JP2008236301A - D/a converter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、デジタル信号をアナログ信号に変換する為のD/A変換器(以下、DACとする)に関し、特に、抵抗ストリング型のDAC(以下、RstDACとする)に関する。 The present invention relates to a D / A converter (hereinafter referred to as DAC) for converting a digital signal into an analog signal, and more particularly to a resistor string type DAC (hereinafter referred to as RstDAC).
RstDACは、同一抵抗値の抵抗を直列に接続した構成を有しており、各抵抗の接続点の電圧をデジタル入力信号に対するアナログ電圧として出力する。このため、デジタル入力信号のビット数が大きくなると、抵抗とスイッチ回路の数が飛躍的に増加し、近年の半導体チップの面積縮小化の要求に対する大きな弊害となっている。そこで、抵抗とスイッチ回路の数を増加させることなく、多ビット化に対応する方法として考えられたのが、上位・下位ビット分割型RstDACである(特許文献1)。上位・下位ビット分割型RstDACは、デジタル入力信号を上位ビットと下位ビットとに分割し、上位ビット用DACと下位ビット用DACの出力を加算してアナログ電圧を出力する。従来の上位・下位ビット分割型RstDACでは、下位ビット用DACにおけるスピードが問題となっており、消費電力を大きくすることなくRstDACの高速要求に対応することが求められている。 The RstDAC has a configuration in which resistors having the same resistance value are connected in series, and outputs a voltage at a connection point of each resistor as an analog voltage with respect to a digital input signal. For this reason, when the number of bits of the digital input signal is increased, the number of resistors and switch circuits is drastically increased, which is a serious adverse effect on the recent demand for reducing the area of the semiconductor chip. Therefore, an upper / lower bit division type RstDAC has been considered as a method corresponding to the increase in the number of bits without increasing the number of resistors and switch circuits (Patent Document 1). The upper / lower bit division type RstDAC divides a digital input signal into upper bits and lower bits, adds the outputs of the upper bit DAC and the lower bit DAC, and outputs an analog voltage. In the conventional upper / lower bit division type RstDAC, the speed of the lower bit DAC is a problem, and it is required to meet the high-speed requirement of the RstDAC without increasing the power consumption.
ここで、特許文献1に記載の従来の上位・下位ビット分割型RstDACの構成について、図6を参照して説明する。図6は、従来の上位・下位ビット分割型RstDACの構成を示す図である。図6に示すように、従来の上位・下位ビット分割型RstDACは、上位ビット用DAC1、下位ビット用DAC2、アナログ加算器3を有している。従来のRstDACは、入力データ(Nビット)15を上位Kビットの入力データ16と下位Lビットの入力データ17に分割し、上位ビット用DAC1のアナログ出力電圧22と下位ビット用DAC2のアナログ出力電圧23をアナログ加算器3で加算する。
Here, the configuration of the conventional upper / lower bit division type RstDAC described in
上位ビット用DAC1は、複数の基準抵抗12で構成される分圧回路8、デコーダ6、スイッチ回路10を備える。上位ビット用DAC1は、入力データ(Nビット)15のうち、上位Kビットの入力データ16をD/A変換する。分圧回路8は、抵抗値RMの基準抵抗12を2K個直列接続した抵抗ストリングである。分圧回路8は、第1基準電源信号18の電圧値をVR1、第2基準電源信号19の電圧値をVR2とすると、基準電源電圧VR1とVR2との間の電圧を分圧する。
The
下位ビット用DAC2は、複数の基準抵抗13で構成される分圧回路9、デコーダ7、スイッチ回路11を備える。下位ビット用DAC2は、入力データ(Nビット)15のうち、下位Lビットの入力データ17をD/A変換する。分圧回路9は、抵抗値RSの基準抵抗13を2L個直列接続した抵抗ストリングである。分圧回路9は、上位ビット用DAC1の分圧回路8の最下位の抵抗に並列接続されている。
The
上位ビット用DAC1のアナログ出力信号22の電圧値をVUP、下位ビット用DAC2のアナログ出力信号23の電圧値をVDOWN、RstDACのアナログ出力信号26の電圧値をVOUTとする。上位・下位ビット分割型RstDACは、上位ビット用DAC1のアナログ出力電圧VUPと下位ビット用DAC2のアナログ出力電圧VDOWNとをアナログ加算器3で加算することにより、最終的なRstDACのアナログ出力電圧VOUTを出力する。従来例では、分圧回路8の基準抵抗12の抵抗値RM、分圧回路9の基準抵抗13の抵抗値RSを、RS>>RMとして作成することで、上位ビットと下位ビットの切り替え点における変換誤差を小さくしている。
The voltage value of the
次に、従来のRstDACの動作について説明する。上位ビット用DAC1では、Nビットの入力データ15のうち、上位Kビットのデジタル入力データ16がデコーダ6に入力される。スイッチ回路10は、トランジスタからなる複数の伝送スイッチで構成されている。複数の伝送スイッチは、それぞれ分圧回路8の各基準抵抗12の接続点に接続されている。デコーダ6から出力されるデコード結果出力信号20により、スイッチ回路10のいずれか1つの伝送スイッチをONにして、アナログ出力電圧VUPが出力される。
