專利名稱：以1補(bǔ)數(shù)電流源供電架構(gòu)簡(jiǎn)化控制邏輯的轉(zhuǎn)換器及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器及相關(guān)控制方法，特別是涉及一種以新架構(gòu)的電流源配置而能簡(jiǎn)化控制邏輯的轉(zhuǎn)換器與相關(guān)方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代的各種電子電路中，數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器是一種常見(jiàn)且重要的構(gòu)筑方塊。一般來(lái)說(shuō)，數(shù)字式的電子數(shù)據(jù)容易處理、儲(chǔ)存與運(yùn)算，但要實(shí)際展現(xiàn)出電子數(shù)據(jù)的內(nèi)容，往往就需要用數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器來(lái)將數(shù)字式的電子數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬的電子訊號(hào)。舉例來(lái)說(shuō)，數(shù)字化的微處理器可用于控制系統(tǒng)中，用來(lái)決定光盤機(jī)以馬達(dá)帶動(dòng)光盤片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速，或是激光讀寫頭要用多大的功率將數(shù)據(jù)燒錄至光盤片上等等，但微處理器的數(shù)字化數(shù)據(jù)要以數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)大小的模擬電子訊號(hào)，才能實(shí)際伺服馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)，或是控制激光讀寫頭的功率大小。
請(qǐng)參考圖1。圖1為一已知數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器10功能方塊的示意圖。為了說(shuō)明上的方便，圖1中先以一4位的轉(zhuǎn)換器為例來(lái)說(shuō)明已知數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器的運(yùn)作原理，故轉(zhuǎn)換器10即是用來(lái)接收一4位的輸入碼26，并輸出一輸出電壓Vp作為模擬的輸出電力，使輸出電壓Vp的電壓大小與輸出碼26對(duì)應(yīng)。4位的輸入碼26具有位Ap3至Ap0，分別以位Ap3、Ap0為最高有效(most significant)及最低有效(least significant)位。轉(zhuǎn)換器10中設(shè)有一控制邏輯12及一電力模塊14?？刂七壿?2用來(lái)將輸入碼26轉(zhuǎn)換為多個(gè)正控制位Yp0至Yp2、負(fù)控制位Xp0至Xp2及Co。電力模塊14以直流電源Vcc提供偏壓，并以多個(gè)正電流源18A至18C形成一正電力模塊16A、以多個(gè)負(fù)電流源20A至20C形成一負(fù)電力模塊16B，另外還設(shè)有一負(fù)電流源20D、一運(yùn)算放大器24以及一電阻Rp。各正負(fù)電流源分別通過(guò)一開(kāi)關(guān)22電連于一節(jié)點(diǎn)Na，電阻Rp則電連于節(jié)點(diǎn)Na以及運(yùn)算放大器24輸出端的節(jié)點(diǎn)Nb之間；通過(guò)運(yùn)算放大器24在節(jié)點(diǎn)Na建立的虛擬接地(virtual ground)效應(yīng)，流入節(jié)點(diǎn)Na的電流就能在電阻Rp上建立出輸出電壓Vp。在電力模塊14中，不同的正負(fù)電流源能提供不同的電流，而各正負(fù)電流源的開(kāi)關(guān)22分別由一對(duì)應(yīng)的正控制位或一負(fù)控制位來(lái)決定對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)是否開(kāi)閉，以將對(duì)應(yīng)電流源的電流導(dǎo)通至節(jié)點(diǎn)Na。如圖1中所標(biāo)示出來(lái)的，負(fù)電流源20A至20D能依照2的升冪順序分別提供大小為1I、2I、4I及8I的負(fù)電流(電流I為一固定的常數(shù))，各負(fù)電流源對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)即分別由負(fù)控制位Xp0、Xp1、Xp2及Co來(lái)控制。基于類似的配置，正電流源18A至18C也能依照2的升冪順序分別能提供大小為1I、2I及4I的正電流，各正電流源對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)分別由正控制位Yp0至Yp2控制。舉例來(lái)說(shuō)，若負(fù)控制位Xp0為數(shù)字“1”時(shí)，其對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)22就能將負(fù)電流源20A提供的負(fù)電流1I導(dǎo)通至節(jié)點(diǎn)Na；相反地，若負(fù)控制位Xp0為數(shù)字“0”時(shí)，其對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)22就會(huì)切斷(cut off)負(fù)電流源20A與節(jié)點(diǎn)Na間的電連，使負(fù)電流源20A不將負(fù)電流1I提供至節(jié)點(diǎn)Na。換句話說(shuō)，只要控制各正負(fù)控制位為數(shù)字“0”或“1”就能對(duì)應(yīng)地將各正負(fù)電流源提供的電流選擇性地導(dǎo)通或不導(dǎo)通至節(jié)點(diǎn)Na，進(jìn)而控制通過(guò)電阻Rp的電流，以對(duì)應(yīng)地控制輸出電壓Vp的大小。而轉(zhuǎn)換器10中的控制邏輯12就是用來(lái)將輸入碼26適當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)換為各正負(fù)控制位，以控制電力模塊14產(chǎn)生出對(duì)應(yīng)輸入碼26的輸出電壓Vp。
