JP2990751B2 - Series-parallel analog-to-digital converter - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、、直並列型アナログ・デジタル変換器に関
するものである。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a serial-parallel analog-to-digital converter.
従来の技術 第8図に代表的な従来の直並列型A/D変換器を示す。
アナログ入力信号2は上位A/D変換回路13において粗く
上位A/D変換が行なわれ、上位A/D変換出力7を発生す
る。更に、この上位A/D変換出力はD/A変換回路14でD/A
変換されてアナログ電圧に戻され、減算器15でアナログ
入力信号2とこのD/A変換の出力間の減算と増幅が行な
われ、この減算増幅出力は下位のA/D変換回路16で更に
細かく下位A/D変換が行なわれ、下位A/D変換出力12を得
る。2. Prior Art FIG. 8 shows a typical conventional serial-parallel A / D converter.
The analog input signal 2 is roughly subjected to high-order A / D conversion in the high-order A / D conversion circuit 13 to generate a high-order A / D conversion output 7. Further, this higher-order A / D conversion output is converted to a D / A
It is converted back to an analog voltage, and a subtractor 15 performs subtraction and amplification between the analog input signal 2 and the output of this D / A conversion. Lower A / D conversion is performed, and a lower A / D conversion output 12 is obtained.
このような直並列型A/D変換器は従来用いられてきた
並列型A/D変換器に比べて回路規模が極めて小さくなる
という利点がある。例えば分離能10ビットの構成におい
て比較器の数が16分の1と極めて少なく大幅な低消費電
力化と低チップサイズ化を図ることができる。Such a serial-parallel A / D converter has an advantage that the circuit scale is extremely small as compared with a parallel A / D converter conventionally used. For example, in a configuration with a resolution of 10 bits, the number of comparators is extremely small, ie, 1/16, so that significant reduction in power consumption and chip size can be achieved.
発明が解決しようとする課題 しかしながらこのような従来の直並列型A/D変換器に
おいては減算器15の利得やオフセット電圧を下位A/D変
換回路16のフルスケール電圧やオフセット電圧と正確に
合わせ込む必要があることや、同様に内部のD/A変換回
路14のフルスケール電圧やオフセット電圧を合わせ込む
必要があるため調整箇所が多く、変換精度の安定性を欠
いており、特にモノリシック化が困難である。However, in such a conventional serial-parallel A / D converter, the gain and offset voltage of the subtracter 15 are accurately matched with the full-scale voltage and offset voltage of the lower A / D conversion circuit 16. It is necessary to adjust the full-scale voltage and offset voltage of the internal D / A conversion circuit 14, so there are many adjustment points, and the stability of conversion accuracy is lacking. Have difficulty.
第9図を用いてこのような従来の直並列型A/D変換器
のDC精度を満足するための困難さについてより具体的に
説明する。The difficulty in satisfying the DC accuracy of such a conventional serial-parallel A / D converter will be described more specifically with reference to FIG.
第9図は、第8図に示した直並列型A/D変換器の各部
の電圧関係を示している。FIG. 9 shows a voltage relationship of each part of the serial / parallel A / D converter shown in FIG.
第1に必要な電圧精度は上位A/D変換回路の参照電圧
とD/A変換回路の出力電圧間の相対精度である。変換の
原理からアナログ入力信号Vinが上位A/D変換回路の参照
電圧Vr,iよりも大きくVr,i+1よりも小さい時、D/A変
換回路の出力はVd,iを発生すると仮定すると、この二つ
の電圧の誤差ΔVo,i(=Vd,i−Vr,i)は通常この直並列
型A/D変換器の最終精度を満足する必要があり、例えば1
0ビット精度のA/D変換器の場合この電圧誤差ΔVo,iはD/
A変換回路の出力のフルスケール電圧に対し0.05%の精
度を必要とする。このような精度は何らかの電圧調整手
段が無ければ実現が困難で、しかも上位A/D変換回路の
参照電圧は外部信号により可変できることが望ましいた
め、たとえある条件で満足しても外部信号により参照電
圧を変化させる場合この信号に追随して精度を確保する
のはより困難である。The first required voltage accuracy is the relative accuracy between the reference voltage of the upper A / D conversion circuit and the output voltage of the D / A conversion circuit. From the principle of conversion, when the analog input signal Vin is larger than the reference voltage Vr, i of the upper A / D converter and smaller than Vr, i + 1, assuming that the output of the D / A converter generates Vd, i, The error ΔVo, i (= Vd, i−Vr, i) between the two voltages usually needs to satisfy the final accuracy of this serial-parallel A / D converter.
In the case of an A / D converter with 0-bit accuracy, this voltage error ΔVo, i
It requires 0.05% accuracy for the full-scale voltage of the output of the A conversion circuit. Such accuracy is difficult to achieve without any voltage adjustment means, and it is desirable that the reference voltage of the upper A / D conversion circuit can be varied by an external signal. When it is changed, it is more difficult to follow the signal to secure the accuracy.
