TWI364170B - Digital to analog converter having efficient switch configuration - Google Patents

Description

1364170 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於數位類比轉換器架構，尤指一種具有較少開關 且具有較高效率電路架構的數位類比轉換器。 【先前技術】 如第1圖所示，一習知數位類比轉換器100係由一電阻串 以及複數個二進位選擇器120所構成。電阻串11〇係電氣連接於一 第-電壓準位V!以及-第二賴準位v2之間以使得電阻串11〇中 每個電阻的端點具有特定且不同的電壓準位，每一個二進位選擇器 120包含有兩個開關122以及124,且開關122以及124分別由一二 進位位元與其相反值來控制，其中相對應於位元值“丨’’的開關會被開 啟，且相對應於位元值的另一開關會被關閉。請參考第2圖，第 2圖為描述數位類比轉換器100如何將數位值，轉換為類 比值的示意圖。在第2圖中，複數個二進位選擇器12〇係被分為四 級（stage)’其中第一級中的二進位選擇器12〇係由第一位元心及 其反向值b0b來控制，第二級中的二進位選擇器12〇係由第二位元 bi及其反向值blb來控制’以此類推。當輸入數位值為“〇〇11，，時，在 一進位選擇器120中由b〇b、blb、hh所控制的開關係開啟，而在 數位類比轉換器100的輸出與電阻串11〇的一目標端點之間會產生 4 1364170 -導通路徑’ SUb數位類比轉換II 可以將數位值“刪丨”轉換為 . 類比值，亦即電阻串110之該目標端點的電壓準位》 由以上敘述可以得知，習知數位類比轉換器需要30個開關以轉 換4位元的數位值，一般來說，若是要轉換n位元的數位值，則需 要2 * (2η-1)個開關，因此，當數位值的位元數增加時，所需開關的 數量會快速的增加’而導致數鋪比轉換^需要較大的晶片面積以 φ 及較多的耗電量。 【發明内容】 因此，本發明的目的之-在於提供一種使用較少開關且具有較 高效率電路輯的數鋪比轉換H ’當該數位類比轉換器實施在液 晶顯不裝置當中的源極驅動器内時，耦接至加瑪電壓產生器的開關 級數以及耗電量均會減少。 依據本發明之一實施例，一數位類比轉換器包含有用來產生複 數個加瑪電壓的加瑪電壓產生器以及用來接收一 Μ位元數位值以 自複數個加瑪電壓中選擇出-加瑪電壓的解碼器，其中解碎器包含 有第-溫度計編碼器、第-選擇器以及第二選擇器。第一編碼器係 用來接收該Μ位元數位值中之Ν個位元以產生2ν位元的第一溫度 計碼，其中Ν係小於Μ，且Μ與Ν均為正整數；第一選擇器包含 複數個選擇群組，每個選擇群組包含有被第一溫度計碼所控制且用 5 丄妁4170 =輪出-加碼電壓之2n個開關，纟中第二選擇器接收第一選擇器之 選擇群組所輸出之加瑪，並依據該Μ位元數位值中剩下的(Μ 個位7L以選擇並輸出所接收之加瑪電射之一加瑪電麼β 【實施方式】 6 *_書及後續的申請專利顧當中個了某些詞彙來指稱特 6的元件所屬領域中具有通常知識者應可理解，硬體製造商可能 會用不_名縣射同—個元件。本制書及_ 7 圍並不以名稱㈣躲作為區分元件的方式，而是以元件在功t 的差^來作為區分的準則。在通篇說明書及後續的請求項當中所提 ，的「「包含」係為—開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。 以外’她」—詞在此係包含任何直接及間制電氣連接手段。因 此’若文中描述ϋ置输於—第二裝置，則代辆第 電礼連接於該第二裝置，或透過其它裝置或連接手段間^地 電氣連接至該第二裝置。 2考為賊本發明—實施敵數位類比轉換 =示意广數位類比轉換器·包含有:用來產生複數個加 瑪電壓的加瑪電壓產生器3ω，以及用來接收—Μ位域位值以自 複數個加瑪電壓中選擇出一 轉換為-類藉此將數位值 —、加瑪電壓以作為數位類比轉換器300之輸出 壓產生請可以為，但不限於，如第1圖所福接於兩電壓= 6 1364170

