TWI313105B - Digital-to-analog data converter and method for conversion thereof - Google Patents

Description

17317twf.doc/g 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種資料轉換’且特別是有關於一種 將數位輸入訊號轉換成類比輸出電流的數位類比資料轉換 器，其適用於譬如有機發光顯示器（OLED)等裝置中的資料 轉換。 【先前技術】

數位類比資料轉換的用途非常廣泛，舉例來說，有 機發光顯示器（OLED)面板的驅動器必須利用數位類比資 料轉換器接收數位控制電路傳送過來的像素(pixd)資料並 轉換成類比電流7虎以驅動面板。再者，驅動哭還可利用 另外的兩個數位類比資料轉換器提供使用者自由選擇面 的對比與亮度變化。 快閃式（flash)數位類比資料轉換器可分為電壓模 (voltage-mode)、充電模式（charge-m〇de)以及電汽模 ^

(謝邮侧㈣王種模式。其中，電壓模式數位類比資料轉 =系：用一串電阻器分壓去表示所需的類比輸出值，而 =模式數位類比資料轉換器係、多個不同大小的 :別會的Γ ’上述兩種模式的輪出 實現電容器需的精確度之影響’且在晶片上 器，二ρ比層Γ應用上會採用電流模式數位類比資料轉換 式數位類比資_換器，其 裔生疋電流，並透過電流鏡(CUrrent 6 I3131Q55ITW 17317twf.d〇c/g mirror)將之映射至多個電流源，例如接收的數位輸入訊衆 為(M+L)位元，則需要2m+l個電流源。然後，利用開關切 換這些電源來輪出所需要的類比輸出電流。 更詳細地說’先將接收的數位輸入訊號切割為具有M 位元的隶尚有效位元組(m〇st Significant bits)以及具有L仇 元的最低有效位元組(least significant bits)以分別處理。再 利用皿度汁解碼器（therm⑽eter decoder)分別解碼最高有 效位元組與最低有效位元組，並將第一組電流源（其具 2M個電流源)與第二組電流源(其具有2L個電流源)解瑪後 的訊號送至輸出端點’料產生與數位輸人訊號相 比輸出電流。 頌 明顯地，這種階層電流模式數位類比資料轉換器之命 路木構及功率 >肖耗隨著數位輸人訊號之位元的增加而増 加、甚至以指數方式增加。因此，需要—種架構更簡單i 功率1耗更低的數㈣比資料轉換器，以應付日趨複雜的 雷5^架趨：。 【發明内容】 ㈣目的其中之—就是在提供—種數位類比資料 轉換益及—種數位類比資料轉換方法，其用以將數位輸入 訊號，可翻於譬如有歸絲示器 (OLED)等裝置中的資料轉換。 =發明提出—種數位類比㈣轉㈣，用以將數 ^號轉換成類比輸出訊號。數位航 暫 存器、解碼器、轉換單元以及輪出單元。暫存二 1313105 05735ITW 17317twf.doc/g 並，存數位輸入訊號，其中數位輸入訊號包含最高有效位 疋、，且與最低有效位元組。解碼器電性連接至暫 ^第-賴解碼最财錄尬並轉碼财最低有= d一控制訊號’以及在第二期間解碼最高有效 控制訊號輸出第-轉換電流，mm /川根據第一 制訊號輸出第二轉換電η輸===_二控 元’其崎-期間暫存第:出二=^^^ 比輸出訊號。〃暫存的第-轉換電流結合作為類 本t明提出-種數位類比資料轉換方 輸入訊號轉換成類比輪出訊號。數位=將數位 含接收數錄心私、·換方法包 元組以及最低有效位元組。在第：：號二含最高有效位 元組並以解碼過的最低有作^ =低有效位 將第-控制訊號轉換成第一轉換電：為二:控制訊號，再 最高有效位元組並以解碼過的最二:-期間’解碼 制訊號，再將第二控制 5效位70組作為第二控 二轉換電流。最後，結合二一轉:㊁::換電流並放大第 電流作為類比輸出訊號。 、“抓/、放大的第二轉換 本發明之數位類比資料轉換 別對數位輪入訊號的最低有效位轉，單，分 行數位類比軸換，因此架構簡單 I3131〇5Tw 17317twf.doc/g 低有效位元組=組轉換時所需的電流係基於最 耗。 厅而的電流，因此大幅地降低功率消 明如下。 仏例，並配合所附圖式，作詳細說 【實施方式】