第2に必要な電圧精度はD/A変換回路の出力電圧の単
位電圧に減算器の利得を乗じた電圧と、下位A/D変換回
路の参照電圧間の相対精度である。いま減算器の利得を
K、D/A変換回路の出力電圧の単位電圧をVu(=Vd,i+
1−Vd,i)、下位A/D変換回路の参照電圧のフルスケー
ル電圧をVfsとすると、この二つの電圧間の誤差ΔVo2
(=Vfs−Vu)は少なくとも下位A/D変換回路の分解能に
見合う精度でなければならず、例えば下位A/D変換回路
が5ビットの分解能の場合ΔVo2は下位A/D変換回路のフ
ルスケール電圧Vfsに対し1.5%以内に設定する必要があ
る。これはD/A変換回路の出力電圧の単位電圧Vu、減算
器の利得K、下位A/D変換回路のフルスケール電圧Vfsの
3個の変数を合わせる必要があり必ずしも容易ではな
い。The second required voltage accuracy is the relative accuracy between the voltage obtained by multiplying the unit voltage of the output voltage of the D / A conversion circuit by the gain of the subtractor and the reference voltage of the lower A / D conversion circuit. Now, the gain of the subtractor is K, and the unit voltage of the output voltage of the D / A conversion circuit is Vu (= Vd, i +
1−Vd, i), assuming that the full-scale voltage of the reference voltage of the lower A / D conversion circuit is Vfs, an error ΔVo2 between these two voltages
(= Vfs−Vu) must be at least as high as the resolution of the lower A / D converter. For example, when the lower A / D converter has a resolution of 5 bits, ΔVo2 is the full scale of the lower A / D converter. It must be set within 1.5% of the voltage Vfs. This is not always easy because it is necessary to match three variables of the unit voltage Vu of the output voltage of the D / A converter, the gain K of the subtractor, and the full scale voltage Vfs of the lower A / D converter.
その他、減算器のオフセット電圧も直並列型A/D変換
器の最終精度を満足する必がある。In addition, the offset voltage of the subtractor must also satisfy the final accuracy of the serial / parallel A / D converter.
次にAC的な精度を満足する必要があるので、このこと
を第10図を用いて簡単に説明する。第10図は下位A/D変
換回路の入力電圧の過渡応答を示している。入力電圧は
時間の経過に従いある一定電圧範囲に収まっていくが、
一定のセトリング時間が必要で、特に減算器は大量の負
帰還がかかった演算増幅器なので位相特性が悪く、セト
リング時間が長くなりやすい。このため直並列型A/D変
換器の変換速度が遅くなる他、場合によっては発振をひ
き起こす。更に下位A/D変換回路から漏れてくるシステ
ムノイズなどのノイズが混入し、変換精度を劣化させて
高速高精度変換を困難にしていた。Next, since it is necessary to satisfy AC accuracy, this will be briefly described with reference to FIG. FIG. 10 shows the transient response of the input voltage of the lower A / D conversion circuit. The input voltage falls within a certain voltage range over time,
A certain settling time is required. In particular, since the subtractor is an operational amplifier to which a large amount of negative feedback has been applied, the phase characteristics are poor and the settling time tends to be long. For this reason, the conversion speed of the serial / parallel A / D converter is reduced, and in some cases, oscillation is caused. Furthermore, noise such as system noise leaking from the lower A / D conversion circuit is mixed in, and the conversion accuracy is degraded, making high-speed high-precision conversion difficult.
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたもので、簡単
な構成でモノリシックIC化に適した高速高精度の直並列
型A/D変換器を提供することを目的としている。The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a high-speed and high-accuracy serial-parallel A / D converter suitable for a monolithic IC with a simple configuration.
課題を解決するための手段 本発明は、複数の参照電圧を発生する参照電圧発生手
段と、一方の入力端には共通にアナログ入力信号が、他
方の入力端には各々の参照電圧が入力されており、入力
端間の電位差を出力電流に変換する、参照電圧の大きさ
順に番号を付けられた複数の差動変換回路からなり、偶
数番号の差動変換回路と奇数番号の差動変換回路の比較
極性が逆である差動変換回路列と、前記差動変換回路の
出力電流の負荷となる負荷抵抗列と、アナログ入力信号
と参照電圧を比較して上位の変換を行う上位A/D変換回
路と、複数の差動変換回路のうち、その参照電圧がアナ
ログ入力信号と上及び下で最も隣接している一方の比較
極性の2つの差動変換回路と、その参照電圧がアナログ
入力信号と上及び下で最も隣接している他方の比較極性
の2つの差動変換回路を選択してそれら選択された差動
変換回路の出力電流を前記負荷抵抗列に供給する第1の
スイッチ手段と、前記負荷抵抗列に発生する4種の出力
電圧のいずれかを選択して次段に送る第2のスイッチ手
段と、前記負荷抵抗列の出力電圧のうち、一方の比較極
性の前記差動変換回路の出力電圧間を分圧する第1の抵
抗列と、前記負荷抵抗列の出力電圧のうち、他方の比較
極性の前記差動変換回路の出力電圧間を分圧する第2の
抵抗列とからなる電圧分圧手段と、前記電圧分圧手段に
より分圧された電圧と前記第2のスイッチ手段により選
択された電圧を比較して下位のA/D変換を行う下位A/D変
換回路とを備えた直並列型A/D変換器である。Means for Solving the Problems The present invention provides a reference voltage generating means for generating a plurality of reference voltages, an analog input signal commonly input to one input terminal, and each reference voltage input to the other input terminal. It consists of a plurality of differential conversion circuits numbered in the order of the magnitude of the reference voltage, which converts the potential difference between the input terminals into an output current, and includes an even-numbered differential conversion circuit and an odd-numbered differential conversion circuit. A differential conversion circuit train having a reverse comparison polarity, a load resistance train serving as a load of the output current of the differential conversion circuit, and a high-order A / D that performs high-order conversion by comparing an analog input signal with a reference voltage. A conversion circuit, two differential conversion circuits of one comparison polarity whose reference voltage is closest to the analog input signal above and below the analog input signal, and the reference voltage is the analog input signal. And the comparison of the other nearest neighbors above and below First switch means for selecting two differential conversion circuits having polarities and supplying an output current of the selected differential conversion circuit to the load resistance string; and four types of output voltages generated in the load resistance string And a first resistor string for dividing the output voltage of the differential conversion circuit having one of the comparison polarities among the output voltages of the load resistor string. And a second resistor string dividing the output voltage of the differential conversion circuit having the other comparison polarity among the output voltages of the load resistor string, and a voltage divider by the voltage divider. A serial-parallel A / D converter comprising a lower A / D conversion circuit for performing lower A / D conversion by comparing the applied voltage with a voltage selected by the second switch means.
