JPS60259023A - D/a変換器 - Google Patents
D/a変換器Info
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- JPS60259023A JPS60259023A JP60105714A JP10571485A JPS60259023A JP S60259023 A JPS60259023 A JP S60259023A JP 60105714 A JP60105714 A JP 60105714A JP 10571485 A JP10571485 A JP 10571485A JP S60259023 A JPS60259023 A JP S60259023A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
- G05F3/00—Non-retroactive systems for regulating electric variables by using an uncontrolled element, or an uncontrolled combination of elements, such element or such combination having self-regulating properties
- G05F3/02—Regulating voltage or current
- G05F3/08—Regulating voltage or current wherein the variable is DC
- G05F3/10—Regulating voltage or current wherein the variable is DC using uncontrolled devices with non-linear characteristics
- G05F3/16—Regulating voltage or current wherein the variable is DC using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices
- G05F3/20—Regulating voltage or current wherein the variable is DC using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations
- G05F3/26—Current mirrors
- G05F3/262—Current mirrors using field-effect transistors only
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
- H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
- H03M1/66—Digital/analogue converters
- H03M1/82—Digital/analogue converters with intermediate conversion to time interval
- H03M1/822—Digital/analogue converters with intermediate conversion to time interval using pulse width modulation
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- Theoretical Computer Science (AREA)
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の属する技術分野〕
本発明は、デジタル信号をアナログ信号に変換するデジ
タル・アナログ(L)/J’、)変換器に関する。
タル・アナログ(L)/J’、)変換器に関する。
従来から、種々の方式のi) / t’−変換器が信号
源等に1史用されているが、一般にnビットのD/A変
換器の揚台、各ビットは電流源から構成されており、k
番目のビットIi(= 2’−’ * I、の大きさの
一組の直流電流を発生する。ただし■1は最下位ビット
の電流源か7ら発生される電流の大きさである。
源等に1史用されているが、一般にnビットのD/A変
換器の揚台、各ビットは電流源から構成されており、k
番目のビットIi(= 2’−’ * I、の大きさの
一組の直流電流を発生する。ただし■1は最下位ビット
の電流源か7ら発生される電流の大きさである。
入力される二進数に応じて、D/kV換器の制御器は電
流Ikの選択された一つをl)/A変換器の出力1部に
導く。一般に、電流Ikは二進数のに番目のビットが1
であるときに限ってD/A変換器の出力部に導かれる。
流Ikの選択された一つをl)/A変換器の出力1部に
導く。一般に、電流Ikは二進数のに番目のビットが1
であるときに限ってD/A変換器の出力部に導かれる。
したがって[)/A変換器の出力部に導かれたこれらす
べての電流の相は二進数に比例する。
べての電流の相は二進数に比例する。
実際には、連続するIkの比はIkに小さな誤差がある
ため正確に2ではない。これら誤差の各々は出力電流が
nビットの正確さで発生するように最下位電流II K
比較して小さくなければならない。
ため正確に2ではない。これら誤差の各々は出力電流が
nビットの正確さで発生するように最下位電流II K
比較して小さくなければならない。
ビットの数が増すにつれて、対応する精度の1%(を発
