KR950002302B1 - 디지탈-아날로그 변환기 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

디지탈-아날로그 변환기

제 1 도는 종래의 PWM(Pulse Width Modulation) 방식에 의한 D/A 변환기에 대한 구성을 개략적으로 나타낸 계통도.

제 2 도는 본 발명에 따른 PWM 방식에 의한 D/A 변환기에 대한 구성을 개략적으로 나타낸 계통도.

제 3 도는 제 2 도에 대한 일예를 든 동작 파형도, a 클럭, b 가중 펄스 발생기의 출력, c 쉬프트 레지스터 출력.

제 4 도a는 본 발명에 따른 3개의 6비트 처리용 D/A 변환기의 블록도.

제 4 도b는 제 4 도a의 구성을 18비트 처리용으로 변환시킨 예.

제 5 도는 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸 개략적인 블록도이다.

본 발명은 디지탈 신호를 그에 대응하는 아날로그 신호로 변환하는 D/A (digital-to-analog) 변환기에 관한 것으로, 특히 펄스폭에 스텝 사이즈 정보를 코팅하고 D/A 변환기의 디지탈 입력 신호를 쉬프팅 레지스터에 기록시켜 펄스에 따라 출력을 시키는 디지탈-아날로그(D/A) 변환기에 관한 것이다.

디지탈 신호 이론과 이를 실현시키는 반도체 장치 기술의 발달에 따라 아날로그 신호를 대응하는 디지탈 신호로 변환시켜 요구하는 신호 처리후에 다시 원래의 아날로그 신호를 변환하는 수법이 실현되고 있다. 여기서 디지탈 신호를 아날로그 신호로 변환시키는 목적을 실현하고자 현재 많은 방법이 제안되어 있고 그 예를 들어보면 기능상으로 볼 때 가중치 소자를 이용하는 소위 R-2R 래더방식, 스위칭 캐패시터에 의한 변환 방식이 있고, 알고리즘으로 실현하는 방법 그리고 펄스폭 변조(PWM : Pulse Width Modulation) 방식에 의한 방법 등이 있다.

종래 기술중 PWM에 의한 D/A 변환 방식에 따르면 디지탈 입력 신호가 내장된 카운터의 내용과 비교되어 펄스폭을 제어하는 구조를 취하고 있으며 여기서 카운터는 외부에서 인가되는 클럭에 의해 카운터 증가 또는 카운터 감소되고 있다. 제 5 도의 블록화된 PWM에 의한 D/A 변환기의 구성도에서 보듯이 그 구성은 외부 클럭에 따라 계수값 증가 또는 감소를 행하는 카운터(1)와, 아날로그 신호로 변환하려는 디지탈 신호를 받아 그 데이타를 유지하는 래치(2)와, 상기 카운터(1) 출력과 래치의 저장된 디지탈 데이타를 서로 비교하는 비교기(3)와, 비교된 신호에 의해 펄스폭을 제어하는 펄스제어기(4)와, 펄스 제어기로부터의 생성된 아날로그 신호의 고주파 성분을 제거하는 저역 통과 필터(LPF)(5)로 구성된다.

상기 래치(2)와 카운터(1)의 값들은 서로 같은 경우에 한해서 이때에 펄스폭을 제어하도록 하고 있다. 결과적으로 주기적인 펄스가 발생되고 펄스폭은 디지탈 입력 신호의 정보를 갖게 된다. 이 신호는 LPF(5)를 거쳐 최종의 아날로그 신호로 출력된다.

그러나 종래의 기술은 실제 회로 구현시 복잡한 구성을 갖게 되어 실현에 한정이 있고 더우기 다수의 D/A 변환기를 내장해야 하는 디지탈 신호 처리기나 마이컴 시스템 등에서는 똑같은 D/A 변환기를 반복해서 구현해야 하므로 큰 면적이 소요되고 있다.

