TWI401891B - 具高驅動能力之數位至類比轉換裝置 - Google Patents

Description

具高驅動能力之數位至類比轉換裝置

本發明係指一種具高驅動能力之數位至類比轉換裝置，尤指一種藉由電流源電路提供驅動電流，改善反應速度不良的問題，並降低寄生電阻影響的電阻串式數位至類比轉換裝置。

數位類比轉換器(digital－to－analog converter，DAC)是各種電子裝置中常見的電路元件，其可依據一數位輸入值來產生相對應的類比輸出電壓，以供後端的電路使用。如本領域具通常知識者所知，目前已存在多種實現數位類比轉換器的技術，其中電阻串式數位類比轉換器〈R－string DAC〉係為一直接且電路架構簡單的實現方式。

請參考第1圖，第1圖為一習知電阻串式數位類比轉換器10之示意圖。數位類比轉換器10包含有一電壓產生器11、一分壓電路12、一解碼單元13及一切換電路14。電壓產生器11包含有一第一電壓源110及一第二電壓源115，分別用來產生一第一電壓V1及一第二電壓V2。分壓電路12包含有一第一端120、一第二端125、電阻R1~Rn及輸出端OP1~OPn。第一端120及第二端125分別耦接於第一電壓源110及第二電壓源115；電阻R1~Rn串聯於一序列，耦接於第一端120與第二端125之間；而輸出端OP1~Opn則分別耦接於電阻R1~Rn之相鄰電阻間，用來輸出參考電壓Vref1~Vrefn。因此，分壓單元12係根據第一電壓V1及第二電壓V2，藉由電阻R1~Rn分壓產生參考電壓Vref1~Vrefn，並由輸出端OP1~Opn輸出。解碼單元13用來接收一數位輸入值，並據以產生一控制訊號Ctr。切換電路14耦接於分壓電路12及解碼單元13，用來根據解碼單元13輸出之控制訊號Ctr，切換輸出參考電壓Vref1~Vrefn中之一參考電壓。除此之外，為了達到理想電壓源的要求，第一電壓源110及第二電壓源115可藉由負回授之運算放大器電路實現，如第2、3圖所示。

因此，習知數位類比轉換器10係藉由分壓電路12之電阻串，分壓產生所需的參考電壓Vref1~Vrefn，以及藉由解碼單元13根據輸入之數位訊號，解碼輸出控制訊號Ctr，使切換電路14能正確地切換輸出一對應於輸入之數位訊號之類比電壓。

由於現今的電阻串式數位類比轉換器主要用於產生單一類比輸出電壓，因此電阻串之每一分壓點〈即輸出端OP1~Opn〉的輸出負載都很小。然而，在某些特定領域的應用中，如液晶顯示器之源極驅動器中的電阻串式數位類比轉換器，常常需要在同一時間輸出多組類比電壓，因此會有多組切換電路14耦接於分壓電路12，導致分壓電路12之輸出負載也隨著大幅地提高。一般而言，當數位類比轉換器10之輸出電壓改變時，第一電壓源110及第二電壓源115會根據輸出負載的變化，改變輸出對應之驅動電流。然而，運算放大器運作時需要一反應時間，尤其是在較大輸出負載的應用中，由於驅動電流變化的幅度太大，導致藉由負回授運 算放大器實現之電壓源電路會有反應速度不佳的問題產生。

除此之外，在線路佈局時，在電壓源110、115及分壓電路12之間往往會存在寄生電阻PR1、PR2，如第1圖所示，導致電壓源110、115產生之部分電壓損失在寄生電阻PR1、PR2上，使得分壓電路12輸出之參考電壓Vref1~Vrefn產生誤差，因而影響輸出類比電壓的準確度。