生するのがますます困難になる。従来の])/A変換器
で使用される電流源としで、11(を第13図に示すよ
うにR−2Rラダーを用いて発生する方式がある。Ik
の各々の精度は、R−2Rラダーの構成質素である抵抗
値の精度と各2R抵抗器の右側の端子にかかる電圧の均
一性とによって決まる。
生するのがますます困難になる。従来の])/A変換器
で使用される電流源としで、11(を第13図に示すよ
うにR−2Rラダーを用いて発生する方式がある。Ik
の各々の精度は、R−2Rラダーの構成質素である抵抗
値の精度と各2R抵抗器の右側の端子にかかる電圧の均
一性とによって決まる。
分解能が10ビット以上のD/A変換器については、精
密に揃った抵抗器をチップ面積が適度なモノリシックの
形で作るために製作後高価なレーザトリミングを行うか
あるいは抵抗器と並列に設けたンエナ〜ダイオードを短
絡することにより抵抗値を調整する選択的ツェナーダイ
オード短絡技法(selective zener 、
diode shorting techniques
)を利用する必安がある。
密に揃った抵抗器をチップ面積が適度なモノリシックの
形で作るために製作後高価なレーザトリミングを行うか
あるいは抵抗器と並列に設けたンエナ〜ダイオードを短
絡することにより抵抗値を調整する選択的ツェナーダイ
オード短絡技法(selective zener 、
diode shorting techniques
)を利用する必安がある。
1精度モノリシンク、[)/A変換器用動的要素整合J
(rDynamic ELement Matchi
ng for HighAccuracy Monol
ithic D/A Converters J、Ig
EE JSSC1795・−800ページ、5c−11
゜1976年12月発行)と題する文献には、第14図
に示すように、構成要素の不整合性から生ずる誤差を平
均化するように電流の流れを制御するスイッチを用いる
技術が開示されている。この方法では大きさ2Iの電流
が、それぞれの大きさがIの二つの電流を発生する第1
の分割器141に供給される。しかし、第1分割器14
1の構成部品の不整合のため、第1分割器141の各出
力電流の大きさは、第1の電流が(1+e)*I 第2
の電流が(1−e)*■ となる。ただしeは得られた
二つの電流の誤差の童である。これら二つの電流は50
%デー−ティサイクルを有するクロックに応答する第1
のスイッチ142に供給される。クロックサイクルの最
初の半サイクルの間に、第1の電流は出力端子aに、第
2の電流は出力端子すに導かれる。
(rDynamic ELement Matchi
ng for HighAccuracy Monol
ithic D/A Converters J、Ig
EE JSSC1795・−800ページ、5c−11
゜1976年12月発行)と題する文献には、第14図
に示すように、構成要素の不整合性から生ずる誤差を平
均化するように電流の流れを制御するスイッチを用いる
技術が開示されている。この方法では大きさ2Iの電流
が、それぞれの大きさがIの二つの電流を発生する第1
の分割器141に供給される。しかし、第1分割器14
1の構成部品の不整合のため、第1分割器141の各出
力電流の大きさは、第1の電流が(1+e)*I 第2
の電流が(1−e)*■ となる。ただしeは得られた
二つの電流の誤差の童である。これら二つの電流は50
%デー−ティサイクルを有するクロックに応答する第1
のスイッチ142に供給される。クロックサイクルの最
初の半サイクルの間に、第1の電流は出力端子aに、第
2の電流は出力端子すに導かれる。
クロックブイクルの他の半サイクルに、第1の電流は出
力端子すに、第2の電流は出力端子aに導かれる。デー
−ティサイクルが正確に50%であれば、出力端子aに
おける平均電流■aと出力端子すにおける平均電流Ib
とはそれぞれIに等しくなる。同様に、分割器143,
145およびスイッチ144,146を用いて各電流を
l/2に分割する。
力端子すに、第2の電流は出力端子aに導かれる。デー
−ティサイクルが正確に50%であれば、出力端子aに
おける平均電流■aと出力端子すにおける平均電流Ib
とはそれぞれIに等しくなる。同様に、分割器143,
145およびスイッチ144,146を用いて各電流を
l/2に分割する。
一般て、デー−ティサイクルは50%といくらかの分数
誤差fとの和(すなわち、デユーティサイクルは0.5
*(1+f)である)であるので、電流Iaは(1+e
f)*Iに等しく、Ibは(1−ef)*Iに等しい。
誤差fとの和(すなわち、デユーティサイクルは0.5
*(1+f)である)であるので、電流Iaは(1+e
f)*Iに等しく、Ibは(1−ef)*Iに等しい。
この場合、誤差はeではなくef であるから、第1ス
イツチおよび分割器の構成要素の精度が多少悪(でもI
aおよびIbの精度を劣化おせることはない。第14図
のように一連の分割器とスイッチとを直列に接続してl
)’/A変換器に使用1−るための−組の二進値に対応
する出力電流(二進スケール電流)を発生することがで
きる。この技法によれば構成要素に必安な精度は幾分低
くなるが、その機構はなおデー−ティサイクルの精度等
によって制限される。したがってそのように限定されな
い新しい形式の二進スケールの電流源を備゛るのが望ま
しい。
イツチおよび分割器の構成要素の精度が多少悪(でもI
aおよびIbの精度を劣化おせることはない。第14図
のように一連の分割器とスイッチとを直列に接続してl
)’/A変換器に使用1−るための−組の二進値に対応
する出力電流(二進スケール電流)を発生することがで
