JPS5935528B2 - Ｒ−２ｒ抵抗列 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、比精度の良好な２進重み付き電流を発生する
集積比されたＲ−２Ｒ低抵抗に関するものである。

ディジタル人力信号をアナログ出力信号に変換するＤＡ
変換器の一構成方法として、Ｒ−２Ｒ低抵抗を用いて発
生した２進重み付き電流を相互に加算することにより出
力を得る方式が知られている。

この原理にもとづく電流加算形ＤＡ変換器とＲ−２Ｒ低
抵抗の動作に関しては、たとえば下記の文献に説明され
ている（ Ｄ、Ｊ、Ｄｏｏｌｅｙ ／／ＡＣｏ−ｍｐｌ
ｅｔｅ Ｍｏｎｏｌ １ｔｈｉｃ １０− ｂｉｔ Ｄ
／Ａ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ″ｌ５ＳＣＣＤｉｇｅｓｔ
ｏｆ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒｓ ｐ、 １２
〜１３（１９７３）およびＪ、 Ｂ、 Ｃｅｅｉｌ“Ａ
ＣＭＯ８１０−ｂｉｔ Ｄ／Ａ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ
／／ＩＳＳＣＣＤｉｇｅｓｔ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｉｃａ
ｌ Ｐａｐｅｒｓ ｐ、 １９６〜１９７（１９７４）
参照）。

第１図はこのＲ−２Ｒ低抵抗の回路を示したもので、最
大の重み付き電流は端子１に発生し、第１番目（ｉ＝２
〜ｎ）の重み付き電流は端子ｌに発生する。

端子ｎ＋１には、端子ｎに発生する最小の重み付き電流
と同一値の電流を流して回路の動作を正常に保ち、また
端子２０は、通常は電源に接続される。

この回路により正確な２進重み付き電流を発生するため
には、最大重み付き電流が流れる抵抗Ｒ１に対して抵抗
列を構成する他の抵抗の値が次の関係を満足すればよい
。

実際の抵抗列では、抵抗体間の比精度のバラツキのため
、上記の関係が厳密には成立せず、これがＤＡ変換器の
出力の直線性誤差の原因となる。

第２図は、従来のＲ−２Ｒ抵抗列の構成を示したもので
、端子１，２，３，２０は、第１図と同一符号の端子に
対応しており、集積化されたＲ−２Ｒ層抵抗は、第２図
ａに示したように、同一平面上に等間隔で規則的に配列
された同一形状の単位抵抗を配線で接続して構成する。

このとき、第１図のＲ１（ｉ ＝１〜ｎ＋１）を単位抵
抗１個で構成するか、あるいは単位抵抗２個の直列で構
成するかにより、第２図す、ｃの２種の構成法がある。

第２図に斜線を施した抵抗体は、最大の重み付き電流が
流れる抵抗Ｒ１を構成する単位抵抗であり、第２図す、
Ｃは共に抵抗Ｒ１付近の構成を示している。

実際には、第２図の抵抗Ｒ１の左側に単位抵抗と同一形
状のダミー抵抗体を配置して、ホトエツチング工程が抵
抗列の端部においても均一に行われるようにするが、以
下の説明には関係がないため、ここでは省略する。

また単位抵抗を接続する配線は第２図以外に多少の変形
が考えられるが、いずれにしても従来の集積化Ｒ−２Ｒ
−２層抵抗最大重み付き電流の流れる抵抗Ｒ１を抵抗列
の一端に配置し、抵抗列を構成する他の抵抗をＲ１の一
方の側に配置した構造を持っている。

この構造は、第１図の回路の抵抗の配列順序に従ってそ
のまま実際の抵抗体を配列したものであり、単位抵抗間
の配線が短距離ですむが、単位抵抗間に抵抗値の単調な
変化がある場合には発生する２進重み付き電流の誤差が
大きくなり、アナログ出力の直線性精度が低下するとい
う欠点を有している。

本発明は、上記従来例の欠点を解消するために、単位抵
抗間の抵抗値のバラツキの中の緩やかな変化を予め補正
して、直線性精度の良いアナログ出力を発生できるＲ−
２Ｒ層抵抗を提供するものである。

以下、図面により実施例を詳細に説明する。第３図は、
本発明の詳細な説明するために示したもので、第３図ａ
のように配列して形成された単位抵抗の実際の抵抗値を
抵抗列の一端から順に測定すると、第３図すに一例を示
すような変化がみられ、これは第３図Ｃの曲線Ａで示す
緩やかな変化と曲線Ｂで示す細かい変化との合成からな
ることがわかる。

