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JP3513809B2 - Pulse encoding type A / D converter - Google Patents
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JP3513809B2 - Pulse encoding type A / D converter - Google Patents

Pulse encoding type A / D converter

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JP3513809B2
JP3513809B2 JP2000127739A JP2000127739A JP3513809B2 JP 3513809 B2 JP3513809 B2 JP 3513809B2 JP 2000127739 A JP2000127739 A JP 2000127739A JP 2000127739 A JP2000127739 A JP 2000127739A JP 3513809 B2 JP3513809 B2 JP 3513809B2
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pulse
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converter
signal
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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A/D(アナログ・
デジタル)変換器、特にアナログ信号入力に対して電圧
レベルの比較を行う参照電圧列を切り替えながらパルス
エンコーダに順次入力し変換データを取得する形式のパ
ルスエンコード型A/D変換器に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an A / D (analog
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a digital encoder, and more particularly to a pulse-encoded A / D converter of a type in which conversion data is sequentially input to a pulse encoder while switching reference voltage trains for comparing voltage levels with analog signal inputs.

【0002】[0002]

【従来の技術】デジタル技術は、アナログ技術に対して
種々の利点を有する。そのために、従来の多くのアナロ
グ信号処理をデジタル化している。斯かるデジタル化に
不可欠な技術として、アナログ信号を所定ビットのデジ
タル信号又はデータに変換するA/D変換器がある。デ
ジタル化するアナログ信号の周波数が高周波になるにつ
れて、A/D変換器も益々高速化且つ高精度化されてい
る。従来のA/D変換器は、例えば特開昭61−810
30号公報の「A/D変換器」に開示されている。この
従来のA/D変換器は、入力信号をサンプルホールドす
るサンプルホールド回路と、このサンプルホールド回路
の出力を入力する利得可変の減算増幅器と、正負極性の
基準電圧を分圧する2のn乗個の等しい抵抗およびこれ
ら各抵抗によって分圧された参照電圧と減算増幅器の出
力電圧とを比較する(2のn乗+1)個のコンパレータ
(電圧比較器)を含み、減算増幅器の出力電圧を量子化
する並列量子化手段と、この並列量子化手段の出力に応
じて参照電圧をスイッチし、並列量子化手段の量子化値
に対応したアナログ電圧を得るD/A変換手段と、この
D/A変換手段の出力を減算増幅器の入力側に与え量子
化減算を行い、次に減算増幅器の利得を切り替える動作
を行い、これを所定回数繰り返す回路手段とを備えるこ
とを特徴とする。
Digital technology has various advantages over analog technology. Therefore, many conventional analog signal processes are digitized. As an indispensable technique for such digitization, there is an A / D converter that converts an analog signal into a digital signal or data having a predetermined bit. As the frequency of the analog signal to be digitized becomes higher, the A / D converter is becoming faster and more accurate. A conventional A / D converter is disclosed in, for example, JP-A-61-810.
It is disclosed in the "A / D converter" of Japanese Patent No. 30. This conventional A / D converter includes a sample-hold circuit for sampling and holding an input signal, a variable gain subtracting amplifier for inputting the output of the sample-hold circuit, and an nth power of 2 for dividing a positive / negative reference voltage. Quantized the output voltage of the subtraction amplifier, including (2 n + 1) comparators (voltage comparators) for comparing the output voltage of the subtraction amplifier and the reference voltage divided by the resistors Parallel quantizing means, D / A converting means for switching the reference voltage according to the output of the parallel quantizing means, and obtaining an analog voltage corresponding to the quantized value of the parallel quantizing means, and the D / A conversion. Circuit means for applying the output of the means to the input side of the subtraction amplifier to perform the quantized subtraction, then for switching the gain of the subtraction amplifier, and repeating the operation for a predetermined number of times. .

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、斯かる従来の
A/D変換器は、次の如き種々の解決するべき課題を有
する。第1に、従来の減算増幅器を含むA/D変換器
は、動作速度が遅い。その理由は、減算増幅器の利得
(ゲイン)切替スイッチ、参照電圧切替スイッチ等によ
る切替時間がかかること、およびこれら量子化に比較動
作の繰り返しが必要となるためである。第2に、消費電
力が大きくなる。その理由は、nビットのA/D変換器
の場合には、(2のn乗+1)個のコンパレータ、フリ
ップフロップおよび複雑な制御論理回路が必要となるた
めである。第3に、構成が複雑になる。その理由は、上
述したコンパレータおよびフリップフロップに加え更に
その数倍のスイッチが必要となるためである。
However, such a conventional A / D converter has various problems to be solved as follows. First, the A / D converter including the conventional subtraction amplifier has a low operation speed. The reason is that it takes time to switch the gain of the subtraction amplifier using a gain changeover switch, a reference voltage changeover switch, and the like, and the comparison operation is required to be repeated for these quantizations. Secondly, the power consumption increases. The reason is that an n-bit A / D converter requires (2 n + 1) comparators, flip-flops and complicated control logic circuits. Third, the structure becomes complicated. The reason is that, in addition to the above-mentioned comparator and flip-flop, several times as many switches are required.

