專利名稱：多段式轉換的數(shù)字-模擬轉換器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明相關于一種數(shù)字模擬轉換器，尤指一種可節(jié)省面積且提供多段式轉換的數(shù)
字模擬轉換器。
背景技術：
液晶顯示器(liquid crystal display, LCD)具有外型輕薄、低耗電和無輻射 污染等特性，因此被廣泛地應用在計算機系統(tǒng)、行動電話、或個人數(shù)字助理(personal digitalassistant， PDA)等電子產(chǎn)品上。液晶顯示器一般使用源極驅動電路(source driver)和閘極驅動電路(gate driver)來驅動面板上的像素。源極驅動電路通常 包含移位緩存器(shift register)、輸入緩存器、數(shù)據(jù)鎖存器、數(shù)字-模擬轉換器 (digital-to-analogconverter， DAC)和輸出緩沖器等電路。數(shù)字-模擬轉換器的作用在 于將數(shù)字輸入電壓轉換為模擬輸出電壓，通常以線性方式進行電壓轉換。然而，由于液晶亮 度和施加電壓之間呈非線性關系，源極驅動電路內的數(shù)字_模擬轉換器會利用電阻串來提 供伽碼電壓(Gammavoltage)補償。 請參考圖1，圖1為先前技術中一N位數(shù)字-模擬轉換器10的示意圖。數(shù)字-模擬 轉換器10包含一電阻串110和一2W對1選擇器120，可依據(jù)一N位數(shù)字輸入數(shù)據(jù)[D。 ；DN—J 來提供一相對應的模擬輸出電壓V。UT。電阻串110耦接于一正偏壓VKEFH和一負偏壓之 間，可利用2w個串接分壓單元^ S 來對壓差AVkef(AVkef = Vkefh-VKEFl)進行分壓，進而提 供2N組參考電壓1^ ^V jw對1選擇器120耦接至電阻串110中兩相鄰電阻之間以接收 2w組參考電壓^ ~ ，并依據(jù)N位數(shù)字輸入數(shù)據(jù)[D。 ；DN—J來輸出一相對應的參考電壓以做 為輸出電壓V。UT。 在先前技術中，N位數(shù)字-模擬轉換器10的面積會隨著分辨率提升而大幅增加。 面板分辨率每增加1位，數(shù)字-模擬轉換器10的面積大致上會加倍。舉例來說，假設先前 技術10位數(shù)字-模擬轉換器10的面積為A，則先前技術12位數(shù)字-模擬轉換器10的面積 大約為4A。因此，在高分辨率的應用中，先前技術的N位數(shù)字-模擬轉換器10會占據(jù)極大 空間，因此無法達成微型化的要求。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種多段式轉換的數(shù)字_模擬轉換器，用來接收一 N位數(shù)字 輸入數(shù)據(jù)并輸出一相對應的模擬電壓，其包含一電阻串、第一至第三多對一選擇器，以及一 加法器。該電阻串包含2A個串接的第一分壓單元，用來提供2A組參考電壓，其中該2A組參 考電壓分別對應于該N位數(shù)字輸入數(shù)據(jù)的A個最大位，且該2A個第一分壓單元中一第一分 壓單元是包含2B個串接的第二分壓單元，用來提供2B組參考電壓，其中該2B組參考電壓分 別對應于該N位數(shù)字輸入數(shù)據(jù)中除了該A個最大位外的B個最大位，且該2B個第二分壓單 元中一第二分壓單元是包含f個串接的第三分壓單元，用來提供f組參考電壓，其中該2e 組參考電壓是對應于該N位數(shù)字輸入數(shù)據(jù)中除了該(A+B)個最大位外的C個最大位，N、A、B和C皆為正整數(shù)，且A、B和C的總合不大于N。該第一多對一選擇器用來接收該第一分壓 單元所輸出的該2A組參考電壓，并依據(jù)一 A位數(shù)字訊號來輸出該2A組參考電壓中一相對應 的參考電壓。該第二多對一選擇器用來接收該第二分壓單元所輸出的該2B組參考電壓，并 依據(jù)一 B位數(shù)字訊號來輸出該2B組參考電壓中一相對應的參考電壓。該第三多對一選擇 器用來接收該第三分壓單元所輸出的該2e組參考電壓，并依據(jù)一 C位數(shù)字訊號來輸出該2e 組參考電壓中一相對應的參考電壓。該加法器用來加總該第一至第三多對一選擇器所輸出 的參考電壓以產(chǎn)生該模擬電壓。


