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JP7851905B2 - Analog-to-digital converters and electronic devices - Google Patents
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JP7851905B2 - Analog-to-digital converters and electronic devices - Google Patents

Analog-to-digital converters and electronic devices

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JP7851905B2 JP2023500825A JP2023500825A JP7851905B2 JP 7851905 B2 JP7851905 B2 JP 7851905B2 JP 2023500825 A JP2023500825 A JP 2023500825A JP 2023500825 A JP2023500825 A JP 2023500825A JP 7851905 B2 JP7851905 B2 JP 7851905B2
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Description

本開示は、アナログ-デジタル変換器及び電子機器に関する。This disclosure relates to analog-to-digital converters and electronic devices.

ノイズシェーピングを行う逐次比較型AD変換器(SAR ADC:Successive Approximation Resister Analog Digital Converter)が知られている(特許文献1参照)。この種のSAR ADCは、容量DA変換器(CDAC)の残差電圧を保持し、保持した残差電圧を次のサンプリング周期でCDACの出力に加算してノイズシェーピングを行う。特許文献1では、残差電圧を任意の時間遅延させて保持することにより、高次のノイズシェーピングを行うことができるようにしている。Successive Approximation Resister Analog-to-Digital Converters (SAR ADCs) that perform noise shaping are known (see Patent Document 1). This type of SAR ADC holds the residual voltage of a capacitive DA converter (CDAC) and performs noise shaping by adding the held residual voltage to the output of the CDAC at the next sampling period. Patent Document 1 enables higher-order noise shaping by holding the residual voltage with an arbitrary time delay.

特開2018-50282号公報Japanese Patent Publication No. 2018-50282

SAR ADCでは、1つのサンプリング周期の中に、入力信号をサンプリングする期間と、サンプリングした入力信号をAD変換する期間と、残差電圧をサンプリングする期間とを設ける必要がある。In a SAR ADC, it is necessary to have three periods within a single sampling cycle: a period for sampling the input signal, a period for performing A/D conversion on the sampled input signal, and a period for sampling the residual voltage.

AD変換する期間では、サンプリングした入力信号をコンパレータで比較して、その比較結果に基づいてCDACを制御する必要があるが、温度条件やスキュー条件等が悪化すると、AD変換に時間がかかり、その影響で、残差電圧をサンプリングする時間が足りなくなるおそれがある。残差電圧のサンプリングが不完全だと、ノイズシェーピングが正しく行われず、SNDR(Signal-to-Noise and Distortion Ratio)が悪くなる。During the AD conversion period, it is necessary to compare the sampled input signal with a comparator and control the CDAC based on the comparison result. However, if temperature conditions or skew conditions worsen, the AD conversion takes longer, which may result in insufficient time to sample the residual voltage. If the residual voltage sampling is incomplete, noise shaping will not be performed correctly, and the SNDR (Signal-to-Noise and Distortion Ratio) will deteriorate.

この問題を解決するために、入力信号をサンプリングする期間を短縮して、AD変換の期間と残差電圧のサンプリング期間を確保することも考えられるが、SAR ADCでは、入力信号をサンプリングする期間内に、残差電圧を保持するキャパシタ内の電荷を別のキャパシタに全電荷転送してノイズシェーピング信号を生成する場合がある。この場合、入力信号のサンプリング期間が短くなると、全電荷転送が間に合わないおそれがある。全電荷転送が間に合わないと、やはりSNDRが悪くなる。To solve this problem, one could consider shortening the sampling period for the input signal to ensure sufficient time for AD conversion and residual voltage sampling. However, in SAR ADCs, the noise-shaping signal is sometimes generated by transferring all the charge from one capacitor to another within the input signal sampling period. In this case, if the input signal sampling period is shortened, the entire charge transfer may not be completed in time. If the entire charge transfer is not completed in time, the SNDR will also deteriorate.

特許文献1は、上述した手法とは異なる手法で残差信号のサンプリングを行っており、上述した手法の問題点に対する解決策を提示していない。Patent Document 1 performs residual signal sampling using a method different from the one described above, and does not offer a solution to the problems of the method described above.

そこで、本開示では、入力信号のAD変換が終わった後に残差信号を正しくサンプリングでき、AD変換精度とSNDRに優れたアナログ-デジタル変換器及び電子機器を提供するものである。Therefore, this disclosure provides an analog-to-digital converter and electronic device that can correctly sample the residual signal after the AD conversion of the input signal is completed, and that exhibits excellent AD conversion accuracy and SNDR.

上記の課題を解決するために、本開示によれば、連続した第1期間、第2期間及び第3期間を含むサンプリング周期内にアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ-デジタル変換器であって、
前記アナログ信号を前記第1期間内にサンプリングするとともに、前記サンプリングされた信号を前記第2期間内に冗長性を持たせて1ビットずつ順次に前記デジタル信号に変換するとともに、未変換の残差信号を出力するデジタル-アナログ変換器と、
前記第3期間内に前記残差信号をサンプリングし、かつ少なくとも前記第2期間内に、直前のサンプリング周期内の前記第3期間にサンプリングした残差信号の一部と、2つ前のサンプリング周期内の前記第3期間にサンプリングした残差信号の一部とに基づいて、電荷転送又は電荷再配分を行ってノイズシェーピング信号を生成するフィルタ部と、
前記残差信号と前記ノイズシェーピング信号とに基づいて、前記第2期間内に前記デジタル-アナログ変換器を制御するDAC制御部と、を備える、アナログ-デジタル変換器が提供される。
To solve the above problems, the present disclosure provides an analog-to-digital converter that converts an analog signal to a digital signal within a sampling period including a continuous first period, a second period, and a third period,
A digital-to-analog converter that samples the analog signal within a first period, converts the sampled signal into a digital signal bit by bit with redundancy within a second period, and outputs the unconverted residual signal.
A filter unit that samples the residual signal within the third period and generates a noise-shaping signal by performing charge transfer or charge redistribution based at least within the second period on a portion of the residual signal sampled in the third period within the immediately preceding sampling period and a portion of the residual signal sampled in the third period within the sampling period two periods prior;
An analog-to-digital converter is provided, comprising: a DAC control unit that controls the digital-to-analog converter within the second period based on the residual signal and the noise shaping signal.

前記フィルタ部は、前記第1期間及び前記第2期間内に、直前のサンプリング周期内の前記第3期間にサンプリングした残差信号の一部と、2つ前のサンプリング周期内の前記第3期間にサンプリングした残差信号の一部とを電荷転送して前記ノイズシェーピング信号を生成してもよい。The filter unit may generate the noise shaping signal by transferring charge between a portion of the residual signal sampled in the third period within the immediately preceding sampling period and a portion of the residual signal sampled in the third period within the sampling period two periods prior, during the first and second periods.

前記フィルタ部は、前記第1期間及び前記第2期間内に、直前のサンプリング周期内の前記第3期間にサンプリングした残差信号の一部と、2つ前のサンプリング周期内の前記第3期間にサンプリングした残差信号の一部とを電荷再配分して前記ノイズシェーピング信号を生成してもよい。The filter unit may generate the noise shaping signal by redistributing charge between a portion of the residual signal sampled in the third period within the immediately preceding sampling period and a portion of the residual signal sampled in the third period within the sampling period two periods prior, during the first and second periods.

前記フィルタ部は、
複数の第1キャパシタと、
前記複数の第1キャパシタのそれぞれに電荷を蓄積するか否かを切り替える複数の第1切替器と、を有し、
前記前記複数の第1キャパシタのうち一部の第1キャパシタは、前記第3期間内に前記残差信号に応じた電荷を蓄積し、
前記第1期間及び前記第2期間内に、直前のサンプリング周期の前記第3期間内に前記残差信号を蓄積した前記一部の第1キャパシタから、別の第1キャパシタに電荷転送を行い、
前記別の第1キャパシタに転送された電荷により前記ノイズシェーピング信号が生成されてもよい。
The filter unit is
Multiple first capacitors,
The system includes a plurality of first switches that switch whether or not to store charge in each of the plurality of first capacitors,
Some of the aforementioned plurality of first capacitors accumulate charge corresponding to the residual signal during the third period.
During the first and second periods, charge transfer is performed from one of the first capacitors that accumulated the residual signal during the third period of the immediately preceding sampling period to another first capacitor.
The noise shaping signal may be generated by the charge transferred to the other first capacitor.

前記フィルタ部は、
前記残差信号が入力される第1差動入力端子と、前記残差信号に応じた差動信号を出力する第1差動出力端子とを有する第1差動アンプと、
第2差動入力端子及び第2差動出力端子を有し、前記第2差動出力端子から差動の前記ノイズシェーピング信号を出力する第2差動アンプを備え、
前記別の第1キャパシタは、前記第2差動アンプの前記第2差動入力端子及び前記第2差動出力端子の間に接続されてもよい。
The filter unit is
A first differential amplifier having a first differential input terminal into which the residual signal is input, and a first differential output terminal that outputs a differential signal corresponding to the residual signal,
A second differential amplifier is provided, having a second differential input terminal and a second differential output terminal, and outputting the differential noise shaping signal from the second differential output terminal.
The other first capacitor may be connected between the second differential input terminal and the second differential output terminal of the second differential amplifier.

前記第1差動アンプの前記第1差動入力端子と前記第2差動アンプの前記第2差動入力端子との少なくとも一方に入力される差動入力信号を周期的に入れ替える第1チョッパと、
前記第1差動アンプの前記第1差動出力端子と前記第2差動アンプの前記第2差動出力端子との少なくとも一方から出力される差動出力信号を、前記第1チョッパの入れ替えに同期して、周期的に入れ替える第2チョッパと、をさらに備えてもよい。
A first chopper that periodically swaps the differential input signals input to at least one of the first differential input terminal of the first differential amplifier and the second differential input terminal of the second differential amplifier,
The system may further include a second chopper that periodically switches the differential output signals output from at least one of the first differential output terminal of the first differential amplifier and the second differential output terminal of the second differential amplifier in synchronization with the switching of the first chopper.

前記フィルタ部は、
複数の第1キャパシタと、
前記複数の第1キャパシタのそれぞれに電荷を蓄積するか否かを切り替える複数の第1切替器と、を有し、
前記前記複数の第1キャパシタのうち一部の第1キャパシタは、前記第3期間内に前記残差信号に応じた電荷を蓄積し、
前記第1期間及び前記第2期間内に、直前のサンプリング周期の前記第3期間内に前記残差信号を蓄積した前記一部の第1キャパシタの蓄積電荷を、前記一部の第1キャパシタと別の第1キャパシタとで電荷再配分して前記ノイズシェーピング信号を生成してもよい。
The filter unit is
Multiple first capacitors,
The system includes a plurality of first switches that switch whether or not to store charge in each of the plurality of first capacitors,
Some of the aforementioned plurality of first capacitors accumulate charge corresponding to the residual signal during the third period.
During the first and second periods, the accumulated charge of a portion of the first capacitors that accumulated the residual signal during the third period of the immediately preceding sampling period may be redistributed between the portion of the first capacitors and another first capacitor to generate the noise shaping signal.

前記複数の第1キャパシタのうち一部の第1キャパシタは、前記サンプリング周期ごとに電荷の蓄積及び転送を行い、残りの第1キャパシタは、連続した2つの前記サンプリング周期のうち1つの前記サンプリング周期で電荷の蓄積及び転送を行ってもよい。Some of the plurality of first capacitors may perform charge accumulation and transfer at each sampling period, while the remaining first capacitors may perform charge accumulation and transfer at one of two consecutive sampling periods.

前記アナログ信号は、差動のアナログ信号であり、
前記差動のアナログ信号を差動の前記デジタル信号に変換する2つの前記デジタル-アナログ変換器が設けられ、
前記2つのデジタル-アナログ変換器から差動の前記残差信号が出力され、
前記フィルタ部は、前記第1期間及び前記第2期間内に差動の前記ノイズシェーピング信号を生成し、
前記DAC制御部は、前記第2期間内に前記差動の残差信号と前記差動のノイズシェーピング信号とに基づいて、前記2つのデジタル-アナログ変換器を制御してもよい。
The aforementioned analog signal is a differential analog signal.
Two digital-to-analog converters are provided to convert the differential analog signal into the differential digital signal.
The differential residual signals are output from the two digital-to-analog converters.
The filter unit generates the differential noise shaping signal within the first and second periods.
The DAC control unit may control the two digital-to-analog converters within the second period based on the differential residual signal and the differential noise shaping signal.

前記DAC制御部は、前記差動の残差信号の信号差と前記差動のノイズシェーピング信号の信号差との加算値がゼロに近づくように、前記2つのデジタル-アナログ変換器を制御してもよい。The DAC control unit may control the two digital-to-analog converters such that the sum of the signal difference of the differential residual signal and the signal difference of the differential noise shaping signal approaches zero.

前記DAC制御部は、
前記差動の残差信号の信号差と、前記差動のノイズシェーピング信号の信号差との加算値に応じた信号を出力するコンパレータと、
前記コンパレータの出力信号に基づいて、前記デジタル-アナログ変換器を制御するロジック回路と、を有してもよい。
The DAC control unit is
A comparator that outputs a signal corresponding to the sum of the signal difference of the differential residual signal and the signal difference of the differential noise shaping signal,
The system may also include a logic circuit that controls the digital-to-analog converter based on the output signal of the comparator.

前記デジタル-アナログ変換器は、
それぞれの一端に前記アナログ信号が供給されるか、又はそれぞれの一端から前記残差信号が出力される複数の第2キャパシタと、
前記複数の第2キャパシタの他端側を、複数の電圧のうちいずれかに設定する複数の第2切替器と、を有し、
前記DAC制御部は、前記残差信号と前記ノイズシェーピング信号とに基づいて、前記複数の第2切替器を切替制御してもよい。
The aforementioned digital-to-analog converter is
A plurality of second capacitors, each supplied with the analog signal at one end, or from which the residual signal is output at one end,
The system includes a plurality of second switches that set the other end of the plurality of second capacitors to one of a plurality of voltages,
The DAC control unit may control the switching of the plurality of second switches based on the residual signal and the noise shaping signal.

前記デジタル-アナログ変換器は、
それぞれの一端に前記アナログ信号が供給されるか、又はそれぞれの一端から前記残差信号が出力される複数の第2キャパシタと、
前記複数の第2キャパシタの他端側を、複数の電圧のうちいずれかに設定する複数の第2切替器と、を有し、
前記フィルタ部は、前記第2期間内に、直前のサンプリング周期内の前記第3期間にサンプリングした残差信号の一部と、2つ前のサンプリング周期内の前記第3期間にサンプリングした残差信号の一部とを、前記デジタル-アナログ変換器内の前記複数の第2キャパシタと電荷再配分して、前記ノイズシェーピング信号を生成してもよい。
The aforementioned digital-to-analog converter is
A plurality of second capacitors, each supplied with the analog signal at one end, or from which the residual signal is output at one end,
The system includes a plurality of second switches that set the other end of the plurality of second capacitors to one of a plurality of voltages,
The filter unit may, within the second period, redistribute the charge of a portion of the residual signal sampled in the third period within the immediately preceding sampling period and a portion of the residual signal sampled in the third period within the sampling period two periods prior, with the plurality of second capacitors in the digital-to-analog converter, to generate the noise shaping signal.

前記フィルタ部は、
複数の第1キャパシタと、
前記複数の第1キャパシタのそれぞれに電荷を蓄積するか否かを切り替える複数の第1切替器と、を有し、
前記前記複数の第1キャパシタのうち一部の第1キャパシタは、前記第3期間内に前記残差信号に応じた電荷を蓄積し、
前記第2期間内に、直前のサンプリング周期の前記第3期間内に前記残差信号を蓄積した前記一部の第1キャパシタの蓄積電荷を、前記一部の第1キャパシタを含む前記フィルタ部内の第1キャパシタと前記複数の第2キャパシタとで電荷再配分して前記ノイズシェーピング信号を生成してもよい。
The filter unit is
Multiple first capacitors,
The system includes a plurality of first switches that switch whether or not to store charge in each of the plurality of first capacitors,
Some of the plurality of first capacitors accumulate charge corresponding to the residual signal during the third period.
During the second period, the accumulated charge of a portion of the first capacitors that accumulated the residual signal during the third period of the immediately preceding sampling period may be redistributed between the first capacitors in the filter section, which includes the portion of the first capacitors, and the plurality of second capacitors to generate the noise shaping signal.

前記アナログ信号は、差動のアナログ信号であり、
前記差動のアナログ信号を差動の前記デジタル信号に変換する2つの前記デジタル-アナログ変換器が設けられ、
前記2つのデジタル-アナログ変換器から差動の前記残差信号が出力され、
前記フィルタ部は、前記第2期間内に差動の前記ノイズシェーピング信号を生成し、
前記DAC制御部は、前記第2期間内に前記差動の残差信号と前記差動のノイズシェーピング信号とに基づいて、前記2つのデジタル-アナログ変換器を制御してもよい。
The aforementioned analog signal is a differential analog signal.
Two digital-to-analog converters are provided to convert the differential analog signal into the differential digital signal.
The differential residual signals are output from the two digital-to-analog converters.
The filter unit generates the differential noise shaping signal within the second period,
The DAC control unit may control the two digital-to-analog converters within the second period based on the differential residual signal and the differential noise shaping signal.

前記複数の第2キャパシタのうち少なくとも一部の第2キャパシタは、基準容量に対して2の倍数未満の値を乗じた容量値を有し、残りの第2キャパシタは、前記基準容量に対して2の倍数又は2のべき乗倍の容量値を有してもよい。At least some of the plurality of second capacitors may have a capacitance value obtained by multiplying the reference capacitance by a value less than a multiple of 2, while the remaining second capacitors may have a capacitance value that is a multiple of 2 or a power of 2 of the reference capacitance.

前記複数の第2キャパシタは、基準容量に対して2の倍数の容量値を有し、
前記複数の第2キャパシタのうち一部の2以上の第2キャパシタは、同じ容量値を有してもよい。
The plurality of second capacitors have capacitance values that are multiples of 2 with respect to the reference capacitance.
Some of the aforementioned plurality of second capacitors, two or more of them, may have the same capacitance value.

前記フィルタ部は、連続した2つの前記サンプリング周期を単位として、前記ノイズシェーピング信号を更新してもよい。The filter unit may update the noise shaping signal using two consecutive sampling periods as units.

前記第1期間は、前記第2期間及び前記第3期間を合わせた期間よりも短くてもよい。 The first period may be shorter than the combined period of the second and third periods.

本開示によれば、連続した第1期間、第2期間及び第3期間を含むサンプリング周期内にアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ-デジタル変換器と、
前記デジタル信号に基づいて情報処理を行う情報処理部と、を備える電子機器であって、
前記アナログ-デジタル変換器は、
前記アナログ信号を前記第1期間内にサンプリングするとともに、前記サンプリングされた信号を前記第2期間内に冗長性を持たせて1ビットずつ順次に前記デジタル信号に変換するとともに、未変換の残差信号を出力するデジタル-アナログ変換器と、
前記第3期間内に前記残差信号をサンプリングし、かつ少なくとも前記第2期間内に、直前のサンプリング周期内の前記第3期間にサンプリングした残差信号の一部と、2つ前のサンプリング周期内の前記第3期間にサンプリングした残差信号の一部とに基づいて、電荷転送又は電荷再配分を行ってノイズシェーピング信号を生成するフィルタ部と、
前記残差信号と前記ノイズシェーピング信号とに基づいて、前記第2期間内に前記デジタル-アナログ変換器を制御するDAC制御部と、を備える、電子機器が提供される。
According to this disclosure, an analog-to-digital converter converts an analog signal to a digital signal within a sampling period including a continuous first period, a second period, and a third period,
An electronic device comprising an information processing unit that performs information processing based on the aforementioned digital signal,
The aforementioned analog-to-digital converter is
A digital-to-analog converter that samples the analog signal within a first period, converts the sampled signal into a digital signal bit by bit with redundancy within a second period, and outputs the unconverted residual signal.
A filter unit that samples the residual signal within the third period and generates a noise-shaping signal by performing charge transfer or charge redistribution based at least within the second period on a portion of the residual signal sampled in the third period within the immediately preceding sampling period and a portion of the residual signal sampled in the third period within the sampling period two periods prior;
An electronic device is provided, comprising a DAC control unit that controls the digital-to-analog converter within the second period based on the residual signal and the noise shaping signal.

