JPS63284928A - デジタル−アナログ変換器 - Google Patents

デジタル−アナログ変換器

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JPS63284928A
JPS63284928A JP63100420A JP10042088A JPS63284928A JP S63284928 A JPS63284928 A JP S63284928A JP 63100420 A JP63100420 A JP 63100420A JP 10042088 A JP10042088 A JP 10042088A JP S63284928 A JPS63284928 A JP S63284928A
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JP
Japan
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capacitor
digital
control signal
output
signal
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JP63100420A
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English (en)
Inventor
マルセリヌス・ヨハネス・マリア・ペルフロム
アドルアヌス・コルネリス・ヨゼフ・ドゥインマエイエル
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.)
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Gloeilampenfabrieken NV
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Publication date
Application filed by Philips Gloeilampenfabrieken NV filed Critical Philips Gloeilampenfabrieken NV
Publication of JPS63284928A publication Critical patent/JPS63284928A/ja
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    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/66Digital/analogue converters
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
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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】 本発明は、第1および第2積分回路の直列回路と、制御
装置とを具え、ワード長がnのデジタル信号をアナログ
信号に変換するデジタル−アナログ変換器であって、前
記の第1および第2積分回路の各々は入力端、出力端お
よび制御信号入力端を有し、第1積分回路の出力端は第
2積分回路の入力端に結合され、第1および第2積分回
路はそれぞれ第1および第2増幅段を有し、これら第1
および第2増幅段の各々は反転および非反転入力端と出
力端とを有し、これら第1および第2増幅段はそれぞれ
その反転入力端および出力端間に結合した第1および第
2キャパシタを具え、前記の第1および第2積分回路は
前記の制御信号入力端に供給される制御信号による制御
の下で積分ステップを達成するようになっており、前記
の制御装置は前記の第1および第2積分回路の制御信号
入力端にそれぞれ結合された第1および第2出力端を有
しており、この制御装置はその第1出力端に第1制御信
号を、その第2出力端に第2制御信号を、その第1出力
端に第3制御信号を、その第2出力端に第4制御信号を
この順序で生じるようになっている当該デジタル−アナ
ログ変換器に関するものである。
この種類の変換器は特開昭59−8427号明細書に開
示されており既知であり、nビットデジタル信号を変換
するためのものである。この既知の変換器における積分
回路はアナログ積分器の形態をしている。
この既知の変換器は16ビツトのデジタル信号をアナロ
グ信号に変換するためのものであり、以下のように動作
する。第1積分回路は第1制御信号による制御の下で積
分ステップを旧回行ない、28Vrefに比例する第1
の値が取出される。ここにVrefは基卓値である。次
に、第2積分回路が第2制御信号により門2回動作せし
められ、MSB・28Vrefに比例するアナログ信号
が第2積分回路の出力端に生ぜしめられる。ここにHS
Bは16ビツトデジタル信号の8個の最上位ビット(最
上位から8個のビット)の2進数の値に等しい。次に、
第1積分回路の出力が制御装置のリセット信号による制
御の下で初期レベルにされる(この場合界にリセットさ
れる)。次に、第1積分回路が第3制御信号による制御
の下でFI3回積分ステップを行ない、シ、、8.に比
例する第2の値が取出される。
次に、第2積分回路が第4制御信号により1回動作せし
められる。これにより、(MSB・26+ LSB)V
refに比例するアナログ出力信号が生ぜしめられる。
ここにLSBは16ビツトデジタル信号の8個の最下位
ビット(最下位から8個のビット)の2進数の値に等し
い。この既知の変換器はアナログ出力信号に、妨害を及
ぼすオフセット成分を生ぜしめるおそれがある。
本発明の目的は、アナログ出力信号にいかなる妨害オフ
セント成分をも殆ど生せしめないデジタル−アナログ変
換器を提供せんとするにある。
本発明は、第1および第2積分回路の直列回路と、制御
装置とを具え、ワード長がnのデジタル信号をアナログ
信号に変換するデジタル−アナログ変換器であって、前
記の第1および第2積分回路の各々は入力端、出力端お
よび制御信号入力端を有し、第1積分回路の出力端は第
2積分回路の入力端に結合され、第1および第2積分回
路はそれぞれ第1および第2増幅段を有し、これら第1
および第2増幅段の各りは反転および非反転入力端と出
力端とを有し、これら第1および第2増幅段はそれぞれ
その反転入力端および出力端間に結合した第1および第
2キャパシタを具え、前記の第1および第2積分回路は
前記の制御信号入力端に供給される制御信号による制御
の下で積分ステップを達成するようになっており、前記
の制御装置は前記の第1および第2積分回路の制御信号
入力端にそれぞれ結合された第1および第2出力端を有
