JPH0758912B2 - 高速セトリングd/a変換器 - Google Patents

高速セトリングd/a変換器

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JPH0758912B2
JPH0758912B2 JP31094286A JP31094286A JPH0758912B2 JP H0758912 B2 JPH0758912 B2 JP H0758912B2 JP 31094286 A JP31094286 A JP 31094286A JP 31094286 A JP31094286 A JP 31094286A JP H0758912 B2 JPH0758912 B2 JP H0758912B2
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Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は電圧出力型D/A変換器の出力特性が改良され
た高速セトリングD/A変換器に関する。
「従来の技術」 第8図は従来の電圧出力型D/A変換器の構成例を示す図
である。アナログ信号に変換すべきnビットのデジタル
信号が第1〜第nスイッチS1〜Snに与えられ、例えば与
えられたビット信号が『1』の時にその各ビット信号に
対応するスイッチS1〜Snが閉成される。スイッチS1〜Sn
のそれぞれの一方の端子には与えられるビット信号の重
み付け(21,22…2n)に対応した信号電流I/21,I/22……
I/2nがそれぞれ定電流源C1〜Cnから供給されており、ス
イッチの開閉に応じてそれらの信号電流I/21,I/22……I
/2nが基準電流源11からの電流Iと加算して演算増幅器1
2に供給される。この加算電流iは演算増幅器12により
電圧信号vに変換して出力される。例えば、第2ビット
だけが『1』のデジタルデータが与えられる場合、第2
定電流源C2からの信号電流I/22=I/4が、この例では電
流の向きを考えると基準電流源11の信号電流Iから減算
して演算増幅器12の負入力端Aに与えられる。
演算増幅器12はその出力信号が帰還抵抗器Rf及び帰還コ
ンデンサCfを介して負入力端Aに帰還される電流−電圧
変換回路13を構成し、負入力端Aに供給される信号電流
iが信号電圧vに変換して出力される。先の例では、最
大変換出力電圧VMAXに対して4分の1のステップ電圧
(VMAX/4)として出力される。
「発明が解決しようとする問題点」 電流−電圧変換回路13に供給される信号電流iが理想的
なステップ波形で変化したとしても、電流−電圧変換回
路13を構成する帰還抵抗器Rf及び帰還コンデンサCfによ
る帯域制限や、また演算増幅器12の出力特性などによ
り、電流−電圧変換回路13の出力電圧vが信号電流iに
対応する電圧値に整定するまで時間がかかり、デジタル
−アナログ変換器としての動作特性が悪く、D/A変換速
度が遅いという問題がある。
「問題点を解決するための手段」 この発明ではアナログ信号に変換されるべきデジタルデ
ータが一時記憶レジスタに記憶されると共に、そのデジ
タルデータは乗算器により所定倍される。また、この所
定倍されたデータと一時記憶レジスタ内に既に記憶され
アナログ信号に前回変換されたデジタルデータとが加算
器で加算され、マルチプレクサの一方の入力端に供給さ
れる。そしてこの加算信号は、他方の入力端に供給され
ているアナログ信号に変換されるべきデジタルデータに
代えて、デジタル−アナログ変換動作の始めの所定時間
だけマルチプレクサから電流−電圧変換回路へ供給され
る。
「発明の作用」 この発明の構成によれば、アナログ信号に変換されるべ
きデジタルデータに対応する所定の信号電流に代えて過
大信号電流或いは過少信号電流をD/A変換動作の始まり
の所定時間だけ電流−電圧変換回路に与えることによ
り、その電圧出力の初期変化率を大きく変化させ、従っ
て、変換すべきデジタルデータに対応する出力電圧値へ
迅速に変化する。
「実施例」 第1図はこの発明の高速セトリングD/A変換器の実施例
の要部を示す図である。この実施例では、定電流源とし
て電流出力型D/A変換器を用いて構成した例である。こ
の発明では、アナログ信号に変換されるべきデジタルデ