第1の実施形態によるアナログ-デジタル変換器の概略構成を示すブロック図。A block diagram showing the schematic configuration of an analog-to-digital converter according to the first embodiment. 冗長機能を持たないCDACの一例を示す図。A diagram showing an example of a CDAC without redundant features. 図1のADCのタイミング図。Figure 1 shows the timing diagram of the ADC. 第1比較例によるADCのタイミング図。A timing diagram of the ADC according to the first comparative example. 第2比較例によるADCのタイミング図。ADC timing diagram based on the second comparative example. フィルタ部の内部構成の一例を示す回路図。A circuit diagram showing an example of the internal configuration of the filter section. フィルタ部のタイミング図。Timing diagram for the filter section. 図1のADCの処理動作を示すフローチャート。A flowchart illustrating the processing operation of the ADC in Figure 1. 図1のロジック回路の内部構成の一例を示す回路図。A circuit diagram showing an example of the internal configuration of the logic circuit in Figure 1. 第1の実施形態によるフィルタ部内のスイッチの状態遷移図。A diagram showing the state transitions of the switches within the filter section according to the first embodiment. 第1の実施形態によるフィルタ部内のスイッチの状態遷移図。State transition diagram of the switch in the filter section according to the first embodiment. 第1の実施形態によるフィルタ部内のスイッチの状態遷移図。State transition diagram of the switch in the filter section according to the first embodiment. 第1の実施形態によるフィルタ部内のスイッチの状態遷移図。State transition diagram of the switch in the filter section according to the first embodiment. 冗長機能を有するCDACの第1例を示す回路図。A circuit diagram showing the first example of a CDAC with redundant functions. 図10のCDACのAD変換動作を説明する図。Figure 10 illustrates the AD conversion operation of the CDAC. 一比較例によるCDACの内部構成を示す回路図。Circuit diagram showing the internal configuration of a CDAC in one comparative example. 図12のCDACのAD変換動作を説明する図。Figure 12 illustrates the AD conversion operation of the CDAC. 冗長機能を有するCDACの第2例を示す回路図。A circuit diagram showing a second example of a CDAC with redundant functions. 図14のCDACのAD変換動作を説明する図。Figure 14 illustrates the AD conversion operation of the CDAC. 図14のCDACのAD変換動作を説明する図。Figure 14 illustrates the AD conversion operation of the CDAC. 積分アンプにチョッパを接続した例を示すブロック図。A block diagram showing an example of connecting a chopper to an integrating amplifier. チョッパの内部構成の一例を示す回路図。A circuit diagram showing an example of the internal configuration of a chopper. 図16のチョッパの動作タイミング図。Figure 16 shows the timing of the chopper's operation. 第2の実施形態によるADC内のフィルタ部の内部構成を示す回路図。A circuit diagram showing the internal configuration of the filter section within the ADC according to the second embodiment. 第2の実施形態によるADCのタイミング図。A timing diagram of the ADC according to the second embodiment. 第2の実施形態によるADCの処理動作を示すフローチャート。A flowchart illustrating the processing operation of the ADC according to the second embodiment. 第2の実施形態によるフィルタ部内のスイッチの状態遷移図。State transition diagram of the switch in the filter section according to the second embodiment. 第2の実施形態によるフィルタ部内のスイッチの状態遷移図。State transition diagram of the switch in the filter section according to the second embodiment. 第2の実施形態によるフィルタ部内のスイッチの状態遷移図。State transition diagram of the switch in the filter section according to the second embodiment. 第3の実施形態によるADCの概略構成を示すブロック図。A block diagram showing the schematic configuration of the ADC according to the third embodiment. 図23のADCのタイミング図。A timing diagram of the ADC in Figure 23. 一比較例によるタイミング図。Timing diagram based on one comparative example. 図23のフィルタ部の内部構成の一例を示す回路図。A circuit diagram showing an example of the internal configuration of the filter section in Figure 23. 図23のフィルタ部のタイミング図。Figure 23 shows the timing diagram of the filter section. 図23のADCの処理動作を示すフローチャート。A flowchart illustrating the processing operation of the ADC in Figure 23. 図23のロジック回路の内部構成の一例を示す回路図。A circuit diagram showing an example of the internal configuration of the logic circuit in Figure 23. 第3の実施形態によるフィルタ部内のスイッチの状態遷移図。A state transition diagram of the switches within the filter section according to the third embodiment. 第3の実施形態によるフィルタ部内のスイッチの状態遷移図。A state transition diagram of the switches within the filter section according to the third embodiment. 第3の実施形態によるフィルタ部内のスイッチの状態遷移図。A state transition diagram of the switches within the filter section according to the third embodiment. 第3の実施形態によるフィルタ部内のスイッチの状態遷移図。A state transition diagram of the switches within the filter section according to the third embodiment. 移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図。A block diagram showing a schematic configuration example of a vehicle control system, which is an example of a mobile object control system. 撮像部及び車外情報検出部の設置位置の例を示す図。A diagram showing examples of installation locations for the imaging unit and the external information detection unit.

以下、図面を参照して、アナログ-デジタル変換器及び電子機器の実施形態について説明する。以下では、アナログ-デジタル変換器及び電子機器の主要な構成部分を中心に説明するが、アナログ-デジタル変換器及び電子機器には、図示又は説明されていない構成部分や機能が存在しうる。以下の説明は、図示又は説明されていない構成部分や機能を除外するものではない。The following description will focus on the main components of the analog-to-digital converter and electronic equipment, with reference to the drawings. However, the analog-to-digital converter and electronic equipment may contain components and functions not shown or described. The following description does not exclude any components or functions not shown or described.

(第1の実施形態)
図1Aは第1の実施形態によるアナログ-デジタル変換器(以下、ADCと呼ぶ)1の概略構成を示すブロック図である。図1Aは、簡略化のために完全差動回路をシングルエンドで表記している。図1AのADC1は、連続した第1期間、第2期間及び第3期間を含むサンプリング周期内にアナログ信号をデジタル信号に変換する処理を、複数のサンプリング周期にわたって繰り返す。なお、第1期間は、入力されたアナログ信号のサンプリング期間、第2期間は、サンプリングされたアナログ信号のAD変換期間、第3期間は、ビット単位でAD変換を行った後の残差信号のサンプリング期間である。
(First embodiment)
Figure 1A is a block diagram showing the schematic configuration of an analog-to-digital converter (hereinafter referred to as ADC) 1 according to the first embodiment. For simplification, Figure 1A shows a fully differential circuit in a single-ended configuration. The ADC 1 in Figure 1A repeatedly performs the process of converting an analog signal to a digital signal within a sampling period that includes consecutive first, second, and third periods, over multiple sampling periods. The first period is the sampling period of the input analog signal, the second period is the AD conversion period of the sampled analog signal, and the third period is the sampling period of the residual signal after bit-by-bit AD conversion.

図1AのADC1は、サンプルスイッチ2と、容量DA変換器(以下、CDACと呼ぶこともある)3と、コンパレータ4と、ロジック回路5と、デコーダ6と、フィルタ部(以下、L(z)と呼ぶこともある)7と、フィルタスイッチ8とを備えている。The ADC1 in Figure 1A comprises a sample switch 2, a capacitive DA converter (hereinafter sometimes referred to as CDAC) 3, a comparator 4, a logic circuit 5, a decoder 6, a filter section (hereinafter sometimes referred to as L(z)) 7, and a filter switch 8.

サンプルスイッチ2は、サンプルクロック信号SAMPLE_CLKによりオン又はオフする。例えば、サンプルクロック信号SAMPLE_CLKがハイになると、サンプルスイッチ2はオンし、外部からのアナログ信号がCDAC3に入力される。Sample switch 2 is turned on or off by the sample clock signal SAMPLE_CLK. For example, when the sample clock signal SAMPLE_CLK goes high, sample switch 2 turns on, and an external analog signal is input to CDAC3.

CDAC3は、アナログ信号を第1期間内にサンプリングするとともに、サンプリングされた信号を第2期間内に冗長性を持たせて1ビットずつ順次にデジタル信号に変換するとともに、未変換の残差信号を出力する。第1期間は、サンプルスイッチ2がオンして、外部からアナログ信号がCDAC3に入力される期間である。サンプルスイッチ2は、第1期間にオンし、第2期間と第3期間ではオフする。CDAC3 samples the analog signal during the first period, and during the second period, it sequentially converts the sampled signal bit by bit with redundancy, while also outputting the unconverted residual signal. The first period is when the sample switch 2 is turned on and an analog signal is input to CDAC3 from an external source. The sample switch 2 is turned on during the first period and turned off during the second and third periods.

図1Bは冗長機能を持たないCDAC3の一例を示す図である。図1Bは完全差動型のADC1の一例を示している。完全差動型のADC1は、差動で入力されたアナログ信号(以下、差動入力信号とも呼ぶ)を、差動入力信号を構成する信号ごとに、対応するCDAC3で上位側から1ビットずつAD変換を行って、各CDACから未変換の残差信号をコンパレータ4に入力し、コンパレータ4の比較判定信号に基づいて、ロジック回路5で各CDAC3の次のビットのAD変換を制御する。これにより、コンパレータ4の出力信号がゼロに近づくようにAD変換が行われる。Figure 1B shows an example of a CDAC3 without redundancy. Figure 1B also shows an example of a fully differential ADC1. In the fully differential ADC1, the differentially input analog signal (hereinafter also called a differential input signal) is converted bit by bit from the most significant bit by the corresponding CDAC3 for each signal constituting the differential input signal. The unconverted residual signal from each CDAC is input to the comparator 4, and the logic circuit 5 controls the conversion of the next bit of each CDAC3 based on the comparison judgment signal of the comparator 4. As a result, the conversion is performed so that the output signal of the comparator 4 approaches zero.

図1BのCDAC3は、2のべき乗倍又は2の倍数ずつ容量値が異なる5つのキャパシタC1~C5と、キャパシタC1~C5のそれぞれに接続される3つのスイッチSW11~SW13とを有する。本明細書では、CDAC3内のキャパシタC1~C5を総称して第2キャパシタと呼ぶことがある。なお、図1Bでは、フィルタ部7を省略している。The CDAC3 in Figure 1B has five capacitors C1 to C5 with capacitance values that differ by powers of two or multiples of two, and three switches SW11 to SW13 connected to each of the capacitors C1 to C5. In this specification, the capacitors C1 to C5 in the CDAC3 are sometimes collectively referred to as the second capacitor. Note that the filter section 7 is omitted in Figure 1B.

キャパシタC1~C5の各一端は、サンプルスイッチ2とコンパレータ4の入力端子に接続されている。スイッチSW11は、キャパシタC1~C5の一端を0Vに設定するか否かを切り替える。スイッチSW12は、キャパシタC1~C5の他端をコモン電圧Vcomに設定するか否かを切り替える。スイッチSW13は、キャパシタC1~C5の一端を基準電圧Vrefに設定するか否かを切り替える。コモン電圧Vcomは、例えば基準電圧Vrefの1/2の電圧レベルである。One end of each capacitor C1 to C5 is connected to the input terminals of the sample switch 2 and comparator 4. Switch SW11 toggles whether to set one end of capacitors C1 to C5 to 0V. Switch SW12 toggles whether to set the other end of capacitors C1 to C5 to the common voltage Vcom. Switch SW13 toggles whether to set one end of capacitors C1 to C5 to the reference voltage Vref. The common voltage Vcom is, for example, half the voltage level of the reference voltage Vref.

スイッチSW11~SW13は、ロジック回路5からの制御信号に基づいて、オン又はオフが切り替えられる。ロジック回路5は、サンプリング期間(第1期間)内にスイッチSW12をオンする。AD変換期間(第2期間)になると、ロジック回路5は、CDAC3の出力電圧を下げたい場合にはスイッチSW11をオンし、CDAC3の出力電圧(を上げたい場合にはスイッチSW13をオンする。Switches SW11 to SW13 are switched on or off based on control signals from logic circuit 5. Logic circuit 5 turns on switch SW12 during the sampling period (first period). During the AD conversion period (second period), logic circuit 5 turns on switch SW11 if it wants to lower the output voltage of CDAC3, and turns on switch SW13 if it wants to raise the output voltage of CDAC3.

図1のフィルタ部7は、第3期間内に残差信号をサンプリングし、かつ少なくとも第2期間内に、直前のサンプリング周期内の第3期間にサンプリングした残差信号の一部と、2つ前のサンプリング周期内の第3期間にサンプリングした残差信号の一部とに基づいて、電荷転送又は電荷再配分を行ってノイズシェーピング信号を生成する。フィルタ部7の内部構成には、種々の変形例が考えられ、いくつかの代表例を後述する。The filter unit 7 in Figure 1 samples the residual signal within the third period and generates a noise-shaping signal by performing charge transfer or charge redistribution based on a portion of the residual signal sampled in the third period of the immediately preceding sampling period and a portion of the residual signal sampled in the third period of the sampling period two periods prior, at least within the second period. Various modifications are possible for the internal configuration of the filter unit 7, and several representative examples will be described later.

コンパレータ4には、CDAC3から出力された残差信号と、フィルタ部7から出力されたノイズシェーピング信号とが入力される。本実施形態によるADC1は、図1Bで示したように完全差動回路で構成されており、コンパレータ4には、実際には、差動の残差信号と、差動のノイズシェーピング信号とが入力される。コンパレータ4は、差動の残差信号の信号差と、差動のノイズシェーピング信号の信号差との加算値に応じた信号を出力する。Comparator 4 receives the residual signal output from CDAC3 and the noise shaping signal output from filter unit 7. As shown in Figure 1B, the ADC1 in this embodiment is a fully differential circuit, and comparator 4 actually receives the differential residual signal and the differential noise shaping signal. Comparator 4 outputs a signal corresponding to the sum of the signal difference between the differential residual signal and the signal difference between the differential noise shaping signal.

ロジック回路5は、コンパレータ4に入力される差動の残差信号の信号差と差動のノイズシェーピング信号の信号差との加算値がゼロに近づくように、CDAC3を帰還制御する。また、ロジック回路5は、コンパレータ4が比較動作を行うタイミングを制御する制御信号EN_COMPをコンパレータ4に供給する。コンパレータ4は、例えば制御信号EN_COMPがハイレベルのときに比較動作を行う。コンパレータ4は、制御信号EN_COMPがローレベルのときには比較動作を停止するため、消費電力を削減できる。The logic circuit 5 provides feedback control to the CDAC 3 so that the sum of the signal difference of the differential residual signal input to the comparator 4 and the signal difference of the differential noise shaping signal approaches zero. The logic circuit 5 also supplies the comparator 4 with a control signal EN_COMP to control the timing of the comparator 4's comparison operation. For example, the comparator 4 performs the comparison operation when the control signal EN_COMP is high level. Since the comparator 4 stops the comparison operation when the control signal EN_COMP is low level, power consumption can be reduced.

本明細書では、コンパレータ4とロジック回路5を合わせてDAC制御部9と呼ぶことがある。DAC制御部9は、残差信号とノイズシェーピング信号とに基づいて、第2期間内にCDAC3を制御する。In this specification, the comparator 4 and the logic circuit 5 together are sometimes referred to as the DAC control unit 9. The DAC control unit 9 controls the CDAC 3 within the second period based on the residual signal and the noise shaping signal.

図2は図1のADC1のタイミング図であり、1サンプリング周期内の各信号のタイミングを示している。図2の時刻t1~t2は、アナログ信号のサンプリング期間(第1期間)である。時刻t2~t3は、サンプリングされたアナログ信号のAD変換期間(第2期間)である。時刻t3~t4は、フィルタ部7による残差電圧のサンプリング期間(第3期間)である。時刻t1~t4が1サンプリング周期であり、時刻t1~t4のサンプリング周期が繰り返される。図2では、時刻t1~t2の第1期間の長さと、時刻t2~t4の第2期間及び第3期間の長さとの比を、例えば1:2としている。これにより、残差信号をサンプリングする十分な長さの第3期間を確保できる。なお、ADC1の前段ブロックのバッファ能力や、ADC1内のコンパレータ4の判定結果や、CDAC3の帰還速度等に応じて、ユースケースごとに比を最適化するのが望ましい。よって、上述した比は1:2に限定されるものではない。Figure 2 is a timing diagram of ADC1 in Figure 1, showing the timing of each signal within one sampling period. In Figure 2, times t1 to t2 represent the sampling period of the analog signal (first period). Times t2 to t3 represent the AD conversion period of the sampled analog signal (second period). Times t3 to t4 represent the sampling period of the residual voltage by the filter unit 7 (third period). Time t1 to t4 constitutes one sampling period, and this sampling period is repeated. In Figure 2, the ratio of the length of the first period (times t1 to t2) to the lengths of the second and third periods (times t2 to t4) is, for example, 1:2. This ensures a third period of sufficient length for sampling the residual signal. It is desirable to optimize the ratio for each use case, depending on the buffer capability of the preceding block of ADC1, the judgment result of the comparator 4 within ADC1, and the feedback speed of CDAC3. Therefore, the above-mentioned ratio is not limited to 1:2.

図2には、1サンプリング周期における、サンプルクロック信号SAMPLE_CLKと、制御信号EN_COMPと、制御信号CONV_ENDと、フィルタ部7内の後述する積分アンプ12の出力信号のタイミングが図示されている。Figure 2 illustrates the timing of the sample clock signal SAMPLE_CLK, the control signal EN_COMP, the control signal CONV_END, and the output signal of the integrating amplifier 12 in the filter section 7, which will be described later, during one sampling period.

後述するように、本実施形態によるフィルタ部7は、その内部にキャパシタ群と積分アンプ12を有しており、時刻t3~t4の第3期間内に、CDAC3の残差信号をフィルタ部7内の一部のキャパシタでサンプリングする。本明細書では、フィルタ部7内のキャパシタ群を複数の第1キャパシタと呼ぶことがある。フィルタ部7内の一部の第1キャパシタは、第3期間内にCDAC3の残差信号に応じた電荷を蓄積する。As will be described later, the filter unit 7 according to this embodiment has a group of capacitors and an integrating amplifier 12 inside it, and during the third period from time t3 to t4, the residual signal of the CDAC 3 is sampled by some of the capacitors in the filter unit 7. In this specification, the group of capacitors in the filter unit 7 may be referred to as a plurality of first capacitors. Some of the first capacitors in the filter unit 7 accumulate charge corresponding to the residual signal of the CDAC 3 during the third period.

また、フィルタ部7は、時刻t1~t3の第1期間及び第2期間には、直前のサンプリング周期内の第3期間にサンプリングした残差信号の一部と、2つ前のサンプリング周期内の第3期間にサンプリングした残差信号の一部とを積分アンプ12に電荷転送してノイズシェーピング信号を生成する。Furthermore, during the first and second periods from time t1 to t3, the filter unit 7 generates a noise-shaping signal by transferring charge from a portion of the residual signal sampled in the third period of the immediately preceding sampling period and a portion of the residual signal sampled in the third period of the sampling period two periods prior to the current one to the integrating amplifier 12.

本明細書では、フィルタ部7内の一部の第1キャパシタから積分アンプ12に電荷を転送することを全電荷転送と呼ぶことがある。In this specification, the transfer of charge from a portion of the first capacitor within the filter section 7 to the integrating amplifier 12 is sometimes referred to as total charge transfer.

図1のフィルタスイッチ8は、制御信号CONV_ENDによりオン又はオフする。例えば、制御信号CONV_ENDがハイのときにフィルタスイッチ8はオンし、制御信号CONV_ENDがローのときにフィルタスイッチ8はオフする。フィルタスイッチ8がオンすると、残差信号がフィルタ部7に入力される。制御信号CONV_ENDは第3期間にオンするため、フィルタ部7は、第3期間に残差信号をサンプリングする。The filter switch 8 in Figure 1 is turned on or off by the control signal CONV_END. For example, the filter switch 8 is turned on when the control signal CONV_END is high, and turned off when the control signal CONV_END is low. When the filter switch 8 is turned on, the residual signal is input to the filter unit 7. Since the control signal CONV_END is turned on during the third period, the filter unit 7 samples the residual signal during the third period.