しており、この制御装置はその第1出力端に第1制御信
号を、その第2出力端に第2制御信号を、その第1出力
端に第3制御信号を、その第2出力端に第4制御信号を
この順序で生じるようになっている当該デジタル−アナ
ログ変換器において、前記の第1および第2積分回路は
切換式の第1および第2キャパシタ積分器であり、少く
とも2つのキャパシタを有する第1キャパシタ回路網が
前記の第1キャパシタ積分器の入力端と前記の第1増幅
段の反転入力端との間に結合され、少くとも2つのキャ
パシタを有する第2キャパシタ回路網が前記の第2キャ
パシタ積分器の入力端と前記の第2増幅段の反転入力端
との間に結合され、前記の第1キャパシタ回路網は前記
の第1および第3制御信号による制御の下でそれぞれ合
計で旧・CreelおよびM3・Creftのキャパシ
タンスを所定の時間間隔中梁1増幅段の反転入力端に結
合するようになっており、前記の第2キャパシタ回路網
は前記の第2および第4制御信号による制御の下でそれ
ぞれ合計でM2・Cref2および4M・Creft2
のキャパシタンスを所定の時間間隔中第2増幅段の反転
入力端に結合するようになっており、ここにCreft
およびC□、2は固定キャパシタンスであり、ワード長
がnの任意のデジタル信号を変換する場合にM2 + 
M4は定数(k)に等しいようにすることを特徴とする
。nビットデジタル信号を変換する場合には、前記の定
数(k)を2pに等しく選択し、p≦nとするのが好ま
しい。
従って、本発明はワード長がnの2進(デジタル)信号
を変換するデジタル−アナログ変換器に用いるのに限定
されるものではない。本発明は、2進システム以外のシ
ステムと関連しうるワード長nのデジタル信号を変換す
るデジタル−アナログ変換器にも用いることができる。
例えば、3進或いは4進システムが可能である。
本発明は以下の認識を基に成したものである。
既知の変換器はその出力端に信号依存性のオフセット成
分を生せしめるおそれがある。このことは、nビットデ
ジタル信号の値が異なる場合のオフセソト成分は異なる
値を有するということを意味する。変換器の出力端にお
けるオフセット成分は、これが第1積分回路の出力端に
おけるオフセット成分V。から得られる限り、 (MSB+LSB) ・V。
に等しいということを計算により求めることができる。
このことは例えば、MSB=OおよびI、SB =25
5  (10進)が満足される16ビツトデジタル信号
の場合、オフセット成分は255Voに等しいというこ
とを意味する。しかし、1の値だけ大きな16ビツトデ
ジタル信号の場合、すなわちMSB=1でLSB=0で
ある場合には、上述したことはオフセット成分がVQに
等しいということを意味する。
本発明による手段は、信号に依存しないオフセット成分
が変換器の出力端に生じるように2つの積分回路が制御
されるという認識を基に達成している。このことは、変
換器の出力端にオフセット電圧が生じるも、このオフセ
ット電圧の大きさはデジタル信号の値に依存しないとい
うことを意味する。オフセット電圧がこのように固定で
ある場合、その大きさを節単に決定することができるこ
と勿論であり、所望に応じ後の段階で容易に補償を行な
うことができる。本発明による第2積分回路は最初に第
2制御信号を、次に第4制御信号を受け、一方、最初に
合計でM2・Cref2のキャパシタンスが、次に合計
で44・Cref2のキャパシタンスが第2増幅段の反
転入力端に結合される為(ここにM2+M1は定数kに
等しい)、(M2+犯4) ・vo、すなわちに−V、
に比例するオフセット電圧が変換器の出力端に生ぜしめ
られる。従って、このオフセット電圧は変換すべき信号
にかかわらず所定の一定値を有する。
本発明によるデジタル−アナログ変換器では、M3=1
とし、M1はnビットデジタル信号の最下位からp個の
ビットより成る2進数に相当する値とし、肘はnビット
デジタル信号の最上位からn −p個のビットより成る
2進数に相当する値とすることができる。第1積分回路
が固定値(すなわち前述した第1の値および第2の値)
を発生し、第2積分回路のみがnビットデジタル信号の
値から取出された制御信号により制御されるようになっ
ている既知の変換器における制御と相違して、本発明に
よる変換器では、全部で4回の積分ステップで変換すべ
きデジタル信号の値に依存する信号が第1および第2積
分回路の双方で取出される。
従って、1回目の積分ステップに対し旧が前述した値M
SBに等しくなり、2回目の積分ステップに対しM2=
 k=M4となり、3回目の積分ステップに対しM3=
1となり(このことは、第1積分回路における2回の積
分ステップ後その出力端に(M1+1)・v92、すな
わち(MSB+1) ・V、、f ニ等しい出力信号が
存在し、従ってこの信号はnビットデジタル信号の値に
も依存するということを意味する)、4回目の積分ステ
ップに対しM4が前述した値LSBに等しくなる。
本発明によるデジタル−アナログ変換器においては、更
に、第3増幅段と、この第3増幅段の反転入力端および
出力端間に結合された第3キャパシタと、第3キャパシ
タ回路網とを具える切換式の第3キャパシタ積分器が前
記の第2キャパシタ積分器と直列に配置されており、前
記の第3キャパシタ回路網は前記の第3キャパシタ積分
器の入力端と前記の第3増幅段の反転入力端との間に結
合された少(とも2つのキャパシタを有しており、前記
の第3キャパシタ積分器はこの第3キャパシタ積分器の
制御信号入力端における制御信号による制御の下で積分
ステップを達成するようになっており、前記の制御装置
は、第1キャパシタ積分器の出力端における信号を初期
レベルにし後にこの制御装置の第1出力端に供給すべき
第5制御信号を発生させるためのリセット信号を発生す
るようになっており、更にこの制御装置は、前記の第3
キャパシタ積分器の制御信号入力端に結合された第3出
力端に供給すべき第6制御信号および第8制御信号をこ
の順序で発生するようになっているとともに、前記の第
6制御信号の後で前記の第8制御信号の前に、前記の第
2出力端に供給すべき第7制御信号を発生するようにな
っており、前記の第1キャパシタ回路網は更に、前記の
第5制御信号による制御の下で合計でM5・crer+
のキャパシタンスを所定の時間間隔中第1増幅段の反転
入力端に結合するようになっており、前記の第3キャパ
シタ回路網は、前記の第6および第8制御信号による制
御の下でそれぞれ合計でM6・cret3および間・C
r1lfffのキャパシタンスを所定の時間間隔中筒3
増幅段の反転入力端に結合するようになっており、前記
の第2キャパシタ回路網は、前記の第7制御信号による
制御の下で合計でM7・C,、af2のキャパシタンス
を所定の時間間隔中筒2増幅段の反転入力端に結合する
