JP2007208798A - デジタルアナログ変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のデジタルアナログ変換器を直並列に接続して使用可能なデジタルアナログ変換装置を提供する。
【解決手段】デジタルアナログ変換装置は、直並列に接続されたデジタルアナログ変換機能部と統括制御部により構成され、デジタルアナログ変換機能部は、入力信号を電源とする半導体スイッチ部と、フィルタ部と、パルス変調制御部とから構成される。統括制御部は、各デジタルアナログ変換機能部のパルス変調制御部と接続されており、デジタルアナログ変換器全体が統括制御部により制御されており、各デジタルアナログ変換機能部も統括制御部より制御される。
【選択図】図１

Description

本発明は、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装置に関する。

従来より、制御用機器等では、複数のデジタル情報を組み合せてアナログ値を得る事がしばしば行われて来た。この為には、複数のデジタルアナログ変換器を直列に接続して出力を得るのが理想的であり、この考え方に基づいて、前述のデジタルアナログ変換器への入力の合成値を得る試みは数多く行われてきた。しかしながら、この様な構成では、前段のＤＡ変換出力を次段のＤＡ変喚の基準電源に入力するのが一般的であるが、前段の出力値が小さいと後段のＤＡ変換の精度が取れないという問題が生じる為、結果として後段のデジタルアナログ変換機には、高精度のＤＡ変換機能が必要とされていた。

その為、これ等のデジタルアナログ変換器の内部構成は、定電流回路とＲ−２Ｒ抵抗ラダーを必要ビット数分だけ組み合せたり、あるいは２のべき乗の定電流源をビット数分用意しこれらを組み合せたりする為に、多数の高精度の抵抗が必要でチップサイズが増大し、また要求精度によってはチップの状態でのトリミングも必要とされる為に素子自体が高価なものとなっており、手軽に多数のデジタルアナログ変換器を用いる訳には行かなかった。

一方、デジタル変調技術を用いた高精度なデジタルアナログ変換器と、マイクロプロセッサを用いて複数のデジタル入力値を演算、この数値を単一の高精度のデジタルアナログ変換器に入力する事によりアナログ出力を得る事も行われている。

しかしながら、この場合にはマイクロプロセッサを動作させる為のソフトウエアが必要となる事、更にマイクロプロセッサとその周辺が必要である為に装置が高価となり、手軽に使うには程遠い状況にある。

このために、直並列に接続して使用ができ、低価格で手軽に使用できるデジタルアナログ変換方法と本方法を用いたデジタルアナログ変換器の実現が待ち望まれていた。

特開２００１−０６９００８号公報

本発明は、複数のデジタルアナログ変換器を直並列に接続し、各々のデジタルアナログ変換器への入力の合成値を出力する場合の従来の問題を解決するものであり、
・複数のデジタルアナログ変換器を直並列に接続し、
・多数の高精度の抵抗やトリミングを必要とせず、
・小さなチップで低価格が実現可能な
・手軽に使用する事ができる
デジタルアナログ変換装置を提供する事にある。

本発明は、直並列に接続された複数のデジタルアナログ変換機能部と統括制御部より構成されている。また、デジタルアナログ変換機能部は、半導体スイッチ部とフィルタ部とパルス変調制御部とから構成される。

デジタルアナログ変換機能部の入力信号はそのまま半導体スイッチ部の電源に接続されている。また、半導体スイッチ部はパルス変調制御部により制御され、その出力はフィルタ部に接続され、デジタルアナログ変換機能部を構成する。

統括制御部は各デジタルアナログ変換機能部のパルス変調制御部と接続されており、デジタルアナログ変換器全体が統括制御部により制御されており、各デジタルアナログ変換機能部も統括制御部により制御される。

統括制御部の制御の下に上記デジタルアナログ変換機能部を複数直並列に接続してデジタルアナログ変換器を構成する事で、
・複数のデジタルアナログ変換器を直並列に接続し、
・手軽に使用する事ができる
デジタルアナログ変換素子や装置が実現できる。