Next, the operation of the conventional RstDAC will be described. In the
下位ビット用DAC2では、入力データ(Nビット)15のうち、下位Lビットのデジタル入力データ17がデコーダ7に入力される。スイッチ回路11は、トランジスタからなる複数の伝送スイッチで構成されている。複数の伝送スイッチは、それぞれ分圧回路9の各基準抵抗13の接続点に接続されている。デコーダ7から出力されるデコード結果出力信号21により、分圧回路9のスイッチ回路11のいずれか1つの伝送スイッチをONにして、アナログ出力電圧VDOWNが出力される。最後に、アナログ加算器3で上位ビット用DAC1と下位ビット用DAC2の各アナログ出力電圧を加算して、RstDACのアナログ出力電圧VOUTが得られる。
In the
ここで、上位、下位ビット用DACでの出力抵抗について考える為、従来例の回路での抵抗素子に関する等価回路を図7に示す。図7に示すように、この例では、分圧回路8はRM1とRM2とで、分圧回路9はRS1とRS2とで分割されている。この場合の上位ビット用DAC1の出力抵抗をRUP、下位ビット用DAC2の出力抵抗をRDOWNとする。
Here, in order to consider the output resistance in the DAC for the upper and lower bits, an equivalent circuit relating to the resistance element in the circuit of the conventional example is shown in FIG. As shown in FIG. 7, in this example, the voltage dividing circuit 8 is divided by R M1 and R M2 , and the voltage dividing circuit 9 is divided by R S1 and R S2 . In this case, the output resistance of the
CLOADは、上位、下位ビット用DACのそれぞれの出力部に付加される寄生容量であり、配線容量やトランジスタのゲート容量、ソース・ドレイン容量などを合計したものである。本来、上位ビット用DACと下位ビット用DACとで容量値は異なるが、簡単の為に同じ容量値としている。 C LOAD is a parasitic capacitance added to each output part of the higher-order and lower-order bit DACs, and is a total of wiring capacitance, transistor gate capacitance, source / drain capacitance, and the like. Originally, the capacitance value is different between the higher-bit DAC and the lower-bit DAC, but the same capacitance value is used for simplicity.
次に、図7に示す例での、抵抗分圧の動作について説明する。上位ビット用DAC1のスイッチ回路10、下位ビット用DAC2のスイッチ回路11において、上位、下位のデジタル入力データ16、17に従って、いずれか1つの伝送スイッチがONとなり、分圧回路8、9において抵抗により分圧される。この場合のDACのセトリング動作について以下に説明する。
Next, the operation of resistance voltage division in the example shown in FIG. 7 will be described. In the
DACのセトリング時間が最も長くなるのは、上位、下位ビット用DAC1、2の出力抵抗が最大の場合であるので、この場合の上位ビット用DAC1の出力抵抗RUPと下位ビット用DAC2の出力抵抗RDOWNについて説明する。上位ビット用DAC1の出力抵抗RUPは、分圧回路8がRM1とRM2とで分割されていることから、
一方、下位ビット用DAC2の分圧回路9は、RS1とRS2とで分割されている。分圧回路8の最下位の基準抵抗RMと、その他の2K−1個の抵抗値RMを直列に接続した抵抗ストリングとの並列接続回路の合成抵抗をRX2とすると、
次に、上位ビット用DAC1と下位ビット用DAC2それぞれにおけるセトリング時間について説明する。一般的なRC回路における過渡応答特性において、入力電圧VINと出力電圧VOUTとの間には、式(11)の関係が成り立つ。
Nビットの入力データを上位Kビット、下位Lビットに分割した回路構成では、上位ビット用DAC1の変換精度としてはNビットの精度が必要となるが、下位ビット用DAC2の変換精度はLビット精度で良く、上位と下位のそれぞれで、許容誤差電圧まで収束する時間、すなわち、セトリング時間が異なる。
In a circuit configuration in which N-bit input data is divided into upper K bits and lower L bits, the conversion accuracy of the
上位ビット用DAC1、下位ビット用DAC2でのセトリング誤差電圧をそれぞれVERR_UP、VERR_DOWNとすると、LSB(Least Significant Bit)表記でのセトリング誤差エラーをERRとした場合、式(13)が成り立つ。
上位ビット用DAC1、下位ビット用DAC2のセトリング時間をそれぞれtUP、tDOWNとすると、スイッチ回路10、11でのトランジスタのON抵抗は簡単の為に無視して考えて、式(12)と(13)から、
従来例では、上位ビットと下位ビットの切り替え点における変換誤差を小さくするために、分圧回路9の基準抵抗の抵抗値RSを、分圧回路8の基準抵抗の抵抗値RMに比べて極めて大きく、すなわちRS>>RMとして作成している。下位ビット用DAC2の出力レベルにおける変換誤差は、分圧回路8の最下位の基準抵抗RMと、分圧回路9を構成する抵抗値RSの基準抵抗を2L個直列接続した抵抗ストリングとの並列接続回路の合成抵抗をRXとした場合、式(15)で表せる。
例えば、上位、下位を5ビットずつに分割した10ビットのRstDACを考え、RM=20Ω、RS=400Ωとした場合、下位ビット用DAC2の出力レベルにおける変換誤差は、式(15)の合成抵抗RXが式(2)で表されることから、以下の通りとなる。
式(14)からわかるように、上位、下位ビット用DACでのセトリング時間は、それぞれの出力抵抗に依存している。また、式(5)、(10)からわかるように、出力抵抗は、それぞれの分圧回路の基準抵抗RM、RSに依存している。従来例では、上位ビットと下位ビットの切り替え点における変換誤差は小さくなるものの、分圧回路9の基準抵抗RSを分圧回路8の基準抵抗RMに比べて抵抗値を極めて大きく作成しているために、下位ビット用DAC2での出力抵抗が大きく、下位ビット用DAC2のセトリング時間が長くなることで、RstDAC全体のセトリング時間が長くなってしまう欠点がある。
