JPH0198322A - 抵抗分圧型ディジタル−アナログ変換器 - Google Patents

抵抗分圧型ディジタル−アナログ変換器

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JPH0198322A
JPH0198322A JP13918488A JP13918488A JPH0198322A JP H0198322 A JPH0198322 A JP H0198322A JP 13918488 A JP13918488 A JP 13918488A JP 13918488 A JP13918488 A JP 13918488A JP H0198322 A JPH0198322 A JP H0198322A
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卓哉 原田
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は例えばアナログ−ディジタル変換器等に内蔵さ
れる抵抗分圧型ディジタル−アナログ変換器に関する。
〔従来の技術〕
例えば逐次比較型アナログ−ディジタル変換器において
は、逐次比較に供される電圧を生成するために、直列接
続され両端に所定電圧Vrefが印加された抵抗ストリ
ンゲスによる分圧点(タップ)電圧を、行及び列デコー
ダに入力するディジタル信号に応じて半導体スイッチ群
により選択し、アナログ信号として出力端子に取り出す
構成の抵抗分圧型ディジタル−アナログ変換器を内蔵し
ている。
このような抵抗分圧型ディジタル−アナログ変換器の従
来の構成を第6図の電気回路図に示す。
図において、印加電圧Vrefの印加されるVref−
端子とVref”端子との間には2’ (nはビット数
)個の等抵抗rが直列接続しており、より具体的には行
方向に直列接続した抵抗回路単位Rを梯子型に折り返し
接続している。そして、こうした多数の抵抗rが形成す
る回路の分圧点電圧を取り出す為に、抵抗回路単位Rに
平行してそれぞれ列線100を配設し、さらに、抵抗回
路単位Rの各抵抗に対応してこの抵抗回路単位Rに交差
するように行線101を配設し、その列線100、行線
101をそれぞれ列デコーダ102、行デコーダ103
より択一的に選択するようにしている。
そして、各抵抗1間の接続部Pと、行線101との間に
例えばF ET (Field Effect Tra
nsis−tor )によるスイッチ素子104を接続
し、そのスイッチ素子104を列線100を介して列デ
コーダ102により駆動して、接続部Pと行線lO1と
を導通する事により、その接続部Pにおける分圧点電圧
を基準電圧として出力している。
〔発明が解決しようとする課題〕
このように、多数の抵抗を直列接続し、その分圧点電圧
を選択出力する構成であるので、出力の直線性精度を向
上させる為には抵抗の相対精度を高くしなければならな
い。
ここで、抵抗は通常ポリシリコン、あるいはP“。
N゛の拡散領域にて構成しており、その抵抗を形成する
際に拡散処理等は勾配をもってばらつきを生じている。
第6図に示す従来の抵抗分圧型ディジタル−アナログ変
換器においてはその抵抗が上位順(あるいは下位順)に
配置され、又、梯子型に折り返し接続している事から、
行方向における勾配はある程度打ち消す事ができるもの
の、列方向においてはその勾配の影響を受けてしまい、
その抵抗値が一定の勾配をもってばらつき、第7図の電
圧の理想値に対する誤差の特性図において特性aで示す
ように、出力が1/2Vrefの時に理想値と大きくず
れてしまい、非線形誤差が悪化してしまうという問題が
あった。
また、逐次比較型アナログ−ディジタル変換器にて使用
する場合は、MSB (最上位ビット)決定時にl/2
Vrefとアナログ入力を比較し、次にその結果に応じ
て1/4Vrefまたは3/4Vrefと比較する。こ
