JPH1013233A - 線形型デイジタルアナログ変換器及びその駆動方法 - Google Patents

線形型デイジタルアナログ変換器及びその駆動方法

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JPH1013233A
JPH1013233A JP8163258A JP16325896A JPH1013233A JP H1013233 A JPH1013233 A JP H1013233A JP 8163258 A JP8163258 A JP 8163258A JP 16325896 A JP16325896 A JP 16325896A JP H1013233 A JPH1013233 A JP H1013233A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 設計の自由度が大きく、寄生容量の影響を受
けない線形型デイジタルアナログ変換器を提供する。 【解決手段】 下位出力ライン16a と接地ライン18及び
基準電圧ライン20との間に、下位コンデンサ22a と下位
トランスファ型スイッチ24a で形成されている下位の直
列回路25a を、複数個ラダー状に接続してあって、下位
出力ラインと接地ラインとの間に第2コンデンサ26を接
続して成る下位DA変換部12と、上位出力ライン16b と
接地ライン及び基準電圧ラインとの間に、上位コンデン
サ22b と上位トランスファ型スイッチ24b で形成されて
いる上位の直列回路25b を、複数個ラダー状に接続して
成る上位DA変換部14とを具えていて、下位出力ライン
と上位出力ラインとを結合コンデンサ32で結合させてな
るDA変換部器10を用いて、下位出力ラインと結合コン
デンサとの間にバッファアンプ34を具えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、線形型デイジタ
ルアナログ変換器及びこれを駆動させるための駆動方法
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】線形型デイジタルアナログ変換器として
は、例えば特開昭57−124933(以下、文献Iと
いう)に開示されているものがある。図3を参照して、
文献Iに開示されている従来のデイジタルアナログ変換
器(以下、DA変換器と略称する場合がある。)の回路
構成につき簡単に説明する。
【0003】従来のDA変換器50は、互いに分割され
ている下位DA変換部(L−DACと略称する。)52
と上位DA変換部(M−DACと略称する。)54とを
有している。
【0004】また、L−DAC52には、下位出力ライ
ン56a及び接地ライン58及び基準電圧ライン60と
の間に、重み付けされた容量の下位コンデンサ62a及
び下位トランスファ型スイッチ64aで形成した下位の
直列回路65aを、複数個ラダー状に接続してある。一
方、M−DAC54には、上位出力ライン56b及び接
地ライン58及び基準電圧ライン60との間に、重み付
けされた容量の上位コンデンサ62b及び上位トランス
ファ型スイッチ64bで形成した下位の直列回路65b
を、複数個ラダー状に接続してある。そして、下位出力
ライン56aと上位出力ライン56bとを結合コンデン
サ66で結合してある。
【0005】また、下位及び上位トランスファ型スイッ
チ64a及び64bには、入力デイジタル信号端子68
からデイジタル信号(”0”又は”1”)が与えられ
る。また、上位出力ライン56bは、バッファアンプ7
0を介してアナログ出力端子72に接続されている。
【0006】このような従来のDA変換器50の構成で
は、この結合コンデンサ66の容量(C4)と、L−D
ACを構成しているコンデンサのうち容量が最小である
コンデンサ容量列例えばC7と、M−DACを構成して
いるコンデンサのうち容量が最小であるコンデンサ容量
列例えばC3とを同一容量の値に設定することによっ
て、DA変換器の入出力信号間の線形特性を良好にし得
るという利点がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た文献Iに開示されたDA変換器50においては、L−
DACの下位出力ライン56a及びM−DACの上位出
力ライン56bに寄生する容量、例えば配線と基板との
間に生じる容量とかpn接合された素子間に生じる接合
容量等とかがあると、M−DACの上位出力ライン56
bから出力されるアナログ電圧に誤差を生じて、入力デ
イジタル信号に対してアナログ電圧の線形性が失われて
しまうという問題がある。このため、特に、高分解能を
要求されるデイジタルアナログ変換器には適用できなく
なる。
【0008】ここでは、図3を参照して、従来のDA変
換器の問題点につき以下に説明する。尚、図3は、6ビ
ットのデイジタルアナログ変換器の一例を示す図であ
る。
【0009】従来のDA変換器の出力電圧Vout は、
