JPH03239016A - Ｄａ変換器 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明は出力特性の改善されたＤＡ変換器に関する。

（従来の技術） ＤＡ変換器はディジタル信号をアナログ信号に変換する
装置であり、その種類は数多くあるが、パルス間隔がデ
ィジタル量に比例する入力信号を積分し、積分の結果得
られる電圧をホールドしてアナログ信号として出力する
回路について考察する。本方式による従来のＤＡ変換器
を第４図に示す。図において、１は入力電圧（−Ｖｒｅ
ｆ）を入力パルスのディジタル量に比例しているホール
ド期間に積分する積分回路、２は積分回路１の出力を保
持して入力ディジタル量に比例するアナログ信号を出力
するサンプル・ホールド回路である。

積分回路１は主として入力抵抗Ｒ３と、オペアンプＡ１
と、オペアンプＡ１の帰還回路に挿入された積分コンデ
ンサＣ１で構成されている。Ｓ、はオペアンプＡ１の帰
還回路に挿入されている積分コンデンサＣＩに直列に接
続され、パルス信号ＳＧ１によってその動作が制御され
、ＳＧ、信号のロー出力時であるホールド時間Ｈにオン
となり、ハイ出力時であるサンプリング時間Ｓにオフと
なるサンプル・ホールドスイッチである。Ｓ２は入力信
号Ｓ６２によって制御され、積分コンデンサＣ１を放電
させるためのディスチャージスイッチである。

Ｓ、はサンプル・ホールド回路２にあって、ＳＧ１信号
によって制御され、サンプル・ホールドスイッチＳ１と
は逆の動作を行い、ＳＧ１信号のホールド時間Ｈにオフ
となり、サンプル時間Ｓにオンとなるサンプル・ホール
ドスイッチである。

Ｃ２はサンプル・ホールドスイッチＳ、のオン時に積分
コンデンサＣ１に充電されている電荷による両端電圧に
基づいて充電されてディジタル量に比例したアナログ量
を出力するためのホールドコンデンサである。この回路
における入力信号ＳＧ１、ＳＧ２の波形、各スイッチ８
１．．Ｓ２．Ｓｉの動作及び積分コンデンサＣＩ、サン
プル・ホルトコンデンサＣ２の充電電圧の変化のタイム
チャートを第５図に示して動作を説明する。ディスチャ
ージスイッチＳ２にＳＧ２信号が入力され、そのパルス
によりディスチャージスイッチＳ２はオンとなって積分
コンデンサＣ２が放電される。

ＳＧ２信号のパルス休止期間におけるＳＧ、信号のホー
ルド時間Ｈにおいて、サンプル・ホールドスイッチＳ１
はオンになって、入力端子の−Ｖｒｅｆは入力抵抗Ｒ１
を経て積分コンデンサＣ１を充電する。この充電はＳＧ
、信号がサンプル時間Ｓになるまで続けられ、サンプル
時間Ｓになったとき、サンプル・ホールドスイッチＳ１
はオフとなって積分コンデンサＣＩへの充電は終了する
。

この時、サンプル・ホールドスイッチＳ３はオンとなっ
て積分コンデンサＣ１に充電された電荷による充電電圧
でホールドコンデンサＣ２は充電される。この充電期間
は図のＳＧ、のパルスの正の期間のサンプル時間Ｓであ
る。次にＳＧ２信号がリセットスイッチＳ２に入力され
て、積分コンデンサＣＩの充・電電荷を放電する。この
一連の動作によってホールドコンデンサＣ２の電荷はＳ
Ｇ。

信号のホールド時間Ｈの長さに比例する電圧に到達する
。この到達するまでの時間がセトリングタイムである。

第５図のタイムチャートはこれらの動作の後、ホールド
コンデンサＣ２に所望の電荷が充電されている安定状態
を示している。第５図において、積分コンデンサＣＩの
電圧の変化は、ＳＧ２信号のハイ出力時に放電され、Ｓ
Ｇ、信号のホールド時間Ｈに充電され、ＳＧ、信号のサ
ンプル時間Ｓの間保持するというサイクルを行っている
。ホールドコンデンサＣ２の両端電圧は積分コンデンサ
Ｃ１充電時はサンプル・ホールドスイッチＳ、がオフで
あるため略一定に保たれるが、そのリークのために積電
圧が低下している。ＳＧ、信号のサンプル時間Ｓには積
分コンデンサＣ１に対する充電が終っているためそのリ
ークにより充電電荷がリークして電圧が低下している。

