JPH11274936A - 電圧分配方式のd/a変換器 - Google Patents

電圧分配方式のd/a変換器

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JPH11274936A
JPH11274936A JP11014534A JP1453499A JPH11274936A JP H11274936 A JPH11274936 A JP H11274936A JP 11014534 A JP11014534 A JP 11014534A JP 1453499 A JP1453499 A JP 1453499A JP H11274936 A JPH11274936 A JP H11274936A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】スイッチの寄生容量による時定数を減らして、
アナログ出力電圧を高速に生成し得る電圧分配方式のD/
A変換器を提供しようとするものである。 【解決手段】Mビットディコーダー20-2のコーディング
信号によりスイッチングされる、抵抗列21のノードB1〜
B2 NにスイッチSW11〜SW12 Nが2L個ずつ2M個のグループで
接続される第1スイッチング部22及びノードE1〜E2 Mと出
力端子Vout間にスイッチSW31〜SW32 Mが接続される第3ス
イッチング部24と、前記第1スイッチング部22とノード
E1〜E2 M間にスイッチSW21〜SW22 Nが2L個ずつ2M個のグル
ープで接続され、Lビットディコーダー20-1のコーディ
ング信号によりスイッチングされる第2スイッチング部2
3とを備えて、電圧分配方式のD/A変換器を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、抵抗列を用いたD
/A変換器に係るもので、詳しくは、スイッチの寄生容
量(Parasitic Capacitance)による時定数(Time Cons
tant)を減らして、アナログ出力電圧を高速に生成し得
る電圧分配方式のD/A変換器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、電圧分配方式のD/A変換器は、
図3に示したように、Nビットの入力信号をディコーデ
ィングして、2Nビットのディコーディング信号D0〜D
2 N -1を夫々出力するディコーダー10と、基準電圧VR
EFと接地電圧VSS間に2N+1個の抵抗R1〜R2 N +1
が直列連結された抵抗列11と、前記ディコーダー10
からのディコーディング信号D0〜D2 N -1により、前記
抵抗R1〜R2 N +1間の各ノードB1〜B2 Nにて分配された
電圧を出力端子Voutに夫々出力する複数のスイッチS
W1〜SW2 N、複数の抵抗Ron1〜Ron2 N、及び複数
のコンデンサCp 1〜Cp2 Nを有するスイッチング部1
2と、を備えて構成されていた。
【0003】以下、このように構成された従来の電圧分
配方式のD/A変換器の動作を説明する。先ず、基準電
圧VREFが各抵抗R1〜R2 N +1により分配されて、抵抗列
11の各ノードB1〜B2 Nは、分配された電圧値を維持
する。
【0004】ディコーダー10は、Nビットの入力信号
が印加されると、該Nビットの入力信号をディコーディ
ングして、2Nビットのディコーディング信号D0〜D2 N
-1を夫々出力する。
【0005】スイッチング部12の各スイッチSW1〜
SW2 Nは、前記ディコーダー10から出力するディコー
ディング信号D0〜D2 N -1によりターンオン/ターンオ
フされる。従って、前記抵抗列11の各ノードB1〜B2
Nの電圧値が、ターンオンされたスイッチSW1〜SW2 N
を経て出力端子Voutに出力されることにより、各抵抗
R1〜R2 N +1に応じて1〜2Nの異なる電圧レベルのアナ
ログ電圧が生成される。
【0006】このような従来の電圧分配方式のD/A変
換器において、ディジタル入力の変化率が2であるとき
にアナログ出力の変化率が1である状態、即ち、ディジ
タル入力に応じたアナログ出力の微分線形性(differen
tial linearity)が1/2LSBとなるまで安定化され
るのにかかる時間を示す整定時間(Settling Time)T
cは、入力信号のビット数N、前記ディコーダー10の
遅延時間Td及びRC回路の時定数Tにより決定され、
式(1)のように示される。 Tc=Td+(N+1)・T・ln2 ・・・(1) 図4は、式(1)からRC回路の時定数Tを求めるため
の図1の等価回路を示した図である。図中、Veq及び
Reqは、抵抗列11の等価電圧及び等価抵抗を示し、
Ceqは、抵抗列11及びスイッチSW1〜SW2 Nの等