(1)式で表される。
【0010】
【数1】
【0011】ただし、 Vref :基準電圧(V) C1〜C3:重み付けされた上位コンデンサの容量
(F) (C1はC3の4倍の容量を持ち、C2はC3の2倍の
容量を持つ。) C5〜C6:重み付けされた下位コンデンサの容量
(F) (C5はC7の4倍の容量を持ち、C6はC7の2倍の
容量を持つ。) S1〜S6:入力デイジタル信号に応じて”0”又は”
1”の値 CTL :M−DACの出力からみたL−DAC側の
等価容量の値でCTLは次式で表される。
【0012】
【数2】
【0013】CTM :L−DACの出力からみたM
−DAC側の等価容量の値でCTMは次式で表される。
【0014】
【数3】
【0015】(1)式の右辺の第1項は、M−DAC5
4の出力電圧を示し、第2項はL−DAC52の出力電
圧を示す。
【0016】(1)式からも理解できるように、M−D
AC54の出力電圧では、M−DAC54とL−DAC
52とを接続する結合コンデンサ66の容量(C4)値
とL−DAC52の全容量値との直列容量が影響してお
り、L−DAC52の出力電圧では、M−DAC54と
L−DAC52とを接続する結合コンデンサ66の容量
(C4)とM−DAC54の全容量値との直列容量が影
響している。今、コンデンサの単位面積当たりの容量を
「単位容量」と称するとすると容量C3、C4及びC7
を1単位容量とした場合、(1)式は(2)式で表され
る。
【0017】 Vout =8/63{(4×S1+2×S2+1×S3) +1/8(4×S4+2×S5+1×S6)}×Vref ・・(2) (2)式は、L−DACのステップサイズがM−DAC
のステップサイズの1/8になっており、そのアナログ
出力電圧の変化は、入力デジタル信号に対して線形にな
る。
【0018】次に、容量C3及びC4を1単位容量と
し、容量C7を2単位容量とした場合、(1)式は
(3)式で表される。
【0019】 Vout =15/119{(4×S1+2×S2+1×S3) +1/15(8×S4+4×S5+2×S6)}×Vref ・・(3) (3)式は、L−DACのステップサイズがM−DAC
のステップサイズの2/15になっており、そのアナロ
グ出力電圧の変化は、入力デジタル信号に対して線形に
はならない。このようにL−DAC52の単位容量の値
とM−DAC54の単位容量との値が異なる場合は、ア
ナログ電圧波形に歪みが生じる。
【0020】次に、L−DACの下位出力ライン56a
及びM−DACの上位出力ライン56bに寄生容量(こ
こでは、接合容量の他に配線と基板間との間に発生する
容量も寄生容量に含む。)が存在している場合の出力電
圧は、(4)式で表される。
【0021】
【数4】
【0022】ただし、 CpM :M−DACの上位出力ラインの寄生容量
(F) CpL :L−DACの下位出力ラインの寄生容量
(F) CTL’:M−DACの出力からみたL−DAC側の等
価容量の値でCTL’は次式で表される。
【0023】
【数5】
【0024】CTM’:L−DACの出力からみたM−
DAC側の等価容量の値でCTM’は次式で表される。
【0025】
【数6】
【0026】ここで、例えば、容量C3、C4及びC7
を1単位容量とし、寄生容量CpL及びCpMを0.2
単位容量とした場合は、(4)式は(5)式で表され
る。
【0027】 Vout =(8.2/66.24){(4×S1+2×S2+1×S3) +(1/8.2)×(4×S4+2×S5+1×S6)}×Vref ・・・(5) (5)式は、L−DACのステップサイズがM−DAC
のステップサイズの1/8.2になっており、アナログ
出力電圧の変化は入力デイジタル信号に対して線形であ
るとはいえない。このため、既に説明した従来のDA変
換器50においては、L−DACの下位コンデンサ62
aとM−DACの上位コンデンサ62bが共に同一の単
位容量であったとしても、上位及び下位出力ラインに寄
生容量が存在する場合は、アナログ出力端子から出力さ
れるアナログ電圧波形に歪みが生じる。
【0028】また、従来のDA変換器50は、L−DA
Cの下位コンデンサ62aの容量とM−DACの上位コ
ンデンサ62bの容量とを同じ値の単位容量にしなけれ
ばならないという、設計の自由度が制限されるという問
題がある。
【0029】一方、L−DACのコンデンサの微細化を
進めると、この容量を精度良く形成することが困難とな
る。この容量を設計値に精度良く形成するためには、L
−DACの下位コンデンサ62aの容量をM−DACの
上位コンデンサ62bの容量の値よりも大きくする必要
があるが、従来の構成では、L−DACの最小の容量と
M−DACの最小の容量とを同じ値にしているため、L
−DACの微細化させたコンデンサの容量を設計値通り
に作ることができない。
【0030】そこで、出力に寄生容量による歪みが発生
せず、しかも、上位及び下位デイジタルアナログ変換部
の各コンデンサの単位容量をほぼ設計値通りに、高精度