ようになっており、前記のCref3は固定キャパシタ
ンスであるようにすることができる。任意のnビットデ
ジタル信号を変換する場合に、M6 + M8を定数(
k′)に等しく、例えば2q(ここにp+q≦nである
)に等しくする場合には、変換器の出力端に生じるオフ
セット成分もほぼ一定となり、デジタル信号の値に殆ど
依存しなくなる。
第3積分回路と直列に少くとも第4積分回路を配置する
ことにより、本発明による変換器を更に拡張することが
できること勿論である。
nビットデジタル信号を変換する場合、本発明によるデ
ジタル−アナログ変換器においては更に、M3=M5=
M7=1とし、M8はnビットデジタル信号の最下位か
らq個のビットより成る2進数に相当する値であり、M
1は最上位からn−p−q個のビットより成る2進数に
相当する値であり、M1はnビットデジタル信号の残り
の2個のビットより成る2進数に相当する値であるよう
にすることができる。この場合、変換すべきnビットデ
ジタル信号が3部分に、すなわち、(10進)数Mlを
構成するn−p−q個の最上位ビットすなわちMSBと
、(10進)数M8を構成するq個の最下位ビットすな
わちLSBと、(10進)故旧を構成する残りのpビッ
トすなわちISBとに分割される。第1および第2積分
回路における最初の4回の積分ステップは前述した実施
例における積分ステップと同じであり、この場合旧がn
−p−q個の最上位ビットに相当し、M2= k −I
SBおよびM4=ISBとなるということが前述した実
施例と相違する。第3積分回路によって行なう6回目の
積分ステップは第2積分回路によって行なう4回目の積
分ステップの後のいかなる瞬時にも行なうことができる
こと明らかである。また、第3積分回路によって行なう
6回目および8回目の積分ステップでは、合計でに′・
Crer3のキャパシタンスが第3増幅段の反転入力端
に結合され、このキャパシタンスは任意のデジタル信号
に対し一定であること明らかである。
2段設計の変換器では、nを偶数とした場合にpをn/
2に等しくするのが好ましい。3段設計の変換器では、
nを3で割れる値とした場合にp=q=n/3とするの
が好ましい。これらの場合、キャパシタ回路網における
合計のキャパシタンスが最小となる為、キャパシタに対
し必要とするIC表面積も最小となる。
出力レベルを初期値にリセットしうるようにするために
は、前記の第1増幅段の反転入力端および出力端間にス
イッチング素子とキャパシタとの並列回路が結合され、
上記のスイッチング素子はリセット信号を受けるための
制御信号入力端を有しているようにすることができる。
前記のキャパシタ回路網は種々に構成しうる。
その−例は、1つのキャパシタ回路網におけるキャパシ
タのキャパシタンスが互いにほぼ等しくなるようにする
ことである。他の例は、1つのキャパシタ回路網におけ
る順次のキャパシタのキャパシタンスが順次に2倍とな
るようにすることである。しかし前者の例の方が有利で
ある。その理由は〜この場合キャパシタのキャパシタン
スの広がりを少な(しうる為である。
このキャパシタンスの広がりが変換器の出力信号に及ぼ
す影響は、合計のキャパシタンスM2・Crarzおよ
び旧・Crarzを第2キャパシタ回路網において互い
に相補を成す部分を以って構成することにより更に抑圧
しうる。これと同じことが第3キャパシタ回路網におけ
るキャパシタンスM6・C92,および悶・Crs。を
形成する場合にも当てはまる。
図面につき本発明を説明する。
第1図は、第1および第2の切換式キャパシタ積分器1
および2の直列回路を有する本発明にょるデジタル−ア
ナログ変換器の第1実施例を示す。
この直列回路を得る目的で、第1積分器1の出力端3を
第2vJ分器2の入力端4に結合する。第1積分器1は
反転入力端(−)および非反転入力端(+)と出力端7
とを有する増幅段5と、前記の反転入力端および出力端
間に結合されたキャパシタ9と、この第1積分器の入力
端13および前記の増幅段5の反転入力端間に結合され
少くとも2つのキャパシタを有するキャパシタ回路網1
1とを具えている。一方、第2積分器2は反転入力端(
−)および非反転入力端(+)と出力端8とを有する増
幅段6と、前記の反転入力端および出力端間に結合され
たキャパシタ10と、この第1積分器の入力端4および
前記の増幅段6の反転入力端間に結合され少くとも2つ
のキャパシタを有するキャパシタ回路網12とを具えて
いる。増幅段5および6の非反転入力端(+)は定電位
点(大地)に結合されている。第1および第2積分器1
および2のそれぞれの制御信号入力端14および15は
制御装置18からリード線16.1〜16.mおよび1
7.1〜17.kをそれぞれ経て供給される制御信号を
受けるためのものである。第1積分器1に対する制御信
号はキャパシタ回路網11の入力端14.1〜14.m
を経てスイッチ25.1〜250mに供給され、これら
スイッチが制御される。第2積分器2に対する制御信号
はキャパシタ回路網工2の入力端15.1〜15.kを
経てスイッチ26.1〜26.kに供給され、これらス
イッチが制御される。キャパシタ回路網11は、すべて
がキャパシタンスcra f Iを有するm個のキャパ
シタ27゜1〜271mを具えている。スイッチ25.
1〜250mが一方の位置にあると、キャパシタ27.
1〜271mは入力端13と大地との間に結合され、こ
れらスイッチが他方の位置にあると、これらキャパシタ
は増幅段5の反転入力端と大地との間に結合される。こ
れと同じことがキャパシタ回路網12中のスイッチ26
.1〜26.kにもいえる。キャパシタ28.1〜28
.にはすべてキャパシタンスC9,2を有している。キ
ャパシタ回路網11および12は幾分寄生キャパシタン
スの形容を受けやすい(フィリップス社の技術文献“P
h1lipsTechnisch Tijdschri
fむ41. No、4”の第109〜12q頁における
第14図に関する説明を参照しうる)。
従って、実際には、例えば上記の技術文献の第13図に
つき説明された回路を用いた、上述したのとは異なる構
造のスイッチおよびキャパシタを使用するのが好ましい
。この技術文献の第13a図につき説明された回路を用
いて実現したものをキャパシタ回路11に対し第2図に
示す。第1図の実施例の動作を説明するためには、上記
の技術文献の第11b図についても説明されているそれ
ほど理想的でない回路網を用いれば充分である。
第1および第2リセツト信号R1およびR2は制御装置
18からリード線19および20を経てスイッチング素
子21および22にそれぞれ供給される。これらスイッ
チング素子はキャパシタ9および10に並列に配置され
、スイッチとして構成されている。制御装置18は、入
力端23.0〜23.n−1を経てこの制御装置18に
供給されるnビットデジタル信号から制御信号を取出す
