Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP6136097B2 - A / D conversion circuit and electronic device - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP6136097B2 - A / D conversion circuit and electronic device - Google Patents

A / D conversion circuit and electronic device Download PDF

Info

Publication number
JP6136097B2
JP6136097B2 JP2012078952A JP2012078952A JP6136097B2 JP 6136097 B2 JP6136097 B2 JP 6136097B2 JP 2012078952 A JP2012078952 A JP 2012078952A JP 2012078952 A JP2012078952 A JP 2012078952A JP 6136097 B2 JP6136097 B2 JP 6136097B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
conversion
data
conversion circuit
comparison
code
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2012078952A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2013211611A (en
Inventor
秀生 羽田
秀生 羽田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP2012078952A priority Critical patent/JP6136097B2/en
Publication of JP2013211611A publication Critical patent/JP2013211611A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6136097B2 publication Critical patent/JP6136097B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Description

本発明は、A/D変換回路及び電子機器等に関する。   The present invention relates to an A / D conversion circuit, an electronic device, and the like.

従来から、アナログ信号をデジタルデータに変換するA/D変換回路として、逐次比較型のA/D変換回路が知られている。この逐次比較型のA/D変換回路は、比較回路と、逐次比較レジスターと、D/A変換回路を備え、入力信号をサンプル・ホールドした信号を逐次比較動作によりA/D変換することでデジタルデータを出力する。このような逐次比較型のA/D変換回路の従来技術としては特許文献1等に開示される技術が知られている。   Conventionally, a successive approximation type A / D conversion circuit is known as an A / D conversion circuit that converts an analog signal into digital data. This successive approximation type A / D conversion circuit includes a comparison circuit, a successive approximation register, and a D / A conversion circuit, and digitally converts a signal obtained by sampling and holding an input signal by a successive approximation operation. Output data. As a conventional technique of such a successive approximation type A / D conversion circuit, a technique disclosed in Patent Document 1 is known.

特開平8−321779号公報JP-A-8-321779

さて、A/D変換回路を高分解能化する技術としてオーバーサンプリングがあり、オーバーサンプリングを行うと量子化ノイズを低減できる等のメリットがある。しかしながら、後段のデジタルフィルター(例えばデシメーションフィルター)により群遅延を生じるため、例えば不定期に1回のサンプリングを行う用途には不向きである等の課題がある。   As a technique for increasing the resolution of the A / D conversion circuit, there is oversampling. When oversampling is performed, there is an advantage that quantization noise can be reduced. However, since a group delay is caused by a subsequent digital filter (for example, a decimation filter), there is a problem that it is not suitable for an application in which sampling is performed once irregularly, for example.

本発明の幾つかの態様によれば、後段のデジタルフィルターを設けずに疑似的なオーバーサンプリングを可能にするA/D変換回路及び電子機器等を提供できる。   According to some aspects of the present invention, it is possible to provide an A / D conversion circuit, an electronic device, and the like that enable pseudo oversampling without providing a subsequent digital filter.

本発明の一態様は、逐次比較における比較動作を行う比較回路と、前記逐次比較により更新される逐次比較用データを記憶する逐次比較レジスターを有する制御部と、前記逐次比較の結果に基づいて、出力データを出力する出力部と、を含み、前記制御部は、サンプリング動作から前記サンプリング動作の次のサンプリング動作までの間に、mビット(mは2以上の自然数)のA/D変換動作を複数回行う制御処理を行い、前記出力部は、前記複数回のA/D変換動作により得られた複数のmビットデータに基づいて、m+jビット(jは自然数)の前記出力データを出力するA/D変換回路に関係する。   One embodiment of the present invention is based on a comparison circuit that performs a comparison operation in successive approximation, a control unit that stores successive comparison data updated by successive approximation, and a result of the successive comparison, An output unit that outputs output data, and the control unit performs an m / bit (m is a natural number of 2 or more) A / D conversion operation from a sampling operation to a sampling operation next to the sampling operation. A control process is performed a plurality of times, and the output unit outputs m + j bits (j is a natural number) of the output data based on a plurality of m bit data obtained by the plurality of A / D conversion operations. / D conversion circuit.

本発明の一態様によれば、サンプリング動作からそのサンプリング動作の次のサンプリング動作までの間に、mビットのA/D変換動作が複数回行われ、その複数回のA/D変換動作により得られた複数のmビットデータに基づいて、m+jビットの出力データが出力される。これにより、後段のデジタルフィルターを設けずに疑似的なオーバーサンプリングを行うことが可能になる。   According to one embodiment of the present invention, an m-bit A / D conversion operation is performed a plurality of times between a sampling operation and the next sampling operation of the sampling operation, and can be obtained by the plurality of A / D conversion operations. Based on the plurality of m-bit data, m + j-bit output data is output. This makes it possible to perform pseudo oversampling without providing a digital filter at the subsequent stage.

また本発明の一態様では、前記比較回路の比較ノードに接続され、前記逐次比較用データのD/A変換を行うD/A変換回路を含み、前記D/A変換回路は、キャパシターアレイ部とスイッチアレイ部とを有し、前記制御部は、前記逐次比較用データの各ビットに対する前記キャパシターアレイ部のキャパシターの割り当てを、前記複数回のA/D変換動作の各回で変化させる制御を、前記スイッチアレイ部に対して行ってもよい。   In one embodiment of the present invention, a D / A conversion circuit connected to a comparison node of the comparison circuit and performing D / A conversion of the successive approximation data is included. The D / A conversion circuit includes: a capacitor array unit; A switch array unit, and the control unit performs control to change the allocation of the capacitor of the capacitor array unit to each bit of the successive approximation data at each of the plurality of A / D conversion operations, You may perform with respect to a switch array part.

このようにすれば、逐次比較用データの同一コードに対するキャパシターの割り当てを、A/D変換動作の各回で変化させることができる。これにより、1回のサンプル・ホールドに対して、値が異なる複数のA/D変換データを得ることができる。   In this way, the allocation of capacitors to the same code of the successive approximation data can be changed each time in the A / D conversion operation. Thereby, a plurality of A / D conversion data having different values can be obtained for one sample and hold.

また本発明の一態様では、前記比較回路の比較ノードに接続され、前記逐次比較用データのD/A変換を行うD/A変換回路と、前記比較ノードに接続され、キャパシターアレイ部とスイッチアレイ部とを有する第2のD/A変換回路と、を含み、前記制御部は、前記複数回のA/D変換動作の各回で異なるスイッチ制御を、前記第2のD/A変換回路のスイッチアレイ部に対して行ってもよい。   In one embodiment of the present invention, a D / A conversion circuit that is connected to a comparison node of the comparison circuit and performs D / A conversion of the successive approximation data, a capacitor array unit and a switch array that are connected to the comparison node A second D / A conversion circuit, and the control unit performs switch control different in each of the plurality of A / D conversion operations, and switches the second D / A conversion circuit. You may perform with respect to an array part.

このようにすれば、第2のD/A変換回路のスイッチアレイ部に対するスイッチ制御を変化させることができ、1回のサンプル・ホールドに対して、値が異なる複数のA/D変換データを得ることができる。   In this way, the switch control for the switch array unit of the second D / A conversion circuit can be changed, and a plurality of A / D conversion data having different values can be obtained for one sample and hold. be able to.

また本発明の一態様では、前記制御部は、前記複数回のA/D変換動作の各回で異なるコードデータを生成するコードデータ生成部を有し、前記コードデータに基づいて前記第2のD/A変換回路のスイッチアレイ部に対するスイッチ制御を行い、前記第2のD/A変換回路は、前記制御部によるスイッチ制御により前記コードデータのD/A変換を行ってもよい。   In the aspect of the invention, the control unit may include a code data generation unit that generates different code data at each of the plurality of A / D conversion operations, and the second D is generated based on the code data. The second D / A conversion circuit may perform D / A conversion of the code data by switch control by the control unit.

このようにすれば、A/D変換動作の各回で異なるコードデータを生成することで、1回のサンプル・ホールドに対するA/D変換データを変化させることができる。   In this way, A / D conversion data for one sample and hold can be changed by generating different code data each time of the A / D conversion operation.

また本発明の一態様では、前記制御部は、前記逐次比較を行うデータ範囲を決める上限値及び下限値を、前記A/D変換動作により得られたデータに基づいて更新してもよい。   In the aspect of the invention, the control unit may update an upper limit value and a lower limit value that determine a data range in which the successive comparison is performed based on data obtained by the A / D conversion operation.

このようにすれば、次回のA/D変換動作において逐次比較を行うデータ範囲を、A/D変換動作により得られたデータに基づいて更新できる。これにより、逐次比較を行うデータ範囲を小さくすることが可能になる。   In this way, the data range for successive comparison in the next A / D conversion operation can be updated based on the data obtained by the A / D conversion operation. This makes it possible to reduce the data range for successive comparisons.

また本発明の一態様では、前記制御部は、前記次のA/D変換動作により得られるデータの予測値を含むデータ範囲の、前記上限値及び前記下限値を設定してもよい。   In the aspect of the invention, the control unit may set the upper limit value and the lower limit value of a data range including a predicted value of data obtained by the next A / D conversion operation.

また本発明の一態様では、前記比較回路の比較ノードに接続され、前記逐次比較用データのD/A変換を行うD/A変換回路と、前記比較ノードに接続され、前記複数回のA/D変換動作の各回で異なるコードデータのD/A変換を行う第2のD/A変換回路と、を含み、前記制御部は、前記コードデータを生成するコードデータ生成部を有し、前記A/D変換動作により得られたデータと、前記A/D変換動作における前記コードデータと、前記次のA/D変換動作における前記コードデータとに基づいて、前記予測値を求めてもよい。   In one embodiment of the present invention, a D / A conversion circuit that is connected to a comparison node of the comparison circuit and performs D / A conversion of the successive approximation data, and is connected to the comparison node, and the plurality of A / A second D / A conversion circuit that performs D / A conversion of different code data at each D conversion operation, wherein the control unit includes a code data generation unit that generates the code data, and the A The predicted value may be obtained based on the data obtained by the / D conversion operation, the code data in the A / D conversion operation, and the code data in the next A / D conversion operation.

このようにすれば、1回のサンプル・ホールドに対して得られる複数のA/D変換データのうち、2回目以降のA/D変換データを予測し、逐次比較を行うデータ範囲を小さくできる。これにより、逐次比較に必要な時間を短縮できる。   In this way, it is possible to predict the second and subsequent A / D conversion data out of a plurality of A / D conversion data obtained for one sample and hold, and to reduce the data range for successive comparison. Thereby, the time required for the successive approximation can be shortened.

また本発明の一態様では、前記出力データを出力してから、前記次のサンプリング動作までの間、ディセーブル状態又は低消費電力モードに設定されてもよい。   In one embodiment of the present invention, the output data may be set to a disabled state or a low power consumption mode from the time when the output data is output until the next sampling operation.

このようにすれば、出力データを出力してから次のサンプリング動作までの間、A/D変換回路をディセーブル状態又は低消費電力モードに設定できるので、A/D変換回路を低消費電力化できる。   In this way, the A / D conversion circuit can be set to the disabled state or the low power consumption mode from the time when the output data is output until the next sampling operation, so that the A / D conversion circuit can be reduced in power consumption. it can.

また本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載されたA/D変換回路を含む電子機器に関係する。   Another aspect of the invention relates to an electronic device including the A / D conversion circuit described in any of the above.

比較例のA/D変換回路が行うオーバーサンプリング動作を表したタイミングチャート。The timing chart showing the oversampling operation which the A / D conversion circuit of a comparative example performs. 本実施形態のA/D変換回路の基本構成例。2 is a basic configuration example of an A / D conversion circuit according to the present embodiment. 本実施形態のA/D変換回路の動作を表したタイミングチャート。4 is a timing chart illustrating the operation of the A / D conversion circuit according to the embodiment. 本実施形態のA/D変換回路の詳細な構成例。2 is a detailed configuration example of an A / D conversion circuit according to the present embodiment. 本実施形態のA/D変換回路の動作を表したタイミングチャート。4 is a timing chart illustrating the operation of the A / D conversion circuit according to the embodiment. 図6(A)は、通常のオーバーサンプリングを行った場合のシミュレーション結果。図6(B)は、本実施形態の疑似的なオーバーサンプリングを行った場合のシミュレーション結果。FIG. 6A shows a simulation result when normal oversampling is performed. FIG. 6B shows a simulation result when the pseudo oversampling of this embodiment is performed. 変換予測処理についての説明図。Explanatory drawing about a conversion prediction process. 変換予測処理を行う場合のA/D変換動作のフローチャート。The flowchart of the A / D conversion operation | movement in the case of performing a conversion prediction process. 変換予測処理を行う場合のA/D変換動作のタイミングチャート。The timing chart of A / D conversion operation in the case of performing conversion prediction processing. 変換予測範囲の幅に対する逐次比較のサイクル数の特性。Characteristic of the number of cycles of successive approximation against the width of the conversion prediction range. 図11(A)〜図11(C)は、コードシフト手法についての説明図。FIGS. 11A to 11C are explanatory diagrams of the code shift method. 本実施形態のD/A変換回路の詳細な構成例。3 is a detailed configuration example of a D / A conversion circuit according to the present embodiment. 本実施形態の動作説明図。Operation | movement explanatory drawing of this embodiment. 第1のキャパシターアレイ部、第1のスイッチアレイ部、DEM制御部の詳細な構成例。3 shows a detailed configuration example of a first capacitor array unit, a first switch array unit, and a DEM control unit. 図15(A)、図15(B)は入力デジタルデータの各ビットへのキャパシターの割り当て手法の説明図。FIG. 15A and FIG. 15B are explanatory diagrams of a method for assigning capacitors to each bit of input digital data. 図16(A)、図16(B)も入力デジタルデータの各ビットへのキャパシターの割り当て手法の説明図。FIGS. 16A and 16B are also explanatory diagrams of a method of assigning capacitors to each bit of input digital data. 全差動型のD/A変換回路の詳細な構成例。3 shows a detailed configuration example of a fully differential D / A conversion circuit. 本実施形態の電子機器の構成例。1 is a configuration example of an electronic apparatus according to an embodiment.

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. The present embodiment described below does not unduly limit the contents of the present invention described in the claims, and all the configurations described in the present embodiment are indispensable as means for solving the present invention. Not necessarily.

1.本実施形態の比較例
まず、本実施形態の比較例として、通常のオーバーサンプリングを行うA/D変換回路について説明する。図1は、比較例のA/D変換回路が行う16倍のオーバーサンプリング動作を模式的に表したタイミングチャートである。
1. Comparative Example of this Embodiment First, an A / D conversion circuit that performs normal oversampling will be described as a comparative example of this embodiment. FIG. 1 is a timing chart schematically showing the 16 times oversampling operation performed by the A / D conversion circuit of the comparative example.

図1に示すように、比較例のA/D変換回路は、入力電圧を一定の間隔で連続的にサンプル・ホールド(S/H)し、1回のサンプル・ホールドに対して1回のA/D変換動作を行う。A/D変換で得られるデータは、14ビットのデータである。後段のデジタルフィルター(デシメーションフィルター)は、この14ビットのデータを受けて、16回のサンプリングにつき1回のレートで、最終的な16ビットの出力データDFQ1、DFQ2、・・・を出力する。   As shown in FIG. 1, the A / D conversion circuit of the comparative example continuously samples and holds (S / H) the input voltage at regular intervals, and performs one A / D for one sample and hold. / D conversion operation is performed. Data obtained by A / D conversion is 14-bit data. The subsequent digital filter (decimation filter) receives the 14-bit data and outputs final 16-bit output data DFQ1, DFQ2,... At a rate of once per 16 samplings.

このようなA/D変換回路が有効な出力データを得るためには、入力電圧を一定の間隔でサンプリングし続ける必要がある。例えば、サンプリングを開始してから最初に有効データが出力されるまでには、デジタルフィルターの群遅延分の時間が必要である。そのため、少なくとも1つの有効データを得るためには、サンプリング開始から群遅延分の時間、入力電圧を一定の間隔でサンプリングし続けなければならない。即ち、1回だけ入力電圧をサンプリングして1つの出力データを得る(以下では適宜、ワンショットのA/D変換と呼ぶ)という使い方は不可能ということである。   In order for such an A / D conversion circuit to obtain effective output data, it is necessary to continue sampling the input voltage at regular intervals. For example, a time corresponding to the group delay of the digital filter is required from the start of sampling until the first effective data is output. Therefore, in order to obtain at least one valid data, it is necessary to continue sampling the input voltage at regular intervals for the time corresponding to the group delay from the start of sampling. In other words, it is impossible to use one time by sampling the input voltage and obtaining one output data (hereinafter referred to as one-shot A / D conversion as appropriate).

例えば温度センサーなど、センサー出力の変化が比較的緩やかなセンサーでは、センサー出力を不定期にA/D変換すればよいという用途が考えられる。このような用途では、1回のサンプリングで1つの出力データが得られることが理想であり、上記比較例のA/D変換回路は不向きである。比較例のA/D変換回路でワンショットのA/D変換を実現する手法として、A/D変換後の14ビットデータを出力データとすることが考えられるが、オーバーサンプリングを行った場合に比べて出力データのビット数が異なる上、ビット数が減った分当然のことながら分解能が低下してしまう。   For example, in a sensor such as a temperature sensor whose change in sensor output is relatively gradual, an application may be considered in which the sensor output may be A / D converted irregularly. In such an application, it is ideal that one output data is obtained by one sampling, and the A / D conversion circuit of the comparative example is not suitable. As a method for realizing one-shot A / D conversion with the A / D conversion circuit of the comparative example, it is conceivable to use 14-bit data after A / D conversion as output data, but compared with the case where oversampling is performed. As a result, the number of bits of the output data is different, and the resolution is naturally reduced due to the decrease in the number of bits.

