TWI339511B - Digital to analog converter and conversion method - Google Patents

Description

1339511 1 第9612817]號之專利說明書修正本 修正曰期：99.11.11 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種轉換器，特別是有關於一種數 位類比轉換器to analog converter ; DAC)。 【先前技術】 數位類比轉換器（digital to analog converter ; DAC) 係為必要介面電路，用以將信號由數位類型轉換至類 •比類型，特別是轉換至類比信處理類型（ana】〇g signal • Pr〇CeSSing d〇main)。在類比數位轉換器（ADC)的技術領域 . 中，數位類比轉換器也是一道關鍵。數位類比轉換器接 •收N位元的數位字元（dighal w〇rd)或資料，並將其轉換 • 成γ類比電壓信號。該類比電壓信號的範圍由零至一最 大電壓。該最大電壓係取決於數位類比轉換器所提供的 參考電壓。 # 關於數位類比轉換器對於語音信號的效能而言，三 角積分調變（delta sigma modulation)係經常被使用，用以 付知所需的總諧波失真（諧波成分比例）或是信號雜訊比 (signal to n〇ise rati0 ; S/N)等。根據三角積分調變，藉由 雜訊形成技得，使得在轉換時，可達到預定的功效。 【發明内容】 本發明提供一種數位類比轉換器，包括一第—電容 态、一第二電容器 '一第三電容器、一第四電容器、一 運算放大器以及複數開關。在一第一期間，第一電容器 0758-A32476TWF1 (20100914) -Ϊ339511 第96128171號之專利說明書修正本 修正曰期：99.11.1] 儲存一第一電壓，而第二電容器儲存一第二電壓。運算 放大器具有一正相輸入端、一反相輸入端、一正相輸出 端及一反相輸出端。第三電容器耗接於該反相輸入端及 該正相輸出端之間。第四電容器耦接於該正相輸入端及 該反相輸出端之間。在與該第一期間無交疊之一第二期 間，開關根據一數位信號，將該第一及第二電容器耦接 該運算放大器，其中當該第一電容器與該第三電容器並 聯時，該第二電容器與該第四電容器並聯，當該第一電 容器與該第四電容器並聯時，該第二電容器與該第三電 容器並聯。 本發明提供另一種數位類比轉換器，包括一第一電 容器、一第二電容器、一運算放大器、一第一開關群組 以及一第二開關群組。在一第一期間，第一電容器儲存 一第一電壓，而第二電容器儲存一第二電壓。運算放大 器具有一正相輸入端、一反相輸入端、一正相輸出端以 及一反相輸出端。在與該第一期間無交疊之一第二期 間，第一開關群組根據一數位信號，將該第一電容器並 聯該運算放大器，而第二開關群組根據該數位信號，將 該第二電容器並聯該運算放大器，其中，在該第二期間， 當該第一電容器耦接於該反相輸入端及該正相輸出端之 間時，該第二電容器耦接於該正相輸入端及該反相輸出 端之間，當該第一電容器耦接於該正相輸入端及該反相 輸出端之間時，該第二電容器耦接於該反相輸入端及該 正相輸出端之間。 0758-A32476TWFl(20100914) 6 第96】2817】號之專利說明書修正本 修正日期：99.]1.11 本發明另提供—種 法。在-第-期間，將—第二轉換器之轉換方 中，以及將一第二 1壓儲存於-第-電容器 第-期間存於—第二電容器中。在與該 第一及篆二 弟二期間，根據-數位信號，將节 弟及弟一電容器與1 匕將。亥 驟包含：當將兮Μ — ♦ A °。