專利名稱：數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于-一種數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(digital-to-analog converter, DAC)的裝置， 且特別是涉及一種有多個(gè)DAC區(qū)塊的裝置，用以根據(jù)輸入字組來處理不同電壓級(jí)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的電阻串式(resistor string ， R-string)數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器 (digital-to-analog-converter, DAC)使用一連串的電阻和一選擇器。其中，電阻 用以提供各種不同的電壓級(jí)，而選擇器包含多個(gè)選擇線，用以對(duì)應(yīng)到各相對(duì)應(yīng) 的電壓級(jí)。傳統(tǒng)的R-string DAC需要用到高達(dá)2W個(gè)選擇線來轉(zhuǎn)換N位數(shù)據(jù)。 在芯片尺寸不斷縮小的現(xiàn)在，使用多達(dá)2W個(gè)選擇線會(huì)造成不必要的空間浪費(fèi)。
在美國(guó)申請(qǐng)第11/563321號(hào)中，公開了一個(gè)雙輸出DAC，其中此DAC將 選擇線的數(shù)目從2W個(gè)降低到2^'個(gè)，因此有效的節(jié)省了面積。圖1是一雙輸 出DAC的方框圖。請(qǐng)參照?qǐng)D1，雙輸出DAC包含一 R-string區(qū)102、 一 DAC 區(qū)104、一多工器區(qū)106和一運(yùn)算放大器108。將一輸入字組分成一最低位(least significant bit， LSB)和剩余位。DAC區(qū)104根據(jù)輸入字組的剩余位從R-string 區(qū)102選擇了兩個(gè)電壓級(jí)。多工器106接下來根據(jù)最低位選擇了其中一個(gè)電壓 級(jí)，然后運(yùn)算放大器108把兩電壓級(jí)中的第一電壓跟所選擇的電壓級(jí)做平均處 理以作為DAC的最終輸出。如此一來，雙輸出DAC只需要2^個(gè)選擇線就 可以轉(zhuǎn)換一個(gè)N位輸入字組。
然而，運(yùn)算放大器108的輸入電壓范圍被限制住了。如此一來，當(dāng)運(yùn)算放 大器108嘗試處理極大的電壓差異時(shí)，DAC所產(chǎn)生的加馬曲線(gamma curve) 會(huì)產(chǎn)生失真。舉例來說，當(dāng)輸入字組選擇一個(gè)接近導(dǎo)軌電壓的電壓級(jí)時(shí)，會(huì)發(fā) 生失真，而產(chǎn)生出一個(gè)非線性的加馬曲線輸出。
由于以上原因，需要設(shè)計(jì)出一個(gè)新型的DAC，來修正運(yùn)算放大器造成的 失真，而產(chǎn)生一個(gè)線性的加馬曲線。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的在于提供 一 種數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(digital-to-analog converter, DAC)，用以補(bǔ)正運(yùn)算放大器所造成的失真。此DAC將一輸入字組 轉(zhuǎn)換成一輸出電壓，其中輸入字組包含一最低位(least significant bit， LSB)和剩 余位。此DAC至少包含一R-string區(qū)、 一第一DAC區(qū)、 一第二DAC區(qū)、一 多工器和一運(yùn)算放大器。R-string區(qū)提供一第一電壓級(jí)群組和一第二電壓級(jí)群 組。第一DAC區(qū)在輸入字組對(duì)應(yīng)到的電壓級(jí)在第一電壓級(jí)群組的范圍里時(shí)， 根據(jù)輸入字組提供輸出電壓。第二DAC區(qū)在輸入字組對(duì)應(yīng)到的電壓級(jí)在第二 電壓級(jí)群組的范圍里時(shí)，根據(jù)剩余位提供一第二與一第三電壓級(jí)。多工器與第 二DAC區(qū)相連接，用以根據(jù)最低位從第一與第二電壓級(jí)提供一中間電壓。運(yùn) 算放大器用以將中間電壓和第一與第二電壓級(jí)的其中一個(gè)做平均處理以產(chǎn)生 輸出電壓。
使用單輸出DAC來從R-string區(qū)一對(duì)一選擇出電壓級(jí)使電壓級(jí)在R-string 區(qū)的最高與最低端時(shí)，運(yùn)算放大器可以更線性的做平均處理。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但不作為對(duì)本發(fā)明的 限定。


為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征、優(yōu)點(diǎn)與實(shí)施例能更明顯易懂，所附 附圖的詳細(xì)說明如下
圖l是雙輸出DAC的示意圖2a和圖2b所示為依照本發(fā)明一較佳實(shí)施例中的DAC的一種方框圖； 圖3所示為依照本發(fā)明一較佳實(shí)施例的R-string區(qū)和第一與第二 DAC區(qū) 之間連線的一種電路圖。 其中，附圖標(biāo)記
102: R-string區(qū) 212:切換模塊