換心ir'ir月—實施例所緣示的數位類比資料轉 圖15數位類比資料轉換器= 心〇以及輸出節點〇u 丁。其中，暫存器 =溫度計解碼器120電性連接至暫存器ιιο= 電ί、卓接，連接至溫度計解碼器120，而輸出單元140 電性連接至轉換單元130。此外，輸出單元Μ0包含輸出

==、電流放大器142，電流暫存1143。輸出節點 ”生連接至電流放大器142與電流暫存器143，並結 1流放大器142與電流暫存器143的輸出作為類比輸出 汛號。 暫存器110用以接收並暫存數位輸入訊號，以供溫度 叶解碼器120讀取欲處理的資料。轉換單元13〇包含多個 電流供應n m〜nx，且每-個電流供應器分別根據接 收到的控制訊號決定是否提供電流至輸出單元丨其中 X 2 -1。在這裡，可以設計成電流供應器a〗〜αχ提供 至輪出單元140的輸出電流實質上相同，此種轉換方式與 9 !3131〇7^ 17317twf.doc/g 傳統的二進制權重(binary weighted)轉換不同，而被稱為線 性權重（linearly weighted)轉換。 依照本發明的觀念，將(M+L)位元的數位輸入訊號切 割為具有Μ位元的最高有效位元組以及具有l位元的最低 有效位元組以分別處理，其中河與！^為正整數且 在第一期間，溫度計解碼器120解碼最低有效位元組並以 解碼過的最低有效位元組作為第一控制訊號，以控制轉換 單元130根據第一控制訊號輸出第一轉換電流。此 時，在輸出單元140中，輸出開關141切換到端點c，即 端點A與C形成通路。因此，輸出開關mi導接第一轉換 電流Itmp，l至電流暫存器143，並由電流暫存器m3暫存 第一轉換電流Itmp,l。 在第二期間，溫度計解碼器12〇解碼最高有效位元組 並以解碼過的最高有效位元組作為第二控制訊號，以控制 轉換單元130根據第二控制訊號輸出第二轉換電流 Itmp，2。此時，在輸出單元140中，輸出開關141切換到 端點B，即立而點A與B形成通路。因此，輸出開關mi導 接第二轉換電流Itmp，2至電流放大器142，並由電流放大 器142將第二轉換電流Itmp，2放大2[倍。最後，在輸出節 點OUT結合電流暫存器143輸出的第一轉換電流itmp,i 以及電放大器142輸出的放大2L倍的第二轉換電流 Itmp，2作為類比輸出訊號。 一般而言’若M+L為偶數則設計成M等於L，若M+L 為奇數則设计成Μ荨於L-1 ’如此可用最少的電流供應器 10 13131 敗' 17317twf.doc/g 轉換’可以大幅簡化電路架構以及減低功率雜。、比貝料 轉換=ί::Τ月另一實施例所綠示的數位類比資料 其切割為具有3位元:以!:;:數:立輪入訊號為例，且 最低有效位元組。圖:=====的 器=度計解碼器㈣的輸入/輸出f爾換 接收:：：ί:圖2與圖4 ’由於數位類比資料轉換器2 0 0 元數位資料的暫;;=:暫存器210可以是6位 位元由於祕有效位元組具有3 3二 的控制訊號。並且，控制訊號的每-位 ===:以決定是否提供電流至輸出單 電流供應器231 ，電产源中’母—個電流供應器包含-個開關與-輪出電;泉至輸訊號決定是否導接電流源的 心1包含開ί二=713:為例’電流供應 收到邏輟1沾W ”罨，瓜源260。其中，開關250若接 切換到端點γ (V】，號’開關250 “導通，，’此時開關250 、 Pil而點乂與¥形成通路）以使電流源260的 I3131l I7317twf.doc/g 輸出電流I導接到輸出單元240。反之，開關250若接收 到邏輯〇的控制訊號，開關250 ‘‘斷開，，，此時開關25〇切 換到端點Z(即端點\與2形成通路)以提供其他路徑給電 流源260使其輸出電流j不會流到輸出單元24〇。像^關 ' 250 這種單極雙投(single-pole dual throw，SPDT)開關在控 • 制讯號為邏輯〇時提供電流源260另一路徑，因此可以縮