この緩やかな変化は隣接した単位抵抗間に強い相関があ
り、数個あるいは数十個の単位抵抗にわたって単調に変
化し、とくに抵抗列全域にわたって単調となることが多
い。

一方、細かい変化は隣接した単位抵抗間に何の相関もな
く、抵抗列の全域にわたって乱数的に変化するものであ
る。

これらの変化は、単位抵抗を拡散抵抗、イオン注入抵抗
、多結晶シリコン抵抗あるいは金属薄膜抵抗等で形成す
る場合に、製造工程途中の条件の不均一により抵抗体の
層抵抗や形状および歪が場所によりバラツキを持つため
に生ずるものである。

上記２種の変化のうちで、乱数的な細かい変化による誤
差は、抵抗列製造後にトリミングを行わない限り補正は
不可能であるが、緩やかな変化に対しては本発明に示す
抵抗列の配置をとることによって、予め補正をすること
ができる。

従来のＲ−２Ｒ層抵抗では、第１図における最大重み付
き電流の流れる抵抗Ｒ１を抵抗列の一端に配置し、他の
すべての抵抗Ｒ１（ｉ＝２〜ｎ＋１）とｒ（ｉ−１）（
ｉ）（ｉ−２〜ｎ）をＲ１の一方の側に配置しであるた
め、単位抵抗のバラツキが第３図Ｃの曲線Ａのように緩
やかに単調変化を示すときには、Ｒ１（ｉ＝２〜ｎ＋１
）とｒ（ｉ−＋）（１）（ｌ＝２〜ｎ）のＲ１に対す
る比精度の誤差がすべて同一符号となり、誤差が相加さ
れてアナログ出力の直線性精度が低下する。

この点を考慮し、本発明では第１図における最大重み付
き電流の流れる抵抗Ｒ７を抵抗列の一端に配置せず、Ｒ
１の一方の側にｒ１２を配置し、Ｒ１の他方の側に抵抗
列を構成する他の抵抗Ｒ１（ｉ＝２〜ｎ＋１）および ｒ（ｉ−１）（１）（ｌ−３〜ｎ）を配置したＲ−２Ｒ
層抵抗を提案するものである。

このように構成することにより、単位抵抗の抵抗値が抵
抗列全域にわたって緩やかな単調変化を示す場合には、
ｒ１□のＲ１に対する比精度誤差と他の抵抗のＲ１に対
する比精度誤差とは互に逆符号となり、アナログ出力の
直線性精度が従来のＲ−２Ｒ層抵抗におけるよりも大幅
に改善される。

また単位抵抗の抵抗値の緩やかな変化が抵抗列の全域に
わたっては単調とならない場合でも、Ｒ１を構成する単
位抵抗付近の数個の単位抵抗にわたって単調であれば、
ｒ１２のＲ１に対する比精度誤差がＲ２およびｒ２３を
含む他の数個の抵抗の比精度誤差とは逆符号となって直
線精度の改善をもたらすことができる。

なお、Ｒ１を中心として他の抵抗と反対側に配置する抵
抗はｒ１２に限られ、他の抵抗のいずれを反対側に配置
しても、本発明に示すような効果は得られない。

なぜなら、他の抵抗の比精度誤差とは逆符号の比精度誤
差を与えることにより、アナログ出力の直線精度を顕著
に改善できる抵抗はｒ１２のみに限られるからである。

なお、本発明の配列によるＲ−２Ｒ低抵抗は、第３図Ｃ
の曲線Ｂに示すような単位抵抗の抵抗値の乱数的な細か
い変化から生ずるアナログ出力の直線性誤差に対しては
、これを補正する効果のないことに注意する必要がある
。

従って、本発明のＲ−２Ｒ低抵抗が従来のＲ−２Ｒ低抵
抗よりも良好な直線性精度のアナログ出力を発生するの
は、第３図Ｃの曲線Ａに示したような緩やかな変化が曲
線Ｂに示したような乱数的な細かい変化と同程度か、そ
れ以上の変化量を持つ場合である。

第４図は、本発明によるＲ−２Ｒ低抵抗の実施例を、最
大重み付き電流が流れる抵抗Ｒ１の付近について示した
もので、端子１，２，３．２０は、第１図の同一符号の
端子に対応している。

また斜線を施した抵抗体は、Ｒ１を構成する単位抵抗を
示している。

第４図ａはＲ１を単位抵抗１個で構成する場合の接続配
線の実施例を示したもので、ｒ１２と他の抵抗Ｒ１（ｉ
＝２〜ｎ＋１ ）およびｒ （ｉ−、）（ｉ）（ｉ ＝
３〜ｎ ）との間にＲ１を配置し、ｒ１□と他の抵抗
とがＲ１を中心として互に反対側に配置されるようにす
ることを特徴としている。

