以开关式电容阵列实现之数位至类比转换器及其控制方法

摘要

一种数位至类比转换器具有一单一电容阵列(6)，其具有复数个加权电容(Ci)，一第一电容(2)，系连接于运算放大器之输出节点、运算放大器之反向输入节点(-)和一第二电容(7)，两者连接到反向输入节点(-)，且在脉冲信号的每个脉冲周期，一脉冲信号(CLK)、一极性控制信号(POL)维持于一高位准和一低位准之间，且一多位元数位信号，提供给控制器(8/9/10/11);该控制器导致一开关单元(12/13/14/15)依据数位信号之资料位元之逻辑位准，选择性提供一第一参考电压(Vl)和一第二参考电压(V2)给加权电容，且之后，一第三参考电压(V3)在一确定脉冲周期T10提供给加权电容，且开关单元以和先前脉冲周期相反之顺序实现开关动作，致使运算放大器变化一与提供给非反向输入节点之位准相关之类比输出信号。

主权项

/AIT{1.一种数位至类比转换器,包括:} /ait{一运算放大器(1;OP;31),具有一个反向输入节点( -),一非反向输入节点(+),及一 个输出节点;} /ait{一第一电容(2;CP1;32)系连接于该反向输入节点( -)和输出节点之间,且具有之电容 量为一参考电容之2N缣AN为一自然数;} /ait{一第一电容阵列(6;CP2;32)连接该反向输入节点( -),并具有复数个第二电容(Ci), 其数量为N而电容量则彼此不同,该复数个第二电 容之电容量属于阶梯式变化,其范围从该 参考电压之20绉{N-1倍;} /ait{一开关元件(3,SWS;33)系连接于该反向输入节点( -)和输出节点之间,且响应于一第 一控制信号CLK以便电性连接该输出节点至该反向 输入节点(-);} /ait{一开关单元(12/13/14/15;SW1/SW2/SW3/SW4;42/43/44/45), 接合该第一电容阵列以 充电给该复数个第二电容;及} /ait{一控制单元,连接该开关单元并响应外部控制 信号,及一数位信号,该数位信号具有 数量为N之资料位元,以便改变该第一控制信号及 该第二控制信号于一驱动位准和不驱动位 准间;} /ait{其特征在于更包括:} /ait{一第三电容(7;CP3;37),其连接该反向输入节点(-) 和该开关单元,且具有一等于参 考电压之电容量;} /ait{且其中,} /ait{该开关单元有一输入端,其连接到一第一电压 源(V1),一第二电压源(V2),一第三电 压源(V3),及一第四电压源(V4),且一输出端连接到该 复数个第二电容(Ci),该第三电容(7 ;CP3;37)和该非反向输入节点(+),并响应一第二控制 信号CTL11/CTLB11/CTL12/CTLB12, 以提供该第一电压位准、该第二电压位准、该第 三电压位准给该复数个第二电容和该第三电 容,且持续提供该第四电压给该非反向输入节点(+) ,} /ait{该些外部信号(CLK/POL)依据该些外部信号位准 之结合来定义一第一时间周期T11,及 次一个第二时间周期T12,一第三时间周期T21,一第 四时间周期T22,} /ait{该数位信号在该第一和第二时间周期中属于 不驱动之第一类比値,且在该第三和第四 时间周期中属于不驱动之第二类比値,} /ait{该控制单元在第一时间周期T11和第三时间周 期T21,导致该第一开关元件(3;SW5; 33)电性连接该输出节点与该反向输入节点(-),并在 第三时间周期T12和第四时间周期T22, 从该反向输入节点(-)断离该输出节点;} /ait{在该第一时间周期T11中,该控制单元导致该开 关单元依据该资料位元选择性提供该第 一电压V1和第二电压V2给该复数个第二电容Ci,并提 供该第二电压V2给该第三电容(7;CP3 ;37);} /ait{在该第二时间周期T12中,该控制单元导致该开 关单元提供该第三电压V3给该复数个第 二电容Ci和该第三电容(7;CP3;37),以使该运算放大器 决定该输出节点之输出位准(Vout) ,} /ait{在该第三时间周期T21中,该控制单元导致该开 关单元提供该第三电压V3给该复数个第 二电容(Ci)和该第三电容(7;CP3;37),} /ait{在该第四时间周期T22,该控制单元导致该开关 单元依据该资料位元选择性提供该第一 电压(V1)和该第二电压(V2)给该复数个第二电容(Ci), 并提供该第二电压(V2)给该第三电容 (3;CP3;37),藉以导致该运算放大器决定该输出位准( Vout)。} /AIT{2.