CN100372234C - 数字模拟转换器及其降低尖峰信号的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种数字模拟转换器及其降低尖峰信号的方法。该数字模拟转换器包含多组位元电路，其中每一组位元电路分别对应于该数字电压信号的各个位元，该方法包括：接收该数字电压信号；将对应于该数字电压信号的各个位元中变化量最小的位元的该位元电路靠近一输出模块；以及输出一对应于该数字电压信号的模拟电压信号。

Description

数字模拟转换器及其降低尖峰信号的方法

技术领域

本发明提供一种数字模拟转换器(digital to analog converter，DAC)以及降低该数字模拟转换器的尖峰信号(spike)的方法，尤指一种数字模拟转换器、以及利用在数字模拟转换器中，将对应于一数字电压信号中的一变化量最少的位元的位元电路靠近一输出端，以降低数字模拟转换器的尖峰信号的方法。

背景技术

近年来，液晶显示器(LCD)是PC开发的最重要的附件之一。与同类的阴极射线管(CRT)显示器相比，LCD显示器体积小、辐射少、功耗低，同时视频性能优越、外观新颖圆滑。技术的进步、需求的增加以及生产成本的降低，使LCD的价格降到可为普通消费者接受，新的计算机***都会配置LCD显示器，以取代旧的CRT显示器，同时，许多相关或类似的显示器***亦正在蓬勃发展，薄膜晶体管液晶显示器(thin film transistor liquid crystaldisplay，TFT LCD)强调其微轻薄短小且具平面显示的特征，可见于众多的电器产品之中，举从笔记本电脑及数码照相机的领域，乃至到航天及医疗诊断仪器的领域皆被拿来使用。就产业发展的观点来看，随着大尺寸TFT LCD的竞争日趋白热化，以中小尺寸显示器为诉求的低温多晶硅液晶显示器(LTPS LCD)的发展亦成为现今国内光电产业发展的重点。

在一般的电路中，尖峰信号(spike)等暂态干扰现象，大部分都经由电源输入端而侵入***中而产生，因此利用将电源做一净化处理，在现有技术中，由Tateishi等人所提出的美国专利第6,348,783号，“DC/DC converter forsuppressing effects of spike noise”中就提出一直流/直流转换器对尖峰信号予以有效的净化处理。回到显示器***的电路中，一般液晶显示器或低温多晶硅液晶显示器为了达到省电，***整合的便利性以及节省成本的目的，通常会采取数据以数字型态输入的方式，并将数字模拟转换器(Digital toAnalog Converter，DAC)整合入其显示器***中。此时，信号品质好坏的其中一个关键就在于数字信号与模拟信号的转换，在转换过程中，数字模拟转换器在直流(DC)部分的线性度是否良好以及是否有尖峰信号(spike)的发生等的特性变得很重要，在使用者越来越要求画面品质的今天，尖峰信号这种暂态干扰现象的产生，会造成画面的不稳定，并增加不必要功率的消耗，对于尖峰信号的有效的降低变成日益重要的课题。在现今的显示器***中的数字模拟转换器主要采用电阻串流式数字模拟转换器(R-stringDAC)，电容串流式数字模拟转换器(C-string DAC)，以及混和电阻和电容串流式数字模拟转换器，在电阻串流式数字模拟转换器中最容易遭遇到的严重问题就是尖峰信号的发生，请参阅图1，图1为现有技术的电阻串流式数字模拟转换器10的电路的示意图，此现有技术的数字模拟转换器10为一三对三(3 to 3)电阻串流式数字模拟转换器10，用来将六位元的数字电压信号转换为一模拟电压信号，如图1所示，数字模拟转换器10包括一接收电路12、六组位元电路14～19、一参考电位电路20、以及一输出模块22，接收电路12用来接收此六位元数字电压信号，并分别连接至六组位元电路14～19，而参考电位电路20则提供九个不同的参考电压给六组位元电路14～19，分别为0伏特至四伏特间等分成八等份(意即九个不同的参考电压分别为0V，0.5V 1V，...，3.5V 4V)，如图1中虚线方框所示，六组位元电路14～19中的第一组位元电路14到第六组位元电路19分别对应于数字电压信号的第一位元到第六位元，且每一组位元电路包含多个晶体管，例如对应于数字电压信号的第四位元到第六位元的第四组位元电路1 7到第六组位元电路19就分别包括十六个P型金属氧化物半导体晶体管(PMOS)或N型金属氧化物半导体晶体管(NMOS)，而对应于数字电压信号的第一位元到第三位元的第一组位元电路14到第三组位元电路16就分别包括八个P型金属氧化物半导体晶体管(PMOS)或N型金属氧化物半导体晶体管(NMOS)，每一组位元电路再配合上图1中显示的电阻，可执行分压的功能并将此数字电压信号转换成为对应于该数字电压信号的模拟电压信号。最后电流汇流至输出模块22后，输出模块22可输出转换完成的该模拟电压信号至一数据线，最后利用此模拟电压信号来控制一面板上的一像素中一组成原色的亮度强弱，而图1可知，输出模块22包括一负载电阻24，用来作为阻抗匹配，为不可或缺的要件。

