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JP5351569B2 - Pipeline type A / D conversion circuit - Google Patents
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pipeline type A/D conversion circuit with a conversion error correction circuit capable of highly accurate conversion error estimation and correction in a relatively short period of time with extremely high convergence when calculating an error estimation value. <P>SOLUTION: The conversion error correction circuit includes: an arithmetic circuit for generating a digital code by adding a sub digital code obtained by subtracting a known test signal from the sub digital code of a sub A/D converter of an error correction object and the sub digital code of the sub A/D converter of a poststage including the error component of the sub A/D converter of the error correction object; an error correction A/D converter for A/D converting analog input signals; a subtractor for subtracting the output of the error correction A/D converter from the output of the arithmetic circuit; a multiplier for multiplying the output of the subtractor by the test signals; a long-time averaging circuit for long-time averaging the output of the multiplier and calculating the error estimation value of A/D conversion in the sub A/D converter of the error correction object; and a correction circuit using the output to correct the component of the error of the A/D conversion included in the digital code output from the arithmetic circuit. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、A(アナログ)/D(デジタル)変換を行いながら、そのバックグラウンドで変換誤差を自己補正するバックグラウンド型の変換誤差補正回路を有するパイプライン型A/D変換回路に関するものである。   The present invention relates to a pipeline type A / D conversion circuit having a background type conversion error correction circuit that self-corrects a conversion error in the background while performing A (analog) / D (digital) conversion. .

まず初めに、パイプライン型A/D変換回路の原理を説明する。   First, the principle of the pipeline type A / D conversion circuit will be described.

図7は、パイプライン型A/D変換回路の構成を表すブロック概念図である。パイプライン型A/D変換回路は、アナログ入力信号を所定ビット数のデジタルコードに、デジタルコードの最上位ビット側から所定のビット数(サブデジタルコード)ごと段階的に順次変換するものである。同図に示すパイプライン型A/D変換回路100は、A/D変換回路本体102と、デコーダ104とによって構成されている。   FIG. 7 is a block conceptual diagram showing the configuration of a pipeline type A / D conversion circuit. The pipeline type A / D conversion circuit sequentially converts an analog input signal into a digital code having a predetermined number of bits step by step for each predetermined number of bits (sub-digital code) from the most significant bit side of the digital code. The pipeline type A / D conversion circuit 100 shown in FIG. 1 includes an A / D conversion circuit main body 102 and a decoder 104.

ここで、A/D変換回路本体102は、10個のサブA/D変換器106を縦列接続して構成され、各々のサブA/D変換器106から1ビットのサブデジタルコードが出力されるものとする。すなわち、A/D変換回路100は10ビット精度のものであり、デコーダ104からは、アナログ入力信号をA/D変換して得られる10ビットのデジタルコードが出力される。   Here, the A / D conversion circuit main body 102 is configured by connecting ten sub A / D converters 106 in cascade, and each sub A / D converter 106 outputs a 1-bit sub digital code. Shall. That is, the A / D conversion circuit 100 has a 10-bit precision, and the decoder 104 outputs a 10-bit digital code obtained by A / D converting an analog input signal.

各々のサブA/D変換器106は同一構成のものであり、図7に2段目のサブA/D変換器106の構成を示すように、A/D変換ユニット110と、D/A変換ユニット112と、減算器116と、増幅器118とによって構成されている。   Each sub A / D converter 106 has the same configuration. As shown in FIG. 7, the configuration of the second stage sub A / D converter 106, the A / D conversion unit 110, and the D / A conversion The unit 112, a subtractor 116, and an amplifier 118 are included.

サブA/D変換器106では、A/D変換ユニット110により、前段のサブA/D変換器106のアナログ余剰信号の一部の電圧を、各段のサブデジタルコードに変換した後、これをD/A変換ユニット112でアナログ信号に再変換する。続いて、減算器116により、前段のサブA/D変換器106のアナログ余剰信号の電圧から再変換後のアナログ信号の電圧を減算し、これを増幅器118で2倍に増幅して各段のアナログ余剰信号として出力する。   In the sub A / D converter 106, the A / D conversion unit 110 converts a partial voltage of the analog surplus signal of the previous stage sub A / D converter 106 into a sub digital code of each stage, The analog signal is reconverted by the D / A conversion unit 112. Subsequently, the subtracter 116 subtracts the voltage of the analog signal after the reconversion from the voltage of the analog surplus signal of the sub-A / D converter 106 at the previous stage, and amplifies this by a factor of two by the amplifier 118 to Output as an analog surplus signal.

ここで、サブA/D変換器106により変換されるサブデジタルコードのビット数をmとすると、増幅器118のゲインは、2^mとなる。この例の場合、各段のサブデジタルコードは1ビットであるから、増幅器118のゲインは2となる。   Here, if the number of bits of the sub digital code converted by the sub A / D converter 106 is m, the gain of the amplifier 118 is 2 ^ m. In this example, since the sub-digital code of each stage is 1 bit, the gain of the amplifier 118 is 2.

なお、初段のサブA/D変換器106には、前段のサブA/D変換器106のアナログ余剰信号の代わりに、デジタルコードに変換すべきアナログ入力信号が入力される。また、最終段のサブA/D変換器106から、アナログ余剰信号を出力する必要はない。つまり、最終段のサブA/D変換器106は、前段のサブA/D変換器106のアナログ余剰信号の全電圧(デジタルコードの最下位ビットに対応する電圧)を、最終段のサブデジタルコードに変換する。   Note that an analog input signal to be converted into a digital code is input to the first stage sub A / D converter 106 instead of the analog surplus signal of the previous stage sub A / D converter 106. Further, it is not necessary to output an analog surplus signal from the sub A / D converter 106 at the final stage. In other words, the final stage sub A / D converter 106 uses the total voltage of the analog surplus signal of the previous stage sub A / D converter 106 (the voltage corresponding to the least significant bit of the digital code) as the final stage sub digital code. Convert to

パイプライン型A/D変換回路100では、10個のサブA/D変換器106により、アナログ入力信号の電圧を、デジタルコードの最上位ビット側から1ビットずつ段階的に順次サブデジタルコードに変換する。   In the pipeline type A / D conversion circuit 100, the voltage of the analog input signal is sequentially converted into the sub digital code step by step from the most significant bit side of the digital code by 10 sub A / D converters 106. To do.

つまり、まず初段のサブA/D変換器106により、アナログ入力信号の一部の電圧(デジタルコードの最上位ビットに対応する電圧)を、初段のサブデジタルコードに変換する。また、初段のサブA/D変換器106からは初段のアナログ余剰信号も出力される。   That is, first, the sub-A / D converter 106 at the first stage converts a part of the voltage of the analog input signal (the voltage corresponding to the most significant bit of the digital code) into the sub-digital code at the first stage. The first stage analog surplus signal is also output from the first stage sub A / D converter 106.

続いて、2段目のサブA/D変換器106により、初段のアナログ余剰信号の一部の電圧(デジタルコードの最上位ビットから2番目のビットに対応する電圧)を、2段目のサブデジタルコードに変換する。以下同様にして、3〜9段目のサブA/D変換器106まで1ビットずつ段階的に順次、前段のアナログ余剰信号の一部の電圧(デジタルコードの各ビットに対応する電圧)を、各段のサブデジタルコードに変換する。   Subsequently, the second-stage sub A / D converter 106 converts a partial voltage of the first-stage analog surplus signal (voltage corresponding to the second bit from the most significant bit of the digital code) to the second-stage sub-A / D converter 106. Convert to digital code. In the same manner, a partial voltage (voltage corresponding to each bit of the digital code) of the analog surplus signal of the previous stage is sequentially obtained bit by bit to the sub A / D converter 106 of the third to ninth stages. Convert to sub-digital code for each stage.

そして最後に、最終段のサブA/D変換器106により、前段(9段目)のアナログ余剰信号の全電圧(デジタルコードの最下位ビットに対応する電圧)を、最終段のサブデジタルコードに変換する。   Finally, the sub-A / D converter 106 at the final stage converts all voltages of the analog surplus signal at the previous stage (the ninth stage) (voltage corresponding to the least significant bit of the digital code) into the sub-digital code at the final stage. Convert.

初段〜最終段のサブA/D変換器106から出力される各段のサブデジタルコードはデコーダ104に入力される。デコーダ104は、各段のサブデジタルコードから、アナログ入力信号に対応する10ビットのデジタルコードを生成して出力する。   The sub-digital code of each stage output from the sub-A / D converter 106 of the first stage to the last stage is input to the decoder 104. The decoder 104 generates and outputs a 10-bit digital code corresponding to the analog input signal from the sub-digital code of each stage.

上記のように、パイプライン型A/D変換回路は、複数のサブA/D変換器を縦列接続した構成であり、これらのサブA/D変換器により、アナログ入力電圧を、最上位ビット側から段階的に順次デジタル化していく。   As described above, the pipeline type A / D conversion circuit has a configuration in which a plurality of sub A / D converters are connected in cascade, and the analog input voltage is converted to the most significant bit side by these sub A / D converters. Will be digitized step by step.

また、サブA/D変換器は、アナログ入力信号を、各段のサブデジタルコードと各段のアナログ余剰信号とに分離する役目を果たす。各段のアナログ余剰信号は、後段のサブA/D変換器によって一部の電圧がその段のサブデジタルコードに変換され、その段のアナログ余剰信号がさらに後段のサブA/D変換器に渡され、という縦列処理が、得られるデジタルコードが所望の桁数に至るまで繰り返される。   The sub A / D converter serves to separate the analog input signal into a sub-digital code at each stage and an analog surplus signal at each stage. The analog surplus signal of each stage is converted into a sub-digital code of that stage by the sub-A / D converter of the subsequent stage, and the analog surplus signal of that stage is further passed to the sub-A / D converter of the subsequent stage. Is repeated until the digital code obtained reaches the desired number of digits.