As can be seen from equation (14), the settling time in the upper and lower bit DACs depends on the respective output resistances. Further, as can be seen from the equations (5) and (10), the output resistance depends on the reference resistances R M and R S of the respective voltage dividing circuits. In the prior art, although the conversion error in the switching point of the upper and lower bits is reduced, creating extremely large resistance value than the reference resistance R S of the voltage divider circuit 9 to the reference resistance R M of the voltage dividing circuit 8 For this reason, the output resistance of the lower-
本発明の一態様に係るD/A変換器は、抵抗値RMの複数の上位ビット用抵抗が直列に接続され、当該複数の上位ビット用抵抗によって、上位ビット用基準電圧を分圧して、入力されたデジタル信号の上位ビットに対応するアナログ信号を出力する上位ビット用DACと、前記上位ビット用抵抗の抵抗値RMよりも小さい抵抗値RSの複数の下位ビット用抵抗が直列に接続され、当該複数の下位ビット用抵抗によって、下位ビット用基準電圧を分圧して、入力されたデジタル信号の下位ビットに対応するアナログ信号を出力する下位ビット用DACと、前記上位ビット用DACから出力されるアナログ信号と前記下位ビット用DACから出力されるアナログ信号とを加算する加算器とを備えるものである。これにより、下位ビット用分圧回路9の基準抵抗の抵抗値RSを小さくすることで、式(10)の下位ビット用DAC2の出力抵抗RDOWNを小さくすることができるため、式(14)からわかるように、下位ビット用DAC2のセトリング時間を短くすることができる。
D / A converter according to one embodiment of the present invention, a plurality of a high-order bit resistance of the resistance value R M are connected in series, by a corresponding plurality of upper bits resistance, by applying a reference voltage for upper bits minute, upper bits for DAC that outputs an analog signal corresponding to the upper bits of the input digital signal, connected to the plurality of lower bit resistance in series of the resistance value for the upper bit resistance R M less resistance R S than The lower-bit reference voltage is divided by the plurality of lower-bit resistors, and the lower-bit DAC that outputs an analog signal corresponding to the lower-order bits of the input digital signal is output from the upper-bit DAC. And an adder for adding the analog signal output from the lower bit DAC. As a result, by reducing the resistance value RS of the reference resistance of the lower-bit voltage dividing circuit 9, the output resistance R DOWN of the lower-
本発明によれば、セトリング時間を短縮したD/A変換器を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the D / A converter which shortened settling time can be provided.
実施の形態1.
本発明の実施の形態1に係るD/A変換器(DAC)の構成について、図1を参照して説明する。図1は、本実施の形態に係るDACの構成を示す図である。本発明に係るDACは、入力データを上位ビットと下位ビットとに分割し、上位ビットをD/A変換した出力電圧と、下位ビットをD/A変換した出力電圧とを加算することにより、入力データのD/A変換を行う上位・下位分割型の抵抗ストリング型D/A変換器(RstDAC)である。
The configuration of the D / A converter (DAC) according to
図1に示すように、本実施の形態にかかるDACは、上位ビット用DAC1、下位ビット用DAC2、アナログ加算器3を有している。本実施の形態に係るDACは、入力データ(Nビット)15を上位Kビットの入力データ16と下位Lビットの入力データ17に分割し、上位ビット用DAC1のアナログ出力電圧22と下位ビット用DAC2のアナログ出力電圧23をアナログ加算器3で加算する。
As shown in FIG. 1, the DAC according to the present embodiment includes an
上位ビット用DAC1は、複数の基準抵抗12で構成される分圧回路8、デコーダ6、スイッチ回路10を備える。上位ビット用DAC1は、入力データ(Nビット)15のうち、上位Kビットの入力データ16をD/A変換する。分圧回路8は、抵抗値RMの基準抵抗12を2K−1個と抵抗値n×RMの抵抗14とを直列接続した抵抗ストリングである。ここで、nは、1よりも大きい整数である。抵抗14は、分圧回路8の最下位の抵抗である。分圧回路8は、第1基準電源信号18の電圧値をVR1、第2基準電源信号19の電圧値をVR2とすると、基準電源電圧VR1とVR2との間の電圧を分圧する。
The
下位ビット用DAC2は、複数の基準抵抗13で構成される分圧回路9、デコーダ7、スイッチ回路11を備える。下位ビット用DAC2は、入力データ(Nビット)15のうち、下位Lビットの入力データ17をD/A変換する。分圧回路9は、抵抗値RSの基準抵抗13を2L個直列接続した抵抗ストリングである。分圧回路9は、上位ビット用DAC1の分圧回路8の最下位の抵抗値n×RMの抵抗14に並列接続されている。