きる。この技法によれば構成要素に必安な精度は幾分低
くなるが、その機構はなおデー−ティサイクルの精度等
によって制限される。したがってそのように限定されな
い新しい形式の二進スケールの電流源を備゛るのが望ま
しい。
本発明は高精度なl)/A変換器を提供することを目的
とする。
とする。
本発明によれば、二進スケールの電流を発生するための
制御信号のチューティサイクル間に、二進関係を持たせ
ており、これによって二進ス4−ルの電流源が形成され
る。この機構を本願明細書では、[重み付デーーティサ
イクルl (WDC)機構と言う。この電流源を利用す
ることによりD/A変換器を構成する。
制御信号のチューティサイクル間に、二進関係を持たせ
ており、これによって二進ス4−ルの電流源が形成され
る。この機構を本願明細書では、[重み付デーーティサ
イクルl (WDC)機構と言う。この電流源を利用す
ることによりD/A変換器を構成する。
二進スケール電流源は、k二〇、・旧・・口に対する一
組のn + l lli!iIの制御信号Bkを発生す
るために二進カウンタおよびデコーダを使用している。
組のn + l lli!iIの制御信号Bkを発生す
るために二進カウンタおよびデコーダを使用している。
k番目の制御信号(k=1からnまで)に対するデーー
ティ丈イクルは0番目の制御信号のデー−ティサイクル
の2 倍である。−組の○+1個のスイッチM、)、・
・曲、Moが大きさIの直流電流源に並列に接続されて
いる。各スイッチMkは制御信号株で制真される。制御
信号の形状は任意の与えられた時間に、制御信号Bkの
唯一に限り高であるように選定される。この結果、スイ
ッチM1(はBkが高のとき全電流■をその出力に導く
。したがって、Mkの出力での電流1K(k=1からn
)の平均値■には2に−n−1*■ に等しくなる。各
出力電流IKは関連する低域フィルタを通過して11に
比較して全リップルを無視し得る(たとえば11のl/
8より小さい)直流電流を発生′1−る。これら直流電
流はD/A変換器に使用するには好適の二進スヶ−ルミ
流である。
ティ丈イクルは0番目の制御信号のデー−ティサイクル
の2 倍である。−組の○+1個のスイッチM、)、・
・曲、Moが大きさIの直流電流源に並列に接続されて
いる。各スイッチMkは制御信号株で制真される。制御
信号の形状は任意の与えられた時間に、制御信号Bkの
唯一に限り高であるように選定される。この結果、スイ
ッチM1(はBkが高のとき全電流■をその出力に導く
。したがって、Mkの出力での電流1K(k=1からn
)の平均値■には2に−n−1*■ に等しくなる。各
出力電流IKは関連する低域フィルタを通過して11に
比較して全リップルを無視し得る(たとえば11のl/
8より小さい)直流電流を発生′1−る。これら直流電
流はD/A変換器に使用するには好適の二進スヶ−ルミ
流である。
制御信号のタイミングに関する誤差によるIk中の誤差
を除(には、一対の相補性スイッチM CoとM c+
とを電流源IとスイッチMkとの間に接続する。
を除(には、一対の相補性スイッチM CoとM c+
とを電流源IとスイッチMkとの間に接続する。
これらのスイッチは電流■を一連の等しいパルスとして
スイッチノ■にの入力に供給するように働く。
スイッチノ■にの入力に供給するように働く。
パルスのタイミングはどの制御信号もこれらパルスの一
つの期間中に遷移な生じないようになっている。したが
って、電流IKは電流■のこれらのパルスの一つながり
であって、iKの中のこのよ5なパルスの平均的割合は
11の中のパルスの割合の2に一1倍である。
つの期間中に遷移な生じないようになっている。したが
って、電流IKは電流■のこれらのパルスの一つながり
であって、iKの中のこのよ5なパルスの平均的割合は
11の中のパルスの割合の2に一1倍である。
重基付チューティブイクル(WDC)機構の実施例は二
つある。第一のものを本願明細書では[重み付パルス幅
j (WPW)機構と名付けるが、これにおいては、そ
れぞれの制御信号は周期′rの周期信号であって、制御
信号Bk(k二1からnに対して)の形状は幅2 *′
rの一つの連続パルスに対して各周期′rの期間中Bk
が高になるようになっている。「重み付繰返し率J(W
RR)機構と名付けるもう一つの実施例では、Bk(k
二1から口までについて)は周期信号であって幅2*T
の2に一1個のばらばらのパルスから構成されてい谷た
だしここで′rはすべてのBkの集まりに対する群パタ
ーン繰返し周期である。
つある。第一のものを本願明細書では[重み付パルス幅
j (WPW)機構と名付けるが、これにおいては、そ
れぞれの制御信号は周期′rの周期信号であって、制御
信号Bk(k二1からnに対して)の形状は幅2 *′
rの一つの連続パルスに対して各周期′rの期間中Bk
が高になるようになっている。「重み付繰返し率J(W
RR)機構と名付けるもう一つの実施例では、Bk(k
二1から口までについて)は周期信号であって幅2*T
の2に一1個のばらばらのパルスから構成されてい谷た
だしここで′rはすべてのBkの集まりに対する群パタ
ーン繰返し周期である。
WDC機構には主な誤差源が二つある。第一の誤差源は
スイッチMkへの共通入力部に存在する寄生容量Cpで
ある。スイッチMkには電界効果トランジスタ(E’E
T)を使用するのが便利である。
スイッチMkへの共通入力部に存在する寄生容量Cpで
ある。スイッチMkには電界効果トランジスタ(E’E
T)を使用するのが便利である。
共通入力部にパルス電流を加えるとこの共通入力点で電
流パルスと同じ周波数で電圧値が高レベルおよび低レベ
ル間で交替する。E’ E ’L”スイッチMi(0間