に定める構造の線形型デイジタルアナログ変換器及びそ
の駆動方法の出現が望まれていた。
【0031】
【課題を解決するための手段】このため、この発明の線
形型デイジタルアナログ変換器によれば、下位出力ライ
ンと接地ライン及び基準電圧ラインとの間に、重み付け
された容量の下位コンデンサ及び下位トランスファ型ス
イッチで形成した下位の直列回路を、複数個ラダー状に
接続してあって、下位出力ラインと接地ラインとの間に
重み付けされた容量の第2コンデンサを接続して成る下
位DA変換部と、上位出力ラインと接地ライン及び基準
電圧ラインとの間に、重み付けされた容量の上位コンデ
ンサ及び上位トランスファ型スイッチで形成した上位の
直列回路を、複数個ラダー状に接続して成る上位DA変
換部とを具えていて、下位出力ラインと上位出力ライン
とを結合コンデンサで結合して成る線形型DA変換器に
おいて、下位出力ラインと結合コンデンサとの間にバッ
ファアンプを具えていることを特徴とする。
【0032】このように下位DA変換部と結合コンデン
サとの間にバッファアンプを設けることにより、下位D
A変換部と上位DA変換部の間の相互作用を防ぐことが
できる。従って、それぞれのコンデンサの単位容量値
を、下位DA変換部及び上位DA変換部毎に、独立して
定めることができる。しかも、上位及び下位出力ライン
に寄生容量が存在していても、上位DA変換部の出力電
圧には下位DA変換部の寄生容量値は関係がなくなり、
また、下位DA変換部の出力電圧には上位DA変換部の
寄生容量と結合容量との比のみが関係するようになるの
で、アナログ出力端子から出力されるアナログ電圧は入
力デイジタル信号に対し線形性が得られる。従って、こ
の発明では、下位DA変換部のコンデンサの単位容量と
上位DA変換部のコンデンサの単位容量を互いに無関係
に独立して定めてもDA変換器の入出力線形特性を良好
に維持することができるので、各単位容量の設定も精度
良くしかも個別に自由に行える。
【0033】また、この発明では、好ましくはバッファ
アンプとしてボルテージ・フォロワー型アンプを用いる
のが好適である。このようにボルテージ・フォロワー型
アンプは、高入力抵抗、低出力抵抗を有しているので、
バッファとしての機能を充分に発揮し得、従って、上位
DA変換部の単位容量値と下位DA変換部の単位容量値
とをそれぞれ独立させて取り扱うことができる。
【0034】また、この発明では、好ましくは前記上位
出力ラインと接地ラインとの間に、第1アナログスイッ
チを設け、前記下位出力ラインと接地ラインとの間に、
第2アナログスイッチを前記コンデンサと並列に設ける
のが好適である。
【0035】このように、第1及び第2アナログスイッ
チを設けることにより、このDA変換器と接続されてい
る外部素子からのリーク電流の影響をこの発明のDA変
換器から除去することができる。
【0036】また、この発明では、好ましくは、複数個
の下位コンデンサの容量は互いに異なる重み付けとなっ
ており、及び複数個の上位コンデンサの容量は互いに異
なる重み付けとなっているのが好適である。このよう
に、上位及び下位コンデンサに互いに異なる重み付けを
与えてあるので、入力デイジタル信号により上位及び下
位トランスファ型スイッチを接地又は基準電圧のどちら
かにセットすることにより、アナログ出力端子から入力
デイジタル信号に対し線形性を有するアナログ電圧波形
を取り出すことができる。
【0037】また、この発明では、下位出力ラインと接
地ライン及び基準電圧ラインとの間に、重み付けされた
容量の下位コンデンサ及び下位トランスファ型スッチで
形成した下位の直列回路を、複数個ラダー状に接続して
あって、下位出力ラインと接地ラインとの間に重み付け
された容量の第2コンデンサを接続して成る下位DA変
換部と、上位出力ラインと接地ライン及び基準電圧ライ
ンとの間に、重み付けされた容量の上位コンデンサ及び
上位トランスファ型スイッチで形成した上位の直列回路
を、複数個ラダー状に接続して成る上位DA変換部とを
具えていて、上位出力ラインと接地ラインとの間に、第
1アナログスイッチを接続し、下位出力ラインと接地ラ
インとの間に、第2アナログスイッチを第2コンデンサ
と並列に設け、及び下位出力ラインと上位出力ラインと
を結合コンデンサで結合して成る線形型DA変換器を駆
動するに当たり、時刻t1において、上位及び下位トラ
ンスファ型スイッチの全てをセットしてこれら上位及び
下位トランスファ型スイッチを接地ラインに接続すると
同時に、第1及び第2アナログスイッチをオンにしてこ
れら第1及び第2アナログスイッチを接地ラインに接続
し、その後の時刻t2において、第2アナログスイッチ
をオフにして該第2アナログスイッチを接地ラインから
切り離し、その後の時刻t3において、第1アナログス
イッチをオフしてこの第1アナログスイッチを接地ライ
ンから切り離すと同時に、上位及び下位トランスファ型
スイッチをリセットしてこれらの上位及び下位トランス