，紐訊號的安定時間(settle time)，並降低開關切換時對訊號 φ 的線性度之影響。 ° ;U 舉例來說，若數位輸入訊號為“〇1〇11〇”，則最高有效 位70組為“010” ’而最低有效位元組為“ 11 〇，，。在第一期間， 溫度計解碼器220接收最低有效位元組“11〇”，根據圖4 所示的/見度a十解碼益輸入/輸出關係，溫度計解碼器220將 輸出控制訊號“〇111111，，。控制訊號“〇111111，，從最左邊的 最高有效位元（即“〇，’)到最右邊的最低有效位元（即T)，這 七個位元分別控制電流供應器231〜237的開關，其中電 抓供應杰231的開關250斷開’而其它電流供應器232〜 # f7的開關導通。所以’第一轉換電流Itmp，！之電流值為 輸出開關241導接第—轉換電流至電流暫存器 ’並由電流暫存ϋ 243暫存第—轉換電流。 一接著在第—期間，溫度計解碼器22〇接收最高有效 ’根據圖4所示的溫度計解碼器輸人/輸出關 哚孤又5十解碼益220將輸出控制訊號“〇〇〇〇〇η，，。控制訊 ^000011 ^七個位70分別控制電流供應器231〜237的 開關，其中電流供應器231〜235的開關斷開，而電流供 12 I3131ftSITW 17317twf.doc/g 應器236與237的開關導通。所以，第二轉換電流itmp，2 之電流值為21，輸出開關241導接第二轉換電流Itmp,2至 電流放大器242 ’並由電流放大器242放大8(=23)倍而變 成161。最後，在輸出節點out結合電流暫存器243輸出 的值為61之第一轉換電流itmp,i以及電流放大器242輸出 的值為161之第二轉換電流itmp,2作為類比輸出訊號，因 此對應到數位輸入訊號“〇1〇110”的類比輸出訊號之電流值 為 221。 圖3A與圖3B繪示為圖2所示數位類比資料轉換器中 電流供應器的開關之實施例’在此以電流供應器231的開 關250為例。請參照圖3A，開關250的一種實施方法係由 一個三端開關301所構成，三端開關301若接收到控制訊 號CT的某一位元為邏輯1則切換到端點γ，若接收到某 一位元為邏輯〇則切換到端點Z。請參照圖3B，開關250 的另一種實施方法係由兩個二端開關311與312所構成。 二端開關311若接收到控制訊號CT的某一位元為邏輯！ 則導接其兩端的訊號，此時另一個二端開關312必須接收 控制訊號〜CT中與上述某一位元相應的位元，故不導接其 兩端的訊號。顯然地，由於控制訊號CT與〜CT互補，所 以二端開關311與312其中一個導接訊號則另一個不導接 訊號。 圖5繪示為圖2所示數位類比資料轉換器中轉換單元 230之方塊圖。請參照圖5，以電流供應器23丨為例，其開 關250採用圖3B所示的開關設計方式。另外，電流源260 13 13!31 敗 51TW l7317twf.doc/g 由一個NMOS電晶體配合參考電流產生器57〇實現。其 中，芩考電流產生器570接收電壓Vref，並利用運算放大 器571作回授控制以更穩定的電壓偏壓電晶體574。電晶 體572〜575形成一電流鏡，其將電晶體574的電流映射 到電晶體575的電流，再透過電晶體576產生電壓 壓電流源260以產生固定電流I。 圖6為依照本發明再—實施例所繪示的數位類比資 轉換器之方塊® ’其與圖2所示數賴比資料轉換哭；^ 相似。請同時參照圖2與圖6，二者不同處在於轉^單 的設計方式，凡熟習此賤者應可輕易了解，在此 做描述。軸上述實施例以具偶數個位元的數位輸入訊二 為例，但是猶作修正亦可適用於具奇數個位元的數： 訊號。舉例錢，絲位以訊號為“職隊 j 效位兀組為“100”，而最低有效位元組為‘‘丨_，， 二 述具偶數個位元的數位輸人訊號之處理方式，4j上 ，上料，本發明之數位類比資料轉換器因採=° 轉換早兀力別對數位輪人訊號的最低有效位以且盘一 進行數位類比資料轉換，因此單有 由於上述轉鮮元麵行最高有效位元 2 ’ 流係基於最低有效位S組轉換時所、=電 降低功率消耗。 包肌因此大幅埯 雖然本發明已以較佳實施例揭露 限定本發明，任何«此技藝者，在不脫離=== 14 1313 搬 TW 17317Uvf.d〇c/g 和範圍内，當可作些許之更、 fe圍當視後附之中請專利^ 丄因此本發明之保護 【圖式簡單說明1 阁斤界疋者為準。 類比資料轉 換器=照本發明一實施例所输示的數位 圖2為依照本發明另〜.a 7 | 轉換器之方塊圖。 、&卩所繪示的數位類比資料 圖3A與圖3B %示為圖2 一 “ 電流供應器的開關之實施例。τ位類比資料轉換器中 圖4繚示為圖2所示數位 穴 碼器的輸入/輸出之關係。、貝料轉換器中溫度計解 圖5繪不為圖2所示數位類比 之方塊圖。 、貝抖轉換器中轉換單元 圖6為依照本發明再一實 轉換器之方塊圖。 π'，θ不的數位類比資料 【主要元件符號說明】 100 、 200 、 600 110、210、610 120、220、620 130、230、630 數位類比資料轉換器 暫存器 溫度計解碼器 轉換單元 電流供應器 131 〜13Χ、231 〜237、631 〜637 140、 240、640 :輸出單元 141、 241、641 :輸出開關 142、 242、642 :電流放大器 15 1313105