作用 本発明において上位のA/D変換は、従来例と同様に行
なわれる。しかしながらD/A変換回路と減算器は設け
ず、一方の入力端には共通にアナログ入力信号が他方の
入力端には各々の参照電圧が入力され、一方の入力端と
他方の入力端の電位差を出力電流に変換する、参照電圧
の大きさ順に番号を付けられた複数の差動変換回路(但
し、比較極性は、偶数番号の差動変換回路と奇数番号の
差動変換回路で、逆である)からなる差動変換回路列を
設けることにより、アナログ入力信号と各々の参照電圧
の減算および差動増幅を行い、これら複数の出力電流の
うち特定の出力電流を選択して負荷抵抗に供給するスイ
ッチ手段を備えることにより下位のA/D変換に必要な電
圧を生成する。さらに、負荷抵抗に発生した電圧のうち
選択された特定の出力電圧と負荷抵抗列の出力電圧との
間を分圧する電圧分圧手段により分圧された電圧を比較
して下位のA/D変換を行なうことによって、下位のA/D変
換のための特別な参照電圧を不要にし、差動変換回路の
利得精度が変換精度に与える影響をなくしている。また
差動変換回路は演算増幅器のような負帰還型の回路でな
くとも差動増幅回路のような非負帰還型の回路で十分な
ため無調整で非常に安定かつ高速な直並列型A/D変換器
を実現できる。Operation In the present invention, high-order A / D conversion is performed in the same manner as in the conventional example. However, a D / A conversion circuit and a subtractor are not provided, an analog input signal is commonly input to one input terminal, each reference voltage is input to the other input terminal, and a potential difference between one input terminal and the other input terminal is provided. Is converted to an output current. A plurality of differential conversion circuits numbered in the order of the magnitude of the reference voltage (however, the comparison polarity is an even-numbered differential conversion circuit and an odd-numbered differential conversion circuit. Is provided, a subtraction and a differential amplification of the analog input signal and each reference voltage are performed, and a specific output current is selected from the plurality of output currents and supplied to the load resistor. By providing a switch means for generating a voltage necessary for lower-order A / D conversion. Further, the lower voltage A / D conversion is performed by comparing the voltage divided by the voltage dividing means for dividing the voltage between the specific output voltage selected from the voltage generated in the load resistor and the output voltage of the load resistor string. By doing so, a special reference voltage for the lower A / D conversion is not required, and the effect of the gain accuracy of the differential conversion circuit on the conversion accuracy is eliminated. The differential conversion circuit is not a negative feedback type circuit such as an operational amplifier, but a non-negative feedback type circuit such as a differential amplifier circuit is sufficient. A converter can be realized.
実施例 本発明第1の実施例における直並列型A/D変換器の回
路図を第1図に示す。Embodiment FIG. 1 shows a circuit diagram of a serial-parallel A / D converter according to a first embodiment of the present invention.