ータDはデータ処理回路21に供給され、デジタルデータ
Dはそのデータ処理回路21によりデータ変換処理を受け
てから電流出力型D/A変換器22に供給される。即ち、デ
ータ処理回路21は電流−電圧変換回路23の出力電圧変化
の変化率が大きくなるようにデジタルデータをデータ変
換処理し、その変換処理されたデータに応じた信号電流
iが電流出力型D/A変換器22から電流−電圧変換回路23
に供給される。
第2図及び第3図はこの発明の原理を説明するための回
路図及び波形図である。例えば、既に説明したように従
来の電圧出力型D/A変換器では、スイッチ24がオンにな
り、第1定電流源25から信号電流iが演算増幅器26に供
給される。このように信号電流iの値が第3図Aの波形
Aに示すようにi=0の状態からi=Ioに変化する場合
は、この演算増幅器26の出力波形図は第3図Bの波形A
に示すように、信号電流i=Ioの大きさに応じた電圧
(Vo)に向け時定数Toで立ち上がる。
これに対してこの発明では、第1定電流源25から信号電
流Ioが演算増幅器26に供給れると共に、例えば第2定電
流源27からスイッチ28を通して、電流Ioが変換動作の初
期の所定の時間だけ加算して供給される。第3図Aの波
形Bは、演算増幅器26に供給されるこの発明の信号電流
iが変化する様子を示し、第3図Bの波形Bは、その信
号電流iに応じた演算増幅器26の出力波形を示す。即
ち、信号電流i=2Ioが供給された場合には、演算増幅
器26の出力は電圧(2Vo)に向け急速に立ち上がる。こ
の発明では、D/A変換の当初は所定の変化量の例えば2
倍の信号電流iが供給され、演算増幅器26の出力がそれ
に対応する電圧(2Vo)に向けて変化している途中にお
いて、デジタルデータDtに対応する所定の電圧Voに到達
した時点,或いはその直前に、スイッチ28をオフにして
演算増幅器26に供給される信号電流iが所定の値i=Io
になるように制御する。従って、第3図Aの波形Aで示
すように信号電流iが最初から所定の値i=Ioに設定さ
れている場合に較べて速やかに所定の変換電圧Voに到達
させることができ、到達後は信号電流iが到達出力にほ
ゞ対応する所定の信号電流i=Ioに設定変更されるの
で、演算増幅器26の出力電圧vは、波形Cに示すように
それ以上に変化することはない。
このように信号電流が制御される場合のこの回路の伝達
関数は v(t)=2(1−ε−(1/T)t) −{1−ε−(1/T) (t-t0)}u(t−t0) 但し、t0:入力電流が2倍にされる期間 T:1次遅れの時定数 で表される。ここで、v(t)=1となる条件、言い換
えれば、演算増幅器26の出力電圧が整定する条件は t0=Tln2 である。即ち、演算増幅器26へ供給される信号電流iの
大きさによらず、2倍の入力信号が供給されなければな
らぬ時間t0は一定である。
いま、整定時間を演算増幅器26の電圧出力vが目標値ま
での差がGの電圧範囲内に入る時間を出力が整定する時
間と定義すると、通常の1次遅れ応答による整定時間t1
は t1=Tln(1/G) となる。一方、この発明による整定時間t2は t2=Tln(2/(1+G)) である。いま、例えば、演算増幅器26の応答出力の時定
数TをT=5.31ns、電流出力型D/A変換器22へ供給する
デジタルデータDのビット数を12ビットとし、演算増幅
器26の出力vが、デジタルデータDに対応する電圧値と
(1/2)LSB相当の値以内の電圧値になるまでの時間とし
て計算してみると、 t1=5.31×10-9×ln(1/(1/(212+1))) =47.8ns t2=5.31×10-9×ln(2/(1+1/(212+1))) =3.68ns となる。即ち、この発明の高速D/A変換器の出力電圧の
整定時間は従来の電圧出力型D/A変換器の整定時間のほ
ゞ10分の1に短縮されることが示される。
つまり、前回の既に変換したデジタルデータをDt-1,今
回の変換すべきデジタルデータをDtとすると、データ変
化量はDt−Dt-1である。この発明では、そのデータ変化
量の例えば2倍に相当する変化電流を初期電流として電
流−電圧変換回路23に供給する。つまり、第4図に示す
ように、前回のデジタルデータDt-1にこのデータ変化量
Dt−Dt-1の2倍にしたデータとを重畳して初期データDx