2.A/D変換回路の基本構成
そこで本実施形態では、1回のサンプリング動作に対して複数回のA/D変換動作を行い、1つのm+jビットデータ(mは2以上の自然数、jは自然数)を出力することで、ワンショットのA/D変換を実現する。なお以下ではm=14ビット、m+j=16ビットであり、1回のサンプリング当たり16回のA/D変換動作を行う場合を例に説明するが、本実施形態はこれに限定されない。即ち、1回のサンプリング当たりのA/D変換動作は任意のk回(kは2以上の自然数)であり、m+jが、k倍のオーバーサンプリングを行った場合の出力データのビット数に相当すればよい。
2. Therefore, in this embodiment, a plurality of A / D conversion operations are performed for one sampling operation, and one m + j bit data (m is a natural number of 2 or more and j is a natural number). Is output to realize one-shot A / D conversion. In the following, m = 14 bits and m + j = 16 bits, and a case where 16 A / D conversion operations are performed per sampling will be described as an example. However, the present embodiment is not limited to this. That is, A / D conversion operation per sampling is arbitrary k times (k is a natural number of 2 or more), and m + j corresponds to the number of bits of output data when k times oversampling is performed. That's fine.

図2に、本実施形態のA/D変換回路の基本構成例を示す。図2のA/D変換回路は、比較回路10、制御部20、S/H(サンプル・ホールド)回路30、出力部40、D/A変換回路DACを含む。なお、本実施形態のA/D変換回路は図2の構成に限定されず、その一部の構成要素を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。例えば図12で後述する構成例のように、S/H回路30の構成要素を省略し、D/A変換回路DACに入力信号VINのサンプル・ホールド機能を持たせてもよい。   FIG. 2 shows a basic configuration example of the A / D conversion circuit of the present embodiment. The A / D conversion circuit of FIG. 2 includes a comparison circuit 10, a control unit 20, an S / H (sample and hold) circuit 30, an output unit 40, and a D / A conversion circuit DAC. The A / D conversion circuit according to the present embodiment is not limited to the configuration shown in FIG. 2, and various modifications such as omitting some of the components or adding other components are possible. For example, as in the configuration example described later with reference to FIG. 12, the components of the S / H circuit 30 may be omitted, and the D / A conversion circuit DAC may have a sample and hold function for the input signal VIN.

S/H回路30は、A/D変換の対象となる入力信号VINをサンプル・ホールドする回路である。なお電荷再分配型の場合にはS/H回路30の機能はD/A変換回路により実現できる。   The S / H circuit 30 is a circuit that samples and holds an input signal VIN to be subjected to A / D conversion. In the case of the charge redistribution type, the function of the S / H circuit 30 can be realized by a D / A conversion circuit.

D/A変換回路DACは、制御部20からの逐次比較用データRDAのD/A変換を行い、逐次比較用データRDAに対応したアナログ信号のD/A出力信号DQを出力する。例えば、D/A変換回路DACは、キャパシターアレイを用いた電荷再分配型であってもよいし、その一部がラダー抵抗型であってもよい。   The D / A conversion circuit DAC performs D / A conversion of the successive approximation data RDA from the control unit 20 and outputs an analog signal D / A output signal DQ corresponding to the successive comparison data RDA. For example, the D / A conversion circuit DAC may be a charge redistribution type using a capacitor array, or a part thereof may be a ladder resistance type.

比較回路10は、コンパレーターにより実現され、例えば信号SINと信号DQの比較処理を行う。例えば、コンパレーターはラッチ型コンパレーターである。比較回路10は、入力信号VINのサンプリング信号SINとD/A出力信号DQとを比較する処理を行う。具体的には、比較回路10は、第1の入力端子に入力されるサンプリング信号SINと第2の入力端子に入力されるD/A出力信号DQを比較する。なお、電荷再分配型(例えば図12)の場合等では、比較回路10は、サンプリング信号SINとD/A出力信号DQの差分信号と、基準信号(例えばグランド電圧)と、を比較する処理を行ってもよい。また、差動型(例えば図17)の場合には、比較回路10は、SINとDQの差分信号の正信号及び負信号を比較する処理を行ってもよい。   The comparison circuit 10 is realized by a comparator and performs, for example, a comparison process between the signal SIN and the signal DQ. For example, the comparator is a latch-type comparator. The comparison circuit 10 performs processing for comparing the sampling signal SIN of the input signal VIN with the D / A output signal DQ. Specifically, the comparison circuit 10 compares the sampling signal SIN input to the first input terminal with the D / A output signal DQ input to the second input terminal. In the case of the charge redistribution type (for example, FIG. 12), the comparison circuit 10 performs a process of comparing the difference signal between the sampling signal SIN and the D / A output signal DQ and the reference signal (for example, the ground voltage). You may go. In the case of a differential type (for example, FIG. 17), the comparison circuit 10 may perform a process of comparing a positive signal and a negative signal of a difference signal between SIN and DQ.

制御部20は、逐次比較レジスターSAR(Successive Approximation Register)を有し、逐次比較用データRDAをD/A変換回路DACに対して出力する。逐次比較レジスターSARは、比較回路10からの比較結果信号CPQによりそのレジスター値が設定されるレジスターである。例えば比較回路10が、MSBのビットからLSBのビットに至るまでの逐次比較処理を行った場合に、各ビットにおける比較処理結果(「1」、「0」)が、逐次比較レジスターSARの各レジスター値として記憶される。制御部20は、逐次比較用データRDAのLSBビットまで逐次比較が終了すると、その逐次比較用データRDAを、14ビット(広義にはmビット)のA/D変換データQDAとして出力する。   The control unit 20 has a successive approximation register (SAR) and outputs successive comparison data RDA to the D / A conversion circuit DAC. The successive approximation register SAR is a register whose register value is set by the comparison result signal CPQ from the comparison circuit 10. For example, when the comparison circuit 10 performs a sequential comparison process from the MSB bit to the LSB bit, the comparison process result (“1”, “0”) in each bit is stored in each register of the successive approximation register SAR. Stored as a value. When the successive comparison is completed up to the LSB bit of the successive comparison data RDA, the control unit 20 outputs the successive comparison data RDA as 14-bit (m bit in a broad sense) A / D conversion data QDA.

また制御部20は、A/D変換回路の各回路ブロックの制御処理を行う。例えば、1回のサンプル・ホールドにつき16回(広義にはk回)のA/D変換動作を行う制御処理を、各回路ブロックに対して行う。あるいは、制御部20は、A/D変換動作において、D/A変換回路DACに含まれるスイッチ素子(例えば図12のスイッチアレイ51〜53)のオン・オフ制御を行う。   The control unit 20 performs control processing for each circuit block of the A / D conversion circuit. For example, control processing for performing A / D conversion operations 16 times (k times in a broad sense) per sample and hold is performed for each circuit block. Alternatively, the control unit 20 performs on / off control of switch elements (for example, the switch arrays 51 to 53 in FIG. 12) included in the D / A conversion circuit DAC in the A / D conversion operation.

ここでA/D変換動作とは、逐次比較の開始からA/D変換データQDAの出力までの一連の動作であり、1つのA/D変換データQDAを得る動作が1回のA/D変換動作である。   Here, the A / D conversion operation is a series of operations from the start of successive approximation to the output of A / D conversion data QDA, and the operation of obtaining one A / D conversion data QDA is one A / D conversion. Is the action.

出力部40は、1回のサンプル・ホールドに対する16回のA/D変換動作で得られた16個のA/D変換データQDAに基づいて、16ビット(広義にはm+jビット)の出力データDOUTを出力する。具体的には、出力部40は、16個のA/D変換データQDAに対して移動平均処理を行い、その移動平均処理の結果を出力データDOUTとして出力する。   The output unit 40 outputs 16-bit (m + j bits in a broad sense) output data DOUT based on 16 A / D conversion data QDA obtained by 16 A / D conversion operations for one sample and hold. Is output. Specifically, the output unit 40 performs a moving average process on 16 pieces of A / D conversion data QDA, and outputs the result of the moving average process as output data DOUT.

図3に、本実施形態のA/D変換回路の動作を表したタイミングチャートを示す。図3に示すように、制御部20は、S/H回路30がサンプル・ホールドしたサンプリング信号SIN1に対して、16回のA/D変換動作を行い、16個のA/D変換データQDAを出力する。   FIG. 3 is a timing chart showing the operation of the A / D conversion circuit of this embodiment. As shown in FIG. 3, the control unit 20 performs 16 A / D conversion operations on the sampling signal SIN1 sampled and held by the S / H circuit 30, and obtains 16 A / D conversion data QDA. Output.

さて、1回のサンプル・ホールドに対して16回のA/D変換動作を行うので、16個のA/D変換データQDAの期待値は同一となるはずである。期待値が同一であれば、16個のA/D変換データQDAの値がほぼ同一となってしまうので、出力データDOUT1を16ビットに拡張しても、ビット数の拡張に伴うA/D変換特性(例えばS/N)の向上は得られないと考えられる。   Since 16 A / D conversion operations are performed for one sample and hold, the expected values of the 16 A / D conversion data QDA should be the same. If the expected values are the same, the values of the 16 A / D conversion data QDA are almost the same, so even if the output data DOUT1 is expanded to 16 bits, A / D conversion accompanying the expansion of the number of bits It is considered that improvement in characteristics (for example, S / N) cannot be obtained.

そこで本実施形態では、制御部20が、D/A変換回路DACのスイッチ制御を行うための制御信号SSWを出力し、D/A変換回路DACは、この制御信号SSWに基づいて、A/D変換動作の各回で異なるスイッチ制御を行う。即ち、仮にA/D変換動作の各回で同一のA/D変換データQDAが得られる場合であっても、逐次比較におけるDACのスイッチのオン・オフ動作は、A/D変換動作の各回で異なったものとなる。例えば本実施形態では、後述するように、DEM(Dynamic Element Matching)やコードシフトによりスイッチ制御を変化させている。   Therefore, in the present embodiment, the control unit 20 outputs a control signal SSW for performing switch control of the D / A conversion circuit DAC, and the D / A conversion circuit DAC performs A / D based on the control signal SSW. Different switch control is performed at each conversion operation. That is, even if the same A / D conversion data QDA is obtained at each A / D conversion operation, the on / off operation of the DAC switch in the successive approximation is different at each A / D conversion operation. It will be. For example, in the present embodiment, as described later, switch control is changed by DEM (Dynamic Element Matching) or code shift.

出力部40は、上記のようにして得られた16個の値が異なるA/D変換データQDAを順次ラッチし、その16個のA/D変換データQDAの移動平均値を求め、最終的な出力データDOUT1を出力する。   The output unit 40 sequentially latches the 16 A / D conversion data QDA obtained as described above, obtains the moving average value of the 16 A / D conversion data QDA, and finally obtains the final value. Output data DOUT1 is output.

本実施形態では、このような疑似的なオーバーサンプリングを行うことにより、オーバーサンプリングを行った場合と同等のA/D変換特性が期待できる。即ち、1つのサンプリング信号SIN1に対して、値が異なる16個のA/D変換データQDAを得ることが可能となり、同一のA/D変換データQDAが得られることを回避できる。また、真値のA/D変換データQDAを中心としてバラツキが生じるようにスイッチ制御を変化させることで、16個のA/D変換データQDAを平均すると真値に近い値を得ることが可能である。   In this embodiment, by performing such pseudo oversampling, an A / D conversion characteristic equivalent to that when oversampling is performed can be expected. That is, 16 A / D conversion data QDA having different values can be obtained for one sampling signal SIN1, and it is possible to avoid obtaining the same A / D conversion data QDA. Further, by changing the switch control so that variations occur around the true A / D conversion data QDA, it is possible to obtain a value close to the true value by averaging the 16 A / D conversion data QDA. is there.

また、疑似的なオーバーサンプリングで得られた出力データDOUT1は、14ビットのA/D変換回路で16倍のオーバーサンプリングを行った場合と同等の16ビットのデータである。これにより、オーバーサンプリングを行った場合と同様の周辺回路をそのまま用いることが可能である。また、後段のデジタルフィルターが不要であるため、群遅延が生じず、ワンショットのA/D変換が可能になる。   The output data DOUT1 obtained by pseudo oversampling is 16-bit data equivalent to the case where 16-times oversampling is performed by a 14-bit A / D conversion circuit. As a result, it is possible to use the same peripheral circuit as in the case of oversampling. Further, since no subsequent digital filter is required, group delay does not occur, and one-shot A / D conversion becomes possible.

3.A/D変換回路の詳細な構成
図4に、本実施形態のA/D変換回路の詳細な構成例を示す。図4のA/D変換回路は、比較回路10、制御部20、S/H回路30、出力部40、第1のD/A変換回路DAC1、第2のD/A変換回路DAC2を含む。なお、図2で説明した構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
3. Detailed Configuration of A / D Conversion Circuit FIG. 4 shows a detailed configuration example of the A / D conversion circuit of this embodiment. The A / D conversion circuit of FIG. 4 includes a comparison circuit 10, a control unit 20, an S / H circuit 30, an output unit 40, a first D / A conversion circuit DAC1, and a second D / A conversion circuit DAC2. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the component same as the component demonstrated in FIG. 2, and description is abbreviate | omitted suitably.

ここで、以下ではA/D変換回路がDEM制御及びコードシフトを行う場合を例に説明するが、本実施形態はこれに限定されず、例えばDEM制御及びコードシフトのうち一方のみを行ってもよい。コードシフトを行わない場合、コードデータ生成部90と第2のD/A変換回路DAC2は省略される。   Here, a case where the A / D conversion circuit performs DEM control and code shift will be described below as an example. However, the present embodiment is not limited to this, and for example, only one of DEM control and code shift may be performed. Good. When the code shift is not performed, the code data generation unit 90 and the second D / A conversion circuit DAC2 are omitted.

制御部20は、逐次比較レジスターSARと、DEMのスイッチ制御を行うDEM制御部80と、コードシフトを行うためのコードデータを生成するコードデータ生成部90と、を含む。   The control unit 20 includes a successive approximation register SAR, a DEM control unit 80 that performs DEM switch control, and a code data generation unit 90 that generates code data for performing code shift.

DEM制御部80は、D/A変換回路DAC1のスイッチアレイに対して制御信号DMPを出力する。D/A変換回路DAC1は、DEM制御部80からの制御信号DMPに基づいて、逐次比較用データRDAの上位側ビットの各ビットに対するキャパシターの割り当てを動的に変化させる。なお、DEM制御の詳細については図14等で後述する。   The DEM control unit 80 outputs a control signal DMP to the switch array of the D / A conversion circuit DAC1. Based on the control signal DMP from the DEM control unit 80, the D / A conversion circuit DAC1 dynamically changes the capacitor assignment for each bit of the higher-order bits of the successive approximation data RDA. Details of the DEM control will be described later with reference to FIG.

このようにキャパシターの割り当てを動的に変化させると、ユニットキャパシターの容量バラツキ(例えば製造バラツキ)が動的に分散される。これは、A/D変換動作の各回で別個のD/A変換回路を用いることに相当するため、同一のサンプリング信号SINに対して値が異なる複数のA/D変換データQDAを得ることが可能になる。また、DEM制御により、A/D変換回路のINL(Integral Non Linearity)特性やDNL(Differential Non Linearity)特性を向上できる。   When the allocation of the capacitors is dynamically changed in this way, the capacity variations (for example, manufacturing variations) of the unit capacitors are dynamically distributed. This is equivalent to using a separate D / A conversion circuit at each A / D conversion operation, so that a plurality of A / D conversion data QDA having different values can be obtained for the same sampling signal SIN. become. Also, the DEM control can improve the INL (Integral Non Linearity) characteristic and DNL (Differential Non Linearity) characteristic of the A / D conversion circuit.

コードデータ生成部90は、A/D変換動作の各回で異なる値のコードデータCDAを出力する。D/A変換回路DAC2は、コードデータCDAのD/A変換を行う。比較回路10は、サンプリング信号SINとコードデータCDAのD/A変換信号SCDとの加算信号SADDと、逐次比較用データRDAのD/A変換信号DQとを比較する。A/D変換信号QDAは、コードデータCDAの分だけ大きい値となるので、制御部20は、A/D変換信号QDAからコードデータCDAを減算し、最終的なA/D変換信号QCとして出力する。出力部40は、16個のA/D変換信号QCの平均値DOUTを出力する。なお、コードシフトの詳細については図11等で後述する。   The code data generation unit 90 outputs code data CDA having a different value at each A / D conversion operation. The D / A conversion circuit DAC2 performs D / A conversion of the code data CDA. The comparison circuit 10 compares the addition signal SADD of the sampling signal SIN and the D / A conversion signal SCD of the code data CDA with the D / A conversion signal DQ of the successive approximation data RDA. Since the A / D conversion signal QDA has a larger value by the code data CDA, the control unit 20 subtracts the code data CDA from the A / D conversion signal QDA and outputs it as the final A / D conversion signal QC. To do. The output unit 40 outputs an average value DOUT of the 16 A / D conversion signals QC. Details of the code shift will be described later with reference to FIG.