高精度な(変換後のデジタルコードに多くの桁数を必要とする)パイプライン型のA/D変換回路においては、サブA/D変換器の各段に存在する非理想性(目標ゲインからのずれ)により、A/D変換後のデジタルコードに許容範囲を超える誤差が生じる場合が考えられる。そのため、それらの誤差を自己補正する技術がこれまで多数提案されてきた。   In a pipelined A / D conversion circuit with high precision (requiring a large number of digits in the converted digital code), non-ideality (from the target gain) that exists in each stage of the sub A / D converter It is conceivable that an error exceeding the allowable range occurs in the digital code after A / D conversion due to the deviation of the error. Therefore, many techniques for self-correcting those errors have been proposed so far.

以下、バックグラウンドで変換誤差を自己補正する従来のパイプライン型A/D変換回路の概略を説明する。   An outline of a conventional pipelined A / D conversion circuit that self-corrects conversion errors in the background will be described below.

図8は、従来のバックグラウンドで変換誤差を自己補正するパイプライン型A/D変換回路の構成を表すブロック概念図である。同図に示すパイプライン型A/D変換回路120は、A/D変換回路本体122と、変換誤差補正回路124とによって構成されている。   FIG. 8 is a block conceptual diagram showing a configuration of a pipeline type A / D conversion circuit that self-corrects a conversion error in the conventional background. The pipeline type A / D conversion circuit 120 shown in FIG. 1 includes an A / D conversion circuit main body 122 and a conversion error correction circuit 124.

A/D変換回路本体122は、初段のサブA/D変換器126と、2段目〜最終段のサブA/D変換器を纏めて表した後段のサブA/D変換器128と、に分けて示してある。つまり、パイプライン型A/D変換回路120では、後段のサブA/D変換器128の誤差補正は完了していること(誤差補正をする必要がないものを含む)を前提として、変換誤差補正回路124により、初段のサブA/D変換器126の変換誤差をバックグラウンドで補正するものでる。 The A / D conversion circuit main body 122 includes a first-stage sub A / D converter 126 and a second-stage sub A / D converter 128 that collectively represents the second to last sub-A / D converters. They are shown separately. That is, in the pipeline type A / D conversion circuit 120, the conversion error correction is performed on the assumption that the error correction of the sub-A / D converter 128 in the subsequent stage is completed (including one that does not require error correction). the circuit 124, Ru Oh corrects the conversion error of the first-stage sub-a / D converter 126 in the background.

同様に、10個のサブA/D変換器が縦列接続されており、各々のサブA/D変換器から1ビットのサブデジタルコードが出力されるものとする。つまり、後段のサブA/D変換器128からは、9ビットからなる後段のサブデジタルコードが出力される。   Similarly, 10 sub A / D converters are connected in cascade, and a 1-bit sub digital code is output from each of the sub A / D converters. That is, the subsequent stage sub-A / D converter 128 outputs a subsequent-stage sub-digital code consisting of 9 bits.

初段のサブA/D変換器126は、図7に示すものと基本的に同じ構成のものである。すなわち、初段のサブA/D変換器126は、A/D変換ユニット110と、D/A変換ユニット112と、減算器116と、増幅器118とによって構成されている。なお、初段のサブA/D変換器126内には、D/A変換ユニット112と減算器116との間に、変換誤差補正回路124を構成する減算器114が配置されている。   The first-stage sub A / D converter 126 has basically the same configuration as that shown in FIG. That is, the first-stage sub A / D converter 126 includes an A / D conversion unit 110, a D / A conversion unit 112, a subtractor 116, and an amplifier 118. In the first stage sub A / D converter 126, a subtractor 114 constituting a conversion error correction circuit 124 is arranged between the D / A conversion unit 112 and the subtractor 116.

変換誤差補正回路124は、前述の減算器114と、減算器130と、増幅器132と、加算器136と、乗算器140と、長時間平均回路142とによって構成されている。   The conversion error correction circuit 124 includes the subtractor 114, the subtractor 130, the amplifier 132, the adder 136, the multiplier 140, and the long-time average circuit 142 described above.

ここで、初段のサブA/D変換器126の増幅器118に‘g’で示すゲイン誤差が存在する場合を考える。この場合、増幅器118は、減算器116の出力を、本来であれば2倍して出力するところ、(2+g)倍して出力することになる。   Here, a case is considered where a gain error indicated by 'g' exists in the amplifier 118 of the first stage sub A / D converter 126. In this case, the amplifier 118 doubles the output of the subtractor 116 and outputs the result by multiplying the output by (2 + g).

以下、パイプライン型A/D変換回路120の動作を説明する。   Hereinafter, the operation of the pipeline type A / D conversion circuit 120 will be described.

初段のサブA/D変換器126では、A/D変換ユニット110により、アナログ入力信号yがA/D変換され、初段のサブデジタルコードDが出力されるとともに、初段のサブデジタルコードDは、D/A変換ユニット112によりD/A変換される。   In the first stage sub A / D converter 126, the analog input signal y is A / D converted by the A / D conversion unit 110, and the first stage sub digital code D is output. D / A conversion is performed by the D / A conversion unit 112.

変換誤差補正回路124では、初段のサブA/D変換器126内の減算器114により、D/A変換ユニット112の出力から既知のテスト信号tsが減算され、その減算結果D ̄が出力される。ここで、テスト信号tsは、アナログ信号と演算する場合はアナログ信号であり、デジタル信号と演算する場合はデジタル信号であるが、アナログ信号とデジタル信号は等価と考えることができるので、便宜的に同一の記号tsで取り扱う。以下、本明細書中の信号tsについては同様の取扱いとする。また、D/A変換ユニット112の出力とサブデジタルコードDも等価であると考えることができ、減算器114の出力はD−ts=D ̄と表せる。   In the conversion error correction circuit 124, the subtracter 114 in the first stage sub A / D converter 126 subtracts the known test signal ts from the output of the D / A conversion unit 112, and outputs the subtraction result D ̄. . Here, the test signal ts is an analog signal when calculating with an analog signal, and is a digital signal when calculating with a digital signal. However, for convenience, the analog signal and the digital signal can be considered equivalent. Handle with the same symbol ts. Hereinafter, the signal ts in this specification is handled in the same manner. Further, it can be considered that the output of the D / A conversion unit 112 and the sub-digital code D are equivalent, and the output of the subtractor 114 can be expressed as D−ts = D ̄.

また、減算器130により、初段のサブA/D変換器126のサブデジタルコードDから同一のテスト信号tsが減算され、その減算結果D ̄が出力される。つまり、D ̄=D−tsであり、2つの減算器114,130の出力(減算結果)は同じD ̄となる。続いて、増幅器132により、減算器130の出力D ̄が2倍に増幅されて出力される。つまり、増幅器132の出力は2D ̄となる。   The subtracter 130 subtracts the same test signal ts from the sub digital code D of the first stage sub A / D converter 126, and outputs the subtraction result D ̄. That is, D ̄ = D−ts, and the outputs (subtraction results) of the two subtractors 114 and 130 are the same D ̄. Subsequently, the output 132 of the subtractor 130 is amplified twice by the amplifier 132 and output. That is, the output of the amplifier 132 is 2D.

また、初段のサブA/D変換器126では、減算器116により、アナログ入力信号yから減算器114の出力D ̄が減算され、さらに、増幅器118により、減算器116の出力(y−D ̄)が(2+g)倍に増幅されて出力される。つまり、増幅器118の出力は(2+g)(y−D ̄)となる。   In the first-stage sub A / D converter 126, the subtractor 116 subtracts the output D ̄ of the subtractor 114 from the analog input signal y, and the amplifier 118 further outputs the output (y−D ̄) of the subtractor 116. ) Is amplified (2 + g) times and output. That is, the output of the amplifier 118 is (2 + g) (y−D ̄).

後段のサブA/D変換器128からは、9ビットからなる後段のサブデジタルコードDBEが出力される。ここで、後段のサブデジタルコードDBEはデジタル信号であるが、上述したように、初段のアナログ余剰信号と等価であると考えることができるので、後段のサブA/D変換器128の出力DBE=(2+g)(y−D ̄)と表せる。 The sub-A / D converter 128 at the subsequent stage outputs a sub-digital code D BE having 9 bits. Here, the sub-digital code D BE in the subsequent stage is a digital signal, but as described above, since it can be considered equivalent to the analog surplus signal in the first stage, the output D of the sub-A / D converter 128 in the subsequent stage. BE = (2 + g) (y−D ̄).

続いて、加算器136により、増幅器132の出力2D ̄と後段のサブA/D変換器128の出力DBEが加算され、DOUTが出力される。つまり、加算器136の出力DOUT=2D ̄+DBE=(2+g)y−gD ̄となる。 Subsequently, the adder 136 adds the output 2D ̄ of the amplifier 132 and the output D BE of the sub A / D converter 128 in the subsequent stage, and outputs D OUT . That is, the output D OUT of the adder 136 = 2D ̄ + D BE = (2 + g) y−gD ̄.

さらに続いて、乗算器140により、加算器136の出力DOUTとテスト信号tsが乗算される。つまり、乗算器140の出力DOUT*ts=(2+g)y*ts−gD*ts+g*tsとなる。 Subsequently, the multiplier 140 multiplies the output D OUT of the adder 136 by the test signal ts. That is, the output D OUT * ts of the multiplier 140 is (2 + g) y * ts−gD * ts + g * ts 2 .

そして最後に、長時間平均回路142により、乗算器140の出力の長時間平均(各サンプリング毎の乗算器140の出力の累積加算結果の平均)が算出され、増幅器118のゲイン誤差の推定値‘gest〜’が算出される。つまり、推定値gest〜=E(DOUT*ts)=E[(2+g)y*ts−gD*ts+g*ts]=g*E(ts)となる。ここで、Eは、長時間平均であることを表す記号である。 Finally, the long-time average circuit 142 calculates a long-time average of the output of the multiplier 140 (an average of the cumulative addition results of the output of the multiplier 140 for each sampling), and an estimated value of the gain error of the amplifier 118 ′ g est ˜ ′ is calculated. That is, the estimated value g est ˜ = E (D OUT * ts) = E [(2 + g) y * ts−gD * ts + g * ts 2 ] = g * E (ts 2 ). Here, E is a symbol representing the long-time average.