このように、本実施形態では、フィルタ部7内の全電荷転送を、第1期間と第2期間の両期間を使って行う。従って、全電荷転送のための十分な時間的な余裕が得られ、全電荷転送が途中で中断される不具合が生じなくなる。Thus, in this embodiment, the entire charge transfer within the filter section 7 is performed using both the first and second periods. Therefore, sufficient time is available for the entire charge transfer, and the problem of the entire charge transfer being interrupted midway is eliminated.

時刻t2~t3の第2期間は、サンプリングされたアナログ信号のAD変換期間であり、上位ビットから1ビットずつ順にAD変換されて、残差信号が時間とともに変化する。また、第2期間中には、フィルタ部7の内部で全電荷転送が行われるため、フィルタ部7内の積分アンプ12から出力されるノイズシェーピング信号も時間とともに変化する。図2には、時刻t2~t3の間に、フィルタ部内の積分アンプ12の出力信号が時間とともに変化する様子を実線波形で示している。これにより、コンパレータ4の比較判定結果も変動し、CDAC3がスイッチの選択を誤るおそれがある。The second period, from time t2 to t3, is the AD conversion period of the sampled analog signal. The signal is converted bit by bit, starting from the most significant bit, and the residual signal changes over time. Furthermore, during this second period, full charge transfer occurs within the filter unit 7, so the noise shaping signal output from the integrating amplifier 12 within the filter unit 7 also changes over time. Figure 2 shows the change in the output signal of the integrating amplifier 12 within the filter unit over time between time t2 and t3, represented by solid lines. This causes the comparison judgment result of the comparator 4 to fluctuate, potentially leading the CDAC 3 to make an incorrect switch selection.

そこで、本実施形態では、後述するように、CDAC3に冗長性を持たせており、ノイズシェーピング信号が時間とともに変化することが原因で、ロジック回路5によるCDAC3の制御に誤りが生じても、CDAC3の冗長性により、その誤りを正しく訂正することができる。CDAC3の冗長性については後述する。Therefore, in this embodiment, as will be described later, the CDAC3 is provided with redundancy. Even if an error occurs in the control of the CDAC3 by the logic circuit 5 due to the noise shaping signal changing over time, the redundancy of the CDAC3 allows the error to be corrected correctly. The redundancy of the CDAC3 will be described later.

図3は第1比較例によるADC1のタイミング図である。図3では、時刻t1~t2の第1期間の長さと、時刻t2~t4の第2期間及び第3期間の長さとを約1:1にしている。この場合、図2よりも時刻t1~t2の第1期間を長くできるため、フィルタ部7内の積分アンプ12への全電荷転送の時間を十分に確保できる。しかも、全電荷転送は、入力信号のサンプリング期間に行われ、AD変換期間には全電荷転送を行わないため、コンパレータ4の比較判定がフィルタ部7内の全電荷転送の影響を受けなくなり、CDAC3がスイッチの選択を誤る可能性が低くなる。Figure 3 is a timing diagram of ADC1 according to the first comparative example. In Figure 3, the length of the first period from time t1 to t2 and the lengths of the second and third periods from time t2 to t4 are set to approximately 1:1. In this case, the first period from time t1 to t2 can be made longer than in Figure 2, so sufficient time can be secured for the total charge transfer to the integrating amplifier 12 in the filter section 7. Moreover, since the total charge transfer is performed during the sampling period of the input signal and not during the AD conversion period, the comparison judgment of the comparator 4 is not affected by the total charge transfer in the filter section 7, and the possibility of CDAC3 making an incorrect switch selection is reduced.

ところが、その分、時刻t2~t4の期間が図2よりも短くなるため、温度条件やスキュー条件などにより時刻t2~t3のAD変換処理に時間がかかると、時刻t3~t4の第3期間に行われるフィルタ部7による残差信号のサンプリングが不完全になるおそれがある。残差信号のサンプリングが不完全だと、AD変換精度やSNDRが悪くなるおそれがある。However, because the period from time t2 to t4 is shorter than in Figure 2, if the AD conversion process from time t2 to t3 takes a long time due to temperature conditions, skew conditions, etc., there is a risk that the sampling of the residual signal by the filter unit 7, which is performed in the third period from time t3 to t4, may be incomplete. If the sampling of the residual signal is incomplete, the AD conversion accuracy and SNDR may deteriorate.

図4は第2比較例によるADC1のタイミング図である。図4は時刻t1~t2の期間の長さと時刻t2~t4の期間の長さの比を、図2と同様に、例えば1:2としている。このため、時刻t2~t3のAD変換処理に時間がかかっても、時刻t3~t4の第3期間に行われるフィルタ部7による残差信号のサンプリングを正しく行うことができる。その一方で、図4では、時刻t1~t2のサンプリング期間内にフィルタ部7内の積分アンプ12に全電荷転送を行う必要がある。このため、全電荷転送が時刻t2までに終わらず、不十分になるおそれがあり、ノイズシェーピングを正常に行えなくなる。Figure 4 is a timing diagram of ADC1 according to the second comparative example. In Figure 4, the ratio of the length of the period from time t1 to t2 to the length of the period from time t2 to t4 is set to 1:2, similar to Figure 2. Therefore, even if the AD conversion processing from time t2 to t3 takes time, the sampling of the residual signal by the filter unit 7, which is performed in the third period from time t3 to t4, can be performed correctly. On the other hand, in Figure 4, it is necessary to transfer the entire charge to the integrating amplifier 12 in the filter unit 7 within the sampling period from time t1 to t2. Therefore, there is a risk that the entire charge transfer will not be completed by time t2, resulting in insufficient transfer and preventing normal noise shaping.

これに対して、本実施形態では、図2に示すように、時刻t1~t3(第1期間+第2期間)の間に積分アンプ12への全電荷転送を行うため、全電荷転送期間を十分に確保でき、全電荷転送を正しく行った上で、ノイズシェーピング信号を出力できる。In contrast, in this embodiment, as shown in Figure 2, the entire charge transfer to the integrating amplifier 12 is performed between times t1 and t3 (first period + second period). This ensures a sufficient period for the entire charge transfer, allowing the noise-shaping signal to be output after the entire charge transfer is performed correctly.

図5はフィルタ部7の内部構成の一例を示す回路図である。図5のフィルタ部7は、バッファ11と、複数の第1キャパシタCA、CB1、CB2と、複数のスイッチ(第1切替器)SW1~SW6と、積分アンプ12とを有する。図5のフィルタ部7は、積分アンプ12を有することから、アクティブ型のフィルタ部7である。Figure 5 is a circuit diagram showing an example of the internal configuration of the filter unit 7. The filter unit 7 in Figure 5 includes a buffer 11, a plurality of first capacitors CA, CB1, CB2, a plurality of switches (first switches) SW1 to SW6, and an integrating amplifier 12. Since the filter unit 7 in Figure 5 has an integrating amplifier 12, it is an active type filter unit 7.

バッファ11は、差動入力端子及び差動出力端子を有し、差動入力端子にはCDAC3から出力された差動の残差信号が入力され、バッファ11リングした後に、差動出力端子から差動の残差信号を出力する。The buffer 11 has a differential input terminal and a differential output terminal. The differential residual signal output from the CDAC3 is input to the differential input terminal, and after being buffered, the differential residual signal is output from the differential output terminal.

フィルタ部7は、差動信号を構成する各信号に対して、3つのキャパシタCA、CB1、CB2からなるキャパシタ群7gと、6つのスイッチSW1~SW6とを有する。3つのキャパシタCA、CB1、CB2の容量値とスイッチSW1~SW6の切替タイミングが対称的であるため、図5では対称的なキャパシタCA、CB1、CB2、CCとスイッチSW1~SW6に同一の符号を付している。スイッチSW1~SW6は、スイッチ制御信号φ1~φ6で切替制御される。また、積分アンプ12は、差動入力かつ差動出力の差動アンプ12aと、差動アンプ12aの差動入力端子と差動出力端子間に接続される2つのキャパシタCCとを有する。The filter section 7 has a capacitor group 7g consisting of three capacitors CA, CB1, and CB2, and six switches SW1 to SW6 for each signal constituting the differential signal. Since the capacitance values of the three capacitors CA, CB1, and CB2 and the switching timing of switches SW1 to SW6 are symmetrical, the same reference numerals are used in Figure 5 for the symmetrical capacitors CA, CB1, CB2, and CC and switches SW1 to SW6. Switches SW1 to SW6 are switched by switch control signals φ1 to φ6. The integrating amplifier 12 has a differential amplifier 12a with differential input and differential output, and two capacitors CC connected between the differential input terminal and differential output terminal of the differential amplifier 12a.

スイッチSW1は、差動信号を構成する一方の信号をキャパシタCAにサンプリングするか否かを切り替える。スイッチSW2は、差動信号を構成する一方の信号をキャパシタCB1にサンプリングするか否かを切り替える。スイッチSW3は、差動信号を構成する一方の信号をキャパシタCB2にサンプリングするか否かを切り替える。スイッチSW4は、キャパシタCAの蓄積電荷をキャパシタCCに転送するか否かを切り替える。スイッチSW5は、キャパシタCB1の蓄積電荷をキャパシタCCに転送するか否かを切り替える。スイッチSW6は、キャパシタCB2の蓄積電荷をキャパシタCCに転送するか否かを切り替える。Switch SW1 switches whether or not to sample one of the signals constituting the differential signal into capacitor CA. Switch SW2 switches whether or not to sample one of the signals constituting the differential signal into capacitor CB1. Switch SW3 switches whether or not to sample one of the signals constituting the differential signal into capacitor CB2. Switch SW4 switches whether or not to transfer the stored charge of capacitor CA to capacitor CC. Switch SW5 switches whether or not to transfer the stored charge of capacitor CB1 to capacitor CC. Switch SW6 switches whether or not to transfer the stored charge of capacitor CB2 to capacitor CC.

キャパシタCA、CB1、CB2、CCの容量値は、例えば、CA=CC=3CB1=3CB2である。The capacitance values of capacitors CA, CB1, CB2, and CC are, for example, CA = CC = 3CB1 = 3CB2.

図6はフィルタ部7のタイミング図である。フィルタ部7内のスイッチSW1~SW6の切替周期は、ADC1の2サンプリング周期に相当する。このため、図6には、ADC1の2サンプリング周期が図示されている。Figure 6 is a timing diagram of the filter section 7. The switching cycle of switches SW1 to SW6 within the filter section 7 corresponds to the two-sampling cycle of ADC1. Therefore, Figure 6 illustrates the two-sampling cycle of ADC1.

時刻t1~t2と時刻t4~t5は第1期間(アナログ信号のサンプリング期間)、時刻t2~t3と時刻t5~t6は第2期間(AD変換期間)、時刻t3~t4と時刻t6~t7は第3期間(残差信号のサンプリング期間)である。以下では、時刻t1~t4を第1サンプリング周期、時刻t4~t7を第2サンプリング周期と呼ぶ。The periods t1-t2 and t4-t5 represent the first period (analog signal sampling period), t2-t3 and t5-t6 represent the second period (AD conversion period), and t3-t4 and t6-t7 represent the third period (residual signal sampling period). In the following, we will refer to the period t1-t4 as the first sampling period and the period t4-t7 as the second sampling period.

図6には、サンプルクロック信号SAMPLE_CLKと、制御信号EN_COMPと、制御信号CONV_ENDと、スイッチ制御信号φ1~φ6との2サンプリング周期分のタイミングが図示されている。また、図6には、フィルタ部7内のスイッチSW1~SW6の切替状態が図示されている。なお、図6では、簡略化のため、フィルタ部7内の差動信号を構成する一方の信号に接続された3つのキャパシタCA、CB1、CB2とスイッチSW1~SW6と、積分アンプ12の一方のキャパシタCCのみを図示している。Figure 6 illustrates the timing of the sample clock signal SAMPLE_CLK, the control signals EN_COMP and CONV_END, and the switch control signals φ1 to φ6 for two sampling periods. Figure 6 also illustrates the switching states of switches SW1 to SW6 within the filter section 7. For simplification, Figure 6 only shows the three capacitors CA, CB1, and CB2 connected to one of the signals constituting the differential signal within the filter section 7, switches SW1 to SW6, and one of the capacitors CC of the integrating amplifier 12.

第1サンプリング周期内の時刻t1~t3(第1期間と第2期間)では、フィルタ部7内のスイッチSW4とSW5がオンし、それ以外のスイッチSW1~SW3、SW6はオフする。よって、キャパシタCA、CB1の蓄積電荷が、積分アンプ12のキャパシタCCに全電荷転送される。キャパシタCAの蓄積電荷は、第1サンプリング周期の直前のサンプリング周期にサンプリングされた残差信号の一部であり、キャパシタCB1の蓄積電荷は、第1サンプリング周期の2つ前のサンプリング周期にサンプリングされた残差信号の一部である。During times t1 to t3 (the first and second periods) within the first sampling period, switches SW4 and SW5 in the filter section 7 are turned on, while the other switches SW1 to SW3 and SW6 are turned off. Therefore, the accumulated charge of capacitors CA and CB1 is fully transferred to capacitor CC of the integrating amplifier 12. The accumulated charge of capacitor CA is a portion of the residual signal sampled in the sampling period immediately preceding the first sampling period, and the accumulated charge of capacitor CB1 is a portion of the residual signal sampled in the sampling period two periods prior to the first sampling period.

このように、時刻t1~t2のアナログ信号のサンプリング期間だけでなく、その後の時刻t2~t3のAD変換期間も合わせて、フィルタ部7内のキャパシタCA、CB1からキャパシタCCへの全電荷転送を行うため、全電荷転送を行うのに十分な時間を確保できる。In this way, the entire charge transfer from capacitors CA and CB1 to capacitor CC in the filter section 7 is performed not only during the sampling period of the analog signal from time t1 to t2, but also during the subsequent AD conversion period from time t2 to t3, thus ensuring sufficient time for the entire charge transfer.

時刻t3~t4では、制御信号CONV_ENDがハイになるとともに、フィルタ部7内のスイッチSW1、SW2がオンし、それ以外のスイッチSW3~SW6がオフする。これにより、CDAC3から出力された残差信号がフィルタ部7内のキャパシタCAとCB1にサンプリングされる。Between times t3 and t4, the control signal CONV_END goes high, switches SW1 and SW2 in the filter unit 7 are turned on, and the other switches SW3 to SW6 are turned off. As a result, the residual signal output from CDAC3 is sampled by capacitors CA and CB1 in the filter unit 7.

第2サンプリング周期内の時刻t4~t6(第1期間と第2期間)では、フィルタ部7内のスイッチSW4とSW6がオンし、それ以外のスイッチSW1~SW3、SW5はオフする。よって、キャパシタCA、CB2の蓄積電荷が、積分アンプ12のキャパシタCCに全電荷転送される。キャパシタCAの蓄積電荷は、第2サンプリング周期の直前の第1サンプリング周期にサンプリングされた残差信号の一部であり、キャパシタCB2の蓄積電荷は、第2サンプリング周期の2つ前のサンプリング周期にサンプリングされた残差信号の一部である。During times t4 to t6 (the first and second periods) within the second sampling period, switches SW4 and SW6 in the filter section 7 are turned on, while the other switches SW1 to SW3 and SW5 are turned off. Therefore, the accumulated charge of capacitors CA and CB2 is fully transferred to capacitor CC of the integrating amplifier 12. The accumulated charge of capacitor CA is a portion of the residual signal sampled in the first sampling period immediately preceding the second sampling period, and the accumulated charge of capacitor CB2 is a portion of the residual signal sampled in the sampling period two periods prior to the second sampling period.

このように、第2サンプリング期間内にフィルタ部7内のキャパシタCA、CB2の蓄積電荷をキャパシタCCに転送する際も、第1期間と第2期間の両期間を利用するため、全電荷転送のための十分な時間を確保できる。Thus, when transferring the accumulated charge from capacitors CA and CB2 in the filter section 7 to capacitor CC during the second sampling period, both the first and second periods are utilized, ensuring sufficient time for the total charge transfer.

時刻t6~t7では、制御信号CONV_ENDがハイになるとともに、フィルタ部7内のスイッチSW1、SW3がオンし、それ以外のスイッチSW2、SW4~SW6がオフする。これにより、CDAC3から出力された残差信号がフィルタ部7内のキャパシタCAとCB2にサンプリングされる。Between times t6 and t7, the control signal CONV_END goes high, switches SW1 and SW3 in the filter unit 7 are turned on, and the other switches SW2, SW4-SW6 are turned off. As a result, the residual signal output from CDAC3 is sampled by capacitors CA and CB2 in the filter unit 7.

このように、フィルタ部7内のキャパシタCAは毎サンプリング周期で電荷の蓄積と転送を行うのに対して、キャパシタCB1、CB2は、1サンプリング周期ごとに交互に電荷の蓄積と転送を行う。このようなキャパシタCA、CB1、CB2の充放電制御により、フィルタ部7でノイズシェーピング信号を生成でき、生成されたノイズシェーピング信号を用いてCDAC3を制御することで、AD変換精度とSNDRを向上できる。Thus, while capacitor CA in the filter section 7 accumulates and transfers charge with each sampling period, capacitors CB1 and CB2 alternately accumulate and transfer charge with each sampling period. By controlling the charge and discharge of capacitors CA, CB1, and CB2 in this way, a noise shaping signal can be generated in the filter section 7, and by controlling the CDAC3 using the generated noise shaping signal, the AD conversion accuracy and SNDR can be improved.

時刻t1~t2(第1期間)の長さと、時刻t2~t4(第2期間と第3期間)の長さの比は、例えば1:2であり、時間t3~t4の残差信号をサンプリングする期間も十分に長いため、残差信号のサンプリング期間も十分に確保できる。The ratio of the length of time t1 to t2 (first period) to the length of time t2 to t4 (second and third periods) is, for example, 1:2. Since the sampling period for the residual signal from time t3 to t4 is also sufficiently long, a sufficient sampling period for the residual signal can be ensured.

図7は図1のADC1の処理動作を示すフローチャートであり、図6のタイミング図と同様に、2サンプリング周期の処理動作を示している。まず、変数nをゼロに初期設定し、外部から入力されたアナログ信号をサンプリングする(ステップS1)。ステップS1は、図6の時刻t1~t2(第1期間)の動作を示している。変数nは、コンパレータ4が比較判定を行う回数をカウントする変数である。Figure 7 is a flowchart showing the processing operation of ADC1 in Figure 1, and, similar to the timing diagram in Figure 6, it shows the processing operation with two sampling periods. First, the variable n is initialized to zero, and the analog signal input from the outside is sampled (step S1). Step S1 shows the operation from time t1 to t2 (first period) in Figure 6. The variable n is a variable that counts the number of times the comparator 4 performs a comparison judgment.

次に、コンパレータ4の比較判定によるAD変換動作を行う(ステップS2)。ステップS2~S4は、図6の時刻t2~t3(第2期間)の動作を示している。次に、変数nを1だけインクリメントする(ステップS3)。次に、変数nがADC1の物理分解能のビット数Nに到達したか否かを判定する(ステップS4)。変数nがNに到達していなければステップS2に戻る。ステップS1~S4の処理を実行している間に、フィルタ部7内のキャパシタCA、CB1の電荷が積分アンプ12のキャパシタCCに全電荷転送される。 Next, the AD conversion operation is performed based on the comparison judgment of the comparator 4 (step S2). Steps S2 to S4 show the operation at times t2 to t3 (second period) in Figure 6. Next, the variable n is incremented by 1 (step S3). Next, it is determined whether the variable n has reached the number of bits N of the physical resolution of the ADC1 (step S4). If the variable n has not reached N, the process returns to step S2. While the processing of steps S1 to S4 is being performed, the charges of capacitors CA and CB1 in the filter section 7 are fully transferred to capacitor CC of the integrating amplifier 12.