にはゲート電圧と閾値電圧とにおける差異が避けられな
いから、これら高低レベルの電圧値は全く同じではない
。このため一つのスイッチMkが導通している期間の成
る時期に電荷が寄生容量に移動する。この寄生容量との
間の電荷の正味の遷移により、Mkを通るパルスにも差
異が生ずる。
流パルスと同じ周波数で電圧値が高レベルおよび低レベ
ル間で交替する。E’ E ’L”スイッチMi(0間
にはゲート電圧と閾値電圧とにおける差異が避けられな
いから、これら高低レベルの電圧値は全く同じではない
。このため一つのスイッチMkが導通している期間の成
る時期に電荷が寄生容量に移動する。この寄生容量との
間の電荷の正味の遷移により、Mkを通るパルスにも差
異が生ずる。
Ikへの影響は制御信号Bkの単位時間あたりの遷移の
数に比例し、したがって制御信号Bkの単位時間あたり
の遷移の数が制御信号B1の単位時間あたりの遷移の数
の2 倍である重み付繰返し率機構では問題は一層重大
になる。第二の誤差源は直流電流1にの他に出力に現わ
れる残留リップルである。
数に比例し、したがって制御信号Bkの単位時間あたり
の遷移の数が制御信号B1の単位時間あたりの遷移の数
の2 倍である重み付繰返し率機構では問題は一層重大
になる。第二の誤差源は直流電流1にの他に出力に現わ
れる残留リップルである。
低域フィルタは各Ikのこの誤差を11と比較して無視
できる(たとえば、I+のl/8より少い)ようにする
ために使用される。
できる(たとえば、I+のl/8より少い)ようにする
ために使用される。
第1図は、本発明のD/A変換器の一部な示すブロック
図である。第1図では、3ビツトの場合を示している。
図である。第1図では、3ビツトの場合を示している。
電流illは電流■を、[’E’[’13〜16から成
るスイッチM o ” M 3が接続されている線路1
2に供給する。k番目のスイッチMkはFB’I’Mk
のゲートに加えられる制御信号Bkに応答して開閉す
る。k番目の制御信号Bkのデユーティサイクルは0番
目の制御信号B。と1番目の制御信号B1どのデー−テ
ィサイクルの2に一1倍である。制御信号のタイミング
と形状とは与えられた時間に制御信号の一つにかぎり高
になって4えられた時間にスイッチの一つだけが導通す
るように選定される。この結果、k番目のスイッチの出
力部に、サイクルの分数 の期間中rに等しく、サイク
ルの残りの期間中0になる電流iKが生ずる。
るスイッチM o ” M 3が接続されている線路1
2に供給する。k番目のスイッチMkはFB’I’Mk
のゲートに加えられる制御信号Bkに応答して開閉す
る。k番目の制御信号Bkのデユーティサイクルは0番
目の制御信号B。と1番目の制御信号B1どのデー−テ
ィサイクルの2に一1倍である。制御信号のタイミング
と形状とは与えられた時間に制御信号の一つにかぎり高
になって4えられた時間にスイッチの一つだけが導通す
るように選定される。この結果、k番目のスイッチの出
力部に、サイクルの分数 の期間中rに等しく、サイク
ルの残りの期間中0になる電流iKが生ずる。
各a流jg (k = 1 カラn マチ) kl大キ
サ21cmn−’*′rの直流電流Ikであり、低域フ
ィルタを通して流れる。電流■1とInとはそれぞれ二
進スケール電流の最下位ビット(L’SB)と最上位ピ
ッ)(MSBである。電流1oは二進スケール電流の一
つではなく、したがって、()/A変換器の出力信号を
発生するためにD/A変換器の制御部には供給されない
。たとえばioは大地に落すことができる。
サ21cmn−’*′rの直流電流Ikであり、低域フ
ィルタを通して流れる。電流■1とInとはそれぞれ二
進スケール電流の最下位ビット(L’SB)と最上位ピ
ッ)(MSBである。電流1oは二進スケール電流の一
つではなく、したがって、()/A変換器の出力信号を
発生するためにD/A変換器の制御部には供給されない
。たとえばioは大地に落すことができる。
発生させやすい制御信号の形式は2種類あり。
これを第2図に示す。これら二つの形式による機構をこ
こでは重み付パルス幅(WPW)機構および重み付繰返
し率(WRR)機構と呼ぶ。これら筒機構において、制
御信号は群パターン繰返し周期′rを有する周期信号で
あり、この周期ですべての制御信号がそりバタ=ンを繰
返す。WPW機構では、k#目の制御信号Bk(k:1
からnに対して)の一つの周期内に、制御信号は持続時
間2に−o−r*+rの一つのパルスを含んでいる。W
R’R機構では、一つの群パターン繰返し周期Tの間
に、制御信号Bk(k=1カ6nlcJtlテ)&!持
続時間2 * ’rの2に−1個のパルスを含んでいる
。前記両機構の制御信号においてパルスのタイミングは
与えられた時間にただ一つの制御信号が高レベルになる
ようになっている。これら制御信号の発生について第9
〜12図に関連して後述する。
こでは重み付パルス幅(WPW)機構および重み付繰返
し率(WRR)機構と呼ぶ。これら筒機構において、制
御信号は群パターン繰返し周期′rを有する周期信号で
あり、この周期ですべての制御信号がそりバタ=ンを繰
返す。WPW機構では、k#目の制御信号Bk(k:1
からnに対して)の一つの周期内に、制御信号は持続時
間2に−o−r*+rの一つのパルスを含んでいる。W
R’R機構では、一つの群パターン繰返し周期Tの間
に、制御信号Bk(k=1カ6nlcJtlテ)&!持
続時間2 * ’rの2に−1個のパルスを含んでいる
。前記両機構の制御信号においてパルスのタイミングは
与えられた時間にただ一つの制御信号が高レベルになる
ようになっている。これら制御信号の発生について第9