05735ITW 17317twf.doc/g 143、243、643 :電流暫存器 250、650 :開關 260、660 :電流源 301 :三端開關 311、312 :二端開關 570 :參考電流產生器 571 :運算放大器 572〜576 :電晶體 R :電阻 OUT :輸出節點 A、B、C、X、Y、Z :節點 Itmp :第一或第二轉換電流 CT、〜CT :控制訊號

16

Claims (1)

13131船靈 ^7317twfdoc/g 十、申請專利範圍·· 1. 一種數位類比資料轉換哭、，用 轉換成號，該數;:類比資料轉訊號 暫存為，用以接收並暫存該數位輸入气 =輸人職包含-最高有效位元_及1财;位= 一解碼器1性連接至該暫存器，該解碼 P期間解補;ft财效位S組並以解碼如 位7L組作為一第—控制訊號，以及在—第二^ = 元組並以解碼過的該最高有效位元組‘:二第: 一轉換單元，電性連接至該解碼n，用以在該第一期 間根據該第-控制訊號輸出-第—轉換電流，以及在該第 二期間根據該第二控制訊號輸出一第二轉換電流；以及 一輸出單元，電性連接至該轉換單元，用以在該第一 期間暫存該第一轉換電流，以及在該第二期間放大該第二 魯 術奐電流並與該第-轉換電流結合作為該類比輸出訊號。 2. 如申請專利範圍第1項所述之數位類比資料轉換 益，其中當該最高有效位元組具有μ位元、該最低有效位 元組具有L位元且m+L為偶數時，Μ等於L，其中μ與 L為正整數。 3. 如申請專利範圍第1項所述之數位類比資料轉換 益，其中當該最高有效位元組具有]V[位元、該最低有效位 17 13131 说 ITW 17317twf,doc/g 凡組具有L位元且M+L為奇數時，μ w 與L為正整數。 4·如申請專利範圍第1項所述之數位類比資料轉換 器:其且中當該最高有效位元組具有_元且該^ 兀、、且”有L位兀時，該輸出單元在該 轉換電流^倍，其巾Μ與L為正整數且廳L ^ 哭，圍第1項所述之數位類比資料轉換 。:其中_換早元包含多個電流供應器，且每一兮此带 μ輸出早，而在該第二期間根據該第 決定是否提供電流至該輸出單元。 制« 器，=Γ=!第5項所述之數位類比資料轉換 中该些電流供應器包含—開關以及一電产嗎， 该開關在該第-顧根據該第 ς /道 該電流源的輸出電流至該輸出單元，導接 出單元。以纽否導接該電流_輸出電流至該輸 器，所述之數位類比資料轉換 〜電源的輸出電流實質上相同。 8.如申請專利範圍第7項所 器’其中該解碼器係—溫度計解碼器。 '卜貝料轉換 。9.如申請專利範圍第8項所 态，其中當該最高有效位元組星 二t貝料轉換 元組具有L位元且M等於L時有^位該最低有效位 M專於L時’純度計解碼器在該第 18 Ι313φ51 5ITW 丨 73 J7iwf doc/g -期間解碼具L位元的該最低有效位元组， 位元的該第-控制訊號以每—位元分別控制該 器的開關導通或斷開，以及在該第二 X二電〜供應 該最高有效位元組，並輸出具位元的 以每一位元分別控制該些電流供應 “ 制訊號 其中Μ與L·為正整數。 