JPH01109924A - デジタル・アナログ変換器 - Google Patents

デジタル・アナログ変換器

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JPH01109924A
JPH01109924A JP26873287A JP26873287A JPH01109924A JP H01109924 A JPH01109924 A JP H01109924A JP 26873287 A JP26873287 A JP 26873287A JP 26873287 A JP26873287 A JP 26873287A JP H01109924 A JPH01109924 A JP H01109924A
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resistor
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 本発明は、デジタル・アナログ変換器、特く変換速度を
向上させたR−2Rはしご型抵抗網を有するデジタル・
アナ四グ′R喚器に関し、変換精度を低下させることな
く、変換速度が向上したR−28はしご型抵抗網を有す
るデジタル・アナログ変換器を提供することを目的とし
、一端は電源電圧に接続され、他端は出力端子に接続さ
れ、全て抵抗値Rの抵抗素子で構成されたR−2Rはし
ご型抵抗回路網と、一端は、前記R−2Rはしご型抵抗
網の各ノードにそれぞれ接続され、他端は接地線に共通
に接続され、前記各ノードにnビットの入力デジタル信
号のうち下位mビットの信号に応じて定電流を供給する
m個の第1の電流供給手段と、一端は、前記出力端子に
共通に接続され、他端は接地線に共通に接続され、nビ
ットの入力デジタル信号のうち上位jビットの信号に応
じて、各ビット毎に玄みづけの異なる定電流を供給する
j個の第2の電流供給手段とを有するデジタル拳アナロ
グ変4ONにおいて、前記抵抗網のうち抵抗値がRの部
分は、上位ビットについては複数個、下位ビットについ
ては単一の抵抗素子によって1成し、抵抗Mが2Rの部
分は、上位ビットl/cついては2個以上、下位ビット
については2個の抵抗素子によって構成することによっ
て構成する。
〔82簗上の利用分野〕 本発明はデジタル−アナログ変換器、特に変換速度を向
上させたR−2Rはしご型抵抗網を含むデジタル・アナ
ログ変換器に関する。
〔従来の技術〕 デジタル・アナログ変換器(以下、D/Alンパータと
称する。)は、入力したデジタル信号を変換して、出力
にアナログ信号を出力する変換器であり、等41は、従
来のT)/Aコンバータの何略図を示して1/′hる0
この回路は、一端は電源端子41に接続され、他端は出
力端子47に接続され九R−2Rけしζfr11抵抗網
4Bと、一端線、前記R−2Rはしご型抵抗網の各ノー
ドにそれぞれ接続された電流スイッチ44と一端は前記
電流スイッチにそれぞれ接続され、他端は接地線に共通
に接続された定電流源45と、−4は前記出力端子47
にそれぞれ接続され九電流スイッチ49と一端は前記電
流スイッチにそれぞれ接続され、他端は接地線に共通に
:+!JNeされ、各ビット毎に重みづけがなされた定
電1iR50とを有している。そして、この回路を用い
てデジタル信号をアナログ信号に変換する場合には、ま
ず入力されたデジタル信号は図示り、ないフリップ・フ
ロラ1等に貯えられ、次にこの情報にしたがって′Wt
6mスイッチ群を制御して、定電流を選択されたスイッ
チt−4して前記抵抗回路網48に与え、入力されたデ
ジタル信号の各ビットKgみをつけでアナログ電圧に変
換中る〇 上記第4図に示したD/Aコ/パータの動作(つ(へて
4つ少し詳しく以下に述べる0第・4図のD/Aコンバ
ータは、8ピツトのデジタル信号をアナログ信号に変換
するものであ・るが、その構成から上位2ビツトと下位
6ビツトの部分に分けることができる。すなわち、下位
6ビツトは、第2図に承すよりなR−21(1ft、ご
型抵抗網′を有するD/Aコンバータであり、上位2ピ
ツトは第3図く示すような重みづけがなされた定電流源
を有する1)/Aコンバータである。
まず、第2図に承すD/Aコンバータに、洞見ば、’1
ooooo’のデジタル信号が入力されると、スイッチ
S、のみがオンして、スイッチS@*介してR−2R低
抵抗路網18に電流が流れる。そして0点から見たこの
抵抗1gl路網の合成抵抗は了Rであるので、この回路