圖1為先前技術中一N位數(shù)字-模擬轉換器的示意圖。 圖2為本發(fā)明中一 N位數(shù)字-模擬轉換器的示意圖。 圖3為本發(fā)明實施例中一 N位數(shù)字-模擬轉換器的示意圖c 圖4為本發(fā)明和先前技術數(shù)字_模擬轉換器的架構的圖表c主要組件符號說明
10、20數(shù)字-模擬轉換器 220加法器








scm選擇器
OP運算放大器
ff ft- D D
:2 - JX丄Km_
RX1 RX16、RS1 '
110、210電阻串 CI C3電容 SW1 SW6開關
腿 RM16、 -RS16分壓單元
具體實施例方式
請參考圖2，圖2為本發(fā)明中一 N位數(shù)字-模擬轉換器20的示意圖。N位數(shù)字-模 擬轉換器20可接收N位數(shù)字輸入數(shù)據(jù)，再采用m階段轉換提供相對應的模擬輸出電壓V。UT。 在第2圖中，N位數(shù)字輸入數(shù)據(jù)[D0 ;DN—J的最大A個位[Dn B> ;DB J由DATA1來表示，次大 n2個位[DN—nl—& ;DN—nl—J由DATA2來表示，…，而最小nm個位,"'—J由DATAm來表示，其 中W…+rim = N。 數(shù)字-模擬轉換器20包含一電阻串210、 m組多對1選擇器 SCm，以及一加 法器220。電阻串210耦接于一正偏壓V腳h和一負偏壓V腳l之間，可對壓差AVKEF(AVKEF =VKEFH_VKEFL)進行分壓以提供復數(shù)組參考電壓。電阻串210包含2":個串接的分壓單元 每一分壓單元Ri的電阻值相同，可對壓差AV，進行分壓以提供r:組參考電壓Vl(O) VI ( " -1 )至選擇器SQ，其中參考電壓VI (0) VI (' " -1 )的值是從Vk皿起以等間距 A VKEF1 ( A \gEP1= AV歴p/2"1 )依序遞增；在2"』個分壓單元&中，其中一分壓單元&包含2':個分 壓單元R2，每一分壓單元R2的電阻值相同，可對壓差A VKEF1進行分壓以提供n2組參考電壓 V2(0) V2(2、U至選擇器SC2，其中參考電壓V2(0) V2 ( 2'、i )的值是從VKEF^起以等 間距A VKEF2 ( ^\''匿2= A\REM/2":)依序遞增；…;依此類推，在2""個分壓單元中，其中一 分壓單元Rm—!包含2"-個分壓單元Rm，每一分壓單元Rm的電阻值相同，可對壓差A VKEF(m—d ( A V陽'《,^AV腸'(鼸2)/2"'h )進行分壓以提供滬組參考電壓Vm(O) Vm(2"-——n至選擇器SC;，其中參考電壓Vm (0) Vm ( 2"- —!)的值從V肌起以等間距A V, ( △ ￥匿釅=M腿p(,,/2"') 依序遞增。在本發(fā)明中，分壓單元& Rm的電阻值有著下列關系



Rn-尸2""承R醮"'(1)
因此，電阻串210的整體電阻RT。^可由下列公式來表示
選擇器SQ為p對l的架構，其接收電阻串210傳來的r'組參考電壓V1(0) VI ( 2"' 4 )，再依據(jù)數(shù)字數(shù)據(jù)DATA1來選擇其中的一以做為其輸出參考電壓VI ;選擇器SC2 為r對l的架構，其接收電阻串210傳來的2《且參考電壓V2(0) V2(" l)，再依據(jù)數(shù)字 數(shù)據(jù)DATA2來選擇其中的一以做為其輸出參考電壓V2 ;…;選擇器SCm為，對1的架構，其 接收電阻串210傳來的r4a參考電壓Vm(0) Vm(2<v i)，再依據(jù)數(shù)字數(shù)據(jù)DATAm來選擇 其中的一以做為其輸出參考電壓Vm。