Ί關冷通或斷開， Ι〇·如申請專利第8項所述之數 器，其中當該最高有效位元組具有;貝'料轉換 凡組具有L位元且Μ等於Μ時，該溫度計解 二期間解碼具L位元的該最低有效位‘ = ^ ，的開關導通或斷開，以及 位元Μ，並輸出具Al二解馬。亥取円有效 分別控制該肚電流供庫哭的^成一控制訊號以每—位元 為正整數。 開關導通或斷開，其中 器，項所述之數位類比資料轉換 暫存$，用以暫存該電流暫存㈣輸入電流； 放大用以放大該電流放大器的輸入電流； 至今雷、用以在該第一期間導接該第一轉換電流 間導接,楚-絲2玄弟—轉換電流’以及在遠弟二期 〇Λ —轉換電流至該電流放大器以放大該第二轉換 电流；以及 19 13131 銳 ITW 17317twf.doc/g 一輸出節點，電性诘 器，該輸出節,_化=域f流暫存11與該電流放大 出訊號係結合該電流暫^fb輸出訊號，其中該類比輸 12.-種數位類比該電流放大器的輸出電流。 號轉換成-齡輪出_增^方法’用⑽—數位輸入訊 # π β ^ ^ 虎该數位類比資料轉換方法包含： ，„輪人訊號，其中雜位輪人訊號包含一最 问有效烈及―最低有效位元組；

在* _間’解顯最低有效位元組並以解碼過的 4最，有A位元組作為—第—控制訊號，以及將該第一控 制§fl5虎轉換成一第一轉換電、、宁· ^-第—期間’解碼該最高有效位元組並以解碼過的 该最局有效位7L組作為—第二控制訊號，以及將該第二控 制訊號轉換成-第二轉換電流並放大該第二轉換電流；以 及 結合該第一轉換電流與放大的該第二轉換電流作為該 類比輸出訊號。

13. 如申請專利範圍第12項所述之數位類比資料轉換 方法’其中當該最高有效位元組具有Μ位元、該最低有效 位元組具有L位元且M+L為偶數時，Μ等於L，其中Μ 與L為正整數。 14. 如申請專利範圍第12項所述之數位類比資料轉換 方法’其中當該最高有效位元組具有Μ位元、該最低有效 位元組具有L位元且M+L為奇數時，Μ等於L-1，其中Μ 與L為正整數。 20 13131fi4TW 17317twf.doc/g 15. 如申請專利範圍第12項所述之數位類比資料轉換 方法，其中當該最高有效位元組具有Μ位元且該最低有效 位元組具有L位元時，在該第二期間放大該第二轉換電流 咅，其中Μ與L為正整數且MSL。 16. 如申請專利範圍第12項所述之數位類比資料轉換 方法，更包含暫存該數位輸入訊號。 17. 如申請專利範圍第12項所述之數位類比資料轉換 方法，其中在該第一期間解碼該最低有效位元組以及在該 第二期間解碼該最高有效位元組皆係以溫度計解碼方式。

21