の時、ディジタル−アナログ変換器のセトリング時間は
、抵抗値とFETスイッチの接合容量等の寄生容量で決
定され、この1/2Vrefから1/4または3/4V
refへのセトリング時間が、出力電圧の振幅が最も大
きい為に、各ビット決定時のセトリング時間の中で最も
長く、この時間により各ビットの変換周期が決定されて
しまう。A/D変換時間を短くする為に、抵抗分圧型デ
ィジタル−アナログ変換器のセトリング時間を短縮しよ
うとすると、抵抗値を下げる必要があるが、これにより
、パターン面積の増大、配線抵抗等の影響が大きくなり
、非直線性誤差が悪化してしまうという問題があった。
そこで本発明は上記の問題点に鑑みなされたものであっ
て、抵抗値が勾配をもってばらついたとしても、その非
線形誤差への影響を低減し、直線性精度を改善する事を
主な目的としている。
又、セトリング時間を短縮して、高速なディジタル−ア
ナログ変換を可能とすることを他の目的としている。
〔課題を解決するための手段〕
上記の目的を達成する為に、本発明の抵抗分圧型ディジ
タル−アナログ変換器は複数の抵抗を直列接続した抵抗
回路単位を折り返し接続し、その両端に所定電圧を印加
した抵抗回路群と、ディジタル信号が入力される複数本
の入力線と、前記入力線からの信号に応じて、前記抵抗
回路単位に対応して配設した列線を択一的に選択する列
デコーダと、    − 前記入力線からの信号に応じて、前記抵抗回路単位の各
抵抗に対応して、該抵抗回路単位と交差するように配設
した行線を択一的に選択し、出力端子に導通する行デコ
ーダと、 前記抵抗間の各接続部と、前記行線との間に接続され、
前記列線を介して前記列デコーダにより駆動して、該接
続部と該行線とを導通するスイッチ手段とを備え、 前記抵抗回路群をマトリクス状に配置する4つの領域に
分割し、その領域のうち上位2つめ領域間、及び下位2
つの゛領域間を、それぞれ対角に配置するように接続し
た事を特徴としている。
さらに、前記複数本の入力線のうち、少なくとも上位2
ビットのディジタル信号が入力される入力線からの信号
に応じて、前記4つの領域のうち1つの領域を選択し、
該選択された領域からめ前記出力線を外部線に導通する
選択回路を備えるようにしても良い。
又、前記4つの領域のうち、前記選択回路により選択さ
れた領域を除く3つの領域は、所定の電位に固定される
ようにしても良い。
〔作用〕
そして本発明によると、抵抗回路群の4つの領域のうち
上位2つの領域間、及び下位2つの領域間を、それぞれ
対角に配置するように接続しているから、印加した所定
電圧の中間電圧にて列方向及び行方向における勾配をも
ったばらつきが打ち消され、電圧の理想値に対する誤差
がOになる点が生じ、従って誤差の大きさは小さくなる
又、抵抗回路群を4つの領域に分割しているので、各々
の領域内においてスイッチ手段の接合容量等の寄生容量
は1/4程度となり、時定数もほぼ1/4となるので、
セトリング時間が短縮される。
又、選択回路により4つの領域のうち1つの領域を選択
しているので、逐次比較型アナログ−ディジタル変換器
にて使用する場合、例えば各領域内の抵抗の数を同数と
し、抵抗回路群の両端にVrefを印加したとすると、
各領域は下位から0■、1/4Vref 、1/2Vr
ef 、3/4Vrefが出力されることになる。従っ
てl/2Vrefから1/4または3/4Vrefへの
セトリング時間は無視でき、1/4Vrefから1/8
または3/8Vref 、 3/4Vrefから5/8
.7/8Vrefへのセトリング時間が最も長くなる。
これにより、l/2Vrefから1/4または3/4V
refに比べ出力電圧振幅がほぼ1/2になり、延いて
はセトリング時間がより短縮される。
又、選択回路により選択されない3つの領域を所定の電
位に固定することにより、4つの領域の列・行デコーダ
が同時に動作し寄生容量が変動することによりセトリン