最后再透過加法器220加總參考電壓VI Vm，以得 到對應于原始N位數(shù)字輸入數(shù)據(jù)[D。 ；DN—J的模擬輸出電壓V?！?換而言之，本發(fā)明采用m段式轉換第一階段轉換是利用2,個串接的分壓單元I^ 將壓差AV，粗分為p等分的壓差AV，p進而輸出對應于N位數(shù)字輸入數(shù)據(jù)中最大&個 位的2"祖參考電壓VI (0) VI ( 2, 4),再由選擇器SQ依據(jù)ni位數(shù)字數(shù)據(jù)DATA1從p組 參考電壓Vl(O) V1(2'" D中擇一輸出以做為參考電壓V1 ;第二階段轉換是利用2"=個串 接的分壓單元R2將壓差A VKEF1再次細分為2":等分的壓差A VKEF2，進而輸出對應于N位數(shù)字 輸入數(shù)據(jù)中次大n2個位的n2組參考電壓V2 (0) V2 ( 2": !)，再由選擇器SC2依據(jù)n2位數(shù) 字數(shù)據(jù)DATA2從2《且參考電壓V2 (0) V2 ( )中擇一輸出以做為參考電壓V2 ;…;第m 階段轉換是利用2^個串接的分壓單元Rm將壓差A VKEF(m—d再次細分為2""，等分的壓差A VKEFm， 進而輸出對應于N位數(shù)字輸入數(shù)據(jù)中最小nm個位的rim組參考電壓Vm(O) Vm(2"、U ,再 由選擇器SCm依據(jù)nm位數(shù)字數(shù)據(jù)DATAm從nm組參考電壓Vm (0) Vm ( 2"'" i )中擇一輸出以 做為參考電壓Vm。 請參考圖3，圖3為本發(fā)明實施例中數(shù)字-模擬轉換器20的示意圖。在此實施例 中，數(shù)字_模擬轉換器20接收12位數(shù)字數(shù)據(jù)[D。 ；DU]，并將數(shù)字數(shù)據(jù)[D。 ；DU]分為對應至4 個最大位[D8 ;Dn]的DATA1、對應至4個次大位[D4 ;D7]的DATA2和對應至4個最小位[D。； D3]的DATA3。接著采用3段式轉換，利用3組多對1選擇器 SC3和加法器220來提供 相對應的模擬輸出電壓V。uT。在第3圖所示的實施例中，電阻串210耦接于一正偏壓V，H和 一負偏壓之間，其利用16個串接的分壓單元RM1 RM16來進行第一階段轉換，每一分 壓單元RM1 RM16的電阻值皆為25冊，可對壓差A VKEF( A VKEF = VffiFH-VKEFL)進行分壓以提 供16組參考電壓V1(0) V1(15)至選擇器SQ。接著，分壓單元RM1再利用16個分壓單 元RX1 RX16來進行第二階段轉換，每一分壓單元RX1 RX16的電阻值皆為64R，可對壓 差(AVKEF/16)進行分壓以提供16組參考電壓V2(0) V2(15)至選擇器SC^。隨后，分壓單 元RX1再利用16個分壓單元RSI RS16來進行第三階段轉換，每一分壓單元RSI RS16 的電阻值皆為R，可對壓差(AVKEF/256)進行分壓以提供16組參考電壓V3(0) V3(15)至選擇器SC3。選擇器 SC3輸出至加法器220的參考電壓VI V3分別由數(shù)字數(shù)據(jù) DATA1 DATA3來決定，其關系如下 ^ = , + F廁
2 …(2》
『'.乙 """ i-"'Wl 2 + P^gg^f
『3= /f: D扁3+Fg^ 2 2 2
…(4) 在圖3所示的實施例中，加法器220包含一運算放大器0P、電容C1 C3，以及開 關SW1 SW6。開關SW1 SW4依據(jù)控制訊號①1來運作，而開關SW5 S怖則依據(jù)控制訊 號①2來運作?？刂朴嵦枹賚和①2為彼此反相的周期訊號在控制訊號①1的周期內，儲 存于電容C1 C3內的電荷由Ql來表示；在控制訊號①2的周期內，儲存于電容C1 C3 內的電荷由Q2來表示。同時，運算放大器OP的偏移電壓(offset voltage)由V。s來表示。 因此，電荷Ql和Q2的值如下所示 Ql = Cl (Vl-V皿-V。s) +C2 (V2-V皿-Vj +C3 (V3-V皿-Vj Q2 = CI H-Vj +C2 (-Vos)+C3(-Vos) 依據(jù)電荷相等原理，電荷Ql和Q2的值相同，因此可得