価寄生容量を示し、Ron及びCpは、スイッチSW1
〜SW2Nの各ターンオン抵抗及び寄生容量を示す。
【0007】図4の等価回路からRC回路の時定数Tを
近似的に求めると、式(2)に示したようになる。 T=2N・Cp(Ron+Req)+Ceq・Req ・・・(2) 式(2)を式(1)に代入して纏めると、整定時間Tc
は、式(3)のように示される。 Tc=Td+(N+1)・ln2・〔2N・Cp(Ron+Req)+Ceq・Req〕 ・・・(3) この場合、ビット数Nが6以上であると(N≧6)、出
力端子Voutの寄生容量Cpが増加して、整定時間Tc
も増加される。
【0008】即ち、式(3)において、ビット数Nが6
以上に増加されると、以下の式(3)’になる。 Tc≒2N・Cp(Ron+Req)(N+1)・ln2 ・・・(3)’ このとき、抵抗列11の等価抵抗ReqがスイッチSW
1〜SW2 Nのターンオン抵抗Ronよりも充分に小さい
と仮定すると、整定時間Tcは近似的に式(4)のよう
に示される。 Tc≒2N・Cp・Ron(N+1)・ln2 ・・・(4)
【0009】
【発明が解決しようとする課題】然るに、このような従
来の電圧分配方式のD/A変換器においては、整定時間
Tcが2N(N+1)に比例して増加するため、アナロ
グ出力電圧の出力速度が低下するという不都合な点があ
った。
【0010】そこで、本発明は、このような従来の課題
に鑑みてなされたもので、スイッチの寄生容量による時
定数を減らして、アナログ出力電圧を高速に生成し得る
電圧分配方式のD/A変換器を提供しようとするもので
ある。
【0011】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るため、本発明の請求項1に係る電圧分配方式のD/A
変換器は、基準電圧と接地電圧間に複数の抵抗が直列連
結されて成る抵抗列の各抵抗間の各ノードから出力され
る複数レベルの電圧を、外部からのNビットの入力信号
により夫々出力する電圧分配方式のD/A変換器におい
て、前記Nビットの入力信号をLビットとMビットとに
分離し、前記Lビットの入力信号をディコーディングし
て2Lビットの信号を出力するLビットディコーダー
と、前記Mビットの入力信号をディコーディングして2
Mビットの信号を出力するMビットディコーダーとを備
えるディコード手段と、2N個のスイッチが2L個ずつ2
M個のグループに分配されて前記抵抗列の各ノードに夫
々接続され、前記Mビットディコーダーの2Mビットの
出力信号により、前記2M個のグループのうちのいずれ
か1つのグループの2L個のスイッチが同時にターンオ
ンする第1スイッチング手段と、2N個のスイッチが2L
個ずつ2M個のグループに分配されて前記第1スイッチ
ング手段の各スイッチと夫々接続され、前記Lビットデ
ィコーダーの2Lビットの出力信号により、前記第1ス
イッチング手段でターンオンされた2L個のスイッチの
うちのいずれか1つのスイッチに接続するスイッチがタ
ーンオンする第2スイッチング手段と、2M個のスイッ
チが前記第2スイッチング手段の2M個のグループに対
応する2M個のノードと出力端子間に夫々接続され、前
記Mビットディコーダーの2Mビットの出力信号によ
り、前記第2スイッチング手段でターンオンされたスイ
ッチからの電圧を出力するスイッチがターンオンする第
3スイッチング手段と、を備えて構成されている。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を用いて説明する。本実施形態に係る電圧分配方
式のD/A変換器は、図1に示したように、基準電圧V
REFと接地電圧VSS間に2N+1個の抵抗R1〜R2 N +1が
直列連結されて成る抵抗列21により基準電圧VREFを
分配し、該各抵抗R1〜R2 N +1間の各ノードB1〜B2 Nか
ら出力される複数レベルの電圧を、外部からのNビット
の入力信号により夫々出力するものであり、Nビットの
入力信号をLビットとMビットとに分離し、前記Lビッ
トの入力信号をディコーディングして2Lビットの信号
を出力するLビットディコーダー20−1及び前記Mビ
ットの入力信号をディコーディングして2Mビットの信
号を出力するMビットディコーダー20−2を備えるデ
ィコード手段としてのディコーダー部20と、2N個の
スイッチSW11〜SW12 Nが2L個ずつ2M個のグルー
プに分配されて前記抵抗列21の各ノードB1〜B2 Nに
夫々接続され、Mビットディコーダー20−2からの2
Mビットのディコーディング信号D0〜D2 M -1により、前
記2M個のグループのうちのいずれか1つのグループの
2L個のスイッチが同時にターンオンする第1スイッチ