請(qǐng)參考圖2(并一并參考圖1)。圖2中的狀態(tài)表30即表列了輸入碼26、輸出電壓Vp及各正負(fù)控制位的關(guān)系。舉例來(lái)說(shuō)，如狀態(tài)表30中所列示的，當(dāng)輸入碼26(由位Ap3至Ap0)為數(shù)字“0001”時(shí)，轉(zhuǎn)換器10輸出電壓Vp就是電壓1*I*Rp(簡(jiǎn)記為1IRp)；而當(dāng)輸入碼26為數(shù)字“0110”時(shí)，輸出電壓則是電壓6IRp，以此類推。換句話說(shuō)，輸入碼26可以看做是以2進(jìn)位方式表記一特定數(shù)字，而轉(zhuǎn)換器10的功能就是要輸出正比于該特定數(shù)值的輸出電壓Vp。就像上述的例子，數(shù)字“0001”代表的就是數(shù)值1，數(shù)字“0110”代表的就是數(shù)值6，而轉(zhuǎn)換器10輸出的對(duì)應(yīng)電壓就分別為1IRp及6IRp。不過(guò)，一般來(lái)說(shuō)，在各種數(shù)字處理器中，負(fù)數(shù)都是以2補(bǔ)數(shù)的方式來(lái)表記以方便數(shù)字處理。為了配合2補(bǔ)數(shù)形式的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換器10接收到2補(bǔ)數(shù)形式的輸入碼26時(shí)，也會(huì)對(duì)應(yīng)地輸出負(fù)的輸出電壓Vp。就像圖2中所示，當(dāng)輸入碼26為數(shù)字“1111”時(shí)，是以2補(bǔ)數(shù)的形式來(lái)代表數(shù)值-1，而轉(zhuǎn)換器10也會(huì)對(duì)應(yīng)地輸出-1IRp的負(fù)電壓。同理，輸入碼26為數(shù)字“1011”時(shí)，代表其是以2補(bǔ)數(shù)來(lái)表示數(shù)值-5，轉(zhuǎn)換器10對(duì)應(yīng)的輸出電壓就是-5IRp的負(fù)電壓。
為了要實(shí)現(xiàn)輸入碼-輸出電壓間在圖2中定義的關(guān)系，轉(zhuǎn)換器10也要以各正負(fù)控制位，來(lái)控制各正負(fù)電流源將對(duì)應(yīng)的電流導(dǎo)通或不導(dǎo)通至節(jié)點(diǎn)Na，以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的輸出電壓vp。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)輸入碼26為數(shù)字“0110”而要有6IRp的輸出電壓Vp時(shí)，正控制位Yp2至Yp1要為數(shù)字“1”，以使正電流源18B、18C能分別提供2I、4I的正電流至節(jié)點(diǎn)Na，并共同在電阻Rp上建立起總值為6IRp的輸出電壓；同時(shí)其他正控制位Yp0以及各負(fù)控制位Xp2至Xp0、Co均為數(shù)字“0”，以使各對(duì)應(yīng)電流源不會(huì)提供電流至節(jié)點(diǎn)Na。同理，當(dāng)輸入碼26為數(shù)字“1011”而要有-5IRp的輸出電壓Vp時(shí)，所有正控制位Yp0至Yp2均為數(shù)字“0”，負(fù)控制位Xp2至Xp0及Co則分別是數(shù)字“1”、“0”、“1”、“0”，使電力模塊14中僅有兩個(gè)電流源20C及20A會(huì)分別提供4I、1I的負(fù)電流至節(jié)點(diǎn)Na，以在電阻Rp上建立起-5IRp的輸出電壓Vp。
如圖2中所示，當(dāng)要以2補(bǔ)數(shù)形式來(lái)表記負(fù)數(shù)時(shí)，輸入碼26中最高有效的位Ap3就形同一符號(hào)(sign)碼；當(dāng)輸入碼26代表正的數(shù)值(或零)時(shí)，位Ap3為數(shù)字“0”；當(dāng)輸入碼26以2的補(bǔ)數(shù)來(lái)代表負(fù)的數(shù)值時(shí)，位Ap3則為數(shù)字“1”。而輸入碼26中其余的位Ap2至Ap0則可以用位Ap2、Ap0分別當(dāng)作最高有效及最低有效位，以組成一內(nèi)容碼32。當(dāng)輸入碼26代表正的數(shù)值時(shí)，其代表的數(shù)值就可表示為Ap2*(2＾2)+Ap1*(2＾1)+Ap0*(2＾0)。值得注意的是，圖1中正電流18C至18A所能提供的電流也分別是4I(即(2＾2)I)、2I及1I，故當(dāng)輸入碼26代表正數(shù)值時(shí)，只要使各正控制位Yp2至Yp0分別等于位Ap2至Ap0(并使各負(fù)控制位Xp0至Xp2、Co為數(shù)字“0”)，就能控制各正電流源18A至18C加總于節(jié)點(diǎn)Na的電流正比于內(nèi)容碼32代表的數(shù)值，并建立出對(duì)應(yīng)的輸出電壓Vp。以正控制位Yp2為最高有效位，Yp0為最低有效位，正控制位Yp2至Yp0也可組成一正控制碼28A。
如圖1所示，由于負(fù)電流源20A至20C分別對(duì)應(yīng)于正電流源18A至18C，能提供大小相等，相位相反的電流，故負(fù)控制位Xp2至Xp0也可對(duì)應(yīng)于正控制碼28A，以負(fù)控制位Xp2為最高有效位(MSB，Most Significant Bit)、Xp0為最低有效位(LSB，Least Significant Bit)而形成一負(fù)控制碼28B。由于各負(fù)電流源20A至20C與各正電流源18A至18C的對(duì)應(yīng)配置關(guān)系，能以正控制碼28A控制各正電流源所產(chǎn)生出來(lái)的正輸出電壓Vp，就能以相同內(nèi)容的負(fù)控制碼28B控制各負(fù)電流源產(chǎn)生出大小相等，相位相反的負(fù)輸出電壓Vp。如圖2中所示，當(dāng)正控制碼28A為數(shù)字“110”(而負(fù)控制碼28B為數(shù)字“000”時(shí))可產(chǎn)生61Rp的正輸出電壓Vp，當(dāng)負(fù)控制碼28A也是數(shù)字“110”(而正控制碼28A為“000”時(shí))，轉(zhuǎn)換器10就能產(chǎn)生-6IRp的負(fù)輸出電壓?？偨Y(jié)來(lái)說(shuō)，在圖1中的已知轉(zhuǎn)換器10，當(dāng)輸入碼26中的內(nèi)容碼32代表正的數(shù)值時(shí)，只要使正輸入碼28A與內(nèi)容碼32相等，就能產(chǎn)生出正確的對(duì)應(yīng)輸出電壓；而要產(chǎn)生負(fù)的輸出電壓Vp時(shí)，可以使負(fù)輸入碼28B相等于能產(chǎn)生出等值正輸出電壓Vp的正輸入碼28A。由上可推論，要使已知轉(zhuǎn)換器10產(chǎn)生一負(fù)輸出電壓Vp時(shí)，其負(fù)控制碼28B就相當(dāng)于等值正輸出電壓Vp所對(duì)應(yīng)的內(nèi)容碼32。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)內(nèi)容碼32為數(shù)字“101”時(shí)，轉(zhuǎn)換器10產(chǎn)生5IRp的正輸出電壓Vp；當(dāng)負(fù)控制碼28B也是數(shù)字“101”時(shí)(且正控制碼28A為數(shù)字“000”)，轉(zhuǎn)換器10產(chǎn)生-5IRp的負(fù)輸出電壓Vp。
然而，由于輸入碼26中的內(nèi)容碼32是以正數(shù)值的2補(bǔ)數(shù)來(lái)代表負(fù)的數(shù)值，因此當(dāng)轉(zhuǎn)換器10要根據(jù)內(nèi)容碼32來(lái)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)負(fù)控制碼28B以輸出負(fù)的輸出電壓Vp時(shí)，代表負(fù)值的內(nèi)容碼32和負(fù)控制器28B之間，也會(huì)是2補(bǔ)數(shù)的關(guān)系。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)內(nèi)容碼32為數(shù)字“011”以代表-5時(shí)，負(fù)控制碼28B則是代表5的數(shù)字“101”，以使轉(zhuǎn)換器10能輸出-5IPp的負(fù)輸出電壓Vp。同理，當(dāng)內(nèi)容碼32以2補(bǔ)數(shù)的數(shù)字“001”來(lái)代表-7時(shí)，負(fù)控制碼28B則是代表7的數(shù)字“111”，以控制各負(fù)電流源產(chǎn)生出-7IRp的負(fù)輸出電壓。