一方の入力端と他方の入力端の電位差を出力電流に変
換する複数の差動変換回路からなる差動変換回路列1の
一方の入力端には共通にアナログ入力信号2が入力さ
れ、他方の入力端には参照電圧発生手段を構成する基準
電圧3の電圧を基準抵抗4で分圧することにより発生さ
せた各々の参照電圧が入力されている。上位比較器列5
を有し、各々の比較器の一方の入力端には基準抵抗4の
各々の分圧点の電圧が、他方の入力端には共通にアナロ
グ入力信号2が入力され、その比較出力は上位論理回路
6に入力され上位論理回路6の出力が確定するととも
に、複数の出力電流のうち特定の出力電流を選択する信
号を第1のスイッチ手段7に与えることにより負荷抵抗
列8に電圧が発生する。発生した電圧は電圧分圧手段10
に送られ、ここで分圧される。下位比較器列12を構成す
る各々の比較器は、分圧された電圧と、分圧された電圧
のうちの特定の電圧を選択する第2の選択手段をその一
部分として含む上位論理回路6の出力によりスイッチさ
れる第2のスイッチ手段11の出力電圧を比較しその比較
出力は下位論理回路13に入力され下位論理回路13の出力
が確定する。上位論理回路6及び下位論理回路13の確定
した出力を加算器14において加算することにより、A/D
変換出力15を得る。An analog input signal 2 is commonly input to one input terminal of a differential conversion circuit array 1 including a plurality of differential conversion circuits for converting a potential difference between one input terminal and the other input terminal into an output current. Each of the reference voltages generated by dividing the voltage of the reference voltage 3 constituting the reference voltage generating means by the reference resistor 4 is input to the input terminal. Upper comparator row 5
The voltage at each voltage dividing point of the reference resistor 4 is input to one input terminal of each comparator, and the analog input signal 2 is input to the other input terminal in common. The output of the upper logic circuit 6 is input to the circuit 6 and determined, and a signal for selecting a specific output current among a plurality of output currents is given to the first switch means 7 to generate a voltage in the load resistance array 8. . The generated voltage is applied to the voltage dividing means 10
Where the pressure is divided. Each of the comparators constituting the lower comparator row 12 includes a divided voltage and a higher-level logic circuit 6 including, as a part thereof, second selecting means for selecting a specific voltage among the divided voltages. The output voltage of the second switch means 11 switched by the output is compared, and the comparison output is input to the lower logic circuit 13 and the output of the lower logic circuit 13 is determined. By adding the determined outputs of the upper logic circuit 6 and the lower logic circuit 13 in the adder 14, the A / D
The conversion output 15 is obtained.
次に第2図、第3図を用いて、本発明の第1の実施例
の動作を詳細に説明する。Next, the operation of the first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
第2図はアナログ入力信号Vsに対する(a)各差動変
換回路A0,A4,・・・,A16の出力Ia0,Ia4,・・・Ia16、お
よび、各差動変換回路A2,A6,・・・,A18の出力Ib2,Ib6,
・・・,Ib18、(b)各比較器C0〜C7の比較出力、
(c)スイッチSa0,Sa4,・・・,Sa16,Sb2,Sb6,・・・,S
b18,Sca,Scbの選択状態を示している。FIG. 2 shows (a) the outputs Ia0, Ia4,... Ia16 of the respective differential converters A0, A4,..., A16 for the analog input signal Vs, and the respective differential converters A2, A6,.・, A18 output Ib2, Ib6,
..., Ib18, (b) comparison output of each of the comparators C0 to C7,
(C) Switches Sa0, Sa4,..., Sa16, Sb2, Sb6,.
This shows a selection state of b18, Sca, and Scb.
第2図の(a)に示したように、各差動変換回路A0,A
2,・・・,A18の参照電圧をV0,V2,・・・,V18とすると、
各出力Ia0,Ia4,・・・,Ia16,Ib2,Ib6,・・・,Ib18は、
各々の参照電圧の近傍で、(1−1)および(1−2)
式で与えられる。As shown in FIG. 2A, each of the differential conversion circuits A0, A
If the reference voltage of 2, ..., A18 is V0, V2, ..., V18,
Each output Ia0, Ia4, ..., Ia16, Ib2, Ib6, ..., Ib18
In the vicinity of each reference voltage, (1-1) and (1-2)
Given by the formula.
Iai=g(Vs−Vi)+Ib (i=0,4,・・・,16)(1
−1) Ibi=−g(Vs−Vi)+Ib (i=2,6,・・・,18)
(1−2) ただし、上式において、gは差動変換回路の相互コン
ダクタンスであり、Ibはバイアス電流である。Iai = g (Vs−Vi) + Ib (i = 0, 4,..., 16) (1
-1) Ibi = −g (Vs−Vi) + Ib (i = 2, 6,..., 18)
(1-2) In the above equation, g is the transconductance of the differential conversion circuit, and Ib is the bias current.
第2図の(b)で示した、上位比較器列5を構成する
比較器C2〜C16の比較出力は下記の(2)式で与えられ
る。The comparison output of the comparators C2 to C16 constituting the upper comparator row 5 shown in FIG. 2B is given by the following equation (2).
Ci=sgn(Vs−Vi) (i=2,4,・・・,16) (2) ただし、上式において、sgn関数を次のように定義し
て用いた。Ci = sgn (Vs−Vi) (i = 2, 4,..., 16) (2) In the above equation, the sgn function is defined and used as follows.
sgn(x)=1 :x≧0 sgn(x)=0 :x<0 (2)式から明らかに、各比較器の比較出力は入力信
号が各々参照電圧よりも大きい時に、[1]をとる。そ
こで、これらの比較出力を論理回路6に入力すれば、上
位A/D変換出力を得ることができる。sgn (x) = 1: x ≧ 0 sgn (x) = 0: x <0 As apparent from the equation (2), the comparison output of each comparator is [1] when the input signal is larger than the reference voltage. Take. Therefore, if these comparison outputs are input to the logic circuit 6, a high-order A / D conversion output can be obtained.
第2図の(3)は、スイッチ手段7の各スイッチの開
閉状態およびスイッチ手段11の各スイッチの接続状態を
示している。図において[1]はON状態を、[0]はOF
F状態を示し、また、[+]は+端子への接続状態を、
[−]は−端子への接続状態を示す。FIG. 2C shows the open / closed state of each switch of the switch means 7 and the connected state of each switch of the switch means 11. In the figure, [1] is ON state, [0] is OF
Indicates the F state, and [+] indicates the connection state to the + terminal.
