專利名稱：數字模擬轉換器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明關于-一種數字模擬轉換器(digital-to-analog converter, DAC)的裝置， 且特別是涉及一種有多個DAC區(qū)塊的裝置，用以根據輸入字組來處理不同電壓級。
背景技術：
傳統(tǒng)的電阻串式(resistor string ， R-string)數字模擬轉換器 (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，而選擇器包含多個選擇線，用以對應到各相對應 的電壓級。傳統(tǒng)的R-string DAC需要用到高達2W個選擇線來轉換N位數據。 在芯片尺寸不斷縮小的現在，使用多達2W個選擇線會造成不必要的空間浪費。
在美國申請第11/563321號中，公開了一個雙輸出DAC，其中此DAC將 選擇線的數目從2W個降低到2^'個，因此有效的節(jié)省了面積。圖1是一雙輸 出DAC的方框圖。請參照圖1，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根據輸入字組的剩余位從R-string 區(qū)102選擇了兩個電壓級。多工器106接下來根據最低位選擇了其中一個電壓 級，然后運算放大器108把兩電壓級中的第一電壓跟所選擇的電壓級做平均處 理以作為DAC的最終輸出。如此一來，雙輸出DAC只需要2^個選擇線就 可以轉換一個N位輸入字組。
然而，運算放大器108的輸入電壓范圍被限制住了。如此一來，當運算放 大器108嘗試處理極大的電壓差異時，DAC所產生的加馬曲線(gamma curve) 會產生失真。舉例來說，當輸入字組選擇一個接近導軌電壓的電壓級時，會發(fā) 生失真，而產生出一個非線性的加馬曲線輸出。
由于以上原因，需要設計出一個新型的DAC，來修正運算放大器造成的 失真，而產生一個線性的加馬曲線。

發(fā)明內容
因此本發(fā)明的目的在于提供 一 種數字模擬轉換器(digital-to-analog converter, DAC)，用以補正運算放大器所造成的失真。此DAC將一輸入字組 轉換成一輸出電壓，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 多工器和一運算放大器。R-string區(qū)提供一第一電壓級群組和一第二電壓級群 組。第一DAC區(qū)在輸入字組對應到的電壓級在第一電壓級群組的范圍里時， 根據輸入字組提供輸出電壓。第二DAC區(qū)在輸入字組對應到的電壓級在第二 電壓級群組的范圍里時，根據剩余位提供一第二與一第三電壓級。多工器與第 二DAC區(qū)相連接，用以根據最低位從第一與第二電壓級提供一中間電壓。運 算放大器用以將中間電壓和第一與第二電壓級的其中一個做平均處理以產生 輸出電壓。
使用單輸出DAC來從R-string區(qū)一對一選擇出電壓級使電壓級在R-string 區(qū)的最高與最低端時，運算放大器可以更線性的做平均處理。
下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述，但不作為對本發(fā)明的 限定。


為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征、優(yōu)點與實施例能更明顯易懂，所附 附圖的詳細說明如下
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，附圖標記
102: R-string區(qū) 212:切換模塊
104: DAC區(qū) 214:感應器
106:多工器區(qū) 216:切換裝置108:運算放大器
200: DAC
202: R-string區(qū) 204:第一DAC區(qū) 206:第二DAC區(qū) 208:多工器
210:運算放大器
302:電阻
304: 2對多選擇器 306:第二選擇線 308:第二切換器件
310: 1對多選擇器 312:第一選擇線 316:第一切換器件
具體實施例方式
接下來將說明本發(fā)明的一較佳實施例，并依序附上附圖標記。相同或相似 的部分采用相同的編號。
圖2a和圖2b，所示為依照本發(fā)明一較佳實施例的一種DAC方框圖。請 參照圖2a， 一數字模擬轉換器200(digital-to-analog converter, DAC)用來將一 輸入字組轉換成一輸出電壓，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和一運算放大器210。 R-string區(qū)202提供一第一電壓級群組和一第二電壓級群組。例如，一 8位(N-8) 輸入字組的來源數據需要R-string區(qū)202至少有256個電壓級(2^256)。第一 電壓級群組至少包含多個電壓級以提供輸出電壓，其中該輸出電壓被轉換到相 對應的灰階。在R-string202區(qū)的兩個端點附近的電壓級會被分類在第一電壓 級群組里(如V0 V15和V240 V255)。這些電壓級超出了運算放大器210線性 處理的輸入范圍。失真使得第一電壓級群組的加馬曲線顯得更加陡峭。而可以 被運算放大器210線性處理的電壓級則分類在第二電壓級群組里(如 V16 V239)。如此一來，第一電壓級群組的加馬曲線的傾斜度大于該第二電壓 級群組的加馬曲線的傾斜度。