본 발명에서는 구성을 단순화시키고, 대규모 집적 회로 구현시 용이하고 필요에 따라 프로그래머블하게 사용할 수 있는 개선된 D/A 변환기를 제공하고자 한다.

또한 발명의 목적은 다수의 D/A 변환기를 내장해야 하는 경우 같이 사용되는 블록 만큼 면적을 감소시키도록 한 D/A 변환 시스템을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하는 본 발명의 장치는 디지탈 신호를 그에 대응하는 아날로그 신호로 변환하는 장치에 있어서, 펄스폭이 2진 디지트의 가중치에 비례하는 가중 펄스를 외부의 출력에 따라 생성시키는 가중 펄스 발생기와, 아날로그 신호로 변환될 디지탈 데이타를 입력받아 상기 가중 펄스의 상승 엣지마다 입력된 데이타를 쉬프트시켜 출력시키는 쉬프트 레지스터와, 쉬프트 레지스터의 디지트 웨이트에 비례되는 펄스를 받아 이 펄스폭에 대응하는 아날로그 전압을 생성시키는 펄스-전압 변환기와, 펄스-전압 변환기의 출력에서 고주파 성분을 상쇄시켜 최적의 아날로그 신호를 얻는 저역 통과 필터로 연결 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명에 대해 도면을 참고하여 더욱 상세히 설명한다.

아날로그 신호는 나이키스트 주파수에 맞추어 적절한 샘플 시간 간격으로 샘플된 후 그 싯점에서 취해진 아날로그 전압은 소정 분해능에 따라 디지탈 값으로 변환된다.

래딕스 2의 2진법의 경우 0, 1의 디지트와 2 래딕스와의 곱을 행한 것을 디지트 갯수 만큼 합산한 것은 주어진 스텝 범위내의 놓여진 샘플링 아날로그 값으로 근사적으로 대응한다.

본 발명에서는 펄스 발현의 폭이, 가중된 디지트에 대응하도록 하는 펄스열을 사용하도록 하고 입력된 디지탈 데이타는 상기 가중 펄스의 발현 싯점에서 데이타를 조작시켜 펄스폭에 대응하는 계단 형상의 아날로그 전압을 생성시키고 스무드한 아날로그 신호를 얻도록 LPF 수단에 통과시켜 요구되는 아날로그 신호를 얻게 한다.

제 2 도는 본 발명의 장치에 대한 계통도이다. 그리고 제 3 도의 각 파형도는 일예를 든 동작 파형도로서 이하 본 발명의 원리를 상세히 설명한다.

제 3 도a와 같이 일정한 주기의 외부 클럭이 입력되면 가중 펄스 발생기(6)는 제 3 도b와 같은 펄스열을 주기적으로 발생시킨다. 하나의 사이클 내에는 8 : 4 : 2 : 1 비율의 펄스폭을 갖는 단위 펄스들이 발현된다. 제 3 도의 예는 4비트로 아날로그 값을 표현하는 경우를 예로 하고 있다. 그리고 쉬프트 레지스터(7)에 입력되는 디지탈 데이타는 아날로그 신호로 변환되기 위한 데이타이며, 제 3 도c에서 '1001'과 '0101'이라는 4비트의 입력예를 보이고 있다. 1001은 최상위 비트가 왼쪽의 디지트인 '1'이며 최하위 비트는 오른쪽의 디지트 '1'이다. 병렬로 한개의 워드가 쉬프트 레지스터(7)에 저장되었다가 가중 펄스 발생기(6)로부터 다른 펄스폭으로 출력되는 펄스의 상승 엣지에서 1비트씩 오른쪽으로 이동되고 따라서 쉬프트 레지스터(7)의 출력은 입력된 디지탈 신호에 따라 펄스폭이 정해지는 출력을 갖는다. 제 3 도c는 디지탈 데이타 입력이 1001일때 가중 펄스 발생기의 이를테면 가변된 펄스 주기의 클럭과 같이 펄스 입력에 의해 나타난 결과치이다.