请继续参阅图1，在现有技术的数字模拟转换器10中，最靠近于输出模块22为对应于数字电压信号的第三位元的第三组位元电路16，实际上，在现有技术中，并没有限定是哪一组位元电路要最靠近于输出模块22或最远离输出模块22，值得注意的是，在此电阻串流式数字模拟转换器10中的每一组位元电路所包含的两种晶体管间的组成及排列为特定且不可变更的设计，例如对应于数字电压信号的第四位元的第四组位元电路17就包括八个P型金属氧化物半导体晶体管及八个N型金属氧化物半导体晶体管，且两种晶体管间的排列顺序必须依照图1所示，再譬如说，对应于数字电压信号的第一位元至第三位元的第一组位元电路14至第三组位元电路16都包括四个P型金属氧化物半导体晶体管及四个N型金属氧化物半导体晶体管，但第一组位元电路14至第三组位元电路16在两种晶体管间的排列顺序则截然不同。

请参阅图2，图2为图1现有电阻串流数字模拟转换器10的输出模拟电压信号的模拟图，如图2所示，横轴为时间轴，而纵轴为输出电压值，在随时间而改变的模拟电压信号的电压值出现很严重的尖峰信号干扰，最大的尖峰信号电压可到3伏特，甚至比输出信号还大，而最小的尖峰信号电压也有0.6伏特，如此严重的尖峰信号干扰会造成直接以肉眼即可辨识的画面品质的不稳定，并增加***不必要功率的消耗，于是本发明即是将整个电路作精细的拆解、分析，对各种可能的组合皆使用电路模拟加以测试后，发现此严重的尖峰信号的最主要来源就是输出模块22所包含的负载电阻24，这个用来作为阻抗匹配的负载电阻24，是整个电阻串流数字模拟转换器10乃至于整个显示器***不可或缺，也无法变动的要件，也就是说，要改善此严重的尖峰信号干扰必须从其他部分着手。

发明内容

因此本发明的主要目的在于提供一种用于数字模拟转换器(digital toanalog converter，DAC)中以降低尖峰信号(spike)的方法，以解决上述现有技术的问题。

在本发明中，我们以一电阻串流数字模拟转换器为基础，提出一种设计，其将对应于一数字电压信号的各个位元中变化量最少的位元的该组位元电路，置于最靠近一输出端之处，以降低输出端的负载电阻(尖峰信号的最主要来源)所造成的影响，在无须增加其他的元件及电路的情况下，即可改善尖峰信号造成的显示器的画面品质的不稳定，并减少尖峰信号为***带来不必要功率的消耗。

本发明的目的是在于提供一种使用数字模拟转换器(digital to analogconverter， DAC)将一数字电压信号转换为一模拟电压信号并降低尖峰信号(spike)的方法，该数字模拟转换器包含多组位元电路，其中每一组位元电路分别对应于该数字电压信号的各个位元，该方法包括接收该数字电压信号，将对应于该数字电压信号中的一特定位元的该位元电路靠近一输出模块，以及输出一对应于该数字电压信号的模拟电压信号，其中该数字电压信号中的该特定位元是该数字电压信号的各个位元中变化量最少的位元。

本发明的另一目的是在于提供一种数字模拟转换器，用来将一数字电压信号转换为一模拟电压信号，该数字模拟转换器包括一接收电路，用来接收该数字电压信号；多组位元电路，连接于该接收电路，用来转换该数字电压信号成为对应于该数字电压信号的模拟电压信号，每一组位元电路对应于该数字电压信号中的一位元；以及一输出模块，连接于该多组位元电路中的变化量最少的一组位元电路，用来输出转换完成的该模拟电压信号，该输出模块包括一负载电阻，用来作为阻抗匹配。