グ時間が長くなるのを防ぎ、高速なディジタル−アナロ
グ変換を可能とする。
〔実施例〕
以下、本発明を図面に示す実施例を用いて説明する。
第1図は本発明の一実施例を示す電気回路図であり、1
0ビットの抵抗分圧型ディジタル−アナログ変換器を構
成したものである。図において、1024個の等抵抗r
が直列接続しており、抵抗回路群を構成している。そし
て、その両端子であるVref一端子とVref”端子
との間には印加電圧Vrefが印加される。抵抗回路群
は行方向、即ち後述の行線2が並ぶ方向に配列して直列
接続した抵抗回路単位Rを梯子型に折り返し接続した構
成で、マトリクス状態に配置した4つの領域A、B。
C,Dに分割しており、各領域は256個の抵抗rを有
している。・より具体的に説明すると、Vref−端子
に接続した領域Aの抵抗回路群はその末端の抵抗rから
、領域Aに対して対角に配置する領域りの抵抗rに接続
しており、領域りの末端の抵抗rからは、この領域りと
領域Aにより囲んだ領域Bの抵抗rに接続しており、領
域Bの末端の抵抗rからは、領域Aと領域りとの間の配
線とたすき掛けになるように配線され、領域Bに対して
対角に配置する領域Cの抵抗rに接続しており、領域C
の末端の抵抗rはV ref ”端子に接続している。
そして、この抵抗回路群により分圧される分圧点電圧を
出力に取り出す為に、抵抗回路単位Rに平行してそれぞ
れ列線1を配設し、さらに、抵抗回路単位Rの各抵抗r
に対応してこの抵抗回路単位Rに交差するように行線2
を配設している。これら列線1、行線2は各領域にそれ
ぞれ設けた列デコーダ3、行デコーダ4により択一的に
選択される。尚、列デコーダ3、行デコーダ4の具体的
な構成は、それぞれ第2図、第3図の電気回路図に示さ
れる。即ち、列デコーダ3については、4ビットの入力
線82〜B5をNOT回路31を用いて8本の信号線に
分け、それらの信号線を任意に選択・してAND回路3
2に入力し、その出力により列&?t 1に選択信号を
与えている。又、行デコーダ4については、5ビットの
入力線85〜B9をXNOR回路41、NOT回路42
.43を介して8本の信号線に分け、それらの信号線を
NAND回路44により任意に選択し、その出力をNO
T回路46を介してFETによるスイッチングゲート4
5に入力している。そして、このスイッチングゲート4
5は選択信号が与えられると行線2と出力線5を導通す
る。尚、第2図、第3図は図を簡単にする為にそれぞれ
1本の列線1、行線2あたりの回路構成を示している。
そして、各抵抗1間の接続部Pと、行線2との間に例え
ばFETによるスイッチ素子6をそれぞれ接続し、その
スイッチ素子6のゲートに列線lを介して列デコーダ3
から駆動信号を与える事により、接続部Pと行線2とを
導通する。
そして、出力線5はマルチプレクサ7に接続しており、
マルチプレクサ7は第4図の電気回路図に具体的に示す
ように、信号綿bl−b4にNOT回路71を介してス
イッチングゲート72を接続し、スイッチングゲート7
2に選択信号が与えられると出力線5と外部線9とを導
通する。又、デコーダ8は第5図の電気回路図に具体的
に示すように、2ビットの入力線BO,BlをNOT回
路81,82、及びNAND回路83により4本の信号
線b1〜b4に分け、マルチプレクサ7へ入力している
次に、上記構成における回路動作を説明する。
入力線BO〜B9に10ビットのディジタル信号が入力
されると、入力線BO,Blの信号を受けてデコーダ8
及びマルチプレクサ7により領域A。
B、C,D17)−5ちIつの領域が選択され、その領
域に接続した出力線5が外部線9と導通ずる。それと同
時に、入力線82〜B5の信号を受けて列デコーダ3に
より1本の列線lに選択信号が出力され、その列線1に
接続した1列のスイッチ素子6が全て駆動される。そし
て、入力線85〜B9の信号を受けて行デコーダ4によ
り1本の行線2が選択され、出力線5と導通ずる事によ