〜12図に関連して後述する。
■kが発生ずる場合の精度は、制御信号のチューティサ
イクルの精度によって決まる。制御信号の各々のデユー
ティサイクルの誤差はBOおよびB1のデー−ティサイ
クルと比奴して小さくなければならないので、電流は最
下位二進スケール電流■】の値の端数以内に正確なり/
A、変換器全出力電流を発生する心安がある。この制限
はこの機構で発生することができる正確度のビットの数
口をきびしく制限する。第3図にこの制御信号のデユー
ティサイクルの精度に対する感受性を除く重み付デユー
ティサイクル型二進スケール電流源の実施例を示す。
イクルの精度によって決まる。制御信号の各々のデユー
ティサイクルの誤差はBOおよびB1のデー−ティサイ
クルと比奴して小さくなければならないので、電流は最
下位二進スケール電流■】の値の端数以内に正確なり/
A、変換器全出力電流を発生する心安がある。この制限
はこの機構で発生することができる正確度のビットの数
口をきびしく制限する。第3図にこの制御信号のデユー
ティサイクルの精度に対する感受性を除く重み付デユー
ティサイクル型二進スケール電流源の実施例を示す。
第3図において、FU2’l?315オよび316から
成る一対のスイッチMcOとM(、とが第1図の回路に
付加されている。この追加したスイッチの目的は制御信
号の遷移と重ならないパルスでスイッチMo、・・・・
・・、M、に電流Iを供給することである。説明の便宜
上、MC,とM。lとをパルススイッチと呼び。
成る一対のスイッチMcOとM(、とが第1図の回路に
付加されている。この追加したスイッチの目的は制御信
号の遷移と重ならないパルスでスイッチMo、・・・・
・・、M、に電流Iを供給することである。説明の便宜
上、MC,とM。lとをパルススイッチと呼び。
Mo、・・・・・・、Mnを二進スイッチと呼ぶことに
する。
する。
MCOはタロツク信号CLKに応答し、MCIはクロッ
ク信号の補数−〇LK に応答する。第4図に二進スイ
ッチに供給される電流パルス(斜線を施した区間に発生
する)と二進スイッチ用制御信号との関係を示す。
ク信号の補数−〇LK に応答する。第4図に二進スイ
ッチに供給される電流パルス(斜線を施した区間に発生
する)と二進スイッチ用制御信号との関係を示す。
パルススイッチM。0.MCIは電流■をクロック信号
が高になっている期間にだけ二進スイッチに送るように
働く。第7図を参照して更に詳しく後述するが、制御信
号とクロック信条とは同じ水晶発振器の出力信号に応答
して発生する。電流しまCLK内のパルスの期間だけ関
連する二進スイッチに流れ、このパルスの間は制御信号
によって遷移が起らないので、関連する二進スイッチの
各々を流れる電流の持続時間は制御信号Bo、・・・・
・・、B、の遷移のタイミングや形状の小さな誤差には
影響されない。
が高になっている期間にだけ二進スイッチに送るように
働く。第7図を参照して更に詳しく後述するが、制御信
号とクロック信条とは同じ水晶発振器の出力信号に応答
して発生する。電流しまCLK内のパルスの期間だけ関
連する二進スイッチに流れ、このパルスの間は制御信号
によって遷移が起らないので、関連する二進スイッチの
各々を流れる電流の持続時間は制御信号Bo、・・・・
・・、B、の遷移のタイミングや形状の小さな誤差には
影響されない。
WDC機構には主な誤差源が二つある。第一の誤差源は
二進スイッチの入力部が接続されている線路32に存在
する寄生容量317によって生ずる。
二進スイッチの入力部が接続されている線路32に存在
する寄生容量317によって生ずる。
この寄生容量の値をC1で表わす。この誤差の原因は第
5A図を参照すれば埋)昇′1−ることかできる。
5A図を参照すれば埋)昇′1−ることかできる。
第5A図には、クロック信号CLK、3ビツト二進スケ
ール電流源の場合の制御信号B+、・・・・・・、B3
、線路32の電圧■、および寄生容量317への電流l
を示しである。
ール電流源の場合の制御信号B+、・・・・・・、B3
、線路32の電圧■、および寄生容量317への電流l
を示しである。
線路320電圧■の時間変動は第5B図を参照すれば理
解することができる。第5B図にはドレイン電流In対
ゲート・ソース間電圧VCSの代表的プロットを示しで
ある。この図で、VTはIDが本質的にOであるゲート
・ソース間電圧の閾値であり、VGa (I)はLが電
流源llの電流Iに等しくtxルケート・ソース間電圧
の値である。パルススイッチMc、が断になると、電圧
Vが、スイッチMkが非導通になるようなレベルへ増加
するまで、高レベルの制御信号Bkに関連するスイッチ
Mkを介して容量317は充電される。したがって、高
レベル電圧はVkh二Vkc VTKであり低レベル電
圧はVK、=VKG VK(Is(I)である。ここで
Mkは高レベル制御電圧が印加された二進スイッチであ
り、Vvc。
解することができる。第5B図にはドレイン電流In対
ゲート・ソース間電圧VCSの代表的プロットを示しで
ある。この図で、VTはIDが本質的にOであるゲート
・ソース間電圧の閾値であり、VGa (I)はLが電
流源llの電流Iに等しくtxルケート・ソース間電圧
の値である。パルススイッチMc、が断になると、電圧
Vが、スイッチMkが非導通になるようなレベルへ増加
するまで、高レベルの制御信号Bkに関連するスイッチ
Mkを介して容量317は充電される。したがって、高
レベル電圧はVkh二Vkc VTKであり低レベル電
圧はVK、=VKG VK(Is(I)である。ここで
Mkは高レベル制御電圧が印加された二進スイッチであ
り、Vvc。
は二進スイッチMk K対するゲート電圧の高レベル値
