JP3081515B2 - Analog-digital conversion circuit - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はアナログ−デジタル
変換回路(A/Dコンバータ)に係り、詳しくは、多段
パイプライン(ステップフラッシュ)構成をとるA/D
コンバータに関するものである。The present invention relates to an analog-to-digital converter (A / D converter), and more particularly, to an A / D converter having a multi-stage pipeline (step flash) configuration.
It concerns a converter.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、ビデオ信号のデジタル処理技術の
進歩に伴い、ビデオ信号処理用のA/Dコンバータの需
要が大きくなっている。ビデオ信号処理用のA/Dコン
バータには高速変換動作が要求されるため、従来、2ス
テップフラッシュ(2ステップパラレル)方式が広く用
いられていた。2. Description of the Related Art In recent years, with the development of digital processing technology for video signals, the demand for A / D converters for video signal processing has increased. Since a high-speed conversion operation is required for an A / D converter for video signal processing, a two-step flash (two-step parallel) method has conventionally been widely used.
【0003】しかし、変換ビット数の増大に伴い、2ス
テップフラッシュ方式では十分な変換精度が得られなく
なってきた。分解能を表すLSB(Least Significant
Bit)は、式(1)に示すように、アナログ入力信号の
入力電圧範囲(FSR;FullScale Range)とビット数
Nとを用いて表される。However, with the increase in the number of conversion bits, sufficient conversion accuracy cannot be obtained with the two-step flash method. LSB (Least Significant)
Bit) is represented using the input voltage range (FSR; Full Scale Range) of the analog input signal and the number of bits N as shown in Expression (1).
【0004】1LSB=FSR/2N ………(1) 例えば、ビット数が10ビットでFSRが2Vの場合、
式(1)からLSBは2mVとなる。このようにLSB
が小さくなると、2ステップフラッシュ方式A/Dコン
バータを構成する各コンパレータの分解能が限界とな
り、十分な変換精度を得ることが難しくなる。実際問題
として、2ステップフラッシュ方式で9ビット以上を得
ることは現実的でない。1 LSB = FSR / 2 N (1) For example, when the number of bits is 10 bits and the FSR is 2 V,
From equation (1), LSB is 2 mV. Thus, LSB
Is smaller, the resolution of each comparator constituting the two-step flash A / D converter is limited, and it is difficult to obtain sufficient conversion accuracy. As a practical matter, obtaining 9 bits or more by the two-step flash method is not practical.
【0005】そこで、各段がA/Dコンバータとデジタ
ル−アナログ変換回路(D/Aコンバータ)と差分アン
プとから成る多段パイプライン構成をとるA/Dコンバ
ータが開発された。Accordingly, an A / D converter having a multi-stage pipeline configuration in which each stage includes an A / D converter, a digital-analog conversion circuit (D / A converter), and a difference amplifier has been developed.
【0006】その動作は、まず、アナログ入力信号に対
して、1段目のA/Dコンバータを用いてA/D変換を
行う。次に、1段目のA/DコンバータのA/D変換結
果を1段目のD/Aコンバータに加え、D/A変換を行
う。続いて、1段目のD/AコンバータのD/A変換結
果とアナログ入力信号とを1段目の差分アンプに加え、
差分を増幅する。その1段目の差分アンプの出力に対し
て、2段目のA/Dコンバータを用いてA/D変換を行
う。次に、2段目のA/DコンバータのA/D変換結果
を2段目のD/Aコンバータに加え、D/A変換を行
う。続いて、2段目のD/AコンバータのD/A変換結
果と1段目の差分アンプの出力とを2段目の差分アンプ
に加え、差分を増幅する。この後は、同様の動作を各段
で順次行う。但し、最後段はA/Dコンバータだけから
構成され、前段の差分アンプの出力をA/D変換する。
例えば、3段パイプライン構成で、1〜3段目のA/D
コンバータのビット数(ビット構成)がそれぞれa,
b,cの場合には、1段目のA/Dコンバータから上位
aビット、2段目のA/Dコンバータから中位bビッ
ト、3段目のA/Dコンバータから下位cビットのデジ
タル出力が得られる。In the operation, first, A / D conversion is performed on an analog input signal using an A / D converter of the first stage. Next, the A / D conversion result of the first-stage A / D converter is added to the first-stage D / A converter to perform D / A conversion. Subsequently, the D / A conversion result of the first stage D / A converter and the analog input signal are added to the first stage difference amplifier,
Amplify the difference. The output of the first-stage difference amplifier is subjected to A / D conversion using the second-stage A / D converter. Next, the A / D conversion result of the second-stage A / D converter is added to the second-stage D / A converter to perform D / A conversion. Subsequently, the D / A conversion result of the second stage D / A converter and the output of the first stage difference amplifier are added to the second stage difference amplifier to amplify the difference. Thereafter, the same operation is sequentially performed in each stage. However, the last stage includes only an A / D converter, and A / D converts the output of the difference amplifier of the preceding stage.
