TWI316794B - Digital-to-analog converter and related method - Google Patents

Description

1316794 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係相關於數位類比轉換器，尤指一種使用多個使用脈衝 見度調變單元來實現單一個數位類比轉換器的方法與相關裝置。 【先前技術】... 數位類比轉換器（digital-to-analog converter，DAC)是各種電 子裝置中常見的電路元件，其可依據數位輸人值來產生相對應的 類比輸出電壓，以供後端的電路使用。舉例來說，於電視系統中， 在使用者選定了欲觀賞之電_道之後，電㈣統會依據使用者 所選定的電道決定出—触輸人值，並數位類比轉換 器來依據該數位輸入值產生一類比輸出電壓，以供一電視調譜器 (TV t丽）依據該類比輸出電壓來對接收到的電視喊進行適當 的處理。 田 隨著科技步’電子產品對於其巾之數鋪轉換器之解析 度（re—)的要求也越來越高，更_地說，數位類比轉換 器必須依據位7L數更乡魄位輸人值來產生更精準_比輪出電 壓。然而，數位類比轉換器的解析度越高，其成本也會越高，如 何降低高騎歧彳靖比娜器的鉢，已絲界待解 一項課題。 /、的 【發明内容】 1316794 因此，本發明的目的之一，在於提供一種具有較低成本的高解 析度數位類比轉換器，以解決習知技術所面臨的問題。 本發明揭露一種數位類比轉換器，用來依據一數位輸入值產生 、一類比輸出電壓。該數位輸入值包含有複數個位元區段。該數位 類比轉換器包含有：複數個脈衝寬度調變單元，用來依據該複數 個位元區段來產生複數個脈衝寬度調變訊號；以及一電壓產生單 ··元’ 複數佩賊度機單元，用綠據賴數個脈衝 寬度調變訊號來產生該類比輸出電壓。 上述之數位類比轉換器中，該複數個脈衝寬度調變單元中的一 第一與一第二脈衝寬度調變單元分別用來依據該複數個位元區段 中的一第一與一第二位元區段來產生該複數個脈衝寬度調變訊號 中的一第一與一第二脈衝寬度調變訊號。而該第一位元區段於該 0數位輸入值中之有效程度係為該第二位元區段於該數位輸入值中 之有效程度的一預定倍。 本發明還揭露一種數位類比轉換方法，用來依據一數位輸入值 產生一類比輸出電壓。該方法包含有：將該數位輸入值區分為複 數個位元區段；依據該複數個位元區段來產生複數個脈衝寬度調 變訊號；以及依據該複數個脈衝寬度調變訊號來產生該類比輸出 電壓。 1316794 上述之數位類比轉換方法令，依據該複數個位元區段來產生該 複數個脈衝寬度調變贿的步驟包含有：分別依據該複數個位元 區&中的g-與-第二位元區段來產生該複數個脈衝寬度調變 訊號中的-第-與-第二脈衝寬度調變訊號；其中該第一位元區 段於魏位輸域巾之有贿度係賴第二位元區段於該數位輸 入值中之有效程度的一預定倍。 Φ 【實施对】 脈衝見度調變（pulse width modulation，PWM )是可用以實現 數位類比轉換器的-種技術，在f知技術之中，要實現高解析度 的數位類比轉換器時，-般而言都必須使用到高解析度的脈衝寬 度調變單it ’舉例來說，若要實現—個16位元解析度的數位類比 轉換器，即必須使用到一個16位元解析度的脈衝寬度調變單元。 然而’脈衝寬度調變單元的解析度越高，其成本也會越高，更甚 •者’對於脈衝寬度調變單元而言，隨著解析度的增加，其成本增 加的幅度往往會大於其解析度增加的幅度。舉例來說，一個Μ ^ 元解析度之脈衝寬度調變單元的成本，通常會高於兩個8位元解 析度之脈衝寬度調變單元之成本的合。 為了降低高解析度數位類比轉換器的成本，本發明提出了「使 用多個解析度相對較低的脈衝寬度調變單元，來實現單一個解析 •度相對較高的數位類比轉換器」的概念。第1圖所示為本發明之 數位類比轉換器一實施例的示意圖。本實施例之數位類比轉換器 1316794 100之解析度係為M*N位元（其申，Μ與N皆為正整數），換句 話說，其可依據一 M*N位元的數位輸入值Di來產生一類 比輸出電壓VOUT ’其中’數位輸入值DI的二進制形式係 為 Βμ.ν^Βμ.ν^Βμ+νο.. ...·Β2ΒιΒ〇，Βμ*ν-ι係為數位輸入值DI中的 : 最高有效位元（)、Β〇則為數位輸入值DI中的最低有效位元 (LSB)〇 __ 本實施例的數位類比轉換器1〇〇包含有M個脈衝寬度調變單 元120_1〜120一Μ以及一電壓產生單元14〇。脈衝寬度調變單元 120_1〜120一Μ的解析度皆為Ν位元，對於一整數κ而言（反大 於等於1且小於等於Μ)，一第κ脈衝寬度調變單元12〇_κ係用 來依據數位輸入值DI中的一第κ位元區段Βκ*ν ιΒ·2Β_…β (K-D.NHBoc-aN+iBdc.wN來產生—第Κ脈衝寬度調變訊號pWMS—Κ， 簡單地說，第K脈衝寬度調變訊號PWMS—K的工作週期 _ (duty cycle)係由第 K 位元區段 Bk*n_iBk*n 2Bk*n 3……β 所對應的值來決定，由於第κ位元