[-] Indicates a connection state to the-terminal.
以上で述べたように差動変換回路はアナログ入力信号
の電圧レベルに応じて、線形な出力電流を発生し、選択
的にスイッチングされる。As described above, the differential conversion circuit generates a linear output current according to the voltage level of the analog input signal, and is selectively switched.
次に、上述のようにして発生させた出力電流を用いて
下位A/D変換を行なう方法について説明する。差動変換
回路の出力電流は第1のスイッチ手段7により負荷抵抗
に導かれ電圧に変換される。Next, a method of performing lower A / D conversion using the output current generated as described above will be described. The output current of the differential conversion circuit is guided to the load resistance by the first switch means 7 and is converted into a voltage.
第3図はアナログ入力信号2に対する電圧分圧手段内
の各節点の電圧を示している。この例では、下位A/D変
換の分解能は3ビットを想定し、アナログ入力信号2の
電圧がV2とV3の間にある場合を示している。電圧分圧手
段としては同一抵抗を縦続接続したものを用いている。
選択された隣接する4つの差動変換回路の出力電流を負
荷抵抗により電圧に変換したものの間を分圧し、VA1〜
VA3およびVB1〜VB3を生成する。VA0〜VA4の増減極
性およびVB0〜VB4の増減極性はアナログ入力信号のレ
ベルにより一意に決定される。その増減極性を考慮し
て、全入力電圧範囲にわたるVA0〜VA4およびVB0〜V
B4の様子を第4図に示す。以上のように構成すれば、上
位A/D変換の最小電圧範囲を2倍に拡大して3ビットの
下位A/D変換を行なう直並列型A/D変換器を実現できる。FIG. 3 shows the voltage at each node in the voltage dividing means with respect to the analog input signal 2. In this example, the resolution of the lower A / D conversion is assumed to be 3 bits, and the case where the voltage of the analog input signal 2 is between V2 and V3 is shown. As the voltage dividing means, one obtained by cascading the same resistors is used.
The output currents of the selected four adjacent differential conversion circuits are divided into voltages obtained by converting the output currents by the load resistors, and VA1 to VA1
VA3 and VB1 to VB3 are generated. The increase / decrease polarity of VA0 to VA4 and the increase / decrease polarity of VB0 to VB4 are uniquely determined by the level of the analog input signal. In consideration of the increase / decrease polarity, VA0 to VA4 and VB0 to VB over the entire input voltage range.
The state of B4 is shown in FIG. With the above configuration, it is possible to realize a serial-parallel A / D converter that doubles the minimum voltage range of upper A / D conversion and performs 3-bit lower A / D conversion.
なお、第5図のように負荷抵抗列8と電圧分圧手段10
の間にバッファ手段9を挿入した構成の場合、上記第1
図に示した方法に加えてバッファ手段9を挿入したこと
によって、負荷抵抗列8の出力電圧が電圧分圧手段10に
流れる電流の影響を受けにくくなり、第1図に示した構
成の直並列型A/D変換器よりさらに高精度の直並列型A/D
変換器が得られる。Note that, as shown in FIG.
In the case where the buffer means 9 is inserted between
By inserting the buffer means 9 in addition to the method shown in the figure, the output voltage of the load resistance string 8 becomes less affected by the current flowing through the voltage dividing means 10, and the series-parallel configuration shown in FIG. Series-parallel A / D with higher accuracy than the A / D converter
A converter is obtained.
次に、本発明第2の実施例における直並列型A/D変換
器の回路図を第7図に示す。これは、負荷抵抗の有無以
外は本発明の第1の実施例のA/D変換器と同じ構成であ
り、第1の実施例のA/D変換器における負荷抵抗による
電流・電圧変換の作用が省かれたものとみなせる。Next, a circuit diagram of a series-parallel A / D converter according to a second embodiment of the present invention is shown in FIG. This has the same configuration as that of the A / D converter of the first embodiment of the present invention except for the presence or absence of a load resistor, and the operation of the current / voltage conversion by the load resistor in the A / D converter of the first embodiment. Can be regarded as being omitted.
次に第3の実施例について第11図を用い説明する。第
1図及び第5図の回路では上位比較器列と下位比較器列
を各々設けていたが、第11図のように第3の選択手段に
より制御される第3のスイッチ手段104を、基準抵抗4
の分圧点および電圧分圧手段10と比較器列105の間に設
ければ、比較器列を時分割で上位の変換と下位の変換に
使い分けることができるので、第1図及び第5図に示し
た回路よりも比較器の数を削減し、A/D変換器の回路規
模を縮小することができる。なお、第3のスイッチ手段
104は、第1図の実施例における第2のスイッチ手段11
の機能を含むものであり、また、変換論理回路106は、
第1の実施例における上位論理回路6と下位論理回路13
と加算器14の機能とを含むものである。Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. Although the upper comparator row and the lower comparator row are provided in the circuits of FIGS. 1 and 5, the third switch means 104 controlled by the third selecting means as shown in FIG. Resistance 4
1 and 5 can be used in a time-division manner for high-order conversion and low-order conversion. The number of comparators can be reduced as compared with the circuit shown in (1), and the circuit scale of the A / D converter can be reduced. The third switch means
104 is a second switch means 11 in the embodiment of FIG.