また、デジタルアナログ変換にパルス幅変調、あるいはパルス変調を基本とするパルス変調制御部を基本とした制御方法を使用する事により
・多数の高精度の抵抗やトリミングを必要とせず、
・小さなチップで低価格が実現可能な
デジタルアナログ変換素子や装置が実現できる。

また、パルス変調制御部の制御内容を各デジタルアナログ変換機能部毎に用意する事により個々の特性を変える事も可能である。勿論、量子化の荒さを均一にする事も、非直線の任意の特性とする事も可能であるが、これらは予め必要とする機能に応じて設定するだけではなく、予め複数の特性を内蔵しておき、これを、外部の指示、あるいは予め設定された条件に従いこれらを切り替えて使用する事も可能であり、従来よりもはるかに柔軟な構成の可能なデジタルアナログ変換素子や装置が実現できる。

上述のように、本発明のデジタルアナログ変換装置では、統括制御部の制御の下にデジタルアナログ変換機能部を複数直並列に接続してデジタルアナログ変換器を構成する事により、
・複数のデジタルアナログ変換器を直並列に接続し、
・手軽に使用する事ができる
デジタルアナログ変換素子や装置が実現できる。

また、本発明では、各デジタルアナログ変換はパルス変調による制御の為に
・多数の高精度の抵抗やトリミングを必要とせず、
・標準のＣＭＯＳ論理素子の技術を用いる事で、
・小さなチップで低価格が実現可能な
デジタルアナログ変換素子や装置が実現できる。

更に、各デジタルアナログ変換機能部のパルス変調制御部の制御内容を個別に設定する事により、必要に応じて各デジタルアナログ変換機能部の特性を個別に設定する事も可能となる。勿論、各デジタルアナログ変換機能部毎に量子化の荒さを均一に設定する事も、あるいは非直線の任意の特性に設定する事も可能となる為、本発明では、従来よりもはるかに柔軟な構成が可能なデジタルアナログ変換素子や装置が実現できる。

以下、本発明の実施の形態を、図１〜図３に基づいて説明する。

図１は、本発明を用いたデジタルアナログ変換器の概略図である。

デジタルアナログ変換器１０は、直並列に接続されたデジタルアナログ変換機能部（１，２，３・１，…３・ｎ）と、統括制御部４により構成されている。また、各デジタルアナログ変換機能部は、スイッチ部（１・１，２・１，３・１・１，…３・１・ｎ）とフィルタ部（１・２，２・２，３・２・１，…３・２・ｎ）とパルス変調制御部（１・３，２・３，３・３・１，…３・３・ｎ）とから構成される。

各デジタルアナログ変換機能部（１，２，３・１，…３・ｎ）の入力信号（１・４，２・４，３・４）は各スイッチ部（１・１，２・１，３・１・１，…３・１・ｎ）の電源に接続され、各スイッチ部の出力はフィルタ部（１・２，２・２，３・２・１，…３・２・ｎ）に接続されている。また、各スイッチ部（１・１，２・１，３・１・１，…３・１・ｎ）はパルス変調制御部（１・３，２・３，３・３・１，…３・３・ｎ）により制御され、各デジタルアナログ変換機能部（１，２，３・１，…３・ｎ）を構成している。

初段のデジタルアナログ変換機能部１の入力は基準電源７と接続され、次段以降のデジタルアナログ変換機能部入力は、該デジタルアナログ変換機能部の前段の出力に接続されている。

各デジタルアナログ変換機能部のパルス変調制御部（１・３，２・３，３・３・１，…３・３・ｎ）は統括制御部４により制御されており、デジタルアナログ変換器１０も統括制御部４により制御される。

デジタルアナログ変換器１０は外部インタフェース制御部５を介して外部インタフェース６と接続されており、外部からの指示を可能としている。

デジタルアナログ変換機能部１と２は直列組立体を構成し、第１の変換機能部１の出力、つまりフィルタ１・２の出力、が第２の変換機能部２の入力、つまりスイッチ部２・１の入力となり、第２の変換機能部２のフィルタ２・２の出力が直列組立体（１，２）の出力となる。