り、各領域においてそれぞれ分圧点が決定され、その分
圧点電圧が出力線5に出力される。そして、4本の出力
線5のうち選択された線が上述したように外部線9と導
通ずることにより、最終的に特定の分圧点による分圧点
電圧が外部線9からアナログ信号の基準電圧として出力
される。
そこで本実施例によると、各抵抗rの抵抗値が勾配をも
ってばらついたとしても、抵抗回路群の上位2つの領域
である領域Cと領域B、及び下位2つの領域である領域
りと領域Aとがそれぞれ対角に配置するように接続して
いるので、領域Bと領域りとの間の電圧レベルにて、列
方向及び行方向における勾配、即ち二次的な勾配をもっ
たばらつきを打ち消す事ができ、第7図に特性すで示す
ように、出力が1/2Vrefにおいて誤差が0となる
点が生じ、誤差の最大点は1/4Vref 、 3/4
V refの2点で現れる事になるが、その大きさは従
来と比較するとほぼl/2になる。具体的な数値にて比
較すると、lOビットの抵抗分圧型ディジタル−アナロ
グ変換器の場合、従来では誤差の最大値カ月、27 L
SB (I LSB=Vref /2”〔V〕)である
のに対し、本実施例では0.67 LSBとなる。尚、
本実施例においては各領域内にて抵抗回路単位Rを梯子
型に折り返し接続しているので、各領域内における行方
向の勾配をもったばらつきをある程度打ち消す事ができ
、より特性を良くしている。
さらに本実施例によると、各領域間の配線が何ら他の領
域により影響を受ける事がなく、極力短く形成できるの
で、配線抵抗の増大による悪影響がない、尚、抵抗回路
群を5つ以上の領域に分割した場合には配線長が長くな
り配線抵抗により精度が低下し、高精度の抵抗分圧型デ
ィジタル−アナログ変換器変換器としては使用する事が
できなくなる。
又、本実施例によると、抵抗回路群をA、B。
C,Dの4つの領域に分割しているので、各々の領域内
においてスイッチ素子6の数が、第6図に示す従来技術
と比較すると1/4となり、スイッチ素子6の接合容量
等の寄生容量は1/4程度となり、その結果、この寄生
容量と抵抗rの抵抗値により決定される時定数もほぼ1
/4となるので、その分セトリング時間を短縮できる。
さらに、各領域は下位からA:OV、D:1/4Vre
f 、 B : 1/2Vref 、 C:3/4Vr
efが出力されることになり、そして、入力線BO,B
lからの信号を受けてマルチプレクサ7がA、B、C。
Dのうちの1つの領域を選択しているので、1/2Vr
efから1/4または3/4vrefへのセトリング時
間は無視でき、1./4Vrefから1/8または3/
8Vref 、 3/4Vrefから5/8 、7/8
Vref ヘのセトリング時間が最も長くなる。これに
より、l/2Vrefから1/4または3/4VreH
:比べ出力電圧振幅がほぼ1/2になり、延いてはセト
リング時間がより短縮される。
次に、第9図、第1O図(a)、 (b)および第11
図(a)、 (b)を用いて本発明の他の実施例を説明
する。
尚、本実施例は、上述した第1図に示す実施例と基本的
構成は同じであり、同一構成要素には同一符号を付して
その説明を省略する。以下の説明は、第1図に示す構成
とは異なる点を主に説明する。
本実施例において、各々の列デコーダ3aは第10図(
a)に示す回路構成をしており、第2図を用いて説明し
た列デコーダ3と比較すると、信号線b1〜b4をAN
D回路32に入力している点が異なる。即ち、領域Aの
列デコーダ3aは信号線b1を、領域Bのものは信号線
b3を、領域Cのものは信号線b4を、領域りのものは
信号線b2をそれぞれAND回路32に入力している。
又、各領域において最下位の抵抗回路単位Rを選択する
列デコーダ3bは、第10回軸)に示す回路構成をして
おり、信号線bl−b4からの信号を反転してAND−
OR回路33に入力している。
各々の行デコーダ4aは、第11図(a)に示す回路構