V0UT = V1+ (V2-VKEFL) G2/G1+ (V3_VKEFL) G3/G1…(5)
假設Cl = C2 = C3，由公式(2) (5)可得 、r ^扁+ ￡.扁+ + F^孤 """"""""""""""j^"""""""""" 1.2 j^^^i 7^!^il 2 j^^f^i^^^^， l ^^^^"jp^ 請參考圖4，圖4的圖表顯示了本發(fā)明和先前技術數(shù)字-模擬轉換器之間的架構差 異。假設10位數(shù)字-模擬轉換器的面積為A，圖4以12位的分辨率來做說明。先前技術的 數(shù)字_模擬轉換器使用212個串聯(lián)電阻來進行1段式轉換，再由一 212對1選擇器來選擇相 對應的輸出電壓，其面積約為4A。本發(fā)明則能透過m段式轉換來減少面積當使用兩組分壓 單元(分別包含26個串聯(lián)電阻)來進行2段式轉換時，此時僅需要一26對1選擇器來選擇 相對應的輸出電壓，因此面積可減少至12. 5% A ;當使用三組分壓單元(分別包含24個串 聯(lián)電阻)來進行3段式轉換時，此時僅需要一 24對1選擇器來選擇相對應的輸出電壓，因此 面積可減少至4. 6875XA;當使用四組分壓單元(分別包含23個串聯(lián)電阻)來進行4段式 轉換時，此時僅需要一 23對1選擇器來選擇相對應的輸出電壓，因此面積可減少至3. 125% A。 在本發(fā)明中，只要符合公式(1)所示的關系，分壓單元I^ Rm可各包含單一電阻 (如圖3所示)、復數(shù)個串接電阻，或采用其它架構。同時，本發(fā)明亦可采用其它架構的加法 器。圖3所示的電阻串210和加法器220僅為本發(fā)明的實施例，并不限定本發(fā)明的范疇。
針對N位數(shù)字輸入數(shù)據(jù)，本發(fā)明采用m段式轉換來提供相對應的模擬輸出電壓，每 一階段分別轉換N位數(shù)字輸入數(shù)據(jù)中ni rim個位(n,ri2+…+nm = N)，因此僅需使用小面 積的選擇器。本發(fā)明不但能有效地減小數(shù)字_模擬轉換器的面積，同時亦能增加系統(tǒng)設計 的彈性。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與 修飾，皆應屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權利要求
一種多段式轉換的數(shù)字-模擬轉換器，用來接收一N位數(shù)字輸入數(shù)據(jù)并輸出一相對應的模擬電壓，其特征在于其包含一電阻串，所述電阻串包含2A個串接的第一分壓單元，用來提供2A組參考電壓，其中該2A組參考電壓分別對應于該N位數(shù)字輸入數(shù)據(jù)的A個最大位，且該2A個第一分壓單元中一第一分壓單元是包含2B個串接的第二分壓單元，用來提供2B組參考電壓，其中該2B組參考電壓分別對應于該N位數(shù)字輸入數(shù)據(jù)中除了該A個最大位外的B個最大位，且該2B個第二分壓單元中一第二分壓單元是包含2C個串接的第三分壓單元，用來提供2C組參考電壓，其中該2C組參考電壓是對應于該N位數(shù)字輸入數(shù)據(jù)中除了該(A+B)個最大位外的C個最大位，N、A、B和C皆為正整數(shù)，且A、B和C的總合不大于N；一第一多對一選擇器，用來接收該第一分壓單元所輸出的該2A組參考電壓，并依據(jù)一A位數(shù)字訊號來輸出該2A組參考電壓中一相對應的參考電壓；一第二多對一選擇器，用來接收該第二分壓單元所輸出的該2B組參考電壓，并依據(jù)一B位數(shù)字訊號來輸出該2B組參考電壓中一相對應的參考電壓；一第三多對一選擇器，用來接收該第三分壓單元所輸出的該2C組參考電壓，并依據(jù)一C位數(shù)字訊號來輸出該2C組參考電壓中一相對應的參考電壓；以及一加法器，用來加總該第一至第三多對一選擇器所輸出的參考電壓以產(chǎn)生該模擬電壓。
