JPH06104763A - パルス加算形d/a変換器 - Google Patents

パルス加算形d/a変換器

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JPH06104763A
JPH06104763A JP24951492A JP24951492A JPH06104763A JP H06104763 A JPH06104763 A JP H06104763A JP 24951492 A JP24951492 A JP 24951492A JP 24951492 A JP24951492 A JP 24951492A JP H06104763 A JPH06104763 A JP H06104763A
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JP
Japan
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pulse
converter
circuit
clock
output
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JP24951492A
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English (en)
Inventor
Yukio Ito
幸男 伊東
Teruo Kobayashi
照雄 小林
Noritoshi Okabe
典利 岡部
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Hitachi Instruments Engineering Co Ltd
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Instruments Engineering Co Ltd
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】低消費電流が要求される、マイクロコンピュー
タを搭載した2線式工業計器やポータブル機器のアナロ
グ出力部に用いられるD/A変換器において、高速,高
精度、かつ、低消費電流動作可能なD/A変換器を提供
すること。 【構成】パルス発生器1,N段パルス発生回路2,クロ
ック同期回路3,加算回路4,積分器5より構成され
る。 【効果】D/A変換器において、従来の精度を維持しな
がら、高速、かつ、低消費電流化を可能とした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、すべてのアナログ・デ
ジタル混在回路に用いられるD/A変換器に係り、特
に、高精度かつ低消費電流が要求される、2線式工業計
器やポータブル機器のアナログ出力部に好適なパルス加
算形D/A変換器に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、2線式工業計器の出力部に用
いるD/A変換器としては、PWM(パルス幅変調)方
式のD/A変換器が多く用いられてきた(FDIジャー
ナルVol.2.No.2 1992)。PWM方式の
D/A変換器は、少ない部品数で比較的ローコスト、か
つ、高精度なD/A変換器を提供できるという特徴を有
する。また、PWM方式のD/A変換器は、供給クロッ
クと、簡単な論理回路と、積分器のみで構成できるた
め、消費電流が少ないという特徴が有る。しかし、PW
M方式のD/A変換器では高速化を図る場合、積分器の
時定数を下げ、供給クロックの周波数を上げる必要が有
り、このクロックの高速化は消費電流の増大をもたら
す。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】PWM方式のD/A変
換器は、高精度を維持したまま高速化を図るためには、
供給クロックの周波数を高くしなければならず、この場
合、動作周波数にほぼ比例して消費電流が増大するデジ
タル論理回路部分の消費電流が大きくなるという問題点
が有った。本発明の第一の目的は、簡単な論理回路を用
いて、低い周波数の供給クロックで動作する、高速,高
精度かつ低消費電流のD/A変換器を提供することに有
る。また、第二の目的は、高速性,同期動作を必要とし
ない部品でD/A変換器を構成可能とし、安価で、低消
費電流のD/A変換器を提供することに有る。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、N段パルス発生回路とクロック同期回路より構成
され、供給クロックの周期に対して2^n(n=1,
2,…,N)倍ずつ周期が異なり、かつ、発生するパル
スが同一形状で互いに重ならないN段のパルス列を出力
するパルス発生器と、パルス発生器が出力する各パルス
列を、設定されたデジタルデータに応じて、選択して論
理和を出力する加算回路を設けたものである。
【0005】
【作用】パルス発生器は、供給されたクロックを用い
て、クロックの周期に対して2^n(n=1,2,…,
N)倍ずつ周期が異なり、かつ、発生するパルスが同一
形状で互いに重ならないN段のパルス列を連続して出力
する。加算回路は、前記パルス発生器が出力する、供給
クロックの2^1,2^2,…,2^N倍の周期のパル
ス列を、設定されたデジタルデータのDN,DN-1,…,
D1 (最上位ビットはDN )の“1”,”0”に応じて
選択して論理和をとり、出力するものである。積分器
は、加算回路のパルス列出力を、あらかじめ設定された
時定数で積分して、アナログ出力するものである。上記