ステップS4で変数nがNに到達したと判定されると、CDAC3から出力された残差信号をフィルタ部7内のキャパシタCA、CB1にサンプリングする(ステップS5)。ステップS5は、図6の時刻t3~t4(第3期間)の動作を示している。If it is determined in step S4 that the variable n has reached N, the residual signal output from CDAC3 is sampled into capacitors CA and CB1 in the filter unit 7 (step S5). Step S5 shows the operation from time t3 to t4 (third period) in Figure 6.

以上のステップS1~S5は図6の時刻t1~t4の第1サンプリング期間中に行われる。続いて、第2サンプリング期間に入ると、ステップS1と同様に、変数nをゼロに初期設定し、外部から入力されたアナログ信号をサンプリングする(ステップS6)。ステップS6は、図6の時刻t4~t5(第1期間)の動作を示している。Steps S1 to S5 described above are performed during the first sampling period, from time t1 to t4 in Figure 6. Subsequently, when the second sampling period begins, the variable n is initialized to zero, similar to step S1, and the externally input analog signal is sampled (step S6). Step S6 shows the operation from time t4 to t5 (first period) in Figure 6.

次に、コンパレータ4の比較判定によるAD変換動作を行う(ステップS7)。ステップS7~S9は、図6の時刻t5~t6(第2期間)の動作を示している。次に、変数nを1だけインクリメントする(ステップS8)。次に、変数nがADC1の物理分解能のビット数Nに到達したか否かを判定する(ステップS9)。変数nがNに到達していなければステップS2に戻る。ステップS6~S9の処理を実行している間に、フィルタ部7内のキャパシタCA、CB2の電荷が積分アンプ12のキャパシタCCに全電荷転送される。 Next, the AD conversion operation is performed based on the comparison judgment of the comparator 4 (step S7). Steps S7 to S9 show the operation at times t5 to t6 (second period) in Figure 6. Next, the variable n is incremented by 1 (step S8). Next, it is determined whether the variable n has reached the number of bits N of the physical resolution of the ADC1 (step S9). If the variable n has not reached N, the process returns to step S2. While the processing in steps S6 to S9 is being executed, the charges of capacitors CA and CB2 in the filter section 7 are fully transferred to capacitor CC of the integrating amplifier 12.

ステップS9で変数nがNに到達したと判定されると、CDAC3から出力された残差信号をフィルタ部7内のキャパシタCA、CB2にサンプリングする(ステップS10)。ステップS10は、図6の時刻t6~t7(第3期間)の動作を示している。If it is determined in step S9 that the variable n has reached N, the residual signal output from CDAC3 is sampled into capacitors CA and CB2 in the filter unit 7 (step S10). Step S10 shows the operation from time t6 to t7 (third period) in Figure 6.

図8は図1のロジック回路5の内部構成の一例を示す回路図である。図8のロジック回路5は、NORゲート21、シフトレジスタ22と、インバータ23,24と、ANDゲート25,26と、パルス生成回路27,28とを有する。Figure 8 is a circuit diagram showing an example of the internal configuration of the logic circuit 5 in Figure 1. The logic circuit 5 in Figure 8 includes a NOR gate 21, a shift register 22, inverters 23 and 24, AND gates 25 and 26, and pulse generation circuits 27 and 28.

NORゲート21は、コンパレータ4の差動出力信号のNOR演算を行う。コンパレータ4の差動出力信号がともにローレベルのときに、NORゲート21の出力はハイレベルになる。シフトレジスタ22は、例えば複数のフリップフロップ(以下、F/Fと呼ぶ)を縦続接続して構成されており、各F/Fのクロック端子には、NORゲート21の出力信号が供給されている。これにより、NORゲート21の出力信号がローレベルからハイレベルになるたびに、シフトレジスタ22内の各F/Fは、ハイレベル信号を順次伝搬する。シフトレジスタ22内のF/Fの段数は、ADC1の物理分解能のビット数である。最終段のF/Fの出力信号を制御信号CONV_ENDとしている。制御信号CONV_ENDは、図6に示すように、残差信号をサンプリングする第3期間にハイレベルになる。制御信号CONV_ENDは、フィルタスイッチ8のオン又はオフに用いられる。制御信号CONV_ENDがハイレベルのときにフィルタスイッチ8はオンする。フィルタ部7は、フィルタスイッチ8がオンになると、CDAC3から出力された差動の残差信号をバッファ11に取り込んで、キャパシタCAとキャパシタCB1又はCB2でサンプリングする。The NOR gate 21 performs a NOR operation on the differential output signals of the comparator 4. The output of the NOR gate 21 becomes high when both differential output signals of the comparator 4 are low. The shift register 22 is configured, for example, by cascading multiple flip-flops (hereinafter referred to as F/F), and the output signal of the NOR gate 21 is supplied to the clock terminal of each F/F. As a result, each time the output signal of the NOR gate 21 changes from low to high, each F/F in the shift register 22 sequentially propagates a high-level signal. The number of F/F stages in the shift register 22 corresponds to the number of bits in the physical resolution of the ADC 1. The output signal of the final stage F/F is used as the control signal CONV_END. As shown in Figure 6, the control signal CONV_END becomes high during the third period in which the residual signal is sampled. The control signal CONV_END is used to turn the filter switch 8 on or off. The filter switch 8 is turned on when the control signal CONV_END is high. When the filter switch 8 is turned on, the filter unit 7 takes the differential residual signal output from the CDAC 3 into the buffer 11 and samples it with capacitor CA and capacitor CB1 or CB2.

ANDゲート25は、制御信号CONV_ENDをインバータ23で反転した信号とNORゲート21の出力信号との論理積信号を出力する。ANDゲート25の出力信号は、第2期間にコンパレータ4の出力信号がローレベルになるたびに一時的にハイレベルになる。ANDゲート25の出力信号は、コンパレータ4の制御端子に入力される。これにより、コンパレータ4は、ANDゲート25の出力信号がハイレベルの期間に限って、比較判定動作を行う。このような制御により、コンパレータ4は、CDAC3がビットごとにAD変換を行う場合に限って比較判定を行う。The AND gate 25 outputs a logical AND signal of the signal obtained by inverting the control signal CONV_END using the inverter 23 and the output signal of the NOR gate 21. The output signal of the AND gate 25 temporarily becomes high level each time the output signal of the comparator 4 becomes low level during the second period. The output signal of the AND gate 25 is input to the control terminal of the comparator 4. As a result, the comparator 4 performs the comparison judgment operation only during the period when the output signal of the AND gate 25 is high level. With this control, the comparator 4 performs the comparison judgment only when the CDAC 3 performs AD conversion bit by bit.

パルス生成回路27は、サンプルクロック信号SAMPLE_CLKとANDゲート26の出力信号に基づいて、スイッチ制御信号φ1~φ3を生成する。ANDゲート26は、サンプルクロック信号SAMPLE_CLKをインバータ24で反転した信号と、制御信号CONV_ENDとの論理積信号を出力する。パルス生成回路28は、サンプルクロック信号SAMPLE_CLKと制御信号CONV_ENDに基づいて、スイッチ制御信号φ4~φ6を生成する。The pulse generation circuit 27 generates switch control signals φ1 to φ3 based on the sample clock signal SAMPLE_CLK and the output signal of the AND gate 26. The AND gate 26 outputs a logical AND signal of the signal obtained by inverting the sample clock signal SAMPLE_CLK with the control signal CONV_END. The pulse generation circuit 28 generates switch control signals φ4 to φ6 based on the sample clock signal SAMPLE_CLK and the control signal CONV_END.

図9A、図9B、図9C及び図9Dはフィルタ部7内のスイッチSW1~SW6の状態遷移図である。Figures 9A, 9B, 9C, and 9D are state transition diagrams of switches SW1 to SW6 within the filter unit 7.

図9Aに示すように、スイッチ制御信号φ1は、サンプルクロック信号SAMPLE_CLKがローレベルで、かつ制御信号CONV_ENDがハイレベルのときに、ローレベルからハイレベルに遷移し、スイッチSW1はオフからオンに遷移する。その後、サンプルクロック信号SAMPLE_CLKがハイレベルか、又は制御信号CONV_ENDがローレベルになると、スイッチ制御信号φ1はハイレベルからローレベルに遷移し、スイッチSW1はオンからオフに遷移する。 As shown in Figure 9A, the switch control signal φ1 transitions from a low level to a high level when the sample clock signal SAMPLE_CLK is low and the control signal CONV_END is high, and the switch SW1 transitions from off to on. Subsequently, when the sample clock signal SAMPLE_CLK becomes high or the control signal CONV_END becomes low, the switch control signal φ1 transitions from a high level to a low level, and the switch SW1 transitions from on to off.

図9Bに示すように、サンプルクロック信号SAMPLE_CLKがローレベルで、かつ制御信号CONV_ENDがハイレベルのときに、スイッチ制御信号φ2はローレベルからハイレベルに遷移し、かつスイッチ制御信号φ3はローレベルのままである。よって、スイッチSW2はローレベルからハイレベルに遷移し、スイッチSW3はオフのままである。その後、サンプルクロック信号SAMPLE_CLKがハイレベルか、又は制御信号CONV_ENDがローレベルになると、スイッチ制御信号φ2はハイレベルからローレベルに遷移し、かつスイッチ制御信号φ3はローレベルのままである。よって、スイッチSW2はハイレベルからローレベルに遷移し、スイッチSW3はオフのままである。その後、サンプルクロック信号SAMPLE_CLKがローレベルで、かつ制御信号CONV_ENDがハイレベルになると、スイッチ制御信号φ2はローレベルのままで、かつスイッチ制御信号φ3はローレベルからハイレベルに遷移する。よって、スイッチSW2はオフのままであり、スイッチSW3はオフからオンに遷移する。その後、サンプルクロック信号SAMPLE_CLKがハイレベルか、又は制御信号CONV_ENDがローレベルになると、スイッチ制御信号φ2はローレベルのままで、かつスイッチ制御信号φ3はハイレベルからローレベルに遷移する。よって、スイッチSW2はオフのままで、かつスイッチSW3はオンからオフに遷移する。As shown in Figure 9B, when the sample clock signal SAMPLE_CLK is low and the control signal CONV_END is high, the switch control signal φ2 transitions from low to high, while the switch control signal φ3 remains low. Therefore, switch SW2 transitions from low to high, and switch SW3 remains off. Subsequently, when the sample clock signal SAMPLE_CLK becomes high or the control signal CONV_END becomes low, the switch control signal φ2 transitions from high to low, while the switch control signal φ3 remains low. Therefore, switch SW2 transitions from high to low, and switch SW3 remains off. Subsequently, when the sample clock signal SAMPLE_CLK becomes low and the control signal CONV_END becomes high, the switch control signal φ2 remains low, while the switch control signal φ3 transitions from low to high. Therefore, switch SW2 remains off, and switch SW3 transitions from off to on. Subsequently, when the sample clock signal SAMPLE_CLK becomes high level or the control signal CONV_END becomes low level, the switch control signal φ2 remains low level, and the switch control signal φ3 transitions from high level to low level. Therefore, switch SW2 remains off, and switch SW3 transitions from on to off.

図9Cに示すように、サンプルクロック信号SAMPLE_CLKがハイレベルか、又は制御信号CONV_ENDがローレベルになると、スイッチ制御信号φ4はローレベルからハイレベルに遷移し、スイッチSW4はオフからオンに遷移する。その後、サンプルクロック信号SAMPLE_CLKがローレベルで、かつ制御信号CONV_ENDがハイレベルになると、スイッチ制御信号φ4はハイレベルからローレベルに遷移し、スイッチSW4はオンからオフに遷移する。As shown in Figure 9C, when the sample clock signal SAMPLE_CLK is at a high level or the control signal CONV_END is at a low level, the switch control signal φ4 transitions from a low level to a high level, and the switch SW4 transitions from off to on. Subsequently, when the sample clock signal SAMPLE_CLK is at a low level and the control signal CONV_END is at a high level, the switch control signal φ4 transitions from a high level to a low level, and the switch SW4 transitions from on to off.

図9Dに示すように、サンプルクロック信号SAMPLE_CLKがハイレベルか、又は制御信号CONV_ENDがローレベルになると、スイッチ制御信号φ5はローレベルのままであり、かつスイッチ制御信号φ6はローレベルからハイレベルに遷移する。よって、スイッチSW5はオフのままであり、かつスイッチSW6はオフからオンに遷移する。その後、サンプルクロック信号SAMPLE_CLKがローレベルで、かつ制御信号CONV_ENDがハイレベルになると、スイッチ制御信号φ5はローレベルのままであり、スイッチ制御信号φ6はハイレベルからローレベルに遷移する。よって、スイッチSW5はオフのままであり、かつスイッチSW6はオンからオフに遷移する。その後、サンプルクロック信号SAMPLE_CLKがハイレベルか、又は制御信号CONV_ENDがローレベルになると、スイッチ制御信号φ5はローレベルからハイレベルに遷移し、かつスイッチ制御信号φ6はローレベルのままである。よって、スイッチSW5はオフからオンに遷移し、かつスイッチSW6はオフのままである。その後、サンプルクロック信号SAMPLE_CLKがローレベルで、かつ制御信号CONV_ENDがハイレベルになると、スイッチ制御信号φ5はハイレベルからローレベルに遷移し、かつスイッチ制御信号φ6はローレベルのままである。よって、スイッチSW5はハイレベルからローレベルに遷移し、かつスイッチSW6はオフのままである。As shown in Figure 9D, when the sample clock signal SAMPLE_CLK is high level or the control signal CONV_END is low level, the switch control signal φ5 remains low level, and the switch control signal φ6 transitions from low level to high level. Therefore, switch SW5 remains off, and switch SW6 transitions from off to on. Subsequently, when the sample clock signal SAMPLE_CLK is low level and the control signal CONV_END is high level, the switch control signal φ5 remains low level, and the switch control signal φ6 transitions from high level to low level. Therefore, switch SW5 remains off, and switch SW6 transitions from on to off. Subsequently, when the sample clock signal SAMPLE_CLK is high level or the control signal CONV_END is low level, the switch control signal φ5 transitions from low level to high level, and the switch control signal φ6 remains low level. Therefore, switch SW5 transitions from off to on, and switch SW6 remains off. Subsequently, when the sample clock signal SAMPLE_CLK is at a low level and the control signal CONV_END is at a high level, the switch control signal φ5 transitions from a high level to a low level, while the switch control signal φ6 remains at a low level. Therefore, switch SW5 transitions from a high level to a low level, and switch SW6 remains off.

図2で説明したように、本実施形態によるADC1は、アナログ信号のサンプリング期間(第1期間)だけでなく、AD変換期間(第2期間)も利用して、フィルタ部7内のキャパシタ群7gから積分アンプ12への全電荷転送を行う。このため、AD変換中に、フィルタ部7から出力されてコンパレータ4に入力されるノイズシェーピング信号が変化し、AD変換に誤りが生じるおそれがある。そこで、本実施形態によるCDAC3は、AD変換に誤りが生じても、その誤りを訂正できるように、冗長機能を有する。CDAC3は、冗長機能を有することで、冗長性を持たせてAD変換を行うことができ、AD変換途中で誤りが生じても、その誤りを自動的に訂正することができる。As explained in Figure 2, the ADC1 according to this embodiment utilizes not only the sampling period of the analog signal (first period) but also the AD conversion period (second period) to perform the total charge transfer from the capacitor group 7g in the filter section 7 to the integrating amplifier 12. Therefore, during AD conversion, the noise shaping signal output from the filter section 7 and input to the comparator 4 changes, which may cause errors in AD conversion. To address this, the CDAC3 according to this embodiment has a redundant function that can correct errors even if they occur in AD conversion. By having a redundant function, the CDAC3 can perform AD conversion with redundancy, and even if an error occurs during AD conversion, it can automatically correct that error.

図10は冗長機能を有するCDAC3の第1例を示す回路図である。図10のCDAC3は、それぞれ容量値が異なる複数のキャパシタ(本明細書では第2キャパシタと呼ぶことがある)からなるキャパシタ群10aと、複数のスイッチ10bとを有する。複数の第2キャパシタの容量値はそれぞれ異なるが、少なくとも一部の第2キャパシタは基準容量値に対して2の倍数又は2のべき乗倍の容量値を有するのに対し、残りの第2キャパシタは基準容量値に対して2の倍数未満の値を乗じた容量値を有する。図10の例では、6つのキャパシタのうち3つは、基準容量値をCとして、1C、2C、4Cの容量値を有するのに対して、残りの3つのキャパシタは、7C、12C、23Cの容量値を有する。2の倍数又は2のべき乗倍の容量値を有する第2キャパシタの数と、2の倍数未満の値を乗じた容量値を有する第2キャパシタの数との割合は任意である。Figure 10 is a circuit diagram showing a first example of a CDAC3 with redundant functionality. The CDAC3 in Figure 10 has a capacitor group 10a consisting of multiple capacitors (sometimes referred to as second capacitors in this specification) with different capacitance values, and a plurality of switches 10b. Although the capacitance values of the multiple second capacitors are different, at least some of the second capacitors have capacitance values that are multiples of 2 or powers of 2 of the reference capacitance value, while the remaining second capacitors have capacitance values that are less than multiples of 2 of the reference capacitance value. In the example in Figure 10, three of the six capacitors have capacitance values of 1C, 2C, and 4C, with the reference capacitance value being C, while the remaining three capacitors have capacitance values of 7C, 12C, and 23C. The ratio of the number of second capacitors with capacitance values that are multiples of 2 or powers of 2 to the number of second capacitors with capacitance values that are less than multiples of 2 is arbitrary.

図11は図10のCDAC3のAD変換動作を説明する図である。アナログ入力信号に対して、CDAC3の最上位ビットをゼロとした場合、CDAC3の出力信号レベルLV1はアナログ入力信号レベルよりも低くなる。このため、上位から2ビット目では1が選択され、CDAC3の出力信号レベルLV2はアナログ入力信号レベルより高くなる。このため、上位から3ビット目では0が選択され、CDAの出力信号レベルLV3はアナログ入力信号レベルより低くなる。このため、上位から4ビット目では1が選択されるはずであるが、誤って0が選択されたとする。この場合、CDAC3の出力信号レベルLV4は、出力信号レベルLV3より低い電圧レベルになる。Figure 11 illustrates the AD conversion operation of the CDAC3 shown in Figure 10. When the most significant bit of the CDAC3 is set to zero for an analog input signal, the output signal level LV1 of the CDAC3 becomes lower than the analog input signal level. Therefore, 1 is selected for the second most significant bit, and the output signal level LV2 of the CDAC3 becomes higher than the analog input signal level. Therefore, 0 is selected for the third most significant bit, and the output signal level LV3 of the CDAC3 becomes lower than the analog input signal level. Therefore, 1 should be selected for the fourth most significant bit, but let's assume that 0 is mistakenly selected. In this case, the output signal level LV4 of the CDAC3 will be a voltage level lower than the output signal level LV3.

しかしながら、CDAC3の上位側ビットに対応するキャパシタの容量値は基準容量値に対して2の倍数より小さな値を乗じた容量値であるため、途中でAD変換を誤っても、その後に正しいAD変換を繰り返すことにより、誤差を少しずつ減らすことができ、最終的には図11に示すように正しいデジタル値が得られ、残差信号も小さくなる。However, since the capacitance value of the capacitor corresponding to the higher bits of CDAC3 is obtained by multiplying the reference capacitance value by a value less than a multiple of 2, even if an error occurs in the A/D conversion midway through, the error can be gradually reduced by repeating the correct A/D conversion afterward. Ultimately, as shown in Figure 11, the correct digital value is obtained, and the residual signal also becomes smaller.

図12は一比較例によるCDAC3の内部構成を示す回路図である。図12のCDAC3内の複数のキャパシタは、基準容量値に対して2のべき乗倍の容量値を有する。Figure 12 is a circuit diagram showing the internal configuration of CDAC3 in one comparative example. The multiple capacitors in CDAC3 in Figure 12 have capacitance values that are powers of two times the reference capacitance value.