Vi、V2之間之電阻串110。 解碼器320包含有一第一選擇器340以及一第二選擇器360， 其中’在本實施例中，第一選擇器340以及第二選擇器360係由選 擇群組所構成，每個選擇鮮組具有複數個輸出端點彼此相連的開 關。在一實施例中，第一選擇器34〇包含4個選擇群組350a、350b、 350c、350d ’每個選擇群組包含4個開關355w、355x、355y、355z ; • 第二選擇器360包含一個選擇群組，該選擇群組包含有4個開關 365w、365x、365y、365z。需注意的是，第3圖所示僅為一範例說 明而並非是本發明的限制，其中，第一選擇器34〇以及第二選擇器 360中選擇群姐的數目，以及每個選擇群組中開關的數目，都不是 本發明的限制條件。此外，開關355 (365)可以視系統需求使用N 型或是P型金氧半導體（Metal-Oxide Semiconductor, MOS)電晶體 (可分別簡稱為NMOS電晶體與PM0S電晶體）來實作。 與習知數位類比轉換器不同的是，第一、第二選擇器340、360 係分別由第一溫度計碼‘q〇a q〇b q〇。q〇d’以及第二溫度計碼‘扎牝如 qid所控制’其中第一溫度計碼係將μ位元數位值中部分位元加以 編喝而產生，且第二溫度計碼係將Μ位元數位值中剩下位元加以編 碼而產生。此外，開關355w、355x、355y、355ζ分別由q〇a、q〇b、 q〇c q〇d所控制’而開關 365w、365x、365y、365z 分別由 、qib、 qic、qld所控制。尤其是，每一個選擇群組350a〜350d的開關355w 係由第一溫度計碼的第一個位元所控制，每一個選擇群組 7 355χq〇b^ … L舉例來說，當開關 355w以NMOS電晶體來實作時， 若是q〇a的值等於‘1，r + 々（亦即向電壓準位），則開關355w會開啟；而 右疋⑽的值等於‘G’（亦即低電壓準位），則關355w會關閉。由 以上敘述可知’―個卿群組巾關的數量與-溫度計财的位元 數是彼此相關的。 ▲上述編碼的操作係由一第一溫度計編碼器别以及—第二溫度 十、、i器370來執行，在本實施例中，第一溫度計編碼器別接收 數位值中則目位元（舉絲說，餘值巾最低有效N位元），並將 …扁馬以產生具有2位元的第一溫度計碼，其中N係小於μ且為 正1數，第一溫度計編碼器37〇接收數位值中剩下的(Μ_Ν)個位 疋（舉例來說’數位值中最高有效(ΜΝ)位元），並將其編碼以產生 具有2(_)位元的第二溫度計碼。 為了說明上的方便，在本實施例中，輸入數位值具有4個位元 (亦即Μ = 4 )，第一溫度計編碼器330接收數位值中2個位元（Ν = 2)以產生4位元的第一溫度計碼‘q〇a£1〇bq〇cC1〇d，，且第二溫度計編碼 器370接收數位值中另外2個位元以產生4位元的第二溫度計碼‘中3 qibqicqld’。在本實施例中，輸入數位值被表示為‘b〇bib2b3,，第一 /凰度计編碼器330可以依據下列公式來將2個位元b〇、{3丨編碼以產 生第一溫度计碼‘q〇a q〇b q〇c q〇d’ ： q〇a = AND(bob，blb); 1364170 q〇b = AND(b〇, blb)； qoc^ANDibob, b〇 ； A q〇d = AND(b〇, bj)； 其中b0b為b〇的相反值，且b丨bi的相反值。相同地，第二溫度 計編碼器370可以依據下列公式來將2個位元b2、b3編碼以產生第 二溫度計妈‘qlaqlbq丨。qld’ ： qia= AND(b2b，b3b); qib = AND(b2,b3b) > qic = AND(b2b，b3);及 Qid= AND(b2, bz) 其中h為b2的相反值，且b3b為b3的相反值。 