作用により、本発明でNビットのD/A変換器を構成す
る時、加算回路が出力するパルス振幅をVh,パルス幅
をTw,供給クロックが2^Nカウントするのに要する
時間をTvとすれば、アナログ出力Voは、次式で示さ
れる。
【0006】 Vo=Tw/Tv(DN /2^1+DN-1/2^2+…D1/2^N)Vh …(数1) また、N段パルス発生回路は、供給されたクロックを用
いて、クロックの周期に対して2^n(n=1,2,
…,N)倍ずつ周期が異なり、かつ、発生するパルスが
同一形状のN段のパルス列を連続して出力する。N段パ
ルス発生回路の出力は、回路の動作遅延により、各パル
ス列間で微小な重なりが発生する事を許容している。ク
ロック同期回路は、前記N段パルス発生回路の出力と供
給クロック間で論理積をとり、パルス発生器の出力が、
前記N段パルス発生回路の動作遅延により各パルス列間
で重なることを防止する。
【0007】
【実施例】以下、本発明の実施例を図により説明する。
図1は本発明のパルス加算形D/A変換器のブロック
図、図2は図1のブロック図のタイムチャートを示す。
【0008】図1と図2において、パルス加算形D/A
変換器の構成と動作を説明する。パルス加算形D/A変
換器は、パルス発生器1,加算回路4,積分器5より構
成され、更に、パルス発生器1は、N段パルス発生回路
2とクロック同期回路3より構成される。クロックはパ
ルス発生器1に供給される。パルス発生器1は、クロッ
クの周期Tにたいして、2^1倍,2^2倍,…,2^
N倍の各周期で、かつ、同一形状で互いに重ならないパ
ルス列P1〜PNを連続して出力する。加算回路4は、P
1,P2,…,PNのパルス列を、Nビットのデジタル設
定データ、DN,DN-1,D1に対応させて、デジタルデ
ータが“1”のパルス列を選択して加算し、出力する。
積分器5は、加算回路の出力をあらかじめ定められた時
定数で積分して、アナログ電圧として出力する。前記パ
ルス発生器1に内蔵される前記N段パルス発生回路2
は、クロックの周期Tにたいして、2^1倍,2^2
倍,…,2^N倍の周期で、かつ、パルス幅がTのパル
ス列、T1,T2,…,TN を発生する。このパルス列の
タイムチャートを図2に示す。図2において、パルス
列,T1,T2,…,TN は、互いに重ならず、周期2^
1・T,2^2・T,…,2^N・T、パルス幅Tのパ
ルス列を示している。ここで、N段パルス発生回路2の
各段のパルス発生が完全に同期していれば、パルスの重
なりは発生しない。しかし、実際の回路では、パルス
列、T1〜TNの発生時にパルスの立上り,立ち下がりに
おいて遅延・ばらつきが発生し、微小にパルスの重なり
が発生する。このパルスの重なりは、後段の加算回路3
で論理和をとった場合に、パルス幅を短くし、積分器5
による積分後のアナログ出力に誤差を与える。従って、
N段パルス発生回路2の直後に、パルス列T1〜TNのパ
ルス重なりを防止するため、クロック同期回路3を設け
ている。クロック同期回路3は、パルス列T1〜TNとク
ロックの論理積をとり、P1〜PNのパルス列を出力す
る。クロックのパルス幅はT/2であり、パルス列T1
〜TNにたいしてT/2だけ遅れて立ち上がる。従っ
て、T1〜TNのパルス列は、最大T/2までの遅延、及
び、バラツキが許容される。このクロック同期回路3を
設けることにより、N段パルス発生回路に、高速ロジッ
クや同期カウンタなどのハイコスト、消費電流の大きい
部品を使用せずに済む。
【0009】次に、本実施例とPWM方式において、同
一周波数のクロックが供給されたときの高速性について
比較する。本発明のパルス加算形D/A変換器,PWM
方式D/A変換器ともに、パルスを積分してアナログ出
力が得られる。従って、積分出力のリップルが、D/A
変換器の最大の誤差要因となる。積分器の時定数をτ,
積分器へのパルスが“1”の時間をt,パルス振幅をV
hとすると、積分器出力の最大リップルVpは次式で示
される。
【0010】 Vp=Vh(1−e^(−t/τ)) …(数2) ここで、供給クロックの周期が共通でTのとき、Nビッ
トのD/A変換器を本実施例とPWM方式で構成して一
定値をアナログ出力する場合について、比較する。D/
A出力のリップルは、PWM方式ではtが次式の時最大
となる。
【0011】 t1=2^N・T/2 …(数3) また、本実施例では、各パルス列で出力“1”の時間は
常に一定であるから、D/A出力のリップルは、次式に
示されるtで常に最大となる。
【0012】 t2=T/2 …(数4) 従って、出力リップルを同一に押さえるために必要な積
分器の時定数は、PWM方式の場合をτ1,パルス加算形の
場合をτ2とすれば、(数2)の指数部が等しくなれば
良いから、次式で示される。
【0013】 t1/τ1=t2/τ2 …(数5) (数3),(数4)を(数5)に代入して整理すると、 τ2/τ1=1/2^N …(数6) (数6)より、本実施例のパルス加算形D/A変換器で
NビットのD/A変換器を構成する場合、PWM方式に
比べて、1/2^Nの時定数で同一出力リップルに押さ
えることが出来る。故に、本実施例のパルス加算形D/
A変換器は、同一周期クロックが供給される条件におい
て積分器の時定数で比較すると、PWM方式D/A変換
器に比べて2^N倍の高速性が期待できる。これは即
ち、同一速度,精度のD/A変換器を構成する場合に、
本実施例のパルス加算形D/A変換器は、PWM方式D
/A変換器に比べて、低速クロックの供給で実現でき
る。
【0014】本実施例によれば、安価な論理回路でD/
A変換器を構成でき、かつ、低消費電流で高速・高精度
なD/A変換器を構成できる効果がある。