2. 根據(jù)權利要求1所述的多段式轉換的數(shù)字-模擬轉換器，其特征在于其中每一第 一分壓單元的電阻相等，每一第二分壓單元的電阻相等，而每一第三分壓單元的電阻相等。
3. 根據(jù)權利要求1所述的多段式轉換的數(shù)字-模擬轉換器，其特征在于其中每一第 一分壓單元的電阻和該2B個第二分壓單元的等效電阻相等。
4. 根據(jù)權利要求l所述的多段式轉換的數(shù)字-模擬轉換器，其特征在于其中每一第 二分壓單元的電阻實質上和該2C個第三分壓單元的等效電阻相等。
5. 根據(jù)權利要求1所述的多段式轉換的數(shù)字_模擬轉換器，其特征在于其中該N位 數(shù)字輸入數(shù)據(jù)中除了該(A+B)個最大位外的該C個最大位是為該N位數(shù)字輸入數(shù)據(jù)的C個 最小位；其中所述的A、 B和C的值相同。
6. 根據(jù)權利要求1所述的多段式轉換的數(shù)字_模擬轉換器，其特征在于其中該2C個 第三分壓單元中一第三分壓單元是包含2D個串接的第四分壓單元，用來提供2D組參考電 壓，其中該2D組參考電壓分別對應于該N位數(shù)字輸入數(shù)據(jù)的D個最小位。
7. 根據(jù)權利要求6所述的多段式轉換的數(shù)字-模擬轉換器，其特征在于其中A、 B、 C 和D的值相同。
8. 根據(jù)權利要求6所述的多段式轉換的數(shù)字-模擬轉換器，其特征在于其中A、 B、 C 和D的總合等于N。
9. 根據(jù)權利要求1所述的多段式轉換的數(shù)字_模擬轉換器，其特征在于其中該A位 數(shù)字數(shù)據(jù)是為該N位數(shù)字輸入數(shù)據(jù)的該A個最大位，該B位數(shù)字數(shù)據(jù)是為該N位數(shù)字輸入 數(shù)據(jù)中除了該A個最大位外的該B個最大位，而該C位數(shù)字數(shù)據(jù)是為該N位數(shù)字輸入數(shù)據(jù) 中除了該(A+B)個最大位外的C個最大位。
10. 根據(jù)權利要求l所述的多段式轉換的數(shù)字-模擬轉換器，其特征在于，其中該 電阻串是耦接于一第一偏壓和一第二偏壓之間，且該第一偏壓的電位高于該第二偏壓的電 位；所述的數(shù)字_模擬轉換器，其中該2A個串接的第一分壓單元是將該第一和第二偏壓之 間的第一壓差分壓為2A等份的第二壓差以提供該2A組參考電壓，該2B個串接的第二分壓權利要求書 2/2頁 單元是將該第二壓差分壓為2B等份的第三壓差以提供該2B組參考電壓，而該2C個串接的 第三分壓單元是將該第三壓差分壓為2C等份的第四壓差以提供該C組參考電壓。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種數(shù)字-模擬轉換器包含一電阻串、3組16對1選擇器，以及一加法器，用來接收一12位數(shù)字數(shù)據(jù)，并以3段式轉換來提供相對應的模擬輸出電壓。電阻串包含復數(shù)個串接的分壓單元，用來以分壓方式提供對應于每一階段轉換的復數(shù)組參考電壓。在接收到電阻串產(chǎn)生的復數(shù)組參考電壓后，3組16對1選擇器分別依據(jù)對應于12位數(shù)字數(shù)據(jù)中4個最大位、4個次大位和4個最小位的數(shù)字訊號來輸出對應于每一階段轉換的3組參考電壓，最后再由加法器加總3組參考電壓以產(chǎn)生相對應的模擬輸出電壓。
文檔編號H03M1/80GK101702624SQ20091030941
公開日2010年5月5日 申請日期2009年11月7日 優(yōu)先權日2009年11月7日
發(fā)明者周俊賢, 張世孟, 王智正, 莫啟能, 黃淑絹 申請人:福州華映視訊有限公司;中華映管股份有限公司