。またこの制御装置はクロック発生器24からクロック
パルスをも受ける。
第1図の変換器は以下のように動作する。スイッチ25
.1〜250mが図示の位置にあると、キャパシタ27
.1〜270mが電圧Vrofに充電される。これらス
イッチのこの位置は例えば、リード線16.1〜16、
mのすべてを経てこれらスイッチに低論理信号が供給さ
れる場合に実現される。リセット信号R1はリード綿1
9を経てスイッチ21に供給される。これによりキャパ
シタ9が放電される。リセット信号R2による制御の下
でキャパシタ10も放電される。
リセット信号R2の発生瞬時が、積分器2が1回目の積
分ステップを実行する瞬時の前であれば、このリセット
信号R2の発生瞬時を異ならせることができる。ここで
第1制御信号をリード線16.1〜16、mを経て積分
器1に供給する。このことは、m本のリード線のうちM
1本のリード線で信号が短期間高レベルになるというこ
とを意味する。従って、m個のスイッチのうち1個のス
イッチが図示とは異なる位置に短期間切換ねる。従って
、m個のキャパシタ25のうち1個のキャパシタが放電
され、これによりキャパシタ9が充電される。これによ
り、出力端7には ML ・Vrar ・Crer+/Cz=M1 ・(X
 ・Vrerに等しい電圧が生じる。ここにC2はキャ
パシタ9のキャパシタンスである。スイッチ26.1〜
26.kが図示の位置にあると、キャパシタ28.1〜
28.kが上記の電圧まで充電される。これらスイッチ
26.1〜26、にの位置は例えばリード線17.1〜
17.kを経てこれらスイッチに供給される低論理信号
により決定される。次に、第2制御信号をリード線17
.1−・17、kを経て積分器2に供給する。このこと
は、k本のリード線17のうちM2 (= k=M4)
本のリード線を経て高レベル信号かに個のスイッチ26
のうちのM2個のスイッチに短期間供給され、これによ
りこれら1個のスイッチが短期間図示の位置とは異なる
位置をとるということを意味している。従ってM2個の
キャパシタ28が放電され、キャパシタ10が充電され
る。これにより出力端8に 旧・(k =M4)−α・β・Vra rに等しい電圧
が生じる。ここにβはC−tt/Caに等しり、C4は
キャパシタ10のキャパシタンスである。次に、第3制
御信号をリード線16を経て積分器1に供給する。この
ことは、m本のリード線16のうちM3(=1’)木の
リード線で信号が短期間高レベルになるということを意
味する。これにより、出力端7には (M1+1)・α・Vrar に等しい電圧が生じる。最後に第4制御信号をリー ド
綿17を経て積分器2に供給する。このことば、k′t
のリード線17のうち1木のリード線で信号が短期間高
レベルになるということを意味する。これらのリード線
はに木のリード線のうち2回目の積分ステップ中低レベ
ルに維持されていた1木のリード線とするのが好ましい
。従って、キャパシタ回路!1ii12における残りの
l個のキャパシタが増幅段6の反転入力端に結合される
。このようにすることにより、キャパシタ26.1〜2
6.にのキャパシタンスの広がりにより出力端7におけ
る信号に及ぼす影響が最小になるという利点が得られる
。こみ場合、第2積分器2の出力端8には M4・(M1+ 1) −cr−β’ Vraf十M1
・(k=M4)・α・β’Vr、rに等しい電圧が生じ
る。この電圧は (Ml−に+旧)・α・β’ Vrafに等しく、k=
22の場合 (Ml ・2’十M4) ・rx−β・Vrefとなる
。ここにp≦nである。k=2”の場合、第1図におけ
るmは2′″りに等しい。制御装置18の入力端23 
(23,n−1〜23.0)に供給されるnビットデジ
タル信号bn−1・・・・bo  (第1図参照)を変
換する場合、2進数す、−1・・・・b、b、、すなわ
ちデジタル信号のp個の最下位ビット(最下位からp個
のビット)より成る2進数に相当する(10進)数LS
Bを旧に対してとる必要がある。またMlに対しては、
2進数す、、−1・・・・b、、、すなわちデジタル信
号のn−p個の最上位ビット(最上位からn−p個のビ
ット)より成る2進数に相当する(10進)数MSBを
とる必要がある。
2回目および4回目の積分ステップを組合せた場合には
、変換器により変換される任意のいかなるnビットデジ
タル信号に対しても(M1+M4)・C7゜、2の固定
のキャパシタンスが増幅段6の反転入力端に結合される
こと明らかである。このことは、出力端7におけるオフ
セット(残留偏差)電圧V。による出力端8における1
フセツトはあらゆる場合に同じ固定値となるということ
を意味する。
このことを以下の計算により示すことができる。
1回目の積分ステップ後、出力端7には電圧M1’ α
’ vrer+v。
が生じる。2回目の積分ステップ後、出力端8に電圧 (Ml ・(X ・V−=r+Vo) ’ (k  M
4) ’βが生じる。3回目の積分ステップ後、出力端
7に電圧 (M1+ 1 ) ’ rx ’ Vrer+V。
が生じる。4回目の積分ステップ後、出力端8に電圧 (Ml・k十M4)・α・β・V、、、+ k−β−V
0が生じる。kは任意のnビットデジタル信号に対して
一定である為、出力端8におけるオフセット電圧も変換
すべき任意のデジタル信号に対して一定である。
kが偶数である場合、p=n/2とするのが好ましい。
このようにすると、キャパシタ回路網11および12に
お、けるキャパシタの総数が最小、すなわち2・2pと
なり、従って必要とするIC(集積回路)表面が最小と
なるという利点が得られる。キャパシタ27.1〜27
.mやキャパシタ28.1〜28.kに対する1つの条
件はこれらキャパシタができるだけ同じキャパシタンス
を有するようにする必要があるということである。従っ
て、第1図に示すような種類の変換器による変換により
、可成り正確で迅速なデジタル−アナログ変換が得られ
る。実際にはクロックパルス発生器24の5つのクロッ
クパルスのみが、すなわちリセット信号を発生させるた
めの最初のクロックパルスと4つの制御信号を発生させ
るための次の4つのクロックパルスとの5つのクロック
パルスのみが1回の変換に必要となる。
第2図の回路網11′のようなキャパシタ回路網を有す
る第1図の変換器も上述したのと同様に動作する。リー
ド線16.1に低論理信号が現われる場合には、スイッ
チ25.1aおよび25.1bが図示の実線の位置にあ
る。従ってキャパシタ27.1が電圧Vr’llfまで
充電される。リード線16.1における信号が高レベル
になると、これら2つのスイッチ25.1aおよび25
.1bは実線の位置とは異なる破線の位置に切換わる。
従って、キャパシタ27.1が増幅段5の反転入力端を
経て放電する為、キャパシタ9が充電される。スイッチ
25.2aおよび25.2b〜25.maおよび25.