根據(jù)上述的關(guān)系，控制邏輯12就能以多個(gè)邏輯門來(lái)將輸入碼26轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的正負(fù)控制碼。請(qǐng)參考圖3(并一并參考圖1、圖2)。圖3為轉(zhuǎn)換器10中控制邏輯12電路的示意圖?？刂七壿?2中設(shè)有多個(gè)與門36、反相器34以及半加器(half adder)39A至39C。每個(gè)半加器中設(shè)有一與門36及一異或門38；而半加器的兩輸入端就分別作為該與門及異或門的兩輸入端，并分別以該異或門38、與門36的輸出端作為一和端S及一進(jìn)位端C，以分別輸出該半加器兩輸入端位相加的和及進(jìn)位之值。當(dāng)半加器的兩輸入端輸入為數(shù)字“0”、“1”時(shí)，半加器由和端S輸出數(shù)字“1”，進(jìn)而端C輸出數(shù)字“0”，代表數(shù)字“0”加數(shù)字“1”等于數(shù)字“1”；當(dāng)兩輸入端的輸入同為數(shù)字“0”及“1”時(shí)，和端S輸出皆為數(shù)字“0”，進(jìn)位端C在兩種情況下分別輸出數(shù)字“0”及“1”，以分別代表數(shù)字“0”加數(shù)字“0”等于數(shù)字“0”，數(shù)字“1”加數(shù)字“1”等于二進(jìn)位中的數(shù)字“10”。由圖3中可看出，在各級(jí)半加器39A至39C中，后一級(jí)半加器的兩個(gè)輸入端有一個(gè)電連于前一級(jí)半加器的進(jìn)位端C，另一個(gè)則用來(lái)在符號(hào)碼Ap3為數(shù)字“1”時(shí)，輸入內(nèi)容碼中一位的反相。舉例來(lái)說(shuō)，半加器39B一輸入端接受半加器39A進(jìn)位端C的輸出，另一輸入端則用來(lái)在符號(hào)碼Ap3為數(shù)字“1”時(shí)，輸入位Ap1的反相。第一級(jí)半加器39A除了在符號(hào)碼Ap3為數(shù)字“1”時(shí)輸入位Ap0的反相外，另一輸入端還會(huì)同時(shí)輸入一個(gè)數(shù)字“1”。由以上描述可知，各半加器39A至39C連接的架構(gòu)是用來(lái)在符號(hào)碼Ap3為數(shù)字“1”時(shí)，將內(nèi)容碼32中的各個(gè)位Ap0至Ap2分別反相，當(dāng)作一輸入碼(以反相的位Ap2為最高有效位)，再于各半加器中實(shí)現(xiàn)二進(jìn)位加1的功能，以分別在半加器39A至39C的和端S取出負(fù)控制位Xp0至Xp2，并在半加器39C的進(jìn)位端C中取出負(fù)控制位Co。
如前所述，在已知轉(zhuǎn)換器10中，當(dāng)輸入碼26代表的數(shù)值為正數(shù)時(shí)，符號(hào)碼Ap3為數(shù)字“0”，只要使正控制碼28A等于位Ap2至Ap0所組成的內(nèi)容碼32，并使負(fù)控制碼28C保持為“000”，就能正確控制轉(zhuǎn)換器10中的各正電流源，來(lái)產(chǎn)生出對(duì)應(yīng)輸入碼26的正輸出電壓Vp。故在控制邏輯12中，只要將位Ap0至Ap2分別和位Ap3的反相做與運(yùn)算，就能直接產(chǎn)生出正控制碼28A中的各正控制位Yp0至Yp2。這樣一來(lái)，當(dāng)位(也就是符號(hào)碼)Ap3為數(shù)字“0”時(shí)，正控制碼28A就會(huì)與內(nèi)容碼32相等。同時(shí)，由于各半加器39A至39C輸入端連接的與門36皆與位Ap3做與運(yùn)算，當(dāng)位Ap3為數(shù)字“0”時(shí)，各半加器39A至30C相當(dāng)于將二進(jìn)位的數(shù)字“000”加0(也就是數(shù)字“0”)，各和端S、進(jìn)位端C的輸出皆為數(shù)字“0”，使各負(fù)控制位Xp0至Xp2、Co皆為數(shù)字“0”，使正數(shù)值的輸入碼26能對(duì)應(yīng)至正輸出電壓，實(shí)現(xiàn)圖2中定義的關(guān)系。
相對(duì)地，當(dāng)輸入碼26以2補(bǔ)數(shù)代表負(fù)數(shù)值時(shí)，符號(hào)碼Ap3為數(shù)字“1”，這使得內(nèi)容碼32的各位會(huì)和一數(shù)字“0”做與運(yùn)算，使各個(gè)正控制位Yp0至Yp2皆為數(shù)字“0”。同時(shí)，各個(gè)半加器39A至39C則會(huì)將內(nèi)容碼32各個(gè)位分別反相后的結(jié)果，在各半加器中進(jìn)行二進(jìn)位的加1，以產(chǎn)生出負(fù)控制碼的各個(gè)位Xp0至Xp2。如前所述，當(dāng)輸入碼26以2補(bǔ)數(shù)代表負(fù)的數(shù)值時(shí)，將內(nèi)容碼32取2補(bǔ)數(shù)，即可得到負(fù)控制碼28B。將內(nèi)容碼32的各個(gè)位反相，其實(shí)就是在取內(nèi)容碼32的1補(bǔ)數(shù)，將內(nèi)容碼32的1補(bǔ)數(shù)進(jìn)行二進(jìn)位的數(shù)值加1，就能得到內(nèi)容碼32的2補(bǔ)數(shù)，也就是負(fù)控制碼28B。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)輸入碼26為數(shù)字“1010”以代表-6時(shí)，內(nèi)容碼32為數(shù)字“010”，將各位反相后得“101”，進(jìn)行2進(jìn)位數(shù)值加1后即可得到數(shù)字“110”，成為對(duì)應(yīng)的負(fù)控制碼28B，如圖2中所定義的。
如前所述，現(xiàn)代的數(shù)字微處理器中多以2補(bǔ)數(shù)來(lái)代表負(fù)數(shù)值，連帶地?cái)?shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器也要能接受2補(bǔ)數(shù)的輸入碼以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的負(fù)輸出電壓。然而，在已知轉(zhuǎn)換器10中，由于各正負(fù)電流源架構(gòu)的影響，使得轉(zhuǎn)換器10中的控制邏輯12也要進(jìn)行2補(bǔ)數(shù)的換算，以將輸入碼26的內(nèi)容碼32轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的負(fù)控制碼28B。要在控制邏輯12中實(shí)現(xiàn)2補(bǔ)數(shù)的轉(zhuǎn)換功能，就需要較多的邏輯門以組成各級(jí)串連的半加器，一方面增加已知轉(zhuǎn)換器中的門數(shù)(gate count)，增加布局面積與能量需求，另一方面，由于串連的各級(jí)半加器需等待前一級(jí)半加器進(jìn)位端C的輸出才能完成運(yùn)算，也會(huì)耗去較長(zhǎng)的運(yùn)算時(shí)間，才能完成2補(bǔ)數(shù)的功能。由于各反相器34需要2個(gè)晶體管，各與門36需要6個(gè)晶體管，各異或門38需要12晶體管才能實(shí)現(xiàn)；所以圖3中的控制邏輯12，就至少需要92個(gè)晶體管才能完成。