【0004】[0004]

【発明の目的】従って、本発明の目的は、アナログ入力
電圧と参照電圧の比較動作の過程でスイッチ動作を介在
させず、従来の減算増幅器内蔵型A/D変換器に比べ高
速動作を可能にすると共に比較的簡単な回路構成で且つ
低消費電力のパルスエンコード型A/D変換器を提供す
ることである。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to enable a high speed operation as compared with a conventional A / D converter with a built-in subtraction amplifier without interposing a switch operation in the process of comparing an analog input voltage and a reference voltage. And to provide a pulse-encoding A / D converter with a relatively simple circuit configuration and low power consumption.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明のパルスエンコー
ド型A/D変換器は、AD変換器の量子化ビット数Nに
対して1<M≦2Nで規定されるM個の参照電圧列を発
生する参照電圧発生器と、該参照電圧発生器からの参照
電圧を順次切り替え出力するアナログマルチプレクサ
と、該アナログマルチプレクサの出力およびサンプルホ
ールド回路からのアナログ入力信号電圧が入力され、
記アナログ入力信号電圧が前記参照電圧を超えたときに
1ビット信号を、超える毎に反転して出力するパルスエ
ンコーダと、該パルスエンコーダの出力をシリアル・パ
ラレル変換するシフトレジスタと、該シフトレジスタか
らの出力を入力値に対応したデジタルデータにテーブル
変換するコード変換テーブルとを備える。
A pulse-encoded A / D converter according to the present invention has a quantization bit number N of an AD converter.
On the other hand, a reference voltage generator that generates M reference voltage strings defined by 1 <M ≦ 2N, an analog multiplexer that sequentially outputs the reference voltage from the reference voltage generator, and an output of the analog multiplexer. analog input signal voltage from the sample hold circuit is input, pre
When the analog input signal voltage exceeds the reference voltage
A pulse encoder that inverts and outputs a 1-bit signal each time it exceeds, a shift register that performs serial / parallel conversion of the output of the pulse encoder, and a table conversion of the output from the shift register into digital data corresponding to an input value And a code conversion table.

【0006】また、本発明のパルスエンコード型A/D
変換器の好適実施形態例によると、参照電圧発生器は、
それぞれ複数の直列抵抗を含み、参照電圧上限値および
参照電圧下限値間に接続されたN個の参照電圧列よりな
る参照電圧発生抵抗網である。パルスエンコーダは、そ
れぞれ電流源に接続された複数のトランジスタ対より構
成される。また、複数のトランジスタ対の出力端子は、
1対の負荷抵抗に交互に反転接続される。パルスエンコ
ーダを構成する複数のトランジスタ対の一方の入力端子
にはサンプルホールド回路からのアナログ信号入力が共
通入力され、他方の入力端子にはN個の参照電圧列から
の複数の異なる参照電圧が入力される。また、アナログ
マルチプレクサおよびシフトレジスタは、タイミングコ
ントローラからの制御信号で制御される。
The pulse encode type A / D of the present invention
According to a preferred embodiment of the converter, the reference voltage generator is
It is a reference voltage generation resistance network including N reference voltage trains each including a plurality of series resistors and connected between a reference voltage upper limit value and a reference voltage lower limit value. The pulse encoder is composed of a plurality of transistor pairs each connected to a current source. Also, the output terminals of the plurality of transistor pairs are
The pair of load resistors are alternately connected and inverted. An analog signal input from a sample hold circuit is commonly input to one input terminal of a plurality of transistor pairs forming a pulse encoder, and a plurality of different reference voltages from N reference voltage strings are input to the other input terminal. To be done. The analog multiplexer and shift register are controlled by the control signal from the timing controller.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】以下、本発明によるパルスエンコ
ード型A/D変換器の好適実施形態例の構成および動作
を、添付図面を参照して詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The configuration and operation of a preferred embodiment of a pulse-encoded A / D converter according to the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

【0008】先ず、図1は、本発明によるパルスエンコ
ード型A/D変換器の好適実施形態例の全体構成を示す
ブロック図である。このパルスエンコード型A/D変換
器は、参照電圧発生抵抗網(参照電圧発生器)1、タイ
ミングコントローラ2、アナログマルチプレクサ3、サ
ンプルホールド回路4、パルスエンコーダ5、コンパレ
ータ(電圧比較器)6、シフトレジスタ(シリアル・パ
ラレル)変換7およびNビットのコード変換テーブル8
により構成される。
First, FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of a preferred embodiment of a pulse encode type A / D converter according to the present invention. This pulse-encoded A / D converter includes a reference voltage generating resistor network (reference voltage generator) 1, a timing controller 2, an analog multiplexer 3, a sample hold circuit 4, a pulse encoder 5, a comparator (voltage comparator) 6, and a shift. Register (serial / parallel) conversion 7 and N-bit code conversion table 8
It is composed of

【0009】図2は、図1に示すパルスエンコーダ型A
/D変換器を構成する1要素である参照電圧発生抵抗網
1の詳細構成を示す。この参照電圧発生抵抗網1は、参
照電圧上限値および参照電圧下限値間に並列接続された
M個(M≧N)の分圧抵抗からなるN個の参照電圧列を
構成している。
FIG. 2 shows a pulse encoder type A shown in FIG.
1 shows a detailed configuration of a reference voltage generating resistor network 1 which is one element of the / D converter. The reference voltage generating resistor network 1 constitutes N reference voltage trains of M (M ≧ N) voltage dividing resistors connected in parallel between the reference voltage upper limit value and the reference voltage lower limit value.