mbも同様に動作する。
第3図は第1図の変換器における制御装置18の一実施
例を示す。この制御装置は5カウンタ60を有している
。このカウンタ60の入力端61に供給されるクロック
発生器24のクロックパルスC1による制御の下で5つ
の出力端62.1〜62.5の順次の出力端62.iが
出力端62.1から開始して次々に高レベルとなる。最
初のクロックパルスで出力端62.1がリセットパルス
R1およびR2を生じる。次のクロックパルスで出力端
62.2が高レベルとなる。この出力端62.2はへN
Dゲート63.1〜631mの一方の入力端に結合され
ている。これらANDゲート63.1〜630mの他方
の入力端は回路65のm個の出力端64.1〜64、m
の関連の出力端に結合されている。この回路65はn−
p個の入力端66を有し、これら入力端にはデジタル故
旧B、すなわち変換すべきnビ・ノドデジタル信号のう
ちn−p個の最上位ビットより成るデジタル数11n−
1・・・・bpが供給される。回路65は前述したn−
pビットのデジタル数に相当する(10進)数と対応す
る個数の出力端64、すなわち合計でM1個の出力端を
高レベルとする。従ってこのことは@=2”−’である
ことを意味する。出力端62.2が高レベルになると、
ANDゲート63がイネーブル状態となり、回路65の
出力端64における信号がANDゲート63を通過する
。この場合、出力端64.1における信号がANDゲー
ト63.1およびORゲート67(その一方の入力端)
を経てリード線16.1に供給される。同様に、出力端
64.i (ここにiは2〜2n−pの値をとる)にお
ける信号がANDゲー)63.iを経てリード線16.
1に供給される。これにより第1図の変換器において1
回目の積分ステップが達成される。クロック発生器24
の次のクロックパルスでは、出力端62.2が再び低レ
ベルとなり、ANDゲート63が禁止状態となり、出力
端62.3が高レベルとなる。この出力端62.3はA
NDゲート68.1〜68.にの一方の入力端に結合さ
れている為、これらのANDゲートがイネーブル状態と
なる。これらANDゲート68.1〜68.にの他方の
入力端にはインバータ71.1〜71.kをそれぞれ経
て回路70の出力端69.1〜69.kが結合されてい
る。この回路70は2個の入力端72.1〜72.pを
有しており、これら入力端には変換すべきnビットのデ
ジタル信号のうちp個の最下位ビットに相当するデジタ
ル数b11−1−.。
boが供給される。この回路70は前記の回路65と同
様に動作する。このことは、k(=2’)個の出力端6
9のうちM4個の出力端が高レベルとなることを意味す
る。出力端691(ここにiは1〜にの値をとる)にお
ける信号はインバータ71i 、ANDゲート68iお
よびORゲー)73i  (これらの一方の入力端)を
経てリード線17.iに供給される。このことは、イン
バータ71における信号反転の為に、k本のリード線1
7のうちに一旧木のリード線に裔しベル信号が生じるこ
とを意味する。これにより第1図の変換器で2回目の積
分ステップを達成する。
次のクロックパルスで出力端62.3が再び低レベルと
なり、ANDゲート68が禁止状態となり、出力端62
.4が高レベルとなる。この出力端62.4はORゲー
ト67の他方の入力端に結合されている為、このORゲ
ートは高レベル信号をリード線16.1に通し、これに
より3回目の積分ステップを達成する。次のクロックパ
ルスで出力端62.4が再び低レベルとなり、出力端6
2.5が高レベルとなる。この出力端62.5はに個の
へNDゲート74.1〜74.にの一方の入力端に結合
されている。これらANDゲート74.iの他方の入力
端は回路70の対応する出力端69.iに結合されてい
る(ここにiは1−にのイ直をとる)。ANDゲート7
4.4の出力端の各々は関連のORゲート73iの他方
の入力端に結合されている。出力端62.5における高
レベル信号はANDゲート74をイネーブル状態にする
為、出力端69に存在する信号をリード線17に供給し
うる。このことは、k本のリード線17のうちの1本の
リード線に高レベル信号が現われるということを意味す
る。従って、回路wJ12におけるキャパシタの相補部
分が増幅段6の反転入力端に結合される。これにより第
1図の変換器における4回目の積分ステップが達成され
、その後nビットデジタル信号の変換が終了する。クロ
ック発生器24の次のクロックパルスでは、新たなnビ
ットデジタル信号が回路65および7oの入力端66お
よび72に供給され、出力端62.5が再び低レベルと
なり、出力端62.1が高レベルとなる。これにより次
のnビットデジタル信号の変換が開始される。
第4図は、本発明による2段のデジタル−アナログ変換
器の第2実施例を示す。本例の変換器は第1図の変換器
に極めて類似する。本例では、キャパシタ回路網および
制御装置のみが異なるように形成されている。これらの
キャパシタ回路網に符号11“、12“を、制御装置に
符号18′を付した。
キャパシタ回路網11“は1個のキャパシタ37.1〜
37、rを有している。後の説明から明らかとなるよう
に、r””n−pである。キャパシタ回路網12“は2
個のキャパシタ38.1〜38.pを有する。キャパシ
タ37.1〜37.rの各々のキャパシタンスは前の順
番数のキャパシタの2倍である。このことは、キャパシ
タ37.1〜37.rはそれぞれ、C1,2C1,・、
、、。
2’−’C1に等しいキャパシタンスを有するというこ
とを意味する。同様に、キャパシタ38.1〜38.p
はそれぞれ、C3,2C3,・・・・、 2p−’C3
に等しいキャパシタンスを有する。キャパシタ37.2
〜37.rおよび38.2〜38.pはそれぞれ単位キ
ャパシタC1およびC3の2個以上の並列回路により形
成するのが好ましい。このようにする目的はキャパシタ
ンス間の比を最適にすることにある。制御装置18′は
前述した場合と異なるように動作する。その理由は、キ
ャパシタ回路網の制御を前述した場合と異ならせる必要
がある為である。本例の変換器は以下のように動作する
リード線16.1〜16.rが低論理信号を伝達すると
、スイッチ25.1〜25.rのすべてが図示の位置に
ある。
この際、キャパシタ37.1〜37.rは電圧Vraf
に充電される。制御装置18′は最初にリセット信号R
1およびR2をリード線19および20を経てスイッチ
21および22にそれぞれ供給し、キャパシタ9および
10を放電させる。次に、リード線16.1〜16.r