一方、デジタルアナログ変換機能部３・１…３・ｎは並列組立体を構成する。並列組立体を構成する各変換機能部の入力は共通で、実施例ではフィルタ２・２の出力である。並列組立体の出力は各変換機能部の出力、つまりフィルタ３・２・１〜３・２・ｎの出力である。

図１の実施例では、直列組立体（１，２）の出力に並列組立体（３・１…３・ｎ）が接続される構成を例示する。直列組立体と並列組立体の組み合せは任意で、例えば並列組立体の出力のひとつに直列組立体又は単一のデジタルアナログ変換機能部の入力を接続したり、図１のひとつの並列組立体３・１の出力に別の直列組立体の入力を接続することも可能である。

図１の構成は例えば液晶のバックライトのためのＬＥＤ駆動用ドライバとして利用することができ、第１段の変換機能部１で全体の明るさを制御し、次の２で階調を制御し、更に、３・１〜３・ｎで各色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を制御することができる。

図２は、デジタルアナログ変換機能部の詳細である。

スイッチ部２１は、通常のＣＭＯＳ論理回路と同様にＰチャネルＭＯＳＦＥＴ２１・１とＮチャネルＭＯＳＦＥＴ２１・２とから構成されており、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴのソースは電源である入力信号２５に接続されており、またＮチャネルＭＯＳＦＥＴのソースは０Ｖに接続されている。また、各々のＭＯＳＦＥＴのドレインを相互に接続してスイッチ部２１の出力とし、各々のＭＯＳＦＥＴのゲートを相互に接続してスイッチ部２１の入力としているが、この回路は一般にＣＭＯＳ論理回路と称される論理回路と同じものである。

スイッチ部２１はパルス変調制御部２２により制御されるが、このパルス変調制御部２２は、パルス変調部２２・１とデコード（復号）部２２・２とＤＡ変換値設定レジスタ２２・３より構成され、外部より入力されるパルス信号発生器２４を基準として動作する。

外部より外部インタフェース制御部５を介してＤＡ変換値設定レジスタ２２・３に設定された情報に基づき、デコード（復号）部２２・２で当該情報を解析しパルス変調の為の設定値を生成し、該情報に従いパルス変調部２２・１はスイッチ部２１を制御する。

尚、ここで言うパルス変調とは、パルスの幅を変化させるパルス幅変調（ＰＷＭ）、パルスの周期を変化させるパルス数変調（ＰＮＭ）、あるいはこれらを基本としたパルス変調方法を指し示すものとした。

また、これらのパルス変調された信号から目的の出力を得る為には、パルス変調に用いた周波数を除去する必要があるが、その為にはフィルタ（濾波器）が必要である。

スイッチ部２１の出力から不要な信号を除去する為の濾波機能を有するフィルタ部２３は、演算増幅器２３・１と抵抗やコンデンサ等から構成される周辺回路素子群２３・３より構成される。なお、本フィルタ部２３は、デコード（復号）部２２・２の指示に従い帰還抵抗の値を切り替えるスイッチ２３・２を具備しており、フィルタ部２３の出力電圧値をあらかじめ設定された範囲で変化させる機能を有する。

尚、スイッチ部２１は比較的広範囲の電圧範囲での動作が可能であるが、その動作電圧範囲には限りがある。その為、該スイッチ部の出力電圧が次段のスイッチ部の正常動作範囲内となる様に、ＤＡ変換値設定レジスタ２２・３への設定情報が予め設定された範囲から外れる場合には該情報に予め設定された定数を乗じた値を、また設定情報が予め設定された範囲内の場合には該情報をそのまま使用してスイッチ部を動作させる様にデコード（復号）部２２・２にて指示を行うと共に、統括制御部４に対しても該情報を送付２６する。また、最終段のデジタルアナログ変換機能部に於いては、該変換機能部より前で乗算された乗数を全て合成した値で除算した値を出力する様に統括制御部４が当該デジタルアナログ変換機能部のデコード（復号）部に対して指示２７を行う。

デジタルアナログ変換機能部で出力電圧の調整を行うには、
・フィルタ部２３で帰還抵抗の値を切り替える。
・パルス変調部やデコード（復号）部で予め出力を所定の値となる様に処理を行う。
等の方法があるが、何れの方法を用いても構わない。