如申请专利范围第1项所述之数位至类比转 换器,其中该第三电压(V3)等于该第四电 压(V4)。} /AIT{3.如申请专利范围第1项所述之数位置类比转 换器,其中该第三电压(V3)之大小不同于 该第四电压(V4)。} /AIT{4.如申请专利范围第3项所述之数位至类比转 换器,其中介于该第一电压和第二电压之 参考値(V1-V2),是介于该第三电压和该第三电压加 该第四电压(V3+V4)之间。} /AIT{5.如申请专利范围第1项所述之数位至类比转 换器,其中该开关单元包括:} /ait{一第一开关阵列(12;SW1;42),具有复数个第二开 关元件,数目为N,且连接于该第 一电压源(V1),和该些第二电容(Ci)之间,且响应该第 二控制信号之第一子控制信号 (CTL12),以便在打开状态和关闭状态间改变,} /ait{一第二开关阵列(13;SW2;43),具有复数个第三开 关元件,数目为N,且连接于一共 用节点,和该些第二电容(Ci)之间,且响应互补该第 一子控制信号之第二子控制信号 (CTLB12),以便在打开状态和关闭状态间改变,该共用 节点更连接到该第三电容;} /ait{一第四开关阵列(14;SW3;44),连接该第二电压源(V 2)和该共用节点,且响应该第二 控制信号之第三子控制信号(CTL11),以便在打开状 态和关闭状态间改变,及} /ait{一第五开关阵列(15;SW4;45),连接于该第三电压 源(V3)和共用节点间,且响应互补 该第三子控制信号之第四子控制信号(CTLB11),以便 在打开状态和关闭状态间改变。} /AIT{6.如申请专利范围第5项所述之数位至类比转 换器,其中该控制单元包括:} /ait{一互斥或闸(8;38),提供该外部控制信号(POL)和 该外部控制信号(CLK),作为该第一控制信号以用于 产生该第三 子控制信号(CTL11),} /ait{一第一逻辑闸阵列(9;39),致能该第三子控制信 号,并响应该数位信号(Di)之资料位 元以便产生该第一子控制信号(CTL12);} /ait{一第二逻辑闸阵列(IV11;41),提供该第一子控制 信号以便产生该第二子控制信号; 及} /ait{一反向器(10;40),提供该第三子控制信号以便产 生该第四子控制信号。} /AIT{7.如申请专利范围第6项所述之数位至类比转 换器,其中该第一逻辑闸阵列(9;39)具 有复数个及闸,数目为N,且该第二逻辑闸阵列(9;39) 具有复数个反向器,数目为N。} /AIT{8.如申请专利范围第5项所述之数位至类比转 换器,其中在介于该第一时间周期T11和 该第二时间周期T12间之第一传送时间和在介于该 第三时间周期T21和该第四时间周期T22之 一第二传送时间,该外部控制信号为一改变电压位 准之脉冲信号,且在介于该第一时间周 期T11和该第二时间周期T12间及该第三时间周期和 该第四时间周期间,该另一外部控制信号为 一改变电压位准之脉冲信号。} /AIT{9.如申请专利范围第1项所述之数位至类比转 换器,更包括:} /ait{一第四电容(51),连接到该反向输入节点(-),且 具有电容量等于该参考电容量;及,} /ait{一第二电容阵列(52),连接该第四电容和该开关 单元,且具有复数个第五电容(Cj), 数目为一自然数,且电容量彼此不同,该复数个第 五电容(Cj)系成阶梯变化,范围从参考电 容量的20蕉W加到2{M-1倍,其中M为 该自然数,其等于该数位信号加入之资料位元 ;} /ait{在该第一和第二时间周期,该资料位元和该加 入之资料位元属于不驱动之第一类比値 ,以及在该第三和第四时间周期属于一第二値;} /ait{在该第一时间周期T11和第三时间周期T21,该控 制单元导致该开关单元提供该第三电 压(V3)给另一个共用节点(N50),其介于该第二电容阵 列和该第四电容之间,也连接到电容 (51)之节点(N50);} /ait{在该第一时间周期T11和第四时间周期T22,该控 制单元导致该开关单元依据该外加之 资料位元选择性提供该第一电压(V1)和该第二电压 (V2)给该复数个第五电容(Cj);} /ait{在该第二时间周期T12和第三时间周期T21,该控 制单元导致该开关单元提供该第二电 压V2给该复数个第五电容(Cj)。} /AIT{10.