第一DAC區(qū)204在輸入字組對應到的電壓級在第一電壓級群組的范圍里 時，根據輸入字組提供輸出電壓。舉例來說， 一個8位字組00000000對應到 V0。 V0的值會十分接近上導軌電壓(如5V)，因此V0是屬于第一電壓級群組。 第一DAC區(qū)204是一個信號輸出DAC。在此第一DAC區(qū)中， 一個電壓級對 應到一個輸入字組。當來源數據需要一個8位輸入字組時，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(V0 V15)和底端的4位的電壓級 (V240 V255)。第一DAC區(qū)所提供的輸出電壓會被如圖上的Vinl傳送到多工 器208，也會被如圖上的Vol傳送到運送放大器210。如此一來，如果輸入字 組對應到一個在第一電壓級群組的電壓級(如V0)，則Vol和Vinl都會得到vo。
請同時參照圖2a和圖2b，當輸入字組對應到一第一電壓級群組里的電壓 級時， 一切換模塊212從第一DAC區(qū)連接一電壓級以輸入到多工器。切換模 塊212包含了一感應器214和一切換裝置216。其中，感應器214用來決定相 對應的電壓級以提供一控制信號，而切換裝置216被控制信號所切換用來連結 從第一 DAC區(qū)204選出的電壓級以輸入多工器208。舉例來說，當感應器214 偵測到一個對應到在第一電壓級群組里的電壓級的輸入字組時，Vinl和Vin2 則會電性相通并輸入到多工器208。在這個例子里，無論多工器208選擇哪一 個，Vol和Vo2會是一樣的。然后，運算放大器210將Vo1和Vo2做平均處 理產生一輸出電壓(Vo)。
當輸入字組對應到在第二電壓級群組的范圍內的電壓級時，第二DAC區(qū) 206根據剩余位提供一第一和一第二電壓級。舉例來說，8位輸入字組若為 00010000時，其會對應到V16。運算放大器210可以在不產生明顯的失真之 下，線性的插入V16的值。因此，V16屬于第二電壓級群組。如美國申請第 11/563321號所公開，第二DAC區(qū)206是一個雙輸出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。第一電壓級與第二電壓級中 間相隔了兩個電壓級。第二DAC區(qū)206輸出所選擇的第二與第三電壓級，使 其為Vinl和Vin2并輸入多工器208。當來源數據需要一個8位的輸入字組時， 第二 DAC區(qū)204僅僅需要一個7位的DAC區(qū)來容納在第二電壓級范圍里面 的電壓級(V16 V239)。稍后，圖3會對第二DAC區(qū)206的結構有更詳細的說 明。雖然本發(fā)明的一較佳實施例需要一個額外的DAC來處理加馬曲線兩極端 的電壓級，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，根據最低位從第一與第二電壓級中提供 一中間電壓。中間電壓指圖2中的Vo2。當輸入字組的最低位是"1"時，多 工器208會選擇第二電壓級為中間電壓；而當輸入字組的最低位是"0"時，
多工器208會選擇第一電壓級為中間電壓。在這個例子里，切換模塊212沒有 將Vinl和Vin2相連接，因此Vol是第一電壓級。而Vo2在這個例子里可能 是第二電壓級或第一電壓級，其選擇是根據最低位來判斷。舉例來說，第一電 壓級可能是V100，而第二電壓級可能是V102。如果希望輸出電壓級是V100， 則使V100選為Vo2，然后運算放大器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 運算放大器210將V100和V102做平均處理而得到V101 。
請參照圖3，其繪示依照本發(fā)明一較佳實施例中，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 串聯(lián)在一起的電阻302，以提供各種不同的電壓級。第一 DAC區(qū)204包含一 個一對多選擇器310。其中此選擇器310有多個第一選擇線312與R-string區(qū) 相連，并從第一電壓級群組里來提供相對應的電壓級，且每一個第一選擇線 312包含多個串聯(lián)的第一切換器件316。切換器件316可以是CMOS晶體管開 關。例如，一4位第一DAC區(qū)在每一個第一選擇線312之上會有四個切換器 件。每一個第一選擇線312都對應到一個電壓級并連結到Vinl。第二 DAC區(qū) 至少包含一個擁有多個第二選擇線306的二對多的選擇器304。其中第二選擇 線306與R-string區(qū)相連，并從第二電壓級群組提供相對應的第一與第二電壓 級，且每一個第二選擇線306至少包含多個串聯(lián)的第二切換器件308。當第二 選擇線偵測到第一電壓級，則連接到Vinl。當第二選擇線偵測到第二電壓級， 則連接到Vin2。