In addition, the conversion logic circuit 106 includes:
Upper logic circuit 6 and lower logic circuit 13 in the first embodiment
And the function of the adder 14.
最後に第4の実施例について第12図を用いて説明す
る。第1図および第5図の各回路構成において下位の変
換を行なう際に、比較器列の各比較器の一方の入力端は
必ず電圧分圧手段である分圧用抵抗体の端部の電圧をス
イッチ手段を介して供給されているが、場合によっては
端部の電圧である必要はなく、補間のための比較器の入
力電圧を複数の差動回路の出力を用いて発生するという
本発明の思想のひとつに従えば、第12図のような構成に
より下位の変換を行なう際に第6図に示すような下位比
較器の入力電圧の交差点を持つように電圧分圧手段の各
分圧点の電圧を比較器の入力として与えてもよい。電圧
分圧手段10の各分圧点の電圧を下位比較器の入力とする
ので、第1図及び第5図の実施例における第2のスイッ
チ手段11は、おのずから不要となる。Finally, a fourth embodiment will be described with reference to FIG. When performing lower-order conversion in each of the circuit configurations of FIGS. 1 and 5, one input terminal of each comparator in the comparator row always receives the voltage at the end of the voltage-dividing resistor as voltage-dividing means. Although the voltage is supplied through the switch means, it may not be the voltage at the end in some cases, and the input voltage of the comparator for interpolation is generated by using the outputs of a plurality of differential circuits. According to one of the ideas, each of the voltage dividing points of the voltage dividing means has a cross point of the input voltage of the lower comparator as shown in FIG. 6 when performing the lower conversion by the configuration as shown in FIG. May be given as an input of the comparator. Since the voltage at each voltage dividing point of the voltage dividing means 10 is used as an input to the lower comparator, the second switch means 11 in the embodiment shown in FIGS. 1 and 5 is naturally unnecessary.
発明の効果 本発明によれば、以下のような効果が得られる。Effects of the Invention According to the present invention, the following effects can be obtained.
(1)従来のようにD/A変換回路のフルスケール電圧と
上位A/D変換回路のフルスケール電圧の合わせ込みが不
要なため高精度なA/D変換を実現できると同時に、合わ
せ込みのための回路手段が不要で構成が簡潔になり、ま
た、参照電圧を外部信号により自由に可変でき便利であ
る。(1) Since it is not necessary to match the full-scale voltage of the D / A converter circuit and the full-scale voltage of the upper A / D converter circuit as in the past, high-precision A / D conversion can be realized. No circuit means is required, the configuration is simplified, and the reference voltage can be freely varied by an external signal, which is convenient.
(2)従来のような高精度な演算増幅器を用いず、差動
変換回路列を用いているが、隣接する差動変換回路間の
相対利得精度は必要であるが絶対精度は不要である。こ
のため差動変換回路は、演算増幅器を用いずとも通常の
エミッタ結合のトランジスタ対で十分である。また差動
増幅回路の相対利得精度は集積回路技術を用いることで
十分達成可能である。高精度な演算増幅器を用いないこ
とにより調整箇所が不要であるため集積回路に適し、従
来よりも更に高速な直並列型A/D変換器を構成できる。(2) Although a differential conversion circuit array is used without using a high-precision operational amplifier as in the related art, relative gain accuracy between adjacent differential conversion circuits is required, but absolute accuracy is not required. Therefore, a normal emitter-coupled transistor pair is sufficient for the differential conversion circuit without using an operational amplifier. The relative gain accuracy of the differential amplifier circuit can be sufficiently achieved by using integrated circuit technology. Since a high-precision operational amplifier is not used, there is no need for an adjustment portion, so that it is suitable for an integrated circuit, and a higher-speed serial-parallel A / D converter can be configured.
(3)さらに従来のように下位A/D変換回路の参照電圧
フルスケール電圧を合わせる必要がない。これは本実施
例の下位A/D変換が、従来のような固定化した参照電圧
を用いず、選択された複数の差動出力電圧間を分圧する
電圧分圧手段を備えこの分圧された電圧を比較して下位
のA/D変換を行なうためで、言い換えれば下位のA/D変換
の入力アナログ信号に対する参照電圧は上位A/D変換の
参照電圧間を均等に分圧したものになっているからであ
る。このことから下位A/D変換と上位A/D変換の整合性は
極めて良好で、より高精度の変換が可能となる。(3) Further, there is no need to match the reference voltage full-scale voltage of the lower A / D conversion circuit as in the related art. This is because the lower A / D conversion of the present embodiment does not use a fixed reference voltage as in the related art, but includes voltage dividing means for dividing a selected plurality of differential output voltages. This is because the lower A / D conversion is performed by comparing the voltages.In other words, the reference voltage for the input analog signal of the lower A / D conversion is obtained by dividing the reference voltage of the upper A / D conversion evenly. Because it is. From this, the consistency between the lower A / D conversion and the upper A / D conversion is extremely good, and conversion with higher accuracy is possible.
(4)加うるに、本実施例では下位のA/D変換の入力信
号が差動形式になっているため電源ノイズなどのコモン
モードノイズの除去作用があり、従来よりも高精度かつ
安定な直並列型A/D変換器を実現できる。(4) In addition, in the present embodiment, since the input signal of the lower A / D conversion is of a differential type, it has an action of removing common mode noise such as power supply noise, and is more accurate and stable than the conventional one. A series-parallel A / D converter can be realized.