アナログ入力信号yとテスト信号tsが無相関である限り、推定値gest〜の算出式のうち、E[(2+g)y*ts]、E[gD*ts]の項は平均をとる時間を長くすることにより‘0’に漸近し、推定値gest〜=E[g*ts]=g*E(ts)となる。つまり、変換誤差補正回路124により、推定値‘gest〜’を得ることができる。また、推定したゲイン誤差‘g’を用いて、図示しない補正回路により、変換誤差補正を行うことができる。 As long as the analog input signal y and the test signal ts are uncorrelated, the terms E [(2 + g) y * ts] and E [gD * ts] in the calculation formulas of the estimated values g est ˜ By increasing the length, it becomes asymptotic to '0', and the estimated value g est ˜ = E [g * ts 2 ] = g * E (ts 2 ). In other words, the conversion error correction circuit 124 can obtain the estimated value “ gest ”. Further, conversion error correction can be performed by a correction circuit (not shown) using the estimated gain error 'g'.

前述の通り、従来の変換誤差補正回路は、アナログ入力信号とテスト信号が無相関であることが前提であり、アナログ入力信号次第では、誤差推定が成功しない可能性が考えられた。また、誤差推定が正確であるためには、非常に長時間にわたる平均化が必要であり、要求精度によっては、推定値が収束するまでに莫大な時間がかかる場合があった。つまり、A/D変換の精度と誤差補正の速度との間にはトレードオフが存在していた。   As described above, the conventional conversion error correction circuit is based on the premise that the analog input signal and the test signal are uncorrelated, and there is a possibility that error estimation may not succeed depending on the analog input signal. In addition, in order for the error estimation to be accurate, averaging for a very long time is necessary, and depending on the required accuracy, it may take a long time for the estimated value to converge. That is, there is a trade-off between the accuracy of A / D conversion and the speed of error correction.

例えば、バックグラウンドで変換誤差を自己補正できる手法として、非特許文献1のような技術がある。   For example, there is a technique as described in Non-Patent Document 1 as a method capable of self-correcting a conversion error in the background.

Hung-Chih Liu, Zwei-Mei Lee, Jieh-Tsorng Wu 共著、「A 15-b 40-MS/s CMOS Pipelined Analog-to-Digital Converter With Digital Background Calibration」, IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, VOL. 40, NO. 5, MAY 2005, p.1047-1056Hung-Chih Liu, Zwei-Mei Lee, Jieh-Tsorng Wu, `` A 15-b 40-MS / s CMOS Pipelined Analog-to-Digital Converter With Digital Background Calibration '', IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, VOL. 40, NO. 5, MAY 2005, p.1047-1056

本発明の目的は、誤差推定値を算出する時の収束性が非常に高く、比較的短時間で高精度な変換誤差推定及び補正を行うことができる変換誤差補正回路を有するパイプライン型A/D変換回路を提供することにある。   It is an object of the present invention to provide a pipeline type A / C having a conversion error correction circuit that has very high convergence when calculating an error estimated value and can perform highly accurate conversion error estimation and correction in a relatively short time. It is to provide a D conversion circuit.

上記目的を達成するために、本発明は、アナログ入力信号をA/D変換してサブデジタルコードを出力するA/D変換ユニットと、
該サブデジタルコードをD/A変換するD/A変換ユニットと、
該D/A変換ユニットの出力からテスト信号を減算する第1の減算器と、
該第1の減算器の出力と該アナログ入力信号とを加算する第2の減算器と、
該第2の減算器の出力を増幅してアナログ余剰信号を出力する第1の増幅器からなるサブA/D変換器を複数有し、
前記複数のサブA/D変換器を縦列接続して構成され、各々の該サブA/D変換器により、該アナログ入力信号を、所定ビット精度のデジタルコードに、該デジタルコードの最上位ビット側から段階的に順次A/D変換するA/D変換回路本体と、
前記複数のサブA/D変換器のうち、誤差補正対象のサブA/D変換器におけるA/D変換の誤差補正を行う変換誤差補正回路とを備え、
前記変換誤差補正回路は、該テスト信号を減算したサブデジタルコードと、誤差の成分を含む該アナログ余剰信号を入力した後段のサブA/D変換器のサブデジタルコードとを加算してデジタルコードを生成する演算回路と、
前記アナログ入力信号を、デジタルコードにA/D変換する誤差補正用A/D変換器と、
前記演算回路の出力から、前記誤差補正用A/D変換器の出力を減算する第3の減算器と、
前記減算器の出力と前記テスト信号とを乗算する乗算器と、
前記乗算器の出力を平均して、前記誤差補正対象のサブA/D変換器におけるA/D変換の誤差推定値を算出する平均回路と、前記平均回路の出力を用いて、前記演算回路から出力されるデジタルコードに含まれる前記テスト信号を減算したサブデジタルコードを補正する補正回路とを有することを特徴とするパイプライン型A/D変換回路を提供するものである。
In order to achieve the above object, the present invention provides an A / D conversion unit for A / D converting an analog input signal and outputting a sub-digital code;
A D / A conversion unit for D / A converting the sub-digital code;
A first subtracter for subtracting a test signal from the output of the D / A conversion unit;
A second subtracter for adding the output of the first subtracter and the analog input signal;
A plurality of sub A / D converters comprising a first amplifier for amplifying the output of the second subtractor and outputting an analog surplus signal;
The plurality of sub A / D converters are connected in cascade, and each of the sub A / D converters converts the analog input signal into a digital code with a predetermined bit precision and the most significant bit side of the digital code. An A / D conversion circuit main body that performs A / D conversion sequentially from
A conversion error correction circuit that performs error correction of A / D conversion in the sub A / D converter to be corrected among the plurality of sub A / D converters;
The conversion error correction circuit adds the sub-digital code obtained by subtracting the test signal and the sub-digital code of the sub-A / D converter at the subsequent stage to which the analog surplus signal including the error component is input to obtain a digital code. An arithmetic circuit to be generated;
An A / D converter for error correction for A / D converting the analog input signal into a digital code;
A third subtracter for subtracting the output of the error correction A / D converter from the output of the arithmetic circuit;
A multiplier for multiplying the output of the subtracter by the test signal;
The smoothed output of the multiplier flat, and average circuit you calculate the estimated error value of the A / D conversion in the error corrected sub A / D converter, with the output of the previous Kitaira equalizing circuit And a correction circuit that corrects a sub-digital code obtained by subtracting the test signal included in the digital code output from the arithmetic circuit. A pipeline A / D conversion circuit is provided.

ここで、前記誤差補正用A/D変換器は、前記アナログ入力信号を当該パイプライン型A/D変換回路よりも低いビット精度のデジタルコードに変換することが好ましい。
また、前記補正回路は、平均の期間内に、前記誤差補正用A/D変換器の出力の補正を複数回行うことが好ましい。
また、前記補正回路は、前記テスト信号を減算したサブデジタルコードを増幅する第2の増幅器と、前記誤差補正用A/D変換器の出力を増幅する第3の増幅器のゲインの変化を調整することが好ましい。
また、前記テスト信号は、方形波であることが好ましい。
また、前記補正回路は、前記A/D変換の誤差の成分と前記第1および第2の増幅器のゲインの変化を調整する係数とを乗算する第2の乗算器と、該第2の乗算器の出力を累積加算する累積加算器とを備え、
該累積加算器の出力によって、前記第2および第3の増幅器の増幅率を制御することが好ましい。

Here, it is preferable that the error correction A / D converter converts the analog input signal into a digital code having a bit accuracy lower than that of the pipeline type A / D conversion circuit.
Further, the correction circuit, within a period of Hitoshi Taira, it is preferable to carry out a plurality of times to correct the output of the error correction A / D converter.
The correction circuit adjusts the gain change of the second amplifier that amplifies the sub-digital code obtained by subtracting the test signal and the third amplifier that amplifies the output of the error correction A / D converter. It is preferable.
The test signal is preferably a square wave.
The correction circuit includes a second multiplier that multiplies the error component of the A / D conversion and a coefficient that adjusts a change in gain of the first and second amplifiers, and the second multiplier. A cumulative adder that cumulatively adds the outputs of
It is preferable to control the amplification factors of the second and third amplifiers by the output of the cumulative adder.

本発明によれば、誤差推定時の収束性が大幅に向上され、比較的短時間で高精度な変換誤差推定及び補正を行うことができる。つまり、誤差推定が収束しないケースもほとんど解消することができ、A/D変換の要求精度と変換誤差推定の収束速度との間に存在するトレードオフも劇的に解消することができる。また、誤差推定の収束安定性が、アナログ入力信号の具体的な波形に影響を受けることがなくなり、バックグラウンドでの誤差推定の安定性、信頼性を飛躍的に向上させることができる。   According to the present invention, the convergence at the time of error estimation is greatly improved, and conversion error estimation and correction can be performed with high accuracy in a relatively short time. That is, the case where the error estimation does not converge can be almost eliminated, and the trade-off existing between the required accuracy of A / D conversion and the convergence speed of the conversion error estimation can be dramatically eliminated. Also, the convergence stability of error estimation is not affected by the specific waveform of the analog input signal, and the stability and reliability of error estimation in the background can be dramatically improved.

本発明のパイプライン型A/D変換回路の構成を表すブロック概念図である。It is a block conceptual diagram showing the structure of the pipeline type A / D conversion circuit of this invention. 本発明のパイプライン型A/D変換回路の具体例の構成を表すブロック概念図である。It is a block conceptual diagram showing the structure of the specific example of the pipeline type A / D conversion circuit of this invention. アナログ入力信号の状態を表すグラフである。It is a graph showing the state of an analog input signal. テスト信号の状態を表すグラフである。It is a graph showing the state of a test signal. 変換誤差補正が完了した後の残留出力コードの状態を表すグラフである。It is a graph showing the state of the residual output code after conversion error correction is completed. テスト信号の状態を表す別のグラフである。It is another graph showing the state of a test signal. パイプライン型A/D変換回路の構成を表すブロック概念図である。It is a block conceptual diagram showing the structure of a pipeline type A / D conversion circuit. 従来のバックグラウンドで変換誤差を自己補正するパイプライン型A/D変換回路の具体例の構成を表すブロック概念図である。It is a block conceptual diagram showing the structure of the specific example of the pipeline type A / D conversion circuit which self-corrects the conversion error in the conventional background. 図8に示すパイプライン型A/D変換回路の構成を表すブロック概念図である。It is a block conceptual diagram showing the structure of the pipeline type A / D conversion circuit shown in FIG.