유효 펄스폭의 면적은 대응하는 전압의 크기를 상정한다. 그것은 쉬프트 레지스터(7)에 연결된 펄스-전압 변환기(8)로부터 가능하다. 제 1 디지트에 해당하는 1단위의 펄스에 해당하는 전압과, 제 4 디지트에 해당하는 8단위의 펄스에 해당하는 전압이 가해져 하나의 아날로그 전압을 설정하는 것이다.

펄스-전압 변환기(8)의 출력은 아날로그 신호이지만 샘플 시간마다 일정한 계단 파형이므로 스무드한 아날로그 파형을 얻도록 LPF(9)를 거쳐 최종 출력된다.

본 발명의 제 1 목적은 회로의 단순화로서 제 2 도의 계통도와 같이 구성 방법이 간단하여 설계시 용이하다.

본 발명의 제 2 목적은 프로그램 가능하도록 하여 처리 비트수가 가변될 때 적응형으로 사용할 수 있도록 하는 구성을 제공하는 것으로 종래의 경우와 같이 독립된 하나의 D/A 변환기를 중복해서 사용하지 않는 것이다.

제 4 도a는 본 발명에 따른 3개의 6비트 처리용 D/A 변환기의 구성예이며, 제 4 도b는 제 6 도a의 회로에 대해서 하나의 18비트 처리용 D/A 변환기로 전환시켜 사용하는 예를 나타낸 것이다. 제 4 도a의 구성은 제 2 도의 설명과 유사하여 상세한 설명은 생략한다. 그러나 가중 펄스발생기(6)는 3개의 6비트 처리용 D/A 변환기에 대해 공통으로 사용되고 있고 각각의 쉬프트 레지스터 입력과 출력에는 신호 흐름을 제어하는 스위칭 장치(S₁∽S₄)가 설치된다. 제 4 도b의 구성은 병렬 연결된 것으로 각각은 사실상 독립되어 있다.

이에 대해 제 4 도b는 제 4 도a의 3개의 독립된 D/A 변환기를 스위칭 조작만으로 18비트 처리용 D/A 변환기로 할 수 있음을 보이고 있다.

3개의 쉬프트 레지스터(7A), (7B), (7C)는 입력과 출력을 서로 잇는 종속 연결을 취하도록 스위칭 연결을 행하여 18비트 디지탈 입력이 하나의 워드로서 동시에 입력되도록 하여 하나의 쉬프트 레지스터가 되도록 한다. 따라서 가중 펄스 발생기(6)의 출력은 제 1 의 쉬프트 레지스터(7B)에 인가되고 제1∽제 3 의 쉬프트 레지스터를 하나의 레지스터로 하여 입력된 18비트 디지탈 데이타는 오른쪽으로 쉬프트되어 제 3 의 쉬프트 레지스터(7C)의 출력측에 연결된 펄스-전압 변환기(8)에 입력되고 이 변환기(8)의 출력은 18비트 디지탈에 대한 대응하는 아날로그 신호를 출력하여 LPF를 거쳐 최종 출력된다.

제 4 도a에서 가중 펄스 발생기(6)는 6비트 처리용의 것으로 펄스폭 비율은 32 : 16 : 8 : 4 : 2 : 1으로 하고, 18비트용으로 사용할 때는 가중 펄스 발생기(6)의 출력을 2¹⁸: 2¹⁷: 2¹⁶: … : 1으로 한다. 따라서, 18비트용으로 할 경우는 동작 속도가 2의 지수배만큼 늦어지는 현상이 있으나, 이런 현상은 제 5 도와 같이 종래의 디지탈-아날로그 변환기와 같이 사용함으로써 해결할 수 있다.

본 발명을 사용하게 되면 비트수에 따라 속도가 2의 지수배만큼 늦어지는 현상이 있는 대신, 반도체의 면적은 최소화시킬 수가 있다.

이와 같이 가중 펄스 발생기의 공유로 많은 단위의 D/A 변환기가 요구될 때 반도체 IC 칩 제작시 차지하는 면적 감소에 잇점이 생긴다.

