專利名稱：數(shù)字·模擬轉(zhuǎn)換電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能夠在數(shù)字AV機(jī)器等中使用的數(shù)字·模擬轉(zhuǎn)換電路。
背景技術(shù)：
以往，公知一種輸出模擬電壓的數(shù)字·模擬轉(zhuǎn)換電路，該模擬電壓，是與作為脈寬調(diào)制電路的輸出的、具有與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的大小相對(duì)應(yīng)的脈寬的脈沖(以下，稱作PWM信號(hào))的占空比(Duty比)成比例的模擬電壓。
圖3是這種數(shù)字·模擬轉(zhuǎn)換電路的電路圖。50是施加數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的輸入端子；51是對(duì)該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)施以脈寬調(diào)制來(lái)輸出PWM信號(hào)的脈寬調(diào)制電路；52是根據(jù)PWM信號(hào)的電平來(lái)進(jìn)行切換、以便將輸入電位Vin或者接地電位Vss(0V)輸出給低通濾波器53的開(kāi)關(guān)。低通濾波器53，由電阻54和電容器55構(gòu)成。開(kāi)關(guān)52的輸出，被通過(guò)低通濾波器53除去其高頻成分，并從輸出端子56獲得輸出信號(hào)Vout。
參照?qǐng)D4、圖5對(duì)該數(shù)字·模擬轉(zhuǎn)換電路的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。如圖4(a)所示，設(shè)在PWM信號(hào)為高電平時(shí)，通過(guò)開(kāi)關(guān)52的切換、輸入電位Vin施加在低通濾波器53上的狀態(tài)為相1。另外，如圖4(b)所示，設(shè)在PWM信號(hào)為低電平時(shí)，通過(guò)開(kāi)關(guān)52的切換、接地電位Vss施加在低通濾波器53上的狀態(tài)為相2。若到該電路穩(wěn)定為止、反復(fù)相1和相2，則在相1中流入電容器55的電荷量ΔQ1、與在相2中從電容器55中流出的電荷量ΔQ2相等，與PWM信號(hào)的占空比成比例的電壓，表現(xiàn)為輸出電壓Vout。
以下，用公式證明輸出電壓Vout與PWM信號(hào)的占空比成比例。如圖5所示，從脈寬調(diào)制電路51中輸出周期t、占空比＝n的PWM信號(hào)，在到電路穩(wěn)定為止反復(fù)相1和相2。此外，在相1中，電容器55中流有電流I1，通過(guò)電容器55被充電從而輸出電壓Vout變動(dòng)ΔV1。當(dāng)ΔV1足夠小，且能夠忽略ΔV1所引起的電流I1的變動(dòng)時(shí)，下式(1)成立。
I1＝(Vin-Vout)/R …(1)在此，R為電阻54的電阻值。由于PWM信號(hào)的高電平的期間為t·n，因此ΔQ1由下式(2)表示。
ΔQ1＝I1·t·n＝(Vin-Vout)t·n/R …(2)此外，對(duì)于電容器55，下式(3)成立。
ΔQ1＝C·ΔV1 …(3)C是電容器55的電容值。因此，根據(jù)式(2)、(3)，可推導(dǎo)出下式(4)。
C·ΔV1＝(Vin-Vout)t·n/R…(4)如果將式(4)對(duì)ΔV1對(duì)求解，則可推導(dǎo)出式(5)。
ΔV1＝(Vin-Vout)t·n/(C·R) …(5)接著，設(shè)PWM信號(hào)變?yōu)榈碗娖剑蔀橄?。此時(shí)，電流I2從電容器55中流出，通過(guò)電容器55被放電從而輸出電壓變動(dòng)ΔV2。當(dāng)ΔV2足夠小、且能夠忽略ΔV2所引起的電流I2的變動(dòng)時(shí)，下式(6)成立。
I2＝Vout/R…(6)由于PWM信號(hào)為低電平的期間為t·(1-n)，因此若將式(6)代入，則此時(shí)流入電容器55中的電荷量ΔQ2，由下式表示。
ΔQ2＝I2·t·(1-n)＝Vout·t·(1-n)/R…(7)另外，對(duì)于電容器55，下式(8)成立。
ΔQ2＝C·ΔV2…(8)因此，根據(jù)式(7)、(8)推導(dǎo)出下式(9)。
C·ΔV2＝Vout·t·(1-n)/R…(9)如果將式(9)對(duì)ΔV2求解，則可推導(dǎo)出式(10)。
ΔV2＝Vout·t·(1-n)/(C·R)…(10)在穩(wěn)定時(shí)，下式(11)成立。
ΔV1＝ΔV2…(11)若將式(5)、(10)代入式(11)，則下式(12)成立。
(Vin-Vout)t·n/(C·R)＝Vout·t·(1-n)/(C·R)…(12)若求解式(12)，則得到
Vout＝n·Vin …(13)得到與PWM信號(hào)的占空比n成比例的輸出電壓Vout。