従ってホールドコンデンサＣ２の充電電圧はサンプル・
ホールドスイッチＳ３のオン時に充電され、定電圧に到
達後は低下している。

（発明が解決しようとする課題） 上記の従来のＤＡ変換器において、セトリングタイムは
なるべく短く、出力安定度は良好に、即ち電圧の低下は
なるべく小さくするように要求されている。

ところで、第４図の従来のＤＡ変換器の回路では、積分
コンデンサＣ１とホールドコンデンサＣ２との間には次
式の関係がある。

ホールドコンデンサＣ２＞積分コンデンサＣ１・・・（
１） 従って、サンプル時間Ｓにおけるリークとホールド時間
Ｈにおけるコンデンサのリークは第６図に示す通りであ
る。この図は、サンプル時のリークは積分コンデンサＣ
Ｉのリーク量を示し、ホールド時のリークはホールドコ
ンデンサＣ２のリーク量を示した図である。即ち、サン
プル時のリークがホールド時のリークよりもかなり大き
いので、サンプル時間を大きくすると出力安定度は低下
する。又、サンプル時間を小さくすると、積分コンデン
サＣ１への充電時間が短くなるため、積分コンデンサＣ
１のサンプル時間Ｓ内での充電量が減り、ホールドコン
デンサＣ２への充電の回数を増やさないとホールドコン
デンサＣ２への充電量が所望の値にならず、セトリング
タイムが増加することになる。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、その目的は
、セトリングタイムを遅くすることなく出力安定度を向
上させたＤＡ変換器を得ることにある。

（課題を解決するための手段） 前記の課題を解決する本発明は、入力されるサンプル・
ホールド信号に基づき、ディジタル信号の大きさに比例
する時間のパルス間隔であるホールド時間に充電する小
容量の積分コンデンサを有する積分回路と、前記積分コ
ンデンサに充電された電荷による両端電圧に基づいて前
記サンプル・ホールド信号のパルス幅の間に充電し、入
力ディジタル信号に比例するアナログ信号を出力する大
容量のホールドコンデンサを有するサンプル・ホールド
回路とで構成されるＤＡ変換器において、ディジタル信
号入力により起動し、サンプル時間を規定するパルスの
パルス幅が始めに発生するパルスにおいては大きく、パ
ルス発生毎にそのパルス幅が小さくなるパルスを入力デ
ィジタル信号の大きさに比例するパルス間隔毎に発生す
るサンプル・ホールドパルス発生手段と、該サンプル・
ホールドパルス発生手段の発生する前記サンプル・ホー
ルド信号のパルスの立下りにより前記積分コンデンサの
充電電圧を放電させるディスチャージパルスを発生する
ディスチャージパルス発生手段とを具備することを特徴
とするものである。

（作用） サンプル・ホールド信号の初期にはパルス幅を大きくし
て充電時間を短縮し、パルス発生数が増加する度にパル
ス幅を小さくして行き、ホールドコンデンサへの充電が
完了した時点ではサンプル・ホールド信号のパルス幅を
小さくして、セトリングタイムを遅くしないで出力安定
度を向上させる。

（実施例） 以下、図面を用いて本発明の一実施例を詳細に説明する
。

第１図は本発明の一実施例のブロック図である。

図において、第４図と同一の部分には同一の符号を用い
である。図中、１１はサンプル・ホールドスイッチＳ１
と５３のオンオフの時期とオンオフの長さを規定する信
号を発生するためのサンプル◆ホールドパルス発生器で
、その出力パルスは第２図（イ）に示す通りである。即
ち、ディジタル信号が入力装置（図示せず）により設定
されると、サンプル・ホールドパルス発生器１１は、始
めはパルス幅が大きくτ１であるが、段々とパルス幅が
τ２．τ１．τ４と小さくなり、τ５になった所で以後
は一定のパルス幅τ、となるパルス信号を発生する。こ
のパルス信号のパルス間隔は入力ディジタル量に比例し
た長さを持っている。次のディジタル信号が入力される
と、再びパルス幅がτ１の広いパルスから始まりそのデ
ィジタル量に比例したパルス間隔を有するパルス信号を
出力する。１２はサンプル・ホールドパルス発生回路１
１の出力信号の立下りを微分する微分回路、１３は微分
回路１２の出力の負パルスにより一定パルス幅のパルス
を発生し、その出力パルスをディスチャージスイッチＳ
２に供給するディスチャージパルス発生器である。その
出力信号は第２図（ロ）に示す通りで、サンプル・ホー
ルド信号のパルスの立下り時に発生するパルスで構成さ
れている。