亚如’其中该並聯步 相浐入踹及Λ “谷器耦接於該運算放大器之一反 相輸入…正相輸出端 ： 於該運算放大器之— ^弟一电奋克耦接 合將兮Μ—士6 相輸入端及一反相輸出端之間， 二L於，谷裔耦接於該運算放大器之該正相輪入端 放3= 端ί間時’將該第二電容器，接於該運算 反相輪入端及該正相輸出端之間。 為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點 明顯易t重’下文特舉出較伟每 * *人 作詳細說明如下： 貝施例，並配合所附圖式， 【實施方式】 第1圖為本發明之數位類比轉換器之示意圖。如圖 所示’數位類比轉換器10包括，電容器CINP、CINN、 CF1、CF2、運算放大器11〇、開關則〜swi2。所有符 號為0P的節點相互轉接在一起。所有符號為〇N的節點 相互耗接在一起。 開關SW1〜SW4由時脈信號Φι控制。開關sw卜SW3 與電容器CINP串聯於參考電壓VREFp與共通模式電壓 Vcm之間。開關SW2' SW4與電容器CINN串聯於參考電 〇758-A32476TWF1(20100914) 7 1339511 修正日期：99.11.11 第96128Π1號之專利說明書修正本 壓VREFN與共通模式電壓VcM之間。 開關SW5〜SW8由時脈信號％及數位信號£)丨控 制。開關SW9〜SW12由時脈信號φ2及數位信號Dib控 制°數位信號Di係由三角積分調變器（delta_sjgma modnlator)120所產生。數位信號Di經過反相器13〇反相 後，便可產生數位信號Dib。在本實施例中，三角積分調 ’交斋120係產生單一位元（singie_bit)數位信號。 在第一時間，開關SW1〜SW4被導通，使得電容器 CINP所儲存的電荷為（VREFp_VcM)*CINp，而電容器αΝΝ 所儲存的電荷為（VREFN-Vcm)*CINn。 在第一期間，開關SW5、SW6、SW9及SW10根據 數位信號Di及Dib，將電容器CINp耦接至運算放大器 110。同樣地，開關SW1、SW8、swn及SW12根據數 位信號Di及Dib，將電容器CINn耗接至運算放大器π〇。 在本實施财，運算放M 11Q包括—正相輸入 :二：反相輸入端、一正相輸出端以及-反相輸出端。 电奋CF1耗接於反相輸人端及正相輸出端之間，而電 容器，接於正相輸入端及反相輸出端之間。 吵在弟二期間’根據數位信號〇丨，開關SW5及SW6 將電容器CINP耦接至運曾访士叫11Λ ,^ r 放大克】】〇之反相輸入端及正 相輸出端。因此，雷交哭、， Ρ亚聯電容器CF】。同樣地， 開關S W 7及S W 8柄撼者々乂λ γ丄„上 至運uDi，將電容器CINn耗接 主連异放大為ll〇之正相私λ山 ♦办。、，β 相輸入玄而及反相輸出端。因此’ 电合為CINn亚聯電容器CP)。 1 58-A324 76TWF1 (20100914) 1339511 修正日期：99.11.]丨 第96128171號之專利說明書修正本 在第二期間，根據數位信號Dib，開關SW9及sw】〇 馳接至運算放大器11G之正相輸入端及反 相輸出端。因此，電容器CINp並聯電容器cn。同樣地， 開關SWn及SW12根據數位信號Dib，將電容哭⑽ 麵接至？算放大器】10之反相輸入端及正相輸出端。因、 此’電谷器CINn並聯電容器CF1。 假設，時脈信號Φι或是％為高位準時，則可 相對應的開關，當時脈信號φ]或是％為低位準時’ 不導通相對應的開關。 、 ㈤^一^卜時脈信“為高位準’使得開關