コードシフトでは、サンプリング信号SINに対して意図的にオフセット信号SCDが加算され、そのオフセット信号SCDによって逐次比較用データRDAが変化する。このオフセット信号SCDをA/D変換動作の各回で変えることにより、D/A変換回路DAC1では、A/D変換動作の各回で異なる逐次比較用データRDAのD/A変換を行うことになる。これにより、DAC1の入力データに対するD/A変換特性をシフトさせることと同等の効果が得られるため、同一のサンプリング信号SINに対して値が異なる複数のA/D変換データQDAを得ることが可能になる。また、コードシフトにより、A/D変換回路のINL特性やDNL特性を向上できる。   In the code shift, the offset signal SCD is intentionally added to the sampling signal SIN, and the successive comparison data RDA is changed by the offset signal SCD. By changing the offset signal SCD at each A / D conversion operation, the D / A conversion circuit DAC1 performs D / A conversion of different successive comparison data RDA at each A / D conversion operation. As a result, an effect equivalent to shifting the D / A conversion characteristic for the input data of DAC 1 can be obtained, so that a plurality of A / D conversion data QDA having different values for the same sampling signal SIN can be obtained. become. Further, the INL characteristic and the DNL characteristic of the A / D conversion circuit can be improved by the code shift.

図5に、図4のA/D変換回路の動作を表したタイミングチャートを示す。図5に示すように、クロックCK3の立ち上がりに同期してサンプル・ホールド動作が行われ、16個のクロックCK2の立ち上がりに同期して16回のA/D変換動作が行われ、14個のクロックCK1の立ち上がりに同期して14ビットの逐次比較が行われる。クロックCK1〜CK3は、例えばシステムから供給されるシステムクロックに基づいて制御部20が生成する。   FIG. 5 is a timing chart showing the operation of the A / D conversion circuit of FIG. As shown in FIG. 5, the sample and hold operation is performed in synchronization with the rising edge of the clock CK3, and 16 A / D conversion operations are performed in synchronization with the rising edge of the 16 clocks CK2. A 14-bit successive approximation is performed in synchronization with the rising edge of CK1. For example, the control unit 20 generates the clocks CK1 to CK3 based on a system clock supplied from the system.

具体的には、図5のA1に示すように、クロックCK3の立ち上がりでサンプリング信号SIN1がサンプル・ホールドされる。A2に示すように、1個目のクロックCK2の立ち上がりは、クロックCK3の立ち上がりと同じタイミングである。この1個目のクロックCK2の立ち上がりで1回目のA/D変換動作が開始され、A3に示すように、DEM制御信号DEM1がD/A変換回路DAC1に入力され、A4に示すように、コードデータCDA1がD/A変換回路DAC2に入力される。   Specifically, as shown by A1 in FIG. 5, the sampling signal SIN1 is sampled and held at the rising edge of the clock CK3. As shown in A2, the rise of the first clock CK2 is at the same timing as the rise of the clock CK3. The first A / D conversion operation is started at the rising edge of the first clock CK2, and the DEM control signal DEM1 is input to the D / A conversion circuit DAC1 as indicated by A3. Data CDA1 is input to the D / A conversion circuit DAC2.

A5に示すように、14個のクロックCK1は、クロックCK2の立ち上がりから次のクロックCK2の立ち上がりまでの間に生成される。A6に示すように14個のクロックCK1の立ち上がりで14ビットの逐次比較用データRDAが逐次比較される。逐次比較の間、D/A変換回路DAC1はDEM1に基づいてキャパシターの割り当てを行い、D/A変換回路DAC2はCDA1をD/A変換した信号SCDを出力する。A7に示すように、逐次比較用データRDAの全ビットの比較が終了すると、1個目のA/D変換データQC1が出力される。A8に示すように、2個目のクロックCK2の立ち上がりでA/D変換データQC1がラッチされる。   As shown in A5, the 14 clocks CK1 are generated between the rising edge of the clock CK2 and the rising edge of the next clock CK2. As shown at A6, the 14-bit successive approximation data RDA is successively compared at the rise of the 14 clocks CK1. During the successive comparison, the D / A conversion circuit DAC1 assigns capacitors based on DEM1, and the D / A conversion circuit DAC2 outputs a signal SCD obtained by D / A converting CDA1. As shown in A7, when the comparison of all the bits of the successive approximation data RDA is completed, the first A / D conversion data QC1 is output. As shown at A8, the A / D conversion data QC1 is latched at the rising edge of the second clock CK2.

以上の動作を、2〜16個目のクロックCK2の立ち上がりでDEM制御信号及びコードデータを変化させながら行い、2〜16個目のA/D変換データQC2〜QC16を出力する。A9に示すように、16個目のA/D変換データQC16がラッチされるタイミングで、出力データDOUT1が出力される。A10に示すように、クロックCK3の立ち上がりで次のA/D変換動作を開始する。   The above operation is performed while changing the DEM control signal and the code data at the rising edge of the second to sixteenth clock CK2, and the second to sixteenth A / D conversion data QC2 to QC16 are output. As indicated by A9, the output data DOUT1 is output at the timing when the 16th A / D conversion data QC16 is latched. As shown at A10, the next A / D conversion operation is started at the rising edge of the clock CK3.

例えば、図4の出力部40は、下式(1)で表される移動平均フィルターにより出力データDOUT1を求める。下式(1)において、“z−i”は、クロックCK2のi周期前に求められたA/D変換データQCを表し、“1”は最新のA/D変換データQCを表す。“z−i”や“1”で表されるデータは、出力部40の図示しないラッチ回路やレジスターに記憶される。下式(1)では、16個の14ビットデータを加算すると最大で18ビットのデータとなり、それを4で除算(2ビットシフト)するので、16ビットのDOUTが求められる。
DOUT=(1+z−1+z−2+・・・+z−15)/4 (1)
For example, the output unit 40 in FIG. 4 obtains the output data DOUT1 using a moving average filter expressed by the following equation (1). In the following formula (1), “z −i ” represents A / D conversion data QC obtained i cycles before the clock CK2, and “1” represents the latest A / D conversion data QC. Data represented by “z −i ” or “1” is stored in a latch circuit or a register (not shown) of the output unit 40. In the following equation (1), when 16 pieces of 14-bit data are added, the data becomes a maximum of 18 bits, and is divided by 4 (shifted by 2 bits), so that 16-bit DOUT is obtained.
DOUT = (1 + z −1 + z −2 +... + Z −15 ) / 4 (1)

図6(A)に、通常のオーバーサンプリングを行った場合のシミュレーション結果を示す。本実施形態の疑似的なオーバーサンプリングと比べるために、本実施形態と同じデータ出力レートにする理想間引きフィルターが後段に設けられると仮定し、本実施形態と同じ帯域となるように帯域制限してA/D変換特性を求めている。また、図6(B)に、本実施形態の疑似的なオーバーサンプリングを行った場合のシミュレーション結果を示す。   FIG. 6A shows a simulation result when normal oversampling is performed. In order to compare with the pseudo oversampling of this embodiment, it is assumed that an ideal decimation filter having the same data output rate as that of this embodiment is provided in the subsequent stage, and the band is limited so as to be the same band as this embodiment. A / D conversion characteristics are obtained. FIG. 6B shows a simulation result when the pseudo oversampling of the present embodiment is performed.

図6(A)、図6(B)に示すように、通常のオーバーサンプリングに比べて、疑似的なオーバーサンプリングではSNR(Signal to Noise Ratio)や有効ビット数ENOBが若干低下するものの、それほど大きくは低下せず、実用に耐えるレベルである。このように、例えばワンショットのA/D変換など、通常のオーバーサンプリングでは実現できない用途でも、疑似的なオーバーサンプリングを行うことにより実用的なA/D変換特性を得ることができる。   As shown in FIGS. 6A and 6B, compared to normal oversampling, pseudo-oversampling slightly decreases SNR (Signal to Noise Ratio) and effective bit number ENOB, but is much larger. Is not lowered and is at a level that can withstand practical use. In this way, even in applications that cannot be realized by normal oversampling, such as one-shot A / D conversion, practical A / D conversion characteristics can be obtained by performing pseudo oversampling.

以上の実施形態によれば、図4に示すように、A/D変換回路は、逐次比較における比較動作を行う比較回路10と、逐次比較により更新される逐次比較用データRDAを記憶する逐次比較レジスターSARを有する制御部20と、逐次比較の結果(A/D変換データQC)に基づいて、出力データDOUTを出力する出力部40と、を含む。図5で説明したように、制御部20は、A2に示すサンプリング動作からA10に示す次のサンプリング動作までの間に、A5〜A7に示すmビット(mは2以上の自然数。例えばm=14)のA/D変換動作を、複数回(例えば16回)行う制御処理を行う。出力部40は、複数回のA/D変換動作により得られた複数のmビットデータQC1〜QC16に基づいて、m+jビット(jは自然数。例えばm+j=16)の出力データDOUTを出力する。   According to the above embodiment, as shown in FIG. 4, the A / D conversion circuit includes the comparison circuit 10 that performs the comparison operation in the successive approximation and the successive approximation that stores the successive comparison data RDA updated by the successive comparison. A control unit 20 having a register SAR and an output unit 40 that outputs output data DOUT based on a result of successive approximation (A / D conversion data QC) are included. As described with reference to FIG. 5, the control unit 20 performs m bits (m is a natural number greater than or equal to 2; for example, m = 14) indicated by A5 to A7 between the sampling operation indicated by A2 and the next sampling operation indicated by A10. ) Is performed a plurality of times (for example, 16 times). The output unit 40 outputs m + j bits (j is a natural number, for example, m + j = 16) of output data DOUT based on a plurality of m-bit data QC1 to QC16 obtained by a plurality of A / D conversion operations.

このようにすれば、疑似的なオーバーサンプリングを行うことが可能になり、後段のデジタルフィルターを省略できる。即ち、1回のサンプル・ホールドに対して得た複数のA/D変換データから、通常のオーバーサンプリングを行った場合と同一ビット数の出力データを得ることができる。これにより、ユーザーは、出力データを、通常のオーバーサンプリングを行った場合と同様に扱うことができ、利便性を低下させることがない。また、1回のサンプル・ホールドだけで1つの出力データを取得するワンショットのオーバーサンプリングが可能になる。   In this way, pseudo oversampling can be performed, and the subsequent digital filter can be omitted. That is, output data having the same number of bits as that obtained when normal oversampling is performed can be obtained from a plurality of A / D conversion data obtained for one sample and hold. As a result, the user can handle the output data in the same manner as when performing normal oversampling, and the convenience is not lowered. In addition, one-shot oversampling in which one output data is acquired by only one sample and hold is possible.

例えば、図3等で説明したように、制御信号SSW(例えば図4のDMP、CDA)によりD/A変換回路のスイッチ制御を異ならせながら複数回のA/D変換動作を行うことで、同一サンプリング信号SINに対して、値が異なる複数のA/D変換データを得ることができる。これにより、図6等で説明したように、通常のオーバーサンプリングに近いA/D変換特性を達成できる。   For example, as described with reference to FIG. 3 and the like, the A / D conversion operation is performed a plurality of times while changing the switch control of the D / A conversion circuit according to the control signal SSW (for example, DMP and CDA in FIG. 4). A plurality of A / D conversion data having different values can be obtained for the sampling signal SIN. Thereby, as described with reference to FIG. 6 and the like, an A / D conversion characteristic close to normal oversampling can be achieved.

また本実施形態では、図4に示すように、A/D変換回路は、逐次比較用データRDAのD/A変換を行うD/A変換回路DAC1を含む。D/A変換回路DAC1は、比較回路10の比較ノード(後述する図12の比較ノードNC)に接続される。D/A変換回路DAC1は、キャパシターアレイ部(図12のキャパシターアレイ部41)とスイッチアレイ部(図12のスイッチアレイ部51)とを有する。図4等で説明したように、制御部20は、複数回のA/D変換動作において、逐次比較用データRDAの各ビット(後述する図14〜図16(B)のビット5〜ビット10の各ビット)に対するキャパシターアレイ部のキャパシターの割り当てを動的に変化させる制御(即ちDEM制御)を、スイッチアレイ部に対して行う。   In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the A / D conversion circuit includes a D / A conversion circuit DAC1 that performs D / A conversion of the successive approximation data RDA. The D / A conversion circuit DAC1 is connected to a comparison node (comparison node NC in FIG. 12 described later) of the comparison circuit 10. The D / A conversion circuit DAC1 includes a capacitor array section (capacitor array section 41 in FIG. 12) and a switch array section (switch array section 51 in FIG. 12). As described with reference to FIG. 4 and the like, the control unit 20 performs each bit of the successive comparison data RDA (bits 5 to 10 in FIGS. 14 to 16B described later) in a plurality of A / D conversion operations. Control (ie, DEM control) for dynamically changing the allocation of the capacitors in the capacitor array unit for each bit) is performed on the switch array unit.

このようにすれば、逐次比較用データRDAの同一コードに対するキャパシター(図14のユニットキャパシター1C1〜1C15、3C1〜3C16)の割り当てを、A/D変換動作の各回で変化させることができる。図4等で説明したように、ユニットキャパシターの容量値は、製造誤差等によりバラツキがあるため、同一サンプリング信号SINに対して、値が異なる複数のA/D変換データを得ることができる。   In this way, the assignment of capacitors (unit capacitors 1C1 to 1C15 and 3C1 to 3C16 in FIG. 14) to the same code of the successive approximation data RDA can be changed at each A / D conversion operation. As described with reference to FIG. 4 and the like, the capacitance value of the unit capacitor varies due to manufacturing errors and the like, and thus a plurality of A / D conversion data having different values can be obtained for the same sampling signal SIN.

また本実施形態では、図4に示すように、A/D変換回路は第2のD/A変換回路DAC2を含む。第2のD/A変換回路DAC2は、比較回路10の比較ノード(後述する図12の比較ノードNC)に接続され、キャパシターアレイ部(図12のキャパシターアレイ部43)とスイッチアレイ部(図12のスイッチアレイ部53)とを有する。図4等で説明したように、制御部20は、複数回のA/D変換動作の各回で異なるスイッチ制御を、第2のD/A変換回路DAC2のスイッチアレイ部に対して行う。   In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the A / D conversion circuit includes a second D / A conversion circuit DAC2. The second D / A conversion circuit DAC2 is connected to a comparison node (comparison node NC in FIG. 12 described later) of the comparison circuit 10, and a capacitor array unit (capacitor array unit 43 in FIG. 12) and a switch array unit (FIG. 12). Switch array section 53). As described with reference to FIG. 4 and the like, the control unit 20 performs different switch control on the switch array unit of the second D / A conversion circuit DAC2 at each time of a plurality of A / D conversion operations.

具体的には、図4に示すように、制御部20は、複数回のA/D変換動作の各回で異なるコードデータCDAを生成するコードデータ生成部90を有する。制御部20は、コードデータCDAに基づいて第2スイッチアレイ部(図12のスイッチアレイ部53)のスイッチ制御を行う。第2のD/A変換回路DAC2は、制御部20によるスイッチ制御によりコードデータCDAのD/A変換を行う。   Specifically, as illustrated in FIG. 4, the control unit 20 includes a code data generation unit 90 that generates different code data CDA at each time of a plurality of A / D conversion operations. The control unit 20 performs switch control of the second switch array unit (switch array unit 53 in FIG. 12) based on the code data CDA. The second D / A conversion circuit DAC2 performs D / A conversion of the code data CDA by switch control by the control unit 20.

このようにすれば、図4等で説明したように、コードデータCDAのD/A変換信号SCDが変化するため、逐次比較用データRDA(比較コード)の値をA/D変換動作の各回で変化させることができる。比較動作を行うアナログ回路(D/A変換回路DAC1、比較回路10)は静的な非線形性を有するため、比較コードが変化することにより、同一サンプリング信号SINに対して、値が異なる複数のA/D変換データを得ることが可能になる。   In this way, as described with reference to FIG. 4 and the like, since the D / A conversion signal SCD of the code data CDA changes, the value of the successive approximation data RDA (comparison code) is changed each time in the A / D conversion operation. Can be changed. The analog circuit (D / A conversion circuit DAC1, comparison circuit 10) that performs the comparison operation has static nonlinearity. Therefore, when the comparison code changes, a plurality of A having different values with respect to the same sampling signal SIN. / D conversion data can be obtained.

4.変換予測処理
次に、本実施形態のA/D変換回路が行う変換予測処理について説明する。
4). Conversion Prediction Process Next, the conversion prediction process performed by the A / D conversion circuit of this embodiment will be described.

通常の逐次比較シーケンスでは、毎回、フルスケールで逐次比較を行う。即ち、逐次比較用データRDAのMSBからLSBまで全ビットについて順次比較していく。一方、本実施形態では、1つのサンプリング信号に対して16回のA/D変換を行うため、2回目以降のA/D変換データの値を予測することが可能である。そこで、2回目以降の逐次比較シーケンスでは、フルスケールで変換を行わず、予測値に基づいた変換予測範囲で変換を行う。   In a normal successive approximation sequence, successive comparisons are performed at full scale each time. That is, all bits are sequentially compared from the MSB to the LSB of the successive approximation data RDA. On the other hand, in this embodiment, since A / D conversion is performed 16 times for one sampling signal, it is possible to predict the value of A / D conversion data after the second time. Therefore, in the second and subsequent successive comparison sequences, the conversion is not performed at the full scale, but the conversion is performed within the conversion prediction range based on the prediction value.