であり、VKTは二進スイッチMkの閾値電圧であり、
ViGs (I)は二進スイッチMkのドレイン電流が
■に等しい場合のゲート・ソース間重圧である。
であり、VKTは二進スイッチMkの閾値電圧であり、
ViGs (I)は二進スイッチMkのドレイン電流が
■に等しい場合のゲート・ソース間重圧である。
これら高、低レベルの値が第5A図に示すようにに二進
スイッチMk間の整合が不充分のためすべλ てのスイッチについて等しくないとき、寄生容量317
が、スイッチが導通り間、スイッチを通って移動する正
味の電荷に影響することになる。線路32にかかる風圧
が遷移する間に寄生容量317に移動する電、荷は遷移
の時刻″における寄生容量317へり電流1の電流スパ
イクの下の面積に等しい。
スイッチMk間の整合が不充分のためすべλ てのスイッチについて等しくないとき、寄生容量317
が、スイッチが導通り間、スイッチを通って移動する正
味の電荷に影響することになる。線路32にかかる風圧
が遷移する間に寄生容量317に移動する電、荷は遷移
の時刻″における寄生容量317へり電流1の電流スパ
イクの下の面積に等しい。
この面積は寄生容z3t7に比例するとともにその遷移
のときの電圧Vの変化にも比例する。B3におするt=
1からt−5までの最初のパルスの間には、を二1にお
ける電圧はt:5における電圧と等しいから寄生容量3
17への電荷の正味の移動は起らない。こりため、を二
2およびt二4における1の電流スパイクの面積は大き
さが等しく、符号が反対であり、したがってt二1とL
二5との間では正味電荷が寄生容量317に移行しない
。
のときの電圧Vの変化にも比例する。B3におするt=
1からt−5までの最初のパルスの間には、を二1にお
ける電圧はt:5における電圧と等しいから寄生容量3
17への電荷の正味の移動は起らない。こりため、を二
2およびt二4における1の電流スパイクの面積は大き
さが等しく、符号が反対であり、したがってt二1とL
二5との間では正味電荷が寄生容量317に移行しない
。
しかしなから、l=5では、電圧がt二9におけろ電圧
と等しくないから、その期間内に寄生容量317に移動
する正味電荷はOではない。スイッチM2はその期間導
通しているから、このために12の値に誤差を生ずる。
と等しくないから、その期間内に寄生容量317に移動
する正味電荷はOではない。スイッチM2はその期間導
通しているから、このために12の値に誤差を生ずる。
B2内のパルスは常に83内のパルスに追従するから、
スイッチM2を通る電荷の移動ごとにこの同じ誤差が生
ずることになり、したかってI2の誤差はBz内にこり
)ようなパルスが発生する割合に比例1−ることになる
。したがって、この問題は重み付は繰返し率@構では遷
移の数が増すため重み付は繰返し機構では重み付パルス
幅機構よりもはるかに重大になる。
スイッチM2を通る電荷の移動ごとにこの同じ誤差が生
ずることになり、したかってI2の誤差はBz内にこり
)ようなパルスが発生する割合に比例1−ることになる
。したがって、この問題は重み付は繰返し率@構では遷
移の数が増すため重み付は繰返し機構では重み付パルス
幅機構よりもはるかに重大になる。
k番目の出力に対する正味の誤差電流IerrはIer
r ”−v*Cp *Fx である。ここでFKは8にの基本周波数でありVはBx
内のパルスの始まりの時刻と終りの時刻との間の電圧
$■の差の平均値である。12ビツト二進スケール電流
源(すなわち、n二12)の場合、109F I7)寄
生容量、Vに対する100rnvの値、および電流■。
r ”−v*Cp *Fx である。ここでFKは8にの基本周波数でありVはBx
内のパルスの始まりの時刻と終りの時刻との間の電圧
$■の差の平均値である。12ビツト二進スケール電流
源(すなわち、n二12)の場合、109F I7)寄
生容量、Vに対する100rnvの値、および電流■。
mlOmAに対して、重み付繰返し率機構はI err
がI1のl/8 より少(なければならない場合、多く
とも1.2 M)IZ のクロック速度にI]限される
。12ビツト二進スケール電流源の場合、Fnは重み付
繰返し率機構では重み付パルス幅機構でよりも2048
倍大きく、したがって、その他の条件が等しければ、W
PW機構ではWRR機構よりもクロック速度を2048
倍速くすることができる。
がI1のl/8 より少(なければならない場合、多く
とも1.2 M)IZ のクロック速度にI]限される
。12ビツト二進スケール電流源の場合、Fnは重み付
繰返し率機構では重み付パルス幅機構でよりも2048
倍大きく、したがって、その他の条件が等しければ、W
PW機構ではWRR機構よりもクロック速度を2048
倍速くすることができる。
第二の誤差源はその出力電流に関連するigがその関連
する低域フィルタを通して濾波されてからの各出力電流
内に残っているリップルである。この二進スケール電流
源に使用するのに好適な低域フィルタは第6図のフィル
タである。このフィルタは直列に接続された三つのRC
フィルタから構成されている。各フィルタの抵抗器Rは
そのフィルタの各段の前後の直流降下電圧Vdcが便利
な値(たとえばlボルト)になるように選ばれる。次に
容tCは残留リップルのピークからピークまでの値がr
に比較して無視し得る(たとえば、■蓋の]/8よりl
トさいンよつに選ばれる。このためフィルタ内の容量C
の値は最上位電流iKに対して重み付繰返し率機構ノ場
合:oS2* I * 2−”/3木’[’/Vdc重
み付パルス幅機+gのta合: 0.09 * I *
2 n/3* T/V(1t−でなければならない。
する低域フィルタを通して濾波されてからの各出力電流