:導通。因此，電容$ αΝρ所儲存的電荷為 (觀P-vCM)*CINp，而電容器 CIN (VREFN-VCMmNN。 子 ^ 何為 ^第二期間’時脈信號Φι為低位準，而時脈信 ^氏1玉數位信號^高位準’而數位信號⑽為 準蚪，則可導通開關SW5〜SW8而不導 _〜，4。因此，電容器CINp並聯電容器cn，而電容 並聯電容器CF2。正相輸出端的輸出信號係由儲 :-二：哪與電容器CF1的電荷所決定。也就是由 ΐ 一』間所得到的電荷（VREFp-vCM)*CINp再加上 二，t電容器C F1並聯後的電荷所決定。此時的二 广虎Φ2會一使電容器CF"皮充電。儲存在並聯的電容器 INp與電容器CF1的最終電荷即可決 出俨轳。& c ^ ]丨J，秀疋正相輸出端的輸 出U而反相輸出端的輸出信係由儲存在電容器CINi 0758-A32476TWFi(2〇i 00914) 1339511 第96128171號之專利說明書修正本 修正日期：99.11.11 與電容器CF2的電荷所決定。也就是由第二期間所得到 的電荷（VREFN-Vcm)*CINn再加上電容器CINn與電容器 CF2並聯後的電荷所決定。此時的時脈信號Φ2會使電容 器CF2被充電。儲存在並聯的電容器CINn與電容器CF2 的最終電荷即可決定反相輸出端的輸出信號。 同樣地，若時脈信號Φ2及數位信號Dib為高位準， 而時脈信號％及數位信號Di為低位準時，則可導通開 關SW9〜SW12而不導通SW卜SW4。因此，電容器CINP 並聯電容器CF2，而電容器CINn並聯電容器CF1。運算 放大器11 0的正相輸出端的輸出信號係由儲存在電容器 匸⑺〜與電容器CF1的電荷所決定。也就是由在第二期間 所得到的電荷（VREFN-Vcm)*CINn再加上電容器CINn與 電容器CF1並聯後的電荷所決定。此時的時脈信號Φ2 會使電容器CF1被充電。儲存在並聯的電容器CINn與電 容器CF1的最終電荷即可決定正相輸出端的輸出信號。 而反相輸出端的輸出信係由儲存在電容器CINp與電容器 CF2的電荷所決定。也就是由在第二期間所得到的電荷 (VREFP-Vcm)*CINp再加上電容器CINP與電容器CF2並 聯後的電荷所決定。此時的時脈信號Φ2會使電容器CF2 被充電。儲存在並聯的電容器CINP與電容器CF2的最終 電荷即可決定反相輸出端的輸出信號。

由上述可知，藉由控制數位信號D i，可使得電容器 CINP並聯電容器CF1，以及使電容器CINn並聯電容器 CF2。另外，藉由控制數位信號Dib，可使得電容器CINP 0758-A32476TWF1(20100914) 10 1339511 修正曰期：99.1].]] 第961281 7]號之專利說明書修正本 並％電谷器CF2，以及使電容器CINN並聯電容器cF 1。 第2圖為本發明之數位類比轉換器之另一實施例。 第2圖相似於第1圖，不同之處在於，數位類比轉換器 20具有截波器（chopper)功能，用以將運算放大器21〇的 閃爍雜訊（flicker n〇ise)調變至—較高的頻帶（知叫如^ band)。被調變的閃爍雜訊便可被濾除。如圖所示，開關 SW5〜SWi2由時脈信號％、^、數位信號及

Dlb控制。時脈信號與0ehb互為反相。 、數位類比轉換器20並不需要額外增加開關以達到 截波器的功能。只需將開關S W5〜s w丨2原本的控制邏輯 加上時脈信號Φε1ι、〇>ehb ’便可將戴波㈣功能加進數位 類比轉換器中。藉由數位電路可控制開關⑽，因而可 執行布林函數。同樣地，開關 SW6〜SW12亦可由數位電路所控制。$ 了執行截波功