以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明のパイプライン型A/D変換回路を詳細に説明する。   Hereinafter, a pipeline A / D conversion circuit of the present invention will be described in detail based on a preferred embodiment shown in the accompanying drawings.

図1は、本発明のパイプライン型A/D変換回路の構成を表すブロック概念図である。同図に示すパイプライン型A/D変換回路10は、A/D変換回路本体12と、変換誤差補正回路14とによって構成されている。   FIG. 1 is a block conceptual diagram showing a configuration of a pipeline type A / D conversion circuit of the present invention. The pipeline type A / D conversion circuit 10 shown in FIG. 1 includes an A / D conversion circuit main body 12 and a conversion error correction circuit 14.

A/D変換回路本体12は、1サンプリング時間毎に、アナログ入力信号を、所定ビット精度(所定ビット数)のデジタルコードに、デジタルコードの最上位ビット側から1ビット数ずつ段階的に順次A/D変換する。   The A / D conversion circuit main body 12 sequentially converts an analog input signal into a digital code with a predetermined bit precision (a predetermined number of bits) every one sampling time step by step from the most significant bit side of the digital code. / D conversion.

A/D変換回路本体12は、複数のサブA/D変換器を縦列接続して構成されているが、図1では、誤差補正対象の初段のサブA/D変換器16と、その後段のサブA/D変換器(2段目〜最終段のサブA/D変換器)18とに分けて示してある。図1は、後段のサブA/D変換器18の誤差補正が完了していることを前提として、初段のサブA/D変換器16の変換誤差を補正する場合の例である。   The A / D conversion circuit main body 12 is configured by cascading a plurality of sub A / D converters, but in FIG. 1, the first stage sub A / D converter 16 to be error-corrected and the subsequent stage A / D conversion circuit 12 are connected. A sub A / D converter (second stage to final stage sub A / D converter) 18 is shown separately. FIG. 1 is an example in the case of correcting the conversion error of the first stage sub A / D converter 16 on the assumption that the error correction of the second stage A / D converter 18 has been completed.

初段のサブA/D変換器16にはアナログ入力信号が入力される。初段のサブA/D変換器16からは、初段のサブデジタルコードと初段のアナログ余剰信号が出力される。初段のアナログ余剰信号は後段のサブA/D変換器18に入力される。後段のサブA/D変換器18からは、後段のサブデジタルコードとして、各段(2段目〜最終段)のサブデジタルコードが出力される。   An analog input signal is input to the first-stage sub A / D converter 16. From the first-stage sub A / D converter 16, the first-stage sub-digital code and the first-stage analog surplus signal are output. The first-stage analog surplus signal is input to the subsequent-stage sub A / D converter 18. The sub-A / D converter 18 at the subsequent stage outputs the sub-digital code at each stage (second stage to final stage) as the sub-digital code at the subsequent stage.

続いて、変換誤差補正回路14は、複数のサブA/D変換器のうち、誤差補正対象の初段のサブA/D変換器16におけるA/D変換の誤差補正を行うバックグラウンド型のものである。変換誤差補正回路14は、1サンプリング時間毎に、A/D変換回路本体12から出力されるデジタルコードから、同一のアナログ入力信号をA/D変換して得られる、パイプライン型A/D変換回路10よりも低いビット精度の誤差補正用デジタルコードを減算した後、既知のテスト信号を乗算(積算)し、長時間平均をとってゲイン誤差の推定値‘gest〜’を算出する。 Subsequently, the conversion error correction circuit 14 is a background type that performs error correction of A / D conversion in the first stage sub A / D converter 16 of the error correction target among the plurality of sub A / D converters. is there. The conversion error correction circuit 14 is a pipeline type A / D conversion obtained by A / D converting the same analog input signal from the digital code output from the A / D conversion circuit main body 12 every sampling time. After subtracting the error correction digital code with a bit accuracy lower than that of the circuit 10, the known test signal is multiplied (integrated), and an average value for a long period of time is obtained to calculate an estimated value “g est ” of the gain error.

変換誤差補正回路14は、誤差補正用A/D変換器20と、増幅器(デジタル乗算器)22,24と、加算器26と、減算器28と、乗算器30と、長時間平均回路32とによって構成されている。   The conversion error correction circuit 14 includes an error correction A / D converter 20, amplifiers (digital multipliers) 22 and 24, an adder 26, a subtractor 28, a multiplier 30, and a long-time averaging circuit 32. It is constituted by.

ここで、増幅器22と加算器26は、初段のサブA/D変換器16に内蔵される、テスト信号を用いて構成される回路(一例は、図2参照)と合わせて、本発明の演算回路を構成する。演算回路は、A/D変換器本体12から出力されるデジタルコードと、テスト信号の成分と、誤差補正対象のサブA/D変換器におけるA/D変換の誤差の成分と、を含むデジタルコードを生成するものである。   Here, the amplifier 22 and the adder 26 are combined with a circuit (for example, see FIG. 2) that is built in the first stage sub-A / D converter 16 and that uses the test signal. Configure the circuit. The arithmetic circuit includes a digital code output from the A / D converter body 12, a test signal component, and an A / D conversion error component in the error correction target sub A / D converter. Is generated.

誤差補正対象の初段のサブA/D変換器16には既知のテスト信号が入力される。初段のサブA/D変換器16から出力される初段のサブデジタルコードは増幅器22に入力される。   A known test signal is input to the first-stage sub A / D converter 16 to be corrected. The first stage sub-digital code output from the first stage sub A / D converter 16 is input to the amplifier 22.

また、誤差補正用A/D変換器20には、初段のサブA/D変換器16に入力されるものと同じアナログ入力信号が入力される。誤差補正用A/D変換器20は、アナログ入力信号を、パイプライン型A/D変換回路10よりも低いビット精度の誤差補正用デジタルコード(つまり、1〜9ビット精度のいずれか)にA/D変換するものであり、A/D変換回路本体12と比べて消費電力も面積も小さいものである。誤差補正用A/D変換器20から出力される誤差補正用デジタルコードは増幅器24に入力される。   The error correction A / D converter 20 receives the same analog input signal as that input to the first-stage sub A / D converter 16. The error correction A / D converter 20 converts an analog input signal into an error correction digital code (that is, one of 1 to 9 bit precision) with a bit accuracy lower than that of the pipeline type A / D conversion circuit 10. / D conversion, and consumes less power and area than the A / D conversion circuit main body 12. The error correction digital code output from the error correction A / D converter 20 is input to the amplifier 24.

増幅器22の出力と後段のサブA/D変換器18から出力される後段のサブデジタルコードが加算器26に入力される。減算器28の+端子には加算器26の出力(デジタルコード)が入力され、−端子には、増幅器24の出力が入力される。減算器28の出力(残留デジタルコード(残留誤差))とテスト信号が乗算器30に入力され、乗算器30の出力が長時間平均回路32に入力され、長時間平均回路32からゲイン誤差の推定値‘gest〜’が出力される。 The output of the amplifier 22 and the subsequent sub-digital code output from the subsequent sub-A / D converter 18 are input to the adder 26. The output (digital code) of the adder 26 is input to the + terminal of the subtracter 28, and the output of the amplifier 24 is input to the − terminal. The output of the subtractor 28 (residual digital code (residual error)) and the test signal are input to the multiplier 30, and the output of the multiplier 30 is input to the long-time average circuit 32, and the gain error is estimated from the long-time average circuit 32. The value 'g est ~' is output.

つまり、変換誤差補正回路14は、図8を簡略化して表した図9に示す従来の変換誤差補正回路150と比べて、加算器26と乗算器30との間に減算器28を挿入し、加算器26の出力(デジタルコード)から、誤差補正用A/D変換器20によりアナログ入力信号を低精度のデジタルコードに変換し、さらに、増幅器24により2倍に増幅した誤差補正用デジタルコードを、減算器28により減算した後、減算器28の出力を乗算器30に入力する構成となっている。   That is, the conversion error correction circuit 14 has a subtracter 28 inserted between the adder 26 and the multiplier 30 as compared with the conventional conversion error correction circuit 150 shown in FIG. From the output (digital code) of the adder 26, the error correction A / D converter 20 converts the analog input signal into a low-precision digital code, and the error correction digital code amplified by the amplifier 24 is doubled. After the subtraction by the subtracter 28, the output of the subtracter 28 is input to the multiplier 30.

次に、図1に示すパイプライン型A/D変換回路10の概略動作を説明する。   Next, a schematic operation of the pipeline type A / D conversion circuit 10 shown in FIG. 1 will be described.

アナログ入力信号は、初段のサブA/D変換器16によってA/D変換され、初段のサブA/D変換器16から、初段のサブデジタルコードが出力されるとともに、アナログ入力信号と初段のサブデジタルコードとテスト信号に基づいて初段のアナログ余剰信号が出力される。初段のアナログ余剰信号は、後段のサブA/D変換器18によってさらに段階的に順次A/D変換され、後段のサブデジタルコードが出力される。   The analog input signal is A / D converted by the first stage sub A / D converter 16, and the first stage sub digital code is output from the first stage sub A / D converter 16, and the analog input signal and the first stage sub A / D converter 16 are output. A first-stage analog surplus signal is output based on the digital code and the test signal. The first-stage analog surplus signal is further A / D-converted step by step by the subsequent-stage sub A / D converter 18, and the subsequent-stage sub-digital code is output.

また、アナログ入力信号は、誤差補正用A/D変換器20によってA/D変換され、低精度の誤差補正用デジタルコードが出力される。   The analog input signal is A / D converted by the error correction A / D converter 20, and a low-precision error correction digital code is output.

初段のサブデジタルコードは、増幅器22によって2倍に増幅され、誤差補正用デジタルコードは、増幅器24によって同じく2倍に増幅される。ここで、増幅器22,24のゲインは、初段のサブA/D変換器16の出力段の増幅器のゲインの理想値に設定される。   The first stage sub-digital code is amplified twice by the amplifier 22, and the error correction digital code is also amplified twice by the amplifier 24. Here, the gains of the amplifiers 22 and 24 are set to ideal values of the gains of the amplifiers in the output stage of the first stage sub A / D converter 16.