を出力する。即ち、データ処理回路21では Dx=Dt-1+2(Dt−Dt-1) =Dt-1+2Dt−2Dt-1 =2Dt−Dt-1 なる変換処理をし、この変換データDxをデジタルデータ
Dtに代えて所定時間出力する。
第1図に示す実施例では、このような信号変換動作を行
わせるために、アナログ信号に変換されるべきデジタル
データDtと後で説明する制御信号が供給される。
データ処理回路21に供給されたデジタルデータDtはマル
チプレクサ31の一方のデータ入力端Aに供給されると共
に、一時記憶レジスタ32と乗算器33とに供給される。こ
の一時記憶レジスタ32には前回にD/A変換したデジタル
データDt-1が記憶されている。
乗算器33は供給されたデジタルデータDtをこの例では2
倍のデジタル値とする演算処理をして加算器34のデータ
入力端Aに供給する。また、この実施例では一時記憶レ
ジスタ32に保持されている前回のデータDt-1が補数器35
を介して加算器34の他方のデータ入力端Bに供給され
る。
つまり、一時記憶レジスタ32のデジタルデータDt-1は補
数器35により2の補数に変換する演算が施され、このデ
ジタルデータの2の補数値(−Dt-1)と、乗算器33で2
倍にする演算処理を受けたデータ値(2Dt)とが加算器3
4により加算して出力される。この演算データはマルチ
プレクサ31のデータ入力端Bに供給され、この演算デー
タと他方の入力端Aに供給されているアナログ信号に変
換されるべきデジタルデータDtとの何れかが、その出力
端Yから選択して出力される。
一方、ストローブ信号sはタイミング信号発生回路36に
与えられ、その出力が制御信号として一時記憶レジスタ
32、マルチプレクサ31及び電流出力型D/A変換器22とに
それぞれ与えられる。
第5図はタイミング信号発生回路36の構成例を示す図で
あり、第6図はタイミング信号発生回路36の各部の波形
図である。図には示してないが制御回路からデジタルデ
ータDt(波形A)が第1図に示したデータ処理回路21に
供給され、このデジタルデータDxと一時記憶レジスタ32
に保持されている前回のデジタルデータDt-1とを既に説
明したような演算処理して得られた演算データDxを加算
器34から出力する。マルチプレクサの信号入力端Bに与
えられる(波形B)。この演算出力に合わせて、ストロ
ーブ信号s(波形C)がタイミング信号発生回路36のイ
ンバータ41に与えられる。インバータ41の出力は第1遅
延素子42で信号遅延d1を受けフリップフロップ43のクロ
ック端に与えられ、フリップフロップ43は供給された信
号(波形Dのほゞ反転した信号)の立ち上がりのタイミ
ングでその反転信号出力端Q/からマルチプレクサ制御信
号(波形E)を論理『0』として出力する。第1図に示
したマルチプレクサ31はその選択入力端Sに与えられる
この制御信号(波形F)が論理『0』である時に、その
信号入力端Bに供給されている信号を選択して出力端Y
から出力する。従って、その出力端Yからは加算器34か
らの演算データDxが出力される(波形F)。
一方、第1遅延素子42の出力信号はインバータ44を介し
てその反転信号(波形D)がゲート回路45の一方の入力
端A及び第2遅延素子46に供給される。インバータ44の
出力信号(波形D)はゲート回路45から出力されると、
第3遅延素子47で信号遅延d3を受け、インバータ48を介
して波形Gの負パルスP1の信号として出力される。この
信号(波形Gの負パルスP1)は電流出力型D/A変換器22
へ、その制御信号として供給される。
また、インバータ44の出力信号(波形D)は第2遅延素
子46で信号遅延d2を受け、その遅延信号(波形H)はフ
リップフロップ43のリセット端Rに供給され、この信号
(波形H)によりフリップフロップ43はリセットとされ
て、その反転信号出力端Q/の信号は波形Eに示すよう
に、論理『1』に復帰する。マルチプレクサ31はこの論
理『1』の信号をデータ選択端Sに受け、今まで選択出
力していた入力端BのデータDxに代えてその入力端Aに
与えられているデジタルデータDtを出力端Y出力する。
従って、マルチプレクサ31からはほゞ第2遅延素子46の
信号遅延時間d2だけデータ処理回路21で演算されたデー
タDxが出力される。
また、第2遅延素子46の遅延信号(波形H)はゲート回
路45の他方の入力端Bに供給される。その出力信号は第