j，、可將額外增加的數位電路整合於晶片(eh*)中，進而 卽省成本。 弟3圖為本發明之數位類比轉換器之另—實施例。 ^類比㈣E 3G用以處理多位^(_hi-bit)數位作 圖:，反相器331〜33n分別處理三角積分調^ 二所提供的數位信，以產生 所有符號為0?的節點均相互謝-起。 所有付號為ON的節點均相互減在一起。 在第，月間’開關SWl广及 脈信™制’用，容器⑽及㈣根^ 075S-A32476TWF1C20I00914) 1339511 修正日期：99.11.π 第96128171號之專利說明書修正本 考電壓VREFP以及共通模式電壓Vcm而充電，而電容器 CINN1及CINNn根據參考電壓VREFN以及共通模式電壓 Vcm而充電。 在第二期間’開關SW5PSW12,由數位信號' Dih及時脈信號φ2,用以使電容器αΝρ|並聯電容器 或CF2，以及使電容器CINni並聯電容器CF2或。 同樣地，開關SW5n〜SWl2n由數位信號Din、叫及時脈 信號％控制，用以使電容器CINpn並聯電容器cn或 CF2 ’以及使電容器C〖NNn並聯電容器CF2或CF1。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用 以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者， 在不脫離本發明之精神和範圍内，當可作些許之更動與 潤飾，因此本發明之保、護範圍當視後附之中請專利範圍 所界定者為準。 【圖式簡單說明】 第1圖為本發明之數位類比轉換器之示意圖。 D圖為本發明之數位類比轉換器之另一實施例。 第3圖為本發明之數位類比轉換器之另—實施例。 【主要元件符號說明】 10、20 ' 30 :數位類比轉換器； 、ciNPn、cmN1、 CINP、CINn、CF1、CF2、CINP丨 CINNn :電容器； 1 Π 0、2 ] 0 :運算放大器； 0758-A32476TWF1 (201 〇〇914) 1339511 第9612817〗號之專利說明書修正本 120、320 :三角積分調變器； SW1 〜SW12、SW5n〜SW12n :開 Φ 2、Φ eh、Φ chb :時脈信號； Di、Dib、Di】〜Din、Dib广Dibn 331〜33η :反相器。 修正日期：99.11.11 關； :數位信號； 0758-A32476TWFl(20100914) 13

Claims (1)

1. B59511 第96128171號之專利說明書修正本 修正日期：99.11.11 十、申請專利範圍： 1. 一種數位類比轉換器，包括： 一第一電容器，在一第一期間儲存一第一電壓； 一第二電容器，在該第一期間儲存一第二電壓； 一運算放大器，具有一正相輸入端、一反相輸入端、 一正相輸出端及一反相輸出端； 一第三電容器，耦接於該反相輸入端及該正相輸出 端之間； .一第四電容器，耦接於該正相輸入端及該反相輸出 端之間；以及 複數開關，在與該第一期間無交疊之一第二期間， 根據一數位信號，將該第一及第二電容器耦接該運算放 大器，其中當該第一電容器與該第三電容器並聯時，該 第二電容器與該第四電容器並聯，當該第一電容器與該 第四電容器並聯時，該第二電容器與該第三電容器並聯D 2. 如申請專利範圍第1項所述之數位類比轉換器， 更包括一三角積分（delta-sigma)調變器，用以產生該數位 信號。 3. —種數位類比轉換器，包括： 一第一電容器，在一第一期間儲存一第一電壓； 一第二電容器，在該第一期間儲存一第二電壓； 一運算放大器，具有一正相輸入端、一反相輸入端、 一正相輸出端以及一反相輸出端； 一第一開關群組，在與該第一期間無交疊之一第二 0758-A32476TWFl(20100914) 14 1339511 第96128171號之專利說明書修正本 修正日期：99.11.11 期間，根據一數位信號，將該第一電容器並聯該運算放 大器；以及 一第二開關群組，在該第二期間，根據該數位信號， 將該第二電容器並聯該運算放大器， 其中，在該第二期間，當該第一電容器耦接於該反 相輸入端及該正相輸出端之間時，該第二電容器耦接於 該正相輸入端及該反相輸出端之間，當該第一電容器耦 接於該正相輸入端及該反相輸出端之間時，該第二電容 ^ 器耦接於該反相輸入端及該正相輸出端之間。 