【0010】また、図3は、図1のパルスエンコーダ型
A/D変換器を構成する1要素であるパルスエンコーダ
5の詳細構成を示す。このパルスエンコーダ5は、エミ
ッタが定電流源Icに接続されM個のトランジスタ対
と、負荷抵抗RL1、RL2(抵抗値RL)から構成さ
れる。サンプルホールド回路4によりサンプルホールド
されたアナログ入力信号レベルと、N個の切替えながら
加えられる参照電圧列とを入力とし、負荷抵抗RL1お
よびRL2からパルスエンコード信号を出力する。
Further, FIG. 3 shows a detailed configuration of the pulse encoder 5 which is one element constituting the pulse encoder type A / D converter of FIG. The pulse encoder 5 is composed of M transistor pairs whose emitters are connected to the constant current source Ic and load resistors RL1 and RL2 (resistance value RL). The analog input signal level sampled and held by the sample and hold circuit 4 and the N reference voltage sequences that are applied while being switched are input, and a pulse encode signal is output from the load resistors RL1 and RL2.

【0011】次に、図4は、アナログ入力信号のサンプ
ルホールドタイミングに対する参照電圧列の切替とパル
スエンコード信号の出力およびNビットコード信号の出
力タイミングを示すタイミングチャートである。図4中
の、(a)はアナログ入力信号、(b)はクロック信
号、(c)はサンプルホールド信号、(d)はホールド
されたデータ、(e)は参照電圧列、(f)はパルスエ
ンコード信号および(g)はNビットコード信号であ
る。
Next, FIG. 4 is a timing chart showing the switching of the reference voltage sequence, the output of the pulse encode signal, and the output timing of the N-bit code signal with respect to the sample hold timing of the analog input signal. 4, (a) is an analog input signal, (b) is a clock signal, (c) is a sample hold signal, (d) is held data, (e) is a reference voltage train, and (f) is a pulse. The encode signal and (g) are N-bit code signals.

【0012】図5は、図1に示すパルスエンコード型A
/D変換器のを構成する1要素であるコンパレータ6
が、パルスエンコーダ5から出力されるパルスエンコー
ド信号をデジタルコード信号にレベル変換する状態を示
す波形図である。図5(a)はパルスエンコード信号波
形であり、(b)は変換したデジタルコード信号であ
る。
FIG. 5 is a pulse encode type A shown in FIG.
Comparator 6 which is one element that constitutes the / D converter
6 is a waveform diagram showing a state in which the level of the pulse encode signal output from the pulse encoder 5 is converted into a digital code signal. FIG. 5A shows a pulse encode signal waveform, and FIG. 5B shows a converted digital code signal.

【0013】次に、図1乃至図5を参照して本発明による
パルスエンコード型A/D変換器の動作を説明する。図
1の参照電圧発生抵抗網1は、図2に示す如く、参照電
圧の上限値と下限値をNM(M≧N)個の抵抗で分圧
し、上限値および下限値を含めて(2のN乗+1)個の
参照電圧値を発生させる。分圧用の抵抗はN個の抵抗群
に分けられ、各抵抗群はM個の参照電圧N(1)〜N(M)
を持つ参照電圧列を発生させる。これら各電圧列の参照
電圧は、後述するパルスエンコーダ5にアナログ入力電
圧値と共に入力されたとき、アナログ入力値に固有なパ
ルスエンコード信号が出力されるように予め設定され
る。N個の参照電圧列は、アナログマルチプレクサ3に
入力され、タイミングコントローラ2からの切替信号に
より出力する電圧列が順次選択される。アナログマルチ
プレクサ3により選択された参照電圧列は、パルスエン
コーダ5に入力される。
Next, the operation of the pulse encode type A / D converter according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5. As shown in FIG. 2, the reference voltage generating resistor network 1 of FIG. 1 divides the upper limit value and the lower limit value of the reference voltage by NM (M ≧ N) resistors, and includes the upper limit value and the lower limit value (2 Nth power + 1) reference voltage values are generated. The voltage dividing resistors are divided into N resistor groups, and each resistor group has M reference voltages N (1) to N (M).
Generate a reference voltage train having. The reference voltage of each of these voltage trains is set in advance so that when input together with the analog input voltage value to the pulse encoder 5 described later, a pulse encode signal unique to the analog input value is output. The N reference voltage trains are input to the analog multiplexer 3, and the voltage trains to be output are sequentially selected by the switching signal from the timing controller 2. The reference voltage sequence selected by the analog multiplexer 3 is input to the pulse encoder 5.

【0014】パルスエンコーダ5は、図3に示す如くM
個のトランジスタ対のコレクタ側が電源Vccに接続され
た2個の負荷抵抗RL1およびRL2に交互に接続され
ている。各参照電圧列を構成するM個の参照電圧は、各
トランジスタ対の左側トランジスタ(Tr1、Tr3、T
r5、…、Tr2M-1)のベースに入力される。アナログ
入力信号は、図1のタイミングコントローラ2が出力す
るサンプルホールド信号によりサンプルホールド回路4
でサンプリングおよびホールド(保持)される。サンプ
リングされたアナログ入力信号レベルは、パルスエンコ
ーダ5の各トランジスタ対の右側トランジスタ(Tr
2、Tr4、Tr6、…、Tr2M)のベースに入力される
と共に全ての参照電圧列がトランジスタ対に入力され、
比較動作が終了するまでその値をホールドする。
The pulse encoder 5 is an M encoder as shown in FIG.
The collector side of each transistor pair is alternately connected to two load resistors RL1 and RL2 connected to the power supply Vcc. The M reference voltages forming each reference voltage string are the left side transistors (Tr1, Tr3, T) of each transistor pair.
It is input to the base of r5, ..., Tr2M-1). The analog input signal is sampled and held by the sample and hold circuit 4 by the sample and hold signal output from the timing controller 2 of FIG.
Is sampled and held by. The sampled analog input signal level is the right side transistor (Tr
2, Tr4, Tr6, ..., Tr2M) and all the reference voltage strings are input to the transistor pair,
The value is held until the comparison operation is completed.