제 5 도는 본 발명의 구성에서 펄스-전압 발생기의 특징을 활용한 예이다.

즉, 많은 비트의 D/A 변환기를 구성하고자 할 때 쉬프트 레지스터의 크기를 증가시키기 보다 일반적인 D/A 변환기의 처리 비트에 본 발명 회로를 결합시켜 보다 융통성 있는 D/A 변환기 실현이 가능하도록 한 것이다.

일반적인 D/A 변환기(10)는 요구하는 처리 비트수보다 작은 것이고 쉬프트 레지스터(7) 처리 비트수와 함께 전체적으로 많은 비트의 데이타를 처리하는 것으로 제 1 비트군을 받는 일반적인 D/A 변환기(10)의 아날로그 출력과 제 2 비트군을 받는 쉬프트 레지스터(7)의 펄스 출력이 펄스-전압 변환기(8)에 의해서 제 1 비트군과 제 2 비트군의 전체 비트의 디지탈 데이타에 대응하는 아날로그 출력을 얻고 LPF에 의해 최종 출력된다.

본 발명에 의하면 D/A 변환기를 보다 축소된 면적내에 반도체 IC화 할 수 있고 디지탈 신호처리기나 마이컴의 하나의 기능 블록으로 사용되어 필요에 따라 프로그램 가능하도록 하고 있다. 또한 많은 D/A 변환기를 집적화하는 응용에서는 가중 펄스 발생기 블록을 공유할 수 있어 반도체 면적 절감에 효과가 있다.

더우기 2진수의 D/A 변환기가 아닌 다른 진수의 D/A 변환기에라도 본 발명이 적용될 수 있다.

Claims (4)

1. 디지탈 신호를 그에 대응하는 아날로그 신호로 변환하는 장치에 있어서, 펄스폭이 2진 디지트의 가중치에 비례하는 가중 펄스를 외부의 출력에 따라 생성시키는 가중 펄스 발생기와, 아날로그 신호로 변환될 디지탈 데이타를 입력받아 상기 가중 펄스의 상승 엣지마다 입력된 데이타를 쉬프트시켜 출력시키는 쉬프트 레지스터와, 쉬프트 레지스터의 디지트 웨이트에 비례된 펄스를 받아 이 펄스폭에 대응하는 아날로그 전압을 생성시키는 펄스-전압 변환기와, 펄스-전압 변환기의 출력에서 고주파 성분을 상쇄시켜 최적의 아날로그 신호를 얻는 저역 통과 필터로 연결 구성됨을 특징으로 하는 디지탈-아날로그 변환기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 쉬프트 레지스터와, 펄스-전압 발생기 및 저역 통과 필터는 적어도 2단위 이상 독립하여 공통의 가중 펄스 발생기에 연결되어 멀티 디지탈-아날로그 변환기를 구성함을 특징으로 하는 디지탈-아날로그 변환기.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 다수 연결된 쉬프트 레지스터의 각 입력과 공통의 가중 펄스 발생기간에는 스위칭 수단이 연결되고 상기 쉬프트 레지스터의 각 출력에는 또 다른 스위칭 수단들이 설치되어, 쉬프트 레지스터들이 스위칭에 의해 직렬 연결되어 다비트 처리용 디지탈-아날로그 변환기로 전환 사용됨을 특징으로 하는 디지탈-아날로그 변환기.
4. 제 1 항에 있어서, 소정 비트의 디지탈 데이타를 2분할한 1군의 비트군이 상기 쉬프트 레지스터에 입력되어 처리되고, 제 2 군의 비트군은 또 다른 디지탈-아날로그 변환기에서 얻어진 출력 데이타를 상기 펄스-전압 발생기에 입력시켜 최종의 아날로그 신호를 얻도록, 또다른 상기 디지탈-아날로그 변환기를 더욱 포함함을 특징으로 하는 디지탈-아날로그 변환기.