4.如申請專利範圍第3項所述之數位類比轉換器， ' 更包括： ' 一第三電容器，在該第一期間，該第三電容器耦接 • 於該反相輸入端及該正相輸出端之間；以及 一第四電容器，在該第一期間，該第四電容器耦接 於該正相輸入端及該反相輸出端之間。 I 5.如申請專利範圍第4項所述之數位類比轉換器， 其中在該第二期間，該第三電容器並聯該第一電容器， 該第四電容器並聯該第二電容器。 6. 如申請專利範圍第4項所述之數位類比轉換器， 其中在該第二期間，該第三電容器並聯該第二電容器， 該第四電容器並聯該第一電容器。 7. 如申請專利範圍第3項所述之數位類比轉換器， 更包括一三角積分（delta-sigma)調變器，用以產生該數位 信號。 0758-A32476TWF1 (20100914) 1339511 第96128171號之專利說明書修正本 修正日期：99.11.11 8. —種用於數位類比轉換器之轉換方法，包括： 在一第一期間，將一第一電壓儲存於一第一電容器 中，以及將一第二電壓儲存於一第二電容器中；以及 在一與該第一期間無交疊之第二期間，根據一數位 信號，將該第一及第二電容器與一運算放大器並聯，其 中該並聯步驟包含： 當將該第一電容器耦接於該運算放大器之一反相輸 入端及一正相輸出端之間時，將該第二電容器耦接於該 運算放大器之一正相輸入端及一反相輸出端之間，當將 該第一電容器耦接於該運算放大器之該正相輸入端及該 反相輸出端之間時，將該第二電容器耦接於該運算放大 器之該反相輸入端及該正相輸出端之間。 9. 如申請專利範圍第8項所述之用於數位類比轉換 器之轉換方法，更包括： 在該第二期間，並聯一第三電容器與該第一電容 器；以及 在該第二期間，並聯一第四電容器與該第二電容器。 1 0.如申請專利範圍第9項所述之用於數位類比轉換 器之轉換方法，其中在該第一期間，該第三及該第四電 容器並聯該運算放大器，其中該第三電容器耦接於該運 算放大器之該反相輸入端及該正相輸出端之間，該第四 電容器耦接於該運算放大器之該正相輸入端及該反相輸 出端之間。 1 1.如申請專利範圍第8項所述之用於數位類比轉換 0758-A32476TWF1(201009I4) 16 修正日期·· 99.Π.Π 第96128Π1號之專利說明書修正本 角積分（delta-sigma)調變 。器之轉換方法，更包括利用一 為，產生該數位信號。 器之：第8項所述之用於數位類比轉換 器;2第二期間，並聯該第一電容器與一第三電容 5 t—期間’並聯該第二電容器與-第四電容器。 換器之12項所述™類比轉 端及間’將該第三電容器祕在該反相輸入 端及π玄正相輸出端之間；以及 端及’將該第四電容器純在該正相輸入 端及5亥反相輸出端之間。 如申請專利範圍第13項所述之用於數位類比轉 換益之轉換方法，更包括. 在該第二期間，並聯該第三電容器與該第一電容 器；以及 电谷 在該第一期間，並聯該第四電容器與該第二電容器。 0758-A32476TWFH20100914) 17 1339511 第96128171號之專利說明書修正本 修正日期：99.11.11 七、 指定代表圖： (一） 本案指定代表圖為：第1圖。 (二） 本代表圖之元件符號簡單說明： 10 :數位類比轉換器； CINP、CINn、CF1、CF2 :電容器； 110 :運算放大器； SW1〜SW12 :開關； 120 :三角積分調變器； Φ ,、Φ 2 :時脈信號； Di、Dib :數位信號。 八、 本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式： 0758-A32476TWF1 (20100914) 4