具体的には、図7に示すように、入力電圧(入力信号)のフルスケールVFSに対して、A/D変換データのフルスケール0〜16383(214−1)が対応している。1回目の逐次比較を行った結果、データQD1(図4のQDAに対応する)が得られたとする。データQD1はコードデータCS1だけコードシフトされており、2回目の逐次比較ではコードデータCS2だけシフトされたデータが得られる。そのため、2回目の逐次比較で得られるデータを、QD2’=QD1+CS2−CS1であると予測する。この予測値QD2’に対して±ESTRNG(例えばESTRNG=16)の範囲を持たせ、QD2’−ESTRNG〜QD2’+ESTRNGの変換予測範囲で、2回目の逐次比較を行う。3〜16回目の逐次比較についても、同様にして変換予測範囲を設定し、逐次比較を行う。 Specifically, as shown in FIG. 7, the full scale 0 to 16383 (2 14 −1) of the A / D conversion data corresponds to the full scale V FS of the input voltage (input signal). It is assumed that data QD1 (corresponding to QDA in FIG. 4) is obtained as a result of the first successive comparison. Data QD1 is code-shifted by code data CS1, and data shifted by code data CS2 is obtained in the second successive comparison. Therefore, the data obtained by the second successive comparison is predicted as QD2 ′ = QD1 + CS2−CS1. The predicted value QD2 ′ is given a range of ± ESTRNG (for example, ESTRNG = 16), and the second successive comparison is performed in the conversion prediction range of QD2′−ESTRNG to QD2 ′ + ESTRNG. For the 3rd to 16th successive comparisons, the conversion prediction range is set in the same manner and the successive comparison is performed.

このような変換予測処理を行うことで、逐次比較を行うデータ範囲を限定できるので、逐次比較用データRDAの一部のビットについて比較を行えばよくなり、逐次比較シーケンスを短縮できる。これにより、A/D変換の効率化や、A/D変換の高速化を図ることができる。   By performing such conversion prediction processing, it is possible to limit the data range in which successive comparisons are performed. Therefore, it is only necessary to compare some bits of successive comparison data RDA, and the successive approximation sequence can be shortened. Thereby, the efficiency of A / D conversion and the speeding up of A / D conversion can be achieved.

図8に、変換予測処理を行う場合のA/D変換動作のフローチャートを示す。図8に示す処理が開始されると、変換予測範囲の上限値を格納する比較上限値レジスターと、変換予測範囲の下限値を格納する比較下限値レジスターを初期化する(ステップS1)。即ち、比較上限値レジスターに上限値14b11_1111_1111_1111を設定し、比較下限値レジスターに下限値14b00_0000_0000_0000を設定する。   FIG. 8 shows a flowchart of the A / D conversion operation when the conversion prediction process is performed. When the process shown in FIG. 8 is started, a comparison upper limit register that stores the upper limit value of the conversion prediction range and a comparison lower limit value register that stores the lower limit value of the conversion prediction range are initialized (step S1). That is, the upper limit value 14b11_1111_1111_1111 is set in the comparison upper limit value register, and the lower limit value 14b00_0000_0000_0000 is set in the comparison lower limit value register.

次に、疑似オーバーサンプリング動作を開始し(ステップS2)、逐次比較動作を開始する(ステップS3)。逐次比較動作を開始すると、上限値と下限値から比較コードu(逐次比較用データ)を生成する(ステップS4)。具体的には、上限値と下限値の各ビットをMSB側から比較していき、同一データのビットまでは、そのデータを比較コードuの対応ビットに代入する。最初にデータが異なるビットでは、比較コードuの対応ビットに“1”を代入し、それ以降の比較コードuのビットには“0”を代入する。上限値14b11_1111_1111_1111、下限値14b00_0000_0000_0000の場合、最初にデータが異なるビットはMSBなので、比較コードu=14b10_0000_0000_0000となる。   Next, the pseudo oversampling operation is started (step S2), and the successive approximation operation is started (step S3). When the successive approximation operation is started, a comparison code u (successive comparison data) is generated from the upper limit value and the lower limit value (step S4). Specifically, each bit of the upper limit value and the lower limit value is compared from the MSB side, and the data is substituted into the corresponding bits of the comparison code u up to the same data bit. For bits with different data, “1” is assigned to the corresponding bit of the comparison code u, and “0” is assigned to the subsequent bits of the comparison code u. In the case of the upper limit value 14b11_1111_1111_1111 and the lower limit value 14b00_0000_0000_0000, the first bit with different data is the MSB, so the comparison code u = 14b10_0000_0000_0000.

次に、D/A変換回路に比較コードuを入力し(ステップS5)、S/H回路とD/A変換回路とコンパレーターで構成されるアナログ回路が比較動作を行う(ステップS6)。次に、コンパレーター出力がHレベル/Lレベルのいずれであるかを判定する(ステップS7)。コンパレーター出力がHレベルの場合、比較コードuをD/A変換した信号レベルよりもサンプリング信号のレベルが小さいので、上限値をu−1に更新する(ステップS8、S9)。比較コードu=14b10_0000_0000_0000の場合、上限値14b01_1111_1111_1111、下限値14b00_0000_0000_0000となる。この場合、次の比較コードはu=14b01_0000_0000_0000となる。一方、コンパレーター出力がLレベルの場合、比較コードuをD/A変換した信号レベルよりもサンプリング信号のレベルが大きいので、下限値をuに更新する(ステップS10)。比較コードu=14b10_0000_0000_0000の場合、上限値14b11_1111_1111_1111、下限値14b10_0000_0000_0000となる。この場合、次の比較コードはu=14b11_0000_0000_0000となる。   Next, the comparison code u is input to the D / A conversion circuit (step S5), and an analog circuit composed of the S / H circuit, the D / A conversion circuit, and the comparator performs a comparison operation (step S6). Next, it is determined whether the comparator output is H level or L level (step S7). When the comparator output is at the H level, the sampling signal level is smaller than the signal level obtained by D / A converting the comparison code u, so the upper limit value is updated to u−1 (steps S8 and S9). When the comparison code u = 14b10_0000_0000_0000, the upper limit value 14b01_1111_1111_1111 and the lower limit value 14b00_0000_0000_0000 are obtained. In this case, the next comparison code is u = 14b01_0000_0000_0000. On the other hand, when the comparator output is L level, the level of the sampling signal is larger than the signal level obtained by D / A conversion of the comparison code u, so the lower limit value is updated to u (step S10). When the comparison code u = 14b10_0000_0000_0000, the upper limit value 14b11_1111_1111_1111 and the lower limit value 14b10_0000_0000_0000 are obtained. In this case, the next comparison code is u = 14b11_0000_0000_0000.

次に、上限値と下限値が一致するか否かを判定し(ステップS11)、一致しない場合には、ステップS3〜S11の逐次比較動作を行う。一方、一致した場合には、逐次比較動作を終了する。1回目の逐次比較動作では、上記のように14ビットデータをMSBから全ビットについて逐次比較するので、ステップS3〜S11を14回繰り返すことになる。逐次比較動作を終了すると、比較コードuからコードデータCS(n)を減算したu−CS(n)を、移動平均フィルターに格納する(ステップS12、S13)。移動平均フィルターには、u−CS(n)をデータ“1”として格納し、過去15回分の変換データ“z−1”〜“z−15”と移動平均して、出力データを出力する(ステップS14)。 Next, it is determined whether or not the upper limit value and the lower limit value match (step S11). If they do not match, the sequential comparison operation of steps S3 to S11 is performed. On the other hand, if they match, the successive approximation operation ends. In the first successive comparison operation, the 14-bit data is sequentially compared for all the bits from the MSB as described above, so steps S3 to S11 are repeated 14 times. When the successive approximation operation ends, u-CS (n) obtained by subtracting the code data CS (n) from the comparison code u is stored in the moving average filter (steps S12 and S13). In the moving average filter, u-CS (n) is stored as data “1”, the moving average of the past 15 conversion data “z −1 ” to “z -15 ” is performed, and output data is output ( Step S14).

次に、変換データ(比較コードu)を使って上限値及び下限値を更新する(ステップS15)。即ち、n+1回目(次回)の逐次比較動作に用いるコードデータCS(n+1)と、1回目の逐次比較動作に用いたコードデータCS(1)とから、変換予測範囲の上限値をu+CS(n+1)−CS(1)+ESTRNGに設定する(ステップS16)。また、変換予測範囲の下限値をu+CS(n+1)−CS(1)−ESTRNGに設定する(ステップS17)。次に、n=16であるか否かを判定し(ステップS18)、n=16でない場合にはステップS2〜S18の疑似オーバーサンプリング動作を行い、n=16である場合には、処理を終了する。   Next, the upper limit value and the lower limit value are updated using the conversion data (comparison code u) (step S15). That is, from the code data CS (n + 1) used for the n + 1th (next) successive approximation operation and the code data CS (1) used for the first successive approximation operation, the upper limit value of the conversion prediction range is set to u + CS (n + 1). −CS (1) + ESTRNG is set (step S16). Also, the lower limit value of the conversion prediction range is set to u + CS (n + 1) −CS (1) −ESTRNG (step S17). Next, it is determined whether or not n = 16 (step S18). If not n = 16, the pseudo oversampling operation in steps S2 to S18 is performed, and if n = 16, the process ends. To do.

n=2〜16における逐次比較動作では、±ESTRNGの幅の変換予測範囲において逐次比較が行われることになる。例えば、ステップS16、S17において、上限値14b10_0010_1111_1111、下限値14b10_0010_0000_1011が設定されたとする。MSB側から見て最初にデータが異なるのは7ビット目なので、次にステップS4を実行するとき、MSBから6ビット目までがスルーされ、MSBから8ビット目以降が“0”に設定され、比較コードu=14b10_0010_1000_0000が生成される。この場合、少なくとも上位6ビットについては逐次比較を行う必要がないため、最大でも下位8ビットの逐次比較を行えばよいことになる。このように、n=2〜16における逐次比較動作では、ステップS3〜S11のループ回数が14回よりも小さくなり、逐次比較シーケンスが短縮される。   In the successive approximation operation at n = 2 to 16, successive approximation is performed in the conversion prediction range having a width of ± ESTRNG. For example, it is assumed that the upper limit value 14b10_0010_1111_1111 and the lower limit value 14b10_0010_0000_1011 are set in steps S16 and S17. Since the 7th bit is the first data difference from the MSB side, when step S4 is executed next, the 6th bit from the MSB is passed through, and the 8th bit and thereafter from the MSB is set to “0”. The comparison code u = 14b10_0010_1000_0000 is generated. In this case, since it is not necessary to perform sequential comparison for at least the upper 6 bits, it is sufficient to perform sequential comparison of the lower 8 bits at the maximum. Thus, in the successive approximation operation at n = 2 to 16, the number of loops in steps S3 to S11 is smaller than 14, and the successive approximation sequence is shortened.

図9に、変換予測処理を行う場合のA/D変換動作のタイミングチャートを示す。図9のB1に示すように、サンプル・ホールドが行われると16回のA/D変換動作が開始される。B2に示すように2回目のA/D変換動作では、14ビットよりも少ないビット数(例えば8ビット)の比較を行うだけで逐次比較が終了する。この場合、クロックCK1のクロック数は、比較を行うビット数と同数(例えば8個)である。そのため、2〜16回目のA/D変換動作では、クロックCK2の周期(例えばB3の立ち上がりからB4の立ち上がりまで)が短縮される。この短縮によって、B5に示すクロックCK3の立ち上がりよりも前に、B6に示す出力データDOUT1を出力することができる。B6に示す出力データDOUT1の出力から、B5に示すクロックCK3の立ち上がり(次のサンプリング動作)までの期間TLPでは、A/D変換動作を行う必要がないので、A/D変換回路をディセーブル状態又は低消費電力モードに設定する。このようにして、変換予測処理によりA/D変換動作の低消費電力化を実現できる。   FIG. 9 shows a timing chart of the A / D conversion operation when the conversion prediction process is performed. As shown in B1 of FIG. 9, when sample and hold is performed, 16 A / D conversion operations are started. As shown in B2, in the second A / D conversion operation, the sequential comparison is completed only by comparing the number of bits smaller than 14 bits (for example, 8 bits). In this case, the number of clocks of the clock CK1 is the same as the number of bits to be compared (for example, 8). Therefore, in the 2nd to 16th A / D conversion operations, the cycle of the clock CK2 (for example, from the rise of B3 to the rise of B4) is shortened. By this shortening, the output data DOUT1 indicated by B6 can be output before the rising edge of the clock CK3 indicated by B5. In the period TLP from the output of the output data DOUT1 shown in B6 to the rising edge of the clock CK3 shown in B5 (next sampling operation), it is not necessary to perform the A / D conversion operation, so the A / D conversion circuit is disabled. Or set to the low power consumption mode. In this way, low power consumption of the A / D conversion operation can be realized by the conversion prediction process.

図10に、変換予測範囲の幅ESTRNGに対する、逐次比較のサイクル数の特性を示す。逐次比較のサイクル数は、1回のサンプル・ホールドに対して行われる逐次比較のサイクル数であり、図8においてn=1〜16のA/D変換動作で実行されるステップS3〜S11のループ回数の合計である。図10のD1には、サイクル数の最大値を示し、D2には、サイクル数の平均値を示す。   FIG. 10 shows the characteristics of the cycle number of successive approximation with respect to the width ESTRNG of the conversion prediction range. The number of cycles of successive approximation is the number of cycles of successive approximation performed for one sample and hold. The loop of steps S3 to S11 executed in the A / D conversion operation of n = 1 to 16 in FIG. The total number of times. In FIG. 10, D1 shows the maximum number of cycles, and D2 shows the average number of cycles.

図10に示すように、ESTRNGを小さくするほどサイクル数が減少し、逐次比較シーケンスが短縮される。例えばESTRNG=16に設定した場合、サイクル数の最大値は110サイクルである。変換予測を行わない場合には、14ビット×16回=224サイクルが必要なので、変換予測を行わない場合よりも半分程度の時間でA/D変換動作を終了できることになる。なお、ESTRNGを小さくしすぎると、変換データが変換予測範囲に入らない可能性があるため、回路特性等を考慮して変換データが変換予測範囲に入る適切なESTRNGを設定すればよい。   As shown in FIG. 10, as ESTRNG is reduced, the number of cycles is reduced, and the successive approximation sequence is shortened. For example, when ESTRNG = 16 is set, the maximum number of cycles is 110 cycles. When conversion prediction is not performed, 14 bits × 16 times = 224 cycles are necessary, so that the A / D conversion operation can be completed in about half of the time required when conversion prediction is not performed. Note that if ESTRNG is too small, the conversion data may not enter the conversion prediction range. Therefore, an appropriate ESTRNG may be set within the conversion prediction range in consideration of circuit characteristics and the like.

以上の実施形態によれば、図8等で説明したように、制御部20は、逐次比較を行うデータ範囲(変換予測範囲)を決める上限値及び下限値を、n回目のA/D変換動作により得られたデータ(比較コードu)に基づいて更新する(ステップS15〜S17)。制御部20は、n+1回目(次回)のA/D変換動作(ステップS2〜S18)において、その更新したデータ範囲で逐次比較(ステップS3〜S11)を行う。   According to the above embodiment, as described with reference to FIG. 8 and the like, the control unit 20 sets the upper limit value and the lower limit value that determine the data range (conversion prediction range) for successive comparison to the nth A / D conversion operation. Is updated based on the data (comparison code u) obtained by the above (steps S15 to S17). In the (n + 1) th (next) A / D conversion operation (steps S2 to S18), the control unit 20 performs successive comparison (steps S3 to S11) in the updated data range.

具体的には、図8等で説明したように、制御部20は、次のA/D変換動作により得られるデータの予測値[u+CS(n+1)−CS(1)]を含むデータ範囲の、上限値[u+CS(n+1)−CS(1)+ESTRNG]及び下限値[u+CS(n+1)−CS(1)−ESTRNG]を設定する(ステップS16、S17)。   Specifically, as described with reference to FIG. 8 and the like, the control unit 20 has a data range including a predicted value [u + CS (n + 1) −CS (1)] of data obtained by the next A / D conversion operation. An upper limit value [u + CS (n + 1) −CS (1) + ESTRNG] and a lower limit value [u + CS (n + 1) −CS (1) −ESTRNG] are set (steps S16 and S17).

より具体的には、制御部20は、A/D変換動作により得られたデータ(比較コードu)と、A/D変換動作におけるコードデータCS(n)と、次のA/D変換動作におけるコードデータCS(n+1)とに基づいて、予測値[u+CS(n+1)−CS(1)]を求める。   More specifically, the control unit 20 includes the data (comparison code u) obtained by the A / D conversion operation, the code data CS (n) in the A / D conversion operation, and the next A / D conversion operation. Based on the code data CS (n + 1), a predicted value [u + CS (n + 1) −CS (1)] is obtained.