可想而知，當(dāng)已知技術(shù)的轉(zhuǎn)換器要處理更多位的輸入碼-輸出電壓的關(guān)系時(shí)，其控制邏輯需要更多晶體管才能實(shí)現(xiàn)。關(guān)于此情形，請(qǐng)參考圖4；推廣圖1中的已知技術(shù)，圖4即為已知技術(shù)中N位輸入碼轉(zhuǎn)換器40功能方塊的示意圖。轉(zhuǎn)換器40是用來(lái)根據(jù)N位輸入碼56而于電力模塊44中的節(jié)點(diǎn)Nd輸出大小對(duì)應(yīng)的輸出電壓Vp。而轉(zhuǎn)換器40中的控制邏輯42則用來(lái)根據(jù)輸入碼56的各個(gè)位Ap(0)(最低有效位)、Ap(1)至Ap(N-2)、Ap(N-1)(最高有效位)來(lái)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的負(fù)控制位Xp(0)至Xp(N-1)及Co、以及正控制位Yp(0)至Yp(N-1)。正電力模塊46A中，正控制位Yp(0)、Yp(1)至Yp(N-1)即分別對(duì)應(yīng)于能提供(2＾0)I、(2＾1)I至(2＾(N-2))I正電流的各個(gè)正電流源48，以控制這些正電流源與節(jié)點(diǎn)Nc之間的對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)22。同理，在負(fù)電力模塊46B中，負(fù)控制位Xp(0)、Xp(1)至Xp(N-1)與Co分別對(duì)應(yīng)于能提供(2＾0)I、(2＾1)I至(2＾(N-2))I與(2＾(N-1))I負(fù)電流的各個(gè)負(fù)電流源50，以控制這些負(fù)電流源是否供應(yīng)電流至節(jié)點(diǎn)Nc。通過(guò)節(jié)點(diǎn)Nc的流經(jīng)電阻Rp的電壓，就能經(jīng)由運(yùn)算放大器24建立為輸出電壓Vp。
為了將輸入碼56轉(zhuǎn)換為正負(fù)控制位，圖4中也繪出了控制邏輯42一般性的電路架構(gòu)；類似于圖3中的控制邏輯12，當(dāng)輸入碼56中的最高有效位(也就是符號(hào)碼)Ap(N-1)為數(shù)字“0”時(shí)，通過(guò)各與門36就能使各正控制位Yp(0)至Yp(N-2)分別為位Ap(0)至Ap(N-2)(并使各負(fù)控制位為數(shù)字“0”)，以控制正電力模塊46A產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的正輸出電壓Vp。相對(duì)地，當(dāng)位Ap(N-1)為數(shù)字“1”時(shí)，代表輸入碼56是以2的補(bǔ)數(shù)來(lái)代表一負(fù)的數(shù)值，此時(shí)控制邏輯42中就要以N-1個(gè)反相器來(lái)將位Ap(0)至Ap(N-2)分別反相，并分別輸入至(N-1)級(jí)串連的半加器52進(jìn)行二進(jìn)位的數(shù)值加1，以實(shí)現(xiàn)2的補(bǔ)數(shù)的功能，根據(jù)輸入碼56的各位來(lái)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的負(fù)控制位。根據(jù)這些負(fù)控制位(及全為數(shù)字“0”的正控制位)，轉(zhuǎn)換器40就能根據(jù)輸入碼56以2補(bǔ)數(shù)代表的負(fù)數(shù)值輸出對(duì)應(yīng)的負(fù)電壓輸出Vp。由圖4中示意的控制邏輯42可知，其至少需要30*(N-1)+2個(gè)晶體管才能實(shí)現(xiàn)；數(shù)目過(guò)多的晶體管會(huì)占用較大的面積，需求、需耗散的功率也較高，而以N-1級(jí)串連的半加器實(shí)現(xiàn)的2補(bǔ)數(shù)功能，更會(huì)增加門延遲，減低已知數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器運(yùn)作的效率。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種以新電流源架構(gòu)的電力模塊改變各負(fù)控制位與輸入碼間對(duì)應(yīng)關(guān)系的數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器與相關(guān)方法，以有效精簡(jiǎn)控制邏輯，克服已知技術(shù)中控制邏輯所需晶體管較多所引發(fā)的缺點(diǎn)。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提供了一種轉(zhuǎn)換器，用來(lái)根據(jù)一輸入碼提供一輸出電力，以使該輸出電力的大小對(duì)應(yīng)于該輸入碼；該輸入碼中設(shè)有一符號(hào)碼及一內(nèi)容碼；而該轉(zhuǎn)換器包含有一控制邏輯，用來(lái)根據(jù)該輸入碼產(chǎn)生一對(duì)應(yīng)的正控制碼及一負(fù)控制碼；一正電力模塊，用來(lái)根據(jù)該正控制碼而于該輸出電力中提供一對(duì)應(yīng)的正電力；一負(fù)電力模塊，用來(lái)根據(jù)該負(fù)控制碼而于該輸出電力中提供一對(duì)應(yīng)的負(fù)電力；以及一輔助電力模塊，當(dāng)該負(fù)電力模塊于該輸出電力中提供實(shí)質(zhì)上不為零的負(fù)電力時(shí)，該輔助電力模塊亦會(huì)于該輸出電力中提供一實(shí)質(zhì)上不為零的電力。
本發(fā)明還提供了一種于一轉(zhuǎn)換器中，根據(jù)一輸入碼以使該轉(zhuǎn)換器提供一輸出電力的方法，而該方法包含有接收該輸入碼，其中該輸入碼中設(shè)有一符號(hào)碼及一內(nèi)容碼；根據(jù)該輸入碼產(chǎn)生一正控制碼及一負(fù)控制碼；根據(jù)該正控制碼產(chǎn)生于該輸出電力中提供一正電力；根據(jù)該負(fù)控制碼于該輸出電路中提供一負(fù)電力；以及當(dāng)該負(fù)電力實(shí)質(zhì)上不為零時(shí)，固定在該輸出電力中提供一實(shí)質(zhì)上不為零的輔助電力。
本發(fā)明還提供了一種運(yùn)用于轉(zhuǎn)換器中，用來(lái)根據(jù)一輸入碼以提供一輸出電力的電力模塊，其中該輸入碼中包含一符號(hào)碼及一內(nèi)容碼，該電力模塊包含一正電力模塊，根據(jù)一個(gè)由該輸入碼所衍生的一正控制碼，以于該輸出電力中提供一對(duì)應(yīng)的正電力；一負(fù)電力模塊，根據(jù)一個(gè)由該輸入碼所衍生的一負(fù)控制碼，以于該輸出電力中提供一對(duì)應(yīng)的負(fù)電力；以及一輔助電力模塊，當(dāng)該負(fù)電力模塊于該輸出電力中提供實(shí)質(zhì)上不為零的負(fù)電力時(shí)，該輔助電力模塊會(huì)固定于該輸出電力中提供一實(shí)質(zhì)上不為零的輔助電力。