加算器26により、増幅器22の出力と後段のサブデジタルコードが加算され、所定ビット数のデジタルコードが出力される。続いて、減算器28により、加算器26の出力から増幅器24の出力が減算され、残留デジタルコードが出力される。さらに続いて、乗算器30により、減算器28の出力とテスト信号が乗算され、長時間平均回路32により、乗算器30の出力が長時間平均され、長時間平均回路32から、誤差補正対象の初段のサブA/D変換器46におけるA/D変換の誤差推定値‘gest〜’が出力される。 The adder 26 adds the output of the amplifier 22 and the subsequent sub-digital code, and outputs a digital code having a predetermined number of bits. Subsequently, the subtracter 28 subtracts the output of the amplifier 24 from the output of the adder 26 and outputs a residual digital code. Subsequently, the multiplier 30 multiplies the output of the subtractor 28 and the test signal, the long-time averaging circuit 32 averages the output of the multiplier 30 for a long time, and the long-time averaging circuit 32 outputs the error correction target. The A / D conversion error estimated value “g est ” in the first stage sub A / D converter 46 is output.

変換誤差補正回路14は、アナログ入力信号とテスト信号が無相関である場合に、長時間平均をとることによって、ゲイン誤差の推定値‘gest〜’の算出式から、アナログ入力信号を含む項とサブデジタルコードを含む項を取り除くことができるように構成されている。誤差補正用A/D変換器20、増幅器24および減算器28は、ゲイン誤差の推定値‘gest〜’の算出式から、アナログ入力信号を含む項の値を長時間平均をとる前に減算するものである。 When the analog input signal and the test signal are uncorrelated, the conversion error correction circuit 14 obtains the term including the analog input signal from the calculation formula of the gain error estimated value 'g est- ' by taking a long-time average. And a term including a sub-digital code can be removed. The error correction A / D converter 20, the amplifier 24, and the subtractor 28 subtract the value of the term including the analog input signal from the calculation formula of the gain error estimated value 'g est ~' before taking a long-term average. To do.

これにより、ゲイン誤差の推定値‘gest〜’の算出式のうち、アナログ入力信号を含む項の値を大幅に低減することができる。例えば、アナログ入力信号を‘y’とし、初段のサブA/D変換器16のゲイン誤差を‘g’として、アナログ入力信号yを含む項の値(2+g)yから2yを減算すれば、アナログ入力信号を含む項の値はgyとなる。これにより、ゲイン誤差の推定値‘gest〜’を算出する時の収束性を大幅に高めることができ、比較的短時間で高精度な変換誤差補正を行うことができる。 Thereby, the value of the term including the analog input signal in the calculation formula of the estimated value “g est ” of the gain error can be significantly reduced. For example, if the analog input signal is 'y', the gain error of the first stage sub-A / D converter 16 is 'g', and 2y is subtracted from the value (2 + g) y of the term including the analog input signal y, the analog The value of the term including the input signal is gy. As a result, it is possible to greatly improve the convergence when calculating the gain error estimated value “g est ”, and to perform highly accurate conversion error correction in a relatively short time.

次に、本発明のパイプライン型A/D変換回路の具体例を挙げて説明する。   Next, a specific example of the pipeline type A / D conversion circuit of the present invention will be described.

図2は、本発明のパイプライン型A/D変換回路の具体例の構成を表すブロック概念図である。同図に示すパイプライン型A/D変換回路40は、A/D変換回路本体42と、変換誤差補正回路44とによって構成されている。   FIG. 2 is a block conceptual diagram showing the configuration of a specific example of the pipeline type A / D conversion circuit of the present invention. A pipeline type A / D conversion circuit 40 shown in FIG. 1 includes an A / D conversion circuit main body 42 and a conversion error correction circuit 44.

A/D変換回路本体42は、10個のサブA/D変換器を縦列接続して構成されており、各々のサブA/D変換器からは1ビットの各段のサブデジタルコードが出力される。図1の場合と同様に、図2に示す例では、A/D変換回路本体42は、誤差補正対象の初段のサブA/D変換器46と、その後段(2段目〜最終段)のサブA/D変換器(9ビット精度)48とに分けて示してある。   The A / D conversion circuit main body 42 is configured by cascading 10 sub A / D converters, and each sub A / D converter outputs a 1-bit sub digital code. The As in the case of FIG. 1, in the example shown in FIG. 2, the A / D conversion circuit main body 42 includes the first stage sub-A / D converter 46 to be error-corrected and the subsequent stage (second stage to final stage). A sub A / D converter (9-bit precision) 48 is shown separately.

初段のサブA/D変換器46は、A/D変換ユニット70と、D/A変換ユニット72と、減算器76と、増幅器78とによって構成されている。また、図2に示す例では、D/A変換ユニット72と減算器76との間に、変換誤差補正回路44を構成する減算器74が配置されている。   The first stage sub A / D converter 46 includes an A / D conversion unit 70, a D / A conversion unit 72, a subtractor 76, and an amplifier 78. In the example shown in FIG. 2, a subtracter 74 constituting the conversion error correction circuit 44 is disposed between the D / A conversion unit 72 and the subtractor 76.

A/D変換ユニット70にはアナログ入力信号yが入力される。A/D変換ユニット70からは初段のサブデジタルコードDが出力されるとともに、D/A変換ユニット72に入力される。減算器74の+端子にはD/A変換ユニット72の出力が入力され、−端子には、既知のテスト信号tsが入力される。減算器76の+端子にはアナログ入力信号yが入力され、−端子には、減算器74の出力が入力される。減算器76の出力が増幅器78に入力され、増幅器78からは初段のアナログ余剰信号が出力される。   An analog input signal y is input to the A / D conversion unit 70. The A / D conversion unit 70 outputs the first stage sub-digital code D and also inputs it to the D / A conversion unit 72. The output of the D / A conversion unit 72 is input to the + terminal of the subtracter 74, and the known test signal ts is input to the − terminal. The analog input signal y is input to the + terminal of the subtractor 76, and the output of the subtracter 74 is input to the − terminal. The output of the subtractor 76 is input to the amplifier 78, and the first stage analog surplus signal is output from the amplifier 78.

各々のサブA/D変換器は1.5ビット型のものであり、増幅器78により、減算器76の出力電圧が正確に2倍されたアナログ余剰信号が後段のサブA/D変換器に入力されることが理想である。これに対し、図2の例では、初段のサブA/D変換器46の増幅器78のゲインが‘1.9’であるとしている。つまり、図8の場合と同様に、増幅器78のゲインが‘2+g’で表されるとすると、ゲイン誤差‘g’=‘−0.1’となる。   Each sub A / D converter is a 1.5-bit type, and an analog surplus signal obtained by accurately doubling the output voltage of the subtractor 76 by the amplifier 78 is input to the sub A / D converter in the subsequent stage. Ideally. On the other hand, in the example of FIG. 2, the gain of the amplifier 78 of the first-stage sub A / D converter 46 is assumed to be “1.9”. That is, as in the case of FIG. 8, if the gain of the amplifier 78 is represented by “2 + g”, the gain error “g” = “− 0.1”.

つまり、初段のサブA/D変換器46の増幅器78は、減算器76の出力を、本来(変換誤差がない理想的な状態)であれば、2倍して出力するところ、1.9倍して出力することになる。   That is, the amplifier 78 of the first-stage sub A / D converter 46 doubles the output of the subtractor 76 if it is originally (an ideal state with no conversion error), and outputs 1.9 times. Will be output.

また、変換誤差補正回路44は、前述の減算器74と、減算器80と、増幅器52と、加算器56と、誤差補正用A/D変換器(4ビット精度)50と、増幅器54と、減算器58と、乗算器60と、長時間平均回路62と、乗算器64と、累積加算回路66とによって構成されている。   The conversion error correction circuit 44 includes a subtractor 74, a subtractor 80, an amplifier 52, an adder 56, an A / D converter for error correction (4-bit accuracy) 50, an amplifier 54, The subtractor 58, the multiplier 60, the long-time averaging circuit 62, the multiplier 64, and the cumulative addition circuit 66 are configured.

ここで、減算器74,80と増幅器52と加算器56は、本発明の演算回路の一例を構成する。本実施形態の演算回路は、誤差補正対象の初段のサブA/D変換器46のサブデジタルコードおよびサブデジタルコードをD/A変換したアナログ信号から既知のテスト信号tsを減算するとともに、このテスト信号を減算したサブデジタルコードD ̄と、D/A変換したアナログ信号から減算したテスト信号tsの成分と誤差補正対象の初段のサブA/D変換器46におけるA/D変換の誤差の成分を含む後段のサブA/D変換器48のサブデジタルコードDBEとを加算してデジタルコードDOUTを生成する。 Here, the subtractors 74 and 80, the amplifier 52, and the adder 56 constitute an example of the arithmetic circuit of the present invention. The arithmetic circuit of the present embodiment subtracts a known test signal ts from the sub-digital code of the first stage sub-A / D converter 46 to be error-corrected and an analog signal obtained by D / A-converting the sub-digital code. The sub-digital code D ̄ obtained by subtracting the signal, the component of the test signal ts subtracted from the D / A converted analog signal, and the error component of the A / D conversion in the first stage sub-A / D converter 46 to be corrected. A digital code D OUT is generated by adding the sub digital code D BE of the sub A / D converter 48 in the subsequent stage.

また、乗算器64と累積加算器66は、増幅器52,54のフィードバック調整機能と合わせて本発明の補正回路を構成する。補正回路は、長時間平均回路62の出力を用いて、演算回路(図2の例では、出力段の加算器56)から出力されるデジタルコードDOUTに含まれるA/D変換の誤差の成分を補正するものである。 The multiplier 64 and the cumulative adder 66 together with the feedback adjustment function of the amplifiers 52 and 54 constitute a correction circuit of the present invention. The correction circuit uses the output of the long-time averaging circuit 62 and uses the output of the A / D conversion error included in the digital code D OUT output from the arithmetic circuit (the adder 56 in the output stage in the example of FIG. 2). Is to correct.