For example, in a three-stage pipeline configuration, the A / D of the first to third stages
The number of bits (bit configuration) of the converter is a,
In the case of b and c, digital output of the upper a bits from the first-stage A / D converter, the middle b bits from the second-stage A / D converter, and the lower c bits from the third-stage A / D converter Is obtained.
【0007】ところで、パイプライン動作では、m段目
のA/DコンバータがA/D変換のサンプリングを行っ
ている時、m+1段目のD/AコンバータはD/A変換
を行う。つまり、パイプライン動作では、隣合う各段の
動作が異なり、奇数段と偶数段が別の動作を行う。In the pipeline operation, when the A / D converter in the m-th stage is performing A / D conversion sampling, the D / A converter in the (m + 1) -th stage performs D / A conversion. That is, in the pipeline operation, the operation of each adjacent stage is different, and the odd and even stages perform different operations.
【0008】尚、各段において、A/DコンバータとD
/Aコンバータのビット数(ビット構成)nは同じに設
定されている。また、各段のA/Dコンバータは、A/
Dコンバータ全体と区別するため、サブA/Dコンバー
タと呼ばれる。そして、サブA/Dコンバータには、高
速変換動作が可能な全並列比較(フラッシュ)方式が用
いられる。In each stage, an A / D converter and D
The number of bits (bit configuration) n of the / A converter is set to be the same. In addition, the A / D converter of each stage has an A / D converter.
It is called a sub A / D converter to distinguish it from the whole D converter. The sub-A / D converter uses an all-parallel comparison (flash) system capable of high-speed conversion operation.
【0009】このように、多段パイプライン構成をとれ
ば、各段において、アナログ入力信号または前段の差分
アンプの出力と、その段のデジタル出力のD/A変換結
果との差分が、その段の差分アンプによって増幅され
る。そのため、変換ビット数が増大してLSBが小さく
なっても、A/Dコンバータを構成する各コンパレータ
の分解能を実質的に向上させることが可能になり、十分
な変換精度が得られる。As described above, in the multi-stage pipeline configuration, in each stage, the difference between the analog input signal or the output of the difference amplifier of the preceding stage and the D / A conversion result of the digital output of the stage is determined by the difference of the stage. It is amplified by the difference amplifier. Therefore, even when the number of conversion bits increases and the LSB decreases, the resolution of each comparator constituting the A / D converter can be substantially improved, and sufficient conversion accuracy can be obtained.
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】多段パイプライン構成
をとるA/Dコンバータには以下の問題点がある。 前段の差分アンプの出力をそのまま次段のサブA/D
コンバータおよび差分アンプへ転送している。そのた
め、前段の差分アンプがアンプ動作に入る際に、次段の
サブA/Dコンバータまたは差分アンプからのスイッチ
ングノイズの影響を受ける恐れがある。An A / D converter having a multi-stage pipeline configuration has the following problems. The output of the preceding stage difference amplifier is used as is in the next stage sub A / D
Transfer to converter and difference amplifier. Therefore, when the differential amplifier at the preceding stage enters the amplifier operation, there is a possibility that the differential amplifier is affected by switching noise from the sub-A / D converter or the differential amplifier at the next stage.
【0011】多段パイプライン構成では、差分アンプの
特性がA/D変換に大きな影響を及ぼすため、ゲインが
一定で安定度が高く高精度で高速動作が可能な差分アン
プが必要である。従って、差分アンプには、負帰還容量
(閉ループのキャパシタ)を備えたオペアンプを用いな
ければならない。In the multi-stage pipeline configuration, since the characteristics of the differential amplifier greatly affect the A / D conversion, a differential amplifier that has a constant gain, high stability, high accuracy, and high-speed operation is required. Therefore, an operational amplifier having a negative feedback capacitance (capacitor in a closed loop) must be used as the difference amplifier.
【0012】そのため、次段のサブA/Dコンバータま
たは差分アンプからのスイッチングノイズが負帰還容量
に影響を与えやすく、差分アンプの精度および動作速度
の低下を引き起こす。Therefore, switching noise from the next-stage sub-A / D converter or difference amplifier tends to affect the negative feedback capacitance, causing a decrease in accuracy and operation speed of the difference amplifier.