在已知技術(shù)中，當(dāng)已知轉(zhuǎn)換器要根據(jù)2補(bǔ)數(shù)編碼的輸入碼轉(zhuǎn)換為適當(dāng)?shù)目刂拼a以控制電力模塊產(chǎn)生負(fù)輸出電壓時(shí)，已知轉(zhuǎn)換器必需對(duì)輸入碼取2補(bǔ)數(shù)，才能得到對(duì)應(yīng)的控制碼；這也使得已知轉(zhuǎn)換器中要以較多的邏輯門、較復(fù)雜的組合邏輯才能達(dá)到2補(bǔ)數(shù)功能，造成已知轉(zhuǎn)換器布局的面積較大，消耗功能較多，門延遲也會(huì)比較長(zhǎng)，使已知轉(zhuǎn)換器的效率降低。
在本發(fā)明中，是在電力模塊原本的正負(fù)電力模塊外另行增設(shè)一輔助電力模塊；當(dāng)輸入碼為2補(bǔ)數(shù)時(shí)，輔助電力模塊會(huì)額外提供電流，使負(fù)電力模塊所需提供的電流也連帶地改變，控制負(fù)電力模塊的控制碼也會(huì)不同。改變控制碼對(duì)負(fù)電力模塊操控的模式后，僅需對(duì)輸入碼取1補(bǔ)數(shù)就可得到對(duì)應(yīng)的控制碼，這樣一來(lái)本發(fā)明轉(zhuǎn)換器中的控制邏輯需要的邏輯門就會(huì)比已知技術(shù)中減少一半，有效縮減本發(fā)明轉(zhuǎn)換器布局的面積，減少功率消耗與門延遲，增加本發(fā)明轉(zhuǎn)換器運(yùn)作的效率。


圖1為一已知4位數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器功能方塊的示意圖；圖2為圖1中轉(zhuǎn)換器運(yùn)作功能及相關(guān)控制碼相互關(guān)系的狀態(tài)圖；圖3為圖1中轉(zhuǎn)換器控制邏輯的電路示意圖；圖4為圖1中已知轉(zhuǎn)換器推廣至N位時(shí)功能方塊的示意圖；圖5為本發(fā)明一實(shí)施例中4位數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器功能方塊的示意圖；圖6為圖5中轉(zhuǎn)換器運(yùn)作功能及相關(guān)控制碼相互關(guān)系的狀態(tài)表；圖7為圖5中轉(zhuǎn)換器控制邏輯的電路示意圖；和圖8為圖5中本發(fā)明轉(zhuǎn)換器推廣至N位時(shí)功能方塊的示意圖。
附圖標(biāo)號(hào)說(shuō)明10、40、60、90 轉(zhuǎn)換器12、42、62、92 控制邏輯14、44、64、94 電力模塊16A、46A、66A、96A 正電力模塊16B、46B、66B、96B 負(fù)電力模塊18A-18C、48、68A-68C、98 正電流組20A-20D、50、70A-70D、100、102 負(fù)電流源22、72 開(kāi)關(guān)24、74 運(yùn)算放大器26、56、76、106 輸入碼28A、78A 正控制碼28B、78B 負(fù)控制碼30、80 狀態(tài)表32、82 內(nèi)容碼34、84 反相器36、86 與門38 反或門39A-39C、52 半加器S 和端C 進(jìn)位端Yp0-Yp2、Yp(0)-Yp(N-2)、Y0-Y2、Y(0)-Y(N-2) 正控制位Xp0-Xp2、Co、Xp(0)-Xp(N-2)、X0-X2、X(0)-X(N-2) 負(fù)控制位Vcc 直流電源Na-Nd、N1-N4 節(jié)點(diǎn)Rp、R 電阻Vp、Vo 輸出電壓I 電流Ap0-Ap3、Ap(0)-Ap(N-1)、A0-A3、A(0)-A(N-1) 位本發(fā)明與已知技術(shù)的不同處之一，是本發(fā)明在電力模塊64中還設(shè)有一負(fù)電流源70D做為一輔助電力模塊；負(fù)電流源70D可提供大小為1I的負(fù)電流，負(fù)電流源70D與節(jié)點(diǎn)N1間的開(kāi)關(guān)72則由輸入碼76中最高有效位A3來(lái)控制。換句話說(shuō)，當(dāng)位A3為數(shù)字“1”時(shí)，負(fù)電流源70D就會(huì)向節(jié)點(diǎn)N1提供1I的負(fù)電流；當(dāng)位A3為數(shù)字“0”時(shí)，負(fù)電流源70D與節(jié)點(diǎn)N1間的開(kāi)關(guān)就會(huì)切斷，停止將負(fù)電流源70D的電流導(dǎo)通至節(jié)點(diǎn)N1。藉由運(yùn)算放大器74在節(jié)點(diǎn)N1建立的虛擬接地，各正負(fù)電流源68A至68C、70A至70D提供至節(jié)點(diǎn)N1的總電流在流經(jīng)電阻R后，就能在節(jié)點(diǎn)N2建立起輸出電壓Vo。
請(qǐng)參考圖6(并同時(shí)參考圖5)。圖6中的狀態(tài)表80用來(lái)定義輸入碼76、輸出電壓Vo之間的關(guān)系，而相關(guān)正負(fù)控制位的對(duì)應(yīng)狀態(tài)也一并表列于狀態(tài)表80中。由狀態(tài)表80中可看出，為了與一般典型轉(zhuǎn)換器的功能相容，本發(fā)明4位轉(zhuǎn)換器60輸入碼-輸出電壓間的關(guān)系，其實(shí)和圖2中輸入碼-輸出電壓Vo間的關(guān)系完全一樣。舉例來(lái)說(shuō)，本發(fā)明4位轉(zhuǎn)換器60在輸入碼76為數(shù)字“0110”時(shí)，會(huì)輸出6IR的正輸出電壓Vo；在輸入碼76為數(shù)字“1011”時(shí)，會(huì)輸出-5IR的負(fù)輸出電壓，與圖1中已知4位轉(zhuǎn)換器10的功能一致。換句話說(shuō)，本發(fā)明轉(zhuǎn)換器60也會(huì)在接收到2補(bǔ)數(shù)的輸入碼76時(shí)，輸出對(duì)應(yīng)的負(fù)輸出電壓Vo。因此，此處也可將輸入碼76的位A3視為一符號(hào)碼，并以位A2至A0做為一內(nèi)容碼(以位A2為最高有效位)。
由于正電力模塊中各正電流源68A至68C分別所能提供的電流是依照2的升冪順序排列的，所以當(dāng)輸入碼76代表正數(shù)值時(shí)，只要使各正控制位Y2至Y0分別等于輸入碼76中的位A2至A0(并使各負(fù)控制位X0至X2為數(shù)字“0”)，就可正確控制正電力模塊66A中的各個(gè)正電流源提供正電流，建立起對(duì)應(yīng)輸入碼76的正輸出電壓Vo。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)輸入碼76以數(shù)字“0110”代表數(shù)值6時(shí)，正控制位Y2至Y0分別對(duì)應(yīng)位A2至A0而為數(shù)字“1”、“1”、“0”，就能以正電流源68B、68C總共提供的6I正電流建立6IR的輸出電壓Vo。簡(jiǎn)而言之，當(dāng)輸入碼76代表正數(shù)值時(shí)，正控制位Y0至Y2與輸入碼76間的關(guān)系，就如同圖2中在相同情形下(輸入碼26代表正數(shù)值時(shí))，正控制位Yp0至Yp2與輸入碼26的關(guān)系；而正控制位Y2至Y0的組合也可視為一正控制碼78A，并以位Y2作為最高有效位。請(qǐng)注意，在本發(fā)明中，作為輔助電力模塊的負(fù)電流源70D是由輸入碼76中的符號(hào)碼A3控制的；當(dāng)輸入碼76代表正數(shù)值時(shí)，符號(hào)碼A3為數(shù)字“0”，使得負(fù)電流源70D也不會(huì)提供電流至節(jié)點(diǎn)N1，讓輸出電壓Vo完全由正電力模塊66A提供的電流來(lái)決定。另外，對(duì)應(yīng)于正控制碼78A，各個(gè)負(fù)控制位X0至X2也可視為一負(fù)控制碼78B，由負(fù)控制位X2作為最高有效位。