另外，如圖6所示，用CMOS反相器60構(gòu)成圖3的電路的開(kāi)關(guān)52的電路已被公知(專利文獻(xiàn)1)。在這種情況下，為了與圖3的電路等價(jià)，追加了用于令來(lái)自脈寬調(diào)制電路51的PWM信號(hào)反相的反相器61。該電路中，在PWM信號(hào)為高電平時(shí)，CMOS反相器60的P溝道型MOS晶體管M1導(dǎo)通，成為圖4(a)的相1的狀態(tài)；在PWM信號(hào)為低電平時(shí)，CMOS反相器60的N溝道型MOS晶體管M2導(dǎo)通，成為圖4(b)的相2的狀態(tài)。這里，設(shè)PWM信號(hào)的高電平為Vdd，低電平為0V。此外，設(shè)反相器61的高電位側(cè)的電源為Vdd，低電位側(cè)的電源為0V。此外，設(shè)CMOS反相器60的高電位側(cè)的電源為Vin，低電位側(cè)的電源為0V。
然而，如圖7所示，CMOS反相器60的P溝道型MOS晶體管M1導(dǎo)通時(shí)的柵極源極間電壓VGS與輸入電位Vin的值相等。從而，在圖6的電路中，隨著輸入電位Vin降低，P溝道型MOS晶體管M1導(dǎo)通時(shí)的VGS變小、其導(dǎo)通電阻變得無(wú)法忽略。
若設(shè)P溝道型MOS晶體管M1的導(dǎo)通電阻為Rp，則可用下式(1A)置換式(1)。
I1＝(Vin-Vout)/(R+Rp) …(1A)從而，式(13)可由下式(13A)置換。
Vout＝n·R/((1-n)·(R+Rp)+n·R)×Vin…(13A)這樣，就無(wú)法得到與PWM信號(hào)的占空比n成比例的輸出電壓Vout。
圖8是表示圖6的電路中的輸出電壓Vout和PWM信號(hào)的占空比n(％)的關(guān)系的仿真結(jié)果。將Vdd＝3V，R＝1MΩ，PWM周期＝1μs設(shè)定為公共條件。
雖然如圖8(a)所示，在Vin＝3V時(shí)，得到與PWM信號(hào)的占空比成比例的理想的輸出電壓Vout，但如圖8(b)所示，在Vin＝1V時(shí)，輸出電壓Vout與理想特性偏差很大。
因此，雖然為了在輸入電位Vin較低時(shí)也能得到與占空比n成比例的輸出電壓Vout，可以考慮追加使用了放大器的積分器，但卻存在電路規(guī)模變大的問(wèn)題。
專利文獻(xiàn)1特開(kāi)平6-77833號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的數(shù)字·模擬轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，具備脈寬調(diào)制電路，其產(chǎn)生脈寬與被輸入的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的大小相對(duì)應(yīng)的脈沖；反相器，其被輸入從所述脈寬調(diào)制電路產(chǎn)生的脈沖；以及，低通濾波器，其被供給所述反相器的輸出，所述反相器，具備P溝道型的第一MOS晶體管及N溝道型的第二MOS晶體管，其被串聯(lián)連接在高電位與低電位之間，且所述脈沖被施加在各自的柵極上；以及，N溝道型的第三MOS晶體管，與所述第一MOS晶體管并聯(lián)連接，并與所述第一MOS晶體管一起構(gòu)成CMOS傳輸門(mén)。
根據(jù)本發(fā)明，即使在反相器的高電位(輸入電位Vin)低時(shí)，通過(guò)與所述第一MOS晶體管一起構(gòu)成CMOS傳輸門(mén)的N溝道型的第三MOS晶體管導(dǎo)通，不用使用大規(guī)模的電路，就能得到與脈沖(PWM信號(hào))的占空比成比例的輸出電壓。


圖1是本發(fā)明的數(shù)字·模擬轉(zhuǎn)換電路的電路圖。
圖2是表示本發(fā)明的數(shù)字·模擬轉(zhuǎn)換電路的仿真結(jié)果的圖。
圖3是現(xiàn)有的數(shù)字·模擬轉(zhuǎn)換電路的電路圖。
圖4是說(shuō)明現(xiàn)有的數(shù)字·模擬轉(zhuǎn)換電路的動(dòng)作的圖。
圖5是PWM信號(hào)的波形圖。
圖6是現(xiàn)有的數(shù)字·模擬轉(zhuǎn)換電路的另一電路圖。
圖7是表示圖6的P溝道型MOS晶體管M1的偏置狀態(tài)的圖。
圖8是表示圖6的數(shù)字·模擬轉(zhuǎn)換電路的仿真結(jié)果的圖。
圖中50-輸入端子；51-脈寬調(diào)制電路；52-開(kāi)關(guān)；53-低通濾波器；54-電阻；55-電容器；56-輸出端子；61-CMOS反相器；70-CMOS反相器；71-CMOS反相器。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖，對(duì)本發(fā)明的數(shù)字·模擬轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行說(shuō)明。如圖1所示，本發(fā)明的數(shù)字·模擬轉(zhuǎn)換電路，將圖6的電路的CMOS反相器60用CMOS反相器70來(lái)置換。即、付加了與P溝道型MOS晶體管M1并聯(lián)連接的N溝道型MOS晶體管M3。再有，設(shè)置將CMOS反相器61的輸出反相的CMOS反相器71，并將該反相器71的輸出施加在N溝道型MOS晶體管M3的柵極上。