に流れる電流t−Iとすると、出力端子17には、Vc
(−HRI  の電圧が出力される。また、’0100
00’の信号が入力された場合に社、スイッチS、のみ
がオンし、回路に電流が流れる0この時0点から見た抵
抗回路網の合Vcc−RIである。そして、@■間、■
■間に同じ大きさの抵抗があるため、■魚の電位はvc
c ””1 c 2 a !>となる。このように、入
力され九デジタル信号の各ビットに社重みづけがなされ
ており、入力が’00100G’の場合に、抵抗回路網
にかかる電圧は’ 100000 ’の上、入力が’ 
000100 ’の場合に社iとなる。
次に、第3図に示すD/Aコンバータtf、112図の
D/Aコンバータとは異なり、定電流源15の電流値に
重みづけをし友ものである0尚、抵抗18の抵抗値TR
は、はしご型抵抗網の合成抵抗である0このD/Aコン
バータに、例えば110′のデジタル信号が入力される
と、電流スイッチS−のみがオンし、抵抗18にa4I
の大きさの電流が流れ、出力端子にはMac −!RI
の電圧が出力される0また l o t lが入力され
た場合には、電流スイッチS!のみがすンし、出力端子
にはVCC+れたデジタル信号の各ピッ)l定電流源1
5によりて電みづけをすることによって入力されたデジ
タル信号をアナログ信号に変換される。
そして、第2陶と第3図のD/Aコンバータを重ね合わ
せたものが@4図に示すD/Aコンバータであり、tl
E2図における電流量■と第3図における電流量■が等
しいものであるとすると、@4図の回路に’10000
000’ (すなわち、第3図の回路に1101)が入
力されると上記のようにVCC−る’10000G’ 
)が入力されると上記のようにVCC一−HRIが出力
され、抵抗回路網にかカーる電圧は前者は後者の4倍と
なりており、第2図のD/Aコンバータと第3図のD/
Aコンバータがうまく整合していることがわかる。
尚、上位何ビットまでを第3図に示すような回路構成に
し、下位何ビットを第2図に示すような回路構成にする
かについては、設計するD/Aコンバータの精度等によ
り異なる。
さて、従来、第4図に示すようなり/AコンバータのR
−2Rはしご型抵抗回路網の部分を構成する抵抗素子は
、第5図(a)に示すように、n形層表面の所定領域に
p型層21を拡散形成し、前記p型421の両婦部に電
極を設けることにより形成していた。そして、この抵抗
素子のn形層23にはp型lI21に印加されている電
圧よりも高い基準電圧VCCが加えられていた。このよ
うな抵抗素子でFiPN接合部は逆バイアスがかけられ
ており、空乏層22が生じている。このためこの抵抗素
子の抵抗値は、設計値に対して変動してしまう。
また、抵抗素子の■−■間にかかる電圧は、抵抗素子の
R−2RdLご型回路中の位置により異なるので、抵抗
素子によって抵抗値の設計値に対する変動の大所さけ異
なるので変換精度が低下するという間頃があった0そこ
で、第6図に示すように個々の抵抗を分離層で独立させ
p形層31表面中央部34とn形r132とを配liA
層で接続し、島の電位t−盾に抵抗の電位降下の中心点
でとるようにした。このようにすると、PNII1合中
央部より左の領域aは順バイアス、右の領域は逆バイア
スされることに表るが、領域alcシいては抵抗値を減
少させる方向に、領域blc+いては抵抗値を増加させ
る方向に変動するのでこれらa、bの領域での抵抗値の
変動は互いに相殺し、抵抗素子全体としては抵抗値の変
動がなくなる。しかし、第6図(a)の抵抗素子を使用
するためには、前記抵抗素子の0−■開く印加する電圧
#i0.4〜0.5 V以下にしなければ壜らないとい
う問題点があった。すなわち、もし、前記抵抗素子のの
−0間にO,SVV以下電圧をかけると、p形@31表
面中央部Uとn形ll32とが接続されているため、P
NN接合部点点、0.2〜0.25Vで類バイアスされ
る。
そして、ダイオ−Vの電流電圧特性により、 PN接合
を通して電流が流れてしまうので抵抗素子として働かな
くなつてしまうという問題点かあり九。
そこで、第7図に示すように、大きさRの抵抗素子1個
のかわ抄に例えば大きさ凡の抵抗2個を並列につないだ
ものを2@直列に接続した抵抗101を用いることにし
た0このような抵抗を用いれば合成抵抗はRで従来と同
じであり、さらにこの場合個々の抵抗に加えられる電圧
は従来の半分にすることができるので、t46図(a)
に示すようが抵抗素子の使用が可能となり、抵抗素子の