附图说明

图1为现有电阻串流式数字模拟转换器的电路示意图；

图2为图1电阻串流数字模拟转换器的输出模拟电压信号的模拟图；

图3为本发明电阻串流式数字模拟转换器的电路示意图；

图4为图3一实施例的列表；以及

图5为图3电阻串流数字模拟转换器的输出模拟电压信号的模拟图。

附图中的附图标记说明如下：

10、30电阻串流式数字模拟转换器

12、32接收电路                    14、34第一组位元电路

15、35第二组位元电路              16、36第三组位元电路

17、37第四组位元电路              18、38第五组位元电路

19、39第六组位元电路              20、40参考电位电路

22、42输出模块                    24、44负载电阻

具体实施方式

首先，因为数字图像(例如灰阶图像)的组成是由许多不同频率的信号所组成，通常这些信号的频率各自以两倍的差异递增或递减，由这些各种频率的信号组成图像(例如灰阶图像)，并对应到数字电压信号的各个位元的过程中，我们发现，必有一位元在时间轴上的变化量(由0变动到1，或由1变动到0)最少，这个发现即变成为我们改进现有技术时重要的基础和依据。请参阅图3，图3为本发明的电阻串流式数字模拟转换器30的电路的示意图，如图3所示的本发明的数字模拟转换器30为一三对三(3 to 3)电阻串流式数字模拟转换器30，用来将一六位元的数字电压信号转换为一模拟电压信号，如图3所示，数字模拟转换器30包括一接收电路32、六组位元电路34～39、一参考电位电路40、以及一输出模块42，接收电路32用来接收此六位元数字电压信号，并分别连接至六组位元电路34～39，而参考电位电路40侧提供九个不同的参考电压40a～40i，这九个不同的参考电压40a～40i分别为0伏特(V)至4伏特(V)间等分成八等分，间隔皆为0.5V的值(意即参考电压40a为0V，40b为0.5V，40c为1V， 40d为1.5V，...，40h为3.5V，40i为4V)，而六组位元电路34～39中的第一组位元电路34到第六组位元电路39分别对应于数字电压信号的第一位元到第六位元，且每一组位元电路包含多个晶体管，例如，对应于数字电压信号的第四位元到第六位元的第四组位元电路37到第六组位元电路39，就分别包括十六个P型金属氧化物半导体晶体管(PMOS)或N型金属氧化物半导体晶体管(NMOS)，而对应于数字电压信号的第一位元到第三位元的第一组位元电路34到第三组位元电路36，亦分别包括八个P型金属氧化物半导体晶体管或N型金属氧化物半导体晶体管。请注意，图3的电阻串流数字模拟转换器30与图1所示现有技术的电阻串流数字模拟转换器10最大的差异在于：依据上述公开，于图3的电阻串流数字模拟转换器30中，只限定将对应于该数字电压信号中的第一位元的第一组位元电路34置于最靠近输出模块42之处，而数字电压信号中的第一位元同时设定为该数字电压信号的各个位元中变化量最少的位元。

图3可说明本发明的电阻串流式数字模拟转换器30将数字电压信号转换为模拟电压信号大致上的过程，当六位元的数字电压信号由接收电路32进入电阻串流式数字模拟转换器30，配合参考电位电路40提供的九个不同的参考电压40a～40i，对应于数字电压信号的第四位元到第六位元的第四组位元电路37到第六组位元电路39就会先决定出两组电压值DACN以及DACP(如图3所示)，数字电压信号的第四位元到第六位元与两组电压值DACN、DACP的对应情形请见图4，图4为图3一实施例的列表。由图4的实施例中可知，两组电压值DACN，DACP之间会有0.5V的差距，因为DACN选取到参考电压40b～40i的电压值(亦即0.5V～4V)，而DACP是选取到参考电压40a～40h的电压值(亦即0V～3.5V)，如此再藉由电阻分压，如图3所示，每个紧邻第三组位元电路的电阻会跨压0.5V/8＝0.04V，于是对应于数字电压信号的第一位元到第三位元的第一组位元电路34到第三组位元电路36就会先决定出一条通路，并将电压下传至输出模块42，输出模块42可输出转换完成的该模拟电压信号至一数据线，最后利用此模拟电压信号来控制一面板上的一像素中一组成原色的亮度强弱，和图1的现有技术相同，本发明电阻串流数字模拟转换器30的输出模块42亦包括一负载电阻44，用来作为阻抗匹配，为不可或缺的要件。