需〉主意的是，上述公式僅為範例說明而並非作為本發明的限 制’只要所使用的編碼演算法可以產生一代碼‘q〇aq〇bq〇cq〇d，且符合 下列任—條俩，這些編猶算闕可以使用在本發财：當開關 355係使用NM〇s電晶體來實現時，該代碼中只有—個位元^、 : 355 pmos =時^派口、有一個位元（㈣心或_的值為 - 36〇 350.350, ^ 4 ^ 一個加瑪翅以作為輸出，亦即 =壓起其中選出 成-條導通路徑將數位類比轉¥ 轉換器300中僅會形 類比轉換〶的輸出端點輪至―軍一的 9 1364170 目標加瑪電壓。 在本發明中，數位類比轉換器3〇〇中所需的開關數量從2*(2n_ 1)減少為(4/3)*(2n-l) ’大約33%的減少量，開關數量減少有以下 優點：較小的晶片面積、較少的鱗消耗'以及較少的開關級數。 當輸入數位值的位元數增加時，本發明的優點會更明顯。第4圖為 依據本發明另-實施例之用以轉換—6位樣位值之數位類比轉換 # 器400的示意圖，數位類比轉換器400使用三個溫度計編碼器43〇、 470 48G以將輸人數位值編碼以產生三個溫度計碼。需注意的是， 第4圖中所示之選擇群組係為上述之選擇群組35〇，其具有γ個開 關（亦即4個開關）’且每一個開關係由具有2n位元之一溫度計碼 中之一位7G來控制，以輸出一加瑪電壓。第一選擇器44〇包含有被 一第一溫度計碼所控制之16個選擇群組，其中第一溫度計碼係經由 將輸入數位值t之兩位元編碼後所產生；第二選擇器46〇包含有被 φ 分為兩級的5個選擇群組，其令4個選擇群組450被安排在前一級 且被一第二溫度計碼所控制，第二溫度計碼係經由將輸入數位值中 之另兩位元編碼後所產生，此外，選擇群組45〇，係被安排至後一級 且被一第三溫度計碼所控制，第三溫度計碼係經由將輸入數位值中 之最後剩下兩位元編碼後所產生。在數位類比轉換器4〇〇中，所需 的開關數里為84 (第一選擇器440具有64個、第二選擇器460之 刖一級具有16個、第一選擇器460之後一級具有4個）；然而，習 知用來轉換6位元數位值的數位類比轉換器1〇〇則需要126個開關 (64+32+16+8+4+2) ’因此本發明之數位類比轉換器可以大幅提高 丄364170 效率。 • 第5圖所示為混合式架構的數位類比轉換器500，在本實施例 中，係將第4圖所示之選擇群組450’置換為三個二進位選擇器59〇 以及曹。二進位選擇器590依H位位元以輸出兩輸入端點 中之輸入^點的電壓。在本實施例中，前一級的二進位選擇器590 係由數位值中之第5位元t>4及其相反值t>4b來控制，且後一級的二 鲁進位選擇器59〇’係由數位值中之最後一位元bs及其相反值&來控 制。雖然數位類比轉換器500中所需的開關數量比數位類比轉換器 400 數鋪比轉換器500需要86個開關），但仍然比習知數 位類比轉換器所需的_數量少好，因此健具有較小的晶 片面積、較少的功率消耗、以及較少的_級數等優點。 第6圖所示為另一混合式架構的數位類比轉換器_，其係將 第4圖所示之第二選擇器460中的選擇群組置換為二進位選擇器， 第二選擇器460中的二進位選擇⑽被安排為四級，且同一級的二 2選擇器係由數位值之同—位以於本實施例中係為b: ★ ★ ^ ^所控制’數位類比轉換器_需要94個開關，亦即相較於 使二轉換器100 ’開關數量減少了約25% ’此減少量係由 選擇二Γ且的第—選擇器_所貢獻。由上述實施例可知，使用 效改善二Γ是姻選擇群_二進位選卿混合式㈣可以有 了節省=;=設計上的彈性。對於混合式架構來說，為 在祕於蝴輕產生||的該麵級當甲使用 1364170 ‘ 賴群組而不使用二進位選擇器，是較佳的實施方式。 當本發明之數蝴比轉換器使用在液晶顯示裝置中之一源極驅 動器内以將數位顯示資料轉換為類比顯示資料來驅動液晶顯示裝置 令之液晶顯示面板時，可以得到較小的晶片面積、較少的功率消耗、 以及較少的_級㈣優點，且當需要被轉換的數位_位元數越 多時，本發明之數位類比轉換器的優點會更加明顯。此外，上述實 參施例的些微修改亦隸屬於本發明之範脅，舉例來說，選擇群組可以 具有3個開關或是4個以上的開關，且每一個選擇群組中的開關數 量不-定要相同（舉例來說，開關可以由溫度計碼或是數位值中一 個以上的位元來控制，或是溫度計碼中部分位元可以閒置而不用來 控制開關的開啟與關閉）。 