The
本発明においては、分圧回路8の最下位のn×RMの抵抗14と、分圧回路9の抵抗値RSの基準抵抗を2L個直列接続した抵抗ストリングとの並列接続回路の合成抵抗が、分圧回路8の基準抵抗の抵抗値RMと等しくなるように作成する。すなわち、下位ビット用DAC2のビット数をLとして、nを1より大きい数とすると、
式(17)を、分圧回路9の基準抵抗RSについて展開すると、
ここで、実施の形態1に係るDACの動作について説明する。上位ビット用DAC1では、Nビットの入力データ15のうち、上位Kビットのデジタル入力データ16がデコーダ6に入力される。スイッチ回路10は、トランジスタからなる複数の伝送スイッチで構成されている。複数の伝送スイッチは、それぞれ分圧回路8の各基準抵抗12の接続点に接続されている。デコーダ6から出力されるデコード結果出力信号20により、スイッチ回路10のいずれか1つの伝送スイッチをONにして、アナログ出力電圧VUPが出力される。
Here, the operation of the DAC according to the first embodiment will be described. In the
下位ビット用DAC2では、Nビットの入力データ15のうち、下位Lビットのデジタル入力データ17がデコーダ7に入力される。スイッチ回路11は、トランジスタからなる複数の伝送スイッチで構成されている。複数の伝送スイッチは、それぞれ分圧回路9の各基準抵抗13の接続点に接続されている。デコーダ7から出力されるデコード結果出力信号21により、分圧回路9のスイッチ回路11のいずれか1つの伝送スイッチをONにして、アナログ出力電圧VDOWNが出力される。最後に、アナログ加算器3で上位ビット用DAC1と下位ビット用DAC2の各アナログ出力電圧を加算して、RstDACのアナログ出力電圧VOUTが得られる。
In the lower-
次に、上位ビット用DAC1での出力抵抗RUP及び下位ビット用DAC2での出力抵抗RDOWNについて考える。上位ビット用DAC1のスイッチ回路10、下位ビット用DAC2のスイッチ回路11において、図7の抵抗分圧の例と同じようにスイッチが選択された場合における、上位ビット用DAC1の出力抵抗RUPと下位ビット用DAC2の出力抵抗RDOWNは以下のようにして求められる。
Next, consider the output resistance R UP in the
上位ビット用DAC1の出力抵抗RUPは、分圧回路8がRM1とRM2とで分割されていることから、式(1)の関係が成り立つ。
本実施形態では、分圧回路8の最下位のn×RMの抵抗と、分圧回路9の抵抗値RSの基準抵抗を2L個直列接続した抵抗ストリングとの並列接続回路の合成抵抗を、分圧回路8の基準抵抗の抵抗値RMと等しくしている。このため、上位ビット用DAC1の出力抵抗RUPが最大となる条件は、式(4)と同様の式となり、
一方、下位ビット用DAC2の分圧回路9は、RS1とRS2とで分割されている。分圧回路8の最下位のn×RMの抵抗と、その他の2K−1個の抵抗値RMを直列に接続した抵抗ストリングとの並列接続回路の合成抵抗をRY1とすると、
上位、下位ビット用DACのそれぞれの出力部に付加される寄生容量をCLOADとし、上位、下位ビット用DACのセトリング時間をそれぞれtUP、tDOWNとすると、LSB表記でのセトリング誤差エラーをERRとした場合、式(14)と同一の式で表すことができる。
図2は、本実施の形態における、上位ビット用DAC1のアナログ出力信号22、下位ビット用DAC2のアナログ出力信号23、DAC全体のアナログ出力信号26の出力波形を示している。図2は、時刻t=0でNビットのデジタル入力データ15が入力された場合の、D/A変換後の出力波形を示している。図2において、横軸は時間t、縦軸は電圧Vを表している。Nビットのデジタル入力データ15、上位Kビットのデジタル入力データ16、下位Lビットのデジタル入力データ17の理想アナログ入力電圧をそれぞれVIN、VIN_UP、VIN_DOWNとする。上位ビット用DAC1のアナログ出力電圧VUPと、下位ビット用DAC2のアナログ出力電圧VDOWNとを加算した値が、Nビットのデジタル入力電圧VINに対するRstDACのアナログ出力電圧VOUTとなる。
FIG. 2 shows output waveforms of the
従来例では、RstDACのセトリング時間tDACは、下位ビット用DAC2のセトリング時間tDOWNによって決定されていた。しかしながら、本実施の形態においては、従来例に比べて、基準抵抗13の抵抗値RSが基準抵抗12の抵抗値RMよりも小さい(RM>RS)。このため、下位ビット用DAC2の出力抵抗RDOWNを小さくすることができ、下位ビット用DAC2のセトリング時間tDOWNを短くすることができる。その結果として、図2に示すように、DAC全体のセトリング時間tDACは、上位ビット用DAC1のセトリング時間tUPによって決定されることになる。このため、従来例に比べて、DAC全体のセトリング時間を短くすることができる。なお、DAC全体のセトリング時間tDACには、本来であれば、アナログ加算器3内部のオペアンプ回路などの遅延時間が加算されるが、抵抗ストリング部でのセトリング時間に比べて十分小さいと考えることができるため、無視して考えている。
In the conventional example, the settling time t DAC of RstDAC is determined by the settling time t DOWN of the lower bit DAC 2 . However, in the present embodiment, the resistance value R S of the
また、RstDACの分圧回路で消費する消費電力PRstは、上位ビット用分圧回路8の第1の基準電源電圧VR1と第2の基準電源電圧VR2との間の差電圧VRstと、上位ビット用分圧回路8を構成する抵抗値RMの基準抵抗を2K個直列接続した抵抗ストリングの合成抵抗2K×RMにより、式(23)で表される。
消費電力PRstは、上位ビット用分圧回路8の基準抵抗RMの合成抵抗で決まり、下位ビット用分圧回路9の基準抵抗の抵抗値RSを小さくしても消費電力は変化しないことから、本発明では、消費電力を大きくすることなくDACの高速化を図ることができる。 Power P Rst is determined by the combined resistance of the reference resistor R M upper bits dividing circuit 8, power consumption by reducing the resistance R S of the reference resistance of the lower bit dividing circuit 9 is not changed Therefore, in the present invention, it is possible to increase the speed of the DAC without increasing the power consumption.