また第４図すは、Ｒ１を単位抵抗２個の直列で構成する
場合の接続配線の実施例を示したもので、また第４図Ｃ
は第４図すの変形であり、ｒ１２とＲ１の間に配線を施
さないダミー抵抗体を配置し、単位抵抗間に抵抗値の単
調な変化がある場合にｒ１□のＲ１に対する比精度誤差
を第４図すのものより大きい値にして、アナログ出力の
直線性精度をより改善させている。

数値解析によれば、単位抵抗間の抵抗値変化が単調で、
かつ線形である場合には、第４図ａ、ｂの構成でＲ１と
ｒ１２の間に２個のダミー抵抗を配置すれば、アナログ
出力の直線性精度を最良とすることができる。

また第４図ｄ、ｅは本発明の他の実施例を示したもので
、この場合にもｒ１□とＲ１との間にダミー抵抗体を配
置してアナログ出力の直線性精度を向上させることが可
能である。

ところで、アナログ出力の直線精度は主として重み付け
の大きい重み付き電流の比精度により定まるから、本発
明め思想に基づく抵抗配置は、Ｒ−２Ｒ低抵抗の重み付
けの大きい部分で成立していれば十分であることは云う
までもない。

前述の表は、単位抵抗間の抵抗値変化が単調で、かつ線
形であり、その大きさが単位抵抗１個あたり０．０５％
である場合を例にとって、本発明の効果を数値解析によ
り示したものである。

数値解析は１０ビツトのディジタル人力に対するアナロ
グ出力を与える抵抗列を対象とし、フルスケール出力値
から算出した理論的最小ビット量（ＬＳＢ）を；単位と
した直線性誤差の最大値を求めた。

従来のＲ−２Ｒ低抵抗の構成、即ち第２図す、ｃにおけ
る最大直線性誤差は０．３８ＬＳＢである。

これを本発明の第４図すの構成に変更すれば、最大直線
性誤差は０．１３ＬＳＨに改善され、さらに第４図、Ｃ
のようにダミー抵抗体を配置すれば、直線性誤差は一層
改善され、ダミー抵抗体が２個の場合に０．０６ＬＳＢ
となり、従来回路のおよそ１／６となる。

なお、第４図ａの構成における最大直線性誤差は第４図
すにおけるものと同一の値をとる。

・ また第４図ｄに示す本発明の他の実施例では、最大
直線性誤差は０．２５ＬＳＢとなる。

以上説明したように、本発明によれば、Ｒ−２Ｒ低抵抗
を構成する単位抵抗間の抵抗値のバラツキの中に緩やか
な変化が含まれる場合に、これを予め補正して良好な直
線性精度のアナログ出力を発生できるＲ−２Ｒ低抵抗を
提供するものであり、これを用いたＤＡ変換器の精度向
上に大きく貢献するものである。

【図面の簡単な説明】

； 第１図は、Ｒ−２Ｒ低抵抗の回路図であり、第２
図は、従来のＲ−２Ｒ低抵抗の構成図であり、第３図は
、本発明の詳細な説明するための図であり、第４図は、
本発明の実施例の構成図である。 Ｒ２，３，２０・・・・・・端子、Ｒ１・・・・・・最
大重み付き電流が流れる抵抗、Ｒ２・・・・・・第２番
目の重み付き電流が流れる抵抗、Ｒ３・・・・・・第３
番目の重み付き電流が流れる抵抗。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 同一基板平面上に同一形状の単位抵抗体が等間隔で
   複数配列され、それらの単位抵抗体の抵抗値の誤差が単
   位抵抗体間で相互に関係なくランダムに変化する特性に
   加えて単位抵抗体の配列に従って単調に変化する特性を
   含んでいる単位抵抗体列に、単位抵抗体間を互に接続す
   る所定の配線を施すことによって構成される２進重み付
   き電流を発生するＲ−２Ｒ低抵抗において、 一つあるいは複数の単位抵抗体を接続して構成された最
   大重み付き電流が流れる抵抗をＲ１、一つあるいは複数
   の単位抵抗体を接続して構成された２番目重み付き電流
   が流れる抵抗をＲ２、一つあるいは複数の単位抵抗体を
   接続して構成された第３番目重み付き電流が流れる抵抗
   をＲ３、一つあるいは複数の単位抵抗体を接続して構成
   され、一端子を抵抗Ｒ１に接続され他端子を抵抗Ｒ２に
   接続された抵抗をｒ、２、一つあるいは複数の単位抵抗
   体を接続して構成され、一端子を抵抗Ｒ２に接続され他
   端子を抵抗Ｒ３に接続された抵抗をｒ２３とするとき、
   抵抗Ｒ１を中心として抵抗ｒ１２と、抵抗Ｒ２Ｊ Ｒ３
   ｊ ｒ２３とを互に反対側に配置したことを特徴とする
   Ｒ−２Ｒ低抵抗。