ファ型スイッチを基準電圧ラインに接続することを特徴
とする。
【0038】このように、この発明では、時刻t2にお
いて、第2アナログスイッチをオフにしてこのアナログ
スイッチを接地ラインから切り離した後も時刻t3まで
は第1アナログスイッチがオン状態を継続しているの
で、第2アナログスイッチのオフ時で発生したオフセッ
ト電圧より発生する歪み(アナログ電圧波形歪み)の影
響を防止することができる(詳細は後述する)。
【0039】
【発明の実施の形態】以下、図を参照して、この発明の
線形型デイジタルアナログ変換器及びその駆動方法の実
施の形態につき説明する。尚、図1は、この発明が理解
できる程度に各構成成分の配置関係を概略的に示してあ
るにすぎない。
【0040】[線形型デイジタルアナログ変換器の構
成]図1を参照して、この発明の線形型デイジタルアナ
ログ変換器(以下、DA変換器と称する。)の主要構成
につき説明する。尚、図1は、6ビットのDA変換器の
例を示す回路図である。
【0041】このDA変換器10は、下位DA変換部1
2と上位DA変換部14とを具えている。ここでは、下
位DA変換部12を下位DAコンバータ部と称し、上位
DA変換部14を上位DAコンバータ部とも称する。
【0042】下位DAコンバータ部12は、下位出力ラ
イン16aと接地ライン18及び基準電圧ライン20と
の間に、重み付けされた容量の下位コンデンサ(C5、
C6及びC7)22a及び下位トランスファ型スイッチ
(S4、S5及びS6)24aで形成した下位の直列回
路(代表して25aで示す。)を、複数個(すなわちC
5とS4、C6とS5、及びC7とS6の各直列回路)
ラダー状に接続してある。この場合、下位の直列回路
は、下位出力ライン16aから下位コンデンサ(C5、
C6、C7)を経てスイッチ(S4、S5、S6)につ
ながり、その一方の切換位置(セット位置)を介して接
地ライン18に、また、他方の切換位置(リセット位
置)を介して基準電圧ライン20に接続されている。
【0043】また、下位出力ライン16aと接地ライン
18との間に、重み付けされた容量の第2コンデンサ
(C8)26と、この第2コンデンサ26と並列に第2
アナログスイッチ(第2リセットスイッチとも称す
る。)30を設けてある。
【0044】この実施の例では、下位コンデンサ(C
5、C6及びC7)22a及び第2コンデンサ(C8)
26は、それぞれ互いに異なる容量に重み付けされてい
る。すなわち、下位コンデンサ(C7)の容量には、”
1”の重み付けを持たせ、C8の容量にはC7の2倍の
重み付けを持たせ、C5の容量にはC7の4倍の重み付
けを持たせてある。
【0045】また、第2コンデンサ(C8)26は、下
位DAコンバータ部の下位出力ライン16aに寄生する
寄生容量値と第2コンデンサ(C8)26との和がC7
と同じ容量値になるように重み付けされている。
【0046】また、下位トランスファ型スイッチ(S
4、S5及びS6)(代表して24aで示してある。)
については、後述する上位DAコンバータ部で一括して
説明する。また、第2リセットスイッチ30は、このD
A変換器10に接続されている外部素子からのリーク電
流を除去するためのものである。
【0047】上位DAコンバータ部14は、上位出力ラ
イン16bと接地ライン18及び基準電圧ライン20と
の間に、重み付けされた容量の上位コンデンサ(C1、
C2及びC3)22b及び上位トランスファ型スイッチ
(S1、S2及びS3)24bで形成した上位の直列回
路(代表して25bで示してある。)を、複数個(すな
わち、C1とS1、C2とS2、及びC3とS3の各直
列回路)ラダー状に接続してある。この場合には、下位
DA変換部12の場合と同様に、上位の直列回路は、上
位出力ライン16bから上位コンデンサ(C1、C2、
C3)を経てスイッチ(S1、S2、S3)につなが
り、その一方の切換位置(セット位置)を介して接地ラ
イン18に、また、他方の切換位置(リセット位置)を
介して基準電圧ライン20に接続されている。
【0048】また、上位出力ライン16bと接地ライン
18との間には、直列回路25bと並列に、第1アナロ
グスイッチ(第1リセットスイッチとも称する。)28
を設けてある。
【0049】この第1リセットスイッチは、このDA変
換器10に接続されている外部素子からのリーク電流を
除去するためのものである。
【0050】また、上位コンデンサ(C1〜C3)22
bには、それぞれの容量に異なる重み付けがされてい
る。すなわち、上位コンデンサ(C3)の容量には、”
1”の重み付けを持たせ、C2の容量にはC3の2倍の
重み付けを持たせ、C1の容量にはC3の4倍の重み付
けを持たせてある。
【0051】ここでは、6ビットのDA変換器を例に挙
げて説明しているので、入力デイジタル信号は6ビット
であり、これら6ビットに合わせて、上位トランスファ
型スイッチ(S1、S2及びS3)24b及び下位トラ
ンスファ型スイッチ(S4、S5及びS6)24aは、