式(17)に示すように、本実施の形態では、分圧回路8の最下位のn×RMの抵抗と、分圧回路9の抵抗値RSの基準抵抗を2L個直列接続した抵抗ストリングとの並列接続回路の合成抵抗が、分圧回路8の最下位の基準抵抗の抵抗値RMと等しくなるようにしている。このため、式(15)からわかるように、上位ビットと下位ビットの切り替え点での変換誤差は理論上発生することはなく、変換誤差を補正するための補正抵抗RHも必要としない。 As shown in equation (17), in this embodiment, the resistance of the least significant n × R M of the voltage dividing circuit 8, and the reference resistance of the resistance value R S of the voltage dividing circuit 9 connected 2 L number series the combined resistance of the parallel connection circuit of the resistor string, is set to be equal to the resistance value R M of the lowest of the reference resistor of the voltage divider circuit 8. Therefore, as can be seen from the equation (15), a conversion error at the switching point between the upper bit and the lower bit does not theoretically occur, and the correction resistor RH for correcting the conversion error is not required.
上記に示すように、本実施の形態においては、上位ビットと下位ビットの切り替え点での変換誤差は理論上発生しない回路構成としている。しかしながら、基準抵抗RM、RS間のレイアウトパターンでの相対精度が悪い場合には、変換誤差が発生してしまう懸念がある。 As described above, in the present embodiment, a circuit configuration in which a conversion error at the switching point between the upper bit and the lower bit does not theoretically occur. However, when the relative accuracy in the layout pattern between the reference resistors R M and R S is poor, there is a concern that a conversion error may occur.
そこで、本実施形態では、分圧回路8、9の基準抵抗12、13は、それぞれ同じ基準抵抗RPをもとにして、複数の基準抵抗RPを直列接続あるいは並列接続して作成される。これにより、基準抵抗RM、RSとの間の相対精度を保ったままレイアウトすることができる。さらに、基準抵抗RM、RSを、基準抵抗RPの直列接続数と並列接続数を揃えるように作成することで、基準抵抗RPの総数の増加によるレイアウト面積の増加を抑えることができる。
Therefore, in this embodiment, the
例えば、10ビットの入力データを、上位、下位5ビットずつに分割した10ビットのRstDACを考え、RM=20Ω、CLOAD=10pF、n=2、セトリング許容誤差エラーERRを0.1LSBとした場合、式(18)より、下位ビット用分圧回路9の基準抵抗の抵抗値RSは、
一方、従来例では、RM=20Ω、RS=400Ωとした場合、tUP≒14.77nsec、tDOWN≒184.87nsecとなっており、下位ビット用DAC2のセトリング時間が上位ビット用DAC1の10倍以上長くなっていた。従って、本発明によれば、下位ビット用DAC2のセトリング時間を大幅に短縮することができる。
On the other hand, in the conventional example, when R M = 20Ω and R S = 400Ω, t UP ≈14.77 nsec and t DOWN ≈184.87 nsec, and the settling time of the
図3は、上記数値例での基準抵抗12、13の構成の一例を示す図である。図3に示すように、分圧回路8の基準抵抗12は、抵抗値5Ωの4個の基準抵抗RPを直列接続して構成されている。従って、上位ビット用分圧回路8の基準抵抗RMは、RM=RP×4個=20Ωとなる。また、分圧回路9の基準抵抗13は、抵抗値5Ωの4個の基準抵抗RPを並列に接続して構成されている。従って、下位ビット用分圧回路9の基準抵抗RSは、RS=RP÷4個=1.25Ωとなる。このように、基準抵抗12、13とを、各々同じ抵抗値で、かつ、同じ抵抗数で作成することができるため、基準抵抗RM、RSとの間の相対精度を保ったままレイアウトすることができる。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the configuration of the
なお、下位ビット用分圧回路9での基準抵抗RPの総数は、4個×25個=128個で、上位ビット用分圧回路8での基準抵抗RPの総数は、最下位の抵抗値は2×RMとなることから、4個×25個+4個=132個となり、抵抗数の増加を抑えてレイアウトすることができる。 Incidentally, the total number of the reference resistance R P in the lower bit dividing circuit 9, four × 2 5 pieces = 128 pieces, the total number of the reference resistance R P in the upper bit dividing circuit 8, the least significant resistance since the 2 × R M, 4 pieces × 2 5 pieces + 4 pieces = 132 pieces and it can be laid by suppressing an increase in resistance number.
本発明の基準抵抗12、13の構成とは異なり、例えば、基準抵抗RPを下位ビット用分圧回路9の抵抗値RSの基準抵抗13により作成した場合、すなわち、RP=RSとした場合、下位ビット用分圧回路9の基準抵抗RPの総数は、抵抗値RSの基準抵抗13の総数と等しく25個=32個と少なくすることができる。しかし、上位ビット用分圧回路8の基準抵抗RPの総数は、同じ抵抗値の基準抵抗RP(=RS)で作成した場合には、16個×25個+16個=528個と多くなってしまい、抵抗レイアウト面積が増加する。また、上位ビット用分圧回路8の基準抵抗12の抵抗値を小さく作成すれば、抵抗レイアウト面積の増加を抑えることはできるが、この場合、基準抵抗12、13との間の相対精度を保つことが困難となる。
Unlike configurations of the
実施の形態2.
本発明の実施の形態2に係るDACについて図4を参照して説明する。図4は、実施の形態2に係るDACの構成を示す図である。図4において、図1と同一の構成要素には、同一の符号を付し、その説明は省略する。以下、本実施の形態と実施の形態1との相違点について説明する。
A DAC according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram illustrating the configuration of the DAC according to the second embodiment. 4, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. Hereinafter, differences between the present embodiment and the first embodiment will be described.