因此，本發明之主要目的即在於提供一種具高驅動能力之數位至類比轉換裝置。

本發明揭露一種具高驅動能力之數位至類比轉換裝置，包含有一電壓產生器，用來產生電壓；一分壓電路，耦接於該電壓產生器，用來根據該電壓產生器所產生之電壓，輸出複數個參考電壓；一解碼單元，用來解碼一數位訊號；一切換電路，耦接於該分壓電路與該解碼單元，用來根據該解碼單元之解碼結果，切換輸出該複數個參考電壓之一參考電壓；以及一電流產生器，耦接於該分壓電路，用來產生電流至該分壓電路；其中，該電壓產生器係耦接於該分壓電路及該電流產生器之間。

請參考第4圖，第4圖為本發明具高驅動能力之數位至類比轉換裝置40之示意圖。數位類比轉換裝置40包含有一電壓產生器 41、一分壓電路42、一解碼單元43、一切換電路44及一電流產生器45。分壓電路42耦接於電壓產生器41，用來根據電壓產生器41所產生之電壓，輸出參考電壓Vref1~Vrefn。解碼單元43用來解碼數位訊號，並將解碼結果輸出至切換電路44。切換電路44耦接於分壓電路42與解碼單元43，用來根據解碼單元43之解碼結果，切換輸出參考電壓Vref1~Vrefn之一參考電壓。電流產生器45耦接於分壓電路42，用來產生驅動電流至分壓電路42。

因此，在數位類比轉換裝置40中，分壓電路42根據電壓產生器41產生之電壓，輸出參考電壓Vref1~Vrefn，而解碼單元43則根據輸入之數位訊號，輸出解碼結果，使切換電路44可正確地切換輸出一對應於輸入之數位訊號的類比參考電壓。除此之外，本發明藉由電流產生器45提供驅動電流至分壓電路42，提高數位類比轉換裝置40之驅動能力，以降低對電壓產生器41驅動能力的需求，改善反應速度不良的問題。

請參考第5圖，第5圖為本發明實施例具高驅動能力之數位至類比轉換器50之示意圖。數位至類比轉換器50用來實現第4圖之數位類比轉換裝置40，其包含有一電壓產生器51、一分壓電路52、一解碼單元53、一切換電路54、一電流產生器55及一負載單元56。電壓產生器51包含有一第一電壓源510及一第二電壓源515，分別用來產生一第一電壓V1及一第二電壓V2。分壓電路52包含有一第一端520、一第二端525、電阻R1~Rn及輸出端OP1~OPn。電壓產生器51、分壓電路52、解碼單元53及切換電 路54之運作方式類似於第1圖中的電壓產生器11、分壓電路12、解碼單元13及切換電路14，在此不贅述。其中，切換電路54可以如第6圖所示實現，但不侷限於此。電流產生器55包含有一第一電流源550及一第二電流源555。第一電流源550耦接於分壓電路52之第一端520，用來產生一第一驅動電流I1至分壓電路52。第二電流源555耦接於分壓電路52之第二端525，用來自分壓電路52汲取一第二驅動電流I2。另外，負載單元56耦接於切換電路54，用來接收切換電路54輸出之類比參考電壓。

相較於先前技術藉由電壓源電路提供驅動電流，本發明數位至類比轉換器50之輸出電壓改變時，第一電流源550及第二電流源555會根據分壓電路52之輸出負載的變化，立即提供驅動電流I1、I2至分壓電路52，而不需再等到電壓源510、515做出反應。如此一來，數位至類比轉換器50的反應速度可大幅地提高，並且由於電壓源510、515不需提供驅動電流，因此線路佈局的面積也可大幅地縮小，以節省生產成本。換句話說，電壓源510、515只需提供穩定之電壓V1、V2，而不需要很高的驅動能力。除此之外，由於驅動電流大部分由電流源550、555所提供，因此流過寄生電阻PR1、PR2的電流也大幅地減少，導致損失在寄生電阻上的電壓也跟著變小。如此一來，本發明可大幅地降低寄生電阻的影響，使得分壓電路52輸出之參考電壓Vref1~Vrefn更為精準，進而提高輸出類比電壓的準確度。值得注意的是，數位至類比轉換器50僅為本發明之一實施例，本領域具通常知識者依據實際需求作適當 之修改，皆在本發明之範圍內。