全体で6ビット(6桁)のスイッチを構成している。す
なわち、最上位ビットから最下位ビットへと、順次に、
上位トランスファ型スイッチS1、S2、S3、S4、
S5及びS6が対応している。従って、各スイッチS1
〜S6は、入力デイジタル信号の各対応する桁の信号に
応答してそれぞれ基準電圧若しくは接地が選択される。
【0052】また、下位出力ライン16aと上位出力ラ
イン16bとの間には、結合コンデンサ(C4)32が
結合されており、更に、下位出力ライン16aと結合コ
ンデンサ32との間にはバッファアンプ34が接続され
ている。尚、ここでは、結合コンデンサ32を接続コン
デンサともいう。この結合コンデンサ(C4)32の容
量には、例えば上位コンデンサC3と同じ重み付けされ
た値、すなわち”1”の重み付けを持たせてある。
【0053】また、バッファアンプ34として、ボルテ
ージ・フォロワー型アンプを用いるのが良い。このアン
プ34は、入力抵抗が大きく出力抵抗の小さいアンプで
あるため、下位DAコンバータ部と上位DAコンバータ
部との単位容量を独立させて扱うことができる。ここで
は、バッファアンプ34の+入力端子に下位出力ライン
16aを接続し、バッファアンプ34の出力端子を結合
コンデンサC4に接続すると共に、バッファアンプ34
の−入力端子に接続してある。
【0054】上述したこの発明のDA変換器の回路構成
では、第1及び第2アナログスイッチを設けているの
で、第1及び第2アナログスイッチをオフした際には、
パルス信号の漏洩によるオフセット電圧が発生する。特
に、下位DAコンバータ部の第2アナログスイッチのオ
フ時に発生するオフセット電圧は、ステップ誤差とな
り、アナログ電圧波形に歪みを生じる原因となるため、
好ましくない。このため、この発明のDA変換器の駆動
方法によれば、下位DAコンバータ部の第2アナログス
イッチのオフ時に発生するオフセット電圧の影響を受け
ないように、スイッチング動作のタイミングを工夫して
ある。
【0055】[DA変換器の駆動方法]次に、図1及び
2を参照して、この発明の線形型デイジタルアナログ変
換器の駆動方法を6ビットの入力デイジタル信号を処理
する場合を一例に挙げて説明する。従って、このDA変
換器10は、図1を参照して既に説明した通りの構成と
なっており、6ビットの各桁に順次に対応する6組の直
列回路(25a,25b)を具えていて、各直列回路に
は、それを構成するスイッチ(24a,24b)を制御
するための制御信号が与えられる入力デイジタル信号端
子(35a,35b)が設けられている。従って、全部
で6個の信号端子は、入力デイジタル信号の各桁の信号
レベル(すなわち上述の制御信号として作用する。)と
1対1の関係で、順次に桁の制御信号に割当てられてい
る。図2は、DA変換器を駆動する方法を説明するため
のタイミングチャート図である。図2中、(A)は、下
位及び上位トランスファ型スイッチ(S1〜S6)24
a及び24b及びS4の動作を示し、(B)は、第1リ
セットスイッチ(S7)28の動作を示し、(C)は、
第2リセットスイッチ(S8)30の動作を示し、
(D)は、アナログ出力端子38から出力するアナログ
電圧波形を示している。尚、この例では、上位及び下位
トランスファ型スイッチ(S1〜S6)24a,24b
をスイッチS1〜S6と略称する。
【0056】この発明のDA変換器を駆動方法において
は、このDA変換器10に接続されている第2アナログ
スイッチ(S8)30のオフセット電圧の影響を防止す
るためにこのDA変換器10を構成する上位及び下位コ
ンデンサ22a,22bを放電させる放電期間(t2〜
t3期間)を設ける。
【0057】今、この放電期間の説明に先立ち、スイッ
チの動作と信号の関係につき説明する。以下、説明する
構成例では、上位及び下位トランスファ型スイッチS1
〜S6のそれぞれは、入力デイジタル信号の対応する桁
の信号が2値の”0”のとき、セット状態となって接地
ライン18に接続される。一方、入力デジタル信号の対
応する桁の信号レベルが2値の”1”のとき、対応する
スイッチS1〜S6は、リセット状態となって基準電圧
ライン20に接続される。
【0058】第1アナログスイッチ(S7)28には、
オン・オフ信号端子36bから第1のオン・オフ信号が
与えられ、第1のオン・オフ信号の信号レベルが2値
の”1”のとき、第1アナログスイッチS7はオンとな
って接地ライン18に接続され、一方、オン・オフ信号
の信号レベルが2値の”0”のとき、第1アナログスイ
ッチS7はオフ(開放)となって接地ライン18との接
続が解除される。
【0059】また、第2アナログスイッチ(S8)30
は、オン・オフ信号端子36aから第2のオン・オフ信
号が与えられ、第2のオン・オフ信号の信号レベルが2
値の”1”のとき、第2アナログスイッチS8はオンと
なって接地ライン18に接続され、一方、第2のオン・
オフ信号の信号レベルが2値の”0”のとき、第2アナ
ログスイッチS8はオフ(開放)となって接地ライン1