如申请专利范围第9项所述之数位至类比转 换器,其中该开关单元更包括:} /ait{一第一开关阵列(42)具有复数个第二开关元件, 数目为N,连接于该第一电压源(V1)和 该第二电容(Ci)间,且响应该第二控制信号之第一 子控制信号(CTL12),以便在打开状态或 关闭状态间改变;} /ait{一第二开关阵列(43)具有复数个第三开关元件, 数目为N,连接于该共用节点和该第二 电容(Ci)间,且响应该互补第一子控制信号(CTL12)之 第二子控制信号,以便在打开状态或 关闭状态间改变,该共用节点更包括连接到该第三 电容;} /ait{一第四开关阵列(44),连接该第二电压源(V2)和 该共用节点,且响应该第二控制信号 之第三子控制信号(CTL11),以便在打开状态和关闭 状态间改变;} /ait{一第五开关阵列(45),连接于该第三电压源(V3) 和共用节点间,且响应互补该第三子 控制信号之第四子控制信号(CTLB11),以便在打开状 态和关闭状态间改变;} /ait{一第六开关阵列(53),具有复数个第六开关元件 ,数目为M,连接于该第一电压源(V1) 和该复数个第五电容(Cj)间,且响应该第一子控制 信号以便在打开状态或关闭状态间改变;} /ait{一第七开关阵列(54),具有复数个第七开关元件 ,连接于该第二电压源(V2)和该复数 个第五电容(Cj)间,且响应该第二子控制信号(CTLB12) ,以便在打开状态或关闭状态间改变 ;及} /ait{一第八开关阵列(55),连接该第三电压源和该另 一个共用节点(N50),且响应该第一控 制信号(CLK),以便在打开状态或关闭状态间改变。} /AIT{11.如申请专利范围第10项所述之数位至类比转 换器,其中该控制单元包括:} /ait{一互斥或闸(38),提供该外部控制信号(POL)和该 外部控制信号(CLK),作为该第一控 制信号以用于产生该第三子控制信号CTL11,} /ait{一第一逻辑闸阵列(39),致能该第三子控制信号 ,并响应该资料位元和外加的资料位 元,以便产生该第一子控制信号(CTL12);} /ait{一第二逻辑闸阵列(41),提供该第一子控制信号 以便产生该第二子控制信号;及} /ait{一反向器(40),提供该第三子控制信号以便产生 该第四子控制信号。} /AIT{12.如申请专利范围第11项所述之数位至类比转 换器,其中该第一逻辑闸阵列具有复数 个及闸,数目为N+M,且该第二逻辑闸阵列具有复数 个反向器,数目为N+M。} /AIT{13.如申请专利范围第1项所述之数位至类比转 换器,其中,该外部控制信号为一框控 制信号(SF)和一水平扫瞄位元同步信号(SH),且该资 料信号为一数位影像信号(SV),致使该 数位至类比转换器形成一驱动电路(62)之一部份, 其并纳入于液晶显示装置中。} /AIT{14.如申请专利范围第13项所述之数位至类比转 换器,其中该驱动电路整合于单一半导 体晶片(63)中。} /AIT{15.如申请专利范围第14项所述之数位至类比转 换器,其中,其他驱动电路(64/65)更 整合于该单一半导体晶片中,且各其他驱动电路包 括该数位至类比转换器。} /AIT{16.如申请专利范围第9项所述之数位至类比转 换器,其中,该外部控制信号为一框控 制信号(SF)和一水平扫瞄位元同步信号(SH),且该资 料信号为一数位影像信号(SV),致使该 数位至类比转换器形成一驱动电路(62)之一部份, 其并纳入于液晶显示装置中。} /AIT{17.如申请专利范围第16项所述之数位至类比转 换器,其中该驱动电路整合于单一半导 体晶片(63)中。} /AIT{18.如申请专利范围第17项所述之数位置类比转 换器,其中,其他驱动电路(64/65)更 整合于该单一半导体晶片中,且各其他驱动电路包 括该数位至类比转换器。} /AIT{19.一种数位至类比转换器控制方法,定义于专 利范围1或9中,包括下列步骤:} /ait{在该第一时间周期和该第二时间周期,保持该 外部信号之一(POL)在一第一位准,其等 于该外部言号(CLK)之另一个脉冲周期;} /ait{在该第三时间周期和该第四时间周期改变该 外部信号之一在一不同于该第一位准之第 二位准,其等于该外部信号之另一个脉冲周期,藉 以导致该运算大器关于该第四电压来变化 在该输出节点上之电压位准。} /tt 第一图为一电路图,其显示一传统数位至类比转换 器之电路结构,其揭露于日本未审 查专利第61-39726号。 第二图为一电路图,其显示本发明数位至类比转换 器之电路结构。 第三图为一电路图,其显示一数位至类比转换器之 简单描述。 第四图系一时序图,其显示一第二图之数位至类比 转换器之行为。 第五图为一电路图,其显示本发明另一数位至类比 转换器之电路结构。 第六图为一电路图,其显示一根据本发明之具有驱 动电路之液晶显示。