【0015】パルスエンコーダ5は、図4のタイミング
チャートに示す如く、参照電圧列が切り替わる度にパル
スエンコード信号を出力する。パルスエンコード信号の
信号レベルは等しい抵抗値を有する1対の負荷抵抗RL
1およびRL2に入力される電圧値の差となり、その値
は図5に示す如く定電流Icをトランジスタが「ON」
時の電流とすると、RLIc又は−RLIcのいずれか
となる。この信号レベルは、図1のコンパレータ6によ
り「0」レベルをしきい値としてデジタル信号にレベル
変換され、RLIcは「H」レベル、−RLIcは
「L」レベルを有するコード信号となり、参照電圧列が
切り替わるN回分につき連続的に出力される。これらの
Nビットコード信号出力は、シフトレジスタ7により、
タイミングコントローラ2から出力するクロック信号に
同期してパラレル(並列)変換される。得られたNビッ
トのパラレル信号は、Nビット→Nビットコード変換テ
ーブル8により、入力レベルに対応したデータに変換さ
れ、出力データとなる。
As shown in the timing chart of FIG. 4, the pulse encoder 5 outputs a pulse encode signal every time the reference voltage sequence is switched. A pair of load resistors RL having the same resistance value as the pulse encode signal level.
1 becomes the difference between the voltage values input to RL2 and that value causes the transistor to turn on the constant current Ic as shown in FIG.
If it is the current of time, it becomes either RLIc or -RLIc. This signal level is converted into a digital signal by the comparator 6 of FIG. 1 using the "0" level as a threshold value, RLIc becomes a code signal having an "H" level, and -RLIc becomes a code signal having an "L" level, and a reference voltage string. Are continuously output for N switching times. These N-bit code signal outputs are output by the shift register 7
Parallel conversion is performed in synchronization with the clock signal output from the timing controller 2. The obtained N-bit parallel signal is converted into data corresponding to the input level by the N-bit → N-bit code conversion table 8 and becomes output data.

【0016】次に、図6乃至図11を参照して、本発明
のパルスエンコーダ型A/D変換器の具体例を説明す
る。図6は、N=4とした場合の、本発明によるパルス
エンコーダ型A/D変換器の全体構成を示すブロック図
である。このパルスエンコード型A/D変換器の具体例
における構成要素は、参照電圧発生抵抗網61、タイミ
ングコントローラ62、アナログマルチプレクサ63、
サンプルホールド回路64、パルスエンコーダ65、コ
ンパレータ66、シフトレジスタ67および4ビット→
4ビットコード変換テーブル68である。
Next, a specific example of the pulse encoder type A / D converter of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a block diagram showing the overall configuration of the pulse encoder type A / D converter according to the present invention when N = 4. The constituent elements in the specific example of the pulse encode type A / D converter are a reference voltage generating resistor network 61, a timing controller 62, an analog multiplexer 63,
Sample hold circuit 64, pulse encoder 65, comparator 66, shift register 67 and 4 bits →
It is a 4-bit code conversion table 68.

【0017】図7は、図6に示すパルスエンコード型A
/D変換器中の参照電圧発生抵抗網61の具体的な構成
を示す。この参照電圧発生抵抗網61は、それぞれ5個
(および4個)の直列接続された参照抵抗からなる4個
の参照電圧列を構成している。これら4個の参照電圧列
は、参照電圧上限値および参照電圧下限値間に接続され
ている。
FIG. 7 is a pulse encode type A shown in FIG.
A specific configuration of the reference voltage generating resistor network 61 in the / D converter is shown. The reference voltage generating resistor network 61 constitutes four reference voltage trains each including five (and four) reference resistors connected in series. These four reference voltage strings are connected between the reference voltage upper limit value and the reference voltage lower limit value.

【0018】次に、図8は、図6に示すパルスエンコー
ド型A/D変換器中のパルスエンコーダ65の具体的構
成を示す。このパルスエンコーダ65は、それぞれエミ
ッタが定電流源Icに接続された4個のトランジスタ対
と、1対の負荷抵抗RL41、RL42(抵抗値=R
L)から構成される。サンプルホールド回路64により
サンプルホールドされたアナログ入力信号レベルと4個
の切り替えられる参照電圧列を入力とし、パルスエンコ
ード信号を負荷抵抗RL1、RL2から出力する。
Next, FIG. 8 shows a specific structure of the pulse encoder 65 in the pulse-encoded A / D converter shown in FIG. The pulse encoder 65 includes four transistor pairs each having an emitter connected to the constant current source Ic, and a pair of load resistors RL41 and RL42 (resistance value = R
L). The analog input signal level sampled and held by the sample and hold circuit 64 and the four reference voltage sequences that can be switched are input, and pulse encode signals are output from the load resistors RL1 and RL2.