(5)下位A/D変換器の変換電圧範囲を上位比較器1単
位の比較範囲を包含してかつより広く取ることにより、
時間的に変動している入力信号に対しても更に正確な変
換が行え、よりいっそうのA/D変換の安定化、高速高精
度化を図ることができる。(5) By setting the conversion voltage range of the lower A / D converter to include the comparison range of one unit of the upper comparator and to make it wider,
More accurate conversion can be performed even on an input signal that fluctuates with time, and further A / D conversion can be further stabilized and high speed and high accuracy can be achieved.
(6)更に、隣接する上位比較器1単位間で入力信号が
変化したときに切り換えられる差動増幅回路の入力電圧
はその隣接する電圧から最も離れた電圧であることによ
り、上位比較器1単位の比較範囲の両端における下位A/
D変換の比較器の入力電圧の発生方法が一意であること
が保証されているので、隣接する上位比較器1単位間に
おいて変換出力コードの一様性(すなわち一意性)を確
保することができる。(6) Further, since the input voltage of the differential amplifier circuit that is switched when the input signal changes between adjacent upper comparators 1 unit is the voltage farthest from the adjacent voltage, the upper comparator 1 unit Lower A /
Since the method of generating the input voltage of the D-conversion comparator is guaranteed to be unique, uniformity (that is, uniqueness) of the conversion output code can be ensured between one adjacent higher-order comparator unit. .
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の第1の実施例の回路構成図、第2図の
(a)は実施例のA/D変換器の内部の差動変換回路の出
力を示す説明図、第2図の(b)は各比較器の比較出力
を示す説明図、第2図の(c)はスイッチの状態を示す
説明図、第3図は実施例における下位A/D変換の様子を
示す説明図、第4図は全入力電圧範囲にわたる下位変換
の様子を示す説明図、第5図は実施例1に電圧のバッフ
ァ手段を含む実施例の回路構成図、第6図は下位変換の
比較器の入力電圧の交差点を第1図に示す実施例と異な
る点に設定した場合の説明図、第7図は本発明の第2の
実施例の回路構成図、第8図は従来の直並列型A/D変換
器の回路構成図、第9図は従来の直並列型A/D変換器の
各部の電圧関係図、第10図は従来の直並列型A/D変換器
の下位A/D変換回路の入力電圧の過渡応答を示す電圧波
形図、第11図は本発明第3の実施例の回路構成図、第12
図は本発明第4の実施例の回路構成図である。 1……差動変換回路列、4……基準抵抗、5……上位比
較器列、6……上位論理回路、7……第1のスイッチ手
段、10……電圧分圧手段、11……第2のスイッチ手段、
12……下位比較器列、13……下位論理回路、14……加算
器。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a circuit diagram of a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 (a) shows an output of a differential conversion circuit inside an A / D converter of the embodiment. FIG. 2B is an explanatory diagram showing a comparison output of each comparator, FIG. 2C is an explanatory diagram showing a switch state, and FIG. 3 is a lower A / D in the embodiment. FIG. 4 is an explanatory diagram showing a state of conversion, FIG. 4 is an explanatory diagram showing a state of lower-order conversion over the entire input voltage range, FIG. 5 is a circuit configuration diagram of an embodiment including a voltage buffer means in the first embodiment, and FIG. FIG. 7 is an explanatory diagram when an intersection of input voltages of a comparator for lower conversion is set to a different point from the embodiment shown in FIG. 1; FIG. 7 is a circuit configuration diagram of a second embodiment of the present invention; Fig. 9 is a circuit diagram of a conventional serial-parallel A / D converter, Fig. 9 is a diagram showing the voltage relationship of each part of the conventional serial-parallel A / D converter, and Fig. 10 is a conventional serial-parallel A / D converter. Lower A of container FIG. 11 is a voltage waveform diagram showing a transient response of the input voltage of the / D conversion circuit, FIG. 11 is a circuit diagram of a third embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 11 is a circuit diagram of a fourth embodiment of the present invention. 1 ... Differential conversion circuit row, 4 ... Reference resistance, 5 ... High order comparator row, 6 ... High order logic circuit, 7 ... First switch means, 10 ... Voltage dividing means, 11 ... Second switch means,
12 ... lower comparator row, 13 ... lower logic circuit, 14 ... adder.