のうちのある本数のリード線における信号を高レベルと
し、従ってスイッチ25.1〜25.rのうちのある個
数のスイッチを短期間切換えて、Ml・CIの合計のキ
ャパシタンスが増幅段5の反転入力端に結合されるよう
にする。このことは実際には、リード線16.1におけ
る信号がnビットデジタル信号のビットbpに相当し、
リード線16.2における信号がビットb2,1に相当
し、以下同様であり、リード線16rにおける信号がn
ビットデジタル信号のビットb、、−+に相当するとい
うことを意味する。次にリード線17.1〜17.pの
うちのある本数のリード線における信号が高レベルとな
り、従ってスイッチ26.1〜26.pのうちのある個
数のスイッチが短期間図示とは異なる位置に切換わる為
、合計で(2p=M4)・C3のキャパシタンスが増幅
段6の反転入力端に結合される。このことは実際に、制
御装置18′の入力端23.0〜23.p−1に結合さ
れるpビットのデジタル信号Elp−1・・・・boの
ビットbiが論理値0°′を有する場合に関連のリード
線17.iにおける信号が高レベルとなるということを
意味する(ここにiは0〜p−1の値をとる)。次に、
リード線16.1における信号が短期間高レベルとなり
、スイッチ37.1が短期間切換わる。次にリード線1
7.1〜17.pのうちのある本数のリード線における
信号が短期間高レベルとなり、合計で旧・C3のキャパ
シタンスが増幅段6の反転入力端に結合される。このこ
とは実際に、前述したpビットのデジタル数のビットb
、が論理値″°1゛である場合に、関連のリード線17
.imすなわちビットbi と同じインデックスiを有
するリード線における信号が高レベルであるということ
を意味する(ここにiは0−p−1の値をとる)。
第5図は、第4図の変換器における制御装置18′の一
具体例を示す。この第5図の制御装置の回路図は、第3
図の制御装置に極めて類似している。
本例の、第3図の制御装置との相違点は、第3図の制御
装置の回路65および70が第5図の制御装置に存在せ
ず、r (−n−p)個のANDゲート63と、2個の
ANDゲート68と、2個のANDゲート74と、2個
のORゲート73と、2個のインバータ71とが存在す
るということのみである。このことは、入力端23.0
〜23.p−1がインバータ71.1〜71.pおよび
ANDゲート74.1〜74.pに直接結合され、入力
端23.p〜23、n−1がANDゲーt−63,1〜
63.rに直接結合されることを意味する。それ以外で
は、この制御装置の動作は第3図の制御装置の動作と同
じであり、その詳細な説明は省略する。
第6図はnビットデジタル信号を変換する3段変換器を
示す。この変換器の積分器lおよび2の構造は第1図の
変換器の積分器1および2の構造と同じである。また積
分器43の構造は積分器1および2の構造と同じである
。キャパシタ回路網57は大地と、関連のスイッチ51
.1〜51.に’ との間に配置したに′個のキャパシ
タ53.1〜53.に’を有する。これらキャパシタ5
3のすべては同じキャパシタンスCr1lf3を有して
いる。またスイッチ51は、制御装置18″により発生
せしめられリード線47.1〜47.に’を経てこれら
スイッチに供給される信号による制御の下で切換えるこ
とができる。キャパシタ54に並列に配置され、このキ
ャパシタを放電させるためのスイッチ50にはリード線
49を経てリセット信号R3が供給される。
第6図の変換器は以下のように動作する。第6図の変換
器の最初の4回の積分ステップは第1図の変換器の4回
の積分ステップに一致する。この際、前述したように、
出力端8には (Ml・k十M4)・α・β’ Vrefに等しい電圧
が生じる。次にリセット信号R1が再び発生せしめられ
る。従って、出力端7における電圧が零に等しくなる。
次に高レベル信号、すなわち第5制御信号が信号リード
線16のうちのある本数のリード線に発生せしめられ、
これにより合計でM5・Creftのキャパシタンスが
増幅段50反転入力端に短期間結合される。このことは
リード線16.1における信号が高レベルになるという
ことを意味する(M5=1の場合)。これによりα・V
raf に等しい電圧が出力端7に生じる。リセット信号R3が
スイッチ50に供給された後キャパシタ54が放電され
る。この放電はより早期の瞬時に行なわしめることもで
きることに注意すべきである。例えば、この放電を変換
の開始時におけるキャパシタ9および10の放電と時間
的に一致させることができる。次に制御装置18″がリ
ード線47.1〜47.に’に第6制御信号を発生し、
合計でM6・Cref3 (=(k’  M8LCr−
r3)が増幅段55の反転入力端に結合されるようにす
る。これにより、 (k’ =M8) ・δ・(Ml・k十M4)・α・β
・Vrefに等しい電圧が増幅段55の出力端56に生
じる。ここにδ”=C−r+/C6であり、C6はキャ
パシタ54のキャパシタンスである。この最後の積分ス
テップはより早期の段階で、しかし4回目の積分ステッ
プ後に行なうようにすることもできる。次に、リード線
17.1〜17.kを経てキャパシタ回路網12に供給
される第7制御信号による制御の下で、合計でMl・C
9,2のキャパシタンスが増幅段6の反転入力端に結合
されるような個数のスイッチ26を短期間図示とは異な
る位置(破線で示す位置)に切換える。このことは例え
ばリード線17.1における信号が高レベルになるとい
うことを意味する(M7=1の場合)。これにより、 α・β・V、、f+(Ml・k十M4) ・α・β・V
rafに等しい電圧が出力端8に生ぜしめられる。次に
、リード線47を経てキャパシタ回路網57に供給され
る第8制御信号による制御の下で、合計で間・Cref
3のキャパシタンスが増幅段55の反転入力端に結合さ
れる。この場合、キャパシタ回路網57におけるキャパ
シタ53の相補部分が増幅段55の反転入力端に結合さ
れるようにするのが好ましい。この場合、 (k−に’  ・1十に’  −1十M8)・α・β・
δ’ vrafに等しい電圧が出力端56に生じる。k
=2’、に’= 2”の場合、上記の式は (Ml −2(″”’ +M4 ・2q+M8) −a
−β・δ’ Vrafとなる。ここにp+q≦nである
。このことは、第6図のキャパシタ回路網11がm(=
2”−p−q )個のキャパシタ27を有することを意
味する。制御装置18“の入力端23に供給されるnビ
ットデジタル信号b7−1 ・・・・bo  (第6図