このように、疑似的なオーバーサンプリングでは変換予測を行うことができる。即ち、同一のサンプリング信号SINに対して得られる2回目以降のA/D変換データを、1回目のA/D変換データから予測することができるため、その予測値を用いて2回目以降の逐次比較を行うデータ範囲を狭めることができる。これにより、A/D変換動作の開始から出力データを得るまで(図9のB1からB6まで)の時間を短縮できる。   Thus, conversion prediction can be performed by pseudo oversampling. That is, since the second and subsequent A / D conversion data obtained with respect to the same sampling signal SIN can be predicted from the first A / D conversion data, the second and subsequent sequential using the predicted value. The data range to be compared can be narrowed. Thereby, the time from the start of the A / D conversion operation until the output data is obtained (from B1 to B6 in FIG. 9) can be shortened.

また本実施形態では、図9等で説明したように、B6に示すように出力データDOUTを出力してから、B5に示す次のサンプリング動作までの間(期間TLP)、A/D変換回路がディセーブル状態又は低消費電力モードに設定される。   In the present embodiment, as described with reference to FIG. 9 and the like, the A / D conversion circuit is in a period from the time when the output data DOUT is output as indicated by B6 to the next sampling operation indicated by B5 (period TLP). The disabled state or the low power consumption mode is set.

ここで、ディセーブル状態とは、A/D変換回路の構成要素が非動作状態に設定された状態のことであり、例えば、システムから制御部20に供給されるディセーブル信号により設定される。あるいは、制御部20がクロック生成回路を有し、そのクロック生成回路が、システムから供給されるクロックに基づいてクロックCK1〜CK3を生成してもよい。この場合、クロック生成回路が、クロックCK1〜CK3の供給を停止(マスク)することで、A/D変換回路の構成要素が非動作状態に設定されてもよい。また、低消費電力モードとは、A/D変換回路が動作しているときの消費電力よりも、小さい消費電力となるモードのことである。例えば、A/D変換回路を構成するアナログ回路に電力が供給されない(又は低下する)モードである。   Here, the disabled state is a state in which the components of the A / D conversion circuit are set to a non-operating state, and is set by a disable signal supplied from the system to the control unit 20, for example. Alternatively, the control unit 20 may include a clock generation circuit, and the clock generation circuit may generate the clocks CK1 to CK3 based on a clock supplied from the system. In this case, the clock generation circuit may stop (mask) the supply of the clocks CK1 to CK3, so that the components of the A / D conversion circuit may be set to a non-operating state. The low power consumption mode is a mode in which the power consumption is smaller than the power consumption when the A / D conversion circuit is operating. For example, this is a mode in which power is not supplied (or decreases) to the analog circuits constituting the A / D conversion circuit.

このようにすれば、A/D変換動作の開始から出力データを得るまでの時間が短縮されたことにより空いた時間に、A/D変換回路の消費電力を低下させることができる。即ち、疑似的なオーバーサンプリングでは変換予測処理により低消費電力化を行うことができる。   In this way, it is possible to reduce the power consumption of the A / D conversion circuit during the time that is free due to the reduction of the time from the start of the A / D conversion operation until the output data is obtained. That is, in pseudo oversampling, power consumption can be reduced by conversion prediction processing.

5.コードシフト手法
本実施形態が行うコードシフトの詳細について、A/D変換のビット数が8ビットである場合を例にとり説明する。図11(A)には、本実施形態の比較例として、A/D変換回路がコードシフトを行わない場合のDNL特性及びINL特性を示す。図11(A)に示すように、例えばDNLの誤差等が原因で特定のコードでミッシングコードが発生する。例えばDNLが1LSBを超えると、出力コードが存在しないコードが発生するというミッシングコードの現象が生じる。
5. Code Shift Method Details of the code shift performed by the present embodiment will be described by taking an example in which the number of bits of A / D conversion is 8 bits. FIG. 11A shows DNL characteristics and INL characteristics when the A / D conversion circuit does not perform code shift as a comparative example of the present embodiment. As shown in FIG. 11A, for example, a missing code is generated with a specific code due to a DNL error or the like. For example, when DNL exceeds 1LSB, a missing code phenomenon occurs in which a code having no output code is generated.

この点、本実施形態によれば、図4等で説明したように、時間的に変化するコードデータCDAのD/A変換信号SCDを、サンプリング信号SINに加算することで、図11(B)に示すようなコードシフトが行われる。なお図11(B)の実線はコードシフト後の特性を表すものであり、破線はコードシフト前の特性を表すものである。   In this regard, according to the present embodiment, as described with reference to FIG. 4 and the like, the D / A conversion signal SCD of the code data CDA that changes with time is added to the sampling signal SIN, so that FIG. A code shift as shown in FIG. Note that the solid line in FIG. 11B represents the characteristic after code shift, and the broken line represents the characteristic before code shift.

即ち、本実施形態では、1又は複数回のA/D変換タイミング毎にコードデータCDAを異なった値にすることで、図11(B)に示すように、ミッシングコードが発生するコードの場所が1又は複数回のA/D変換タイミング毎に変化する。例えば00010000のコードでミッシングコードが発生したとしても、その場所が、00010001や00010010や00001111の場所にシフトする。この結果、長い時間範囲で見ると、図11(C)に示すようにDNLやINLが改善され、ミッシングコードの現象が生じない良好な特性を得ることができる。即ち、ある特定のコードで発生していたDNL特性の悪化(ミッシングコード)を、時間的に変化するコードデータCDAにより周囲のコードに拡散させることで、特性の改善を図っている。   That is, in this embodiment, the code data CDA is set to a different value for each one or a plurality of A / D conversion timings, so that the location of the code where the missing code is generated is shown in FIG. It changes every one or a plurality of A / D conversion timings. For example, even if a missing code is generated with a code of 1000010000, the location is shifted to a location of 00010001, 00010010, or 00001111. As a result, when viewed over a long time range, as shown in FIG. 11C, DNL and INL are improved, and good characteristics that do not cause the phenomenon of missing codes can be obtained. In other words, the deterioration of the DNL characteristic (missing code) that has occurred in a specific code is diffused to surrounding codes by the code data CDA that changes with time to improve the characteristic.

つまり、図11(A)に示すようにミッシングコードが発生している状態で、入力電圧に意図的にオフセット電圧を加えた場合を考える。その時のDNL、INL特性は、図11(B)に示すように、あたかも加えたオフセット電圧に相当するコードだけシフトしたようになる。この場合に、A/D変換回路で変換されたデジタルデータは、オフセット電圧に相当するコードが加えられているので、オフセット電圧に相当するコードを減算することで最終結果が得られる。本実施形態のコードシフト手法は、この特性を利用し、入力電圧に毎回異なるオフセット電圧を加える。これを行うことで、図11(C)に示す特性のA/D変換回路で、見かけ上、変換を行っていることになる。   That is, consider the case where the offset voltage is intentionally added to the input voltage in the state where the missing code is generated as shown in FIG. The DNL and INL characteristics at that time are shifted as if by a code corresponding to the applied offset voltage, as shown in FIG. In this case, since the code corresponding to the offset voltage is added to the digital data converted by the A / D conversion circuit, the final result can be obtained by subtracting the code corresponding to the offset voltage. The code shift method of this embodiment uses this characteristic and adds a different offset voltage to the input voltage every time. By doing this, the A / D conversion circuit having the characteristics shown in FIG. 11C apparently performs conversion.

例えば、ミッシングコードが発生しているコードに対応する電圧をA/D変換する場合を考える。コードシフトを行わない場合、この入力電圧周辺では非線形な変換が行われてしまう。これに対して、ある値だけコードシフトを行った場合、上記の入力電圧周辺では、線形性が良い変換が行われる。つまり、さまざまな値でコードシフトさせることで、あるコードシフト値では非線形であるが、大半のコードシフト値では線形な変換が行われる。最終的に、コードシフトを行うことで、本来ミッシングコードが発生している入力電圧においても比較的線形な変換が行われるようになる。   For example, consider a case in which a voltage corresponding to a code in which a missing code is generated is A / D converted. When code shift is not performed, nonlinear conversion is performed around this input voltage. On the other hand, when code shift is performed by a certain value, conversion with good linearity is performed around the input voltage. In other words, by performing code shift with various values, a certain code shift value is non-linear, but most code shift values are linearly converted. Finally, by performing the code shift, a relatively linear conversion is performed even in the input voltage where the missing code is originally generated.

以上のように、本実施形態によれば、コードデータCDAを発生して加算するという簡素な処理により、ミッシングコードの発生を防止し、A/D変換回路のDNLやINLの特性を改善することに成功している。   As described above, according to the present embodiment, by the simple process of generating and adding the code data CDA, the occurrence of the missing code is prevented, and the DNL and INL characteristics of the A / D conversion circuit are improved. Has succeeded.

6.D/A変換回路
図12に本実施形態のD/A変換回路の詳細な構成例を示す。図12は、A/D変換のビット数が8ビットである場合の構成例であり、図4のDAC1、DAC2、比較回路10の詳細な構成例を示すものである。DAC1、DAC2は電荷再分配型のD/A変換回路により構成される。
6). D / A Conversion Circuit FIG. 12 shows a detailed configuration example of the D / A conversion circuit of this embodiment. FIG. 12 shows a configuration example when the number of A / D conversion bits is 8, and shows a detailed configuration example of the DAC1, DAC2, and comparison circuit 10 of FIG. The DAC1 and DAC2 are configured by a charge redistribution type D / A conversion circuit.

具体的には第1のD/A変換回路DAC1は、第1のキャパシターアレイ部41と第1のスイッチアレイ部51を含む。また比較ノードNCと第1のノードN1との間に設けられる第1の直列キャパシターCS1を含む。またDAC1は、第2のキャパシターアレイ部42と第2のスイッチアレイ部52を含む。またサンプリング期間において、ノードNC、N1をGND(AGND)に設定するためのスイッチ素子SS1を含む。   Specifically, the first D / A conversion circuit DAC1 includes a first capacitor array unit 41 and a first switch array unit 51. Also included is a first series capacitor CS1 provided between the comparison node NC and the first node N1. The DAC 1 includes a second capacitor array unit 42 and a second switch array unit 52. In addition, in the sampling period, a switch element SS1 for setting the nodes NC and N1 to GND (AGND) is included.

DAC1の第1のキャパシターアレイ部41は、複数のキャパシターCA1〜CA4を含む。これらのキャパシターCA1〜CA4は、その一端が比較回路10の比較ノードNCに接続される。ここで比較ノードNC(サンプリングノード)は、比較回路10の第1の入力端子(反転入力端子)に接続されるノードであり、比較回路10の第2の入力端子(非反転入力端子)はGNDに設定される。またキャパシターCA1〜CA4はバイナリーで重み付けされており、例えばCA1、CA2、CA3、CA4の容量値は、4ビットの場合にはC、2C、4C、8Cになっている。また第1のキャパシターアレイ部41は、ダミーキャパシターCDMも含む。   The first capacitor array unit 41 of the DAC 1 includes a plurality of capacitors CA1 to CA4. One end of each of the capacitors CA <b> 1 to CA <b> 4 is connected to the comparison node NC of the comparison circuit 10. Here, the comparison node NC (sampling node) is a node connected to the first input terminal (inverting input terminal) of the comparison circuit 10, and the second input terminal (non-inverting input terminal) of the comparison circuit 10 is GND. Set to The capacitors CA1 to CA4 are binary weighted. For example, the capacitance values of CA1, CA2, CA3, and CA4 are C, 2C, 4C, and 8C in the case of 4 bits. The first capacitor array unit 41 also includes a dummy capacitor CDM.

DAC1の第1のスイッチアレイ部51は、複数のスイッチ素子SA1〜SA4を含む。これらのスイッチ素子SA1〜SA4は、第1のキャパシターアレイ部41のキャパシターCA1〜CA4の他端に接続される。そしてスイッチ素子SA1〜SA4は、逐次比較用データRDAの上位ビットのデータ(例えばRDAが8ビットの場合には上位の4ビットのデータ)に基づきスイッチ制御される。   The first switch array unit 51 of the DAC 1 includes a plurality of switch elements SA1 to SA4. These switch elements SA1 to SA4 are connected to the other ends of the capacitors CA1 to CA4 of the first capacitor array unit 41. The switch elements SA1 to SA4 are switch-controlled based on the higher-order bit data of the successive approximation data RDA (for example, the higher-order 4-bit data when the RDA is 8 bits).

DAC1の第2のキャパシターアレイ部42は、複数のキャパシターCB1〜CB4を含む。これらのキャパシターCB1〜CB4は、その一端が第1のノードN1に接続される。ここで第1のノードN1は、一端が比較ノードNCに接続される直列キャパシターCS1の他端側のノードである。またキャパシターCB1〜CB4はバイナリーで重み付けされており、例えばCB1、CB2、CB3、CB4の容量値は、4ビットの場合にはC、2C、4C、8Cになっている。   The second capacitor array unit 42 of the DAC 1 includes a plurality of capacitors CB1 to CB4. One end of each of the capacitors CB1 to CB4 is connected to the first node N1. Here, the first node N1 is a node on the other end side of the series capacitor CS1 whose one end is connected to the comparison node NC. The capacitors CB1 to CB4 are binary weighted. For example, the capacitance values of CB1, CB2, CB3, and CB4 are C, 2C, 4C, and 8C in the case of 4 bits.

DAC1の第2のスイッチアレイ部52は、複数のスイッチ素子SB1〜SB4を含む。これらのスイッチ素子SB1〜SB4は、第2のキャパシターアレイ部42のキャパシターCB1〜CB4の他端に接続される。そしてスイッチ素子SB1〜SB4は、逐次比較用データRDAの下位ビットのデータ(例えばRDAが8ビットの場合には下位の4ビットのデータ)に基づきスイッチ制御される。   The second switch array unit 52 of the DAC 1 includes a plurality of switch elements SB1 to SB4. The switch elements SB1 to SB4 are connected to the other ends of the capacitors CB1 to CB4 of the second capacitor array unit 42. The switch elements SB1 to SB4 are switch-controlled based on lower-order bit data of the successive approximation data RDA (for example, lower-order 4-bit data when the RDA is 8 bits).

第2のD/A変換回路DAC2は、比較ノードNCと第2のノードN2との間に設けられる第2の直列キャパシターCS2を含む。また第3のキャパシターアレイ部43と第3のスイッチアレイ部53を含む。   The second D / A conversion circuit DAC2 includes a second series capacitor CS2 provided between the comparison node NC and the second node N2. A third capacitor array unit 43 and a third switch array unit 53 are also included.

DAC2の第3のキャパシターアレイ部43は、複数のキャパシターCC1〜CC4を含む。これらのキャパシターCC1〜CC4は、その一端が第2のノードN2に接続される。ここで第2のノードN2は、一端が比較ノードNCに接続される直列キャパシターCS2の他端側のノードである。またキャパシターCC1〜CC4はバイナリーで重み付けされており、例えばCC1、CC2、CC3、CC4の容量値は、4ビットの場合にはC、2C、4C、8Cになっている。   The third capacitor array unit 43 of the DAC 2 includes a plurality of capacitors CC1 to CC4. One end of each of the capacitors CC1 to CC4 is connected to the second node N2. Here, the second node N2 is a node on the other end side of the series capacitor CS2, one end of which is connected to the comparison node NC. The capacitors CC1 to CC4 are binary weighted. For example, the capacitance values of CC1, CC2, CC3, and CC4 are C, 2C, 4C, and 8C in the case of 4 bits.

DAC2の第3のスイッチアレイ部53は、複数のスイッチ素子SC1〜SC4を含む。これらのスイッチ素子SC1〜SC4は、第3のキャパシターアレイ部43のキャパシターCC1〜CC4の他端に接続される。そしてスイッチ素子SC1〜SC4は、コードデータCDAに基づきスイッチ制御される。   The third switch array unit 53 of the DAC 2 includes a plurality of switch elements SC1 to SC4. These switch elements SC <b> 1 to SC <b> 4 are connected to the other ends of the capacitors CC <b> 1 to CC <b> 4 of the third capacitor array unit 43. The switch elements SC1 to SC4 are switch-controlled based on the code data CDA.

即ち図4のコードデータ生成部90は、D/A変換回路DAC2に対してコードデータCDAを出力し、このコードデータCDAに基づいてスイッチ素子SC1〜SC4はスイッチ制御される。例えばコードデータ生成部90は、逐次比較用データRDAの下位ビットデータのデータ範囲内において、1又は複数回のA/D変換タイミング毎に異なった値になるデータを、コードデータCDAとして出力する。   That is, the code data generation unit 90 in FIG. 4 outputs the code data CDA to the D / A conversion circuit DAC2, and the switch elements SC1 to SC4 are switch-controlled based on the code data CDA. For example, the code data generation unit 90 outputs, as code data CDA, data having a different value for each one or a plurality of A / D conversion timings within the data range of the lower-order bit data of the successive approximation data RDA.