如前所述，在現(xiàn)代微處理機(jī)中，多以2的補(bǔ)數(shù)來(lái)代表負(fù)的數(shù)值；而轉(zhuǎn)換器也要能適應(yīng)這樣的編碼方式，在接受到2補(bǔ)數(shù)形式的輸入碼時(shí)，輸出對(duì)應(yīng)大小的負(fù)輸出電壓。在本發(fā)明中，轉(zhuǎn)換器60也會(huì)在接受2補(bǔ)數(shù)的輸入碼時(shí)，控制各負(fù)電流源向節(jié)點(diǎn)N1提供負(fù)電流，以建立出負(fù)輸出電壓Vo。不過(guò)，當(dāng)輸入碼76以2補(bǔ)數(shù)來(lái)代表負(fù)數(shù)值時(shí)，符號(hào)碼A3就會(huì)是數(shù)字“1”，這也使得本發(fā)明中作為輔助電力模塊的負(fù)電流源70D會(huì)向節(jié)點(diǎn)提供1I的負(fù)電流。由于負(fù)電流源70D額外提供的負(fù)電流，即使負(fù)電力模塊66B中各負(fù)電流源70A至70C所能提供的電流也是以2的升冪順序排列的，負(fù)控制碼78B所代表的數(shù)值，也不會(huì)等于輸入碼76代表的負(fù)數(shù)值的大小。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)輸入碼76是數(shù)字“1001”以代表負(fù)的數(shù)值-7時(shí)，由于負(fù)電流源70D會(huì)額外提供1I的負(fù)電流，故負(fù)控制碼78B只要為代表6的數(shù)字“110”，即可控制負(fù)電力模塊66B中的負(fù)電流源70B、70C提供剩下的6I負(fù)電流；總合負(fù)電力模塊66B連同負(fù)電流源70D提供的7I負(fù)電流(配合數(shù)字“000”的正控制碼78A)，就能在電阻R上建立-7IR的負(fù)輸出電壓Vo，對(duì)應(yīng)輸入碼76代表的-7。如上例所示，當(dāng)輸入碼76為代表數(shù)值-7的數(shù)字“1001”時(shí)，負(fù)控制碼78B實(shí)際上是以數(shù)字“110”代表數(shù)值6，和數(shù)值-7的絕對(duì)值7之間還有數(shù)值1的差別，而這個(gè)數(shù)值1就是由負(fù)電流源70D來(lái)補(bǔ)償。
由于負(fù)電流源70D只要在符號(hào)碼A3為數(shù)字“1”時(shí)就會(huì)使負(fù)電流源70D提供1I的負(fù)電流，所以當(dāng)輸入碼76是以2補(bǔ)數(shù)來(lái)代表負(fù)數(shù)值時(shí)，負(fù)控制碼78B以2進(jìn)位代表的數(shù)值，皆會(huì)比輸入碼76代表數(shù)值的絕對(duì)值少1。再舉一例，當(dāng)輸入碼76以數(shù)字“1101”代表數(shù)值-3而要求轉(zhuǎn)換器60輸出-3IR的負(fù)輸出電壓Vo時(shí)，負(fù)控制碼78B只要是代表數(shù)值2(比數(shù)值3少1)的數(shù)字“010”，負(fù)電力模塊66B就能和負(fù)電流源70D一起提供3I的負(fù)電流，產(chǎn)生出-3IR的輸出電壓Vo。請(qǐng)注意，在已知轉(zhuǎn)換器10于圖2的狀態(tài)表中，由于已知轉(zhuǎn)換器10并沒(méi)有提供額外負(fù)電流的電流源，故負(fù)控制碼28B所代表的數(shù)值，就和輸入碼26代表的數(shù)值的絕對(duì)值相等；像是當(dāng)輸入碼26以數(shù)字“1101”代表數(shù)值-3的2補(bǔ)數(shù)時(shí)，負(fù)控制碼28B也是代表數(shù)值3的數(shù)字“011”。
換句話說(shuō)，相對(duì)于已知技術(shù)，本發(fā)明藉由負(fù)電流源70D提供的負(fù)電流，使得輸入碼76與負(fù)控制碼78B間的關(guān)系有所改變，而經(jīng)由輸入碼76求出負(fù)控制碼78的過(guò)程，也就能大幅簡(jiǎn)化。由圖6中可看出，當(dāng)符號(hào)碼A3為數(shù)字“1”時(shí)，控制碼78B其實(shí)就等于內(nèi)容碼82的1補(bǔ)數(shù)(1′s complement)；要取內(nèi)容碼82的1補(bǔ)數(shù)，只要將內(nèi)容碼82的各個(gè)位分別反相，就可求出控制碼78B。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)輸入碼76為數(shù)字“1010”時(shí)，內(nèi)容碼82即為“010”；各位分別反相后，原來(lái)的數(shù)字“0”變“1”，數(shù)字“1”則變?yōu)椤?”，即可求出內(nèi)容碼82的1補(bǔ)數(shù)為數(shù)字“101”，也就是控制碼78B。
請(qǐng)參考圖7(并一并參考圖5、圖6)。圖7所示即為本發(fā)明中的控制邏輯62的電路示意圖。由于本發(fā)明中求出控制碼的過(guò)程已經(jīng)大幅簡(jiǎn)化，控制邏輯62僅需以反相器84、與門86即可實(shí)現(xiàn)。根據(jù)上述的討論，當(dāng)輸入碼76代表正數(shù)值時(shí)，符號(hào)碼A3為數(shù)字“0”，正控制碼78A要等于內(nèi)容碼82，所有負(fù)控制位X0至X2則為數(shù)字“0”；故控制邏輯62中是將內(nèi)容碼82的各個(gè)位分別和符號(hào)碼A3的反相做與運(yùn)算以產(chǎn)生出各個(gè)正控制位Y0至Y2。當(dāng)輸入碼76代表負(fù)數(shù)值時(shí)，符號(hào)碼A3為數(shù)字“1”，只要將內(nèi)容碼82的各個(gè)位分別反相，即可得出各個(gè)負(fù)控制位；各正控制位則為數(shù)字“0”。所以，控制邏輯62中是以位A0至A2分別反相后再分別和符號(hào)碼A3做與運(yùn)算得出各個(gè)負(fù)控制位X0至X2，以在符號(hào)碼A3為數(shù)字“1”時(shí)使各控制位X0至X2分別等于位A0至A2的反相，以實(shí)現(xiàn)輸入碼、正負(fù)控制碼于圖6中定義的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明轉(zhuǎn)換器60的功能。由圖7中的電路可看出，本發(fā)明的控制邏輯僅需44個(gè)晶體管(4個(gè)反相器84總共8個(gè)晶體管，6個(gè)與門總共36個(gè)晶體管)即可實(shí)現(xiàn)，相較于已知技術(shù)于圖3中需要90個(gè)以上晶體管的邏輯電路12，本發(fā)明可節(jié)省超過(guò)一半的晶體管數(shù)目，大幅減少控制邏輯的布局面積、功率消耗與門延遲。