8との接続が解除される。
【0060】各スイッチと信号状態との関係が上述のよ
うな関係にあるとき、このDA変換器10を動作させる
場合を考える。このDA変換器10を動作させる場合、
このDA変換器10が接続されている外部素子(図示せ
ず)からのリーク電流によってこのDA変換器10を構
成している各コンデンサに充電されている電荷を放出さ
せる必要がある。そのため、先ず、各スイッチS1〜S
8を接地ライン18に接地させて予備放電させる必要が
ある。従って、時刻t1では、入力デイジタル信号端子
35a及び35bのそれぞれに制御信号として信号レベ
ル”0”の信号を与えて、スイッチS1〜S6の全てを
セット状態にする(図2の(A)の時刻t1)。
【0061】一方、時刻t1では、このスイッチS1〜
S6をセットすると同時に、第1及び第2アナログスイ
ッチS7及びS8に信号レベル”1”のオン・オフ信号
を与えてこれらS7及びS8をオンして接地ライン18
に接続する(図2の(B)の時刻t1及び図3の(C)
の時刻t1)。
【0062】このように、時刻t1では、スイッチS1
〜S6を全てセットし、かつスイッチS7及びS8をオ
ンにすることにより、このDA変換器10と接続されて
いる外部素子からリーク電流を接地ライン18に流すと
共に、上位及び下位コンデンサ(C1、C2、C3、C
5、C6及びC7)22a及び22b、結合コンデンサ
(C4)32及び第2コンデンサ(C8)26の電荷を
放電させる。このため、アナログ出力端子から出力され
るアナログ電圧は、放電か進行して放電が止まると最終
的に接地電圧となる(図3の(D)の時刻t1の期
間)。
【0063】次に、時刻t2において、スイッチS8を
オフにしてこのスイッチS8を接地ライン18から切り
離す(図2の(B)の時刻t2)。このとき、スイッチ
S8のオフ時にオフセット電圧が発生して、各下位コン
デンサ22a、第2コンデンサ26を充電する。同様
に、このオフセット電圧は、バッファアンプ34を介し
て結合コンデンサ32を充電する。しかし、スイッチS
7がオン状態(接地ラインに接続されている状態)にな
っているため、上位出力ライン16bは接地電圧のまま
である(図2の(D)の時刻t2後の期間)。
【0064】次に、時刻t3では、オン・オフ信号端子
36bに信号レベルが”0”の第2のオン・オフ信号を
スイッチS7に与えて、スイッチS7をオフにしてこの
スイッチS7を接地ライン18から切り離す。このt3
における信号レベル”0”の第2のオン・オフ信号は、
入力デイジタル信号のDA変換を開始させるための始動
信号である。従って、この始動信号の入力と同時に、各
スイッチには、入力デイジタル信号の対応する桁の信号
レベルの信号(ここでは制御信号)が対応する端子(3
5a,35b)を介して与えられて6ビットのDA変換
が開始する。
【0065】図2の(A)のt3以後の期間は、時刻t
3で、6ビットの入力デイジタル信号の上から4桁目の
信号レベルが”1”となって対応するスイッチS4をリ
セットしたときの例を示している。尚、時刻t4はDA
変換の終了時刻であって、この時刻では、時刻t1と同
一の状態に戻り、次のサイクルのDA変換のための予備
放電期間に入る。
【0066】このため、DA変換を行っている期間(t
3〜t4期間)は出力されるアナログ電圧が正電圧とな
る(図2の(D)のt3〜t4期間)。尚、ここでは、
DA変換動作を行っているt3〜t4期間を第1DA変
換期間ともいう。
【0067】次のDA変換動作を行うときは、上述した
t1〜t4期間のDA変換動作を再度繰り返して行うの
が好適である。
【0068】6ビットの信号がDA変換器10に入力し
たとき、図2で説明したようなタイミングで各スイッチ
S1〜S8が動作してDA変換動作を行ったとき、DA
変換器10のアナログ出力端子38に出力される出力電
圧Vout は(6)式で表される。
【0069】
【数7】
【0070】ただし、Vref は基準電圧とする。(6)
式で右辺の第1項が上位出力電圧、第2項が下位出力電
圧を表している。
【0071】(6)式から理解できるように、上位DA
コンバータ部14の上位出力電圧には、下位DAコンバ
ータ部12の容量値は関係せず、一方、下位DAコンバ
ータ部12の下位出力電圧には、上位DAコンバータ部
14の容量値と結合コンデンサ32の容量(C8)値の
比が関係している。
【0072】ここで、例えば、C3、C4を1単位容量
とし、C7を2単位容量とすると(6)式は、(7)式
で表される。
【0073】 Vout =(1/8){(4×S1+2×S2+1×S3) +(1/8)(4×S4+2×S5+1×S6)}×Vref ・・(7) (7)式から理解できるように、下位DAコンバータ部
12のステップサイズが、上位DAコンバータ部14の
ステップサイズの1/8になっており、アナログ出力電
圧の変化は入力デイジタル信号に対して線形である。
【0074】また、下位及び上位出力ライン16a及び