減算器74は、前述の通り、初段のサブA/D変換器46の内部に配置されている。   As described above, the subtracter 74 is disposed inside the first-stage sub A / D converter 46.

減算器80の+端子には、初段のサブA/D変換器46から出力される初段のサブデジタルコードが入力され、−端子には、テスト信号tsが入力される。減算器80の出力は増幅器52に入力される。   The first stage sub-digital code output from the first stage sub-A / D converter 46 is input to the + terminal of the subtractor 80, and the test signal ts is input to the − terminal. The output of the subtracter 80 is input to the amplifier 52.

誤差補正用A/D変換器50にはアナログ入力信号yが入力される。誤差補正用A/D変換器50の出力は増幅器54に入力される。   The analog input signal y is input to the error correction A / D converter 50. The output of the error correction A / D converter 50 is input to the amplifier 54.

加算器56には、増幅器52の出力と後段のサブA/D変換器48から出力される9ビットの後段のサブデジタルコードが入力される。減算器58の+端子には加算器56の出力が入力され、−端子には、増幅器54の出力が入力される。乗算器60には、減算器58の出力とテスト信号tsが入力され、乗算器60の出力は長時間平均回路62に入力される。乗算器64には、長時間平均回路62の出力とゲイン補正重み付け係数が入力され、乗算器64の出力は累積加算器66に入力され、累積加算器66の出力は増幅器52,54に入力される。   The adder 56 receives the output of the amplifier 52 and the 9-bit downstream sub-digital code output from the downstream sub-A / D converter 48. The output of the adder 56 is input to the + terminal of the subtractor 58, and the output of the amplifier 54 is input to the − terminal. The multiplier 60 receives the output of the subtractor 58 and the test signal ts, and the output of the multiplier 60 is input to the long time averaging circuit 62. The multiplier 64 receives the output of the long-time averaging circuit 62 and the gain correction weighting coefficient, the output of the multiplier 64 is input to the cumulative adder 66, and the output of the cumulative adder 66 is input to the amplifiers 52 and 54. The

ここで、アナログ入力信号yは、図3のグラフに示すように、各サンプリング時間毎に変化する、0〜9MHzの帯域のスペクトラムを持つ所定強度の信号であるとする。図3のグラフの縦軸はアナログ入力信号yの信号強度を表し、横軸はその周波数を表す。また、図2に示すパイプライン型A/D変換回路40のサンプリングレートは20MHzであるとする。すなわち、ナイキスト周波数は10MHzである。   Here, it is assumed that the analog input signal y is a signal having a predetermined intensity having a spectrum in a band of 0 to 9 MHz, which changes at each sampling time, as shown in the graph of FIG. The vertical axis of the graph in FIG. 3 represents the signal intensity of the analog input signal y, and the horizontal axis represents the frequency. Further, it is assumed that the sampling rate of the pipeline type A / D conversion circuit 40 shown in FIG. 2 is 20 MHz. That is, the Nyquist frequency is 10 MHz.

一方、テスト信号tsは、2^32のサンプリング時間毎の周期で繰り返され、各サンプリング時間毎に変化する、疑似ランダム信号(PRBS信号)であるとする。テスト信号tsは、図4のグラフに示すように、ナイキスト周波数よりも低い周波数を持つ、ほぼ白色(信号強度が周波数にほとんど依存しない)の信号である。図4のグラフの縦軸はテスト信号tsの信号強度を表し、横軸はその周波数を表す。また、同図には、テスト信号tsと乗算される減算器58の出力(残留デジタルコード)DRESも示してある。 On the other hand, it is assumed that the test signal ts is a pseudo-random signal (PRBS signal) that is repeated at a sampling interval of 2 ^ 32 and changes at each sampling time. As shown in the graph of FIG. 4, the test signal ts is a substantially white signal (the signal intensity hardly depends on the frequency) having a frequency lower than the Nyquist frequency. The vertical axis of the graph in FIG. 4 represents the signal strength of the test signal ts, and the horizontal axis represents the frequency. The figure also shows the output (residual digital code) D RES of the subtractor 58 multiplied by the test signal ts.

次に、図2に示すパイプライン型A/D変換回路の動作を説明する。   Next, the operation of the pipeline type A / D conversion circuit shown in FIG. 2 will be described.

以下の説明では、1サンプリング時間毎に、A/D変換回路本体42によりA/D変換が行われるものとする。また、長時間平均をとる際、2^12=4096サンプルについて1回長時間平均をとるものとする。つまり、前述のように、サンプリングレートが20MHzであることを考えると、204.8μSにつき1回ずつ長時間平均をとることになる。   In the following description, it is assumed that A / D conversion is performed by the A / D conversion circuit main body 42 every sampling time. In addition, when taking the long-time average, the long-time average is taken once for 2 ^ 12 = 4096 samples. That is, as described above, considering that the sampling rate is 20 MHz, a long-time average is taken once per 204.8 μS.

初段のサブA/D変換器46では、A/D変換ユニット70により、アナログ入力信号yがA/D変換され、初段のサブデジタルコードDが出力されるとともに、初段のサブデジタルコードは、D/A変換ユニット72によりD/A変換される。   In the first stage sub A / D converter 46, the analog input signal y is A / D converted by the A / D conversion unit 70, and the first stage sub digital code D is output. D / A conversion is performed by the / A conversion unit 72.

変換誤差補正回路44では、初段のサブA/D変換器46内の減算器74により、D/A変換ユニット72の出力から既知のテスト信号tsが減算され、その減算結果D ̄=D−tsが出力される。   In the conversion error correction circuit 44, a known test signal ts is subtracted from the output of the D / A conversion unit 72 by a subtracter 74 in the first stage sub A / D converter 46, and the subtraction result D 結果 = D−ts. Is output.

また、減算器80により、初段のサブA/D変換器46から出力される初段のサブデジタルコードDから同一のテスト信号tsが減算され、その減算結果D ̄が出力される。つまり、D ̄=D−tsであり、2つの減算器74,80の出力は同じD ̄となる。続いて、増幅器52により、減算器80の出力D ̄が2倍に増幅されて出力される。つまり、増幅器52の出力電圧は2D ̄となる。   The subtracter 80 subtracts the same test signal ts from the first stage sub-digital code D output from the first stage sub A / D converter 46, and outputs the subtraction result D 結果. That is, D ̄ = D−ts, and the outputs of the two subtracters 74 and 80 are the same D ̄. Subsequently, the output D 出力 of the subtractor 80 is amplified by a factor of 2 and output by the amplifier 52. That is, the output voltage of the amplifier 52 is 2D.

ここで、増幅器52のゲイン‘G’は、初期値として、初段のサブA/D変換器46の増幅器78の本来期待しているゲインである2倍に設定される。   Here, the gain ‘G’ of the amplifier 52 is set to an initial value of 2 which is the originally expected gain of the amplifier 78 of the sub A / D converter 46 in the first stage.

さらに、誤差補正用A/D変換器50により、アナログ入力信号yが4ビット精度でデジタルコードにA/D変換され、誤差補正用A/D変換器50の出力Dは、増幅器54により、2倍に増幅されて出力される。つまり、増幅器54の出力は2Dとなる。   Further, the analog input signal y is A / D converted into a digital code with 4-bit accuracy by the error correction A / D converter 50, and the output D of the error correction A / D converter 50 is Amplified twice and output. That is, the output of the amplifier 54 is 2D.

ここで、増幅器54のゲイン‘G’も、初期値として、初段のサブA/D変換器46の増幅器78の本来期待しているゲインである2倍に設定される。   Here, the gain ‘G’ of the amplifier 54 is also set to an initial value of 2 which is the originally expected gain of the amplifier 78 of the sub A / D converter 46 in the first stage.

また、初段のサブA/D変換器46では、減算器76により、アナログ入力信号yから減算器74の出力D ̄が減算され、さらに、増幅器78により、減算器76の出力(y−D ̄)が1.9倍に増幅されて出力される。つまり、減算器の出力は1.9(y−D ̄)となる。   In the first stage sub A / D converter 46, the subtracter 76 subtracts the output D ̄ of the subtractor 74 from the analog input signal y, and the amplifier 78 further outputs the output (y−D ̄) of the subtractor 76. ) Is amplified by 1.9 times and output. That is, the output of the subtracter is 1.9 (y−D ̄).

後段のサブA/D変換器48からは、9ビットからなる後段のサブデジタルコードDBEが出力される。ここで、後段のサブデジタルコードDBEは、前述の通り、初段のアナログ余剰信号と等価であると考えることができるので、後段のサブデジタルコードDBE=1.9(y−D ̄)で表せる。 The sub-A / D converter 48 at the subsequent stage outputs a sub-digital code D BE having 9 bits. Here, the subsequent stage of the sub digital code D BE, as described above, since it can be considered to be equivalent to the first stage of the analog surplus signals, in a subsequent sub digital code D BE = 1.9 (y-D¯ ) I can express.

続いて、加算器56により、増幅器52の出力2D ̄と後段のサブA/D変換器48の出力DBEが加算され、デジタルコードDOUTが出力される。つまり、加算器56の出力DOUT=2D ̄+DBE=1.9y+0.1D ̄となる。初段のA/D変換器46の増幅器78のゲイン‘g’=1.9に対し、変換誤差補正回路44の増幅器52のゲイン‘G’=2であるから、両者の差分=0.1に比例した強度でテスト信号tsの成分がデジタルコードDOUTに混ざり込んでいる。 Subsequently, the adder 56 adds the output 2D ̄ of the amplifier 52 and the output D BE of the sub A / D converter 48 in the subsequent stage, and outputs a digital code D OUT . That is, the output D OUT of the adder 56 is 2D ̄ + D BE = 1.9y + 0.1D ̄. Since the gain “g” of the amplifier 78 of the first stage A / D converter 46 = 1.9, the gain “G” = 2 of the amplifier 52 of the conversion error correction circuit 44, the difference between the two becomes 0.1. The component of the test signal ts is mixed in the digital code D OUT with a proportional intensity.