事實(shí)上，就如前面討論過(guò)的，對(duì)圖1至圖3的已知轉(zhuǎn)換器10來(lái)說(shuō)，當(dāng)輸入碼26代表負(fù)數(shù)值時(shí)，內(nèi)容碼32與負(fù)控制碼28B之間為2補(bǔ)數(shù)的關(guān)系，故已知邏輯電路12要先將內(nèi)容碼32的各個(gè)位分別反相取內(nèi)容碼12的1補(bǔ)數(shù)碼，再以串連的半加器將1補(bǔ)數(shù)碼“加1”，以得出內(nèi)容碼32的2補(bǔ)數(shù)，成為負(fù)控制碼28B。相較之下，本發(fā)明是在電力模塊64中以負(fù)電流源70D提供的負(fù)電流來(lái)進(jìn)行“加1”的動(dòng)作，故當(dāng)輸入碼76代表負(fù)數(shù)值時(shí)，本發(fā)明的控制邏輯62僅需對(duì)內(nèi)容碼82的各個(gè)位分別反相，取內(nèi)容碼82的1補(bǔ)數(shù)，即可得出控制負(fù)電力模塊66B的負(fù)控制碼78B；等效上“加1”的動(dòng)作將由電力模塊64中負(fù)電流源70D額外提供的1I負(fù)電流來(lái)進(jìn)行。比較圖1及圖5可知，本發(fā)明中的電力模塊64并不會(huì)因此而大幅增加布局面積，反倒能在控制邏輯62中減省串連的多級(jí)半加器，使得本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器的總體布局面積、功率消耗得以有效減少。
請(qǐng)繼續(xù)參考圖8。將本發(fā)明的精神推廣至N位的情況，圖8所示即為本發(fā)明N位數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器90功能方塊的示意圖。轉(zhuǎn)換器90用來(lái)接受一N位輸入碼106，并輸出對(duì)應(yīng)電壓大小的輸出電壓Vo。N位輸入碼106中有位A(N-1)至A(0)，以位A(N-1)為最高有效位。轉(zhuǎn)換器90中設(shè)有控制邏輯92及電力模塊94?？刂七壿?2用來(lái)將輸入碼106轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的正控制位Y(0)至Y(N-2)、負(fù)控制位X(0)至X(N-2)。電力模塊94中則設(shè)有正電力模塊96A、負(fù)電力模塊96B、作為輔助電力模塊的負(fù)電流源102以及運(yùn)算放大器74、電阻R。正電力模塊96A中設(shè)有N-1個(gè)正電流源98，各正電流源98依照2的升冪順序而能提供(2＾0)I、(2＾1)I等等至(2＾(N-2))I的正電流，各正電流源與節(jié)點(diǎn)N3間的開(kāi)關(guān)分別由正控制位Y(0)、Y(1)等等至Y(N-2)來(lái)控制；換句話說(shuō)，對(duì)能提供(2＾n)I正電流的正電流源，其對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)即由正控制位Y(n)控制(n等于0到(N-2))。同理，負(fù)電力模塊96B中設(shè)有N-1個(gè)負(fù)電流源100，對(duì)于能提供(2＾n)I負(fù)電流的負(fù)電流源100來(lái)說(shuō)，其與節(jié)點(diǎn)的開(kāi)關(guān)即由負(fù)控制位X(n)控制(對(duì)n等于0到(N-2))。作為輔助電力模塊的負(fù)電流源102，則是由輸入碼106中的符號(hào)碼A(N-1)(也就是輸入碼106的最高有效位)來(lái)控制其與節(jié)點(diǎn)N3間的開(kāi)關(guān)72。通過(guò)運(yùn)算放大器74與節(jié)點(diǎn)N3建立的虛擬接地，流過(guò)節(jié)點(diǎn)N3的總電流就能在電阻R上建立起輸出電壓Vo。
根據(jù)前述的原理可知，當(dāng)輸入碼106代表的是正數(shù)值時(shí)，符號(hào)碼A(N-1)為數(shù)字“0”，而各正控制碼Y(0)到Y(jié)(N-2)分別等于輸入碼106中的位A(0)至A(N-2)，各負(fù)控制碼X(0)到X(N-2)則均為數(shù)字“0”。當(dāng)輸入碼106以2補(bǔ)數(shù)代表負(fù)數(shù)值時(shí)，由于本發(fā)明電力模塊94中作為輔助電力模塊的負(fù)電流源102在符號(hào)碼A(N-1)等于數(shù)字“1”時(shí)所額外提供的1I負(fù)電流，所以只要將輸入碼106中的位A(0)至A(N-2)分別反相，就能得到對(duì)應(yīng)的負(fù)控制位Y(0)至Y(N-2)；正控制位X(0)至X(N-2)則均為數(shù)字“0”。就如圖8中所示，以N個(gè)反相器84，2(N-1)個(gè)與門86，控制邏輯92就能實(shí)現(xiàn)出上述的轉(zhuǎn)換功能，根據(jù)輸入碼76產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的正負(fù)控制位，控制電力模塊94輸出對(duì)應(yīng)的輸出電壓Vo。請(qǐng)注意，如同前面討論過(guò)的，已知技術(shù)在圖4中的控制邏輯42需要至少30(N-1)+2個(gè)晶體管才能實(shí)現(xiàn)；相較之下，本發(fā)明中的控制邏輯92僅需14(N-1)+2個(gè)晶體管即可實(shí)現(xiàn)，可節(jié)省一半以上的晶體管，并大幅減少控制邏輯的功率消耗及運(yùn)作時(shí)的延遲時(shí)間。
總結(jié)來(lái)說(shuō)，當(dāng)輸入碼以2補(bǔ)數(shù)代表負(fù)數(shù)值時(shí)，已知技術(shù)要在其控制邏輯中實(shí)現(xiàn)2補(bǔ)數(shù)的功能，才能根據(jù)輸入碼產(chǎn)生出對(duì)應(yīng)的負(fù)控制位，以控制負(fù)電力模塊建立負(fù)的輸出電壓。要在控制邏輯中實(shí)現(xiàn)2補(bǔ)數(shù)的功能，就要在控制邏輯中設(shè)置多級(jí)半加器(對(duì)N位轉(zhuǎn)換器來(lái)說(shuō)，就要N-1級(jí)半加器)以實(shí)現(xiàn)二位的數(shù)值加1。這樣一來(lái)，就會(huì)增加控制邏輯的布局面積，增加功率消耗及累積的熱量，而且由于各級(jí)半加器的串聯(lián)架構(gòu)，還會(huì)大幅增加門延遲；對(duì)于N位已知轉(zhuǎn)換器來(lái)說(shuō)，已知控制邏輯門延遲的時(shí)間就大略正比于N。相較之下，當(dāng)輸入碼以2補(bǔ)數(shù)代表負(fù)數(shù)值時(shí)，本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器是在電力模塊中以額外的輔助電力模塊進(jìn)行數(shù)值加1，使得本發(fā)明的控制邏輯中不必以半加器來(lái)實(shí)現(xiàn)二位數(shù)值加1的功能，故本發(fā)明中的控制邏輯能大幅簡(jiǎn)化，比已知技術(shù)減少一半以上的晶體管數(shù)，布局面積、功率消耗及熱量都能大幅減少。在本發(fā)明中，每一負(fù)控制位均可直接由輸入碼中的一位求出，故即使在本發(fā)明的精神推廣至N位的轉(zhuǎn)換器，本發(fā)明控制邏輯的門延遲也可大致維持于定值，不會(huì)隨著N變大而變大。在現(xiàn)代的電子電路中，因?yàn)楦呔_度的要求，數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器輸入碼的位數(shù)也不斷增加，對(duì)運(yùn)作速率的要求也越來(lái)越嚴(yán)格；而本發(fā)明能有效減少控制邏輯(乃至于整體轉(zhuǎn)換器)所需的布局面積及功率消耗，又因低門延遲而有較高的運(yùn)作效率，也就更能適應(yīng)現(xiàn)代電子電路規(guī)格上的需求。