16bに寄生容量がある場合は、(8)式で表される。
【0075】
【数8】
【0076】ここでは、CpM:上位DA変換部の寄生
容量(F) CpL:下位DA変換部の寄生容量(F) C8’:下位DA変換部の寄生容量値とC8’との和が
C7と同じ値(F)とする。
【0077】このとき、例えば、C3、C4を1単位容
量とし、C7を2単位容量とし、寄生容量CpM及びC
pLを0.2単位容量とすると(8)式は(9)式で表
される。
【0078】 Vout =(1/8.2){(4×S1+2×S2+1×S3) +(1/8)(4×S4+2×S5+1×S6)}×Vref ・・(9) (9)式から理解できるように、下位DAコンバータ部
12のステップサイズが、上位DAコンバータ部14の
ステップサイズの1/8になっており、アナログ出力電
圧の変化は入力デイジタル信号に対して線形である。
【0079】上述したように、この発明では、下位DA
コンバータ部12の単位容量の値と上位DAコンバータ
部14の単位容量値が同一の値でなくても、或いは下位
及び上位出力ライン16a及び16bに寄生容量が存在
していても、アナログ出力端子から出力されるアナログ
電圧の変化は入力イデジタル信号に対して線形となる。
従って、アナログ電圧波形には歪みが生じなくなる。
【0080】また、本願発明のDA変換器の例のよう
に、第1及び第2リセットスイッチを設けた場合、この
第1及び第2リセットスイッチをオフしたときに、パル
ス信号の漏洩によりオフセット電圧が発生する。これを
回避するため、この発明の駆動方法では、時刻t2から
時刻t3までの期間を設けている。
【0081】このため、既に説明したように、スイッチ
S8をオフした際に発生するオフセット電圧により下位
コンデンサ(C5、C6、C7)22aと第2コンデン
サ(C8)26とが充電されると共に、スイッチS7が
オン状態になっているので、バッファアンプ34を介し
て結合コンデンサ(C4)32も充電される。このと
き、アナログ出力端子38から出力されるアナログ電圧
は、接地電位となるため、下位DAコンバータ部12で
生じたオフセット電圧を回避することができる。
【0082】また、第1DA変換期間(t3〜t4期
間)では、下位DAコンバータ部12の出力電圧は、ス
イッチS1〜S6の基準電圧による出力電圧とオフセッ
ト電圧との和になるが、この第1DA変換期間(t3〜
t4期間)の下位DAコンバータ部12の電圧変化は、
スイッチS4〜S6による電圧変化分だけになる。この
ため、結合コンデンサ32を介して上位出力ライン16
bから出力される下位DAコンバータ部12の出力電圧
は、オフセット電圧に影響されないアナログ出力電圧を
得ることができる。
【0083】このように、この発明のDA変換器の駆動
方法によれば、スイッチS8をオフした後に、S7がオ
ンしている継続期間(t2〜t3期間)を設けているの
で、下位DAコンバータ部12のスイッチS8のオフ時
に生じるオフセット電圧の影響を防止することができ
る。
【0084】また、第1リセットスイッチ28のオフ時
にもオフセット電圧が発生するが、このDA変換器の線
形性には直接関係しないので、第1リセットスイッチ2
8のオフ時のオフセット電圧は実質的に無視することが
できる。
【0085】上述した実施の形態では、6ビットのDA
変換器を例にとって説明したが、この発明では、6ビッ
ト以外のビット数のDA変換器にも適用できることはい
うまでもない。
【0086】
【発明の効果】上述した説明から明らかのように、この
発明の線形型デイジタルアナログ変換器によれば、下位
出力ラインと結合コンデンサとの間にバッファアンプを
具えているので、上位DA変換部の単位容量値と下位D
A変換部の単位容量値とは独立して定めることができ
る。このため、従来のように下位DA変換部の単位容量
と上位DA変換部の単位容量とを同一の値にする必要が
なくなるので、設計の自由度が増大する。
【0087】更に、上位及び下位出力ラインに寄生容量
が存在した場合でも、下位DA変換部のコンデンサの単
位容量と上位DA変換部のコンデンサの単位容量を互い
に無関係に独立して定めることができるので、歪みのな
い線形型DA変換器を実現することができる。
【0088】また、この発明の駆動方法によれば、第2
アナログスイッチがオフした後も第1アナログスイッチ
をオンしている期間、すなわち時刻t2から時刻t3ま
での期間を設けているので、下位DAコンバータ部の第
2アナログスイッチのオフ時に発生するオフセット電圧
によるアナログ電圧波形歪みの発生を防止することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明のDA変換器の主要構成を説明するた
めに供する回路図である。
【図2】(A)〜(D)は、この発明の駆動方法を説明
するために供するタイミングチャート図である。
【図3】従来のDA変換器の主要構成を説明するために
供する回路図である。