参照)を変換する場合、このnビットデジタル信号中の
q個の最下位ビットより成る2進数b9−1 ・、・・
boに相当する(10進)数LSBを問に対しとる必要
がある。旧に対しては、前記のデジタル信号のうちのn
−p−q個の最上位ビットより成る2進数E+n−l 
・・・・bp+qに相当する(10進)数MSBをとる
必要がある。旧に対しては、残りのpビットより成る2
進数bp。9−5・・・・b9に相当する(10進)数
ISBをとる必要がある。
4回目の積分ステップ後に出力端8に存在するオフセッ
ト電圧k・β・V、を計算に導入した場合には、このオ
フセット電圧が8回目の積分ステップ後に出力端56に
(M3+k −k’ )・β・δ・ν0のオフセット電
圧を生ぜしめる。項聞・β・δ・voのみがnビットデ
ジタル信号の値に依存する。
βおよびδの双方は一般に1よりも小さく、例えば1/
に′或いはとqおよび1/に或いはと9にそれぞれ等し
い。この場合同様にしてαは12n+9+Qに等しくな
る。従って、可能な限り最大のnビットデジタル信号に
対し、各段でこの段の入力信号に等しい振幅が得られる
。従って、このことは、項M8・β・δ・Voが出力端
56における合計のオフセット電圧にわずかしか寄与し
ないということを意味する。
nが3で割れる値であり、T) = q=n/3である
場合には、キャパシタ回路網におけるキャパシタの総数
は最小、すなわち3・2n/3となり、必要とするIC
表面積が最小となる。更に、nを充分大きな値にした場
合、3段変換器に必要とするキャパシタの数は第1およ
び4図の2段変換器に比べて少なくなる(これら2種類
の変換器に対しnの値は等しくする)。しかし、3段変
換器が必要とするクロック発生器24のクロックパルス
の数は2段変換器の場合よりも多(なる。従って、3段
変換器における変換は2段変換器における変換よりもわ
ずかに長時間を要する。
第6図における制御装置18″の構造は第3図の制御装
置の構造に類似させることができること勿論である。従
って、制御装置18“に対する回路を設計する場合、当
業者レベル以上の知識を用いる必要がない。この制御装
置18″に対する回路は2段変換器に対する制御装置を
3段変換器に対する制御装置に論理的な且つ自明な拡張
を行なったもの以外の何ものでもない。従って、制御装
置18″の更に詳細な説明は省略する。
本発明は図示の実施例による変換器に制限されないこと
勿論である。例えば、第6図の3段変換器に他のキャパ
シタ回路網、例えば第2或いは4図につき説明した形態
のキャパシタ回路網を設けることができる。第4図のキ
ャパシタ回路網を用いる場合、制御が異なるようになり
、従って制御装置が異なるように形成されること明らか
である。
この場合、このような制御装置は、第5図の制御装置を
3段変換器に用いるために論理的に拡張したものであり
、この場合も特別な知識は必要としない。
【図面の簡単な説明】
第1図は、2つの積分器を有する変換器の第1実施例を
示す回路図、 第2図は、第1図の実施例の一部であるも異なるキャパ
シタ回路網とした部分を示す回路図、第3図は、第1図
の変換器における制御装置の一実施例を示す回路図、 第4図は、2つの積分器を有する変換器の第2実施例を
示す回路図、 第5図は、第4図の変換器における制御装置の一実施例
を示す回路図、 第6図は、3つの積分器を有する変換器の一実施例を示
す回路図である。 1.2.43・・・切換式キャパシタ積分器5.6.5
5・・・増幅段 11、11’ 、 11” 、 12.12“、57・
・・キャパシタ回路網18、18’ 、 18″・・・
制御装置24・・・クロック発生器 60・・・5カウンタ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、第1および第2積分回路の直列回路と、制御装置と
    を具え、ワード長がnのデジタル信号をアナログ信号に
    変換するデジタル−アナログ変換器であって、前記の第
    1および第2積分回路の各々は入力端、出力端および制
    御信号入力端を有し、第1積分回路の出力端は第2積分
    回路の入力端に結合され、第1および第2積分回路はそ
    れぞれ第1および第2増幅段を有し、これら第1および
    第2増幅段の各々は反転および非反転入力端と出力端と
    を有し、これら第1および第2増幅段はそれぞれその反
    転入力端および出力端間に結合した第1および第2キャ
    パシタを具え、前記の第1および第2積分回路は前記の
    制御信号入力端に供給される制御信号による制御の下で
    積分ステップを達成するようになっており、前記の制御
    装置は前記の第1および第2積分回路の制御信号入力端
    にそれぞれ結合された第1および第2出力端を有してお
    り、この制御装置はその第1出力端に第1制御信号を、
    その第2出力端に第2制御信号を、その第1出力端に第
    3制御信号を、その第2出力端に第4制御信号をこの順
    序で生じるようになっている当該デジタル−アナログ変
    換器において、前記の第1および第2積分回路は切換式
    の第1および第2キャパシタ積分器であり、少くとも2
    つのキャパシタを有する第1キャパシタ回路網が前記の
    第1キャパシタ積分器の入力端と前記の第1増幅段の反
    転入力端との間に結合され、少くとも2つのキャパシタ
    を有する第2キャパシタ回路網が前記の第2キャパシタ
    積分器の入力端と前記の第2増幅段の反転入力端との間
    に結合され、前記の第1キャパシタ回路網は前記の第1
    および第3制御信号による制御の下でそれぞれ合計でM
    1・C_r_e_f_1およびM3・C_r_e_f_
    1のキャパシタンスを所定の時間間隔中第1増幅段の反
    転入力端に結合するようになっており、前記の第2キャ
    パシタ回路網は前記の第2および第4制御信号による制
    御の下でそれぞれ合計でM2・C_r_e_f_2およ
    び4M・C_r_e_f_2のキャパシタンスを所定の
    時間間隔中第2増幅段の反転入力端に結合するようにな
    っており、ここにC_r_e_f_1およびC_r_e
    _f_2は固定キャパシタンスであり、ワード長がnの
    任意のデジタル信号を変換する場合にM2+M4は定数
    (k)に等しいようにすることを特徴とするデジタル−
    アナログ変換器。 2、nビットデジタル信号を変換する請求項1に記載の