図13は図12のCDAC3のAD変換動作を説明する図である。図13は、図11と同様に、上位から4ビット目でAD変換動作を誤った例を示している。この場合、5ビット目以降で正しいAD変換を行ったとしても、最終的に得られるデジタル信号は、本来のアナログ入力信号のAD変換値から0.5LSB以上離れた値になり、残差信号も大きくなる。Figure 13 illustrates the AD conversion operation of the CDAC3 shown in Figure 12. Similar to Figure 11, Figure 13 shows an example where the AD conversion operation is incorrect at the fourth bit from the most significant bit. In this case, even if correct AD conversion is performed from the fifth bit onward, the final digital signal will be more than 0.5 LSB away from the AD conversion value of the original analog input signal, and the residual signal will also be large.

図10~図13に示すように、CDAC3内の複数のキャパシタのうち、少なくとも一部のキャパシタの容量値を、基準容量値に対して2の倍数より小さな値を乗じた容量値にすることで、CDAC3がAD変換途中でAD変換を誤ったとしても、通常よりも細かい単位でAD変換を行うために、誤差を少しずつ減らすことができ、最終的に得られるデジタル信号の誤差を小さくできる。As shown in Figures 10 to 13, by setting the capacitance values of at least some of the capacitors in the CDAC3 to values obtained by multiplying the reference capacitance value by a value less than a multiple of 2, even if the CDAC3 makes an error in the AD conversion process, the AD conversion is performed in finer units than usual, gradually reducing the error and ultimately reducing the error in the resulting digital signal.

図14は冗長機能を有するCDAC3の第2例を示す回路図である。図14のCDAC3は、複数のキャパシタC0~C11を有し、各キャパシタC0~C11は、基準容量値C0に対して2のべき乗倍の容量値を有する。複数のキャパシタC0~C11の中には、同じ容量値を持つ複数のキャパシタC1、C1RとキャパシタC6、C6Rが含まれている。具体的には、図14の例では、容量値2C0を有する2つのキャパシタC1、C1Rと、容量値64C0を有する2つのキャパシタC6、C6Rとが設けられている。なお、図14では、複数のキャパシタに接続されるスイッチを省略しているが、実際には図10と同様のスイッチが各キャパシタに接続されている。Figure 14 is a circuit diagram showing a second example of a CDAC3 with redundant functionality. The CDAC3 in Figure 14 has multiple capacitors C0 to C11, each of which has a capacitance value that is a power of two of the reference capacitance value C0. Among the multiple capacitors C0 to C11 are multiple capacitors C1, C1R and capacitors C6, C6R, all of the same capacitance value. Specifically, in the example in Figure 14, there are two capacitors C1 and C1R with a capacitance value of 2C0, and two capacitors C6 and C6R with a capacitance value of 64C0. Note that in Figure 14, the switches connected to the multiple capacitors are omitted, but in reality, switches similar to those in Figure 10 are connected to each capacitor.

図15A及び図15Bは図14のCDAC3のAD変換動作を説明する図である。図15Aは、図14の破線枠内のキャパシタC4~C8によるAD変換動作を示している。図14のキャパシタC8に対応するビットのAD変換を行う前のCDAC3の出力信号VR1の中間電圧レベルは、アナログ入力信号レベルより低い。よって、キャパシタC8に対応するビットは1になり、CDAC3の出力信号VR2の中間電圧レベルはアナログ入力信号レベルよりも高くなる。このため、本来であれば、キャパシタC7に対応するビットは0になるはずであるが、1と誤ったとする。この場合、CDAC3の出力信号VR3の中間電圧レベルはアナログ入力信号レベルよりも高くなる。よって、キャパシタC6に対応するビットは0になる。これにより、CDAC3の出力信号VR4の中間電圧レベルはアナログ入力信号レベルより高くなる。よって、キャパシタC6Rに対応するビットは0になる。これにより、CDAC3の出力信号VR5の中間電圧レベルはアナログ入力信号レベルより低くなる。よって、キャパシタC5に対応するビットは1になる。これにより、CDAC3の出力信号VR6の中間電圧レベルはアナログ入力信号レベルより高くなる。よって、キャパシタC4に対応するビットは0になる。Figures 15A and 15B illustrate the AD conversion operation of the CDAC3 in Figure 14. Figure 15A shows the AD conversion operation by capacitors C4 to C8 within the dashed box in Figure 14. Before performing AD conversion on the bit corresponding to capacitor C8 in Figure 14, the intermediate voltage level of the output signal VR1 of the CDAC3 is lower than the analog input signal level. Therefore, the bit corresponding to capacitor C8 becomes 1, and the intermediate voltage level of the output signal VR2 of the CDAC3 becomes higher than the analog input signal level. For this reason, the bit corresponding to capacitor C7 should normally be 0, but let's assume it is mistakenly set to 1. In this case, the intermediate voltage level of the output signal VR3 of the CDAC3 becomes higher than the analog input signal level. Therefore, the bit corresponding to capacitor C6 becomes 0. As a result, the intermediate voltage level of the output signal VR4 of the CDAC3 becomes higher than the analog input signal level. Therefore, the bit corresponding to capacitor C6R becomes 0. As a result, the intermediate voltage level of the output signal VR5 of the CDAC3 becomes lower than the analog input signal level. Therefore, the bit corresponding to capacitor C5 becomes 1. As a result, the intermediate voltage level of the output signal VR6 of CDAC3 becomes higher than the analog input signal level. Therefore, the bit corresponding to capacitor C4 becomes 0.

このように、CDAC3の一部のビットでAD変換動作を誤っても、同一の容量値を有する複数のキャパシタを設けることで、誤りを救済でき、最終的に得られるデジタル値の精度を維持できる。Thus, even if the AD conversion operation is incorrect in some bits of the CDAC3, the error can be corrected by providing multiple capacitors with the same capacitance value, and the accuracy of the final digital value can be maintained.

図15Bは図15Aよりもアナログ入力信号レベルが低い場合のAD変換動作を説明する図である。図15のキャパシタC8に対応するビットのAD変換を行う前のCDAC3の出力信号VR1の中間電圧レベルは、アナログ入力信号レベルより高い。よって、キャパシタC8に対応するビットは0になり、CDAC3の出力信号VR2の中間電圧レベルはアナログ入力信号レベルよりも低くなる。このため、本来であれば、キャパシタC7に対応するビットは1になるはずであるが、0と誤ったとする。この場合、CDAC3の出力信号VR3の中間電圧レベルはアナログ入力信号レベルよりも低くなる。よって、キャパシタC6に対応するビットは1になる。これにより、CDAC3の出力信号VR4の中間電圧レベルはアナログ入力信号レベルより低くなる。よって、キャパシタC6Rに対応するビットは1になる。これにより、CDAC3の出力信号VR5の中間電圧レベルはアナログ入力信号レベルより高くなる。よって、キャパシタC5に対応するビットは0になる。これにより、CDAC3の出力信号VR6の中間電圧レベルはアナログ入力信号レベルより低くなる。よって、キャパシタC4に対応するビットは1になる。図15Aと図15Bに示すように、アナログ入力信号レベルによらず、CDAC3内の一部のビットでAD変換を誤ったとしても、同一の容量値を有する複数のキャパシタを設けることで、誤りを救済することができる。Figure 15B illustrates the AD conversion operation when the analog input signal level is lower than in Figure 15A. Before performing AD conversion on the bit corresponding to capacitor C8 in Figure 15, the intermediate voltage level of the output signal VR1 of CDAC3 is higher than the analog input signal level. Therefore, the bit corresponding to capacitor C8 becomes 0, and the intermediate voltage level of the output signal VR2 of CDAC3 becomes lower than the analog input signal level. For this reason, the bit corresponding to capacitor C7 should normally be 1, but let's assume it is incorrectly set to 0. In this case, the intermediate voltage level of the output signal VR3 of CDAC3 becomes lower than the analog input signal level. Therefore, the bit corresponding to capacitor C6 becomes 1. As a result, the intermediate voltage level of the output signal VR4 of CDAC3 becomes lower than the analog input signal level. Therefore, the bit corresponding to capacitor C6R becomes 1. As a result, the intermediate voltage level of the output signal VR5 of CDAC3 becomes higher than the analog input signal level. Therefore, the bit corresponding to capacitor C5 becomes 0. As a result, the intermediate voltage level of the output signal VR6 of CDAC3 becomes lower than the analog input signal level. Therefore, the bit corresponding to capacitor C4 becomes 1. As shown in Figures 15A and 15B, even if the AD conversion is incorrect in some bits within CDAC3, regardless of the analog input signal level, the error can be corrected by providing multiple capacitors with the same capacitance value.

上述したように、本実施形態によるADC1は、差動のアナログ信号をAD変換して、差動のデジタル信号を出力する完全差動型のSAR ADC1を念頭に置いている。完全差動型のSAR ADC1の低域ノイズを低減するには、チョッパを実装するのが望ましい。チョッパとは、差動入力及び差動出力のアンプの差動入力端子と差動出力端子にスイッチ群を接続して、差動入力信号及び差動出力信号をスルーで通過させるスルーモードと、差動入力信号及び差動出力信号のそれぞれをクロスさせるクロスモードとを周期的に連動して切り替えるものである。第2モードでは、差動入力側と差動出力側が同期して差動信号をクロスするため、信号伝送上の不具合は起きない。As described above, the ADC1 according to this embodiment is intended to be a fully differential SAR ADC1 that converts differential analog signals to digital signals and outputs differential digital signals. To reduce the low-frequency noise of the fully differential SAR ADC1, it is desirable to implement a chopper. A chopper is a device that connects a group of switches to the differential input terminals and differential output terminals of an amplifier with differential input and differential output, and periodically switches between a through mode, which allows differential input and differential output signals to pass through, and a cross mode, which crosses the differential input and differential output signals, respectively. In the second mode, the differential input side and the differential output side cross the differential signals in sync, so no problems occur in signal transmission.

図16はフィルタ部7内のバッファ11及び積分アンプ12の少なくとも一方の差動入力端子と差動出力端子にそれぞれチョッパ31,32を接続した例を示すブロック図である。図16の左側はスルーモード、右側はクロスモードの信号伝送経路を模式的に示している。Figure 16 is a block diagram showing an example in which choppers 31 and 32 are connected to at least one of the differential input terminals and differential output terminals of the buffer 11 and integrating amplifier 12 in the filter section 7, respectively. The left side of Figure 16 schematically shows the signal transmission path in through mode, and the right side shows the signal transmission path in cross mode.

図17はチョッパ31,32の内部構成の一例を示す回路図である。図17のチョッパ31,32は、差動入力端子TL1、TL2と差動出力端子TL3、TL4の間に配置される4つのスイッチSW16~SW19を有する。スイッチSW16は端子TL1、TL3を短絡するか否かを切り替える。スイッチSW17は端子TL3、TL4を短絡するか否かを切り替える。スイッチSW18は端子TL1、TL4を短絡するか否かを切り替える。スイッチSW19は端子TL2、TL3を短絡するか否かを切り替える。Figure 17 is a circuit diagram showing an example of the internal configuration of choppers 31 and 32. The choppers 31 and 32 in Figure 17 have four switches SW16 to SW19 positioned between the differential input terminals TL1 and TL2 and the differential output terminals TL3 and TL4. Switch SW16 switches whether or not to short-circuit terminals TL1 and TL3. Switch SW17 switches whether or not to short-circuit terminals TL3 and TL4. Switch SW18 switches whether or not to short-circuit terminals TL1 and TL4. Switch SW19 switches whether or not to short-circuit terminals TL2 and TL3.

図18は図16のチョッパ31,32の動作タイミング図である。図示のように、チョッパは、スルーモードとクロスモードを交互に切り替える。スルーモードの間は、図17のスイッチSW16、SW17がオンして、スイッチSW18、SW19がオフする。また、クロスコードの間は、図17のスイッチSW16、SW17がオフして、スイッチSW18、SW19がオンする。スルーモードとクロスモードの期間は等しくするのが望ましい。Figure 18 is a timing diagram of the operation of choppers 31 and 32 in Figure 16. As shown in the figure, the choppers alternately switch between through mode and cross mode. During through mode, switches SW16 and SW17 in Figure 17 are ON, and switches SW18 and SW19 are OFF. During cross mode, switches SW16 and SW17 in Figure 17 are OFF, and switches SW18 and SW19 are ON. It is desirable that the duration of through mode and cross mode be equal.

チョッパ31,32を設けることで、SAR ADC1の低域ノイズを高域側にシフトさせることができ、結果的にフリッカノイズを削減できる。By providing choppers 31 and 32, the low-frequency noise of the SAR ADC1 can be shifted to the high-frequency side, resulting in a reduction of flicker noise.

このように、第1の実施形態によるSAR ADC1では、アナログ信号をサンプリングする期間と、サンプリングされたアナログ信号をAD変換する期間とを使って、フィルタ部7内のキャパシタ群7gから積分アンプ12に全電荷転送を行ってノイズシェーピング信号を生成する。これにより、全電荷転送を行うのに十分な時間を確保できる。AD変換期間にフィルタ部7内で積分アンプ12への全電荷転送を行うと、AD変換の最中にフィルタ部7内の積分アンプ12の出力信号が変動し、CDAC3によるAD変換に誤りが生じるおそれがある。この対策として、本実施形態によるCDAC3は冗長機能を有するため、AD変換動作に誤りが生じても、CDAC3内で冗長性を持たせたAD変換を行うことで、その誤りを訂正でき、最終的に得られるデジタル信号の精度を維持できる。Thus, in the SAR ADC1 according to the first embodiment, a noise-shaping signal is generated by transferring all charge from the capacitor group 7g in the filter section 7 to the integrating amplifier 12 using the period for sampling the analog signal and the period for performing AD conversion of the sampled analog signal. This ensures sufficient time for performing the full charge transfer. If the full charge transfer to the integrating amplifier 12 is performed in the filter section 7 during the AD conversion period, the output signal of the integrating amplifier 12 in the filter section 7 may fluctuate during the AD conversion, potentially causing errors in the AD conversion by the CDAC3. To address this, the CDAC3 according to this embodiment has a redundant function, so even if an error occurs in the AD conversion operation, the error can be corrected by performing redundant AD conversion within the CDAC3, thereby maintaining the accuracy of the final digital signal.

(第2の実施形態)
第1の実施形態によるADC1は、積分アンプ12を有するアクティブ型のフィルタ部7を備えているが、積分アンプ12を持たないパッシブ型のフィルタ部7aを用いてADC1を構成することも可能である。
(Second embodiment)
The ADC1 according to the first embodiment includes an active filter section 7 having an integrating amplifier 12, but it is also possible to configure the ADC1 using a passive filter section 7a that does not have an integrating amplifier 12.

第2の実施形態によるADC1aは、図1のADC1と同様の構成を備えているが、フィルタ部7aの内部構成が図1のADC1内のフィルタ部7とは異なる。The ADC1a according to the second embodiment has the same configuration as the ADC1 in Figure 1, but the internal configuration of the filter section 7a is different from the filter section 7 in the ADC1 in Figure 1.

図19は第2の実施形態によるADC1a内のフィルタ部7aの内部構成を示す回路図である。図19のフィルタ部7aは、差動入力及び差動出力のバッファ11の後段側に、差動信号を構成する信号ごとに、キャパシタCA、CB1、CB2、CCと、スイッチSW21~SW24とを有する。バッファ11の出力ノードとフィルタ部7の出力ノードの間に、スイッチSW21、SW22が直列に接続されている。スイッチSW21とSW24の共通接続ノードと接地ノードの間にキャパシタCAが接続されている。スイッチSW21とSW22の共通接続ノードと接地ノードの間にスイッチSW23とキャパシタCB1が直列に接続されている。スイッチSW21とSW22の共通接続ノードと接地ノードの間にスイッチSW24とキャパシタCB2が直列に接続されている。フィルタ部7の出力ノードと接地ノードの間にキャパシタCCが接続されている。Figure 19 is a circuit diagram showing the internal configuration of the filter section 7a in the ADC 1a according to the second embodiment. The filter section 7a in Figure 19 has capacitors CA, CB1, CB2, and CC, and switches SW21 to SW24, for each signal constituting the differential signal, downstream of the buffer 11 for differential input and differential output. Switches SW21 and SW22 are connected in series between the output node of the buffer 11 and the output node of the filter section 7. Capacitor CA is connected between the common connection node and the ground node of switches SW21 and SW24. Switch SW23 and capacitor CB1 are connected in series between the common connection node and the ground node of switches SW21 and SW22. Switch SW24 and capacitor CB2 are connected in series between the common connection node and the ground node of switches SW21 and SW22. Capacitor CC is connected between the output node and the ground node of the filter section 7.

図20は第2の実施形態によるADC1aのタイミング図である。図19のフィルタ部7a内のスイッチSW1~SW6の切替周期は、図6と同様にADC1aの2サンプリング周期(第1サンプリング周期と第2サンプリング周期)に相当する。Figure 20 is a timing diagram of ADC1a according to the second embodiment. The switching cycle of switches SW1 to SW6 in the filter section 7a in Figure 19 corresponds to the two sampling cycles (first sampling cycle and second sampling cycle) of ADC1a, similar to Figure 6.

第1サンプリング周期内の時刻t1~t3(第1期間+第2期間)では、フィルタ部7a内のスイッチSW22とSW23がオンし、それ以外のスイッチはオフする。よって、キャパシタCAとCB1の蓄積電荷は、キャパシタCA、CB1、CCで電荷再配分される。AD変換期間(第2期間)中に電荷再配分を行うことで、フィルタ部7aから出力されるノイズシェーピング信号が変動し、CDAC3内のキャパシタの選択を誤るおそれがあるが、図10~図15Bで説明したいように、CDAC3に冗長機能を持たせることで、AD変換精度の低下を防止できる。During times t1 to t3 (first period + second period) within the first sampling period, switches SW22 and SW23 in the filter unit 7a are turned on, and the other switches are turned off. Therefore, the accumulated charge in capacitors CA and CB1 is redistributed among capacitors CA, CB1, and CC. Performing charge redistribution during the AD conversion period (second period) may cause fluctuations in the noise shaping signal output from the filter unit 7a, potentially leading to incorrect selection of capacitors in the CDAC3. However, as explained in Figures 10 to 15B, providing redundancy in the CDAC3 prevents a decrease in AD conversion accuracy.

第1サンプリング周期内の時刻t3~t4(第3期間)では、フィルタ部7a内のスイッチSW21とSW23をオンし、その他のスイッチをオフする。よって、CDAC3から出力された残差信号は、フィルタ部7a内のキャパシタCAとCB1にサンプリングされる。During the time interval t3 to t4 (third period) within the first sampling period, switches SW21 and SW23 in the filter unit 7a are turned on, and the other switches are turned off. Therefore, the residual signal output from CDAC3 is sampled by capacitors CA and CB1 in the filter unit 7a.

第2サンプリング周期内の時刻t4~t6(第1期間+第2期間)では、フィルタ部7a内のスイッチSW22とSW24がオンし、それ以外のスイッチはオフする。よって、キャパシタCAとCB2の蓄積電荷は、キャパシタCA、CB2、CCで電荷再配分される。During the time interval t4 to t6 (first period + second period) within the second sampling period, switches SW22 and SW24 in the filter section 7a are turned on, while the other switches are turned off. Therefore, the stored charge in capacitors CA and CB2 is redistributed among capacitors CA, CB2, and CC.

第2スイッチング周期内の時刻t6~t7(第3期間)では、フィルタ部7a内のスイッチSW21とSW24がオンし、それ以外のスイッチはオフする。よって、CDAC3から出力された残差信号は、フィルタ部7a内のキャパシタCAとCB2にサンプリングされる。During the second switching cycle, from time t6 to t7 (the third period), switches SW21 and SW24 in the filter section 7a are turned on, while the other switches are turned off. Therefore, the residual signal output from CDAC3 is sampled by capacitors CA and CB2 in the filter section 7a.

このように、フィルタ部7a内のキャパシタCAは、毎サンプリング周期ごとに残差信号のサンプリングに用いられるのに対して、キャパシタCB1とCB2は、1サンプリング周期ごとに交互にサンプリングに用いられる。また、キャパシタCCは、毎サンプリング周期ごとに電荷再配分に用いられる。Thus, capacitor CA in the filter section 7a is used for sampling the residual signal at each sampling period, while capacitors CB1 and CB2 are used alternately for sampling at each sampling period. Furthermore, capacitor CC is used for charge redistribution at each sampling period.