【0013】この問題を回避するには、差分アンプの出
力インピーダンスを十分に低くする必要がある。しか
し、出力インピーダンスを低くするには、差分アンプの
出力トランジスタのサイズを大きくしなければならな
い。その結果、出力トランジスタを介して流れる貫通電
流が大きくなり、消費電力が増大する。In order to avoid this problem, it is necessary to make the output impedance of the difference amplifier sufficiently low. However, in order to lower the output impedance, the size of the output transistor of the difference amplifier must be increased. As a result, a through current flowing through the output transistor increases, and power consumption increases.
【0014】サブA/Dコンバータ、D/Aコンバー
タ、差分アンプなどのアナログ回路をCMOSロジック
で構成する場合、アナログ回路用のバイアス発生回路を
設ける必要がある。When an analog circuit such as a sub A / D converter, a D / A converter, and a difference amplifier is configured by CMOS logic, it is necessary to provide a bias generation circuit for the analog circuit.
【0015】例えば、図4に示すように、アナログ回路
101がCMOSロジックで構成された差動回路102
を備えている場合、差動回路102へ供給するバイアス
電圧Vb1, Vb2を生成するバイアス発生回路103を設
ける。すなわち、差動回路102の負荷としてPMOS
トランジスタ104を動作させるには、そのゲートにバ
イアス電圧Vb1を印加する必要がある。また、差動回路
102の定電流源としてNMOSトランジスタ105を
動作させるには、そのゲートにバイアス電圧Vb2を印加
する必要がある。そのため、差動回路102に対してレ
プリカ構成をとるバイアス発生回路103を設け、各バ
イアス電圧Vb1, Vb2を生成する。For example, as shown in FIG. 4, an analog circuit 101 is a differential circuit 102 composed of CMOS logic.
Is provided, a bias generation circuit 103 for generating bias voltages Vb1 and Vb2 to be supplied to the differential circuit 102 is provided. That is, the PMOS of the differential circuit 102 is used as a load.
To operate the transistor 104, it is necessary to apply a bias voltage Vb1 to its gate. Further, in order to operate the NMOS transistor 105 as a constant current source of the differential circuit 102, it is necessary to apply the bias voltage Vb2 to its gate. Therefore, a bias generation circuit 103 having a replica configuration is provided for the differential circuit 102 to generate the bias voltages Vb1 and Vb2.
【0016】ところで、多段パイプライン構成をとるA
/Dコンバータにおいて、各段のアナログ回路へは、一
つのバイアス発生回路からバイアス電圧が供給されてい
る。従って、各段のアナログ回路が発生するスイッチン
グノイズの影響を受けて、バイアス電圧が不安定になり
やすい。バイアス電圧が不安定になると、A/D変換精
度が低下する。By the way, a multi-stage pipeline configuration A
In the / D converter, a bias voltage is supplied from one bias generation circuit to the analog circuits in each stage. Therefore, the bias voltage tends to become unstable under the influence of the switching noise generated by the analog circuit in each stage. When the bias voltage becomes unstable, the A / D conversion accuracy decreases.
【0017】この問題を回避するには、バイアス発生回
路の出力インピーダンスを十分に低くする必要がある。
しかし、バイアス発生回路の出力インピーダンスを低く
するには、バイアス発生回路を構成するトランジスタ
(図4に示すトランジスタ106〜108)のサイズを
大きくしなければならない。その結果、バイアス発生回
路を構成するトランジスタを介して流れる貫通電流が大
きくなり、消費電力が増大する。In order to avoid this problem, it is necessary to sufficiently lower the output impedance of the bias generation circuit.
However, in order to reduce the output impedance of the bias generation circuit, the size of the transistors (the transistors 106 to 108 shown in FIG. 4) constituting the bias generation circuit must be increased. As a result, a through current flowing through a transistor constituting the bias generation circuit increases, and power consumption increases.
【0018】本発明は、上記の問題点を解決するため
になされたものであって、その目的は、高精度かつ低消
費電力のアナログ−デジタル変換回路を提供することに
ある。 The present invention has been made to solve the above problems.
The purpose was to achieve high precision and low power consumption.
To provide a power-saving analog-to-digital conversion circuit
is there.
【0019】[0019]
【課題を解決するための手段】本発明は、各段がアナロ
グ−デジタル変換回路とデジタル−アナログ変換回路と
負帰還容量を備えた差分アンプとから成る多段パイプラ
イン構成をとり、各段間にインピーダンス可変手段を備
え、前記インピーダンス可変手段は、少なくとも前段の
差分アンプのアンプ動作が開始してからこの差分アンプ
の出力が安定するまでの期間、ハイインピーダンス状態
をとることをその要旨とする。 According to the present invention, each stage has an analog
G-digital conversion circuit and digital-analog conversion circuit
Multistage pipeline consisting of differential amplifier with negative feedback capacitance
With a variable impedance unit between each stage.