    デジタル−アナログ変換器において、p≦nとして前記
    の定数(k)を2^pに等しくしたことを特徴とするデ
    ジタル−アナログ変換器。 3、請求項2に記載のデジタル−アナログ変換器におい
    て、M3=1とし、M4はnビットデジタル信号の最下
    位からp個のビットより成る2進数に相当する値とし、
    M1はnビットデジタル信号の最上位からn−p個のビ
    ットより成る2進数に相当する値としたことを特徴とす
    るデジタル−アナログ変換器。 4、請求項1または2に記載のデジタル−アナログ変換
    器において、第3増幅段と、この第3増幅段の反転入力
    端および出力端間に結合された第3キャパシタと、第3
    キャパシタ回路網とを具える切換式の第3キャパシタ積
    分器が前記の第2キャパシタ積分器と直列に配置されて
    おり、前記の第3キャパシタ回路網は前記の第3キャパ
    シタ積分器の入力端と前記の第3増幅段の反転入力端と
    の間に結合された少くとも2つのキャパシタを有してお
    り、前記の第3キャパシタ積分器はこの第3キャパシタ
    積分器の制御信号入力端における制御信号による制御の
    下で積分ステップを達成するようになっており、前記の
    制御装置は、第1キャパシタ積分器の出力端における信
    号を初期レベルにし後にこの制御装置の第1出力端に供
    給すべき第5制御信号を発生させるためのリセット信号
    を発生するようになっており、更にこの制御装置は、前
    記の第3キャパシタ積分器の制御信号入力端に結合され
    た第3出力端に供給すべき第6制御信号および第8制御
    信号をこの順序で発生するようになっているとともに、
    前記の第6制御信号の後で前記の第8制御信号の前に、
    前記の第2出力端に供給すべき第7制御信号を発生する
    ようになっており、前記の第1キャパシタ回路網は更に
    、前記の第5制御信号による制御の下で合計でM5・C
    _r_e_f_1のキャパシタンスを所定の時間間隔中
    第1増幅段の反転入力端に結合するようになっており、
    前記の第3キャパシタ回路網は、前記の第6および第8
    制御信号による制御の下でそれぞれ合計でM6・C_r
    _e_f_3およびM8・C_r_e_f_3のキャパ
    シタンスを所定の時間間隔中第3増幅段の反転入力端に
    結合するようになっており、前記の第2キャパシタ回路
    網は、前記の第7制御信号による制御の下で合計でM7
    ・C_r_e_f_2のキャパシタンスを所定の時間間
    隔中第2増幅段の反転入力端に結合するようになってお
    り、前記のC_r_e_f_3は固定キャパシタンスで
    あることを特徴とするデジタル−アナログ変換器。 5、請求項4に記載のデジタル−アナログ変換器におい
    て、ワード長がnの任意のデジタル信号を変換する場合
    、M6+M8が定数(k′)に等しくなっていることを
    特徴とするデジタル−アナログ変換器。 6、nビットデジタル信号を変換する請求項5に記載の
    デジタル−アナログ変換器において、p+q≦nとして
    前記の定数(k′)を2^qに等しくしたことを特徴と
    するデジタル−アナログ変換器。 7、請求項6に記載のデジタル−アナログ変換器におい
    て、M3=M5=M7=1とし、M8はnビットデジタ
    ル信号の最下位からq個のビットより成る2進数に相当
    する値であり、M1は最上位からn−p−q個のビット
    より成る2進数に相当する値であり、M4はnビットデ
    ジタル信号の残りのp個のビットより成る2進数に相当
    する値であることを特徴とするデジタル−アナログ変換
    器。 8、請求項1〜3のいずれか一項に記載のデジタル−ア
    ナログ変換器において、nを偶数とし、p=n/2とし
    たことを特徴とするデジタル−アナログ変換器。 9、請求項4〜7のいずれか一項に記載のデジタル−ア
    ナログ変換器において、nを3で割れる数とし、p=q
    =n/3としたことを特徴とするデジタル−アナログ変
    換器。 10、請求項4に記載のデジタル−アナログ変換器にお
    いて、前記の第1増幅段の反転入力端および出力端間に
    スイッチング素子とキャパシタとの並列回路が結合され
    、上記のスイッチング素子はリセット信号を受けるため
    の制御信号入力端を有していることを特徴とするデジタ
    ル−アナログ変換器。 11、請求項1〜10のいずれか一項に記載のデジタル
    −アナログ変換器において、1つのキャパシタ回路網に
    おけるすべてのキャパシタがほぼ同じキャパシタンスを
    有していることを特徴とするデジタル−アナログ変換器
    。 12、請求項1〜10のいずれか一項に記載のデジタル
    −アナログ変換器において、1つのキャパシタ回路網に
    おけるキャパシタを整数であるインデックスmを付して
    表わし、最低のキャパシタンスを有するキャパシタにイ
    ンデックス1を割当て、順次増大するキャパシタンスを
    有するキャパシタに順次のインデックスを割当てた場合
    、インデックスiを有するキャパシタとインデックスi
    +1を有するキャパシタとの間のキャパシタンス比がi
    の各値に対し1/2にほぼ等しくなっており、1≦i≦
    i_m_−_1であり、i_mは最大のインデックス値
    であることを特徴とするデジタル−アナログ変換器。 13、請求項1に記載のデジタル−アナログ変換器にお
    いて、合計のキャパシタンスM2・C_r_e_f_2
    およびM4・C_r_e_f_2が、第2キャパシタ回
    路網において互いに相補を成す部分を以って構成される
    ようになっていることを特徴とするデジタル−アナログ
    変換器。 14、請求項5に記載のデジタル−アナログ変換器にお
    いて、合計のキャパシタンスM6・C_r_e_f_3
    およびM8・C_r_e_f_3が、第3キャパシタ回
    路網において互いに相補を成す部分を以って構成される
    ようになっていることを特徴とするデジタル−アナログ
    変換器。
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