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明專利的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種轉(zhuǎn)換器，用來(lái)根據(jù)一輸入碼提供一輸出電力，以使該輸出電力的大小對(duì)應(yīng)于該輸入碼；該輸入碼中設(shè)有一符號(hào)碼及一內(nèi)容碼；而該轉(zhuǎn)換器包含有一控制邏輯，用來(lái)根據(jù)該輸入碼產(chǎn)生一對(duì)應(yīng)的正控制碼及一負(fù)控制碼；一正電力模塊，用來(lái)根據(jù)該正控制碼而于該輸出電力中提供一對(duì)應(yīng)的正電力；一負(fù)電力模塊，用來(lái)根據(jù)該負(fù)控制碼而于該輸出電力中提供一對(duì)應(yīng)的負(fù)電力；以及一輔助電力模塊，當(dāng)該負(fù)電力模塊于該輸出電力中提供實(shí)質(zhì)上不為零的負(fù)電力時(shí)，該輔助電力模塊亦會(huì)于該輸出電力中提供一實(shí)質(zhì)上不為零的電力。
2.如權(quán)利要求1的轉(zhuǎn)換器，還包含當(dāng)該符號(hào)碼符合一預(yù)設(shè)的負(fù)符號(hào)碼時(shí)，該控制邏輯會(huì)將該內(nèi)容碼以該第一編碼法編碼為該負(fù)控制碼；以及當(dāng)該符號(hào)碼不符合該預(yù)設(shè)的負(fù)符號(hào)碼時(shí)，該控制邏輯產(chǎn)生的該負(fù)控制碼會(huì)使該負(fù)電力模塊停止提供該負(fù)電力。
3.如權(quán)利要求1的轉(zhuǎn)換器，其中該控制邏輯是根據(jù)該輸入碼中的符號(hào)碼將該內(nèi)容碼以一第一編碼法編碼為該負(fù)控制碼，其中該第一編碼法是將編碼前的數(shù)碼取1的補(bǔ)數(shù)成為編碼后的數(shù)碼。
4.如權(quán)利要求1的轉(zhuǎn)換器，其中當(dāng)該輸入碼代表一第一負(fù)輸入碼時(shí)，該第一負(fù)輸入碼是以一第二編碼法對(duì)該第一負(fù)輸入碼進(jìn)行編碼，其中該第二編碼法是將編碼前的數(shù)碼取2的補(bǔ)數(shù)(2′s complement)成為編碼后的數(shù)碼。
5.如權(quán)利要求1的轉(zhuǎn)換器，其中該輔助電力是與一單位電流相對(duì)應(yīng)，且每個(gè)由該負(fù)電力模塊所提供的該負(fù)電力所對(duì)應(yīng)的電流，實(shí)質(zhì)上是該單位電流的整數(shù)倍。
6.一種于一轉(zhuǎn)換器中，根據(jù)一輸入碼以使該轉(zhuǎn)換器提供一輸出電力的方法，而該方法包含有接收該輸入碼，其中該輸入碼中設(shè)有一符號(hào)碼及一內(nèi)容碼；根據(jù)該輸入碼產(chǎn)生一正控制碼及一負(fù)控制碼；根據(jù)該正控制碼產(chǎn)生于該輸出電力中提供一正電力；根據(jù)該負(fù)控制碼于該輸出電路中提供一負(fù)電力；以及當(dāng)該負(fù)電力實(shí)質(zhì)上不為零時(shí)，固定在該輸出電力中提供一實(shí)質(zhì)上不為零的輔助電力。
7.如權(quán)利要求6的方法，其中根據(jù)該輸入碼產(chǎn)生該正控制碼及該負(fù)控制碼的步驟，是根據(jù)該輸入碼中的符號(hào)碼將該內(nèi)容碼以一第一編碼法編碼為該負(fù)控制碼。
8.如權(quán)利要求7的方法，其中該第一編碼法是將編碼前的數(shù)碼取1的補(bǔ)數(shù)成為編碼后的數(shù)碼。
9.如權(quán)利要求6的方法，其中當(dāng)該輸入碼代表一第一負(fù)輸入碼時(shí)，該第一負(fù)輸入碼是以一第二編碼法對(duì)該第一負(fù)輸入碼進(jìn)行編碼，其中該第二編碼法是將編碼前的數(shù)碼取2的補(bǔ)數(shù)成為編碼后的數(shù)碼。
10.如權(quán)利要求6的方法，其中該輔助電力是與一單位電流相對(duì)應(yīng)，且該負(fù)電力所對(duì)應(yīng)的電流，實(shí)質(zhì)上是該單位電流的整數(shù)倍。
11.一種運(yùn)用于轉(zhuǎn)換器中，用來(lái)根據(jù)一輸入碼以提供一輸出電力的電力模塊，其中該輸入碼中包含一符號(hào)碼及一內(nèi)容碼，該電力模塊包含一正電力模塊，根據(jù)一個(gè)由該輸入碼所衍生的一正控制碼，以于該輸出電力中提供一對(duì)應(yīng)的正電力；一負(fù)電力模塊，根據(jù)一個(gè)由該輸入碼所衍生的一負(fù)控制碼，以于該輸出電力中提供一對(duì)應(yīng)的負(fù)電力；以及一輔助電力模塊，當(dāng)該負(fù)電力模塊于該輸出電力中提供實(shí)質(zhì)上不為零的負(fù)電力時(shí)，該輔助電力模塊會(huì)固定于該輸出電力中提供一實(shí)質(zhì)上不為零的輔助電力。
12.如權(quán)利要求11的電力模塊，其中該輔助電力是與一單位電流相對(duì)應(yīng)，且每個(gè)由該負(fù)電力模塊所提供的該負(fù)電力所對(duì)應(yīng)的電流，實(shí)質(zhì)上是該單位電流的整數(shù)倍。
13.如權(quán)利要求12的電力模塊，其中若該輸入碼為一第一正輸入碼時(shí)，由該正輸入碼所衍生的一第一負(fù)控制碼會(huì)使該負(fù)電力模塊停止提供該負(fù)電力；若該輸入碼為一第一負(fù)輸入碼時(shí)，由該第一負(fù)輸入碼所衍生的一第一正控制碼會(huì)使該正電力模塊停止提供該正電力。
全文摘要
本發(fā)明提供一種數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器及相關(guān)控制方法。該轉(zhuǎn)換器是用來(lái)根據(jù)一數(shù)字的輸入碼產(chǎn)生大小對(duì)應(yīng)的輸出電壓；該轉(zhuǎn)換器中包含多個(gè)正電流源、多個(gè)負(fù)電流源、一輔助電流源及一控制邏輯?？刂七壿嬘脕?lái)將該輸入碼轉(zhuǎn)換為多個(gè)正控制位、負(fù)控制位以分別控制各正電流源與各負(fù)電流源提供電流于一電阻而產(chǎn)生該輸出電壓。而該輔助電流源可于該負(fù)電流源提供電流時(shí)另行提供電流至該電阻，使得當(dāng)該輸入碼為一2補(bǔ)數(shù)編碼的負(fù)數(shù)時(shí)，該控制邏輯僅需根據(jù)該輸入碼進(jìn)行1補(bǔ)數(shù)編碼、并搭配輔助電流源以產(chǎn)生所述負(fù)控制位，并使該轉(zhuǎn)換器輸出對(duì)應(yīng)于該負(fù)數(shù)輸入碼的負(fù)輸出電壓。
文檔編號(hào)H03M1/74GK1476172SQ0314748
公開(kāi)日2004年2月18日 申請(qǐng)日期2003年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月10日
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