具体的には図12の8ビットのA/D変換の場合には、逐次比較用データRDAの下位の4ビットのデータ範囲内において、コードデータCDAを変化させる。例えば0000〜1111のデータ範囲内(或いは0000〜1111よりも狭いデータ範囲内)においてコードデータCDAをランダムに変化させて、D/A変換回路DAC2のスイッチアレイ部53のスイッチ素子SC1〜SC4をスイッチ制御する。このときD/A変換回路DAC1のスイッチアレイ部52のスイッチ素子SB1〜SB4も、逐次比較用データRDAの下位の4ビットのデータによりスイッチ制御される。このように、コードデータCDAを変化させる範囲を、DAC1のスイッチ素子SB1〜SB4をスイッチ制御する逐次比較用データRDAのデータ範囲内に設定することで、ミッシングコードの発生を効果的に防止できる。   Specifically, in the case of 8-bit A / D conversion in FIG. 12, the code data CDA is changed within the lower 4-bit data range of the successive approximation data RDA. For example, the code data CDA is randomly changed within the data range of 0000 to 1111 (or within the data range narrower than 0000 to 1111) to switch the switch elements SC1 to SC4 of the switch array unit 53 of the D / A conversion circuit DAC2. Control. At this time, the switch elements SB1 to SB4 of the switch array unit 52 of the D / A conversion circuit DAC1 are also switch-controlled by the lower 4 bits of the successive approximation data RDA. As described above, by setting the range in which the code data CDA is changed within the data range of the successive approximation data RDA for switch-controlling the switching elements SB1 to SB4 of the DAC1, occurrence of missing codes can be effectively prevented.

なお、D/A変換回路DAC1の最小分解能(LSBに相当する電圧、量子化電圧)をRS1とし、D/A変換回路DAC2の最小分解能をRS2としたとする。この場合に図11ではRS2=RS1になっている。具体的には例えば直列キャパシターCS1とCS2の容量値は同一(ほぼ同一)になっており、DAC1のLSBに相当するキャパシターCB1の容量値と、DAC2のLSBに相当するキャパシターCC1の容量値も同一(ほぼ同一)になっている。即ちDAC2は、DAC1の最小分解能RS1(LSB)未満のノイズ電圧ではなく、ノイズ電圧よりも大きなコード電圧を出力している。このようにすることで図11(B)に示すようなコードシフトを実現できる。なおRS2=RS1には限定されず、RS2≧RS1であってもよい。   It is assumed that the minimum resolution (voltage corresponding to LSB, quantization voltage) of the D / A conversion circuit DAC1 is RS1, and the minimum resolution of the D / A conversion circuit DAC2 is RS2. In this case, RS2 = RS1 in FIG. Specifically, for example, the capacitance values of the series capacitors CS1 and CS2 are the same (almost the same), and the capacitance value of the capacitor CB1 corresponding to the LSB of the DAC1 and the capacitance value of the capacitor CC1 corresponding to the LSB of the DAC2 are also the same. (Almost the same). That is, the DAC 2 outputs a code voltage larger than the noise voltage, not the noise voltage less than the minimum resolution RS1 (LSB) of the DAC 1. In this way, a code shift as shown in FIG. 11B can be realized. In addition, it is not limited to RS2 = RS1, RS2> = RS1 may be sufficient.

次に、図13を用いて本実施形態の動作について詳細に説明する。図13に示すように、入力信号VINのサンプリング期間では、メインのD/A変換回路DAC1のスイッチ素子SS1がオンになり、ノードNC、N1がGNDに設定される。またD/A変換回路DAC1のスイッチ素子SA1〜SA4、SB1〜SB4を介して、キャパシターCA1〜CA4、CB1〜CB4の他端がVINの電圧レベルに設定される。   Next, the operation of this embodiment will be described in detail with reference to FIG. As shown in FIG. 13, in the sampling period of the input signal VIN, the switch element SS1 of the main D / A conversion circuit DAC1 is turned on, and the nodes NC and N1 are set to GND. Further, the other ends of the capacitors CA1 to CA4 and CB1 to CB4 are set to the voltage level of VIN via the switch elements SA1 to SA4 and SB1 to SB4 of the D / A conversion circuit DAC1.

これにより入力信号VINのサンプリングが行われる。そしてスイッチ素子SA1〜SA4、SB1〜SB4がオフすると、そのタイミングでの入力信号VINの電圧がホールドされる。なおサンプリング期間では、ダミーキャパシター用のスイッチ素子SDMを介して、ダミーキャパシターCDMの他端がVINの電圧レベルに設定される。   As a result, the input signal VIN is sampled. When the switch elements SA1 to SA4 and SB1 to SB4 are turned off, the voltage of the input signal VIN at that timing is held. In the sampling period, the other end of the dummy capacitor CDM is set to a voltage level of VIN via the dummy capacitor switching element SDM.

またサンプリング期間では、コードシフト用のD/A変換回路DAC2のスイッチ素子SC1〜SC4を介して、キャパシターCC1〜CC4の他端がGNDに設定される。これによりキャパシターCC1〜CC4の両端がGNDに設定され、電荷が蓄積されない状態になる。   In the sampling period, the other ends of the capacitors CC1 to CC4 are set to GND via the switch elements SC1 to SC4 of the D / A conversion circuit DAC2 for code shift. As a result, both ends of the capacitors CC1 to CC4 are set to GND, and no charge is accumulated.

次に、A/D変換の逐次比較期間になると、メインのD/A変換回路DAC1のスイッチ素子SS1がオフになる。またダミーキャパシター用のスイッチ素子SDMの他端はGNDに設定される。   Next, in the successive comparison period of A / D conversion, the switch element SS1 of the main D / A conversion circuit DAC1 is turned off. The other end of the dummy capacitor switching element SDM is set to GND.

そして、逐次比較用データRDAの各ビットに基づいて、DAC1のスイッチ素子SA1〜SA4、SB1〜SB4がスイッチ制御され、キャパシターCA1〜CA4、CB1〜CB4の他端はVREF又はGNDに設定される。   Based on each bit of the successive approximation data RDA, the switch elements SA1 to SA4 and SB1 to SB4 of the DAC1 are switch-controlled, and the other ends of the capacitors CA1 to CA4 and CB1 to CB4 are set to VREF or GND.

例えば逐次比較用データがRDA=10000000である場合には、RDAのMSBに対応するキャパシターCA4の他端は基準電圧VREFに設定される。また、他のキャパシターCA3〜CA1、CB4〜CB1の他端はGNDに設定される。   For example, when the successive approximation data is RDA = 10000000, the other end of the capacitor CA4 corresponding to the MSB of RDA is set to the reference voltage VREF. The other ends of the other capacitors CA3 to CA1 and CB4 to CB1 are set to GND.

また逐次比較用データがRDA=10001000である場合には、キャパシターCA4とCB4の他端はVREFに設定される。また、他のキャパシターCA3〜CA1、CB3〜CB1の他端はGNDに設定される。   When the successive approximation data is RDA = 10001000, the other ends of the capacitors CA4 and CB4 are set to VREF. The other ends of the other capacitors CA3 to CA1 and CB3 to CB1 are set to GND.

またA/D変換の逐次比較期間になると、コードデータCDAの各ビットに基づいて、コードシフト用のD/A変換回路DAC2のスイッチ素子SC1〜SC4がスイッチ制御され、キャパシターCC1〜CC4の他端はVREF又はGNDに設定される。   In the successive comparison period of A / D conversion, the switch elements SC1 to SC4 of the D / A conversion circuit DAC2 for code shift are switch-controlled based on each bit of the code data CDA, and the other ends of the capacitors CC1 to CC4. Is set to VREF or GND.

例えばコードデータがCDA=1000である場合には、キャパシターCC4の他端はVREFに設定され、他のキャパシターCC3〜CC1の他端はGNDに設定される。またコードデータがCDA=1100である場合には、キャパシターCC4、CC3の他端はVREFに設定され、他のキャパシターCC2、CC1の他端はGNDに設定される。   For example, when the code data is CDA = 1000, the other end of the capacitor CC4 is set to VREF, and the other ends of the other capacitors CC3 to CC1 are set to GND. When the code data is CDA = 1100, the other ends of the capacitors CC4 and CC3 are set to VREF, and the other ends of the other capacitors CC2 and CC1 are set to GND.

この場合にコードデータCDAは、図13に示す1回のA/D変換タイミング毎に変化する。即ちサンプリング期間及び逐次比較期間により構成される1回のA/D変換期間毎にコードデータCDAは変化する。なお複数回のA/D変換タイミング毎にコードデータCDAを変化させてもよい。   In this case, the code data CDA changes at each A / D conversion timing shown in FIG. That is, the code data CDA changes for each A / D conversion period constituted by the sampling period and the successive approximation period. Note that the code data CDA may be changed at every A / D conversion timing.

7.DEM手法
次に本実施形態のDEM(ダイナミック・エレメント・マッチング)手法の詳細について説明する。図14に、図12の上位ビット側の第1のキャパシターアレイ部41、第1のスイッチアレイ部51と、図4のDEM制御部80の詳細な構成例を示す。
7). DEM Method Next, details of the DEM (Dynamic Element Matching) method of this embodiment will be described. FIG. 14 shows a detailed configuration example of the first capacitor array unit 41, the first switch array unit 51 on the upper bit side of FIG. 12, and the DEM control unit 80 of FIG.

キャパシターアレイ部41は、第1型キャパシター1C1〜1C15と、第2型キャパシター3C1〜3C16を有する。第2型キャパシター3C1〜3C16は、第1型キャパシター1C1〜1C15とは容量値が異なっており、例えば第1型キャパシター1C1〜1C15の3倍(広義には整数倍)の容量値になっている。そして第1型キャパシター1C1〜1C15、第2型キャパシター3C1〜3C16の一端は出力ノードNCに接続される。   The capacitor array unit 41 includes first type capacitors 1C1 to 1C15 and second type capacitors 3C1 to 3C16. The second type capacitors 3C1 to 3C16 have different capacitance values from the first type capacitors 1C1 to 1C15, for example, three times the capacitance value of the first type capacitors 1C1 to 1C15 (integer multiple in a broad sense). . One ends of the first type capacitors 1C1 to 1C15 and the second type capacitors 3C1 to 3C16 are connected to the output node NC.

スイッチアレイ部51は、スイッチ素子SWX1〜SWX15、SWY1〜SWY16を有する。これらのスイッチ素子SWX1〜SWX15、SWY1〜SWY16は、第1型キャパシター1C1〜1C15、第2型キャパシター3C1〜3C16の他端に接続される。そして、スイッチ素子SWX1〜SWX15、SWY1〜SWY16は、入力デジタルデータの上位ビット側(ビット5〜ビット10)であるD4〜D9により生成された信号DX1〜DX15、DY1〜DY16に基づいて、スイッチ制御される。   The switch array unit 51 includes switch elements SWX1 to SWX15 and SWY1 to SWY16. The switch elements SWX1 to SWX15 and SWY1 to SWY16 are connected to the other ends of the first type capacitors 1C1 to 1C15 and the second type capacitors 3C1 to 3C16. The switch elements SWX1 to SWX15 and SWY1 to SWY16 perform switch control based on the signals DX1 to DX15 and DY1 to DY16 generated by D4 to D9 on the upper bit side (bits 5 to 10) of the input digital data. Is done.

具体的にはスイッチ素子SWX1〜SWX15、SWY1〜SWY16は、サンプリング期間においては、第1型キャパシター1C1〜1C15、第2型キャパシター3C1〜3C16の他端を、入力信号VINに接続する。   Specifically, the switch elements SWX1 to SWX15 and SWY1 to SWY16 connect the other ends of the first type capacitors 1C1 to 1C15 and the second type capacitors 3C1 to 3C16 to the input signal VIN in the sampling period.

またスイッチ素子SWX1〜SWX15、SWY1〜SWY16は、逐次比較期間(変換期間(変換期間)においては、第1型キャパシター1C1〜1C15、第2型キャパシター3C1〜3C16の他端を、VREF又はGNDに接続する。例えば信号DX1〜DX15、DY1〜DY16の論理レベルが「1」である場合には基準電圧VREFに接続し、信号DX1〜DX15、DY1〜DY16の論理レベルが「0」である場合にはGNDに接続する。   The switch elements SWX1 to SWX15 and SWY1 to SWY16 connect the other ends of the first type capacitors 1C1 to 1C15 and the second type capacitors 3C1 to 3C16 to VREF or GND in the successive comparison period (in the conversion period (conversion period)). For example, when the logic levels of the signals DX1 to DX15 and DY1 to DY16 are “1”, they are connected to the reference voltage VREF, and when the logic levels of the signals DX1 to DX15 and DY1 to DY16 are “0”. Connect to GND.

DEM制御部80は、第1、第2の割り当て決定回路21、22と、第1、第2のカウンター23、24を含む。   The DEM control unit 80 includes first and second assignment determination circuits 21 and 22 and first and second counters 23 and 24.

第1のカウンター23は、カウント処理を行って、第1のカウント値CTXを第1の割り当て決定回路21に出力する。第1の割り当て決定回路21は、第1のカウンター23からの第1のカウント値CTXに基づいて、入力デジタルデータD4〜D9の各ビット(ビット5〜ビット10)に対する第1型キャパシター1C1〜1C15の割り当てを決定する処理を行う。   The first counter 23 performs a count process and outputs the first count value CTX to the first assignment determination circuit 21. Based on the first count value CTX from the first counter 23, the first allocation determination circuit 21 is configured to use the first type capacitors 1C1 to 1C15 for the respective bits (bits 5 to 10) of the input digital data D4 to D9. The process of determining the assignment of.

第2のカウンター24は、カウント処理を行って、第2のカウント値CTYを第2の割り当て決定回路22に出力する。第2の割り当て決定回路22は、第2のカウンター24からの第2のカウント値CTYに基づいて、入力デジタルデータD4〜D9の各ビット(ビット5〜ビット10)に対する第2型キャパシター3C1〜3C16の割り当てを決定する処理を行う。   The second counter 24 performs a counting process and outputs the second count value CTY to the second allocation determination circuit 22. Based on the second count value CTY from the second counter 24, the second allocation determining circuit 22 is connected to the second type capacitors 3C1 to 3C16 for each bit (bit 5 to bit 10) of the input digital data D4 to D9. The process of determining the assignment of.

このように第1、第2の割り当て決定回路21、22が、入力デジタルデータの各ビットへの第1型キャパシター1C1〜1C15、第2型キャパシター3C1〜3C16の割り当て決定処理を行うことで、キャパシターアレイ部41のキャパシターのDEMが実現される。これらの第1、第2の割り当て決定回路21、22による割り当て決定処理は、例えば入力デジタルデータD4〜D9を用いたビットローテーション処理により実現できる。   As described above, the first and second assignment determining circuits 21 and 22 perform the assignment determining process of the first type capacitors 1C1 to 1C15 and the second type capacitors 3C1 to 3C16 to each bit of the input digital data, so that the capacitors A DEM of the capacitor of the array unit 41 is realized. The allocation determination processing by the first and second allocation determination circuits 21 and 22 can be realized by, for example, bit rotation processing using the input digital data D4 to D9.

なお、第1のカウンター23の総カウント数を第1の総カウント数とし、第2のカウンター24の総カウント数を第2の総カウント数とした場合に、第1、第2のカウンター23、24は、第1、第2の総カウント数が異なるカウンターである。具体的には、第1、第2のカウンター23、24は、第1、第2の総カウント数の最大公約数が1となるカウンターである。例えば第1のカウンター23の第1の総カウント数は15であり、第2のカウンター24の第2の総カウント数は16である。そして、第1の総カウント数=15と第2の総カウント数=16は、その最大公約数が1になっている。なお、第1、第2の総カウント数は15、16には限定されず、少なくとも異なる総カウント数であればよく、望ましくはその最大公約数が1になる総カウント数であればよい。   When the total count number of the first counter 23 is the first total count number and the total count number of the second counter 24 is the second total count number, the first and second counters 23, Reference numeral 24 denotes a counter having different first and second total count numbers. Specifically, the first and second counters 23 and 24 are counters in which the greatest common divisor of the first and second total count numbers is 1. For example, the first total count number of the first counter 23 is 15, and the second total count number of the second counter 24 is 16. The first common count number = 15 and the second total count number = 16 have the greatest common divisor of 1. Note that the first and second total count numbers are not limited to 15 and 16, but may be at least different total count numbers. Desirably, the first and second total count numbers may be total count numbers whose greatest common divisor is 1.

次に、本実施形態のDEM手法について図15(A)〜図16(B)を用いて詳細に説明する。なお以下では、第1型キャパシター1C1〜1C15を、適宜、「1C」と総称し、第2型キャパシター3C1〜3C16を、適宜、「3C」と総称する。   Next, the DEM method of this embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 15 (A) to 16 (B). Hereinafter, the first type capacitors 1C1 to 1C15 are collectively referred to as “1C” as appropriate, and the second type capacitors 3C1 to 3C16 are collectively referred to as “3C” as appropriate.

図15(A)に、入力デジタルデータの各ビット5〜10への第1型キャパシター1C、第2型キャパシター3Cの割り当て数の例を示す。前述したように、第2型キャパシター3Cの容量値は、第1型キャパシター1Cの容量値の3倍になっている。   FIG. 15A shows an example of the number of allocations of the first type capacitor 1C and the second type capacitor 3C to the respective bits 5 to 10 of the input digital data. As described above, the capacitance value of the second type capacitor 3C is three times the capacitance value of the first type capacitor 1C.

例えば入力デジタルデータのビット5(D4)には、1個の第1型キャパシター1Cが割り当てられる。同様に、ビット6、7(D5、D6)には、各々、2個、4個の第1型キャパシター1Cが割り当てられる。これにより、1:2:4というようにバイナリーに重み付けされた図2のキャパシターCA1、CA2、CA3が実現される。即ち、キャパシターCA1、CA2、CA3は、図15(A)のビット5、6、7に対応し、各々、1個、2個、4個の第1型キャパシター1Cにより実現される。   For example, one first-type capacitor 1C is assigned to bit 5 (D4) of the input digital data. Similarly, two and four first-type capacitors 1C are assigned to bits 6 and 7 (D5 and D6), respectively. As a result, the capacitors CA1, CA2, and CA3 of FIG. 2 weighted in binary such as 1: 2: 4 are realized. That is, the capacitors CA1, CA2, and CA3 correspond to the bits 5, 6, and 7 in FIG. 15A and are realized by one, two, and four first-type capacitors 1C, respectively.