本実施の形態においては、上位ビット用分圧回路8の最下位以外の箇所から、下位ビット用分圧回路9の基準電圧を取り出す箇所を任意に選択することができる。従って、レイアウト作成時の基準抵抗の相対精度が比較的高いとされる抵抗ストリングの中央部分からでも、下位ビット用分圧回路9の基準電圧を取り出すことができる。 In the present embodiment, it is possible to arbitrarily select a location for taking out the reference voltage of the lower bit voltage dividing circuit 9 from locations other than the lowest order of the upper bit voltage dividing circuit 8. Therefore, the reference voltage of the lower-bit voltage dividing circuit 9 can be extracted even from the center portion of the resistor string, which is assumed to have a relatively high relative accuracy of the reference resistor when the layout is created.
スイッチ回路11の出力側には、アナログ減算器4が設けられている。アナログ減算器4には、下位ビット用DAC2からのアナログ出力信号24と、上位ビット用分圧回路8から取り出した基準電圧信号とが入力される。下位ビット用DAC2のアナログ出力信号24の電圧値をVDOWN'とし、上位ビット用分圧回路8から取り出した基準電圧値をVREFとすると、アナログ減算器4は、VDOWN'からVREFを減算したアナログ出力信号23をアナログ加算器3に出力する。
An analog subtractor 4 is provided on the output side of the
次に、本実施の形態に係るDACの動作について説明する。ここでは、実施形態1との相違点を以下に説明する。下位ビット用DAC2では、入力データ(Nビット)15のうち、下位Lビットのデジタル入力データ17がデコーダ7に入力される。デコーダ7のデコード結果出力信号21により、分圧回路9の基準電圧に接続されるスイッチ回路11のどれか一つの伝送スイッチがONとされる。これにより、上位ビット用分圧回路8の取り出し箇所での基準電圧VREF分が加算されたアナログ出力電圧24が得られる。そして、アナログ減算器4によりアナログ出力電圧24(VDOWN')から基準電圧VREF分を減算したアナログ出力電圧VDOWNがアナログ加算器3に入力される。その後、アナログ加算器3は、アナログ減算器4から入力されたアナログ出力信号23の電圧値VDOWNと、上位ビット用DAC1のアナログ出力信号22の電圧値VUPとを加算して、最終的なRstDACのアナログ出力電圧VOUTを出力する。
Next, the operation of the DAC according to this embodiment will be described. Here, differences from the first embodiment will be described below. In the
なお、本実施の形態においては、上位ビット用DAC1、下位ビット用DAC2の出力抵抗及びセトリング時間は、実施の形態1と同一の式で表せる。ただし、下位ビット用DAC2のセトリング時間には、本来であれば、アナログ減算器4内部のオペアンプ回路の遅延時間が加算されるが、下位ビット用DAC2の抵抗ストリング部でのセトリング時間に比べて十分小さいと考えることができるため、無視して考えている。従って、本実施の形態においても、実施の形態1と同様に、消費電力を大きくすることなくセトリング時間を短くすることができるとともに、変換誤差の発生を防止することができる。
In the present embodiment, the output resistance and settling time of the
実施の形態3.
本発明の実施の形態3に係るDACについて図5を参照して説明する。図5は、本実施の形態に係るDACの構成を示す図である。図5において、図1と同一の構成要素には、同一の符号を付し、その説明は省略する。以下、本実施の形態と実施の形態1との相違点について説明する。
A DAC according to
本実施の形態では、抵抗値n×RMの抵抗14が分圧回路8の最下位からn個設けられている。そして、n個の抵抗14と、分圧回路9の抵抗値RSの基準抵抗13を2L個直列接続した抵抗ストリングとの並列接続回路の合成抵抗が、分圧回路8の基準抵抗12の抵抗値RMのn倍と等しくなるように、分圧回路8、9の基準抵抗12、13が作成されている。従って、下位ビット用DAC2のビット数をL、nを2以上の整数とすると、
実施の形態1では、基準抵抗RSの抵抗値を小さくすることで高速化を図っているが、ビット数が大きくなるに従って基準抵抗RSの抵抗値はさらに小さくなり、レイアウトパターンや製造上の最小抵抗値の限界や、これを回避する為にレイアウトパターンが大きくなるなどの弊害があり、基準抵抗を精度良くレイアウトすることが困難となる場合もある。そのため、本実施の形態のように、下位ビット用DAC2でのセトリング時間tDOWNが上位ビット用DAC1のセトリング時間tUPよりも小さい範囲で、分圧回路9の基準抵抗13の抵抗値RSを大きくしたほうが良い場合もある。
In the first embodiment, although the aim of the reference resistor R speed by a resistance value to reduce the S, the resistance of the reference resistor R S in accordance with the number of bits increases becomes smaller and the layout pattern and manufacturing of There are adverse effects such as the limit of the minimum resistance value and the layout pattern becoming large in order to avoid this, and it may be difficult to lay out the reference resistor accurately. Therefore, as in the present embodiment, the resistance value R S of the
本実施の形態においては、スイッチ回路11の出力側に1/n回路5が設けられている。1/n回路5は、入力される下位ビット用DAC2のアナログ出力信号25を1/n倍する。従って、実施の形態3での下位ビット用DAC2のアナログ出力信号25の電圧値をVDOWN''とすると、1/n回路5は、下位ビット用DAC2のアナログ出力電圧VDOWN''を1/n倍した、アナログ出力信号23をアナログ加算器3に入力する。アナログ加算器3は、1/n回路5から入力されたアナログ出力信号23の電圧値VDOWNと、上位ビット用DAC1のアナログ出力信号22の電圧値VUPとを加算して、最終的なRstDACのアナログ出力電圧VOUTを出力する。
In the present embodiment, the 1 / n circuit 5 is provided on the output side of the
次に、本実施の形態に係るDACの動作について説明する。実施の形態3での上位ビット用DAC1と下位ビット用DAC2の出力抵抗を、図7に示す抵抗分圧の例と同様の場合で考えて、以下に説明する。上述のとおり、本実施の形態では、分圧回路8のn個のn×RMの抵抗と、分圧回路9の抵抗値RSの基準抵抗を2L個直列接続した抵抗ストリングとの並列接続回路の合成抵抗を、分圧回路8の基準抵抗の抵抗値RMのn倍と等しくしている。このため、上位ビット用DAC1の出力抵抗RUPは、従来例及び第1の実施形態と同一の式(5)で表すことができる。
