−RMがFM j、&され、上記抵抗R+−rtMの各
一端に対応してスイッチ素子So −8M−] が接続
され、このスイッチ素子So−5M−1の各他端は一括
接続されてV8TEP電圧出力点となっている。上記ス
イッチ素子S(、〜5M−1はデコーダ42の出力in
+ 〜inMにより択一的に纒通するように制御される
ものであり、このデコーダ42はデジタル入力の下位ビ
ットIN+〜INm(2鵡コード)をデコードして出力
in、〜1nMのうち1個をW1fi論理レベルにし、
残りを”0′1論理レベルにする。一方、Cアレイ型D
A変麟器31において、容量アレイC1〜CNの各一端
は一括接続されて出力電圧votr’r  の出力点と
なり、上記コンデンサアレイC0〜CNの各他端に対応
してスイッチ素子T1〜TNを介して裁準′−配圧VR
EF r原もしくはGNDに接続される。上記スイッチ
素子Tl〜TNはデジタル入力の上位ピッ)INm+l
〜INnにより各対応してスイッチ制御されるものであ
ゆ、ビット人力が゛1″論理レベルのときにVREF源
に接続され、ビット入力が0”論理レベルのときにGN
Dに接続される。なお、上記コンデンサアレイC1〜C
Nはそれぞれの容験イ直C1(l≦i≦N)が順次大き
くなるようにたとえば2進数の重み付け(Ci=2”C
+ )が行なわれている。−芳、容量結合手段33は前
6己’vs’rgp出力点とVouT出力点との間に喚
続された結合コンデンサーC8から々す、その容敬値C
oはたとえば前記容量アレイC1〜CNにおける最/」
−重みの芥寓、値C3と等しく設定されている。
さらに、前記VOUT出力点とGNDとの間にスイッチ
素子U、が接続され、VSTIICP出力点とGNDと
の間にスイッチ素子Utが接続されており、これらのス
イッチ素子U、 およびU2はDA変換動作の開始前に
一時的に導、通ずるように匍盲卸される。
なお、前記スイッチ素子S o−8M−1・Ul・U2
は、それぞれたとえば第5図に示すようにN %、キャ
ンネルエンハンスメント形OSトランジスタ51とPチ
ャ:/λ1ルエンノ1ンスタント形MO8)ランジスタ
52とが並列接続されて相補的な制御信号がゲート入力
となるCMOSスイッチからなる。また、前記スイッチ
素子TI〜TNは、それぞれたとえば第6図に示すよう
にNチャンネル二ンノ〜ンスメント+)9yO8)ラン
ジスタロ1とPチャンネルエンノ・ンスメント形v、O
Sトランジスタ62とからなるCV、08インバータを
VRE ’F電圧源とGNDとの間に接続することによ
って構成される。そして、このインバータの入力として
デジタル入力の上f立ビットを与え、インバータの出力
ノードに前記客数アレイC8〜CNのコンデンサを接続
するものである。
次に1上記構成における動作を説明する。前述したよう
にスイッチ素子83(0≦j≦M−1)はデコーダ42
の出力inj++が111のとき導通し、°01のとき
非導通になる。また、スイッチTj (1≦j≦N)は
、デジタル入力の上位ビット入力INm+jが11″の
ときV RRF側を選択し、101 のときにGND側
を選択する。先ず、DA変換動作開始前に一時的にスイ
ッチ素子U、、U2が・導通すると共にデジタル入力の
各ビットIN、〜INnがeOwになってスイッチ素子
T。
〜TNがGND側を選択(−だときに結合コンデンサC
8およびコンデンサアレイC,〜CNの各コンデンサの
電荷は放電し、VnυT出力点の電荷は零になる。DA
変換動作が開始すると、■otlT出力点に着目すれば
電をiN存シ((」より次式が成立する。
、Tw、 c+−INm+i = VQIJT (、!
、 C+  、22. C+ ・I Nm+t ) −
(8)ここで、ビット人力INi、INm+iは1ある
いは0である。
上式(8)から ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
  (9)が求する。ここで、前述したように C1=2’−’・c、 : 21−’・co   ・・
・・・・・・・・・・・・・・・・  aoの関係を代
入すると、 V部F   ・・・・・・・・・・・・・・・   O
Ilとなり、さらに%’、21−1・2N−1を代入す
ると・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・   
(L2となり、さらに[+1=2”、N+rB=rxの
関係を代入すると となる。
上式03により示されるDA&換特性をグラフ化すると
第7図に示すようになり、コンデンサアレイC1〜CN
のうちの最小重みのコンデンサに接続され7ヒスイツチ
累子T1のスイッチ制岬による電圧変化範囲内でツリー
型DA変換器41のVSTEP出力電圧のステップ変化
が等間隔に生じるようになっており、デジタル入力の増
大に伴ってツリー型DA変醜器41の1ステップ刻みで
直線に沿って゛JOUT出力電圧が増大する特性が得ら
れる。
上述したようなC−R型DA変換器によれば、IJO8
LSI  化した場合に、デジタル入力の上位ビットは
′■電圧依存性ないCアレイ型DA変換器31によりD
A変換が行なわれる。したがつて、電圧依存性を有する
R型DA変換器によりデジタル入力の全ビットのOA変
換を行なう□場合に比べて高精度のDへ変換が可能でめ
り、10ビット稈度のDA変換を精度良く行なうことが
可能になる。
また、前記Cアレイ型DA変換器31は、デジタル人力
ビットのうちの一部(上位ビット)に対するコンデンサ
アレイを形成すればよいので、コンデンサアレイに2進
数のM(み付けをつけるとしても最小重みの容量値を小
さくすることによって最大重みの容量値を小さく抑える
ことが可能になり、IJO8LSI:  チップ上の占
有面積が小さくて済む。同様に、ツリー型DA変換器4
1も、デジタル人力ビットのうちの一部(下位ピント)
に対するDA変換を行なうものであり、使用抵抗数を小
さく抑えることが可能になるので、チップ占有面積が小
さくて済む。
したがって、上記構成のC,−R型り人変換器は全体と
してチップ面積が小さくて済むので、コスト低下が可能
であり、しかもDA変換動作に伴なうイ=号電流の充放
置時間が短かぐ、高速のDA変換が可能である。
壕だ、Cアレイ型DA変換器3ノのコンデンサプレイに
2進数の重み付けをつけることにより線形のDA変換特
性が得られることは勿論、上記コンデンサアレイの重み
付け(たとえば最上位ビットの吠み付け)を変えること
によって所望の非線形のDA変換特性が得られるように
なる。
また、6盾結合手段33の結合度を所定値に設定するこ
とによって、R姑DA変換器32の出力のステップ変換
器がCアレイ型DA変換器3ノの最小重みの1ピット分
の電圧変化内で等分される。換言すれば、スイッチ素子
T、がGNDK接続され、スイッチ素子SM−sが導通
している状態における出力電圧と、スイッチ素子So−
8M−1が非導通であってスイッチ素子7重がVRBF
に接続されている状態における出力電圧との電圧差は、
R型DA変換器32における最小重みの1ステツプ変化
砒に等しくなる。これによって、Cアレイ型DA変換器
3ノにおける最小重みの1ステツプ変化内で、vs’r
y電圧に、よる補間は直線的に行なわれるが、前記容量
結合手段33の結合度を変えることによって前記スイッ
チ素子T、とS、〜5M−5との切換時における電圧差
はR型DA変換器32における最小重みの1ステツプ変
化量に等しくならなくな9、上記補間は非直線的に行な
われるようになる。
なお、上記実施例は第3図のR型1)A変換器32とし
てツリー型DA変換器41を用いだが、これに代えて第
8図に示すようにR−2Rラダー型DA変換器8ノを接
続しても上記実施例と同様な効果が得られる。なお、こ
の場合には、デジタル入力のγ位ビットIN+〜rNm
により各対応してスイッチ素子S、〜Smをスイッチ制
御すればよく、このスイッチ素子s、−smは対応する
ビット入力IN、〜工Nm が11″のときにVRIF
電圧源を選択し、”θ″のときにGN[)を選択するも
のであり、たとえば第6図に示したようなCMOSイン
バータを用いることができる。
〔発明の効果〕
上述したように本発明のC−R型DA変挨器によれば、
高4n度の所望のDA変換特性を実現でき、しかも小型
化および低価格化が可能でMOS  LSI化に好適で
あり、計測制御機器、カーエレクトロニクス枦器、医療
用エレクトロニクス機器、伝送通信機器等に広く使用す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)は従来のC−C型DA変換器を示す回路図
、@1図(b)は同図(a)のDA変換特性を示す図、
第2図(a)は従来のC−R仰DA変換器を示す回路図
、第2図(b)は同図(a)のDA変換特性を示す図、
第3図は本発明に係るC−R型[)A変換器の基本構成
を示すブロック図、第4図は第3図のC−R型DA変換
器の一実施例を示す回路図、第5図は第4図のスイッチ
素子80〜8M−1t U、+ Utの一具体例を示す
回路図、第6図は第4図のスイッチ素子T、〜TNの一
具体例を示す回路図、第7図は第4図のC−R1型DA
変換器のl)A変換特性の−fllを示す図、第8図は
本発明の他の実施例を示す1回路図である。 31・・・Cアレイ型DA変換器、32・・・R型DA
変換器、33・・・容量結合手段、41・・・・シリ−
型[)A変換器、81・・・R−2Rラタ゛−枯騒DA
変換器、S H〜8no l ’r、  ”−TN +
 Ul’ + U2 ・・’スイッチ素子。 出願人代理人  弁理士 福 江 武 彦第1図 (a) (b) 第2図 (a) 第5図    第6図 GND 第8図 11 デジ2ノLテータ入力 第7図 (INn     C−’−1

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)コンデンサ群およびこれらに接続されたスイッチ
    素子群からなり、上記スイッチ素子群をデジタルデータ
    入力の上位ビットデータにより制御し、第1電源もしく
    は第2′亀源に接続することによシ上記上位ピント入力
    をDA変換するCアレイ型DA変換器と、抵抗群および
    これらに接続されたスイッチ素子群からなり、前記デジ
    タルデータ入力の下位ビット−iデータに応じて前記第
    1′屯倣と第2′屯源との間の電圧範囲内でステップ変
    化するステップ′亀圧を出力するR型DA変換器と、こ
    のR型DA変換器の出力点と前記Cアレイ型DA変換器
    の出力点との間に接続された容敬結合手段とを具備し、
    前記Cアレイ型DA変換器の出力点からDA変換出力を
    取り出すことを特徴とするC−R型DA変換器。
  2. (2)前記Cアレイ型DA変換器の容量アレイは、2進
    数の重み付けがなされていることを特徴とする前記特許
    請求の範囲第1項記載のC−R型DA変換器。
  3. (3)前記容量結合手段は、Cアレイ型DA変換器の容
    量アレイにおける最小重みを有するコンデンサの容量値
    に等しい容量値を有するコンデンサであることを特徴と
    する前記特許請求の範囲第1項または第2項記載のC−
    R型DA変臭器。
  4. (4)前記R型DA変換器は、前記第1電源と第2′亀
    源との間に直列に続触された抵抗群およびするように制
    御されるスイッチ素子群からなることを特徴とする前記
    特許請求の範囲第1項記載のC−R型DA変換器。
  5. (5)前記R型DA変換器は、R−2Rラダ一抵抗群お
    よび前記デジタルデータ入力の下位ビットデータにより
    制御され前記第1電源もし〈は第2電源に接続されるス
    イッチ素子群からなることを特徴とする特許 1項記載のC−R型DA変換器。
  6. (6)前記Cアレイ型りへ変換器の出力点と前記第2電
    源との間および前記R型DA変換器のステップ・′電圧
    出力点と前記第2蛋源との間にそれぞれ接続されたスイ
    ッチ素子をさらに具備することを特徴とする前記特許請
    求の範囲第1項記載のC−R型DA変換器。
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