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H03M 1/00 - 1/88 Continuation of front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H03M 1/00-1/88
Claims (2)
段と、 一方の入力端には共通にアナログ入力信号が、他方の入
力端には各々の参照電圧が入力されており、入力端間の
電位差を出力電流に変換する、参照電圧の大きさ順に番
号を付けられた複数の差動変換回路からなり、偶数番号
の差動変換回路と奇数番号の差動変換回路の比較極性が
逆である差動変換回路列と、 前記差動変換回路の出力電流の負荷となる負荷抵抗列
と、 アナログ入力信号と参照電圧を比較して上位の変換を行
う上位A/D変換回路と、 複数の差動変換回路のうち、その参照電圧がアナログ入
力信号と上及び下で最も隣接している一方の比較極性の
2つの差動変換回路と、その参照電圧がアナログ入力信
号と上及び下で最も隣接している他方の比較極性の2つ
の差動変換回路を選択してそれら選択された差動変換回
路の出力電流を前記負荷抵抗列に供給する第1のスイッ
チ手段と、 前記負荷抵抗に発生する4種の出力電力のいずれかを選
択して次段に送る第2のスイッチ手段と、 前記負荷抵抗列の出力電圧のうち、一方の比較極性の前
記差動変換回路の出力電圧間を分圧する第1の抵抗列
と、前記負荷抵抗列の出力電圧のうち、他方の比較極性
の前記差動変換回路の出力電圧間を分圧する第2の抵抗
列とからなる電圧分圧手段と、 前記電圧分圧手段により分圧された電圧と前記第2のス
イッチ手段により選択された電圧を比較して下位のA/D
変換を行う下位A/D変換回路とを 備えた直並列型A/D変換器。A reference voltage generating means for generating a plurality of reference voltages, an analog input signal is commonly input to one input terminal, and respective reference voltages are input to the other input terminal. It consists of a plurality of differential conversion circuits numbered in the order of the magnitude of the reference voltage, which converts the potential difference of the reference voltage into an output current.The comparison polarities of the even-numbered and odd-numbered differential conversion circuits are opposite. A certain differential conversion circuit sequence, a load resistance sequence serving as a load of an output current of the differential conversion circuit, a high-order A / D conversion circuit for comparing an analog input signal with a reference voltage and performing high-order conversion, Among the differential conversion circuits, two differential conversion circuits having one comparison polarity whose reference voltage is closest to the analog input signal above and below the analog input signal; Two differential conversions of adjacent comparison polarities A first switch means for selecting a circuit and supplying the output current of the selected differential conversion circuit to the load resistance string; and selecting one of four types of output power generated in the load resistance and selecting the next one. A second switch means for sending to a stage, a first resistor string for dividing a voltage between the output voltages of the differential conversion circuit having one comparison polarity among output voltages of the load resistor string, and an output of the load resistor string. A voltage divider comprising a second resistor string for dividing a voltage between the output voltages of the differential conversion circuit having the other comparison polarity; and a voltage divided by the voltage divider and the second resistor string. A / D by comparing the voltage selected by the switch means
A series-parallel A / D converter equipped with a low-order A / D conversion circuit that performs conversion.
段と、 一方の入力端には共通にアナログ入力信号が、他方の入
力端には各々の参照電圧が入力されており、入力端間の
電位差を出力電圧に変換する、参照電圧の大きさ順に番
号を付けられた複数の差動変換回路からなり、偶数番号
の差動変換回路と奇数番号の差動変換回路の比較極性が
逆である差動変換回路列と、 アナログ入力信号と参照電圧を比較して上位の変換を行
う上位A/D変換回路と、 複数の差動変換回路のうち、その参照電圧がアナログ入
力信号と上及び下で最も隣接している一方の比較極性の
2つの差動変換回路と、その参照電圧がアナログ入力信
号と上及び下で最も隣接している他方の比較極性の2つ
の差動変換回路を選択してそれら選択された差動変換回
路の出力電圧を次段に供給する第1のスイッチ手段と、 前記第1のスイッチ手段により選択された4種の出力電
圧のいずれかを選択して次段に送る第2のスイッチ手段
と、 前記第1のスイッチ手段により選択された一方の比較極
性の前記差動変換回路の出力電圧間を分圧する第1の抵
抗列と、前記第1のスイッチ手段により選択された他方
の比較極性の前記差動変換回路の出力電圧間を分圧する
第2の抵抗列とからなる電圧分圧手段と、 前記電圧分圧手段により分圧された電圧と前記第2のス
イッチ手段により選択された電圧を比較して下位のA/D
変換を行う下位A/D変換回路と を備えた直並列型A/D変換器。A reference voltage generating means for generating a plurality of reference voltages; an analog input signal commonly input to one input terminal; and respective reference voltages input to the other input terminal. It consists of a plurality of differential conversion circuits numbered in the order of the magnitude of the reference voltage, which converts the potential difference of the reference voltage into an output voltage.The comparison polarity of the even-numbered and odd-numbered differential conversion circuits is reversed. A certain differential conversion circuit row, a high-order A / D conversion circuit that performs high-order conversion by comparing an analog input signal with a reference voltage, and among a plurality of differential conversion circuits, the reference voltage of which is above and below the analog input signal. Select the two differential conversion circuits of one comparison polarity closest to the bottom and the two differential conversion circuits of the other comparison polarity whose reference voltage is closest to the analog input signal above and below the analog input signal Output voltage of the selected differential conversion circuit A first switch for supplying to the next stage, a second switch for selecting any one of the four types of output voltages selected by the first switch and transmitting the output voltage to the next stage, and the first switch Means for dividing a voltage between the output voltages of the differential conversion circuit having one comparison polarity selected by the first switch means, and a differential resistor circuit having the other comparison polarity selected by the first switch means. A voltage dividing means comprising a second resistor string for dividing the voltage between output voltages; and comparing the voltage divided by the voltage dividing means with the voltage selected by the second switch means, the lower A / D
A serial-parallel A / D converter that includes a low-order A / D conversion circuit that performs conversion.
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