次に、上記のように構成された実施例の動作を説明する
。入力装置によりディジタル信号り、が入力されると、
サンプル・ホールドパルス発生器１１は第２図（イ）に
示すパルス信号を発生する。

この信号はパルス幅が既述のようにτ８．τ２゜τ３．
・・・、τ５と変化するパルスが、ディジタル信号り、
に比例するパルス間隔Ｔ１毎に発生する信号である。第
１パルスτ１は微分回路１２で微分され、その立下り時
の負パルスによりディスチャージパルス発生器１３は第
２図（ロ）に示すパルス信号ＳＧ２を発生し、ディスチ
ャージスイッチＳ２をオンにする。このディスチャージ
スイッチＳ２により積分コンデンサＣＩの両端は短絡さ
れて積分コンデンサＣ１は充電していた電荷を放電する
。次いで、パルス信号ＳＧ、は時間幅Ｔ１のホールド時
間Ｈにあるためサンプル・ホールドスイッチＳ１はオン
になって、積分コンデンサＣ１は入力端子“−Ｖｒｅｆ
”によって充電される。

その充電電圧は次式の通りである。

次にサンプル・ホールドパルス発生器１１の出力パルス
は正パルスＳの時間となり、サンプル・ホールドスイッ
チＳ１はオフ、サンプル・ホールドスイッチＳ、はオン
となって積分コンデンサＣ１に充電された電荷による充
電電圧に基づきオペアンプＡ２を経てホールドコンデン
サＣ２は充電される。ホールドコンデンサＣ２に充電さ
れて生ずる電圧は、ホールドコンデンサＣ２の容量とオ
ペアンプＡ２の等価抵抗による時定数のため、サンプル
パルス１回では所定の電圧には達せず、数回のサンプル
パルスによって所定の電圧に達する。

このディジタル信号入力による信号ＳＧ、、ＳＧ２の波
形及び積分コンデンサＣ＋＋　ホールドコンデンサＣ２
の電圧の変化を第３図に示す。図は入力ディジタル信号
によって出力されるアナログ信号の電圧が０．５Ｖから
１ｖに変更された場合の各部の動作のタイムチャートで
ある。積分コンデンサＣＩの両端電圧は、入力電圧“−
Ｖｒｅｆ”により充電されて、パルス信号Ｓ１の入力デ
ィジタル信号に対応するパルス間隔Ｈにより１ｖになる
。パルス信号ＳＧ、のサンプル時間Ｓにおいてサンプル
・ホールドスイッチＳｌがオフ、サンプル・ホールドス
イッチＳ３がオンとなってホールドコンデンサＣ２は積
分コンデンサＣ１の電圧１■と既にホールドコンデンサ
Ｃ２に充電された電荷による両端電圧０，５Ｖとの差電
圧によってオペアンプＡ２を経て充電される。（１）式
に示すように積分コンデンサＣ１の容量はホールドコン
デンサＣ２の容量に比べて極めて小さいため、この時期
において積分コンデンサＣ１のリークによる電圧降下が
大きく、パルス信号ＳＧ、の第１パルスの立下り時には
（１−ΔＶＯ）（Ｖ〕となっている。パルス信号Ｓ１の
立下り波形で微分回路１２で発生した負パルスにより、
ディスチャージパルス発生器１３はパルス信号ＳＧ２を
発生し、ディスチャージスイッチＳ２をオンとして積分
コンデンサＣＩは放電してＯｖとなる。パルス信号ＳＧ
、のホールド時間Ｈにおいて積分コンデンサＣＩは再び
充電されて１ｖとなり、ホールドコンデンサＣ２は先に
充電された電圧を維持している。