104: DAC區(qū) 214:感應(yīng)器
106:多工器區(qū) 216:切換裝置108:運(yùn)算放大器
200: DAC
202: R-string區(qū) 204:第一DAC區(qū) 206:第二DAC區(qū) 208:多工器
210:運(yùn)算放大器
302:電阻
304: 2對(duì)多選擇器 306:第二選擇線 308:第二切換器件
310: 1對(duì)多選擇器 312:第一選擇線 316:第一切換器件
具體實(shí)施例方式
接下來將說明本發(fā)明的一較佳實(shí)施例，并依序附上附圖標(biāo)記。相同或相似 的部分采用相同的編號(hào)。
圖2a和圖2b，所示為依照本發(fā)明一較佳實(shí)施例的一種DAC方框圖。請(qǐng) 參照?qǐng)D2a， 一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器200(digital-to-analog converter, DAC)用來將一 輸入字組轉(zhuǎn)換成一輸出電壓，其中輸入字組包含一最低位(least significant bit， LSB)和剩余位。此DAC包含一電阻串式(resistor string, R-string)區(qū)202、 一 第一DAC區(qū)204、 一第二DAC區(qū)206、 一多工器208和一運(yùn)算放大器210。 R-string區(qū)202提供一第一電壓級(jí)群組和一第二電壓級(jí)群組。例如，一 8位(N-8) 輸入字組的來源數(shù)據(jù)需要R-string區(qū)202至少有256個(gè)電壓級(jí)(2^256)。第一 電壓級(jí)群組至少包含多個(gè)電壓級(jí)以提供輸出電壓，其中該輸出電壓被轉(zhuǎn)換到相 對(duì)應(yīng)的灰階。在R-string202區(qū)的兩個(gè)端點(diǎn)附近的電壓級(jí)會(huì)被分類在第一電壓 級(jí)群組里(如V0 V15和V240 V255)。這些電壓級(jí)超出了運(yùn)算放大器210線性 處理的輸入范圍。失真使得第一電壓級(jí)群組的加馬曲線顯得更加陡峭。而可以 被運(yùn)算放大器210線性處理的電壓級(jí)則分類在第二電壓級(jí)群組里(如 V16 V239)。如此一來，第一電壓級(jí)群組的加馬曲線的傾斜度大于該第二電壓 級(jí)群組的加馬曲線的傾斜度。
第一DAC區(qū)204在輸入字組對(duì)應(yīng)到的電壓級(jí)在第一電壓級(jí)群組的范圍里 時(shí)，根據(jù)輸入字組提供輸出電壓。舉例來說， 一個(gè)8位字組00000000對(duì)應(yīng)到 V0。 V0的值會(huì)十分接近上導(dǎo)軌電壓(如5V)，因此V0是屬于第一電壓級(jí)群組。 第一DAC區(qū)204是一個(gè)信號(hào)輸出DAC。在此第一DAC區(qū)中， 一個(gè)電壓級(jí)對(duì) 應(yīng)到一個(gè)輸入字組。當(dāng)來源數(shù)據(jù)需要一個(gè)8位輸入字組時(shí)，此第一DAC區(qū)只 需要4位DAC區(qū)來容納頂端的4位的電壓級(jí)(V0 V15)和底端的4位的電壓級(jí) (V240 V255)。第一DAC區(qū)所提供的輸出電壓會(huì)被如圖上的Vinl傳送到多工 器208，也會(huì)被如圖上的Vol傳送到運(yùn)送放大器210。如此一來，如果輸入字 組對(duì)應(yīng)到一個(gè)在第一電壓級(jí)群組的電壓級(jí)(如V0)，則Vol和Vinl都會(huì)得到vo。
請(qǐng)同時(shí)參照?qǐng)D2a和圖2b，當(dāng)輸入字組對(duì)應(yīng)到一第一電壓級(jí)群組里的電壓 級(jí)時(shí)， 一切換模塊212從第一DAC區(qū)連接一電壓級(jí)以輸入到多工器。切換模 塊212包含了一感應(yīng)器214和一切換裝置216。其中，感應(yīng)器214用來決定相 對(duì)應(yīng)的電壓級(jí)以提供一控制信號(hào)，而切換裝置216被控制信號(hào)所切換用來連結(jié) 從第一 DAC區(qū)204選出的電壓級(jí)以輸入多工器208。舉例來說，當(dāng)感應(yīng)器214 偵測(cè)到一個(gè)對(duì)應(yīng)到在第一電壓級(jí)群組里的電壓級(jí)的輸入字組時(shí)，Vinl和Vin2 則會(huì)電性相通并輸入到多工器208。在這個(gè)例子里，無論多工器208選擇哪一 個(gè)，Vol和Vo2會(huì)是一樣的。然后，運(yùn)算放大器210將Vo1和Vo2做平均處 理產(chǎn)生一輸出電壓(Vo)。