続いて、減算器58により、加算器56の出力DOUTから、増幅器54の出力2Dが減算され、残留デジタルコードDRESが出力される。ここで、増幅器54の出力2Dがアナログ入力信号yの2倍の電圧2yとほぼ等価であると考えると、減算器58の出力DRES=1.9y+0.1D ̄−2D=−0.1y+0.1D ̄となり、減算器58の出力DRESに含まれるアナログ入力信号yの成分は‘1.9’から‘−0.1’へと大幅に低減される。 Subsequently, the subtracter 58 subtracts the output 2D of the amplifier 54 from the output D OUT of the adder 56, and outputs a residual digital code D RES . Here, assuming that the output 2D of the amplifier 54 is substantially equivalent to the voltage 2y that is twice the analog input signal y, the output D RES of the subtractor 58 = 1.9y + 0.1D ̄−2D = −0.1y + 0. The component of the analog input signal y included in the output D RES of the subtractor 58 is greatly reduced from “1.9” to “−0.1”.

このように、加算器56の出力DOUTから、アナログ入力信号yの成分を低減させることにより、誤差推定値‘gest〜’を算出する時の収束性を大幅に高くすることができ、比較的短時間で高精度な変換誤差補正を行うことができる。 In this way, by reducing the component of the analog input signal y from the output D OUT of the adder 56, the convergence when calculating the error estimated value 'g est ~' can be greatly increased. It is possible to perform highly accurate conversion error correction in a short time.

つまり、アナログ入力信号次第では、誤差推定が収束しないケースをほとんど解消することができ、A/D変換の要求精度と変換誤差推定の収束速度との間に存在するトレードオフも劇的に解消することができる。また、誤差推定の収束安定性が、アナログ入力信号の具体的な波形に影響を受けることがなくなり、バックグラウンドでの誤差推定の安定性、信頼性を飛躍的に向上させることができる。   In other words, depending on the analog input signal, the case where the error estimation does not converge can be almost eliminated, and the trade-off between the required accuracy of A / D conversion and the convergence speed of the conversion error estimation is also dramatically eliminated. be able to. Also, the convergence stability of error estimation is not affected by the specific waveform of the analog input signal, and the stability and reliability of error estimation in the background can be dramatically improved.

さらに続いて、乗算器60により、減算器58の出力DRESとテスト信号tsが乗算される。つまり、減算器58の出力DRES*ts=−0.1y*ts+0.1D*ts−0.1*tsとなる。 Subsequently, the multiplier 60 multiplies the output D RES of the subtractor 58 and the test signal ts. That is, the output D RES * ts = −0.1y * ts + 0.1D * ts−0.1 * ts 2 of the subtractor 58 is obtained.

続いて、長時間平均回路62により、乗算器60の出力の長時間平均(サンプル数N=2^12=4096の累積加算平均)が算出され、増幅器78のゲイン誤差の推定値‘gest〜’が算出される。つまり、推定値gest〜=E(DOUT*ts)=E(−0.1y*ts+0.1D*ts−0.1*ts)≒−0.1*E(ts)となる。Eは、同様に長時間平均であることを表す記号である。 Subsequently, the long-time average circuit 62 calculates the long-time average of the output of the multiplier 60 (cumulative addition average of the number of samples N = 2 ^ 12 = 4096), and the gain error estimate value ' gest ~ 'Is calculated. That is, the estimated value g est ˜ = E (D OUT * ts) = E (−0.1y * ts + 0.1D * ts−0.1 * ts 2 ) ≈−0.1 * E (ts 2 ). Similarly, E is a symbol that represents a long-term average.

残留デジタルコードDRESとテスト信号tsの積算の長時間平均をとると、テスト信号tsとその相関成分だけが、ゲイン‘G’とサブA/D変換器46のゲイン‘g’の差分だけ重み付けされて出力される。本具体例では、誤差補正用A/D変換器50と増幅器54と減算器58により、デジタルコードDOUTからアナログ入力信号yの成分の大部分が除去されるので、アナログ入力信号yとテスト信号tsの相関成分はほとんど無視することができる。 When the long-time average of the integration of the residual digital code D RES and the test signal ts is taken, only the difference between the gain “G” and the gain “g” of the sub A / D converter 46 is weighted only for the test signal ts and its correlation component. Is output. In this specific example, since most of the components of the analog input signal y are removed from the digital code D OUT by the error correction A / D converter 50, the amplifier 54, and the subtractor 58, the analog input signal y and the test signal are removed. The correlation component of ts can be almost ignored.

アナログ入力信号yとテスト信号tsの相関成分が無視できる場合、推定値‘gest〜’の算出式のうち、E(−0.1y*ts)、E(0.1D*ts)は、それぞれ、所定サンプル数Nの長時間平均をとることにより‘0’に漸近し、推定値gest〜=E(−0.1*ts)=−0.1*E(ts)となる。また、E(ts)は、所定サンプル数Nの長時間平均をとることにより既知の値、本例では‘1’に漸近し、推定値gest〜=−0.1=‘g’となる。 If the correlation component of the analog input signal y and the test signal ts is negligible, of the calculation formula of the estimation value 'g est ~', E ( -0.1y * ts), E (0.1D * ts) , respectively Asymptotically approaching “0” by taking a long-time average of the predetermined number of samples N, the estimated value g est ˜ = E (−0.1 * ts 2 ) = − 0.1 * E (ts 2 ). Further, E (ts 2 ) is asymptotic to a known value by taking a long-time average of the predetermined number of samples N, in this example, “1”, and the estimated value g est ˜−−0.1 = “g” Become.

つまり、アナログ入力信号yとテスト信号tsの相関成分が無視できる場合、変換誤差補正回路44により、推定値‘gest〜’を得ることができる。また、前述のように、加算器56の出力DOUTから、アナログ入力信号yの成分の大部分を除去することにより、従来と比べて、誤差推定値‘gest〜’を算出する時の収束性を大幅に高くすることができ、比較的短時間で高精度な変換誤差補正を行うことができる。 That is, when the correlation component between the analog input signal y and the test signal ts can be ignored, the conversion error correction circuit 44 can obtain the estimated value “g est ”. Further, as described above, by removing most of the components of the analog input signal y from the output D OUT of the adder 56, the convergence when calculating the error estimated value 'g est ~' as compared with the conventional case. Therefore, the conversion error can be corrected with high accuracy in a relatively short time.

続いて、長時間平均回路62の出力に対して、乗算器64により、ゲイン補正重み付け係数を乗算する。ここで、ゲイン補正重み付け係数の値は、長時間平均1回(サンプル数N=2^12=4096回)当たりゲイン誤差‘g’が半分補正される係数の大きさとする。このゲイン補正重み付け係数の値を変えることにより、誤差推定値‘gest〜’を算出する時の収束時間を変える(調整する)ことができる。 Subsequently, the multiplier 64 multiplies the output of the long time averaging circuit 62 by a gain correction weighting coefficient. Here, the value of the gain correction weighting coefficient is set to the magnitude of the coefficient by which the gain error “g” is corrected by half per one time average (number of samples N = 2 ^ 12 = 4096). By changing the value of the gain correction weighting coefficient, it is possible to change (adjust) the convergence time when calculating the error estimated value 'g est ~'.

ゲイン補正重み付け係数の値を小さくすると、増幅器52,54のゲインの変化を遅くできるが、この値を小さくしすぎると、増幅器52,54のゲインが初期値から最適値(この例の場合は1.9)に収束するまでの収束時間が長くなる。一方、係数の値を大きくすると、増幅器52,54のゲインが早く変化するが、この値を大きくしすぎると、増幅器52,54のゲインが初期値から最適値を通り過ぎて、かえって収束時間が長くなる場合がある。係数の値はテスト信号tsに依存するので、テスト信号tsに応じて適宜決定することが望ましい。   If the value of the gain correction weighting factor is decreased, the change in the gain of the amplifiers 52 and 54 can be delayed. However, if the value is excessively decreased, the gain of the amplifiers 52 and 54 is changed from the initial value to the optimum value (1 in this example). .9) The convergence time until convergence is increased. On the other hand, when the value of the coefficient is increased, the gains of the amplifiers 52 and 54 change rapidly. However, if this value is increased too much, the gains of the amplifiers 52 and 54 pass the optimum value from the initial value, and the convergence time is rather long. There is a case. Since the value of the coefficient depends on the test signal ts, it is desirable to appropriately determine the coefficient according to the test signal ts.

続いて、乗算器64の出力は、累積加算器66により順次累積加算される。そして、累積加算器66の出力が2つの増幅器52,54にフィードバックされ、これらの増幅器52,54のゲイン‘G’が変更(調整)される。これ以後、増幅器52,54のゲイン‘G’が最適値に補正されるまで、上記動作が繰り返される。Gが最適値に補正されると、累積加算器66の出力が固定され、変換誤差補正が完了する。   Subsequently, the output of the multiplier 64 is sequentially cumulatively added by the cumulative adder 66. The output of the cumulative adder 66 is fed back to the two amplifiers 52 and 54, and the gain 'G' of these amplifiers 52 and 54 is changed (adjusted). Thereafter, the above operation is repeated until the gain “G” of the amplifiers 52 and 54 is corrected to the optimum value. When G is corrected to the optimum value, the output of the cumulative adder 66 is fixed and the conversion error correction is completed.

前述の通り、ゲイン補正重み付け係数の値は、長時間平均1回(サンプル数N=2^12=4096回)当たりゲイン誤差‘g’が半分補正される係数の大きさであるから、長時間平均を1回終えた後のゲイン‘G’は2から1.95へと補正される。同様に、ゲイン‘G’=1.95になった後、もう1度長時間平均をとると、ゲイン‘G’は1.95から1.925に更新される。これを何度も繰り返すうちゲイン‘G’は1.9に漸近する。   As described above, since the value of the gain correction weighting coefficient is the magnitude of the coefficient by which the gain error “g” is corrected by half per one time average (number of samples N = 2 ^ 12 = 4096), The gain “G” after averaging once is corrected from 2 to 1.95. Similarly, after gain ‘G’ = 1.95, if the average is taken again for a long time, gain ‘G’ is updated from 1.95 to 1.925. The gain 'G' asymptotically approaches 1.9 as this is repeated many times.