這樣，P溝道型MOS晶體管M1和N溝道型MOS晶體管M3構(gòu)成了CMOS傳輸門(mén)。設(shè)CMOS反相器71的高電位側(cè)的電源為Vdd，低電位側(cè)的電源為0V。其他結(jié)構(gòu)，與圖6的電路相同。
根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字·模擬轉(zhuǎn)換電路，在PWM信號(hào)為高電平(相1的狀態(tài))時(shí)，P溝道型MOS晶體管M1的柵極上被施加0V電壓，N溝道型MOS晶體管M3的柵極上被施加Vdd，令兩方的MOS晶體管導(dǎo)通。另一方面，在PWM信號(hào)為低電平(相2的狀態(tài))時(shí)，P溝道型MOS晶體管M1的柵極上被施加Vdd，N溝道型MOS晶體管M3的柵極上被施加0V電壓，兩方的MOS晶體管關(guān)斷。
從而，在輸入電位Vin(CMOS反相器70的高電位側(cè)的電源)低時(shí)，雖然P溝道型MOS晶體管M1的導(dǎo)通電阻變高，但N溝道型MOS晶體管M3的導(dǎo)通電阻變得足夠低。由此，不管輸入電位Vin是高是低，上述式(1)成立，總能得到與占空比n成比例的輸出電壓Vout。
而且，由于本發(fā)明的數(shù)字·模擬轉(zhuǎn)換電路，只通過(guò)在圖6的電路中追加一個(gè)N溝道型MOS晶體管M3和CMOS反相器71來(lái)構(gòu)成，因此不需要大規(guī)模的電路修正。
圖2是表示圖1的電路中的輸出電壓Vout和PWM信號(hào)的占空比n(％)的關(guān)系的仿真結(jié)果。將Vdd＝3V，R＝1MΩ，PWM周期＝1μs設(shè)定為公共條件。如圖2(a)所示，Vin＝3V時(shí)，得到與PWM信號(hào)的占空比成比例的理想的輸出電壓Vout。另外，如圖2(b)所示，在Vin＝1V時(shí)，也得到理想的輸出電壓Vout。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字·模擬轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，具備脈寬調(diào)制電路，其產(chǎn)生脈寬與被輸入的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的大小相對(duì)應(yīng)的脈沖；反相器，其被輸入從所述脈寬調(diào)制電路產(chǎn)生的脈沖；以及，低通濾波器，其被供給所述反相器的輸出，所述反相器，具備P溝道型的第一MOS晶體管及N溝道型的第二MOS晶體管，其被串聯(lián)連接在高電位與低電位之間，且所述脈沖被施加在各自的柵極上；以及，N溝道型的第三MOS晶體管，與所述第一MOS晶體管并聯(lián)連接，并與所述第一MOS晶體管一起構(gòu)成CMOS傳輸門(mén)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字·模擬轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述高電位比所述脈沖的高電平的電位小。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字·模擬轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，在所述第三MOS晶體管導(dǎo)通時(shí)，對(duì)其柵極施加所述脈沖的高電平的電位。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字·模擬轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述低通濾波其由電阻和電容器構(gòu)成。
全文摘要
具備被輸入從脈寬調(diào)制電路(51)產(chǎn)生的PWM信號(hào)的CMOS反相器(70)；以及，被供給CMOS反相器(71)的輸出的低通濾波器(53)。CMOS反相器(71)，具備串聯(lián)連接在輸入電位(Vin)和接地電位(Vss)之間、且各自的柵極上被施加PWM信號(hào)的P溝道型的MOS晶體管(M1)及N溝道型的MOS晶體管(M2)；以及，與P溝道型MOS晶體管(M1)并聯(lián)連接、且與P溝道型MOS晶體管一起構(gòu)成CMOS傳輸門(mén)的N溝道型MOS晶體管(M3)。從而，即使在反相器的高電位(輸入電位Vin)低時(shí)，也可不使用大規(guī)模的電路，能得到與PWM信號(hào)的占空比成比例的輸出電壓。
文檔編號(hào)H03M1/10GK1744442SQ20051009598
公開(kāi)日2006年3月8日 申請(qǐng)日期2005年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月30日
發(fā)明者尾形貴重, 鈴木達(dá)也 申請(qǐng)人:三洋電機(jī)株式會(huì)社