図21は第2の実施形態によるADC1aの処理動作を示すフローチャートであり、図20のタイミング図と同様に、2サンプリング周期の処理動作を示している。まず、変数nをゼロに初期設定し、外部から入力されたアナログ信号をサンプリングする(ステップS11)。ステップS11は、図20の時刻t1~t2(第1期間)の動作を示している。変数nは、コンパレータ4が比較判定を行う回数をカウントする変数である。Figure 21 is a flowchart showing the processing operation of the ADC1a according to the second embodiment, and, similar to the timing diagram in Figure 20, it shows the processing operation with two sampling periods. First, the variable n is initialized to zero, and the analog signal input from the outside is sampled (step S11). Step S11 shows the operation from time t1 to t2 (first period) in Figure 20. The variable n is a variable that counts the number of times the comparator 4 performs a comparison judgment.

次に、コンパレータ4の比較判定によるAD変換動作を行う(ステップS12)。ステップS12~S14は、図20の時刻t2~t3(第2期間)の動作を示している。次に、変数nを1だけインクリメントする(ステップS13)。次に、変数nがADC1aの物理分解能のビット数Nに到達したか否かを判定する(ステップS14)。変数nがNに到達していなければステップS12に戻る。ステップS11~S14の処理を実行している間に、フィルタ部7a内のキャパシタCA、CB1の電荷がキャパシタCA、CB1、CCで電荷再配分される。Next, the AD conversion operation is performed based on the comparison judgment of the comparator 4 (step S12). Steps S12 to S14 show the operation at times t2 to t3 (second period) in Figure 20. Next, the variable n is incremented by 1 (step S13). Next, it is determined whether the variable n has reached the number of bits N of the physical resolution of the ADC 1a (step S14). If the variable n has not reached N, the process returns to step S12. While the processing in steps S11 to S14 is being executed, the charge of capacitors CA and CB1 in the filter section 7a is redistributed among capacitors CA, CB1, and CC.

ステップS14で変数nがNに到達したと判定されると、CDAC3から出力された残差信号をフィルタ部7a内のキャパシタCA、CB1にサンプリングする(ステップS15)。ステップS15は、図20の時刻t3~t4(第3期間)の動作を示している。If it is determined in step S14 that the variable n has reached N, the residual signal output from CDAC3 is sampled by capacitors CA and CB1 in the filter unit 7a (step S15). Step S15 shows the operation at times t3 to t4 (third period) in Figure 20.

以上のステップS11~S15は図20の時刻t1~t4の第1サンプリング期間中に行われる。続いて、第2サンプリング期間に入ると、ステップS11と同様に、変数nをゼロに初期設定し、外部から入力されたアナログ信号をサンプリングする(ステップS16)。ステップS16は、図20の時刻t4~t5(第1期間)の動作を示している。Steps S11 to S15 described above are performed during the first sampling period from time t1 to t4 in Figure 20. Subsequently, when the second sampling period begins, the variable n is initialized to zero, similar to step S11, and the externally input analog signal is sampled (step S16). Step S16 shows the operation from time t4 to t5 (first period) in Figure 20.

次に、コンパレータ4の比較判定によるAD変換動作を行う(ステップS17)。ステップS17~S9は、図20の時刻t5~t6(第2期間)の動作を示している。次に、変数nを1だけインクリメントする(ステップS18)。次に、変数nがADC1aの物理分解能のビット数Nに到達したか否かを判定する(ステップS19)。変数nがNに到達していなければステップS12に戻る。ステップS16~S19の処理を実行している間に、フィルタ部7a内のキャパシタCA、CB2の電荷がキャパシタCA、CB2、CCで電荷再配分される。Next, the AD conversion operation is performed based on the comparison judgment of the comparator 4 (step S17). Steps S17 to S9 show the operation at times t5 to t6 (second period) in Figure 20. Next, the variable n is incremented by 1 (step S18). Next, it is determined whether the variable n has reached the number of bits N of the physical resolution of the ADC 1a (step S19). If the variable n has not reached N, the process returns to step S12. While the processing in steps S16 to S19 is being executed, the charge of capacitors CA and CB2 in the filter section 7a is redistributed among capacitors CA, CB2, and CC.

ステップS19で変数nがNに到達したと判定されると、CDAC3から出力された残差信号をフィルタ部7a内のキャパシタCA、CB2にサンプリングする(ステップS20)。ステップS20は、図20の時刻t6~t7(第3期間)の動作を示している。If it is determined in step S19 that the variable n has reached N, the residual signal output from CDAC3 is sampled by capacitors CA and CB2 in the filter unit 7a (step S20). Step S20 shows the operation from time t6 to t7 (third period) in Figure 20.

第2の実施形態によるロジック回路5は、図8と同様の内部構成を有するが、ロジック回路5内のパルス生成回路27、28は、図8のパルス生成回路27、28とは異なるタイミングのスイッチ制御信号φ1~φ6を出力する。The logic circuit 5 according to the second embodiment has the same internal configuration as in Figure 8, but the pulse generation circuits 27 and 28 within the logic circuit 5 output switch control signals φ1 to φ6 with different timings than the pulse generation circuits 27 and 28 in Figure 8.

図22A、図22B及び図22Cは、フィルタ部7a内のスイッチSW1~SW6の状態遷移図である。Figures 22A, 22B, and 22C show the state transitions of switches SW1 to SW6 within the filter section 7a.

図22Aに示すように、スイッチ制御信号φ1は、サンプルクロック信号SAMPLE_CLKがローレベルで、かつ制御信号CONV_ENDがハイレベルのときに、ローレベルからハイレベルに遷移し、スイッチSW1はオフからオンに遷移する。その後、サンプルクロック信号SAMPLE_CLKがハイレベルか、又は制御信号CONV_ENDがローレベルになると、スイッチ制御信号φ1はハイレベルからローレベルに遷移し、スイッチSW1はオンからオフに遷移する。As shown in Figure 22A, the switch control signal φ1 transitions from a low level to a high level when the sample clock signal SAMPLE_CLK is low and the control signal CONV_END is high, and the switch SW1 transitions from off to on. Subsequently, when the sample clock signal SAMPLE_CLK becomes high or the control signal CONV_END becomes low, the switch control signal φ1 transitions from a high level to a low level, and the switch SW1 transitions from on to off.

図22Bに示すように、スイッチ制御信号φ2は、サンプルクロック信号SAMPLE_CLKがハイレベルか、又は制御信号CONV_ENDがローレベルのときに、ローレベルからハイレベルに遷移し、スイッチSW2はオフからオンに遷移する。その後、サンプルクロック信号SAMPLE_CLKがローレベルで、かつ制御信号CONV_ENDがハイレベルになると、スイッチ制御信号φ2はハイレベルからローレベルに遷移し、スイッチSW2はオンからオフに遷移する。As shown in Figure 22B, the switch control signal φ2 transitions from a low level to a high level when the sample clock signal SAMPLE_CLK is high level or the control signal CONV_END is low level, and the switch SW2 transitions from off to on. Subsequently, when the sample clock signal SAMPLE_CLK is low level and the control signal CONV_END is high level, the switch control signal φ2 transitions from a high level to a low level, and the switch SW2 transitions from on to off.

図22Cに示すように、サンプルクロック信号SAMPLE_CLKの立ち上がりで、スイッチ制御信号φ3はハイレベルからローレベルに遷移し、かつスイッチ制御信号φ4はローレベルからハイレベルに遷移する。よって、スイッチSW23はオンからオフに遷移し、かつスイッチSW24はオフからオンに遷移する。その後、サンプルクロック信号SAMPLE_CLKの立ち上がりで、スイッチ制御信号φ3はローレベルからハイレベルに遷移し、かつスイッチ制御信号φ4はハイレベルからローレベルに遷移する。よって、スイッチSW23はオフからオンに遷移し、かつスイッチSW24はオンからオフに遷移する。As shown in Figure 22C, on the rising edge of the sample clock signal SAMPLE_CLK, the switch control signal φ3 transitions from a high level to a low level, and the switch control signal φ4 transitions from a low level to a high level. Therefore, switch SW23 transitions from on to off, and switch SW24 transitions from off to on. Subsequently, on the rising edge of the sample clock signal SAMPLE_CLK, the switch control signal φ3 transitions from a low level to a high level, and the switch control signal φ4 transitions from a high level to a low level. Therefore, switch SW23 transitions from off to on, and switch SW24 transitions from on to off.

第2の実施形態によるADC1aは、パッシブ型のフィルタ部7aを備える点を除けば、第1の実施形態によるADC1と同様に構成可能である。CDAC3は、図10~図15Bに示したように冗長機能を有する。また、図16に示すチョッパを設けてもよい。The ADC1a according to the second embodiment can be configured in the same way as the ADC1 according to the first embodiment, except that it includes a passive filter section 7a. The CDAC3 has redundant functions as shown in Figures 10 to 15B. A chopper as shown in Figure 16 may also be provided.

このように、第2の実施形態によるADC1aは、パッシブ型のフィルタ部7aを備えているが、アナログ信号のサンプリング期間(第1期間)とAD変換期間(第2期間)を利用して、フィルタ部7a内で電荷再配分を行うため、電荷再配分の時間を十分に確保できる。AD変換期間中に電荷再配分を行うことで、CDAC3内のキャパシタの選択を誤るおそれがあるが、CDAC3に冗長機能を持たせることにより、AD変換精度が低下するおそれはない。Thus, although the ADC1a according to the second embodiment is equipped with a passive filter section 7a, charge redistribution is performed within the filter section 7a using the analog signal sampling period (first period) and the AD conversion period (second period), so sufficient time can be secured for charge redistribution. Performing charge redistribution during the AD conversion period may lead to incorrect selection of capacitors in the CDAC3, but by providing redundancy in the CDAC3, there is no risk of a decrease in AD conversion accuracy.

(第3の実施形態)
第1の実施形態によるSAR ADC1は、CDAC3から出力された差動の残差信号と、フィルタ部7から出力された差動のノイズシェーピング信号とをコンパレータ4に入力しており、2系統の差動信号の比較判定を行うコンパレータ4が必要となる。
(Third embodiment)
In the first embodiment, the SAR ADC1 inputs the differential residual signal output from the CDAC3 and the differential noise shaping signal output from the filter unit 7 to the comparator 4, thus requiring a comparator 4 to perform a comparison and determination of the two differential signals.

これに対して、第3の実施形態によるSAR ADC1bは、フィルタ部7bから出力された差動のノイズシェーピング信号をCDAC3の出力信号と合成してコンパレータ4に入力する。これにより、1系統の差動信号の比較判定を行うコンパレータ4を用いることができる。In contrast, the SAR ADC1b according to the third embodiment combines the differential noise-shaping signal output from the filter unit 7b with the output signal of the CDAC3 and inputs it to the comparator 4. This allows the use of a comparator 4 that performs comparison and judgment of a single differential signal.

図23は第3の実施形態によるADC1bの概略構成を示すブロック図である。図23では、図1と共通する構成部分には同一の符号を付しており、以下では相違点を中心に説明する。Figure 23 is a block diagram showing the schematic configuration of ADC1b according to the third embodiment. In Figure 23, components common to Figure 1 are denoted by the same reference numerals, and the differences will be explained below.

図23のADC1bは、図1AのADICと同様に、サンプルスイッチ2と、CDAC3と、コンパレータ4と、ロジック回路5と、デコーダ6と、フィルタ部(L(z))7bと、フィルタスイッチ8とを備えている。この他、図23のADC1bは、加算器10を備えている。The ADC1b in Figure 23, like the ADIC in Figure 1A, includes a sample switch 2, a CDAC 3, a comparator 4, a logic circuit 5, a decoder 6, a filter section (L(z)) 7b, and a filter switch 8. In addition, the ADC1b in Figure 23 includes an adder 10.

加算器10は、フィルタ部7内のキャパシタとCDAC3内のキャパシタとの間で電荷再配分を行うことで、CDAC3の残差信号を更新する。The adder 10 updates the residual signal of the CDAC3 by redistributing charge between the capacitor in the filter section 7 and the capacitor in the CDAC3.

図23のADC1bは、フィルタ部7bから出力されたノイズシェーピング信号をCDAC3の残差信号に帰還させるため、エラーフィードバック型SAR ADC1bと呼ぶことができる。図23のコンパレータ4には、エラーフィードバックされたCDAC3の残差信号が差動信号で入力される。このように、図23のコンパレータ4には、2系統ではなく、1系統の差動入力信号が入力されるため、コンパレータ4の内部構成を簡略化できる。The ADC 1b in Figure 23 can be called an error-feedback type SAR ADC 1b because it feeds back the noise-shaping signal output from the filter section 7b to the residual signal of the CDAC 3. The error-feedback residual signal of the CDAC 3 is input to the comparator 4 in Figure 23 as a differential signal. Thus, since the comparator 4 in Figure 23 receives only one differential input signal instead of two, the internal configuration of the comparator 4 can be simplified.

図23のフィルタ部7bは、図1のフィルタ部7とは内部構成が異なっており、図23のフィルタ部7bは、積分アンプ12を備えていない。図23のフィルタ部7bの内部構成は後述する。The filter section 7b in Figure 23 has a different internal configuration from the filter section 7 in Figure 1, and the filter section 7b in Figure 23 does not include the integrating amplifier 12. The internal configuration of the filter section 7b in Figure 23 will be described later.

図23のADC1bは、シングルエンドのアナログ信号がサンプルスイッチ2を介して入力される例を示しているが、実際には、第1及び第2の実施形態によるADC1と同様に、完全差動型のADC1である。Figure 23 shows an example where a single-ended analog signal is input via the sample switch 2, but in reality, it is a fully differential ADC1, similar to the ADC1 in the first and second embodiments.

図24は図23のADC1bのタイミング図であり、1サンプリング周期内の各信号のタイミングを示している。図23のADC1bでは、図24の時刻t2~t3の期間(第2期間)内に、フィルタ部7b内のキャパシタ群7gの一部にサンプリングされた残差信号を、CDAC3内のキャパシタと電荷再配分する。図24の時刻t2付近のCDAC3の出力電圧VCOPMの電圧レベルの大きな変動は、コンパレータ4の判定結果をCDAC3に帰還させることにより生じる。時刻t2~t3内の前半部分で電圧VCOPMが保持電圧レベルからわずかに変化しているのは、上述した電荷再配分による影響である。このように、時刻t2~t3では、コンパレータ4の判定結果のCDAC3への帰還による電圧VCOPMの変動と、フィルタ部7b内の電荷とCDAC3内の電荷の電荷再配分による電圧VCOPMの変動が同時に起こる。なお、図24のタイミング図においても、時間t1~t2(第1期間)の長さと、時間t2~t4(第2期間+第3期間)の長さの比は、例えば1:2である。Figure 24 is a timing diagram of ADC1b in Figure 23, showing the timing of each signal within one sampling period. In ADC1b in Figure 23, during the period from time t2 to t3 in Figure 24 (second period), the sampled residual signal is redistributed with the capacitor in CDAC3 to a portion of the capacitor group 7g in the filter section 7b. The large fluctuation in the voltage level of the output voltage VCOPM of CDAC3 around time t2 in Figure 24 is caused by feeding back the judgment result of the comparator 4 to CDAC3. The slight change in voltage VCOPM from the holding voltage level in the first half of time t2 to t3 is due to the effect of the charge redistribution described above. Thus, during time t2 to t3, the fluctuation in voltage VCOPM due to the feedback of the judgment result of the comparator 4 to CDAC3 and the fluctuation in voltage VCOPM due to the charge redistribution between the charge in the filter section 7b and the charge in CDAC3 occur simultaneously. In addition, in the timing diagram of Figure 24, the ratio of the length of time t1 to t2 (first period) to the length of time t2 to t4 (second period + third period) is, for example, 1:2.

AD変換期間中に電荷再配分を行うことで、AD変換中にコンパレータ4に入力される残差信号が変動し、CDAC3内のキャパシタの選択を誤るおそれがある。しかしながら、図10~図15Bで説明したように、CDAC3に冗長機能を持たせることで、誤りを訂正できるため、AD変換精度を維持できる。Performing charge redistribution during the AD conversion period can cause fluctuations in the residual signal input to comparator 4 during AD conversion, potentially leading to incorrect capacitor selection within CDAC3. However, as explained in Figures 10 to 15B, providing redundancy in CDAC3 allows for error correction, thus maintaining AD conversion accuracy.

図25は一比較例によるタイミング図である。図25は、アナログ信号をサンプリングする期間(第1期間)と、AD変換を行う期間(第2期間)の間に、フィルタ部7b内のキャパシタに蓄積された電荷を、フィルタ部7b内のキャパシタとCDAC3内のキャパシタとで電荷再配分する期間(以下、第4期間と呼ぶ)を設けている。Figure 25 is a timing diagram for one comparative example. In Figure 25, between the period for sampling the analog signal (first period) and the period for performing AD conversion (second period), there is a period (hereinafter referred to as the fourth period) in which the charge accumulated in the capacitor in the filter section 7b is redistributed between the capacitor in the filter section 7b and the capacitor in the CDAC3.

図25のように、第4期間を第1期間と第2期間の間に設ける場合、1サンプリング周期を変えないとすると、第4期間の長さ分、第1期間~第3期間の長さを短くしなければならず、AD変換精度が低下したり、SNDRが悪化するおそれがある。As shown in Figure 25, if the fourth period is set between the first and second periods, and the sampling period remains unchanged, the length of the first to third periods must be shortened by the length of the fourth period, which may lead to a decrease in AD conversion accuracy or a deterioration of SNDR.

図26は図23のフィルタ部7bの内部構成の一例を示す回路図である。図26のフィルタ部7bは、差動入力及び差動出力のバッファ11を備える他に、差動信号を構成する信号ごとに、スイッチSW31、SW32a、SW32b、SW33a、SW33b、SW34a、SW34b、SW35a、SW35b、SW36a及びSW36bと、キャパシタCA、CB1、CB2とを有する。Figure 26 is a circuit diagram showing an example of the internal configuration of the filter section 7b in Figure 23. In addition to having differential input and differential output buffers 11, the filter section 7b in Figure 26 has switches SW31, SW32a, SW32b, SW33a, SW33b, SW34a, SW34b, SW35a, SW35b, SW36a, and SW36b, and capacitors CA, CB1, and CB2 for each signal constituting the differential signal.

スイッチSW31とスイッチSW34は、バッファ11の出力ノードとフィルタ部7bの出力ノードとの間に直列に接続され、これらスイッチSW31、SW34の共通接続ノードと接地ノードの間にキャパシタCAが接続されている。Switches SW31 and SW34 are connected in series between the output node of buffer 11 and the output node of filter section 7b, and a capacitor CA is connected between the common connection node of switches SW31 and SW34 and the ground node.

スイッチSW32a及びSW35aは、バッファ11の出力ノードと接地ノードの間に直列に接続されている。スイッチSW35b及びSW32bは、フィルタ部7bの出力ノードと接地ノードの間に直列に接続されている。スイッチSW32aとSW35aの共通接続ノードとスイッチSW32bとSW35bの共通接続ノードとの間には、キャパシタCB1が接続されている。Switches SW32a and SW35a are connected in series between the output node and the ground node of buffer 11. Switches SW35b and SW32b are connected in series between the output node and the ground node of filter section 7b. Capacitor CB1 is connected between the common connection node of switches SW32a and SW35a and the common connection node of switches SW32b and SW35b.

スイッチSW33a及びSW36aは、バッファ11の出力ノードと接地ノードの間に直列に接続されている。スイッチSW36b及びSW33bは、フィルタ部7bの出力ノードと接地ノードの間に直列に接続されている。
スイッチSW33aとSW36aの共通接続ノードとスイッチSW33bとSW36bとの共通接続ノードとの間には、キャパシタCB2が接続されている。
Switches SW33a and SW36a are connected in series between the output node and the ground node of the buffer 11. Switches SW36b and SW33b are connected in series between the output node and the ground node of the filter section 7b.
A capacitor CB2 is connected between the common connection node of switches SW33a and SW36a and the common connection node of switches SW33b and SW36b.