入力デジタルデータのビット8(D7)には、2個の第1型キャパシター1Cと2個の第2型キャパシター3Cが割り当てられる。同様にビット9(D8)には、4個の第1型キャパシター1Cと4個の第2型キャパシター3Cが割り当てられ、ビット10(D9)には、2個の第1型キャパシター1Cと10個の第2型キャパシター3Cが割り当てられる。これにより、8:16:32というようにバイナリーに重み付けされたキャパシターCA4、CA5、CA6が実現される。即ち、キャパシターCA4、CA5、CA6は、各々、図15(A)のビット8、9、10に対応し、CA4、CA5、CA6の各キャパシターは、2個と2個、4個と4個、2個と10個というような第1型キャパシター1Cと第2型キャパシター3Cのペアーにより実現される。   Two first-type capacitors 1C and two second-type capacitors 3C are assigned to bit 8 (D7) of the input digital data. Similarly, four first-type capacitors 1C and four second-type capacitors 3C are allocated to bit 9 (D8), and two first-type capacitors 1C and 10 are allocated to bit 10 (D9). The second type capacitor 3C is assigned. As a result, capacitors CA4, CA5, and CA6 weighted in binary such as 8:16:32 are realized. That is, the capacitors CA4, CA5, and CA6 correspond to the bits 8, 9, and 10 in FIG. 15A, respectively, and the capacitors CA4, CA5, and CA6 have two, two, four, and four, This is realized by a pair of the first type capacitor 1C and the second type capacitor 3C such as two and ten.

なお図15(A)では、第2型キャパシター3Cが第1型キャパシター1Cの3倍の容量値を有するキャパシターである場合について示したが、本実施形態はこれに限定されない。例えば図9(B)では、第2型キャパシター6Cは第1型キャパシター1Cの6倍の容量値を有するキャパシターになっており、図15(B)には、この場合の入力デジタルデータの各ビット5〜10への第1型キャパシター1C、第2型キャパシター6Cの割り当て数の例が示されている。図15(B)の割り当てによっても、1:2:4:8:16:32というようにバイナリーに重み付けされたキャパシターアレイ部41のキャパシターCA1、CA2、CA3、CA4、CA5、CA6を実現できる。   Although FIG. 15A shows the case where the second type capacitor 3C is a capacitor having a capacitance value three times that of the first type capacitor 1C, the present embodiment is not limited to this. For example, in FIG. 9B, the second type capacitor 6C is a capacitor having a capacitance value six times that of the first type capacitor 1C. FIG. 15B shows each bit of the input digital data in this case. An example of the number of allocations of the first type capacitor 1C and the second type capacitor 6C to 5 to 10 is shown. Also by the assignment in FIG. 15B, the capacitors CA1, CA2, CA3, CA4, CA5, and CA6 of the capacitor array unit 41 weighted in a binary manner such as 1: 2: 4: 8: 16: 32 can be realized.

図16(A)は、図14の第1の割り当て決定回路21の動作を説明する図である。第1の割り当て決定回路21は、0、1、2・・・14というように順次インクリメントされる第1のカウンター23からのカウント値CTXに基づいて、信号DX1〜DX15を生成して、スイッチアレイ部51に出力する。   FIG. 16A is a diagram for explaining the operation of the first assignment determination circuit 21 in FIG. The first assignment determination circuit 21 generates signals DX1 to DX15 based on the count value CTX from the first counter 23 that is sequentially incremented as 0, 1, 2,. To the unit 51.

例えばカウント値CTX=0の場合には、信号DX1によって、図14の第1型キャパシター1C1は、図16(A)に示すように入力デジタルデータのビット5(D4)に割り当てられる。具体的には、信号DX1により制御されるスイッチ素子SWX1は、入力デジタルデータのビット5が「1」である場合には第1型キャパシター1C1の他端に基準電圧VREFを接続し、「0」である場合には1C1の他端にGNDを接続する。   For example, when the count value CTX = 0, the signal DX1 assigns the first type capacitor 1C1 of FIG. 14 to bit 5 (D4) of the input digital data as shown in FIG. Specifically, the switch element SWX1 controlled by the signal DX1 connects the reference voltage VREF to the other end of the first-type capacitor 1C1 when the bit 5 of the input digital data is “1”, and “0”. In this case, GND is connected to the other end of 1C1.

またカウント値CTX=0の場合に、信号DX2、DX3によって、図14の第1型キャパシター1C2、1C3は、図16(A)に示すように入力デジタルデータのビット6(D5)に割り当てられる。具体的には、信号DX2、DX3により制御されるスイッチ素子SWX2、SWX3は、入力デジタルデータのビット6が「1」である場合には1C2、1C3の他端にVREFを接続し、「0」である場合には1C2、1C3の他端にGNDを接続する。   When the count value CTX = 0, the signals DX2 and DX3 assign the first type capacitors 1C2 and 1C3 in FIG. 14 to bit 6 (D5) of the input digital data as shown in FIG. Specifically, the switch elements SWX2 and SWX3 controlled by the signals DX2 and DX3 connect VREF to the other ends of 1C2 and 1C3 when the bit 6 of the input digital data is “1”, and “0”. In this case, GND is connected to the other end of 1C2 and 1C3.

同様に、カウント値CTX=0の場合に、信号DX4〜DX7、DX8〜DX9、DX10〜DX13、DX14〜DX15によって、第1型キャパシター1C4〜1C7、1C8〜1C9、1C10〜1C13、1C14〜1C15は、各々、入力デジタルデータのビット7、8、9、10に割り当てられる。   Similarly, when the count value CTX = 0, the signals DX4 to DX7, DX8 to DX9, DX10 to DX13, and DX14 to DX15 cause the first type capacitors 1C4 to 1C7, 1C8 to 1C9, 1C10 to 1C13, 1C14 to 1C15 to be , Respectively, are assigned to bits 7, 8, 9, 10 of the input digital data.

以上のようにすることで、図15(A)に示すようなビット5〜10への第1型キャパシター1Cの割り当てが実現される。   As described above, the first type capacitor 1C is assigned to the bits 5 to 10 as shown in FIG.

そして、カウント値CTXがインクリメントされると、入力デジタルデータの各ビットに対する第1型キャパシター1Cの割り当て状態が変化する。即ち図16(A)に示すように、カウント値CTXがインクリメントされるごとに、DX1〜DX15による各ビットへの第1型キャパシター1Cの割り当て状態(DX1〜DX15の信号状態)が、順次左方向にシフトして行き、これにより入力デジタルデータの各ビットに対する第1型キャパシター1Cの割り当てが動的に変化するようになる。   When the count value CTX is incremented, the allocation state of the first type capacitor 1C for each bit of the input digital data changes. That is, as shown in FIG. 16A, every time the count value CTX is incremented, the assignment state of the first type capacitor 1C to each bit by DX1 to DX15 (signal state of DX1 to DX15) is sequentially leftward. As a result, the assignment of the first type capacitor 1C to each bit of the input digital data changes dynamically.

例えば図16(A)に示すようにカウント値CTX=1の場合には、信号DX1、DX2によって、第1型キャパシター1C1、1C2は入力デジタルデータのビット6に割り当てられる。即ちカウント値CTX=0の場合には、1C1はビット5に割り当てられていたが、カウント値がCTX=1にインクリメントされると、1C1はビット6に割り当てられるようになる。   For example, as shown in FIG. 16A, when the count value CTX = 1, the first type capacitors 1C1 and 1C2 are assigned to the bit 6 of the input digital data by the signals DX1 and DX2. In other words, when the count value CTX = 0, 1C1 is assigned to bit 5, but when the count value is incremented to CTX = 1, 1C1 is assigned to bit 6.

またカウント値CTX=1の場合には、信号DX3〜DX6によって、第1型キャパシター1C3〜1C6は入力デジタルデータのビット7に割り当てられる。即ちカウント値CTX=0の場合には、1C3はビット6に割り当てられていたが、カウント値がCTX=1にインクリメントされると、1C3はビット7に割り当てられるようになる。   When the count value CTX = 1, the first type capacitors 1C3 to 1C6 are assigned to bit 7 of the input digital data by the signals DX3 to DX6. That is, when the count value CTX = 0, 1C3 is assigned to bit 6, but when the count value is incremented to CTX = 1, 1C3 is assigned to bit 7.

そして、カウント値がCTX=1からCTX1=2にインクリメントされると、今度は、信号DX1によって1C1がビット6に割り当てられ、信号DX2〜DX5によって1C2〜1C5がビット7に割り当てられるようになる。従って、入力デジタルデータの各ビットに対する第1型キャパシター1Cの割り当てが動的に変化し、DEMが実現されるようになる。即ち、第1型キャパシター1C1〜1C15が入力デジタルデータの上位側のビット5〜10に対して均等に使用されるようになるため、見かけ上の容量比精度を向上できる。   When the count value is incremented from CTX = 1 to CTX1 = 2, 1C1 is assigned to bit 6 by the signal DX1, and 1C2 to 1C5 are assigned to bit 7 by the signals DX2 to DX5. Accordingly, the assignment of the first type capacitor 1C to each bit of the input digital data changes dynamically, and the DEM is realized. That is, since the first type capacitors 1C1 to 1C15 are used evenly for the upper bits 5 to 10 of the input digital data, the apparent capacitance ratio accuracy can be improved.

図16(B)は、図14の第2の割り当て決定回路22の動作を説明する図である。第2の割り当て決定回路22は、0、1、2・・・15というように順次インクリメントされる第2のカウンター24からのカウント値CTYに基づいて、信号DY1〜DY16を生成して、スイッチアレイ部51に出力する。   FIG. 16B is a diagram for explaining the operation of the second assignment determination circuit 22 of FIG. The second allocation determination circuit 22 generates signals DY1 to DY16 based on the count value CTY from the second counter 24 that is sequentially incremented as 0, 1, 2,. To the unit 51.

例えばカウント値CTY=0の場合には、信号DY1、DY2によって、第2型キャパシター3C1、3C2は入力デジタルデータのビット8に割り当てられる。具体的には、信号DY1、DY2により制御されるスイッチ素子SWY1、SWY2は、入力デジタルデータのビット8が「1」である場合には第2型キャパシター3C1、3C2の他端に基準電圧VREFを接続し、「0」である場合には3C1、3C2の他端にGNDを接続する。   For example, when the count value CTY = 0, the second type capacitors 3C1 and 3C2 are assigned to bit 8 of the input digital data by the signals DY1 and DY2. Specifically, the switch elements SWY1, SWY2 controlled by the signals DY1, DY2 apply the reference voltage VREF to the other ends of the second type capacitors 3C1, 3C2 when the bit 8 of the input digital data is “1”. If it is “0”, GND is connected to the other end of 3C1 and 3C2.

そして、カウント値CTYがインクリメントされると、入力デジタルデータの各ビットに対する第2型キャパシター3Cの割り当て状態が変化する。即ち図16(B)に示すように、カウント値CTYがインクリメントされるごとに、DY1〜DY16による各ビットへの第2型キャパシター3Cの割り当て状態(DY1〜DX16の信号状態)が、順次左方向にシフトして行き、これにより入力デジタルデータの各ビットに対する第2型キャパシター3Cの割り当てが動的に変化するようになる。   When the count value CTY is incremented, the allocation state of the second type capacitor 3C for each bit of the input digital data changes. That is, as shown in FIG. 16B, every time the count value CTY is incremented, the assignment state of the second type capacitor 3C to each bit by DY1 to DY16 (signal state of DY1 to DX16) is sequentially leftward. As a result, the assignment of the second type capacitor 3C to each bit of the input digital data changes dynamically.

例えば図16(B)に示すようにカウント値CTY=1の場合には、信号DY1によって第2型キャパシター3C1はビット8に割り当てれ、信号DY2〜DY5によって、第2型キャパシター3C2〜3C5はビット9に割り当てられる。即ちカウント値CTY=0の場合には、3C2はビット8に割り当てられていたが、カウント値がCTY=1にインクリメントされると、3C2はビット9に割り当てられるようになる。従って、入力デジタルデータの各ビットに対する第2型キャパシター3Cの割り当てが動的に変化し、DEMが実現されるようになる。   For example, as shown in FIG. 16B, when the count value CTY = 1, the second type capacitor 3C1 is assigned to bit 8 by the signal DY1, and the second type capacitors 3C2 to 3C5 are bit by the signals DY2 to DY5. 9 is assigned. That is, when the count value CTY = 0, 3C2 is assigned to bit 8, but when the count value is incremented to CTY = 1, 3C2 is assigned to bit 9. Accordingly, the assignment of the second type capacitor 3C to each bit of the input digital data changes dynamically, and the DEM is realized.

8.全差動型D/A変換回路
図17に全差動型のD/A変換回路の詳細な構成例を示す。図17は、A/D変換のビット数が8ビットである場合の構成例であり、図4のDAC1、DAC2、比較回路10の詳細な構成例を示すものである。図17のD/A変換回路は、比較回路10の非反転入力端子に接続されるメインのD/A変換回路DAC1Pと、反転入力端子に接続されるメインのD/A変換回路DAC1Nを含む。また、比較回路10の非反転入力端子に接続されるコードシフト用のD/A変換回路DAC2Pと、反転入力端子に接続されるコードシフト用のD/A変換回路DAC2Nを含む。
8). Fully Differential D / A Converter Circuit FIG. 17 shows a detailed configuration example of a fully differential D / A converter circuit. FIG. 17 is a configuration example when the number of bits of A / D conversion is 8 bits, and shows a detailed configuration example of the DAC1, DAC2, and comparison circuit 10 of FIG. The D / A conversion circuit of FIG. 17 includes a main D / A conversion circuit DAC1P connected to the non-inverting input terminal of the comparison circuit 10 and a main D / A conversion circuit DAC1N connected to the inverting input terminal. Further, a D / A conversion circuit DAC2P for code shift connected to the non-inverting input terminal of the comparison circuit 10 and a D / A conversion circuit DAC2N for code shift connected to the inverting input terminal are included.

非反転側(正側)のメインのDAC1P及び反転側(負側)のメインのDAC1Nの構成は、図11のメインのDAC1と同様に、キャパシターアレイ部とスイッチアレイ部を含む。そしてDAC1Pには、差動信号を構成する非反転側(正側)の入力信号PINが入力され、DAC1Nには、差動信号を構成する反転側(負側)の入力信号NINが入力される。   The configuration of the main DAC 1P on the non-inversion side (positive side) and the main DAC 1N on the inversion side (negative side) includes a capacitor array unit and a switch array unit, similarly to the main DAC 1 in FIG. The DAC 1P receives a non-inverted (positive) input signal PIN constituting a differential signal, and the DAC 1N receives an inverted (negative) input signal NIN constituting a differential signal. .

そしてサンプリング期間では、DAC1PのノードNCP、N1Pは、スイッチ素子SS1P、SS2Pによりコモン電圧(中間電圧)VCMに設定される。またDAC1NのノードNCN、N1Nは、スイッチ素子SS1N、SS2Nによりコモン電圧VCMに設定される。   In the sampling period, the nodes NCP and N1P of the DAC 1P are set to the common voltage (intermediate voltage) VCM by the switch elements SS1P and SS2P. The nodes NCN and N1N of the DAC 1N are set to the common voltage VCM by the switch elements SS1N and SS2N.

またサンプリング期間では、DAC1Pのスイッチ素子SA1P〜SA4P、SB1P〜SB4Pの一端は、差動信号の非反転側の信号PINに接続され、DAC1Nのスイッチ素子SA1N〜SA4N、SB1N〜SB4Nの一端は、差動信号の反転側の信号NINに接続される。   In the sampling period, one end of the switch elements SA1P to SA4P and SB1P to SB4P of the DAC 1P is connected to the signal PIN on the non-inversion side of the differential signal, and one end of the switch elements SA1N to SA4N and SB1N to SB4N of the DAC 1N It is connected to the signal NIN on the inversion side of the motion signal.

一方、逐次比較期間では、DAC1Pのスイッチ素子SA1P〜SA4P、SB1P〜SB4Pの一端は、逐次比較用データの対応するビットが「1」である場合にはVREFに接続され、「0」である場合にはGNDに接続される。   On the other hand, in the successive approximation period, one end of the switching elements SA1P to SA4P and SB1P to SB4P of the DAC 1P is connected to VREF when the corresponding bit of the successive approximation data is “1”, and is “0”. Is connected to GND.

これに対して、DAC1Nのスイッチ素子SA1N〜SA4N、SB1N〜SB4Nの一端は、逐次比較用データの対応するビットが「1」である場合にはGNDに接続され、「0」である場合にはVREFに接続される。   On the other hand, one end of each of the switching elements SA1N to SA4N and SB1N to SB4N of the DAC 1N is connected to the GND when the corresponding bit of the successive approximation data is “1”, and is one when it is “0”. Connected to VREF.