The impedance variable means is provided at least in the preceding stage.
After the amplifier operation of the difference amplifier starts,
High impedance state until the output stabilizes
The main point is to take
【0020】この場合、前記インピーダンス可変手段
が、トランスミッションゲートから構成され、前記トラ
ンスミッションゲートは、前記期間中オフしており出力
が安定した後にオンすることが望ましい。 In this case, the impedance variable means
Is constituted by a transmission gate,
The transmission gate is off during the period and output
It is desirable to turn on after stabilization.
【0021】[0021]
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一実施
形態を図面に従って説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0022】図1に、本実施形態の4段パイプライン構
成をとるA/Dコンバータ1のブロック回路を示す。FIG. 1 shows a block circuit of an A / D converter 1 having a four-stage pipeline configuration according to the present embodiment.
【0023】A/Dコンバータ1は、サンプルホールド
回路2、1段目〜4段目の回路3〜6、ラッチ回路7、
出力回路8、トランスミッションゲート21、トランス
ミッションゲート制御回路22から構成されている。The A / D converter 1 includes a sample hold circuit 2, first to fourth stage circuits 3 to 6, a latch circuit 7,
It comprises an output circuit 8, a transmission gate 21, and a transmission gate control circuit 22.
【0024】1段目〜3段目の回路3〜5は、サブA/
Dコンバータ9、D/Aコンバータ10、差分アンプ1
1を備える。The circuits 3 to 5 in the first to third stages include a sub A /
D converter 9, D / A converter 10, difference amplifier 1
1 is provided.
【0025】4段目(最終段)の回路6はサブA/Dコ
ンバータ9だけを備える。The fourth-stage (final-stage) circuit 6 includes only the sub A / D converter 9.
【0026】1段目(初段)の回路3は4ビット構成、
2〜4段目の回路4〜6はそれぞれ2ビット構成であ
る。The first-stage (initial-stage) circuit 3 has a 4-bit configuration,
The circuits 4 to 6 in the second to fourth stages each have a 2-bit configuration.
【0027】1〜3段目の回路3〜5において、サブA
/Dコンバータ9およびD/Aコンバータ10のビット
数(ビット構成)nは同じに設定されている。尚、2〜
4段目の各回路4〜6は1ビット以上の冗長ビットを備
える。In the first to third stage circuits 3 to 5, the sub A
The number of bits (bit configuration) n of the / D converter 9 and the D / A converter 10 are set to be the same. In addition, 2
Each of the circuits 4 to 6 in the fourth stage has one or more redundant bits.
【0028】サブA/Dコンバータ9にはフラッシュ方
式が用いられる。各段の回路3〜6は、NMOSトラン
ジスタから成るトランスミッションゲート21によって
接続されている。各トランスミッションゲート21のオ
ン・オフ動作はトランスミッションゲート制御回路22
によって制御される。The sub A / D converter 9 uses a flash method. The circuits 3 to 6 at each stage are connected by a transmission gate 21 composed of an NMOS transistor. The on / off operation of each transmission gate 21 is controlled by a transmission gate control circuit 22.
Is controlled by
【0029】差分アンプ11はオペアンプOPによって構
成されており、入力容量C1および負帰還容量(閉ルー
プのキャパシタ)C2を備える。次に、A/Dコンバー
タ1の動作を説明する。The difference amplifier 11 is constituted by an operational amplifier OP, and has an input capacitance C1 and a negative feedback capacitance (closed loop capacitor) C2. Next, the operation of the A / D converter 1 will be described.
【0030】サンプルホールド回路2は、アナログ入力
信号Vinをサンプリングして一定時間保持する。サンプ
ルホールド回路2から出力されたアナログ入力信号Vin
は、1段目の回路3へ転送される。The sample hold circuit 2 samples the analog input signal Vin and holds it for a certain time. Analog input signal Vin output from sample and hold circuit 2
Is transferred to the first stage circuit 3.
【0031】1段目の回路3において、サブA/Dコン
バータ9はアナログ入力信号Vinに対してA/D変換を
行う。サブA/Dコンバータ9のA/D変換結果である
上位4ビットのデジタル出力(29,28,27,26 )は、
D/Aコンバータ10へ転送されると共に、4つのラッ
チ回路7を介して出力回路8へ転送される。差分アンプ
11は、D/Aコンバータ10のD/A変換結果とアナ
ログ入力信号Vinとの差分を増幅する。その差分アンプ
11の出力は、トランスミッションゲート21を介して
2段目の回路4へ転送される。In the first stage circuit 3, the sub A / D converter 9 performs A / D conversion on the analog input signal Vin. The upper 4 bits of the digital output (2 9 , 2 8 , 2 7 , 2 6 ) as the A / D conversion result of the sub A / D converter 9 are
The data is transferred to the D / A converter 10 and to the output circuit 8 via the four latch circuits 7. The difference amplifier 11 amplifies the difference between the D / A conversion result of the D / A converter 10 and the analog input signal Vin. The output of the difference amplifier 11 is transferred to the second stage circuit 4 via the transmission gate 21.