スイッチSW31はスイッチ制御信号φ1で、スイッチSW32aとSW32bはスイッチ制御信号φ2で、スイッチSW33aとSW33bはスイッチ制御信号φ3で、スイッチSW34はスイッチ制御信号φ4で、スイッチSW35aとSW35bはスイッチ制御信号φ5で、スイッチSW36aとSW36bはスイッチ制御信号φ6で、それぞれ切替制御される。Switch SW31 is controlled by switch control signal φ1, switches SW32a and SW32b by switch control signal φ2, switches SW33a and SW33b by switch control signal φ3, switch SW34 by switch control signal φ4, switches SW35a and SW35b by switch control signal φ5, and switches SW36a and SW36b by switch control signal φ6.

図27は図23のフィルタ部7bのタイミング図である。図23のフィルタ部7b内のスイッチSW1~SW6の切替周期は、図6と同様にADC1bの2サンプリング周期(第1サンプリング周期と第2サンプリング周期)に相当する。Figure 27 is a timing diagram of the filter section 7b in Figure 23. The switching cycles of switches SW1 to SW6 in the filter section 7b in Figure 23 correspond to the two sampling cycles (first sampling cycle and second sampling cycle) of the ADC1b, similar to Figure 6.

第1サンプリング周期内の時刻t1~t2(第1期間)では、フィルタ部7b内の全スイッチがオフ状態である。これにより、フィルタ部7b内のキャパシタCA、CB1、CB2の蓄積電荷はそのまま保持される。During the time interval t1 to t2 (first period) within the first sampling period, all switches in the filter section 7b are in the off state. As a result, the accumulated charge in capacitors CA, CB1, and CB2 within the filter section 7b is maintained as is.

第1サンプリング周期内の時刻t2~t3(第2期間)では、フィルタ部7b内のスイッチSW34、SW35a及びSW35bがオンし、それ以外のスイッチはオフする。よって、キャパシタCAとCB1内の蓄積電荷は、CDAC3内の各キャパシタと電荷再配分される。During the time interval t2 to t3 (second period) within the first sampling cycle, switches SW34, SW35a, and SW35b in the filter section 7b are turned on, while the other switches are turned off. Therefore, the stored charge in capacitors CA and CB1 is redistributed with the respective capacitors in CDAC3.

第1サンプリング周期内の時刻t3~t4(第3期間)では、フィルタ部7b内のスイッチSW31、SW32a及びSW32bがオンし、それ以外のスイッチはオフする。よって、CDAC3から出力された残差信号は、キャパシタCAとCB1にサンプリングされる。During the time interval t3 to t4 (third period) within the first sampling period, switches SW31, SW32a, and SW32b in the filter section 7b are turned on, while the other switches are turned off. Therefore, the residual signal output from CDAC3 is sampled by capacitors CA and CB1.

第2サンプリング周期内の時刻t4~t5(第1期間)では、フィルタ部7b内の全スイッチがオフ状態である。これにより、フィルタ部7b内のキャパシタCA、CB1、CB2の蓄積電荷はそのまま保持される。During the second sampling period, from time t4 to t5 (first period), all switches in the filter section 7b are in the off state. As a result, the accumulated charge in capacitors CA, CB1, and CB2 in the filter section 7b is maintained.

第2サンプリング周期内の時刻t5~t6(第2期間)では、フィルタ部7b内のスイッチSW34、SW36a及びSW36bがオンし、それ以外のスイッチはオフする。よって、キャパシタCAとCB2の蓄積電荷は、CDAC3内の各キャパシタと電荷再配分される。During the second sampling period, from time t5 to t6 (second period), switches SW34, SW36a, and SW36b in the filter section 7b are turned on, while the other switches are turned off. Therefore, the stored charge in capacitors CA and CB2 is redistributed with each capacitor in CDAC3.

第2サンプリング周期内の時刻t6~t7(第3期間)では、フィルタ部7b内のスイッチSW31、SW33a及びSW33bがオンし、それ以外のスイッチはオフする。よって、CDAC3から出力された残差信号は、キャパシタCAとCB2にサンプリングされる。During the second sampling period, from time t6 to t7 (the third period), switches SW31, SW33a, and SW33b in the filter section 7b are turned on, while the other switches are turned off. Therefore, the residual signal output from CDAC3 is sampled by capacitors CA and CB2.

図28は図23のADC1bの処理動作を示すフローチャートであり、図27のタイミング図と同様に、2サンプリング周期の処理動作を示している。まず、変数nをゼロに初期設定し、外部から入力されたアナログ信号をサンプリングする(ステップS21)。ステップS21は、図27の時刻t1~t2(第1期間)の動作を示している。変数nは、コンパレータ4が比較判定を行う回数をカウントする変数である。Figure 28 is a flowchart showing the processing operation of ADC1b in Figure 23, and, similar to the timing diagram in Figure 27, it shows the processing operation with two sampling periods. First, the variable n is initialized to zero, and the analog signal input from the outside is sampled (step S21). Step S21 shows the operation from time t1 to t2 (first period) in Figure 27. The variable n is a variable that counts the number of times the comparator 4 performs a comparison judgment.

次に、コンパレータ4の比較判定によるAD変換動作を行う(ステップS22)。ステップS22~S24は、図27の時刻t2~t3(第2期間)の動作を示している。次に、変数nを1だけインクリメントする(ステップS23)。次に、変数nがADC1bの物理分解能のビット数Nに到達したか否かを判定する(ステップS24)。変数nがNに到達していなければステップS22に戻る。ステップS21~S24の処理を実行している間に、フィルタ部7b内のキャパシタCA、CB1の電荷がCDAC3内の各キャパシタと電荷再配分される。Next, the AD conversion operation is performed based on the comparison judgment of the comparator 4 (step S22). Steps S22 to S24 show the operation at times t2 to t3 (second period) in Figure 27. Next, the variable n is incremented by 1 (step S23). Next, it is determined whether the variable n has reached the number of bits N of the physical resolution of the ADC 1b (step S24). If the variable n has not reached N, the process returns to step S22. While the processing in steps S21 to S24 is being performed, the charge of capacitors CA and CB1 in the filter section 7b is redistributed with the respective capacitors in the CDAC 3.

ステップS24で変数nがNに到達したと判定されると、CDAC3から出力された残差信号をフィルタ部7b内のキャパシタCA、CB1にサンプリングする(ステップS25)。ステップS25は、図27の時刻t3~t4(第3期間)の動作を示している。If it is determined in step S24 that the variable n has reached N, the residual signal output from CDAC3 is sampled by capacitors CA and CB1 in the filter unit 7b (step S25). Step S25 shows the operation at times t3 to t4 (third period) in Figure 27.

以上のステップS21~S25は図27の時刻t1~t4の第1サンプリング期間中に行われる。続いて、第2サンプリング期間に入ると、ステップS21と同様に、変数nをゼロに初期設定し、外部から入力されたアナログ信号をサンプリングする(ステップS26)。ステップS26は、図27の時刻t4~t5(第1期間)の動作を示している。Steps S21 to S25 described above are performed during the first sampling period from time t1 to t4 in Figure 27. Subsequently, when the second sampling period begins, the variable n is initialized to zero, similar to step S21, and the externally input analog signal is sampled (step S26). Step S26 shows the operation from time t4 to t5 (first period) in Figure 27.

次に、コンパレータ4の比較判定によるAD変換動作を行う(ステップS27)。ステップS27~S29は、図27の時刻t5~t6(第2期間)の動作を示している。次に、変数nを1だけインクリメントする(ステップS28)。次に、変数nがADC1bの物理分解能のビット数Nに到達したか否かを判定する(ステップS29)。変数nがNに到達していなければステップS22に戻る。ステップS26~S29の処理を実行している間に、フィルタ部7b内のキャパシタCA、CB2の電荷がCDAC3内の各キャパシタと電荷再配分される。Next, the AD conversion operation is performed based on the comparison judgment of the comparator 4 (step S27). Steps S27 to S29 show the operation at times t5 to t6 (second period) in Figure 27. Next, the variable n is incremented by 1 (step S28). Next, it is determined whether the variable n has reached the number of bits N of the physical resolution of the ADC 1b (step S29). If the variable n has not reached N, the process returns to step S22. While the processing in steps S26 to S29 is being executed, the charge of capacitors CA and CB2 in the filter section 7b is redistributed with the respective capacitors in the CDAC 3.

ステップS29で変数nがNに到達したと判定されると、CDAC3から出力された残差信号をフィルタ部7b内のキャパシタCA、CB2にサンプリングする(ステップS30)。ステップS30は、図27の時刻t6~t7(第3期間)の動作を示している。If it is determined in step S29 that the variable n has reached N, the residual signal output from CDAC3 is sampled by capacitors CA and CB2 in the filter unit 7b (step S30). Step S30 shows the operation from time t6 to t7 (third period) in Figure 27.

図29は図23のロジック回路5の内部構成の一例を示す回路図である。図29のロジック回路5は、図8のロジック回路5と基本的には同じ回路構成を備えている。ただし、図29のロジック回路5内のパルス生成回路27、28は、図8のロジック回路5内のパルス生成回路27、28とは異なるタイミングで、スイッチ制御信号φ1~φ6を出力する。Figure 29 is a circuit diagram showing an example of the internal configuration of the logic circuit 5 in Figure 23. The logic circuit 5 in Figure 29 has basically the same circuit configuration as the logic circuit 5 in Figure 8. However, the pulse generation circuits 27 and 28 in the logic circuit 5 in Figure 29 output switch control signals φ1 to φ6 at different timings than the pulse generation circuits 27 and 28 in the logic circuit 5 in Figure 8.

図30A、図30B、図30C及び図30Dはフィルタ部7b内のスイッチSW1~SW6の状態遷移図である。図30A、図30B、図30C及び図30Dの状態遷移図は、基本的には図9A、図9B、図9C及び図9Dと同じであるため、詳細な説明を割愛する。Figures 30A, 30B, 30C, and 30D are state transition diagrams of switches SW1 to SW6 within the filter section 7b. Since the state transition diagrams in Figures 30A, 30B, 30C, and 30D are basically the same as those in Figures 9A, 9B, 9C, and 9D, a detailed explanation is omitted.

第3の実施形態によるADC1bは、エラーフィードバック型である点で、上述した第1及び第2の実施形態によるADC1bとは異なるが、第3の実施形態によるADC1b内のCDAC3は、図10~図15Bに示したように冗長機能を有する。また、図16に示すチョッパを設けてもよい。The ADC1b according to the third embodiment differs from the ADC1b according to the first and second embodiments described above in that it is an error feedback type, but the CDAC3 within the ADC1b according to the third embodiment has a redundant function as shown in Figures 10 to 15B. Furthermore, a chopper as shown in Figure 16 may be provided.

このように、第3の実施形態では、エラーフィードバック型のADC1bにおいて、AD変換を行っている期間内に、フィルタ部7b内のキャパシタに蓄積された電荷を、フィルタ部7b内のキャパシタとCDAC3内のキャパシタで電荷再配分を行うため、電荷再配分のための期間を別途設けなくて済む。よって、アナログ信号のサンプリング期間(第1期間)、AD変換期間(第2期間)、及び残差信号のサンプリング期間(第3期間)を短縮せずに、エラーフィードバックのための電荷再配分を行うことができる。AD変換期間中に電荷再配分を行うことで、CDAC3内の容量選択を誤るおそれがあるが、図10~図15Bで説明したように、CDAC3に冗長機能を持たせて誤りを訂正できるため、AD変換精度が低下するおそれはない。Thus, in the third embodiment, in the error feedback type ADC 1b, the charge accumulated in the capacitor in the filter unit 7b is redistributed between the capacitor in the filter unit 7b and the capacitor in the CDAC 3 during the AD conversion period, eliminating the need to separately set aside a period for charge redistribution. Therefore, charge redistribution for error feedback can be performed without shortening the analog signal sampling period (first period), the AD conversion period (second period), and the residual signal sampling period (third period). Although there is a risk of incorrect capacitance selection in the CDAC 3 by performing charge redistribution during the AD conversion period, as explained in Figures 10 to 15B, the CDAC 3 is equipped with a redundant function to correct the error, so there is no risk of a decrease in AD conversion accuracy.

<<4.応用例>>
本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット、建設機械、農業機械(トラクター)などのいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
<<4. Application Examples>>
The technology disclosed herein can be applied to a variety of products. For example, the technology disclosed herein may be implemented as a device mounted on any type of mobile vehicle, such as automobiles, electric vehicles, hybrid electric vehicles, motorcycles, bicycles, personal mobility devices, airplanes, drones, ships, robots, construction machinery, or agricultural machinery (tractors).

図31は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システム7000の概略的な構成例を示すブロック図である。車両制御システム7000は、通信ネットワーク7010を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図31に示した例では、車両制御システム7000は、駆動系制御ユニット7100、ボディ系制御ユニット7200、バッテリ制御ユニット7300、車外情報検出ユニット7400、車内情報検出ユニット7500、及び統合制御ユニット7600を備える。これらの複数の制御ユニットを接続する通信ネットワーク7010は、例えば、CAN(Controller Area Network)、LIN(Local Interconnect Network)、LAN(Local Area Network)又はFlexRay(登録商標)等の任意の規格に準拠した車載通信ネットワークであってよい。Figure 31 is a block diagram showing a schematic configuration example of a vehicle control system 7000, which is an example of a mobile control system to which the technology relating to this disclosure may be applied. The vehicle control system 7000 comprises a plurality of electronic control units connected via a communication network 7010. In the example shown in Figure 31, the vehicle control system 7000 comprises a drive system control unit 7100, a body system control unit 7200, a battery control unit 7300, an external information detection unit 7400, an internal information detection unit 7500, and an integrated control unit 7600. The communication network 7010 connecting these plurality of control units may be an in-vehicle communication network conforming to any standard such as CAN (Controller Area Network), LIN (Local Interconnect Network), LAN (Local Area Network), or FlexRay®.

各制御ユニットは、各種プログラムにしたがって演算処理を行うマイクロコンピュータと、マイクロコンピュータにより実行されるプログラム又は各種演算に用いられるパラメータ等を記憶する記憶部と、各種制御対象の装置を駆動する駆動回路とを備える。各制御ユニットは、通信ネットワーク7010を介して他の制御ユニットとの間で通信を行うためのネットワークI/Fを備えるとともに、車内外の装置又はセンサ等との間で、有線通信又は無線通信により通信を行うための通信I/Fを備える。図31では、統合制御ユニット7600の機能構成として、マイクロコンピュータ7610、汎用通信I/F7620、専用通信I/F7630、測位部7640、ビーコン受信部7650、車内機器I/F7660、音声画像出力部7670、車載ネットワークI/F7680及び記憶部7690が図示されている。他の制御ユニットも同様に、マイクロコンピュータ、通信I/F及び記憶部等を備える。Each control unit comprises a microcomputer that performs calculations according to various programs, a storage unit that stores programs executed by the microcomputer or parameters used in various calculations, and a drive circuit that drives various controlled devices. Each control unit is equipped with a network interface for communication with other control units via the communication network 7010, and a communication interface for communication with devices or sensors inside or outside the vehicle via wired or wireless communication. Figure 31 shows the functional configuration of the integrated control unit 7600, which includes a microcomputer 7610, a general-purpose communication interface 7620, a dedicated communication interface 7630, a positioning unit 7640, a beacon receiver 7650, an in-vehicle equipment interface 7660, an audio/image output unit 7670, an in-vehicle network interface 7680, and a storage unit 7690. Other control units similarly include a microcomputer, a communication interface, and a storage unit.

駆動系制御ユニット7100は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット7100は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。駆動系制御ユニット7100は、ABS(Antilock Brake System)又はESC(Electronic Stability Control)等の制御装置としての機能を有してもよい。The drivetrain control unit 7100 controls the operation of devices related to the vehicle's drivetrain according to various programs. For example, the drivetrain control unit 7100 functions as a control device for generating driving force for the vehicle, such as an internal combustion engine or a drive motor; a driving force transmission mechanism for transmitting driving force to the wheels; a steering mechanism for adjusting the steering angle of the vehicle; and a braking device for generating braking force for the vehicle. The drivetrain control unit 7100 may also function as a control device such as ABS (Antilock Brake System) or ESC (Electronic Stability Control).

駆動系制御ユニット7100には、車両状態検出部7110が接続される。車両状態検出部7110には、例えば、車体の軸回転運動の角速度を検出するジャイロセンサ、車両の加速度を検出する加速度センサ、あるいは、アクセルペダルの操作量、ブレーキペダルの操作量、ステアリングホイールの操舵角、エンジン回転数又は車輪の回転速度等を検出するためのセンサのうちの少なくとも一つが含まれる。駆動系制御ユニット7100は、車両状態検出部7110から入力される信号を用いて演算処理を行い、内燃機関、駆動用モータ、電動パワーステアリング装置又はブレーキ装置等を制御する。A vehicle state detection unit 7110 is connected to the drive system control unit 7100. The vehicle state detection unit 7110 includes, for example, a gyro sensor for detecting the angular velocity of the vehicle's axial rotational motion, an acceleration sensor for detecting the vehicle's acceleration, or at least one of the sensors for detecting the amount of operation of the accelerator pedal, the amount of operation of the brake pedal, the steering angle of the steering wheel, the engine speed, or the rotational speed of the wheels. The drive system control unit 7100 performs calculation processing using the signals input from the vehicle state detection unit 7110 and controls the internal combustion engine, drive motor, electric power steering system, brake system, etc.

ボディ系制御ユニット7200は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット7200は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット7200には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット7200は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。The body system control unit 7200 controls the operation of various devices mounted on the vehicle body according to various programs. For example, the body system control unit 7200 functions as a control device for a keyless entry system, a smart key system, a power window system, or various lamps such as headlights, reverse lights, brake lights, turn signals, or fog lights. In this case, the body system control unit 7200 may receive radio waves transmitted from a portable device that replaces a key or signals from various switches. The body system control unit 7200 receives these radio waves or signals and controls the vehicle's door lock system, power window system, lamps, etc.

バッテリ制御ユニット7300は、各種プログラムにしたがって駆動用モータの電力供給源である二次電池7310を制御する。例えば、バッテリ制御ユニット7300には、二次電池7310を備えたバッテリ装置から、バッテリ温度、バッテリ出力電圧又はバッテリの残存容量等の情報が入力される。バッテリ制御ユニット7300は、これらの信号を用いて演算処理を行い、二次電池7310の温度調節制御又はバッテリ装置に備えられた冷却装置等の制御を行う。The battery control unit 7300 controls the secondary battery 7310, which is the power source for the drive motor, according to various programs. For example, the battery control unit 7300 receives information such as battery temperature, battery output voltage, or remaining battery capacity from the battery device equipped with the secondary battery 7310. The battery control unit 7300 uses these signals to perform calculations and controls the temperature of the secondary battery 7310 or the cooling device provided in the battery device.

車外情報検出ユニット7400は、車両制御システム7000を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット7400には、撮像部7410及び車外情報検出部7420のうちの少なくとも一方が接続される。撮像部7410には、ToF(Time Of Flight)カメラ、ステレオカメラ、単眼カメラ、赤外線カメラ及びその他のカメラのうちの少なくとも一つが含まれる。車外情報検出部7420には、例えば、現在の天候又は気象を検出するための環境センサ、あるいは、車両制御システム7000を搭載した車両の周囲の他の車両、障害物又は歩行者等を検出するための周囲情報検出センサのうちの少なくとも一つが含まれる。The external information detection unit 7400 detects information from outside the vehicle equipped with the vehicle control system 7000. For example, at least one of the imaging unit 7410 and the external information detection unit 7420 is connected to the external information detection unit 7400. The imaging unit 7410 includes at least one of the following: a Time of Flight (ToF) camera, a stereo camera, a monocular camera, an infrared camera, and other cameras. The external information detection unit 7420 includes at least one of the following: an environmental sensor for detecting the current weather or climate, or an ambient information detection sensor for detecting other vehicles, obstacles, or pedestrians around the vehicle equipped with the vehicle control system 7000.