綜上所述，本發明數位類比轉換裝置係藉由電流源電路提供驅動電流，改善習知技術反應速度不良的問題，並且降低對電壓源電路具高驅動能力的需求。除此之外，本發明可減少流經寄生電阻之電流，降低寄生電阻的影響，因而大幅地提高輸出類比電壓的準確度。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

10、50‧‧‧數位類比轉換器

40‧‧‧數位至類比轉換裝置

11、41、51‧‧‧電壓產生器

12、42、52‧‧‧分壓電路

13、43、53‧‧‧解碼單元

14、44、54‧‧‧切換電路

45、55‧‧‧電流產生器

56‧‧‧負載單元

110、115、510、515‧‧‧電壓源

550、555‧‧‧電流源

V1、V2‧‧‧電壓

120、125、520、525‧‧‧端點

R1~Rn‧‧‧電阻

OP1~Opn‧‧‧輸出端

Vref1~Vrefn‧‧‧參考電壓

Ctr‧‧‧控制訊號

PR1、PR2‧‧‧寄生電阻

I1、I2‧‧‧驅動電流

第1圖為習知電阻串式數位類比轉換器之示意圖。

第2圖為第1圖中第一電壓源之示意圖。

第3圖為第1圖中第二電壓源之示意圖。

第4圖為本發明具高驅動能力之數位至類比轉換裝置之示意圖。

第5圖為本發明實施例具高驅動能力之數位至類比轉換器之示意圖。

第6圖為第5圖中切換電路之實施例示意圖。

40．．．數位至類比轉換裝置

41．．．電壓產生器

42．．．分壓電路

43．．．解碼單元

44．．．切換電路

45．．．電流產生器

Vref1~Vrefn．．．參考電壓

Claims (9)

1. 一種具高驅動能力之數位至類比轉換裝置，包含有：一電壓產生器，用來透過負回授產生電壓；一分壓電路，耦接於該電壓產生器，用來根據該電壓產生器所產生之電壓，輸出複數個參考電壓；一解碼單元，用來解碼一數位訊號；一切換電路，耦接於該分壓電路與該解碼單元，用來根據該解碼單元之解碼結果，切換輸出該複數個參考電壓之一參考電壓；以及一電流產生器，耦接於該分壓電路，用來產生電流至該分壓電路，以提升該數位至類比轉換裝置之驅動能力，並降低流過從該電壓產生器到該分壓電路路徑上寄生電阻的電流，進而提高該數位至類比轉換裝置之準確度；其中，該電壓產生器係耦接於該分壓電路及該電流產生器之間。
2. 如請求項1所述之數位至類比轉換裝置，其中該分壓電路包含有：一第一端；一第二端；複數個電阻，串聯於一序列，耦接於該第一端與該第二端之間；以及複數個輸出端，每一輸出端耦接於該複數個電阻之相鄰電阻 間，用來輸出一參考電壓至該切換電路。
3. 如請求項2所述之數位至類比轉換裝置，其中該電壓產生器包含有：一第一電壓源，耦接於該第一端，用來產生一第一電壓；以及一第二電壓源，耦接於該第二端，用來產生一第二電壓。
4. 如請求項3所述之數位至類比轉換裝置，其中該第一電壓源包含一電壓緩衝電路。
5. 如請求項4所述之數位至類比轉換裝置，其中該電壓緩衝電路係一負回授之運算放大器電路。
6. 如請求項3所述之數位至類比轉換裝置，其中該第二電壓源包含一電壓緩衝電路。
7. 如請求項6所述之數位至類比轉換裝置，其中該電壓緩衝電路係一負回授之運算放大器電路。
8. 如請求項2所述之數位至類比轉換裝置，其中該電流產生器包含有：一第一電流源，耦接於該第一端，用來產生一第一驅動電流至該第一端；以及一第二電流源，耦接於該第二端，用來自該第二端汲取一第二 驅動電流。
9. 如請求項1所述之數位至類比轉換裝置，其中該切換電路另耦接於一負載單元，該負載單元用來接收該切換電路輸出之電壓。