非反転側のコードシフト用のDAC2P及び反転側のコードシフト用のDAC2Nは、図11のコードシフト用のDAC2と同様に、キャパシターアレイ部とスイッチアレイ部を含む。   The non-inverted code shift DAC 2P and the inverted code shift DAC 2N include a capacitor array section and a switch array section, similar to the code shift DAC 2 in FIG.

そしてサンプリング期間では、DAC2PのノードN2Pは、スイッチ素子SS3PによりVCMに設定される。またDAC2NのノードN2Nは、スイッチ素子SS3NによりVCMに設定される。またDAC2Pのスイッチ素子SC1P〜SC4P及びDAC2Nのスイッチ素子SC1N〜SC4Nの一端はVCMに接続される。   In the sampling period, the node N2P of the DAC 2P is set to VCM by the switch element SS3P. The node N2N of the DAC 2N is set to VCM by the switch element SS3N. Further, one ends of the switching elements SC1P to SC4P of the DAC 2P and the switching elements SC1N to SC4N of the DAC 2N are connected to the VCM.

一方、逐次比較期間では、DAC2Pのスイッチ素子SC1P〜SC4Pの一端は、コードデータの対応するビットが「1」である場合にはVREFに接続され、「0」である場合にはGNDに接続される。これに対して、DAC2Nのスイッチ素子SC1N〜SC4Nの一端は、コードデータの対応するビットが「1」である場合にはGNDに接続され、「0」である場合にはVREFに接続される。   On the other hand, in the successive approximation period, one end of the switch elements SC1P to SC4P of the DAC 2P is connected to VREF when the corresponding bit of the code data is “1”, and is connected to GND when the bit is “0”. The On the other hand, one end of each of the switching elements SC1N to SC4N of the DAC 2N is connected to GND when the corresponding bit of the code data is “1”, and is connected to VREF when the bit is “0”.

図17の構成によっても、コードシフト手法により、A/D変換回路のDNLやINLを改善し、ミッシングコード等の発生を防止できる。また全差動型でA/D変換回路を構成することで、振幅を大きく取ることができ、S/N比を向上できると共に、コモンモードノイズの影響を低減できる。   Also with the configuration of FIG. 17, the DNL and INL of the A / D conversion circuit can be improved by the code shift method, and the occurrence of a missing code or the like can be prevented. Further, by configuring the A / D conversion circuit as a fully differential type, the amplitude can be increased, the S / N ratio can be improved, and the influence of common mode noise can be reduced.

9.電子機器
図18に本実施形態のA/D変換回路(D/A変換回路)を含む電子機器の構成例を示す。この電子機器は、センサー510、検出回路520、A/D変換回路530(D/A変換回路)、処理部540を含む。なおこれらの一部の構成要素を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。例えば検出回路520、A/D変換回路530、処理部540は集積回路装置により実現できる。
9. Electronic Device FIG. 18 shows a configuration example of an electronic device including an A / D conversion circuit (D / A conversion circuit) of this embodiment. This electronic device includes a sensor 510, a detection circuit 520, an A / D conversion circuit 530 (D / A conversion circuit), and a processing unit 540. Various modifications may be made such as omitting some of these components or adding other components. For example, the detection circuit 520, the A / D conversion circuit 530, and the processing unit 540 can be realized by an integrated circuit device.

図18の電子機器としては、例えば生体計測機器(脈拍計、歩数計等)、携帯型情報端末、映像機器(デジタルカメラ、ビデオカメラ)、時計などの種々の機器を想定できる。   As the electronic device in FIG. 18, for example, various devices such as a biological measurement device (pulse meter, pedometer, etc.), a portable information terminal, a video device (digital camera, video camera), a clock, and the like can be assumed.

センサー510は、ジャイロセンサー、加速度センサー、フォトセンサー、圧力センサー等であって、電子機器の用途に応じた様々なセンサーが用いられる。検出回路520はセンサー510から出力されるセンサー信号を増幅して、所望信号を抽出する。またA/D変換回路530は検出回路520からの検出信号(所望信号)をデジタルデータに変換して、処理部540へ出力する。   The sensor 510 is a gyro sensor, an acceleration sensor, a photo sensor, a pressure sensor, or the like, and various sensors are used according to the application of the electronic device. The detection circuit 520 amplifies the sensor signal output from the sensor 510 and extracts a desired signal. The A / D conversion circuit 530 converts the detection signal (desired signal) from the detection circuit 520 into digital data and outputs the digital data to the processing unit 540.

処理部540は、A/D変換回路530からのデジタルデータに対して必要なデジタル信号処理を実行する。また処理部540は、検出回路520のゲイン制御等を行ってもよい。ここで処理部540で行われるデジタル信号処理としては、センサー信号から適正な所望信号を抽出するための高速フーリエ変換等の種々の処理を想定できる。   The processing unit 540 performs necessary digital signal processing on the digital data from the A / D conversion circuit 530. The processing unit 540 may perform gain control of the detection circuit 520 and the like. Here, as the digital signal processing performed by the processing unit 540, various processes such as fast Fourier transform for extracting an appropriate desired signal from the sensor signal can be assumed.

なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。またD/A変換回路、A/D変換回路、電子機器の構成・動作や、D/A変換手法、A/D変換手法、DEM手法、コードシフト手法等も、本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。   Although the present embodiment has been described in detail as described above, it will be easily understood by those skilled in the art that many modifications can be made without departing from the novel matters and effects of the present invention. Accordingly, all such modifications are intended to be included in the scope of the present invention. For example, a term described with a different term having a broader meaning or the same meaning at least once in the specification or the drawings can be replaced with the different term in any part of the specification or the drawings. The configuration / operation of the D / A conversion circuit, A / D conversion circuit, and electronic device, the D / A conversion method, the A / D conversion method, the DEM method, the code shift method, and the like are also described in this embodiment. Without being limited, various modifications can be made.

10 比較回路、20 制御部、21,22 第1,第2の割り当て決定回路、
23,24 第1,第2のカウンター、30 S/H回路、40 出力部、
41〜43 第1〜第3のキャパシターアレイ部、
51〜53 第1〜第3のスイッチアレイ部、80 DEM制御部、
90 コードデータ生成部、510 センサー、520 検出回路、
530 A/D変換回路、540 処理部、
CA1〜CA4,CB1〜CB4,CC1〜CC4 キャパシター、
CDA コードデータ、CDM ダミーキャパシター、
CK1〜CK3 第1〜第3クロック、CPQ 比較結果信号、
CS(n) コードデータ、CTX,CTY カウント値、
DAC1,DAC2 第1、第2のD/A変換回路、DMP DEM制御信号、
DOUT 出力データ、ENOB 有効ビット数、
ESTRNG 変換予測範囲の幅、NC 比較ノード、
QC A/D変換データ、RDA 逐次比較用データ、
SA1〜SA4,SB1〜SB4,SC1〜SC4, スイッチ素子、
SADD 加算信号、SAR 逐次比較レジスター、
SCD コードデータのD/A変換信号、SDM スイッチ素子、
SIN サンプリング信号、SSW スイッチ制御信号、u 比較コード
10 comparison circuit, 20 control unit, 21, 22 first and second allocation determination circuit,
23, 24 First and second counters, 30 S / H circuit, 40 output unit,
41-43 1st-3rd capacitor array part,
51-53 1st-3rd switch array part, 80 DEM control part,
90 code data generation unit, 510 sensor, 520 detection circuit,
530 A / D conversion circuit, 540 processing unit,
CA1-CA4, CB1-CB4, CC1-CC4 capacitors,
CDA code data, CDM dummy capacitor,
CK1 to CK3 1st to 3rd clock, CPQ comparison result signal,
CS (n) code data, CTX, CTY count value,
DAC1, DAC2 first and second D / A conversion circuits, DMP DEM control signals,
DOUT output data, ENOB effective number of bits,
ESTRNG conversion prediction range width, NC comparison node,
QC A / D conversion data, RDA successive comparison data,
SA1 to SA4, SB1 to SB4, SC1 to SC4, switch element,
SADD addition signal, SAR successive approximation register,
D / A conversion signal of SCD code data, SDM switch element,
SIN sampling signal, SSW switch control signal, u comparison code

Claims (5)

逐次比較における比較動作を行う比較回路と、
前記逐次比較により更新される逐次比較用データを記憶する逐次比較レジスターと、コードデータ生成部とを有する制御部と、
前記比較回路の比較ノードに接続され、前記逐次比較用データのD/A変換を行う第1のD/A変換回路と、
前記比較ノードに接続され、前記コードデータ生成部からのコードデータのD/A変換を行う第2のD/A変換回路と、
前記逐次比較の結果に基づいて、出力データを出力する出力部と、
を含み、
前記制御部は、
サンプリング動作から前記サンプリング動作の次のサンプリング動作までの間に、mビット(mは2以上の自然数)のA/D変換動作を複数回行う制御処理を行い、
前記コードデータ生成部は、
前記複数回のA/D変換動作の各回で異なる前記コードデータを生成し、
記出力部は、
前記複数回のA/D変換動作により得られた複数のmビットデータに基づいて、m+jビット(jは自然数)の前記出力データを出力し、
前記制御部は、
前記A/D変換動作により得られたデータと、前記A/D変換動作における前記コードデータと、次のA/D変換動作における前記コードデータとに基づいて、前記次のA/D変換動作により得られるデータの予測値を求め、
前記予測値を含むデータ範囲の上限値及び下限値を、前記逐次比較を行うデータ範囲を決める上限値及び下限値として設定することを特徴とするA/D変換回路。
A comparison circuit for performing a comparison operation in successive approximation;
A control unit having a successive approximation register for storing successive comparison data updated by the successive approximation, and a code data generation unit;
A first D / A conversion circuit connected to a comparison node of the comparison circuit and performing D / A conversion of the successive approximation data;
A second D / A conversion circuit connected to the comparison node and performing D / A conversion of code data from the code data generation unit ;
An output unit for outputting output data based on the result of the successive comparison;
Including
The controller is
Between the sampling operation and the next sampling operation of the sampling operation, a control process for performing an A / D conversion operation of m bits (m is a natural number of 2 or more) a plurality of times is performed.
The code data generator is
Generates different said code data in each time of the plurality of A / D conversion operation,
Before Symbol output section,
Based on a plurality of m-bit data obtained by the plurality of A / D conversion operations, the output data of m + j bits (j is a natural number) is output,
The controller is
Based on the data obtained by the A / D conversion operation, the code data in the A / D conversion operation, and the code data in the next A / D conversion operation, the next A / D conversion operation Find the predicted value of the resulting data,
An A / D conversion circuit , wherein an upper limit value and a lower limit value of a data range including the predicted value are set as an upper limit value and a lower limit value that determine a data range for the successive comparison .
請求項1において、
前記第1のD/A変換回路は、
キャパシターアレイ部とスイッチアレイ部とを有し、
前記制御部は、
前記逐次比較用データの各ビットに対する前記第1のD/A変換回路の前記キャパシターアレイ部のキャパシターの割り当てを、前記複数回のA/D変換動作の各回で変化させる制御を、前記第1のD/A変換回路の前記スイッチアレイ部に対して行うことを特徴とするA/D変換回路。
In claim 1,
The first D / A conversion circuit includes:
A capacitor array section and a switch array section;
The controller is
Control for changing the allocation of the capacitors in the capacitor array section of the first D / A converter circuit for each bit of the successive approximation data at each of the plurality of A / D conversion operations, An A / D conversion circuit, which is performed on the switch array unit of the D / A conversion circuit.
請求項1又は2において、In claim 1 or 2,
前記第2のD/A変換回路は、The second D / A conversion circuit includes:
キャパシターアレイ部とスイッチアレイ部とを有し、A capacitor array section and a switch array section;
前記制御部は、The controller is
前記コードデータに基づいて、前記第2のD/A変換回路の前記スイッチアレイ部に対するスイッチ制御を行い、Based on the code data, switch control for the switch array unit of the second D / A conversion circuit,
前記第2のD/A変換回路は、The second D / A conversion circuit includes:
前記制御部によるスイッチ制御により前記コードデータのD/A変換を行うことを特徴とするA/D変換回路。An A / D conversion circuit which performs D / A conversion of the code data by switch control by the control unit.
請求項乃至のいずれかにおいて、
前記出力データを出力してから、前記次のサンプリング動作までの間、ディセーブル状態又は低消費電力モードに設定されることを特徴とするA/D変換回路。
In any one of Claims 1 thru | or 3 ,
The A / D conversion circuit is set to a disabled state or a low power consumption mode from the output of the output data to the next sampling operation.
請求項1乃至のいずれかに記載されたA/D変換回路を含むことを特徴とする電子機器。
An electronic apparatus comprising the A / D converter circuit according to any one of claims 1 to 4.
JP2012078952A 2012-03-30 2012-03-30 A / D conversion circuit and electronic device Expired - Fee Related JP6136097B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012078952A JP6136097B2 (en) 2012-03-30 2012-03-30 A / D conversion circuit and electronic device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012078952A JP6136097B2 (en) 2012-03-30 2012-03-30 A / D conversion circuit and electronic device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013211611A JP2013211611A (en) 2013-10-10
JP6136097B2 true JP6136097B2 (en) 2017-05-31

Family

ID=49529109

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012078952A Expired - Fee Related JP6136097B2 (en) 2012-03-30 2012-03-30 A / D conversion circuit and electronic device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6136097B2 (en)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6750211B2 (en) * 2015-12-03 2020-09-02 セイコーエプソン株式会社 Circuit devices, oscillators, electronic devices and mobile units
JP6784020B2 (en) 2015-12-03 2020-11-11 セイコーエプソン株式会社 Circuits, oscillators, electronics and mobiles
JP2017135616A (en) * 2016-01-28 2017-08-03 日本放送協会 Analog-digital conversion circuit
JP6769141B2 (en) * 2016-07-06 2020-10-14 セイコーエプソン株式会社 Circuit devices, physical quantity detectors, electronic devices and mobile objects
JP7039236B2 (en) 2017-09-29 2022-03-22 キヤノン株式会社 Sequential comparison type AD converter, image pickup device, image pickup system, mobile body
US10511316B2 (en) * 2018-03-08 2019-12-17 Analog Devices Global Unlimited Company Method of linearizing the transfer characteristic by dynamic element matching
US10516408B2 (en) 2018-03-08 2019-12-24 Analog Devices Global Unlimited Company Analog to digital converter stage
US10680636B2 (en) 2018-03-26 2020-06-09 Samsung Electronics Co., Ltd. Analog-to-digital converter (ADC) with reset skipping operation and analog-to-digital conversion method
US11996866B2 (en) 2022-03-21 2024-05-28 xMEMS Labs, Inc. Feedback control system achieving high performance via density modulation
US11695426B1 (en) * 2022-03-31 2023-07-04 xMEMS Labs, Inc. SAR ADC and related method

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0470124A (en) * 1990-07-10 1992-03-05 Mitsubishi Electric Corp Analog/digital converting method and converter
JP2896219B2 (en) * 1990-10-16 1999-05-31 株式会社東芝 Digital to analog converter
JPH11154866A (en) * 1997-11-19 1999-06-08 Nec Corp Successive approximation a/d converter
JP5440758B2 (en) * 2009-05-07 2014-03-12 セイコーエプソン株式会社 A / D conversion circuit, electronic device, and A / D conversion method
JP5263268B2 (en) * 2010-11-10 2013-08-14 ソニー株式会社 Successive comparison type A / D converter and solid-state imaging device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2013211611A (en) 2013-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6136097B2 (en) A / D conversion circuit and electronic device
JP5699674B2 (en) D / A conversion circuit, A / D conversion circuit and electronic device
JP5440758B2 (en) A / D conversion circuit, electronic device, and A / D conversion method
KR101341029B1 (en) Successive approximation register analog disital converter and analog disital converting methode using the same
JP5589780B2 (en) A / D conversion circuit, electronic device, and A / D conversion method
KR102103933B1 (en) Successive approximation analog to digital converter and method of analog to digital conversion
CN103378861B (en) Analog-to-digital converter systems and methods
CN107493104B (en) Continuous approximation scratchpad analog-to-digital converter and analog-to-digital signal conversion method
US8659462B2 (en) Successive approximation register analog-to-digital converter and analog-to-digital conversion method using the same
CN107135000B (en) Capacitor order determination in an analog-to-digital converter
TWI559687B (en) Successive approximation analog-to-digitl converter
CN104079298A (en) Successive approximation type analog-to-digital converter of self-calibration bridge-connection capacitor structure
US10211847B1 (en) Successive approximation register analog-to-digital converter and method for operating the same
JP5904240B2 (en) A / D conversion circuit, electronic device, and A / D conversion method
JP5915790B2 (en) D / A conversion circuit, A / D conversion circuit and electronic device
JP5903988B2 (en) A / D conversion circuit and electronic device
JP5549824B2 (en) A / D conversion circuit, electronic device, and A / D conversion method
JP5695629B2 (en) Successive comparison type A / D converter and multi-bit delta-sigma modulator using the same
JP2006121378A (en) A/d converter
JP5699688B2 (en) D / A conversion circuit, A / D conversion circuit and electronic device
JP5915791B2 (en) D / A conversion circuit, A / D conversion circuit and electronic device
JP5699673B2 (en) D / A conversion circuit, A / D conversion circuit and electronic device
JP6075488B2 (en) A / D conversion circuit and electronic device
JPH04235418A (en) AD converter
US11791830B2 (en) ADC apparatus and control method

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150320

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160112

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160308

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160506

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160809

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20161007

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170404

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170417

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6136097

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees