JPS61263325A - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置

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JPS61263325A
JPS61263325A JP10379385A JP10379385A JPS61263325A JP S61263325 A JPS61263325 A JP S61263325A JP 10379385 A JP10379385 A JP 10379385A JP 10379385 A JP10379385 A JP 10379385A JP S61263325 A JPS61263325 A JP S61263325A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
resistance
misfet
switch
semiconductor integrated
integrated circuit
Prior art date
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Pending
Application number
JP10379385A
Other languages
English (en)
Inventor
Keisuke Miyamoto
佳介 宮本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Microcomputer System Ltd
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi Microcomputer Engineering Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd, Hitachi Microcomputer Engineering Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP10379385A priority Critical patent/JPS61263325A/ja
Publication of JPS61263325A publication Critical patent/JPS61263325A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/66Digital/analogue converters
    • H03M1/74Simultaneous conversion
    • H03M1/78Simultaneous conversion using ladder network
    • H03M1/785Simultaneous conversion using ladder network using resistors, i.e. R-2R ladders

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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】 [技術分野] この発明は、半導体集積回路技術さらにはD/A変換回
路(ディジタル・アナログ変換回路)に適用して特に有
効な技術に関し、例えばはしご形D/A変換器に利用し
て有効な技術に関する。
[背景技術] バイナリ・コードのディジタル信号をアナログ信号に変
換するD/A変換器の一つに5例えば第4図に示すよう
なRおよび2Rの2種類の抵抗とスイッチSW1〜SW
nとにより構成されたいわゆるはしご形D/A変換器が
ある([株]オーム社が昭和56年6月30日に発行し
た[半導体ハンドブック」第715頁参照)。
上記のようなり/A変換器を半導体集積回路化する場合
、スイッチSW1〜SWnはMISFET(絶縁ゲート
形電界効果トランジスタ)で構成されることがある。そ
の場合、周知のようにMISFETはオン抵抗を有して
おり、そのオン抵抗はMISFETの素子寸法が小さく
なるほど大きい、しかるに、数ミリ角の大きさの半導体
チップ上に形成されるMISFETの素子の大きさには
限界がある。
そのため、MISFETのオン抵抗によってD/A変換
精度が低下するという問題点があった。
しかも、スピードを落とさずにD/A変換器のビット数
を大きくするほど抵抗R,2Rの抵抗値を小さくしなけ
ればならないため、MISFETのオン抵抗が相対的に
大きくなる。
しかるに、現在の半導体集積回路の技術では、M I 
S FETのオン抵抗のプロセスによるばらつきと、抵
抗(拡散抵抗)のばらつきとの間に相関関係がない。そ
のため、上記はしご形D/A変換器において、MISF
ETのオン抵抗Ronおよびラダー抵抗2Rの和と、抵
抗Rとの比(Ron+2R)/Rを一定(2:1)にな
るようにするのは非常に困難である。
しかも、上記の場合、抵抗2Rと直列にMISFETの
オン抵抗εが接続されたと考えると、そのオン抵抗εが
出力電圧に与える影響はビットごとに異なる。従って、
各スイッチMISFETの素子寸法を同じ大きさにして
おくと、各ラダー抵抗2Rの抵抗値の相対精度が低下し
てしまうことになる。上記のような問題点があることが
本発明者によって明らかにされた。
その結果lMISFETのオン抵抗が無視できなくなり
、スイッチ素子にMISFETを用いたはしご形D/A
変換器は4ビツトが限界であった。
[発明の目的] この発明の目的は、いわゆるはしご形D/A変換器の変
換精度を向上させ得るような半導体集積回路技術を提供
することにある。
この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴に
ついては、本明細書の記述および添附図面から明かにな
るであろう。
[発明の概要コ 本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を説明すれば、下記のとおりである。
すなわち、はしご形D/A変換器におけるラダー抵抗2
Rと直列に接続されるスイッチMISFETのオン抵抗
を考慮し、MSB側のスイッチからLSB側のスイッチ
に向かって、しだいにオン抵抗が2倍、4倍、8倍・・
・・2″−1倍となるように各スイッチの素子寸法を決
定してやることにより、スイッチがオン抵抗を有してい
ても各ラダー抵抗の相対的な精度が保たれるようにして
、回路全体としてのD/A変換精度を向上させるという
上記目的を達成するものである。
以下図面を用いてこの発明を具体的に説明する。
[実施例コ 第1図は、本発明をはしご形D/A変換器に適用した場
合の一実施例が示されている。この回路では、第4図に
示すD/A変換器のスイッチSW、〜SWnが、各々一
対のPチャンネル形MISFET  PiとNチャンネ
ル形MISFETNiで構成されている(i=1.2.
・・・・n)。
上記MISFET PiとNiは、基準電圧Vrefが
印加される基準電圧端子と回路の接地点のような電源電
圧端子間に直列に接続されている。
また、MISFETPiとNfのゲート端子には、バイ
ナリ・コード信号工1〜Inの対応するビットIiが共
通に印加され、MISFET  PiとNiとは相対的
にオン、オフ動作されるようになっている。
上記のように第4図のスイッチSW、〜S W nを一
対の相補型MISFETPiとNiとで構成する方式は
、従来から実施されているもので、それ自体は新規な技
術ではない。
しかして、この実施例では、上記各スイッチMISFE
TP1〜PnおよびN1〜Nnが、MSB側のスイッチ
MISFET  Pl、N1からLSB側のスイッチM
ISFET  Pn、Nnに向かって、各MISFET
の素子寸法(W/L)が、1/2倍、1/4倍、1/8
倍・・・・1/2″−1倍となるように形成されている
。つまり、MISFET Pi、NiはそれぞれMIS
FET Pi−1,Ni−1の半分の大きさに形成され
ている。これによって、各MI 5FET  Pl−P
n(またはN1〜Nn)のソース・ドレイン間に同一の
電圧が印加された場合、各MISFET  P1〜Pn
(またはN1〜Nn)゛のオン抵抗の比は、1:2:4
:・・・・:2y’+−1になるようにされる。
つまり、MISFETが二極管領域で動作する範囲では
、ソース・ドレイン間電圧の大きさにかかわらずMIS
FETのオン抵抗はほぼ一定になる。
そのため、上記のごとく各M I S FETの素子寸
法の比を1 : 1/2 : 1/4・・・・とするこ
とにより、オン抵抗の比は1:2:4:・・・・とする
ことができる。
さらに、この実施例では、LSB側の外側の抵抗2Rと
接地点との間にもNチャンネル形MISFET Nn+
1が接続されている。これは、LSHの外側の抵抗2R
にも、その他の抵抗2Rと直列に接続されるMISFE
Tのオン抵抗に相当する抵抗を加えてやるためである。
MISFETNn+1の寸法は、Nnの寸法と同一であ
る。さらに、対になっているMISFETPiとNiは
ON抵抗を等しくなるよう(W/L)p i :  (
W/ L ) N i = 1 / u p : 1 
/ u uとする。但し、μp、μ8はそれぞれP形、
N形の移動度である。
これによって、第1図に示すD/A変換器は、M I 
S FETのオン抵抗をεで表わすと、第2図に示すよ
うな等価回路で示されることになる。ここで、各スイッ
チSWiと抵抗2R間に接続されたMISFETのオン
抵抗ε1.ε2.・・・・εn+1の抵抗比は、1:2
:4:・・・・2 n−1となっていることはいうまで
もない。
抵抗2Rに接続されるMISFETのオン抵抗が上記の
ような関係になるように各MIS’FETP1〜Pnお
よびMISFETNI 〜Nnの素子寸法を決定したこ
とにより、スイッチSW1〜SWnのオン抵抗を無視し
た第4図のD/A変換器に比べて、各抵抗(2R+εi
)間の相対精度が高くなる。その結果、D/A変換器全
体としてのD/A変換精度が向上される。
各スイッチMISFETの素子寸法は、先ず最も大きな
MSB側のM I S FET  Pi 、Ntをチッ
プサイズとの関係において許容される最大の大さきに決
定し、他のMI 5FETP2 、N2・・・・はこの
MISFETPl、N、の1/2.1/4・・・・1 
/ 2 n−1となるように決定してやればよい、この
ようにすることによって、スイッチMISFETのオン
抵抗による影響を最小限にしてやることかできる。
次に、上記のごとくスイッチMISFETP1〜Pnお
よびN1〜Nnの寸法比を1,1/2゜1/4・・・・
1/2″のように決定したことによりD/A変換精度が
向上される理由を、説明を簡単にするため第3図に示す
2ビツトのD/A変換回路を例にとって説明する。
キルヒホッフの法則を用いて第3図の回路の出力V o
 u tを求めると、この回路では、スイッチSWa、
SWbの切換え状態の組合わせにより、出力V o u
 tは次のようになる。(ただし、SA。
SRはスイッチがGND、Vrefのときそれぞれ0,
1となる数値である。) Vouj=(1/2αSA+1/4β5B)XVref
a= (16r” +6(3is+3ε2)r+2ia
 i2) / (16r”+(5s3+5i2+4tl
 )r+(t3 t2+t2 tl +il (!S)
)β== (16r” +4(2i2+2gl )r+
4t3 ff1i ) / (16r”+(5i3+5
t2+4gl )r+(i3 i2+t211+tl 
g3))従って、α=β=1であれば出力は理想値と一
致する。そのためには 6(3ε3+3ε2)=5ε3+5ε2+4ε1=4(
2ε3+2t1)2ε3ε2=εsi+ε2ε1+ε1
i3=4ε3ε1であればよい、これにより ε0:ε1:g2=1:2:2 の条件を満たす場合に誤差がなくなる。
同様の理由からnビットのD/Aでは ε1:ε2:εas”εn−1:εn =2n:2″:22:23:・・・・2 n −4=2
 n −1とすればよい。
なお上記実施例では、各スイッチMISFETP1.N
、〜Pn、Nnの素子寸法を、それぞれ1 : 1/2
 : 1/4・・・・のような比になるように形成する
と説明した。しかしながら、各スイッチMISFETの
素子寸法を変えてやる代わりに、最小寸法のMISFE
T (実施例ではPn、Nn)を並列に複数個設けてお
いて、これらを組み合せて使用することによって実質的
なチャンネル幅の比が上記のように1:1/2:1/4
:・・・・になるように各スイッチを構成してもよい、
このようにすれば各スイッチMISFETでのばらつき
が一様になるので、素子寸法比の精度が高くなり、回路
全体としてのD/A変換精度を向上させることができる
また、D/A変換器全体の構成は、上記実施例(第1図
)に限定されず、例えば上記回路の出力端子に増幅用の
オペアンプを接続した構成であってもよいことは勿論で
ある。
さらに、上記実施例ではラダー抵抗2RとRとの抵抗比
が2:1になるようにされているが、出力電圧Vout
に最も大きな影響を与えるMSB側のスイッチMISF
ETP1もしくはN1のオン抵抗ε1とラダー抵抗2R
との和(ε1+2R)と、抵抗Rとの比が2=1になる
ように、予めラダー抵抗2Rの抵抗値を決めておくよう
にしてもよい。
[効果] MSB側のスイッチからLSB側のスイッチに向かって
、しだいにオン抵抗が2倍、4倍、8倍・・・・2″−
1倍となるように各スイッチの素子寸法を決定してやる
ようにしたので、スイッチがオン抵抗を有していても各
ラダー抵抗の相対的な精度が保たれるという作用により
、回路全体としてのD/A変換精度が向上されるという
効果がある。
以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。例えば、上記実施例では
、各ラダー抵抗2Rと直列に接続されるスイッチMIS
FETのオン抵抗εiの抵抗比が1:2:4:・・・・
2″−1となるようにするため、各スイッチMISFE
TPx。
Nl〜Pn、Nnの寸法比を1:1/2:1/4:・・
・・1/2″−1となるようにしているが、各MISF
ETの素子寸法を変える代わりに、チャンネル部へのイ
オン打込み量を各M I S FETごとに変える等の
方法によって、オン抵抗の比が1=2:4:・・・・2
″−1となるようにすることも可能である。また、スイ
ッチはMISFETに限定されるものでない。
[利用分野] 以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるはしご形D/A変換
回路に適用したものについて説明したが、この発明はそ
れに限定されるものでなく、ラダー抵抗とスイッチとを
備えた半導体集積回路一般に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は1本発明をはしご形D/A変換器に適用した場
合の一実施例を示す回路構成図。 第2図は、その等価回路を示す回路説明図、第3図は、
本発明を2ビツトのD/A変換器に適用した場合の等価
回路を示す説明図、第4図は、従来のはしご形D/A変
換器の構成例を示す回路図である。 R1,2R・・・・ラダー抵抗、SWI 〜5Wn=・
・スイッチ、ε1〜εn・−・・スイッチMISFET
のオン抵抗。 第   1  図 第  2  図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、ラダー抵抗とそれに接続された複数個のスイッチ素
    子とからなるディジタル・アナログ変換回路を備えてな
    る半導体集積回路において、上記各スイッチ素子はその
    オン抵抗の比が上位側から下位側に向かって1:2:4
    :・・・・2^n^−^1となるように形成されてなる
    ことを特徴とする半導体集積回路装置。 2、上記各スイッチ素子が絶縁ゲート型電界効果トラン
    ジスタで構成されているとともに、各スイッチ素子は、
    その素子寸法の比が下位側から上位側に向かって1:2
    :4:・・・・2^n^−^1となるように形成されて
    なることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導
    体集積回路装置。
JP10379385A 1985-05-17 1985-05-17 半導体集積回路装置 Pending JPS61263325A (ja)

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