區丰又 ......B 中包含有 N 個位元，故第κ脈衝寬度調變訊號PWMS_K係有2ΛΝ種可能的 工作週期’最小與最大的工作週期之間相差(2λΝ>1個百分比步 階。而在Ν=8的情形下，一個百分比步階的大小約為ο ·%。 每當第Κ位兀區段^知_咖.....%-釋知卿如㈣的 值增加1時’第κ脈衝寬度調變訊號PWMS—κ的工作週期就會 1316794

增加-個百分比步階，此時錢產生Μ⑽會軸崎出電麼 νουτ增加-㈣κ電齡階VS_K。對於獨的κ值而言，紅 電壓步階VSJ(的大小會是。舉触說由於在數位輸入 值DI中’第Kl位元區段之有效程度（significance)係為第I位 元區段之奴赌的2Λ[(κι·κ2劑倍，故帛Kl電齡階VSJC 也會是第K2電壓步階VS_K2的專㈣喷。換句話說y電 壓步階VS—1〜VSJV[係符合以下式子： VS_M=VSJM-1) X 2^N =VSJM-2) x 2^(2*N) = VS—2 x 2a[_N卜VSJ χ 事_ 電壓=電壓Γvs—1〜vs—M符合以上式子’本實施例中的

Lk ^電阻R—K的第—端係输於第K脈衝寬度調變單元 H出端以接收第Κ脈衝寬度調變訊號PWMS—κ，第Κ電 捕於電容C㈣—端，電容c的第二端則輕 係則符合町式子·· 狀顿大Μ間之阻值關 χ 2λΝ =rjM.2) χ 2Λ(2%Ν) 句 X 2，_2)*n]==Rj χ 2λ_)*ν] 1316794 【主要元件符號說明】 100 數位類比轉換器 120J、120_2、...、120—Μ 脈衝寬度調變單元 140 電壓產生單元· R_1 ' R_2 > ... ' R_M 電阻 C 電容

Claims (1)

1316794 十、申請專利範圍： 1， 一種數位類比轉換器，用來依據一數位輸入值產生一類比輸 出電壓，該數位輸入值包含有複數個位元區段，該數位類比 轉換器包含有： 複數個脈衝寬度調變單元，用來分別依據該複數個位元區段來 產生複數個脈衝寬度調變訊號；以及 一電壓產生單元，耦接於該複數個脈衝寬度調變單元，用來依 • 據該複數個脈衝寬度調變訊號來產生該類比輸出電壓。 2.如申請專利範圍第1項所述之數位類比轉換器，其中該複數 個脈衝寬度調變單元中的一第一與一第二脈衝寬度調變單元 分別用來依據該複數個位元區段中的一第一與一第二位元區 段來產生該複數個脈衝寬度調變訊號中的一第一與一第二脈 衝寬度調變訊號。 ~ 3. 如申凊專利範圍第2項所述之數位類比轉換器，其中該第一 位兀區段於該數位輸人值中之有效程度係賴第二位元區段 於該數位輸人值中之有絲朗—預定倍。 4. =請專利範圍第3項所述之數位類比轉換H，其中每_ 衝寬度調變訊號之工作週期增加-百分比步階二 生早讀m_比輸出m的值增加 壓 階：每當該第二脈衝寬度_峨之工作週崎糾^ 12 i .1316794 二電壓產生單元係將該類比輸出電_值增加一第 :電壓步階H電壓步階係為該第二·步階的該預定 、5. 第3項所述之數位類比轉換器，其中該電壓 座生旱元包含有： 一第1阻’該第—電阻的—第—端係_於該第—脈衝寬度 鲁 凋變單元以接收該第一脈衝寬度調變訊號； —第，電阻，該第二電阻的—第—端_接於該第二脈衝寬度 «周變單元以接收該第二_寬度機訊號；以及 電谷《亥電谷的一第一端係搞接於該第一電阻的一第二端以 及該第二電阻的一第二端，用來產生該類比輸出電壓， 5亥電容的一第二端係耦接於一定電壓節點。 • 6·如申請專利範圍第5項所述之數位類比轉換器，其中該第一 電阻之阻值係為該第二電阻之阻值的該預定倍。 . 種數位類比轉換方法，用來依據一數位輸入值產生一類比 輸出電壓，該方法包含有： 將該數位輸入值區分為複數個位元區段； 分別依據該複數個位元區段來產生複數個脈衝寬度調變訊 號；以及 依據該複數個脈衝寬度調變訊號來產生該類比輸出電壓。 13 1316794 如申請專利範圍第7項所述之數位類比轉換方法，其中依據 5亥複數個位元區段來產生該複數個脈衝寬度調變訊號的步驟 包含有： 刀別依據該複數個位元區段中的一第一與一第二位元區段來 產生該複數個脈衝寬度調變訊號中的一第一與一第二脈 衝寬度調變訊號； 其中該第一位元區段於該數位輸入值中之有效程度係為該第 二位元區段於該數位輸入值中之有效程度的一預定倍。 9.如申請專利範圍第8項所述之數位類比轉換方法，其中依據 該複數個脈衝寬度調變訊號來產生該類比輸出電壓之步驟包 含有： 每當該第一脈衝寬度調變訊號之工作週期增加一百分比步階 時’即將該類比輸出電壓的值增力口一第一電壓步階；以及 每當該第二脈衝寬度調變訊號之工作週期增加該百分比步階 時’即將δ玄類比輸出電壓的值增加一第二電壓步階； 其中該第一電壓步階係為該第二電壓步階的該預定倍。 十一、圖式： 14