ング手段としての第1スイッチング部22と、2N個の
スイッチSW21〜SW22 Nが2L個ずつ2M個のグルー
プに分配されて第1スイッチング部22の各スイッチS
W11〜SW12 Nと2M個のノードE1〜E2 M間に夫々接
続され、Lビットディコーダー20−1の2Lビットの
ディコーディング信号D0〜D2 L -1により、第1スイッ
チング部22でターンオンされた2L個のスイッチSW
1のうちのいずれか1つのスイッチSW1に接続するス
イッチSW2がターンオンする第2スイッチング手段と
しての第2スイッチング部23と、2M個のスイッチS
W31〜SW32 Mが、第2スイッチング部23の2M個の
グループに対応する2M個のノードE1〜E2 Mと出力端子
Vout間に夫々接続され、Mビットディコーダー20−
2のコーディング信号D0〜D2 M -1により、第2スイッ
チング部23でターンオンされたスイッチSW2からの
電圧を出力するスイッチSW3がターンオンする第3ス
イッチング手段としての第3スイッチング部24と、を
備えて構成されている。
【0013】以下、このように構成された電圧分配方式
のD/A変換器の動作を、図面を用いて説明する。先
ず、ディコーディング部20のLビットディコーダー2
0−1及びMビットディコーダー20−2は、Nビット
の入力信号をLビットとMビットとに分離して、ディコ
ーディング信号D0〜D2 L -1,D0〜D2 M -1を夫々出力す
る。
【0014】抵抗列21の各ノードB1〜B2 Nでは、複
数の抵抗R1〜R2 N +1により分配された電圧が維持され
る。第1スイッチング部22のスイッチSW11〜SW
12 Nでは、Mビットディコーダー20−2から出力する
ディコーディング信号D0〜D2 M -1により、2M個のグル
ープ中、何れか1つのグループに包含された2L個のス
イッチSW1のみがターンオンされ、その他のグループ
のスイッチSW1はオフされる。その結果、ターンオン
された2L個のスイッチSW1以外のスイッチSW1に
よる経路を遮断させて、それらのスイッチSW1の寄生
容量による時定数を除去することができる。
【0015】第2スイッチング部23のスイッチSW2
1〜SW22 Nでは、Lビットディコーダー20−1から
出力するディコーディング信号D0〜D2 L -1により、第
1スイッチング部22で選択されたグループに対応する
グループ内の2L個のスイッチSW2のうちの何れか1
つのスイッチSW2のみがターンオンされて、前記第1
スイッチング部22から出力する2L個の電圧レベル
中、何れか1つの電圧レベルが選択される。
【0016】第3スイッチング部24の2M個のスイッ
チSW31〜SW32 Mでは、Mビットディコーダー20
−2から出力するディコーディング信号D0〜D2 M -1に
より、第2スイッチング部23で選択されたスイッチS
W2を含むグループに対応する1つのスイッチSW3の
みターンオンする。
【0017】その結果、前記抵抗列21及び第1,第2
スイッチング部22,23を経て入力した1つの電圧レ
ベルが、Mビットディコーダー20−2により選択さ
れ、出力端子Voutを経て出力される。
【0018】ここで、Lビットディコーダー20−1及
びMビットディコーダー20−2からの各出力信号と、
第1スイッチング部22〜第3スイッチング部24が備
えるスイッチSW1,SW2,SW3の構成との関係に
ついて説明する。
【0019】例えば、N=4、L=2,M=2とする場
合には、Nビットの入力信号のデコーディング信号は2
4=16ビットであり、抵抗列21は24+1=17個の
抵抗R1〜R17を備え、第1スイッチング部22及び第
2スイッチング部23は16個のスイッチSW11〜S
W116及びSW11〜SW116が4個ずつ4つのグルー
プにそれぞれ分配されて配置され、第3スイッチング部
24は4個のスイッチSW31〜SW34が配置されて成
る。
【0020】例えば、第12番目のディコーディング信
号に対応する電圧を出力させる場合には、まず、Mビッ
トディコーダー20−2から、最下位から3ビット目の
ディコーディング信号D2が出力される。第1スイッチ
ング部22では、入力された3ビット目のディコーディ
ング信号D2により、第3グループのスイッチSW19〜
SW112がターンオンされる。次に、Lビットディコー
ダー20−1からは、最上位から4ビット目のディコー
ディング信号D3が出力される。第2スイッチング部2
3では、入力された最上位のディコーディング信号D3
により、第1スイッチング部22でターンオンされたス
イッチSW19〜SW112に対応して接続する第3グル
ープのスイッチSW29〜SW212のうちの最上位のス
イッチSW212がターンオンする。さらに、第3スイッ