當(dāng)輸入字組對(duì)應(yīng)到在第二電壓級(jí)群組的范圍內(nèi)的電壓級(jí)時(shí)，第二DAC區(qū) 206根據(jù)剩余位提供一第一和一第二電壓級(jí)。舉例來說，8位輸入字組若為 00010000時(shí)，其會(huì)對(duì)應(yīng)到V16。運(yùn)算放大器210可以在不產(chǎn)生明顯的失真之 下，線性的插入V16的值。因此，V16屬于第二電壓級(jí)群組。如美國(guó)申請(qǐng)第 11/563321號(hào)所公開，第二DAC區(qū)206是一個(gè)雙輸出DAC，其中輸入字組的 剩余位從R-string區(qū)202選出第一和第二電壓級(jí)。第一電壓級(jí)與第二電壓級(jí)中 間相隔了兩個(gè)電壓級(jí)。第二DAC區(qū)206輸出所選擇的第二與第三電壓級(jí)，使 其為Vinl和Vin2并輸入多工器208。當(dāng)來源數(shù)據(jù)需要一個(gè)8位的輸入字組時(shí)， 第二 DAC區(qū)204僅僅需要一個(gè)7位的DAC區(qū)來容納在第二電壓級(jí)范圍里面 的電壓級(jí)(V16 V239)。稍后，圖3會(huì)對(duì)第二DAC區(qū)206的結(jié)構(gòu)有更詳細(xì)的說 明。雖然本發(fā)明的一較佳實(shí)施例需要一個(gè)額外的DAC來處理加馬曲線兩極端 的電壓級(jí)，此DAC的面積依舊較傳統(tǒng)的8位DAC(需要用到256條選擇線)來 的小。
多工器208與第二 DAC區(qū)相連，根據(jù)最低位從第一與第二電壓級(jí)中提供 一中間電壓。中間電壓指圖2中的Vo2。當(dāng)輸入字組的最低位是"1"時(shí)，多 工器208會(huì)選擇第二電壓級(jí)為中間電壓；而當(dāng)輸入字組的最低位是"0"時(shí)，
多工器208會(huì)選擇第一電壓級(jí)為中間電壓。在這個(gè)例子里，切換模塊212沒有 將Vinl和Vin2相連接，因此Vol是第一電壓級(jí)。而Vo2在這個(gè)例子里可能 是第二電壓級(jí)或第一電壓級(jí)，其選擇是根據(jù)最低位來判斷。舉例來說，第一電 壓級(jí)可能是V100，而第二電壓級(jí)可能是V102。如果希望輸出電壓級(jí)是V100， 則使V100選為Vo2，然后運(yùn)算放大器210將V100和V100做平均處理而得 到V100。另一方面，如果希望輸出電壓是V101，則使V102選為Vo2，然后 運(yùn)算放大器210將V100和V102做平均處理而得到V101 。
請(qǐng)參照?qǐng)D3，其繪示依照本發(fā)明一較佳實(shí)施例中，R-string區(qū)202、第一 DAC區(qū)204和第二 DAC區(qū)206之間連線的一種電路圖。R-string區(qū)包含多個(gè) 串聯(lián)在一起的電阻302，以提供各種不同的電壓級(jí)。第一 DAC區(qū)204包含一 個(gè)一對(duì)多選擇器310。其中此選擇器310有多個(gè)第一選擇線312與R-string區(qū) 相連，并從第一電壓級(jí)群組里來提供相對(duì)應(yīng)的電壓級(jí)，且每一個(gè)第一選擇線 312包含多個(gè)串聯(lián)的第一切換器件316。切換器件316可以是CMOS晶體管開 關(guān)。例如，一4位第一DAC區(qū)在每一個(gè)第一選擇線312之上會(huì)有四個(gè)切換器 件。每一個(gè)第一選擇線312都對(duì)應(yīng)到一個(gè)電壓級(jí)并連結(jié)到Vinl。第二 DAC區(qū) 至少包含一個(gè)擁有多個(gè)第二選擇線306的二對(duì)多的選擇器304。其中第二選擇 線306與R-string區(qū)相連，并從第二電壓級(jí)群組提供相對(duì)應(yīng)的第一與第二電壓 級(jí)，且每一個(gè)第二選擇線306至少包含多個(gè)串聯(lián)的第二切換器件308。當(dāng)?shù)诙?選擇線偵測(cè)到第一電壓級(jí)，則連接到Vinl。當(dāng)?shù)诙x擇線偵測(cè)到第二電壓級(jí)， 則連接到Vin2。
由上述本發(fā)明較佳實(shí)施例的敘述可知，本發(fā)明較佳實(shí)例中的DAC的面積 較傳統(tǒng)的DAC的面積小。另外，本發(fā)明較佳實(shí)例的DAC解決了單純雙DAC 中加馬曲線非線性的問題。
當(dāng)然，本發(fā)明還可有其他多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情 況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這 些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，用以將輸入字組轉(zhuǎn)換成一輸出電壓，其特征在于，該輸入字組至少包含一最低位和剩余位，該數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器至少包含一電阻串區(qū)，用以提供一第一電壓級(jí)群組與一第二電壓級(jí)群組；一第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器區(qū)，在輸入字組對(duì)應(yīng)到的電壓級(jí)在該第一電壓級(jí)群組的范圍里時(shí)，根據(jù)該輸入字組提供該輸出電壓；一第二數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器區(qū)，在輸入字組對(duì)應(yīng)到的電壓級(jí)在該第二電壓級(jí)群組的范圍里時(shí)，根據(jù)該剩余位提供一第二與一第三電壓級(jí)；一多工器，與該第二數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器區(qū)相連，根據(jù)該最低位從一第一與該第二電壓級(jí)中提供一中間電壓；以及一運(yùn)算放大器，用以將該中間電壓和該第一與該第二電壓級(jí)的其中之一做平均處理以產(chǎn)生該輸出電壓。