【0019】また、図9は、アナログ入力信号のサンプ
ルホールドタイミングに対する参照電圧列の切替とパル
スエンコード信号の出力および4ビットデジタル信号の
出力タイミングを示すタイミングチャートである。図9
において、(a)はアナログ入力信号、(b)はクロッ
ク信号、(c)はサンプルホールド信号、(d)はホー
ルドデータ、(e)は参照電圧列、(f)はパルスエン
コード信号および(g)は4ビットコード信号(パラレ
ル信号)である。
FIG. 9 is a timing chart showing the switching of the reference voltage sequence, the output of the pulse encode signal, and the output timing of the 4-bit digital signal with respect to the sample hold timing of the analog input signal. Figure 9
, (A) is an analog input signal, (b) is a clock signal, (c) is a sample hold signal, (d) is hold data, (e) is a reference voltage sequence, (f) is a pulse encode signal and (g). ) Is a 4-bit code signal (parallel signal).

【0020】図10は、パルスエンコーダ65に参照電
圧列1〜4が印加されたときの各パルスエンコード信号
1〜4の、アナログ入力信号レベル(ホールドレベル)
に対する変化の状態およびコード変換後の出力データを
示すタイミングチャートである。図10において、
(a)はパルスエンコード信号1、(b)はパルスエン
コード信号2、(c)はパルスエンコード信号3、
(d)はパルスエンコード信号4、(e)は4ビットコ
ード信号および(f)は出力データである。
FIG. 10 shows the analog input signal level (hold level) of each of the pulse encode signals 1 to 4 when the reference voltage trains 1 to 4 are applied to the pulse encoder 65.
3 is a timing chart showing a state of change with respect to and output data after code conversion. In FIG.
(A) is the pulse encode signal 1, (b) is the pulse encode signal 2, (c) is the pulse encode signal 3,
(D) is a pulse encode signal 4, (e) is a 4-bit code signal, and (f) is output data.

【0021】図11は、図6に示すパルスデコード型A
/D変換器の構成要素である4ビット→4ビットコード
変換テーブル68の一例の構成図を示す。このコード変
換テーブル68は、それぞれ4ビット信号が入力される
4個のEX−OR(排他論理和)ゲート70a〜70
d、その出力側に接続された3個のOR(論理和)ゲー
ト71a〜71cおよび2個のEX−ORゲート72
a、72b、更にその出力側に接続されたEX−ORゲ
ート73および3入力AND(論理積)ゲート74、更
にそれらの出力側に接続され出力データを出力する2個
のEX−ORゲート75a、75bより構成される。
FIG. 11 is a pulse decoding type A shown in FIG.
The block diagram of an example of the 4-bit-> 4-bit code conversion table 68 which is a component of a / D converter is shown. The code conversion table 68 includes four EX-OR (exclusive OR) gates 70a to 70 to which a 4-bit signal is input.
d, three OR (logical sum) gates 71a to 71c and two EX-OR gates 72 connected to the output side thereof.
a, 72b, an EX-OR gate 73 and a 3-input AND (logical product) gate 74 connected to the output side thereof, and two EX-OR gates 75a connected to their output sides to output output data, It is composed of 75b.

【0022】図6中に示す参照電圧発生抵抗網61は、
図7に示す如く、参照電圧の上限値と下限値を20個の
抵抗で分圧し、上限値および下限値を含めて16個の参
照電圧値を発生させる。これら分圧用の抵抗は、4個の
抵抗群に分けられ4通りの参照電圧列を発生する。これ
らは、図6中のアナログマルチプレクサ63に入力さ
れ、図6中のタイミングコントローラ62から出力され
る切替信号により出力する電圧列が順次選択される。選
択された参照電圧列は、図8に示すパルスエンコーダ6
5に入力される。このパルスエンコーダ65は、5個の
トランジスタ対のコレクタと電源Vcc間に接続された1
対の負荷抵抗RL41およびRL42に交互に接続され
ている。
The reference voltage generating resistor network 61 shown in FIG.
As shown in FIG. 7, the upper and lower limit values of the reference voltage are divided by 20 resistors to generate 16 reference voltage values including the upper and lower limit values. These voltage dividing resistors are divided into four resistor groups to generate four reference voltage trains. These are input to the analog multiplexer 63 in FIG. 6, and the voltage train to be output is sequentially selected by the switching signal output from the timing controller 62 in FIG. The selected reference voltage train is the pulse encoder 6 shown in FIG.
Input to 5. This pulse encoder 65 is connected between the collector of five transistor pairs and the power supply Vcc.
The pair of load resistors RL41 and RL42 are alternately connected.

【0023】一方の負荷抵抗RL41に接続されるトラ
ンジスタは、Tr1、Tr4、Tr5、Tr8およびT
r9であり、他方の負荷抵抗RL42に接続されるトラ
ンジスタは、Tr2、Tr3、Tr6、Tr7およびT
r10である。4個の参照電圧列を構成する3〜5個の
参照電圧は、各トランジスタ対の左側(Tr1、Tr
3、Tr5、Tr7およびTr9)に入力される。アナ
ログ入力信号は、図6のタイミングコントローラ62が
出力するサンプルホールド信号によりサンプルホールド
64でサンプリングされる。このサンプリングされたア
ナログ入力信号レベルは、パルスエンコーダ65の各ト
ランジスタ対の右側(Tr2、Tr4、Tr6、Tr8
およびTr10)に入力されると共に全ての参照電圧列
がトランジスタ対に入力され、比較動作が終了するまで
その値をホールドされる。
The transistors connected to one load resistor RL41 are Tr1, Tr4, Tr5, Tr8 and T.
r9 and the transistors connected to the other load resistor RL42 are Tr2, Tr3, Tr6, Tr7 and T.
r10. The three to five reference voltages forming the four reference voltage trains are on the left side (Tr1, Tr) of each transistor pair.
3, Tr5, Tr7 and Tr9). The analog input signal is sampled by the sample hold 64 by the sample hold signal output from the timing controller 62 of FIG. The sampled analog input signal level is the right side (Tr2, Tr4, Tr6, Tr8) of each transistor pair of the pulse encoder 65.
And Tr10) and all the reference voltage strings are input to the transistor pair, and the value is held until the comparison operation is completed.