チング部24には、第1スイッチング部22と同様に、
Mビットディコーダー20−2からの3ビット目のディ
コーディング信号D2が入力され、第2スイッチング部
23の第3グループに対応するスイッチSW33がター
ンオンされる。これにより、第12番目のディコーディ
ング信号に対応する電圧が出力端子Voutから出力され
る。
【0021】ここで、例えば、N=8、L=5、M=3
であると仮定すると、Lビットディコーダー20−1
は、5ビットの入力信号に対し25個のディコーディン
グ信号を出力し、Mビットディコーダー20−2は、3
ビットの入力信号に対し23個のディコーディング信号
を出力する。
【0022】第1,第2スイッチング部22,23の各
28個のスイッチSW11〜SW125 6,SW21〜SW2
256は、25個ずつ分配されて23個のグループを形成す
る。第1スイッチング部22では、Mビットディコーダ
ー20−2から出力するディコーディング信号により、
23(=8)個のグループ中の何れか1つのグループ、
例えば、第3グループに属する25個のスイッチSW1
65〜SW196のみがターンオンされる。そして、第2ス
イッチング部23では、Lビットディコーダー20−1
から出力するディコーディング信号により、第3グルー
プに属する25(=32)個のスイッチSW265〜SW
296中の何れか1つのスイッチ、例えば、25番目のス
イッチSW289のみがターンオンされる。
【0023】第3スイッチング部24では、Mビットデ
ィコーダー20−2から出力するディコーディング信号
により、23個のスイッチSW31〜SW38中、第1ス
イッチング部22で選択された第3グループに対応する
スイッチ、即ち、第3スイッチSW33のみがターンオ
ンされる。これにより、第1スイッチング部22から出
力された25個の電圧レベル中、ディコーダー20から
の出力に応じた1つの電圧が、出力端子Voutを経て出
力される。
【0024】このように、本発明では、第1スイッチン
グ部22の複数のスイッチSW11〜SW12 Nは、Mビ
ットディコーダーのコーディング信号により2L個ずつ
ターンオンさせ、第2スイッチング部23のスイッチS
W21〜SW22 Nは、Lビットディコーダーのコーディ
ング信号により2L個中の何れか1つのスイッチのみを
ターンオンさせ、第3スイッチング部24のスイッチS
W31〜SW32 Mは、Mビットディコーダーのコーディ
ング信号により何れか1つのスイッチのみをターンオン
させて、1〜2Nの異なる電圧レベルのアナログ電圧を
生成することができる。
【0025】図2は、RC回路の時定数Tを求めるため
の図1の等価回路を示した図である。図中、Veqは、
抵抗列21により分配された等価電圧、Reqは、前記
抵抗列21の等価抵抗、Ronは、スイッチング部2
2,23,24のスイッチのターンオン抵抗、Ceq
は、前記抵抗列21及びスイッチの等価寄生容量、Cp
は、スイッチング部22,23,24のスイッチの寄生
容量を夫々示す。
【0026】即ち、図2の等価回路から時定数Tを近似
的に求めると、式(5)に示したようになる。 T=Ceq・Req+2Cp(Ron+Req) +(2L+1)Cp(2Ron+Req) +2MCp(3Ron+Req) ・・・(5) また、式(5)を式(1)に代入して纏めると、整定時
間Tcは式(6)に示したようになる。 Tc=Td+(N+1)・ln2・ 〔Ceq・Req+2Cp(Ron+Req)+(2L+1)Cp(2Ron+Req)+2MCp(3Ron+Req)〕・ ・・(6) 式(6)において、入力信号のビット数Nが充分に大き
いと、以下の式(6)’になる。 Tc≒ (N+1)・ln2・ 〔2Cp(Ron+Req)+(2L+1)Cp(2Ron+Req)+2MCp(3Ron+Req)〕・・・(6 )’ このとき、前記抵抗列21の等価抵抗Reqが各スイッ
チのターンオン抵抗Ronよりも充分に小さいと仮定す
ると、 Tc≒(4+2L+1+3・2M)Cp・Ron(N+1)・ln2 ・・・(7) これにより、従来よりも、2N−(4+2L+1+3・
2M)個のスイッチの寄生容量を減らすことができる。
【0027】従って、従来の電圧分配方式のD/A変換
器による式(4)の整定時間Tcと、本実施形態の電圧
分配方式のD/A変換器による式(7)の整定時間Tc
とを比較すると、N≧6,M≦Lのとき、本実施形態に
係る電圧分配方式のD/A変換器による整定時間Tcの
ほうが、従来の電圧分配方式のD/A変換器による整定
時間Tcよりも減少することが明らかになる。
【0028】例えば、N=10,L=M=5の場合、従
来の整定時間Tcは、(N+1)・Cp・Ron・ln
2に標準化するとき、2N=1024となり、本実施形