以上所述僅為本發明之較佳實_，凡依本發明申請專利範圍 | 所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。 【圖式簡單說明】 第1圖為習知由電阻串以及複數個二進位選擇器所構成之數位類比 轉換器。 第2圖為第1圖所示之數位類比轉換器如何將數位值‘boblb2 b3,轉 換為類比值的示意圖。 第3圖為依據本發明一實施例之數位類比轉換器結構的示意圖。 12 1364170 第4圖為依據本發明另一實施例之數位類比轉換器結構的示意圖。 第5圖為依據本發明另一實施例之數位類比轉換器結構的示意圖。 第6圖為依據本發明另一實施例之數位類比轉換器結構的示意圖。 【主要元件符號說明】 100'300、400'500、600數位類比轉換器 110 電阻串 120、590、590， 二進位選擇器 310 力Π瑪電壓產生器 320 解碼器 330、430 第一溫度計編碼器 340、440 第一選擇器 350a、350b、350c、350d、 選擇群組 450、450’ 122、124、355w、355x、 開關 355y、355z、365w、365x、 365y、365z 360、460 第二選擇器 370'470 第二溫度計編馬器 480 第三溫度計編碼器 13

Claims (1)

1. /〇 100年12月15日修正替換頁 七 、申請專利範圍： .一數位類比轉換器，包含有·· 加碼電壓產生器，用來產生複數個加瑪電壓；以及 解碼裔，用來接收一 Μ位元的數位值以自該複數個加瑪電壓 選擇其一’該解竭器包含有： 〜第一溫度計編碼器，用來接收該數位值個位元以產 生具有#位凡之一第一溫度計碼，其中Ν係小於μ， 且Μ與Ν均為正整數； —第二温度計編碼器，用來接收該(Μ_Ν)個位元中κ個位元 以產生具有2κ位元之一第二溫度計碼，其中該(卿個 位凡不包含輸人至該第—溫度計編碼器之Ν個位元，且 Κ為正整數且小於或等於 —第-選擇H，包含有複數個選擇群組，每個選擇群组且有 由該第-溫度計碼所控制且用來輸出一加瑪電塵之2Ν 個開關；以及 ―第^^’包含有複數個選擇群組，每個轉群組包含 溫度計碼所控制之 選擇器輸出之加瑪雷射Μ 環1接收該弟一 收之該也加巧電1_依據該第二溫度計碼來從所接 —力馬選擇—加瑪電壓以作為輸出。 如申請專鄕項所叙數 擇器包含有被安排柄—級之’其中該第二選 双调一進位選擇器。 14 2. 1364170 100年12月15曰修正替換頁 3·如申請專利範圍第1項所述之數位類比轉換器，其中該第二琴 擇器包含有被安排為複數級之複數個二進位選擇器，同—級= 二進位選·係由該(M_N)條元丨之―相陳元所控制，其中 該(M-N)個位元不包含輸入至該第一溫度計編碼器^個位元 以及輸入至該第二溫度計編碼器之尺個位元。 4.如申請專利範圍第1項所述之數位類比轉換器，其中該哭 另包含有： ~ 至少-第三溫度計編碼器，用來接收該數位值中的-財)個位 元中之R個位元以產生具有2R位元之—第三溫度計碼，其 中該(M-N-K)條元不包含輸入至該第一溫度計編碼器之n 個位兀以及輸入至該第二溫度計編碼器之艮個位元，且汉 為一正整數且小於或等於(M-N-K)。 5·如申請專利範圍第1項所述之數位類比轉換器，其中該第二選 擇器另包含有被安排為複數級之複數個二進位選擇器，同—級 的二進位選擇器係由該數位值中的(M_N_K)個位元申之—相同 位元所控制，其中該(M-N_K)個位元不包含輸入至該第—溫度計 編碼器之N個位元以及輸入至該第二溫度計編碼器之κ個位 元。 6.如申請專利範圍第i項所述之數位類比轉換器，其係實施於一 15 1364170 _—_ • 100年12月15日修正替換頁 • 液晶顯示裝置中之一源極驅動器内。 八、圖式：

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