これらの動作を図３を用いて説明する。

ＤＡ変換指示情報を横軸に、ＤＡ変換後の出力電圧を縦軸に表すと、理想は原点から斜め右上に延びる直線３１−ここでは破線で表示−上の値となるはずであるが、スイッチ部の動作電圧に限界がある為にＤＡ変換指示情報が小さい場合には一点鎖線３２で表示した曲線上の値を出力してしまう。これを防止する為に、本発明では出力が最大値３４と動作下限電圧３５の範囲になる様にＤＡ変換指示情報に予め設定された値−たとえば２とか４−を乗算した値で一旦ＤＡ変換を行う。このときの出力は、鋸状の波形３３−ここでは太線で表示−上の値が出力される。

この動作を各デジタルアナログ変換機能部で繰り返し、最終段では、前段で乗算した係数で除算した値を当該各デジタルアナログ変換機能部で出力する事により、理想とする原点から斜め右上に延びる直線３１上の値を得ることが出来る。

本発明によるデジタルアナログ変換器の概略を示す。 デジタルアナログ変換機能部の詳細を示す図である。 動作波形の説明図である。

符号の説明

１，２，３・１，…３・ｎ デジタルアナログ変換機能部
１・１，２・１，３・１・１，…３・１・ｎ スイッチ部
１・２，２・２，３・２・１，…３・２・ｎ フィルタ部
１・３，２・３，３・３・１，…３・３・ｎ パルス変調制御部
１・４，２・４，３・４ スイッチ部入力信号
４ 統括制御部
５ 外部インタフェース制御部
６ 外部インタフェース
７ 基準電源
１０ デジタルアナログ変換器
２１ スイッチ部
２１・１ ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ
２１・２ ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ
２２ パルス変調制御部
２２・１ パルス変調部
２２・２ デコード（復号）部
２２・３ ＤＡ変換値設定レジスタ
２３ フィルタ部
２３・１ 演算増幅器
２３・２ スイッチ
２３・３ 周辺回路素子群
２４ パルス信号発生器
２５ 入力信号
２６ 送付情報
２７ 指示
３１ ＤＡ変換理想出力直線
３２ ＤＡ変換実出力
３３ 波形
３４ 最大値
３５ 動作下限電圧

Claims (4)

1. パルス変調制御部と、該パルス変調制御の制御に従って入力信号をスイッチングする半導体スイッチ部と、該半導体スイッチ部の出力に接続されアナログ信号を出力するフィルタ部とを有するデジタルアナログ変換機能部を複数個もうけ、該デジタルアナログ変換機能部を相互に直列又は並列に接続して直列組立体又は並列組立体を構成し、該組立体又は単一のデジタルアナログ変換機能部を直列又は並列に接続して構成された、デジタルアナログ変換装置。
2. 前記請求項１に対して、少なくともひとつのデジタルアナログ変換機能部の入力と半導体スイッチ部の間、およびフィルタ部の一方あるいは双方に、増幅度が固定あるいは可変の増幅機能を付加すると共に、増幅度が可変の場合には予め設定された内容に従い、あるいは外部よりの指示に従い増幅度を変化させる事を特徴とした、デジタルアナログ変換装置。
3. 各デジタルアナログ変換機能部と接続し、各デジタルアナログ変換機能部と共にデジタルアナログ変換器全体を制御する統括制御部を設け、該統括制御部を予め設定された内容に従い、あるいは外部からの指示信号により制御すると共に、各デジタルアナログ変換機能部出力が予め設定された所定の範囲の出力となる様にあらかじめ設定された値の乗算値を出力すると共に、最終段のデジタルアナログ変換機能部では、前段で行われた乗算値で除算を行う機能を具備する事を特徴とした、請求項１又は２に記載のデジタルアナログ変換装置。
4. 各デジタルアナログ変換機能部、あるいは統括制御部、あるいはその任意の部分においてデジタルアナログ変換の階調制御を複数具備し、これらを予め設定された内容に従い、あるいは外部からの指示信号により適宜切り替える事を特徴とした、請求項１、２又は３のいずれかひとつに記載のデジタルアナログ変換装置。
   

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