一方、下位ビット用DAC2の分圧回路9は、RS1とRS2とで分割されている。分圧回路8のn個のn×RMの抵抗と、その他の2K−n個の抵抗値RMを直列に接続した抵抗ストリングとの並列接続回路の合成抵抗をRZ1とすると、下位ビット用DAC2の出力抵抗RDOWNは、
実施の形態3では、分圧回路8のn2×RMの抵抗と、分圧回路9の抵抗ストリングとの並列接続回路の合成抵抗を、分圧回路8の基準抵抗の抵抗値RMのn倍としているため、分圧回路8の最小分解能の電圧のn倍の基準電圧を、分圧回路9で分圧している。そのため、下位ビット用DAC2のアナログ出力電圧VDOWN''は、下位Lビットのデジタル入力データの理想アナログ入力電圧VIN_DOWNのn倍の電圧値となっており、1/n回路5により1/n倍されたアナログ出力電圧VDOWNがアナログ加算器3に入力されて、RstDACのアナログ出力電圧VOUTが得られる。
In the third embodiment, the combined resistance of the parallel connection circuit of the n 2 × R M resistor of the voltage dividing circuit 8 and the resistor string of the voltage dividing circuit 9 is the resistance value R M of the reference resistor of the voltage dividing circuit 8. Since the voltage is n times, a reference voltage n times the minimum resolution voltage of the voltage dividing circuit 8 is divided by the voltage dividing circuit 9. Therefore, the analog output voltage V DOWN ″ of the lower bit DAC 2 is n times the ideal analog input voltage V IN_DOWN of the lower L bits of the digital input data. multiplied analog output voltage V DOWN is input to
上位、下位ビット用DACのセトリング時間は、実施の形態1と同一の式で表せる。ただし、下位ビット用DAC2のセトリング時間には、本来であれば、1/n回路5の遅延時間が加算されるが、下位ビット用DAC2の抵抗ストリング部でのセトリング時間に比べて十分小さいと考えることができるため、無視して考えている。従って、従来よりもセトリング時間を短くすることが可能である。
The settling time of the upper and lower bit DACs can be expressed by the same equation as in the first embodiment. However, although the delay time of the 1 / n circuit 5 is originally added to the settling time of the
次に、実施の形態3における特徴について以下に説明する。例えば、上位、下位を5ビットずつに分割した10ビットのRstDACを考え、RM=20Ω、CLOAD=10pF、n=2、セトリング許容誤差エラーERRを0.1LSBとした場合、式(24)より、下位ビット用分圧回路9の基準抵抗の抵抗値RSは、
実施の形態3での抵抗の配置について、図3と同様に考えた場合、下位ビット用分圧回路9での基準抵抗RPの総数は、2個×25個=64個となる。また、上位ビット用分圧回路8での基準抵抗RPの総数は、最下位から2個までの抵抗値は2倍となることから、4個×25個+4個×2=136個となり、実施の形態1よりも総抵抗数は少なく、抵抗レイアウト面積を小さくすることができるという利点がある。 The arrangement of the resistors in the third embodiment, when considered in the same manner as FIG. 3, the total number of the reference resistance R P in the lower bit dividing circuit 9, a two × 2 5 pieces = 64. Also, the total number of the reference resistance R P in the upper bit dividing circuit 8, the resistance value from the least significant to the two from becoming twice, four × 2 5 pieces + 4 pieces × 2 = 136 pieces and become The total number of resistors is smaller than that of the first embodiment, and there is an advantage that the resistance layout area can be reduced.
実施の形態3では、実施の形態1に比べて、下位ビット用分圧回路9の基準抵抗の抵抗値RSを2倍に大きくすることができることから、抵抗値RSを1/2倍として実施の形態1と同一の抵抗値にしても抵抗のレイアウト精度を保つことは可能である。このため、分圧回路8、9の基準抵抗の抵抗値RM、RSをそれぞれ1/2倍として作成することもできる。この結果として、式(5)と(14)より、上位ビット用DAC1でのセトリング時間を1/2とし、DAC全体のセトリング時間を1/2とすることができる。
In the third embodiment, the resistance value R S of the reference resistance of the low-order bit voltage dividing circuit 9 can be doubled as compared with the first embodiment, so that the resistance value R S is halved. Even if the resistance value is the same as that of the first embodiment, it is possible to maintain the resistance layout accuracy. For this reason, the resistance values R M and R S of the reference resistors of the voltage dividing circuits 8 and 9 can be respectively set to 1/2 times. As a result, from the equations (5) and (14), the settling time in the
また、実施の形態3においても、実施の形態2のように、上位ビット用分圧回路8の最下位以外の箇所からでも、基準電圧VREFを取り出す箇所を任意に選ぶことができ、レイアウト作成時の基準抵抗の相対精度が比較的高いとされる抵抗ストリングの中央部分からでも基準電圧VREFを取ることができる。 Also in the third embodiment, as in the second embodiment, it is possible to arbitrarily select a location for extracting the reference voltage V REF from locations other than the lowest order of the voltage dividing circuit 8 for upper bits. It is possible to take the reference voltage V REF even from the central portion of the resistor string, where the relative accuracy of the reference resistor is relatively high.