【0032】2段目の回路4においては、1段目の回路
3の差分アンプ11の出力に対して、1段目の回路3と
同様の動作が行われる。そして、2段目の回路4から中
上位2ビットのデジタル出力(25,24 )が得られる。
2段目の回路4の差分アンプ11の出力は、トランスミ
ッションゲート21を介して3段目の回路5へ転送され
る。In the circuit 4 of the second stage, the same operation as that of the circuit 3 of the first stage is performed on the output of the difference amplifier 11 of the circuit 3 of the first stage. Then, a digital output (2 5 , 2 4 ) of the middle and upper 2 bits is obtained from the second stage circuit 4.
The output of the difference amplifier 11 of the second-stage circuit 4 is transferred to the third-stage circuit 5 via the transmission gate 21.
【0033】3段目の回路5においては、2段目の回路
4の差分アンプ11の出力に対して、1段目の回路3と
同様の動作が行われる。そして、3段目の回路5から中
下位2ビットのデジタル出力(23,22 )が得られる。
3段目の回路5の差分アンプ11の出力は、トランスミ
ッションゲート21を介して4段目の回路6へ転送され
る。In the circuit 5 in the third stage, the same operation as in the circuit 3 in the first stage is performed on the output of the difference amplifier 11 of the circuit 4 in the second stage. Then, a digital output (2 3 , 2 2 ) of middle and lower 2 bits is obtained from the third stage circuit 5.
The output of the difference amplifier 11 of the third-stage circuit 5 is transferred to the fourth-stage circuit 6 via the transmission gate 21.
【0034】4段目の回路6においては、3段目の回路
5の差分アンプ11の出力に対して、サブA/Dコンバ
ータ9がA/D変換を行い、下位2ビットのデジタル出
力(21,20 )が得られる。In the circuit 6 of the fourth stage, the sub-A / D converter 9 performs A / D conversion on the output of the difference amplifier 11 of the circuit 5 of the third stage, and outputs the lower 2 bits of digital output (2 1 , 2 0 ) are obtained.
【0035】1〜4段目の回路3〜6のデジタル出力
は、各ラッチ回路7を経て同時に出力回路8に到達す
る。すなわち、各ラッチ回路7は各回路3〜6のデジタ
ル出力の同期をとるために設けられている。The digital outputs of the circuits 3 to 6 of the first to fourth stages reach the output circuit 8 via the respective latch circuits 7 at the same time. That is, each latch circuit 7 is provided for synchronizing digital outputs of the circuits 3 to 6.
【0036】出力回路8は、アナログ入力信号Vinの1
0ビットのデジタル出力Dout をパラレル出力する。図
2に、A/Dコンバータ1のタイミングチャートを示
す。The output circuit 8 outputs 1 of the analog input signal Vin.
A 0-bit digital output Dout is output in parallel. FIG. 2 shows a timing chart of the A / D converter 1.
【0037】各トランスミッションゲート21は、前段
の回路3〜5の差分アンプ11の出力が安定する以前に
はオフしており、出力が安定した後にオンする。すなわ
ち、1〜4段の各回路3〜6間のノードa〜bは、前段
の回路3〜5の差分アンプ11の出力が安定する以前に
はハイインピーダンス状態になっており、出力が安定し
た後にローインピーダンス状態になる。従って、1〜4
段の各回路3〜6間のノードa〜bには、トランスミッ
ションゲート21のオフ→オン動作によって規定される
一定時間tだけ遅れて前段の回路3〜5の差分アンプ1
1の出力が表れる。Each transmission gate 21 is turned off before the output of the differential amplifier 11 of the preceding circuits 3 to 5 is stabilized, and is turned on after the output is stabilized. That is, the nodes a and b between the circuits 3 to 6 in the first to fourth stages are in a high impedance state before the output of the differential amplifier 11 in the circuits 3 to 5 in the previous stage is stabilized, and the output is stabilized. It will be in a low impedance state later. Therefore, 1-4
The nodes a and b between the circuits 3 to 6 in the stage are connected to the differential amplifier 1 in the circuits 3 to 5 in the preceding stage with a delay of a predetermined time t defined by the OFF → ON operation of the transmission gate 21.
An output of 1 appears.
【0038】そのため、前段の回路3〜5の差分アンプ
11がアンプ動作に入る際に、次段の回路4〜6のサブ
A/Dコンバータ9または差分アンプ11がスイッチン
グノイズを発生したとしても、前段の回路3〜5の差分
アンプ11がその影響を受ける恐れはない。Therefore, when the difference amplifier 11 of the preceding circuits 3 to 5 enters the amplifier operation, even if the sub-A / D converter 9 or the difference amplifier 11 of the next circuits 4 to 6 generates switching noise, There is no possibility that the difference amplifier 11 of the circuits 3 to 5 in the preceding stage is affected by the difference amplifier.
【0039】図3に、A/Dコンバータ1とバイアス発
生回路31との接続関係を示す。A/Dコンバータ1と
バイアス発生回路31は、1つの半導体チップ32上に
形成されてオンチップ化されている。バイアス発生回路
31は、A/Dコンバータ1の内部回路(2〜6,8,
22)に対してレプリカ構成をとり、その内部回路の必
要とする複数のバイアス電圧を生成する。その各バイア
ス電圧は各バイアス電圧線33を介してA/Dコンバー
タ1へ供給される。すなわち、A/Dコンバータ1の各
内部回路にはそれぞれ、共通の各バイアス電圧線33を
介してバイアス電圧が供給される。FIG. 3 shows a connection relationship between the A / D converter 1 and the bias generation circuit 31. The A / D converter 1 and the bias generation circuit 31 are formed on one semiconductor chip 32 and are on-chip. The bias generation circuit 31 includes an internal circuit of the A / D converter 1 (2 to 6, 8,
22) The replica configuration is adopted, and a plurality of bias voltages required by the internal circuit are generated. Each bias voltage is supplied to the A / D converter 1 via each bias voltage line 33. That is, a bias voltage is supplied to each internal circuit of the A / D converter 1 via each common bias voltage line 33.
【0040】各バイアス電圧線33はそれぞれ各コンデ
ンサ34でデカップリングされている。そのため、各バ
イアス電圧は、各コンデンサ34の容量によって固定さ
れて安定化される。Each bias voltage line 33 is decoupled by each capacitor 34. Therefore, each bias voltage is fixed and stabilized by the capacitance of each capacitor 34.
【0041】このように、本実施形態によれば、以下の
作用および効果を得ることができる。 (1) 多段パイプライン構成をとることで、各段の回路3
〜5において、アナログ入力信号Vinまたは前段の回路
3,4の差分アンプ11の出力と、その段の回路3〜5
のデジタル出力のD/A変換結果との差分が、差分アン
プ11によって増幅される。そのため、変換ビット数が
増大してLSBが小さくなっても、フラッシュ方式のサ
ブA/Dコンバータ9を構成する各コンパレータの分解
能を実質的に向上させることが可能になり、十分な変換
精度が得られる。As described above, according to the present embodiment, the following operations and effects can be obtained. (1) By adopting a multi-stage pipeline configuration, each stage circuit 3
5, the analog input signal Vin or the output of the difference amplifier 11 of the circuits 3 and 4 of the preceding stage and the circuits 3 to 5 of that stage.
Is amplified by the difference amplifier 11. Therefore, even if the number of conversion bits increases and the LSB decreases, it is possible to substantially improve the resolution of each comparator constituting the flash sub-A / D converter 9 and obtain sufficient conversion accuracy. Can be
【0042】(2) 前段の回路3〜5の差分アンプ11
が、次段の回路4〜6からのスイッチングノイズの影響
を受ける恐れがない。従って、前記したの問題を回避
することができる。(2) Difference amplifier 11 of circuits 3 to 5 at the preceding stage
However, there is no possibility of being affected by switching noise from the circuits 4 to 6 in the next stage. Therefore, the above-mentioned problem can be avoided.
【0043】すなわち、多段パイプライン構成では、差
分アンプ11の特性がA/D変換に大きな影響を及ぼす
ため、ゲインが一定で安定度が高く高精度で高速動作が
可能な差分アンプ11が必要である。従って、差分アン
プ11には負帰還容量C2を備えたオペアンプOPを用い
なければならない。しかし、次段の回路4〜6のサブA
/Dコンバータ9または差分アンプ11がスイッチング
ノイズを発生した場合、前段の回路3〜5の差分アンプ
11の負帰還容量C2がその影響を受けるため、差分ア
ンプ11の精度および動作速度が低下する恐れがある。That is, in the multi-stage pipeline configuration, since the characteristics of the difference amplifier 11 greatly affect the A / D conversion, the difference amplifier 11 having a constant gain, high stability, high accuracy, and high-speed operation is required. is there. Therefore, the operational amplifier OP having the negative feedback capacitance C2 must be used as the difference amplifier 11. However, the sub-A of the next-stage circuits 4 to 6
When the / D converter 9 or the difference amplifier 11 generates switching noise, the negative feedback capacitance C2 of the difference amplifier 11 of the circuits 3 to 5 at the preceding stage is affected by the switching noise, and the accuracy and operation speed of the difference amplifier 11 may be reduced. There is.