内に残っているリップルである。この二進スケール電流
源に使用するのに好適な低域フィルタは第6図のフィル
タである。このフィルタは直列に接続された三つのRC
フィルタから構成されている。各フィルタの抵抗器Rは
そのフィルタの各段の前後の直流降下電圧Vdcが便利
な値(たとえばlボルト)になるように選ばれる。次に
容tCは残留リップルのピークからピークまでの値がr
に比較して無視し得る(たとえば、■蓋の]/8よりl
トさいンよつに選ばれる。このためフィルタ内の容量C
の値は最上位電流iKに対して重み付繰返し率機構ノ場
合:oS2* I * 2−”/3木’[’/Vdc重
み付パルス幅機+gのta合: 0.09 * I *
2 n/3* T/V(1t−でなければならない。
第7図に蔗み付デユーティサイクル機構を使用している
二進スケール電流源を含むD/A変換器のブロック図を
示す。電流源70は二進重み付電流を発生するように制
御可能に切替えられる電流■を発生する。二相クロック
発生器71は水晶発振器72からの出力信号に応答して
互いに90度だけ位相がずれている一対のクロック信号
を発生する。このクロック信号の第一の信号はタロツク
信号CLKとその補数−CLKとを発生するクロックバ
ッファ73に供給される。パルススイッチ74と75と
はそれぞれCLKおよび−CL Kに応答するが、電流
源70に接続されて一組の二進スィッチ7120入力部
に電流のパルスを供給する。
二進スケール電流源を含むD/A変換器のブロック図を
示す。電流源70は二進重み付電流を発生するように制
御可能に切替えられる電流■を発生する。二相クロック
発生器71は水晶発振器72からの出力信号に応答して
互いに90度だけ位相がずれている一対のクロック信号
を発生する。このクロック信号の第一の信号はタロツク
信号CLKとその補数−CLKとを発生するクロックバ
ッファ73に供給される。パルススイッチ74と75と
はそれぞれCLKおよび−CL Kに応答するが、電流
源70に接続されて一組の二進スィッチ7120入力部
に電流のパルスを供給する。
一対のバッファ76と77とはパルススイッチをバッフ
ァしてパルスのデユーティサイクルが二進スケール電流
源の他の点に存在する信号によって変調されないように
している。
ァしてパルスのデユーティサイクルが二進スケール電流
源の他の点に存在する信号によって変調されないように
している。
クロック信号の第2の信号CLK’は、ロピットの二進
カウンタ710、デコーダ79.n+1ビットのデータ
のラッチ78に供給される。二進カウンタ710の出力
に応答して、デコーダ79は一組のΩ+1個のディジタ
ル制御信号を発生する。第二のクロ2り信号に応答して
、データラッチ78は13個の制御信号のそれぞれをバ
ッファ増幅器711を介して二進スイッチの関連する一
つのゲートに加える。第7図のスイッチM、の電流はダ
ンプされる。第7図のn +mのスイッチM +、・・
・・・・、M、の電流は一組の低域フィルタ717に加
えられる。得られる二進スケール電流は[)/A変換器
の制御部713への0本の一組の線路716に加えられ
る。k番目の最下位電流II(は入力部714から制御
部713に入る二進数のに番目の最下位ビットと関連し
ている。二進数内の1であるビットに対しては、その関
連する二進スケール電流が、出力電流が二進数に比例す
るようにJ)/A変換器の出カフ15に導かれる。
カウンタ710、デコーダ79.n+1ビットのデータ
のラッチ78に供給される。二進カウンタ710の出力
に応答して、デコーダ79は一組のΩ+1個のディジタ
ル制御信号を発生する。第二のクロ2り信号に応答して
、データラッチ78は13個の制御信号のそれぞれをバ
ッファ増幅器711を介して二進スイッチの関連する一
つのゲートに加える。第7図のスイッチM、の電流はダ
ンプされる。第7図のn +mのスイッチM +、・・
・・・・、M、の電流は一組の低域フィルタ717に加
えられる。得られる二進スケール電流は[)/A変換器
の制御部713への0本の一組の線路716に加えられ
る。k番目の最下位電流II(は入力部714から制御
部713に入る二進数のに番目の最下位ビットと関連し
ている。二進数内の1であるビットに対しては、その関
連する二進スケール電流が、出力電流が二進数に比例す
るようにJ)/A変換器の出カフ15に導かれる。
第8図に重み付デユーティサイクル機構を使用している
実施例中の各種MOSトランジスタの幅対長さの比の代
表値と各種信号の電圧レベルとを示す。第9図にWRR
機構の二相クロック発生器71、二進カウンタ710、
およびデコーダ79に使用するのに好適な回路を示す。
実施例中の各種MOSトランジスタの幅対長さの比の代
表値と各種信号の電圧レベルとを示す。第9図にWRR
機構の二相クロック発生器71、二進カウンタ710、
およびデコーダ79に使用するのに好適な回路を示す。
この回路は直列に接続されているn個のマスタスレーブ
・トグル・フリップフロップの一部91を使用している
。
・トグル・フリップフロップの一部91を使用している
。
フリップフロップの各々の出力Qmと出力Qsとはそれ
ぞれマスク出力とスレーブ出力とである。NOTゲート
92とANDゲートの組93とはマスク出力に接続され
て制御信号Bkを発生ずる。この回路の信号間の関係を
第1O図に示す。第9図と第10図とに類似している。
ぞれマスク出力とスレーブ出力とである。NOTゲート
92とANDゲートの組93とはマスク出力に接続され
て制御信号Bkを発生ずる。この回路の信号間の関係を
第1O図に示す。第9図と第10図とに類似している。
対応するWPW用ブロック図を第11図、第12図に示