成をしており、第3図を用いて説明した列デコーダ4と
比較すると、信号線b1〜b4をNAND回路44に入
力している点が異なる。即ち、領域Aの行デコーダ4a
は信号線b1を、領域Bのものは信号線b3を、領域C
のものは信号線b4を、領域りのものは信号線b2をそ
れぞれNADN回路44に入力している。又、各領域に
おいて最下位の抵抗rを選択する行デコーダ4bは、第
11図(ロ)に示す回路構成をしており、信号線b1〜
b4からの信号を反転してAND−NOR回路47に入
力している。
又、領域Aからの出力線5は、信号線blが入力される
マルチプレクサ7に、領域Bからの出力線5は信号線b
3が入力されるマルチプレクサ7に、領域Cからの出力
線5は信号線b4が入力されるマルチプレクサ7に、領
域りからの出力線5は信号線b2が入力されるマルチプ
レクサ7に、それぞれ接続される。
そこで、本実施例の構成による回路動作は、まず入力線
BO〜B9にlOビットのディジタル信号が入力される
と、入力線BO,Blの信号を受けてデコーダ8及びマ
ルチプレクサ7により領域A、B、C,Dのうち1つの
領域が選択され、その領域に接続した。出力線5が外部
線9と導通する。
それと同時に、入力線B2〜B5の信号を受けて列デコ
ーダ3a、3bにより1本の列線1に選択信号が出力さ
れ、その列線lに接続した1列のスイッチ素子6が全て
駆動される。そして、入力線85〜B9の信号を受けて
行デコーダ4a、4bにより1本の行線2が選択され、
出力線5と導通する事により、選択された領域において
分圧点が決定され、その分圧点電圧が出力線5に出力さ
れる。そして、4本の出力線5のうち選択された線、 
 が上述したように外部線9と導通することにより、特
定の分圧点による分圧点電圧が外部線9からアナログ信
号の基準電圧として出力される。
ここで、入力線BO,B1によって選択されない領域は
、列・行デコーダに入力される信号線b17b4のいず
れかのレベルがローレベルとなり、入力線82〜B9の
レベルがどのような状態となっていても、列デコーダは
3bが、行デコーダは4bが選択され、その領域の最低
の分圧点の電位が出力線5に出力される。これにより、
入力線82〜B9の信号が変化したとき、4つの領域の
デコーダが同じ行・列を同時に選択しにいくのを防ぎ、
入力線BO,Blによって選択された領域のみが入力線
82〜B9で決定する行・列を選択する。行・列の選択
が変化すれば、その分圧点の電位を出力するのにスイッ
チ素子6の接合容量、配線容量などの寄生容量と、抵抗
値で決定される時定数のセトリング時間を必要とするが
、本実施例のように選択されない領域が、最低電位の分
圧点の行・列を固定選択することにより、4つの領域の
行・列デコーダが同時に動作し、ディジタル−アナログ
変換器のセトリング時間を長くするのを防ぎ、上記第1
図に示す実施例より、さらに高速なディジタル−アナロ
グ変換を可能とする。尚、本発明者達の測定によると、
第6図に示す従来術と比較して約4倍のセトリング時間
の高速化が可能となった。
以上、本発明を上記実施例を用いて説明したが、本発明
はそれに限定されず、その主旨を逸脱しない限り例えば
以下に示すように種々変形可能である。
■上記実施例の各領域A−Dの配置及び接続関係を模式
的に示すと第8図(a)のようになるが、第8図(b)
のように接続してもよい。
■又、上記実施例では各領域の有する抵抗rの数は25
6個ずつであるが、その数は任意に変更してもよく、そ
の場合、第8図(C)に示すように配置すればよい。
■又、各領域内における抵抗回路単位Rの接続は梯子型
でなくともよく、例えば列及び行方向ともに折り返す二
重折り返し型としてもよい。
〔発明の効果〕
以上述べたように本発明によれば、抵抗回路群をマトリ
クス状に配置する4つの領域に分割し、且つ、上位2つ
の領域間、及び下位2つの領域間を、それぞれ対角に配