態の整定時間Tcは、4+2L+1+3・2M=4+25+1
+3・25=164となる。
【0029】この結果、従来の整定時間Tcと本実施形
態の整定時間Tcとの比が1024:164となり、本
実施形態の整定時間Tcのほうが約6倍速いことが明ら
かになる。
【0030】即ち、本発明は、抵抗列を用いた電圧分配
方式のD/A変換器のスイッチの寄生容量による時定数
を減らして、ディジタル信号の入力に対して、アナログ
出力電圧を高速に生成することができる。尚、本発明
は、上述の実施形態に限定されるものでなく、特許請求
の範囲を外れない限り、多様な形態に変更して使用する
ことができる。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
抵抗列の各抵抗間に2N個のスイッチが2L個ずつ2M個
のグループで接続された第1スイッチング部と、該第1
スイッチング部とノード間に2N個のスイッチが2L個ず
つ2M個のグループで接続された第2スイッチング部
と、ノードと出力端子間に2M個のスイッチが接続され
た第3スイッチング部とを備えて、前記第1スイッチン
グ部の2L個のスイッチは同時にターンオンさせ、前記
第2スイッチング部の2L個のスイッチ及び第3スイッ
チング部の2M個のスイッチは、夫々何れか1つのスイ
ッチのみをターンオンさせるようになっているため、ス
イッチによる寄生容量を減らし、迅速化し得るという効
果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る電圧分配方式のD/A変換器の一
実施形態の回路図である。
【図2】図1のRC等価回路図である。
【図3】従来の電圧分配方式のD/A変換器の回路図で
ある。
【図4】図3のRC等価回路図である。
【符号の説明】
20 ディコーダー部 20−1 Lビットディコーダー 20−2 Mビットディコーダー 21 抵抗列 22 第1スイッチング部 23 第2スイッチング部 24 第3スイッチング部 SW11〜SW12 N,SW21〜SW22 N,SW31〜S
W32 M スイッチ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基準電圧と接地電圧間に複数の抵抗が直列
    連結されて成る抵抗列の各抵抗間の各ノードから出力さ
    れる複数レベルの電圧を、外部からのNビットの入力信
    号により夫々出力する電圧分配方式のD/A変換器にお
    いて、 前記Nビットの入力信号をLビットとMビットとに分離
    し、前記Lビットの入力信号をディコーディングして2
    Lビットの信号を出力するLビットディコーダーと、前
    記Mビットの入力信号をディコーディングして2Mビッ
    トの信号を出力するMビットディコーダーとを備えるデ
    ィコード手段と、 2N個のスイッチが2L個ずつ2M個のグループに分配さ
    れて前記抵抗列の各ノードに夫々接続され、前記Mビッ
    トディコーダーの2Mビットの出力信号により、前記2M
    個のグループのうちのいずれか1つのグループの2L個
    のスイッチが同時にターンオンする第1スイッチング手
    段と、 2N個のスイッチが2L個ずつ2M個のグループに分配さ
    れて前記第1スイッチング手段の各スイッチと夫々接続
    され、前記Lビットディコーダーの2Lビットの出力信
    号により、前記第1スイッチング手段でターンオンされ
    た2L個のスイッチのうちのいずれか1つのスイッチに
    接続するスイッチがターンオンする第2スイッチング手
    段と、 2M個のスイッチが前記第2スイッチング手段の2M個の
    グループに対応する2 M個のノードと出力端子間に夫々
    接続され、前記Mビットディコーダーの2Mビットの出
    力信号により、前記第2スイッチング手段でターンオン
    されたスイッチからの電圧を出力するスイッチがターン
    オンする第3スイッチング手段と、を備えて構成された
    ことを特徴とする電圧分配方式のD/A変換器。
JP01453499A 1998-01-23 1999-01-22 電圧分配方式のd/a変換器 Expired - Lifetime JP3955405B2 (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019980002015A KR19990066248A (ko) 1998-01-23 1998-01-23 전압분배방식의 디/에이 변환기
KR2015/1998 1998-01-23

Publications (2)

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