【符号の説明】
10:DA変換器 12:下位DAコンバータ部 14:上位DAコンバータ部 16a:下位出力ライン 16b:上位出力ライン 18:接地ライン 20:基準電圧ライン 22a:下位コンデンサ 22b:上位コンデンサ 24a:下位トランスファ型スイッチ 24b:上位トランスファ型スイッチ 25a:下位の直列回路 25b:上位の直列回路 26:第2コンデンサ 28:第1アナログスイッチ 30:第2アナログスイッチ 32:結合コンデンサ 34:バッファアンプ 35a,35b:入力デイジタル信号端子 36a,36b:オン・オフ信号端子 38:アナログ出力端子

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下位出力ラインと接地ライン及び基準電
    圧ラインとの間に、重み付けされた容量の下位コンデン
    サ及び下位トランスファ型スイッチで形成した下位の直
    列回路を、複数個ラダー状に接続してあって、前記下位
    出力ラインと前記接地ラインとの間に重み付けされた容
    量の第2コンデンサを接続して成る下位DA変換部と、 上位出力ラインと前記接地ライン及び前記基準電圧ライ
    ンとの間に、重み付けされた容量の上位コンデンサ及び
    上位トランスファ型スイッチで形成した上位の直列回路
    を、複数個ラダー状に接続して成る上位DA変換部とを
    具えていて、前記下位出力ラインと前記上位出力ライン
    とを結合コンデンサで結合して成る線形型DA変換器に
    おいて、 前記下位出力ラインと前記結合コンデンサとの間にバッ
    ファアンプを具えていることを特徴とする線形型デイジ
    タルアナログ変換器。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の線形型デイジタルアナ
    ログ変換器において、 前記バッファアンプをボルテージ・フォロワー型アンプ
    としたことを特徴とする線形型デイジタルアナログ変換
    器。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の線形型デイジタルアナ
    ログ変換器において、 前記上位出力ラインと接地ラインとの間に、第1アナロ
    グスイッチを設け、前記下位出力ラインと接地ラインと
    の間に、第2アナログスイッチを前記コンデンサと並列
    に設けたことを特徴とする線形型デイジタルアナログ変
    換器。
  4. 【請求項4】 請求項1に記載の線形型デイジタルアナ
    ログ変換器において、 複数個の前記下位コンデンサの容量は互いに異なる重み
    付けとなっており、及び複数個の前記上位コンデンサの
    容量は互いに異なる重み付けとなっていることを特徴と
    する線形型デイジタルアナログ変換器。
  5. 【請求項5】 下位出力ラインと接地ライン及び基準電
    圧ラインとの間に、重み付けされた容量の下位コンデン
    サ及び下位トランスファ型スッチで形成した下位の直列
    回路を、複数個ラダー状に接続してあって、前記下位出
    力ラインと前記接地ラインとの間に重み付けされた容量
    の第2コンデンサを接続して成る下位DA変換部と、 上位出力ラインと前記接地ライン及び前記基準電圧ライ
    ンとの間に、重み付けされた容量の上位コンデンサ及び
    上位トランスファ型スイッチで形成した上位の直列回路
    を、複数個ラダー状に接続して成る上位DA変換部とを
    具えていて、前記上位出力ラインと前記接地ラインとの
    間に、第1アナログスイッチを接続し、前記下位出力ラ
    インと前記接地ラインとの間に、第2アナログスイッチ
    を前記第2コンデンサと並列に設け、及び前記下位出力
    ラインと前記上位出力ラインとを結合コンデンサで結合
    して成る線形型DA変換器を駆動するに当たり、 時刻t1において、前記上位及び下位トランスファ型ス
    イッチの全てをセットしてこれら上位及び下位トランス
    ファ型スイッチを前記接地ラインに接続すると同時に、
    前記第1及び第2アナログスイッチをオンにしてこれら
    第1及び第2アナログスイッチを前記接地ラインに接続
    し、 その後の時刻t2において、前記第2アナログスイッチ
    をオフにして該第2アナログスイッチを前記接地ライン
    から切り離し、 その後の時刻t3において、前記第1アナログスイッチ
    をオフして該第1アナログスイッチを前記接地ラインか
    ら切り離すと同時に、前記上位及び下位トランスファ型
    スイッチをリセットしてこれら上位及び下位トランスフ
    ァ型スイッチを前記基準電圧ラインに接続することを特
    徴とする線形型デイジタルアナログ変換器の駆動方法。
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