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該第一電壓級(jí)群 組的加馬曲線的傾斜度大于該第二電壓級(jí)群組的加馬曲線的傾斜度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該電阻串區(qū)至少 包含多個(gè)電阻串聯(lián)連接，用以提供不同的電壓級(jí)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該第一數(shù)字模擬 轉(zhuǎn)換器區(qū)至少包含一 1對(duì)多選擇器，其中該1對(duì)多選擇器具有多個(gè)第一選擇線 與該電阻串區(qū)相連，借以從該第一電壓級(jí)群組中提供相對(duì)應(yīng)的電壓級(jí)，且每一 該第一選擇線至少包含多個(gè)串聯(lián)的第一切換器件。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該第二數(shù)字模擬 轉(zhuǎn)換器區(qū)至少包含一 2對(duì)多選擇器，其中該2對(duì)多選擇器具有多個(gè)第二選擇線 與電阻串區(qū)相連，借以從該第二電壓級(jí)群組提供相對(duì)應(yīng)的第一與第二電壓級(jí)， 且每一該些第二選擇線至少包含多個(gè)串聯(lián)的第二切換器件。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，其特征在于，更包含一切換模 塊，在輸入字組相對(duì)應(yīng)的電壓級(jí)在該第一電壓級(jí)群組的范圍內(nèi)時(shí)，用來連接從 該第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器區(qū)選出的一電壓級(jí)來輸入至該多工器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該切換模塊至少 包含一感應(yīng)器，用來決定相對(duì)應(yīng)的電壓級(jí)以提供一控制信號(hào)，以及一切換裝置， 依據(jù)該控制信號(hào)來做切換以連接從第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器區(qū)選出的一電壓級(jí)來 輸入至該多工器。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，其特征在于，當(dāng)輸入字組的該 最低位是"l"時(shí)，該多工器選擇該第二電壓級(jí)為中間電壓；當(dāng)輸入字組的該最低位是"o"時(shí)，該多工器選擇該第一電壓級(jí)為中間電壓。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該電壓級(jí)是灰階電壓。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該多工器與該第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器區(qū)和該第二數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器區(qū)相連接，用以根據(jù)該最低位 從該第一電壓級(jí)群組的范圍內(nèi)提供中間電壓。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該第一電壓級(jí) 與該第二電壓級(jí)中間相隔了兩個(gè)電壓級(jí)。
全文摘要
一種數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，至少包含一電阻串區(qū)、一第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器區(qū)、一第二數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器區(qū)、一多工器和一運(yùn)算放大器。電阻串區(qū)提供一第一電壓級(jí)群組和一第二電壓級(jí)群組。當(dāng)輸入字組對(duì)應(yīng)到的電壓級(jí)在第一電壓級(jí)群組的范圍里時(shí)，第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器區(qū)根據(jù)輸入字組提供一輸出電壓。第二數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器區(qū)根據(jù)剩余位提供一第二與一第三電壓級(jí)。多工器與第二數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器區(qū)相連，根據(jù)最低位從第一與第二電壓級(jí)提供一中間電壓。運(yùn)算放大器將中間電壓與第一和第二電壓級(jí)的其中一者做平均處理以產(chǎn)生一輸出電壓。
文檔編號(hào)H03M1/66GK101192831SQ20071019485
公開日2008年6月4日 申請(qǐng)日期2007年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月27日
發(fā)明者張耀光, 王凌沄 申請(qǐng)人:奇景光電股份有限公司