由上述本發(fā)明較佳實施例的敘述可知，本發(fā)明較佳實例中的DAC的面積 較傳統(tǒng)的DAC的面積小。另外，本發(fā)明較佳實例的DAC解決了單純雙DAC 中加馬曲線非線性的問題。
當然，本發(fā)明還可有其他多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質的情 況下，熟悉本領域的技術人員可根據本發(fā)明作出各種相應的改變和變形，但這 些相應的改變和變形都應屬于本發(fā)明所附的權利要求的保護范圍。
權利要求
1.一種數字模擬轉換器，用以將輸入字組轉換成一輸出電壓，其特征在于，該輸入字組至少包含一最低位和剩余位，該數字模擬轉換器至少包含一電阻串區(qū)，用以提供一第一電壓級群組與一第二電壓級群組；一第一數字模擬轉換器區(qū)，在輸入字組對應到的電壓級在該第一電壓級群組的范圍里時，根據該輸入字組提供該輸出電壓；一第二數字模擬轉換器區(qū)，在輸入字組對應到的電壓級在該第二電壓級群組的范圍里時，根據該剩余位提供一第二與一第三電壓級；一多工器，與該第二數字模擬轉換器區(qū)相連，根據該最低位從一第一與該第二電壓級中提供一中間電壓；以及一運算放大器，用以將該中間電壓和該第一與該第二電壓級的其中之一做平均處理以產生該輸出電壓。
2. 根據權利要求1所述的數字模擬轉換器，其特征在于，該第一電壓級群 組的加馬曲線的傾斜度大于該第二電壓級群組的加馬曲線的傾斜度。
3. 根據權利要求1所述的數字模擬轉換器，其特征在于，該電阻串區(qū)至少 包含多個電阻串聯(lián)連接，用以提供不同的電壓級。
4. 根據權利要求1所述的數字模擬轉換器，其特征在于，該第一數字模擬 轉換器區(qū)至少包含一 1對多選擇器，其中該1對多選擇器具有多個第一選擇線 與該電阻串區(qū)相連，借以從該第一電壓級群組中提供相對應的電壓級，且每一 該第一選擇線至少包含多個串聯(lián)的第一切換器件。
5. 根據權利要求4所述的數字模擬轉換器，其特征在于，該第二數字模擬 轉換器區(qū)至少包含一 2對多選擇器，其中該2對多選擇器具有多個第二選擇線 與電阻串區(qū)相連，借以從該第二電壓級群組提供相對應的第一與第二電壓級， 且每一該些第二選擇線至少包含多個串聯(lián)的第二切換器件。
6. 根據權利要求1所述的數字模擬轉換器，其特征在于，更包含一切換模 塊，在輸入字組相對應的電壓級在該第一電壓級群組的范圍內時，用來連接從 該第一數字模擬轉換器區(qū)選出的一電壓級來輸入至該多工器。
7. 根據權利要求6所述的數字模擬轉換器，其特征在于，該切換模塊至少 包含一感應器，用來決定相對應的電壓級以提供一控制信號，以及一切換裝置， 依據該控制信號來做切換以連接從第一數字模擬轉換器區(qū)選出的一電壓級來 輸入至該多工器。
8. 根據權利要求1所述的數字模擬轉換器，其特征在于，當輸入字組的該 最低位是"l"時，該多工器選擇該第二電壓級為中間電壓；當輸入字組的該最低位是"o"時，該多工器選擇該第一電壓級為中間電壓。
9. 根據權利要求1所述的數字模擬轉換器，其特征在于，該電壓級是灰階電壓。
10. 根據權利要求1所述的數字模擬轉換器，其特征在于，該多工器與該第一數字模擬轉換器區(qū)和該第二數字模擬轉換器區(qū)相連接，用以根據該最低位 從該第一電壓級群組的范圍內提供中間電壓。
11. 根據權利要求1所述的數字模擬轉換器，其特征在于，該第一電壓級 與該第二電壓級中間相隔了兩個電壓級。
全文摘要
一種數字模擬轉換器，至少包含一電阻串區(qū)、一第一數字模擬轉換器區(qū)、一第二數字模擬轉換器區(qū)、一多工器和一運算放大器。電阻串區(qū)提供一第一電壓級群組和一第二電壓級群組。當輸入字組對應到的電壓級在第一電壓級群組的范圍里時，第一數字模擬轉換器區(qū)根據輸入字組提供一輸出電壓。第二數字模擬轉換器區(qū)根據剩余位提供一第二與一第三電壓級。多工器與第二數字模擬轉換器區(qū)相連，根據最低位從第一與第二電壓級提供一中間電壓。運算放大器將中間電壓與第一和第二電壓級的其中一者做平均處理以產生一輸出電壓。
文檔編號H03M1/66GK101192831SQ20071019485
公開日2008年6月4日 申請日期2007年11月27日 優(yōu)先權日2006年11月27日
發(fā)明者張耀光, 王凌沄 申請人:奇景光電股份有限公司