す。
す。
本発明によれば、高精度なり/&変換器を提供できる。
第1図は本発明のl)/A変換器の原理を示すブロック
図。 第2図は第1図のl)/A変換器のタイミング図。 イミング図。 第5B図は、本発明に使用するE”ETスイッチの特性
図。 第6図は、本発明に使用する低域フィルタの回路図。 第7図は、本発明の第1実施例を示すブロック図。 第8図は、第7図の各構成愛素の大きさを示す説明図。 第9図は、本発明に使用する制御回路の第一実施例を示
すブ07り図。 第1O図は、第9図のタイミング図。 第11図は、本発明に使用する制御回路の第2実施例を
示すブロック図。 第12図は、第1[図のタイミング図。 第13図、第14図は、従来のD / A変換器のブロ
ック図。 17〜19:低域フィルタ、 Mo−5−M3 + M co + M c+ :スイ
ッチ、317:浮遊容量、 71:2相りロック発生器
、72:水晶発振器、73:バッファ、 78:ラノチ、 79:デコーダ、 710 :二進カウンタ、 711:バッファ増幅器、
713:制御部、 717:低域フィルタ。 出願人 横河化ニーレット・バソカード株式会社代理人
弁理士 長 谷 川 次 男 −■ IG I IG 2 FfG 3 ゜1 く ば) LL−り し− 5c Bo− 3 LL′ ul)oo+I′ \ −\\−
図。 第2図は第1図のl)/A変換器のタイミング図。 イミング図。 第5B図は、本発明に使用するE”ETスイッチの特性
図。 第6図は、本発明に使用する低域フィルタの回路図。 第7図は、本発明の第1実施例を示すブロック図。 第8図は、第7図の各構成愛素の大きさを示す説明図。 第9図は、本発明に使用する制御回路の第一実施例を示
すブ07り図。 第1O図は、第9図のタイミング図。 第11図は、本発明に使用する制御回路の第2実施例を
示すブロック図。 第12図は、第1[図のタイミング図。 第13図、第14図は、従来のD / A変換器のブロ
ック図。 17〜19:低域フィルタ、 Mo−5−M3 + M co + M c+ :スイ
ッチ、317:浮遊容量、 71:2相りロック発生器
、72:水晶発振器、73:バッファ、 78:ラノチ、 79:デコーダ、 710 :二進カウンタ、 711:バッファ増幅器、
713:制御部、 717:低域フィルタ。 出願人 横河化ニーレット・バソカード株式会社代理人
弁理士 長 谷 川 次 男 −■ IG I IG 2 FfG 3 ゜1 く ば) LL−り し− 5c Bo− 3 LL′ ul)oo+I′ \ −\\−
Claims (1)
- 並列接続された第1−第n(nは整数)スイッチ手段と
、前記各スイッチ手段に電流を供給する電流源手段と、
第k(kはn以下の整数)スイッチを前記第1スイツチ
の2 倍のア二一アイサイクルで開閉制御する制御手段
とを具備して成るD/A変換器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/611,803 US4587477A (en) | 1984-05-18 | 1984-05-18 | Binary scaled current array source for digital to analog converters |
| US611803 | 1996-03-06 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60259023A true JPS60259023A (ja) | 1985-12-21 |
Family
ID=24450468
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60105714A Pending JPS60259023A (ja) | 1984-05-18 | 1985-05-17 | D/a変換器 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4587477A (ja) |
| JP (1) | JPS60259023A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| FR2620836B1 (fr) * | 1987-09-21 | 1990-01-19 | Thomson Semiconducteurs | Source d e courant ajustable et convertisseur numerique/analogique a auto-calibration utilisant une telle source |
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1984
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1985
- 1985-05-17 JP JP60105714A patent/JPS60259023A/ja active Pending
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| JPS58104528A (ja) * | 1981-12-16 | 1983-06-22 | Hitachi Ltd | デジタル・アナログ変換器 |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4587477A (en) | 1986-05-06 |
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