请继续参阅图3，在数字模拟转换器30中，最靠近于输出模块42为对应于数字电压信号各个位元中变化量最少的第一位元的第一组位元电路34，再者，在电阻串流式数字模拟转换器30中的每一组位元电路所包含的两种晶体管间的组成及排列为特定且不可变更的设计，例如对应于数字电压信号的第四位元的第四组位元电路37就包括八个P型金属氧化物半导体晶体管及八个N型金属氧化物半导体晶体管，且两种晶体管间的排列顺序必须依照图3所示，再以对应于数字电压信号的第一位元至第三位元的第一组位元电路34至第三组位元电路36为例，三者皆包括四个P型金属氧化物半导体晶体管及四个N型金属氧化物半导体晶体管，但第一组位元电路34至第三组位元电路36在两种晶体管间的排列顺序则截然不同。值得注意的是，图3中分别观察每一组位元电路所包含的两种晶体管(P型金属氧化物半导体晶体管(PMOS)及N型金属氧化物半导体晶体管(NMOS))之间的组成及排列，可将其对应于图1现有技术的每一组位元电路。举例而言，本发明的第一组位元电路所包含的两种晶体管于图3中由左而右的组成及排列为NNNNPPPP，而图1现有技术中的第一组位元电路所包含的两种晶体管由左而右的组成及排列亦为NNNNPPPP，换言之，本发明即是将图1现有技术中的第一组位元电路与第三组位元电路的位置调换，将对应于该数字电压信号中的第一位元，也就是该数字电压信号的各个位元中变化量最少的位元的第一组位元电路34置于最靠近输出模块42之处。

请参阅图5，图5为图3本发明电阻串流数字模拟转换器30的输出模拟电压信号的模拟图，如图3所示，横轴为时间轴，而纵轴为输出电压值，随时间而改变的模拟电压信号的电压值出现的尖峰信号干扰远较图2现有技术的尖峰信号干扰来的小，最大的尖峰信号电压只到0.5伏特左右，大幅的改善现有技术所出现的严重尖峰信号干扰，虽然图2及图5所显示的尖峰信号都是模拟的结果，但目前产业界在产品真正开始量产前，都必须利用这些模拟过程对产品作品质分析，这些模拟过程所带来的讯息也相当接近产品量产后的真实情况，再者，如前所述，在严密的分析和模拟后可知，尖峰信号的最主要来源就是输出端的负载电阻，这个用来作为阻抗匹配的负载电阻，是现有及本发明的电阻串流数字模拟转换器所不可或缺，也无法变动的要件，也就是说，藉由本发明电阻串流数字模拟转换器的设计，将对应于输入的数字电压信号中的各个位元中变化量最少的位元的该组位元电路，置于最靠近输出模块端之处，使得在无须增加其他的元件及电路的情况下，即可改善尖峰信号造成的显示器的画面品质的不稳定，并减少尖峰信号所为***带来不必要功率的消耗。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (5)

1.一种使用电阻串流式数字模拟转换器将一数字电压信号转换为一模拟电压信号并降低尖峰信号的方法，该数字模拟转换器包含多组位元电路，其中每一组位元电路分别对应于该数字电压信号的一位元，该方法包括：

接收该数字电压信号；

将对应于该数字电压信号中的一特定位元的该位元电路靠近一输出模块；以及

输出一对应于该数字电压信号的模拟电压信号，

其中该数字电压信号中的该特定位元是该数字电压信号的各个位元中变化量最少的位元。

2.如权利要求1所述的方法，其中每一组位元电路包含多个晶体管。

3.如权利要求1所述的方法，其中该数字模拟转换器的输出模块包括一负载电阻，用来作为阻抗匹配。

4.一种电阻串流式数字模拟转换器，用来将一数字电压信号转换为一模拟电压信号，该数字模拟转换器包括：

一接收电路，用来接收该数字电压信号；

多组位元电路，连接于该接收电路，用来转换该数字电压信号成为对应于该数字电压信号的模拟电压信号，每一组位元电路对应于该数字电压信号中的一位元；

一参考电位电路，其电连接于该多组位元电路，用来提供参考电压给该多组位元电路；以及

一输出模块，连接于该多组位元电路中的变化量最少的一组位元电路，用来输出转换完成的该模拟电压信号，该输出模块包括一负载电阻，用来作为阻抗匹配。

5.如权利要求4所述的数字模拟转换器，其中每一组位元电路包含多个晶体管。

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