【0044】しかし、本実施形態では、次段の回路4〜
6からのスイッチングノイズの影響を差分アンプ11が
受けないため、差分アンプ11の出力インピーダンスを
それほど低くする必要がない。従って、差分アンプ11
の出力トランジスタのサイズを小さくすることが可能に
なり、出力トランジスタを介して流れる貫通電流が小さ
くなるため、消費電力を低減することができる。However, in the present embodiment, the circuits 4 to
6 is not affected by the switching noise, the output impedance of the difference amplifier 11 does not need to be so low. Therefore, the difference amplifier 11
It is possible to reduce the size of the output transistor, and the through current flowing through the output transistor is reduced, so that power consumption can be reduced.
【0045】(3) バイアス電圧が安定化されるため、A
/Dコンバータ1の変換精度が向上する。従って、前記
したの問題を回避することができる。すなわち、本実
施形態では、コンデンサ34によってバイアス電圧が固
定されるため、バイアス発生回路31の出力インピーダ
ンスをそれほど低くする必要がない。従って、バイアス
発生回路31を構成するトランジスタのサイズを小さく
することが可能になり、そのトランジスタを介して流れ
る貫通電流を小さくなるため、消費電力を低減すること
ができる。(3) Since the bias voltage is stabilized, A
The conversion accuracy of the / D converter 1 is improved. Therefore, the above-mentioned problem can be avoided. That is, in the present embodiment, since the bias voltage is fixed by the capacitor 34, the output impedance of the bias generation circuit 31 does not need to be so low. Therefore, it is possible to reduce the size of the transistor forming the bias generation circuit 31, and to reduce the through current flowing through the transistor, thereby reducing power consumption.
【0046】ところで、コンデンサ34の容量は数pF
で十分である。そのため、コンデンサ34は、メタル配
線とポリシリコン配線の間やメタル配線間の寄生容量を
利用したり、バイアス発生回路31を構成するトランジ
スタのゲート容量を利用して形成することができる。従
って、コンデンサ34を形成するための特別な製造工程
を設ける必要はなく、製造コストが増大することはな
い。また、コンデンサ34を設けることで半導体チップ
32の高集積化が阻害されることもない。つまり、A/
Dコンバータ1、バイアス発生回路31、コンデンサ3
4を容易にオンチップ化することができる。The capacity of the capacitor 34 is several pF.
Is enough. Therefore, the capacitor 34 can be formed using the parasitic capacitance between the metal wiring and the polysilicon wiring or between the metal wirings, or using the gate capacitance of the transistor forming the bias generation circuit 31. Therefore, there is no need to provide a special manufacturing process for forming the capacitor 34, and the manufacturing cost does not increase. Further, the provision of the capacitor 34 does not hinder high integration of the semiconductor chip 32. That is, A /
D converter 1, bias generation circuit 31, capacitor 3
4 can easily be made on-chip.
【0047】尚、上記実施形態は以下のように変更して
もよく、その場合でも同様の作用および効果を得ること
ができる。 (1)完全差動型の差分アンプ11に適用する。この場
合は、差分アンプ11の正負出力にそれぞれ対応してト
ランスミッションゲート21を設ける必要がある。The above embodiment may be modified as follows, and the same operation and effect can be obtained in such a case. (1) The present invention is applied to a fully differential type difference amplifier 11. In this case, it is necessary to provide transmission gates 21 corresponding to the positive and negative outputs of difference amplifier 11, respectively.
【0048】(2)トランスミッションゲート21をP
MOSトランジスタまたはCMOSで構成する。上記実
施形態のように、トランスミッションゲート21をNM
OSのみで構成した場合には、ローレベルの伝播にはよ
い特性を示すものの、ハイレベルの伝播はソースフォロ
ア形になり、NMOSの閾値電圧分の電圧降下が生じ
る。また、トランスミッションゲート21をPMOSの
みで構成した場合には、ハイレベルの伝播には優れる
が、ローレベルの伝播は劣ったものになる。それに対し
て、トランスミッションゲート21をCMOSで構成す
れば、ハイレベルにもローレベルにも優れた伝播特性を
示す。(2) Set the transmission gate 21 to P
It is composed of MOS transistors or CMOS. As in the above embodiment, the transmission gate 21 is NM
In the case of using only the OS, although good characteristics are exhibited for low-level propagation, high-level propagation becomes a source follower type, and a voltage drop corresponding to the threshold voltage of the NMOS occurs. Further, when the transmission gate 21 is constituted only by the PMOS, the propagation at the high level is excellent, but the propagation at the low level is inferior. On the other hand, if the transmission gate 21 is formed of CMOS, excellent transmission characteristics are exhibited at both high and low levels.