3遅延素子47により信号遅延d3を受け、インバータ48を
介して制御信号(波形Gの負パルスP2)として電流出力
型D/A変換器22へ供給される。
更に、第2遅延素子46の遅延信号(波形H)はこの例で
は2つのインバータ49,51を介して第4遅延素子52に供
給され、信号遅延d4を受けたその出力信号はインバータ
53を介して制御信号(波形I)として一時記憶レジスタ
32に供給される。この制御信号(波形I)はD/A変換動
作の終了を意味するもので、一時記憶レジスタ32はこの
制御信号(波形I)をクロック信号として、その入力端
に与えられているデジタルデータDtを読み込んで記憶す
る。この読み込まれたデータDtは次のデータDt+1に対し
てD/A変換を行う際に利用される。
第7図はこの発明の他の実施例を示す構成図で、2つの
電流出力型D/A変換器61,62を用いて構成した例である。
即ち、この例では、1つの電流出力型A/D変換器61に与
えるデジタルデータを変化させるのではなく、制御部63
から供給される制御信号を基にして、電流出力型D/A変
換器61の出力電流は一定とし、この他にもう1つの電流
出力型D/A変換器62を用いて初期電流を付加させるよう
に構成したものである。
以上の説明では、信号電流の初期変化量は信号変化量の
2倍にするように説明してきたが、2倍に限るものでは
なく、3倍或いはその他の倍率にしても良い。その場合
は、その倍率での電流−電圧変換回路21の出力応答の早
さに応じて初期変化量の設定時間t0が変更される。
「発明の効果」 以上に説明したように、この発明によれば、D/A変換器
の出力部、つまり、演算増幅器等に周波数特性の良い高
価なものを用いなくとも、D/A変換出力の速い高性能な
電圧出力型D/A変換器を安価に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明による高速セトリングD/A変換器の要
部を示す図、第2図はこの発明の原理を説明するための
回路図、第3図A,Bは第2図に示した高速セトリングD/A
変換器の動作例を示す入出力波形図、第4図はデータ処
理回路のデータ変換処理を説明するための図、第5図は
タイミング信号発生回路の構成例を示す図、第6図はタ
イミング信号発生回路の各部の波形図、第7図はこの発
明の他の実施例を示す構成図、第8図は従来の電圧出力
型D/A変換器の例を示す回路図である。 11:基準電流源、12:演算増幅器、13:電流−電圧変換回
路、21:データ処理回路、22:電流出力型D/A変換器、23:
電流−電圧変換回路、24:スイッチ、25:第1定電流源、
26:演算増幅器、27:第2定電流源、28:スイッチ、31:マ
ルチプレクサ、32:一時記憶レジスタ、33:乗算器、34:
加算器、35:補数器、36:タイミング信号発生回路、41:
インバータ、42:第1遅延素子、43:フリップフロップ、
44:インバータ、45:ゲート回路、46:第2遅延素子、47:
第3遅延素子、48:インバータ、49,51:インバータ、52:
第4遅延素子、53:インバータ、Rf:帰還抵抗器、Cf:帰
還コンデンサ、S1〜Sn:スイッチ、C1〜Cn:定電流源。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電流出力型D/A変換器とその出力を積分す
    る積分回路とで構成され、順次入力されるデジタルデー
    タをアナログ電圧に変換する電圧出力型D/A変換器にお
    いて、 上記入力されるデジタルデータが記憶され、一つ前の記
    憶データを出力する一時記憶レジスタと、 上記入力されるデジタルデータが供給され、デジタルデ
    ータの値を所定倍する乗算器と、 上記一時記憶レジスタの出力データに応ずる信号と上記
    乗算器の出力信号とを加算する加算器と、 上記入力されるデジタルデータと上記加算器の加算出力
    とが供給され、そのいずれかを選択して出力するマルチ
    プレクサと、 D/A変換動作を行わせるためのストローブ信号が与えら
    れると、上記加算器の出力を一定時間選択するように上
    記マルチプレクサを制御する制御回路とを具備する高速
    セトリングD/A変換器。
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