抵抗値の設計値に対する変動を抑えることができる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
R−2Rはしご型D/Aコンバータを第7mのように構
成することによって抵抗素子の抵抗値の設計値に対する
変動を抑えることができ、各ビットの変換精度を向上さ
せることが可能となったが、反@t47図のような構成
であると抵抗素子の数が多くなってしまう。抵抗素子に
は容量負荷が存在するが、回路中の抵抗素子が全て同一
形状同一性能の鴫介電流経路中の抵抗素子の改が増える
と、容量負荷も増加し、スイッチがすンしてから出力信
号を得るまで時間がかかることになる。すなわち、下位
ビットになるにしたがい出力端子から見た容量負荷が増
えるので、上位ビットと下位ビットの電流スイッチが同
時にオンした場合に、下位ビットa出力端子に到達する
までの時間がかかり、変換速度が低下するという問題点
があった。本発明は、変換精度を低下させることなく変
換速度が向上し九R−2Rはしご型抵抗#I!を有する
D/Aコンバータを提供することを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
変換速度を向上させるためては、回路中の抵抗素子の数
を減らせば良いわけだが、それでは上位ビットの各々の
抵抗素子にかかる電圧が高すぎて、上位ビットの抵抗素
子は動作しなくなる0従って、上位ビットの抵抗素子の
数を減少させることはできない。そこで、本発明では出
力の遅延は下位ビット程顕著であること、また下位ビッ
ト程抵抗素子にかかる電圧が低く、抵抗素子の数を減少
させても該抵抗素子が動作しなくなることはないという
ことにかんがみ、下位ビットの抵抗素子の数を減少させ
ることにより上記間頂点を解決した0すなわち、一端は
、電源電圧に接続され、他端は出力端子に接続され、全
て抵抗値Rの抵抗素子で構成され九R−2Rはしご型抵
抗回路網と、一端は岐配R−2Rはしご型抵抗網の各ノ
ードにそれぞれ接続され、他端は接地線に共通に接続さ
れ、前記各ノードにnビットの入力デジタル信号のうち
下位mビットの信号に応じて定電流を供給するm個の第
1の電流供給手段と、一端は、前記出力端子に共通に接
続され、他端は接地線に共通に接続され、nビットの入
力デジタル信号のうち上位jビットの信号に応じて、各
ビット毎に重みづけの晃なる定電流を供給する1個の第
2の電流供給手段とを有するデジタル・アナログ實換器
において、前記抵抗網のうち抵抗値が凡の部分は、b位
ビットについては複数個、下位ビットについては単一の
抵抗素子によって構成し、抵抗値が2Rの部分は上位ビ
ットについては2個以上、下位ビットについては2個の
抵抗素子によって構成することにより上記問題点を解決
した。
〔作用〕
上記のように、下位ビットの抵抗値Rの抵抗を単一の抵
抗素子で構成すれば、抵抗の抵抗値の変動による賓換精
賓を低下させずに抵抗素子の個数を減少させた分だけ、
下位ビットの変換速度は向上し、D/Aコンバータ全体
としての変換速度が向ヒする。
〔実7IliI例〕 第1図は、本発明を説明するR−2Rはしご型抵抗網を
有するD/Aコツパータ回路図である。
以下、この図面を用(八ながら本発明の実施列について
説明する。この回路は、縦方向が大きさ2R。
(但し、最上位及び最下位ビットはR)、横方向が大き
さRの抵抗回路網と、デジタル人力信号によってオン・
オフする電流スイッチ4と前記電流スイッチを介して抵
抗回路網に電流を供給する定電流源5から構成され、前
記定電流源のうち、前記抵抗網のノードに接続されてい
るものは、それぞれ同じ電流tzf:供給し、その他の
上位ビットに対応する定電流源は各桁により供給する電
流量が重みづけされ、21.41のようになっている0
また抵抗回路網には電源電圧Vca 1が印加され、ま
た出力端子7が引き出されている。そして、縦方向の抵
抗2は、抵抗値Rの抵抗を2個直列に接続することによ
り“て構成され、特に最上位ビットの抵抗8は、ここに
加わる電圧が他の部分と比べて大きく、1個の抵抗Rで
構成したのでは前述のように該抵抗素子が働かなくなっ
てしまうので抵抗値Rの抵抗t−4個直列に接続したも
のを4つ並列に接続して合成抵抗Rの抵抗t−構成し、
1個あたりの抵抗にかかる電圧を低減している。一方、
横方向の抵抗2についても、抵抗値がRである1個の抵
抗で構成したのでは変換精度が低下するので、抵抗値が
凡の2個の抵抗を並列に接続したものを2個直列に接続