この時にリークはあるが、極めて小さく図示していない
。パルス信号ＳＧ、の第２パルスによってホールドコン
デンサＣ２は充電されるがこのときのサンプル時間Ｓは
τ２で稍短かく充電電圧も少し小さくなる。このように
して充電され、パルス信号ＳＧ、の第４パルスのサンプ
ル時間Ｓになると、ホールドコンデンサＣ２の両端電圧
は１ｖに達するので、以後は積分コンデンサＣ１のリー
クの影響によりひげ状のリップルを生ずることになるが
、パルス信号ＳＧ、のパルス幅はτ５で小さくなるため
、積分コンデンサＣ１のリーク量は小さくなり、ホール
ドコンデンサＣ２によるアナログ出力の電圧変動も少な
くなり、安定度はよくなる。

本実施例においては、ディジタル信号入力の始めにおい
てはパルス信号ＳＧ、のパルス幅は大きく、ホールドコ
ンデンサＣ２に対する充電時間は長いため、ホールドコ
ンデンサＣ２が所定の電圧に達する時間は短く、従って
セトリングタイムは小さい。又、その終りにはパルス信
号ＳＧ、のパルス幅は小さいため、出力の安定度は良好
である。

従って本実施例によれば、高価な部品を使用して安定度
を向上させるのではなく、現状の回路において、サンプ
ル・ホールドパルス発生器１１及びディスチャージパル
ス発生器１３の出力パルスのパルス幅及び立上りのタイ
ミングを変えることにより、セトリングタイムを遅くす
ることなく出力の安定度を向上されることができる。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものではない。例
えば、ディスチャージパルス発生器１１のパルス発生の
タイミングは微分回路１２の出力によって規制されたが
、パルス信号ＳＧ、の立下りで発生させる他の方法によ
っても差し支えない。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように本発明によれば、セトリング
タイムを遅くすることなく、出力安定度を向上させるこ
とができるようになり、実用上の効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図はサン
プル◆ホールドパルス発生器とディスチャージパルス発
生器の出力パルスの図、第３図は実施例の装置の動作の
タイムチャート、第４図は従来のＤＡ変換器のブロック
図、第５図は従来のＤＡ変換器の動作のタイムチャート
。 第６図は入力信号によるコンデンサのリーク量の説明図
である。 １・・・積分回路 ２・・・サンプル・ホールド回路 １１・・・サンプル・ホールドパルス発生器１２・・・
微分回路 １３・・・ディスチャージパルス発生器Ｃ１・・・積分
コンデンサ Ｃ２・・・ホールドコンデンサ Ｓｌ・・・サンプル・ホールドスイッチＳ２・・・ディ
スチャージスイッチ Ｓ、・・・サンプル・ホールドスイッチＳＧ、・・・サ
ンプル・ホールド信号 ＳＧ２・・・ディスチャージ信号

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 入力されるサンプル・ホールド信号に基づき、ディジタ
   ル信号の大きさに比例する時間のパルス間隔であるホー
   ルド時間に充電する小容量の積分コンデンサ（Ｃ＿１）
   を有する積分回路（１）と、前記積分コンデンサ（Ｃ＿
   １）に充電された電荷による両端電圧に基づいて前記サ
   ンプル・ホールド信号のパルス幅の間に充電し、入力デ
   ィジタル信号に比例するアナログ信号を出力する大容量
   のホールドコンデンサ（Ｃ＿２）を有するサンプル・ホ
   ールド回路とで構成されるＤＡ変換器において、ディジ
   タル信号入力により起動し、サンプル時間を規定するパ
   ルスのパルス幅が始めに発生するパルスにおいては大き
   く、パルス発生毎にそのパルス幅が小さくなるパルスを
   入力ディジタル信号の大きさに比例するパルス間隔毎に
   発生するサンプル・ホールドパルス発生手段（１１）と
   、該サンプル・ホールドパルス発生手段（１１）の発生
   する前記サンプル・ホールド信号のパルスの立下りによ
   り前記積分コンデンサ（Ｃ＿１）の充電電圧を放電させ
   るディスチャージパルスを発生するディスチャージパル
   ス発生手段（１３）とを具備することを特徴とするＤＡ
   変換器。