ゲイン‘G’が約1.9に収束した後の残留出力コードDRESの状態は、誤差補正用A/D変換器50の量子化ノイズに等しいので、図5のグラフに示すように、ほぼ白色で、かつ信号強度はアナログ入力信号よりもはるかに小さい。すなわち、ゲイン‘G’がランダムに補正される項は、誤差補正用A/D変換器50を設けることにより劇的に小さくなる。同様に、図5のグラフの縦軸は残留出力コードDRESの信号強度を表し、横軸はその周波数を表す。 Since the state of the residual output code D RES after the gain “G” has converged to about 1.9 is equal to the quantization noise of the error correction A / D converter 50, as shown in the graph of FIG. It is white and the signal strength is much smaller than the analog input signal. That is, the term in which the gain “G” is corrected at random is dramatically reduced by providing the error correction A / D converter 50. Similarly, the vertical axis of the graph of FIG. 5 represents the signal strength of the residual output code D RES , and the horizontal axis represents its frequency.

なお、本発明において、アナログ入力信号の波形(周波数帯域および信号強度)、テスト信号の波形(ランダム、方形波等)、長時間平均のサンプル数(安定な誤差推定が望める任意の範囲内)は何ら限定されない。また、A/D変換回路本体のビット数(デジタルコードのビット精度)およびサンプリング周波数、誤差補正対象のサブA/D変換器の位置およびビット数、誤差補正用A/D変換器のビット数も何ら限定されない。   In the present invention, the waveform of the analog input signal (frequency band and signal strength), the waveform of the test signal (random, square wave, etc.), the average number of samples for a long time (within an arbitrary range where stable error estimation can be expected) are It is not limited at all. Also, the number of bits of the A / D conversion circuit body (bit accuracy of the digital code) and sampling frequency, the position and number of bits of the sub-A / D converter subject to error correction, and the number of bits of the A / D converter for error correction It is not limited at all.

本発明によれば、前述のように、誤差推定値の算出式におけるアナログ入力信号とテスト信号の相関成分が無視できる。従って、テスト信号としてランダム信号ではなく、図6のグラフに示すような方形波を用いることもできる。図6のグラフには、テスト信号として500KHzの方形波とその高調波の一部を示している。図6のグラフの縦軸はテスト信号の信号強度を表し、横軸はその周波数を表す。また、同図には、残留デジタルコードDRESも示してある。 According to the present invention, as described above, the correlation component between the analog input signal and the test signal in the error estimation value calculation formula can be ignored. Therefore, a square wave as shown in the graph of FIG. 6 can be used as a test signal instead of a random signal. The graph of FIG. 6 shows a 500 KHz square wave and a part of its harmonics as test signals. The vertical axis of the graph in FIG. 6 represents the signal strength of the test signal, and the horizontal axis represents the frequency. In the same figure, the residual digital code D RES is also shown.

また、変換誤差補正回路44による手法は、サブA/D変換器46の出力段の増幅器78のゲイン誤差‘g’に限らず、他の様々な構成要素における誤差モデル、誤差の度合いに対しても適用可能である。また、変換誤差補正回路における、誤差推定値の演算回路(演算方法)も何ら限定されない(演算式、誤差補正演算で現れる各種係数の値、LUT(ルックアップテーブル)の使用等)。   Further, the method using the conversion error correction circuit 44 is not limited to the gain error “g” of the amplifier 78 at the output stage of the sub A / D converter 46, and is based on the error model and the degree of error in other various components. Is also applicable. In addition, the calculation circuit (calculation method) of the error estimation value in the conversion error correction circuit is not limited at all (calculation formula, values of various coefficients appearing in the error correction calculation, use of LUT (lookup table), etc.).

本発明は、基本的に以上のようなものである。
以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
The present invention is basically as described above.
Although the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various improvements and modifications may be made without departing from the gist of the present invention.

10,40,100,120,150 パイプライン型A/D変換回路
12,42,102,122 A/D変換回路本体
14,44,124 変換誤差補正回路
16,18,46,48,106,126,128 サブA/D変換器
20,50 誤差補正用A/D変換器
22,24,52,54,78,118,132 増幅器
26,56,136 加算器
28,58,74,76,80,114,116,130 減算器
30,60,64,140 乗算器
32,62,142 長時間平均回路
66 累積加算回路
70,110 A/D変換ユニット
72,112 D/A変換ユニット
104 デコーダ
10, 40, 100, 120, 150 Pipeline type A / D conversion circuit 12, 42, 102, 122 A / D conversion circuit main body 14, 44, 124 Conversion error correction circuit 16, 18, 46, 48, 106, 126 , 128 Sub A / D converter 20, 50 A / D converter for error correction 22, 24, 52, 54, 78, 118, 132 Amplifier 26, 56, 136 Adder 28, 58, 74, 76, 80, 114, 116, 130 Subtractor 30, 60, 64, 140 Multiplier 32, 62, 142 Long-time averaging circuit 66 Cumulative addition circuit 70, 110 A / D conversion unit 72, 112 D / A conversion unit 104 Decoder

Claims (5)

アナログ入力信号をA/D変換してサブデジタルコードを出力するA/D変換ユニットと、
該サブデジタルコードをD/A変換するD/A変換ユニットと、
該D/A変換ユニットの出力からテスト信号を減算する第1の減算器と、
該第1の減算器の出力と該アナログ入力信号とを加算する第2の減算器と、
該第2の減算器の出力を増幅してアナログ余剰信号を出力する第1の増幅器からなるサブA/D変換器を複数有し、
前記複数のサブA/D変換器を縦列接続して構成され、各々の該サブA/D変換器により、該アナログ入力信号を、所定ビット精度のデジタルコードに、該デジタルコードの最上位ビット側から段階的に順次A/D変換するA/D変換回路本体と、
前記複数のサブA/D変換器のうち、誤差補正対象のサブA/D変換器におけるA/D変換の誤差補正を行う変換誤差補正回路とを備え、
前記変換誤差補正回路は、該テスト信号を減算したサブデジタルコードと、誤差の成分を含む該アナログ余剰信号を入力した後段のサブA/D変換器のサブデジタルコードとを加算してデジタルコードを生成する演算回路と、
前記アナログ入力信号を、デジタルコードにA/D変換する誤差補正用A/D変換器と、
前記演算回路の出力から、前記誤差補正用A/D変換器の出力を減算する第3の減算器と、
前記減算器の出力と前記テスト信号とを乗算する乗算器と、
前記乗算器の出力を平均して、前記誤差補正対象のサブA/D変換器におけるA/D変換の誤差推定値を算出する平均回路と、前記平均回路の出力を用いて、前記演算回路から出力されるデジタルコードに含まれる前記テスト信号を減算したサブデジタルコードを補正する補正回路とを有することを特徴とするパイプライン型A/D変換回路。
An A / D conversion unit for A / D converting an analog input signal and outputting a sub-digital code;
A D / A conversion unit for D / A converting the sub-digital code;
A first subtracter for subtracting a test signal from the output of the D / A conversion unit;
A second subtracter for adding the output of the first subtracter and the analog input signal;
A plurality of sub A / D converters comprising a first amplifier for amplifying the output of the second subtractor and outputting an analog surplus signal;
The plurality of sub A / D converters are connected in cascade, and each of the sub A / D converters converts the analog input signal into a digital code with a predetermined bit precision and the most significant bit side of the digital code. An A / D conversion circuit main body that performs A / D conversion sequentially from
A conversion error correction circuit that performs error correction of A / D conversion in the sub A / D converter to be corrected among the plurality of sub A / D converters;
The conversion error correction circuit adds the sub-digital code obtained by subtracting the test signal and the sub-digital code of the sub-A / D converter at the subsequent stage to which the analog surplus signal including the error component is input to obtain a digital code. An arithmetic circuit to be generated;
An A / D converter for error correction for A / D converting the analog input signal into a digital code;
A third subtracter for subtracting the output of the error correction A / D converter from the output of the arithmetic circuit;
A multiplier for multiplying the output of the subtracter by the test signal;
The smoothed output of the multiplier flat, and average circuit you calculate the estimated error value of the A / D conversion in the error corrected sub A / D converter, with the output of the previous Kitaira equalizing circuit And a correction circuit for correcting a sub-digital code obtained by subtracting the test signal included in the digital code output from the arithmetic circuit.
前記補正回路は、平均の期間内に、前記誤差補正用A/D変換器の出力の補正を複数回行うことを特徴とする請求項1に記載のパイプライン型A/D変換回路。 The correction circuit, within a period of Hitoshi Taira, the pipelined A / D converter circuit according to claim 1, characterized in that a plurality of times to correct the output of the error correction A / D converter. 前記補正回路は、前記テスト信号を減算したサブデジタルコードを増幅する第2の増幅器と、前記誤差補正用A/D変換器の出力を増幅する第3の増幅器のゲインの変化を調整することを特徴とする請求項1または2に記載のパイプライン型A/D変換回路。  The correction circuit adjusts a change in gain of a second amplifier that amplifies the sub-digital code obtained by subtracting the test signal and a third amplifier that amplifies the output of the error correction A / D converter. The pipeline type A / D conversion circuit according to claim 1 or 2, 前記テスト信号は、方形波であることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のパイプライン型A/D変換回路。  4. The pipeline type A / D conversion circuit according to claim 1, wherein the test signal is a square wave. 前記補正回路は、前記A/D変換の誤差の成分と前記第1および第2の増幅器のゲインの変化を調整する係数とを乗算する第2の乗算器と、該第2の乗算器の出力を累積加算する累積加算器とを備え、  The correction circuit includes a second multiplier that multiplies the error component of the A / D conversion by a coefficient that adjusts a change in gain of the first and second amplifiers, and an output of the second multiplier. A cumulative adder for cumulatively adding
該累積加算器の出力によって、前記第2および第3の増幅器の増幅率を制御することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のパイプライン型A/D変換回路。  5. The pipeline type A / D conversion circuit according to claim 1, wherein amplification factors of the second and third amplifiers are controlled by an output of the cumulative adder.
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