して合成抵抗Rの抵抗’l?#1成している0尚、下位
ビットの抵抗10については、その両端にかかる電圧、
は他の部分に比べて低く抵抗素子が正常に0作する範囲
内であるので、容量負荷を低減するためこの部分の抵抗
はlflの抵抗Rで構成し、抵抗個数の減少を図ってい
る。
第8図は第1図のR−2Rはしご型抵抗網を有するD/
Aコンバータを構成する抵抗素子の集積回路断面図及び
千面鳴を示して込る。この集積回路は、p形基板51ヒ
に、N+バッファll52及びエピタキシャル1l15
3t−形成したのち、分離162を形成する1徨、p形
@56拡散形成する1穐、poly si層57及びh
l電極58を形成する1穆を経て形成される。尚、p形
11156の表面中央部の@l@60はAj配線61を
経てN−apt I−接続部63においてN−ep%1
153に接続され、両者は等電位に保たれてお抄、これ
により抵抗値の変動を防止している。また、@り合った
抵抗素子のN−eplr41の電位は異なっており、こ
のため素子を分離する分離餐を設ける必要がある。
〔効果〕
このように、R−2Bはしご型抵抗網を有するデジタル
・アナログ変換器において、下位ビットにおける抵抗値
Rの抵抗を1個の抵抗素子によって構成することにより
、出力端子からt+下位ビットの容量負荷を減少させる
ことができ、D/Aコンバータの変換速度を向上させる
ことができる。
屓9図は、全ビットの電流スイッチをオンからオフにし
たときの出力端子における出力波形を示している。肉に
示されているように、容量負荷が減少し九分だけ変換速
賓が向としてhる。また、本発明てよると、抵抗素子の
数が減少するので、部品点数を削減できるとともに集積
度を向上させることができる。さらに、変換精度はほぼ
従来通り礪持されるので、出荷試験等で歩留りが低下す
ることがない。
【図面の簡単な説明】
FJEI図は、本発明を説明するR−2Rはしご型抵抗
網を育するD/Aコンバータ回路図、第2図は、従来の
R−2Rはしご型抵抗網を有するD/Aコyバータ回路
の概略図、第3図は、従来の重みづけがなされた定電流
源を有するD/Aコンバータ回路図、1@4図社従来の
D/Aコンバータの回路Q1第5図は従来の抵抗素子の
断面図及び抵抗素子のPN接合部における電圧分布、第
6図は、現在の抵抗素子の断面図及び抵抗素子のPN接
合・部における電圧分布、第7閏社、従来の、変換精度
を故郷したD/Aコンバータ回路、第8図は抵抗素子の
集積回路断面図及び平面図、第9図は全ビットの電流t
−0N4OFFしたときの出力波形を示すグラフである
0 また、1及び111Ii電源端子、2,3,12及び1
3は抵抗、4交び14は電流スイッチ、5及び15は定
電流噸、6及び16e1接地線、7及び17は出力端子
、を示して−ろ0 $−妃明18を明才うiニーzzはtごダ揮技網1贋す
るD/Aゴンバータ回1引4誉II2] 1建米r R−2R+1L:’l#tLHRKls8D
/A コ>l5−9r5n夢2目 第 3 図 仇米/1 ty/Aゴ〉八−ダ/1目看H目斧キ図 1;bけう電圧分斥 第5 回 PNR8翻I鉢++5電反す華 茅6 回

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 一端は電源電圧に接続され、他端は出力端子に接続され
    、全て抵抗値Rの抵抗素子で構成されたR−2Rはしご
    型抵抗回路網と、 一端は、前記R−2Rはしご型抵抗網の各ノードにそれ
    ぞれ接続され、他端は接地線に共通に接続され、前記各
    ノードにnビットの入力デジタル信号のうち下位mビッ
    トの信号に応じて定電流を供給するm個の第1の電流供
    給手段と、 一端は、前記出力端子に共通に接続され、他端は接地線
    に共通に接続され、nビットの入力デジタル信号のうち
    上位lビットの信号に応じて、各ビット毎に重みづけの
    異なる定電流を供給するl個の第2の電流供給手段と、 を有するデジタル・アナログ変換器において、前記抵抗
    網のうち抵抗値がRの部分は、上位ビットについては複
    数個、下位ビットについては単一の抵抗素子によって構
    成し、 抵抗値が2Rの部分は、上位ビットについては2個以上
    、下位ビットについては2個の抵抗素子によって構成す
    ること、 を特徴とするデジタル・アナログ変換器。
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