【0024】パルスエンコーダ65は、図9のタイミン
グチャートの(e)に示す如く、4個の参照電圧列が切
り替わる度にパルスエンコード信号(f)を出力する。
図10に、各参照電圧が入力されたときにホールドされ
たアナログ信号入力レベルとパルスエンコード信号の関
係を示す。参照電圧列1(11〜15の電圧)は、参照
電圧の上限値と下限値の差を16等分する電圧値をVと
すると、V、5V、11Vおよび15Vの参照電圧から
成る。この参照電圧列が図8のパルスエンコーダ65に
入力されると、アナログ入力レベル(Ain)と負荷抵抗
RL41およびRL42のトランジスタ(又はコレク
タ)側より取り出すパルスエンコード信号の関係は以下
のようになる。
The pulse encoder 65 outputs a pulse encode signal (f) every time four reference voltage trains are switched, as shown in (e) of the timing chart of FIG.
FIG. 10 shows the relationship between the analog signal input level held when each reference voltage is input and the pulse encode signal. The reference voltage sequence 1 (voltages 11 to 15) is composed of reference voltages of V, 5V, 11V, and 15V, where V is a voltage value that divides the difference between the upper limit value and the lower limit value of the reference voltage into 16 equal parts. When this reference voltage sequence is input to the pulse encoder 65 of FIG. 8, the relationship between the analog input level (Ain) and the pulse encode signal extracted from the transistor (or collector) side of the load resistors RL41 and RL42 is as follows.

【0025】(Ain<Vの場合)負荷抵抗RL41にO
N電流を流すトランジスタは、Tr1、Tr5、Tr9
であり、負荷抵抗RL42にON電流を流すトランジス
タは、Tr3およびTr7となる。この場合には、パル
スエンコード信号レベルは、−RLIc(変換後「L」
レベル)となる。
(When Ain <V) O is applied to the load resistance RL41.
Transistors for passing N current are Tr1, Tr5, Tr9.
Therefore, the transistors that pass the ON current through the load resistor RL42 are Tr3 and Tr7. In this case, the pulse encode signal level is -RLIc (“L” after conversion).
Level).

【0026】(V≦Ain<5Vの場合)負荷抵抗RL4
1にON電流を流すトランジスタは、Tr5およびTr
9であり、負荷抵抗RL42にON電流を流すトランジ
スタは、Tr2、Tr3およびTr7となる。この場合
には、パルスエンコード信号レベルは、RLIc(変換
後「H」レベル)である。
(When V ≦ Ain <5V) Load resistance RL4
The transistors that pass the ON current to 1 are Tr5 and Tr.
The transistors for which the ON current flows through the load resistor RL42 are Tr2, Tr3, and Tr7. In this case, the pulse encode signal level is RLIc (“H” level after conversion).

【0027】(5V≦Ain<11Vの場合)負荷抵抗R
L41にON電流を流すトランジスタは、Tr4、Tr
5およびTr9であり、負荷抵抗RL42にON電流を
流すトランジスタは、Tr2およびTr7となる。この
場合には、パルスエンコード信号レベルは、−RLIc
(変換後「L」レベル)である。
(When 5V ≦ Ain <11V) Load resistance R
Transistors that pass ON current to L41 are Tr4 and Tr.
Transistors 5 and Tr9, and transistors that pass an ON current to the load resistance RL42 are Tr2 and Tr7. In this case, the pulse encode signal level is -RLIc.
(“L” level after conversion).

【0028】(11V≦Ain<15Vの場合)負荷抵抗
RL41にON電流を流すトランジスタは、Tr4およ
びTr9であり、負荷抵抗RL42にON電流を流すト
ランジスタは、Tr2、Tr6およびTr7となる。こ
の場合には、パルスエンコード信号レベルは、RLIc
(変換後「H」レベル)である。
(In the case of 11V≤Ain <15V) Transistors for supplying ON current to the load resistor RL41 are Tr4 and Tr9, and transistors for supplying ON current to the load resistor RL42 are Tr2, Tr6 and Tr7. In this case, the pulse encode signal level is RLIc.
(“H” level after conversion).

【0029】(15V≦Ain<16Vの場合)負荷抵抗
RL41にON電流を流すトランジスタは、Tr4、T
r8およびTr9であり、負荷抵抗RL42にON電流
を流すトランジスタは、Tr2およびTr6となる。こ
の場合には、パルスエンコード信号レベルは、−RLI
c(変換後「L」レベル)である。
(In the case of 15V ≦ Ain <16V) Transistors for flowing an ON current to the load resistor RL41 are Tr4, T
The transistors that are r8 and Tr9 and flow an ON current through the load resistor RL42 are Tr2 and Tr6. In this case, the pulse encode signal level is -RLI.
c (“L” level after conversion).