置するように接続しているので、抵抗値が勾配をもって
ばらついたとしても、その非線形誤差への影響を低減し
、直線性精度を高める事ができるので、延いては製造工
程における歩留りを上げる事ができ、製品コストを下げ
る事ができる。又、抵抗回路群を4つの領域に分割して
いるので、各々の領域内においてスイッチ手段の接合容
量等の寄生容量は1/4程度となり、時定数もほぼ1/
4となるのでセトリング時間を短縮できる。
又、選択回路により4つの領域のうち1つの領域を選択
しているので、セトリング時間に影響を与える出力電圧
振幅の大きさがほぼ1/2になり、セトリング時間をよ
り短縮できる。
さらに、選択回路により選択されない3つの領域を所定
の電位に固定することにより、セトリング時間が長くな
るのを防ぎ、より高速なディジタル−アナログ変換を可
能にするという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す電気回路図、第2図は
第1図における列デコーダの電気回路図、第3図は第1
図における行デコーダの電気回路図、第4図は第1図に
おけるマルチプレクサの電気回路図、第5図は第1図に
おけるデコーダの電気回路図、第6図は従来の電気回路
図、第7図は電圧の理想値に対する誤差の特性図、第8
図(a)〜(C)は抵抗回路群の各領域の配置及び接続
関係を模式的に表した図、第9図は本発明の他の実施例
を示す電気回路図、第10図(a)、 (b)は第9図
における列デコーダの電気回路図、第11図(a)、 
(b)は第9図における行デコーダの電気回路図である
。 l・・・列線、2・・・行線、3・・・列デコーダ、4
・・・行デコーダ、5・・・出力線、6・・・スイッチ
素子、7・・・マルチプレクサ、8・・・デコーダ。 代理人弁理士  岡 部   隆 旦 第5図 第6図 第7図 (a)       (1)) (C) 第8図 b1〜b4 (b) 第  10   図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)複数の抵抗を直列接続した抵抗回路単位を折り返
    し接続し、その両端に所定電圧を印加した抵抗回路群と
    、 ディジタル信号が入力される複数本の入力線と、前記入
    力線からの信号に応じて、前記抵抗回路単位に対応して
    配設した列線を択一的に選択する列デコーダと、 前記入力線からの信号に応じて、前記抵抗回路単位の各
    抵抗に対応して該抵抗回路単位と交差するように配設し
    た行線を択一的に選択し、出力線に導通する行デコーダ
    と、 前記抵抗間の各接続部と、前記行線との間に接続され、
    前記列線を介して前記列デコーダにより駆動して、該接
    続部と該行線とを導通するスイッチ手段とを備え、 前記抵抗回路群をマトリクス状に配置する4つの領域に
    分割し、その領域のうち上位2つの領域間、及び下位2
    つの領域間を、それぞれ対角に配置するように接続した
    事を特徴とする抵抗分圧型ディジタル−アナログ変換器
  2. (2)さらに、前記複数本の入力線のうち、少なくとも
    上位2ビットのディジタル信号が入力される入力線から
    の信号に応じて、前記4つの領域のうち1つの領域を選
    択し、該選択された領域からの前記出力線を外部線に導
    通する選択回路を備える請求項1記載の抵抗分圧型ディ
    ジタル−アナログ変換器。
  3. (3)前記4つの領域のうち、前記選択回路により選択
    された領域を除く3つの領域は、所定の電位に固定され
    るようにした請求項2記載の抵抗分圧型ディジタル−ア
    ナログ変換器。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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