【0015】図3に本発明の別の実施例を示す。図3
は、4ビットのパルス加算形D/A変換器の実施例を示
している。クロックは4ビットカウンタ6と4入力NA
ND回路12,13,14,15に供給される。4ビッ
トカウンタは、クロックを1/2,1/4,1/8,1
/16分周した出力Q1,Q2,Q3,Q4を出力する。イ
ンバータ7,8,9と2入力AND回路10,11は、
Q1,Q2,Q3 の出力から、非定信号Q1 ,非定信号Q
1 ・非定信号Q2 ,非定信号Q1 ・非定信号Q2・非定
信号Q3 の論理出力を作成する。これらの出力とQ2 ,
Q3 ,Q4 の出力を、各々4入力NAND回路13,1
4,15で論理積をとることにより、互いに重ならな
い、周期2・T,4・T,8・T,16・Tのパルス列
が作成される。4入力NAND回路12,13,14,
15は、クロックを入力してクロック同期を行い、更
に、D/A設定データD0〜D3を入力して、D0〜D3が
“1”であるとき、対応するパルス列を選択して4入力
NAND回路16に出力し、パルス列を加算する。本実
施例においては、前記実施例における、N段パルス発生
回路2とクロック同期回路3と加算回路4が一体化され
て全機能を果たしている。CMOSバッファ回路17
は、デジタル回路の電源電圧とは別に、Vref により安
定した電源電圧を供給されて、4入力NAND回路16
の出力振幅を波形整形する。R1,C1で積分されたパ
ルス列は、バッファアンプ20を介してD/A変換器出
力として、アナログ出力される。
【0016】本実施例によれば、前記実施例におけるN
段パルス発生回路3,クロック同期回路4,加算回路5
が一体化されて、前記実施例に比べて、ローコストでパ
ルス加算形D/A変換器を構成できる。また、安定電源
電圧Vref で駆動するCMOSバッファで波形整形されたパ
ルス列が最終的に出力されることにより、高精度なD/
A変換器を実現できる効果がある。
【0017】本実施例の回路において、4ビットカウン
タ6のビット数を増加させて、インバータ,2入力AN
D回路を順次増やして行けば、高分解能のD/A変換器
が構成できることは、容易に想像できる。
【0018】
【発明の効果】本発明によれば、NビットのD/A変換
器を構成した場合、同一精度・速度のPWM方式D/A
変換器に比較して、供給クロックを1/2^Nに低減で
きるため、消費電流を低減できる効果がある。これは、
また、供給クロック周波数が等しい時、積分器の時定数
に換算して、2^N倍の高速性能が得られるという効果
がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のブロック図である。
【図2】図1のブロック図の動作を示すタイムチャート
である。
【図3】別の実施例の回路図である。
【符号の説明】
1…パルス発生器、2…N段パルス発生回路、3…クロ
ック同期回路、4…加算回路、5…積分器、6…4ビッ
トカウンタ、7,8,9…インバータ、10,11…2
入力AND回路、12,13,14,15…4入力NA
ND回路、17…CMOSバッファ、18…R1、19
…C1、20…バッファアンプ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡部 典利 茨城県勝田市市毛882番地 株式会社日立 製作所計測器事業部内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】供給されたクロックの周期に対して、2^
    n(n=1,2,…,N)倍ずつ周期が異なり、かつ、
    発生するパルスが同一形状で互いに重ならないN段のパ
    ルス列を発生するパルス発生器と、加算回路と、積分器
    よりなるNビットのD/A変換器において、前記加算回
    路は、設定されたデジタルデータに応じて前記パルス発
    生器のパルス列出力を選択・加算して出力することを特
    徴とするパルス加算形D/A変換器。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記パルス発生器は、
    パルスの重なりが発生しないように、クロック同期回路
    を設けたことを特徴とするパルス加算形D/A変換器。
JP24951492A 1992-09-18 1992-09-18 パルス加算形d/a変換器 Pending JPH06104763A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8378873B2 (en) 2010-12-09 2013-02-19 Advantest Corporation Analog to digital converter and digital to analog converter

Cited By (2)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8378873B2 (en) 2010-12-09 2013-02-19 Advantest Corporation Analog to digital converter and digital to analog converter
US8941521B2 (en) 2010-12-09 2015-01-27 Advantest Corporation Analog to digital converter and digital to analog converter

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