【0030】以上、本発明によるパルスエンコード型A
/D変換器の好適実施形態例および具体例の構成および
動作を詳述した。しかし、斯かる実施形態例は本発明の
単なる例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではな
い。本発明の要旨を逸脱することなく、特定用途に応じ
て、種々の変形変更が可能であること、当業者には容易
に理解できよう。
As described above, the pulse encode type A according to the present invention
The configurations and operations of the preferred embodiments and specific examples of the / D converter have been described in detail. However, such an embodiment is merely an example of the present invention and does not limit the present invention in any way. Those skilled in the art can easily understand that various modifications and changes can be made according to a specific application without departing from the gist of the present invention.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上の説明から理解される如く、本発明
のパルスデコード型A/D変換器によると、次の如き種
々の実用上顕著な効果を有する。第1に、A/D変換動
作の高速化が可能である。その理由は、従来の減算増幅
器内蔵型A/D変換器ではアナログ入力信号を量子化す
る際、ゲイン切替スイッチおよび参照電圧切替スイッチ
等による量子化の各段階での比較動作を行っていたが、
本発明のパルスエンコード型A/D変換器では参照電圧
列をN回切り替えることによりアナログ入力電圧値のデ
ジタル変換デ―タに関する情報(エンコード信号列)を
得ることができるためである。
As can be understood from the above description, the pulse decoding A / D converter of the present invention has various practically remarkable effects as follows. First, the A / D conversion operation can be speeded up. The reason is that in the conventional A / D converter with a built-in subtraction amplifier, when the analog input signal is quantized, the comparison operation is performed at each stage of the quantization by the gain changeover switch and the reference voltage changeover switch.
This is because the pulse encode type A / D converter of the present invention can obtain information (encoded signal sequence) regarding digital conversion data of the analog input voltage value by switching the reference voltage sequence N times.

【0032】第2に、消費電力が大幅に低減可能であ
る。その理由は、従来のNビットA/D変換器の場合、
(2のN乗+1)個のコンパレータ、フリップフロップ
および複雑な制御論理回路が必要であった。しかし、本
発明のパルスエンコード型A/D変換器は、下記の構成
としたためである。消費電力低減量は、概略下記の通り
となる。比較の基準として、従来内蔵していた減算増幅
器の消費電力を50とし、各構成要素を相対値により示
すと、約40%の消費電力低減が可能である。 構成要素 従来のA/D変換器 本発明のA/D変換器 ・参照電圧発生部 10 10 ・減算増幅器 50 − ・アナログマルチプレクサ − 20 ・サンプルホールド 50 50 ・コンパレータ 80以上 10 ・フリップフロップ 160以上 − ・パルスエンコーダ − 90 ・タイミングコントローラ − 120 ・シフトレジスタ − 40以上 ・制御論理回路 300 − ・コード変換テーブル − 50 合計 650以上 390以上
Secondly, the power consumption can be greatly reduced. The reason is that in the case of the conventional N-bit A / D converter,
(2 N + 1) comparators, flip-flops and complex control logic circuits were required. However, the pulse encode type A / D converter of the present invention has the following configuration. The power consumption reduction amount is roughly as follows. As a reference for comparison, if the power consumption of the subtraction amplifier which is conventionally incorporated is set to 50 and each component is represented by a relative value, it is possible to reduce the power consumption by about 40%. Components Conventional A / D converter A / D converter of the present invention-Reference voltage generator 10 10-Subtraction amplifier 50-Analog multiplexer-20-Sample hold 50 50-Comparator 80 or higher 10-Flip-flop 160 or higher- -Pulse encoder-90-Timing controller-120-Shift register-40 or more-Control logic circuit 300-Code conversion table-50 Total 650 or more 390 or more

【0033】第3に、回路構成が簡単になる。その理由
は、従来のA/D変換器の構成要素であった複数のコン
パレータ、フリップフロップおよびスイッチが不要とな
り、これらを1個のパルスエンコーダおよび1個のコン
パレータに置換できるためである。
Third, the circuit structure becomes simple. The reason is that a plurality of comparators, flip-flops, and switches, which are the constituent elements of the conventional A / D converter, are not necessary and can be replaced with one pulse encoder and one comparator.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明によるパルスエンコード型A/D変換器
の全体構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of a pulse encode type A / D converter according to the present invention.

【図2】図1に示すA/D変換器を構成する参照電圧発
生抵抗網の詳細構成図である。
FIG. 2 is a detailed configuration diagram of a reference voltage generating resistor network which constitutes the A / D converter shown in FIG.

【図3】図1のA/D変換器を構成するパルスエンコー
ダの具体例の回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram of a specific example of a pulse encoder that constitutes the A / D converter of FIG.

【図4】図1に示すA/D変換器におけるアナログ入力
信号のサンプルホールドとパルスエンコード信号、Nビ
ットコード信号の出力タイミングを示すタイミングチャ
ートである。
4 is a timing chart showing sample hold of an analog input signal, a pulse encode signal, and an output timing of an N-bit code signal in the A / D converter shown in FIG.

【図5】図1に示すA/D変換器におけるパルスエンコ
ード信号のデジタルコード信号へのレベル変換説明図で
ある。
5 is an explanatory diagram of level conversion of a pulse encode signal into a digital code signal in the A / D converter shown in FIG.

【図6】N=4の場合の本発明によるパルスエンコード
型A/D変換器の具体的構成図である。
FIG. 6 is a specific configuration diagram of a pulse-encoded A / D converter according to the present invention when N = 4.