以上、説明したように、本発明によれば、下位ビット用DACの高速化によるDAC全体の高速化を図ることができる。また、消費電力を大きくすることなく、DACの高速化を図ることができる。さらに、理論上、上位ビットと下位ビットの切り替え点での変換誤差は発生しない。上位ビット用分圧回路の基準抵抗と下位ビット用分圧回路の基準抵抗とを各々同じ抵抗値で、かつ、同じ抵抗数で作成することにより、上位ビットと下位ビットのそれぞれの分圧回路の基準抵抗間の相対精度を保つことができる。また、上位ビットと下位ビットの分圧回路のそれぞれの基準抵抗の抵抗数の増加を抑えることができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to increase the overall speed of the DAC by increasing the speed of the lower-bit DAC. In addition, the speed of the DAC can be increased without increasing power consumption. Furthermore, theoretically, no conversion error occurs at the switching point between the upper bits and the lower bits. By creating the reference resistance of the voltage dividing circuit for the upper bits and the reference resistance of the voltage dividing circuit for the lower bits with the same resistance value and the same number of resistors, it is possible to The relative accuracy between the reference resistors can be maintained. In addition, it is possible to suppress an increase in the number of reference resistors of the voltage dividing circuit of the upper bit and the lower bit.
1 上位ビット用DAC
2 下位ビット用DAC
3 アナログ加算器
4 アナログ減算器
5 1/n回路
6 上位ビット用デコーダ
7 下位ビット用デコーダ
8 上位ビット用分圧回路
9 下位ビット用分圧回路
10 上位ビット用スイッチ回路
11 下位ビット用スイッチ回路
12 上位ビット用分圧回路8の基準抵抗RM
13 下位ビット用分圧回路9の基準抵抗RS
14 n×RMの抵抗値
15 Nビットの入力データ
16 上位Kビットの入力データ
17 下位Lビットの入力データ
18 第1の基準電源信号
19 第2の基準電源信号
20 上位ビット用デコーダ6のデコード結果信号
21 下位ビット用デコーダ7のデコード結果信号
22 上位ビット用DAC1のアナログ出力信号
23 下位ビット用DAC2のアナログ出力信号
24 実施の形態2での下位ビット用DAC2のアナログ出力信号
25 実施の形態3での下位ビット用DAC2のアナログ出力信号
26 RstDAC全体のアナログ出力信号
1 DAC for upper bits
2 DAC for lower bits
3 Analog Adder 4 Analog Subtractor 5 1 / n Circuit 6
13 Reference resistance R S of voltage dividing circuit 9 for lower bits
14 n × R M resistance 15 N bits of the
Claims (11)
前記上位ビット用抵抗の抵抗値RMよりも小さい抵抗値RSの複数の下位ビット用抵抗が直列に接続され、当該複数の下位ビット用抵抗によって、下位ビット用基準電圧を分圧して、入力されたデジタル信号の下位ビットに対応するアナログ信号を出力する下位ビット用DACと、
前記上位ビット用DACから出力されるアナログ信号と前記下位ビット用DACから出力されるアナログ信号とを加算する加算器と、
を備えるD/A変換器 More for the upper bit resistance of the resistance value R M are connected in series, the resistance for the plurality of upper bit, the upper bit reference voltage by dividing an analog signal corresponding to the upper bits of the input digital signal An upper bit DAC to be output;
Wherein a plurality of lower bits of the small resistance value R S than the resistance value R M for the upper bit resistance resistor is connected in series, by a corresponding plurality of lower bit resistance, by applying a reference voltage for lower bit partial input A lower-bit DAC that outputs an analog signal corresponding to the lower-order bits of the digital signal,
An adder for adding the analog signal output from the upper bit DAC and the analog signal output from the lower bit DAC;
D / A converter with
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Citations (4)
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---|---|---|---|---|
JPH01227525A (en) * | 1988-03-07 | 1989-09-11 | Nec Ic Microcomput Syst Ltd | D/a converter |
JPH0494220A (en) * | 1990-08-09 | 1992-03-26 | Nec Corp | D/a converter circuit |
JPH06209265A (en) * | 1991-04-01 | 1994-07-26 | Nec Corp | D/a converter |
JPH11122108A (en) * | 1997-10-09 | 1999-04-30 | Toshiba Corp | Digital-to-analog converter |
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01227525A (en) * | 1988-03-07 | 1989-09-11 | Nec Ic Microcomput Syst Ltd | D/a converter |
JPH0494220A (en) * | 1990-08-09 | 1992-03-26 | Nec Corp | D/a converter circuit |
JPH06209265A (en) * | 1991-04-01 | 1994-07-26 | Nec Corp | D/a converter |
JPH11122108A (en) * | 1997-10-09 | 1999-04-30 | Toshiba Corp | Digital-to-analog converter |
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