【0049】(3)サブA/Dコンバータ9をフラッシ
ュ方式以外の方式で具体化する。 (4)多段パイプライン構成をとるA/Dコンバータだ
けでなく、バイアス発生回路からのバイアス電圧が供給
されるアナログ回路から構成されるA/Dコンバータに
対して、バイアス発生回路およびアナログ回路とオンチ
ップでコンデンサ34を設ける。(3) The sub A / D converter 9 is embodied by a method other than the flash method. (4) Not only an A / D converter having a multi-stage pipeline configuration but also an A / D converter including an analog circuit to which a bias voltage is supplied from a bias generation circuit is turned on by the bias generation circuit and the analog circuit. A capacitor 34 is provided as a chip.
【0050】[0050]
【発明の効果】【The invention's effect】
以上詳述したように本発明によれば、高According to the present invention as described in detail above,
精度かつ低消費電力なアナログ−デジタル変換回路を提Providing accurate and low power consumption analog-to-digital conversion circuit
供することができる。Can be offered.
【0051】[0051]
【0052】[0052]
【0053】[0053]
【0054】[0054]
【図1】一実施形態のブロック回路図。FIG. 1 is a block circuit diagram of one embodiment.
【図2】一実施形態のタイミングチャート。FIG. 2 is a timing chart of one embodiment.
【図3】バイアス発生回路とA/Dコンバータの接続関
係を示す回路図。FIG. 3 is a circuit diagram showing a connection relationship between a bias generation circuit and an A / D converter.
【図4】バイアス発生回路の回路図。FIG. 4 is a circuit diagram of a bias generation circuit.
1…A/Dコンバータ 3…1段目の回路 4…2段目の回路 5…3段目の回路 6…4段目の回路 9…サブA/Dコンバータ 10…D/Aコンバータ 11…差分アンプ 21…トランスミッションゲート 31…半導体チップ 32…半導体チップ 33…バイアス電圧線 34…コンデンサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... A / D converter 3 ... 1st stage circuit 4 ... 2nd stage circuit 5 ... 3rd stage circuit 6 ... 4th stage circuit 9 ... Sub A / D converter 10 ... D / A converter 11 ... Difference Amplifier 21 ... Transmission gate 31 ... Semiconductor chip 32 ... Semiconductor chip 33 ... Bias voltage line 34 ... Capacitor
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03M 1/00 - 1/88 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H03M 1/00-1/88
Claims (2)
ジタル−アナログ変換回路と負帰還容量を備えた差分ア
ンプとから成る多段パイプライン構成をとり、各段間に
インピーダンス可変手段を備え、前記インピーダンス可
変手段は、少なくとも前段の差分アンプのアンプ動作が
開始してからこの差分アンプの出力が安定するまでの期
間、ハイインピーダンス状態をとることを特徴としたア
ナログ−デジタル変換回路。1. A each stage analog - digital converter and a digital - taking a multistage pipeline structure consisting of the difference amplifier with analog conversion circuit and a negative feedback capacitor, between the stages
An impedance variable means, the impedance
The changing means is that at least the amplifier operation of the preceding differential amplifier is
From the start until the output of this difference amplifier stabilizes
An analog-to-digital conversion circuit, wherein the analog-to-digital conversion circuit is in a high impedance state .
スミッションゲートから構成され、前記トランスミッシ
ョンゲートは、前記期間中オフしており出力が安定した
後にオンすることを特徴とした請求項1に記載のアナロ
グ−デジタル変換回路。 2. The method according to claim 1, wherein said impedance varying means includes a transformer.
The transmission gate
The output gate is off during the period and the output is stable
2. The analog according to claim 1, which is turned on later.
G-digital conversion circuit.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP07224258A JP3081515B2 (en) | 1995-08-31 | 1995-08-31 | Analog-digital conversion circuit |
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|---|---|---|---|
| JP07224258A JP3081515B2 (en) | 1995-08-31 | 1995-08-31 | Analog-digital conversion circuit |
Publications (2)
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| JPH0969778A JPH0969778A (en) | 1997-03-11 |
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