【図7】図6中に示す参照電圧発生抵抗網の具体的構成
図である。
7 is a specific configuration diagram of the reference voltage generating resistor network shown in FIG.

【図8】図6中のパルスエンコーダの具体的構成図であ
る。
8 is a specific configuration diagram of the pulse encoder in FIG.

【図9】図6に示すA/D変換器のアナログ入力信号の
サンプルホールドとパルスエンコード信号および4ビッ
トコード信号の出力タイミングチャートである。
9 is an output timing chart of a sample hold of an analog input signal of the A / D converter shown in FIG. 6, a pulse encode signal, and a 4-bit code signal.

【図10】図6に示すA/D変換器のパルスエンコード
信号、4ビットコード信号および出力データの関係を説
明する図である。
10 is a diagram illustrating a relationship between a pulse encode signal, a 4-bit code signal, and output data of the A / D converter shown in FIG.

【図11】図6に示すA/D変換器の4ビット→4ビッ
トコード変換テーブルの具体的構成例である。
11 is a specific configuration example of a 4-bit → 4-bit code conversion table of the A / D converter shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、61 参照電圧発生器(参照電圧発生抵抗
網) 2、62 タイミングコントローラ 3、63 アナログマルチプレクサ 4、64 サンプルホールド回路 5、65 パルスエンコーダ 6、66 コンパレータ 7、67 シフトレジスタ 8、68 コード変換テーブル
1, 61 Reference voltage generator (reference voltage generating resistor network) 2, 62 Timing controller 3, 63 Analog multiplexer 4, 64 Sample and hold circuit 5, 65 Pulse encoder 6, 66 Comparator 7, 67 Shift register 8, 68 Code conversion table

───────────────────────────────────────────────────── 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 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H03M 1/00-1/88

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】AD変換器の量子化ビット数Nに対して1
<M≦2Nで規定されるM個の参照電圧列を発生する参
照電圧発生器と、該参照電圧発生器からの参照電圧を
切り替え出力するアナログマルチプレクサと、該アナ
ログマルチプレクサの出力およびサンプルホールド回路
からのアナログ入力信号電圧が入力され、前記アナログ
入力信号電圧が前記参照電圧を超えたときに1ビット信
号を、超える毎に反転して出力するパルスエンコーダ
と、該パルスエンコーダの出力をシリアル・パラレル変
換するシフトレジスタと、該シフトレジスタからの出力
を入力値に対応したデジタルデータにテーブル変換する
コード変換テーブルとを備えることを特徴とするパルス
エンコード型A/D変換器。
1. A 1 for a quantization bit number N of an AD converter.
A reference voltage generator that generates M reference voltage strings defined by <M ≦ 2N and a reference voltage from the reference voltage generator are sequentially arranged.
An analog multiplexer that following switching output, analog input signal voltage from the output and the sample hold circuit of the analog multiplexer is input, the analog
1-bit signal when the input signal voltage exceeds the reference voltage
Pulse encoder that inverts and outputs every time the number of signals exceeds, a shift register that performs serial / parallel conversion of the output of the pulse encoder, and code conversion that performs table conversion of the output from the shift register into digital data corresponding to the input value. A pulse-encoded A / D converter comprising a table.
【請求項2】前記参照電圧発生器は、それぞれ複数の直
列抵抗を含み、上限および下限参照電圧間に接続された
N個の参照電圧列よりなる参照電圧発生抵抗網であるこ
とを特徴とする請求項1に記載のパルスエンコード型A
/D変換器。
2. The reference voltage generator is a reference voltage generation resistor network including N reference voltage trains each including a plurality of series resistors and connected between an upper limit reference voltage and a lower limit reference voltage. The pulse encode type A according to claim 1.
/ D converter.
【請求項3】前記パルスエンコーダは、それぞれ電流源
に接続された複数のトランジスタ対より構成されること
を特徴とする請求項1又は2に記載のパルスエンコード
型A/D変換器。
3. The pulse encode type A / D converter according to claim 1, wherein the pulse encoder is composed of a plurality of transistor pairs each connected to a current source.
【請求項4】前記複数トランジスタ対の出力端子は、1
対の負荷抵抗に交互に反転して接続されることを特徴と
する請求項3に記載のパルスエンコード型A/D変換
器。
4. The output terminal of the plurality of transistor pairs is 1
The pulse encoding A / D converter according to claim 3, wherein the pair of load resistors are alternately inverted and connected.
【請求項5】前記パルスエンコーダを構成する前記トラ
ンジスタ対の一方の入力端子には前記サンプルホールド
回路からのアナログ信号入力が共通入力され、他方の入
力端子には前記N個の参照電圧列からの複数の異なる参
照電圧が入力されることを特徴とする請求項3又は4に
記載のパルスエンコード型A/D変換器。
5. An analog signal input from the sample-hold circuit is commonly input to one input terminal of the transistor pair forming the pulse encoder, and the other input terminal receives the analog signal input from the N reference voltage trains. The pulse encode type A / D converter according to claim 3 or 4, wherein a plurality of different reference voltages are input.
【請求項6】前記アナログマルチプレクサおよび前記シ
フトレジスタは、タイミングコントローラからの制御信
号で制御されることを特徴とする請求項1乃至5の何れ
かに記載のパルスエンコード型A/D変換器。
6. The pulse encode type A / D converter according to claim 1, wherein the analog multiplexer and the shift register are controlled by a control signal from a timing controller.
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