環境センサは、例えば、雨天を検出する雨滴センサ、霧を検出する霧センサ、日照度合いを検出する日照センサ、及び降雪を検出する雪センサのうちの少なくとも一つであってよい。周囲情報検出センサは、超音波センサ、レーダ装置及びLIDAR(Light Detection and Ranging、Laser Imaging Detection and Ranging)装置のうちの少なくとも一つであってよい。これらの撮像部7410及び車外情報検出部7420は、それぞれ独立したセンサないし装置として備えられてもよいし、複数のセンサないし装置が統合された装置として備えられてもよい。The environmental sensor may be at least one of the following: a raindrop sensor for detecting rain, a fog sensor for detecting fog, a sunshine sensor for detecting the degree of sunlight, and a snow sensor for detecting snowfall. The surrounding information detection sensor may be at least one of the following: an ultrasonic sensor, a radar device, and a LIDAR (Light Detection and Ranging, Laser Imaging Detection and Ranging) device. These imaging unit 7410 and external information detection unit 7420 may be provided as independent sensors or devices, or as a device in which multiple sensors or devices are integrated.

ここで、図32は、撮像部7410及び車外情報検出部7420の設置位置の例を示す。撮像部7910,7912,7914,7916,7918は、例えば、車両7900のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部のうちの少なくとも一つの位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部7910及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部7918は、主として車両7900の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部7912,7914は、主として車両7900の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部7916は、主として車両7900の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部7918は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。Here, Figure 32 shows an example of the installation location of the imaging unit 7410 and the external information detection unit 7420. The imaging units 7910, 7912, 7914, 7916, and 7918 are installed, for example, at least one of the following locations on the vehicle 7900: the front nose, side mirrors, rear bumper, back door, and the upper part of the windshield inside the passenger compartment. The imaging unit 7910 installed on the front nose and the imaging unit 7918 installed on the upper part of the windshield inside the passenger compartment mainly acquire images of the front of the vehicle 7900. The imaging units 7912 and 7914 installed on the side mirrors mainly acquire images of the sides of the vehicle 7900. The imaging unit 7916 installed on the rear bumper or back door mainly acquires images of the rear of the vehicle 7900. The imaging unit 7918, located at the top of the windshield inside the vehicle, is primarily used for detecting preceding vehicles, pedestrians, obstacles, traffic lights, traffic signs, or lanes.

なお、図32には、それぞれの撮像部7910,7912,7914,7916の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲aは、フロントノーズに設けられた撮像部7910の撮像範囲を示し、撮像範囲b,cは、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部7912,7914の撮像範囲を示し、撮像範囲dは、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部7916の撮像範囲を示す。例えば、撮像部7910,7912,7914,7916で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両7900を上方から見た俯瞰画像が得られる。Figure 32 shows an example of the imaging range of each imaging unit 7910, 7912, 7914, and 7916. Imaging range a shows the imaging range of imaging unit 7910 located on the front nose, imaging ranges b and c show the imaging ranges of imaging units 7912 and 7914 located on the side mirrors, respectively, and imaging range d shows the imaging range of imaging unit 7916 located on the rear bumper or back door. For example, by superimposing the image data captured by imaging units 7910, 7912, 7914, and 7916, an overhead view image of the vehicle 7900 can be obtained.

車両7900のフロント、リア、サイド、コーナ及び車室内のフロントガラスの上部に設けられる車外情報検出部7920,7922,7924,7926,7928,7930は、例えば超音波センサ又はレーダ装置であってよい。車両7900のフロントノーズ、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部に設けられる車外情報検出部7920,7926,7930は、例えばLIDAR装置であってよい。これらの車外情報検出部7920~7930は、主として先行車両、歩行者又は障害物等の検出に用いられる。The external information detection units 7920, 7922, 7924, 7926, 7928, and 7930, which are installed on the front, rear, sides, corners, and the upper part of the windshield inside the vehicle 7900, may be, for example, ultrasonic sensors or radar devices. The external information detection units 7920, 7926, and 7930, which are installed on the front nose, rear bumper, back door, and the upper part of the windshield inside the vehicle 7900, may be, for example, LIDAR devices. These external information detection units 7920 to 7930 are mainly used for detecting preceding vehicles, pedestrians, or obstacles.

図31に戻って説明を続ける。車外情報検出ユニット7400は、撮像部7410に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像データを受信する。また、車外情報検出ユニット7400は、接続されている車外情報検出部7420から検出情報を受信する。車外情報検出部7420が超音波センサ、レーダ装置又はLIDAR装置である場合には、車外情報検出ユニット7400は、超音波又は電磁波等を発信させるとともに、受信された反射波の情報を受信する。車外情報検出ユニット7400は、受信した情報に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット7400は、受信した情報に基づいて、降雨、霧又は路面状況等を認識する環境認識処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット7400は、受信した情報に基づいて、車外の物体までの距離を算出してもよい。Returning to Figure 31, the explanation continues. The external information detection unit 7400 causes the imaging unit 7410 to capture images of the area outside the vehicle and receives the captured image data. The external information detection unit 7400 also receives detection information from the connected external information detection unit 7420. If the external information detection unit 7420 is an ultrasonic sensor, radar device, or LIDAR device, the external information detection unit 7400 emits ultrasonic waves or electromagnetic waves and receives information on the received reflected waves. Based on the received information, the external information detection unit 7400 may perform object detection processing such as detecting people, vehicles, obstacles, signs, or characters on the road surface, or distance detection processing. Based on the received information, the external information detection unit 7400 may perform environmental recognition processing to recognize rainfall, fog, or road surface conditions. Based on the received information, the external information detection unit 7400 may calculate the distance to an object outside the vehicle.

また、車外情報検出ユニット7400は、受信した画像データに基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等を認識する画像認識処理又は距離検出処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット7400は、受信した画像データに対して歪補正又は位置合わせ等の処理を行うとともに、異なる撮像部7410により撮像された画像データを合成して、俯瞰画像又はパノラマ画像を生成してもよい。車外情報検出ユニット7400は、異なる撮像部7410により撮像された画像データを用いて、視点変換処理を行ってもよい。 Furthermore, the external information detection unit 7400 may perform image recognition processing or distance detection processing to recognize people, vehicles, obstacles, signs, or characters on the road surface based on the received image data. The external information detection unit 7400 may perform distortion correction or alignment processing on the received image data, and may also synthesize image data captured by different imaging units 7410 to generate an overhead view image or a panoramic image. The external information detection unit 7400 may also perform viewpoint transformation processing using image data captured by different imaging units 7410.

車内情報検出ユニット7500は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット7500には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部7510が接続される。運転者状態検出部7510は、運転者を撮像するカメラ、運転者の生体情報を検出する生体センサ又は車室内の音声を集音するマイク等を含んでもよい。生体センサは、例えば、座面又はステアリングホイール等に設けられ、座席に座った搭乗者又はステアリングホイールを握る運転者の生体情報を検出する。車内情報検出ユニット7500は、運転者状態検出部7510から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。車内情報検出ユニット7500は、集音された音声信号に対してノイズキャンセリング処理等の処理を行ってもよい。The in-vehicle information detection unit 7500 detects information inside the vehicle. The in-vehicle information detection unit 7500 is connected to, for example, a driver status detection unit 7510 that detects the driver's state. The driver status detection unit 7510 may include a camera for imaging the driver, a biosensor for detecting the driver's biometric information, or a microphone for collecting sounds inside the vehicle. The biosensor, for example, is installed on the seat or steering wheel and detects the biometric information of a passenger seated in the seat or a driver holding the steering wheel. Based on the detection information input from the driver status detection unit 7510, the in-vehicle information detection unit 7500 may calculate the driver's fatigue level or concentration level, or determine whether the driver is drowsy. The in-vehicle information detection unit 7500 may perform noise cancellation or other processing on the collected audio signals.

統合制御ユニット7600は、各種プログラムにしたがって車両制御システム7000内の動作全般を制御する。統合制御ユニット7600には、入力部7800が接続されている。入力部7800は、例えば、タッチパネル、ボタン、マイクロフォン、スイッチ又はレバー等、搭乗者によって入力操作され得る装置によって実現される。統合制御ユニット7600には、マイクロフォンにより入力される音声を音声認識することにより得たデータが入力されてもよい。入力部7800は、例えば、赤外線又はその他の電波を利用したリモートコントロール装置であってもよいし、車両制御システム7000の操作に対応した携帯電話又はPDA(Personal Digital Assistant)等の外部接続機器であってもよい。入力部7800は、例えばカメラであってもよく、その場合搭乗者はジェスチャにより情報を入力することができる。あるいは、搭乗者が装着したウェアラブル装置の動きを検出することで得られたデータが入力されてもよい。さらに、入力部7800は、例えば、上記の入力部7800を用いて搭乗者等により入力された情報に基づいて入力信号を生成し、統合制御ユニット7600に出力する入力制御回路などを含んでもよい。搭乗者等は、この入力部7800を操作することにより、車両制御システム7000に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりする。The integrated control unit 7600 controls the overall operation of the vehicle control system 7000 according to various programs. An input unit 7800 is connected to the integrated control unit 7600. The input unit 7800 is implemented by a device that can be operated by the passenger, such as a touch panel, buttons, a microphone, a switch, or a lever. The integrated control unit 7600 may also receive data obtained by voice recognition of voice input from the microphone. The input unit 7800 may be, for example, a remote control device using infrared or other radio waves, or an externally connected device such as a mobile phone or PDA (Personal Digital Assistant) that is compatible with the operation of the vehicle control system 7000. The input unit 7800 may also be, for example, a camera, in which case the passenger can input information by gesture. Alternatively, data obtained by detecting the movement of a wearable device worn by the passenger may be input. Furthermore, the input unit 7800 may include, for example, an input control circuit that generates an input signal based on the information input by the passenger using the above input unit 7800 and outputs it to the integrated control unit 7600. Passengers and others can input various data or instruct the vehicle control system 7000 to perform processing operations by operating this input unit 7800.

記憶部7690は、マイクロコンピュータにより実行される各種プログラムを記憶するROM(Read Only Memory)、及び各種パラメータ、演算結果又はセンサ値等を記憶するRAM(Random Access Memory)を含んでいてもよい。また、記憶部7690は、HDD(Hard Disc Drive)等の磁気記憶デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス又は光磁気記憶デバイス等によって実現してもよい。The storage unit 7690 may include a ROM (Read Only Memory) for storing various programs executed by a microcomputer, and a RAM (Random Access Memory) for storing various parameters, calculation results, or sensor values. Furthermore, the storage unit 7690 may be implemented using a magnetic storage device such as an HDD (Hard Disk Drive), a semiconductor storage device, an optical storage device, or a magneto-optical storage device.

汎用通信I/F7620は、外部環境7750に存在する様々な機器との間の通信を仲介する汎用的な通信I/Fである。汎用通信I/F7620は、GSM(登録商標)(Global System of Mobile communications)、WiMAX(登録商標)、LTE(登録商標)(Long Term Evolution)若しくはLTE-A(LTE-Advanced)などのセルラー通信プロトコル、又は無線LAN(Wi-Fi(登録商標)ともいう)、Bluetooth(登録商標)などのその他の無線通信プロトコルを実装してよい。汎用通信I/F7620は、例えば、基地局又はアクセスポイントを介して、外部ネットワーク(例えば、インターネット、クラウドネットワーク又は事業者固有のネットワーク)上に存在する機器(例えば、アプリケーションサーバ又は制御サーバ)へ接続してもよい。また、汎用通信I/F7620は、例えばP2P(Peer To Peer)技術を用いて、車両の近傍に存在する端末(例えば、運転者、歩行者若しくは店舗の端末、又はMTC(Machine Type Communication)端末)と接続してもよい。The general-purpose communication interface 7620 is a general-purpose communication interface that mediates communication between various devices present in the external environment 7750. The general-purpose communication interface 7620 may implement cellular communication protocols such as GSM (Global System of Mobile communications), WiMAX (registered trademark), LTE (registered trademark) (Long Term Evolution), or LTE-A (LTE-Advanced), or other wireless communication protocols such as wireless LAN (also known as Wi-Fi (registered trademark)) or Bluetooth (registered trademark). The general-purpose communication interface 7620 may connect, for example, to devices (e.g., application servers or control servers) located on an external network (e.g., the Internet, a cloud network, or a carrier-specific network) via a base station or access point. Furthermore, the general-purpose communication I/F 7620 may connect to terminals located near the vehicle (for example, terminals belonging to the driver, pedestrians, or shops, or MTC (Machine Type Communication) terminals) using, for example, P2P (Peer To Peer) technology.

専用通信I/F7630は、車両における使用を目的として策定された通信プロトコルをサポートする通信I/Fである。専用通信I/F7630は、例えば、下位レイヤのIEEE802.11pと上位レイヤのIEEE1609との組合せであるWAVE(Wireless Access in Vehicle Environment)、DSRC(Dedicated Short Range Communications)、又はセルラー通信プロトコルといった標準プロトコルを実装してよい。専用通信I/F7630は、典型的には、車車間(Vehicle to Vehicle)通信、路車間(Vehicle to Infrastructure)通信、車両と家との間(Vehicle to Home)の通信及び歩車間(Vehicle to Pedestrian)通信のうちの1つ以上を含む概念であるV2X通信を遂行する。The Dedicated Communication I/F 7630 is a communication interface that supports communication protocols developed for use in vehicles. The Dedicated Communication I/F 7630 may implement standard protocols such as WAVE (Wireless Access in Vehicle Environment), DSRC (Dedicated Short Range Communications), or cellular communication protocols, which are combinations of lower-layer IEEE 802.11p and upper-layer IEEE 1609. The Dedicated Communication I/F 7630 typically performs V2X communication, a concept that includes one or more of the following: vehicle-to-vehicle communication, vehicle-to-infrastructure communication, vehicle-to-home communication, and vehicle-to-pedestrian communication.

測位部7640は、例えば、GNSS(Global Navigation Satellite System)衛星からのGNSS信号(例えば、GPS(Global Positioning System)衛星からのGPS信号)を受信して測位を実行し、車両の緯度、経度及び高度を含む位置情報を生成する。なお、測位部7640は、無線アクセスポイントとの信号の交換により現在位置を特定してもよく、又は測位機能を有する携帯電話、PHS若しくはスマートフォンといった端末から位置情報を取得してもよい。The positioning unit 7640 performs positioning by receiving, for example, GNSS (Global Navigation Satellite System) signals from GNSS satellites (for example, GPS signals from GPS (Global Positioning System) satellites) and generates location information including the vehicle's latitude, longitude, and altitude. The positioning unit 7640 may also determine its current location by exchanging signals with a wireless access point, or it may acquire location information from a terminal such as a mobile phone, PHS, or smartphone that has positioning capabilities.

ビーコン受信部7650は、例えば、道路上に設置された無線局等から発信される電波あるいは電磁波を受信し、現在位置、渋滞、通行止め又は所要時間等の情報を取得する。なお、ビーコン受信部7650の機能は、上述した専用通信I/F7630に含まれてもよい。The beacon receiver 7650 receives radio waves or electromagnetic waves transmitted from, for example, a radio station installed on a road, and acquires information such as the current location, traffic congestion, road closures, or travel time. The functions of the beacon receiver 7650 may also be included in the dedicated communication interface 7630 described above.

車内機器I/F7660は、マイクロコンピュータ7610と車内に存在する様々な車内機器7760との間の接続を仲介する通信インタフェースである。車内機器I/F7660は、無線LAN、Bluetooth(登録商標)、NFC(Near Field Communication)又はWUSB(Wireless USB)といった無線通信プロトコルを用いて無線接続を確立してもよい。また、車内機器I/F7660は、図示しない接続端子(及び、必要であればケーブル)を介して、USB(Universal Serial Bus)、HDMI(登録商標)(High-Definition Multimedia Interface、又はMHL(Mobile High-definition Link)等の有線接続を確立してもよい。車内機器7760は、例えば、搭乗者が有するモバイル機器若しくはウェアラブル機器、又は車両に搬入され若しくは取り付けられる情報機器のうちの少なくとも1つを含んでいてもよい。また、車内機器7760は、任意の目的地までの経路探索を行うナビゲーション装置を含んでいてもよい。車内機器I/F7660は、これらの車内機器7760との間で、制御信号又はデータ信号を交換する。The in-vehicle equipment interface 7660 is a communication interface that mediates connections between the microcomputer 7610 and various in-vehicle equipment 7760 located inside the vehicle. The in-vehicle equipment interface 7660 may establish a wireless connection using wireless communication protocols such as wireless LAN, Bluetooth®, NFC (Near Field Communication), or WUSB (Wireless USB). Furthermore, the in-vehicle equipment I/F 7660 may establish a wired connection such as USB (Universal Serial Bus), HDMI (High-Definition Multimedia Interface), or MHL (Mobile High-definition Link) via connection terminals (and, if necessary, cables) not shown. The in-vehicle equipment 7760 may include, for example, at least one of the following: a mobile device or wearable device owned by a passenger, or an information device brought into or installed in the vehicle. The in-vehicle equipment 7760 may also include a navigation device that searches for a route to any destination. The in-vehicle equipment I/F 7660 exchanges control signals or data signals with these in-vehicle equipment 7760s.

車載ネットワークI/F7680は、マイクロコンピュータ7610と通信ネットワーク7010との間の通信を仲介するインタフェースである。車載ネットワークI/F7680は、通信ネットワーク7010によりサポートされる所定のプロトコルに則して、信号等を送受信する。The in-vehicle network interface 7680 is an interface that mediates communication between the microcomputer 7610 and the communication network 7010. The in-vehicle network interface 7680 transmits and receives signals and other data in accordance with a predetermined protocol supported by the communication network 7010.

統合制御ユニット7600のマイクロコンピュータ7610は、汎用通信I/F7620、専用通信I/F7630、測位部7640、ビーコン受信部7650、車内機器I/F7660及び車載ネットワークI/F7680のうちの少なくとも一つを介して取得される情報に基づき、各種プログラムにしたがって、車両制御システム7000を制御する。例えば、マイクロコンピュータ7610は、取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット7100に対して制御指令を出力してもよい。例えば、マイクロコンピュータ7610は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むADAS(Advanced Driver Assistance System)の機能実現を目的とした協調制御を行ってもよい。また、マイクロコンピュータ7610は、取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行ってもよい。The microcomputer 7610 of the integrated control unit 7600 controls the vehicle control system 7000 according to various programs based on information acquired via at least one of the general-purpose communication I/F 7620, dedicated communication I/F 7630, positioning unit 7640, beacon receiver 7650, in-vehicle equipment I/F 7660, and in-vehicle network I/F 7680. For example, the microcomputer 7610 may calculate control target values for the drive force generator, steering mechanism, or braking device based on acquired information from inside and outside the vehicle, and output control commands to the drive system control unit 7100. For example, the microcomputer 7610 may perform cooperative control aimed at realizing ADAS (Advanced Driver Assistance System) functions, including vehicle collision avoidance or impact mitigation, following driving based on distance between vehicles, maintaining vehicle speed, vehicle collision warning, or vehicle lane departure warning. Furthermore, the microcomputer 7610 may perform cooperative control for purposes such as autonomous driving, where the vehicle drives autonomously without driver intervention, by controlling the drive force generating device, steering mechanism, or braking device, etc., based on the acquired information about the vehicle's surroundings.

マイクロコンピュータ7610は、汎用通信I/F7620、専用通信I/F7630、測位部7640、ビーコン受信部7650、車内機器I/F7660及び車載ネットワークI/F7680のうちの少なくとも一つを介して取得される情報に基づき、車両と周辺の構造物や人物等の物体との間の3次元距離情報を生成し、車両の現在位置の周辺情報を含むローカル地図情報を作成してもよい。また、マイクロコンピュータ7610は、取得される情報に基づき、車両の衝突、歩行者等の近接又は通行止めの道路への進入等の危険を予測し、警告用信号を生成してもよい。警告用信号は、例えば、警告音を発生させたり、警告ランプを点灯させたりするための信号であってよい。The microcomputer 7610 may generate three-dimensional distance information between the vehicle and surrounding structures, people, and other objects based on information acquired via at least one of the general-purpose communication I/F 7620, dedicated communication I/F 7630, positioning unit 7640, beacon receiver 7650, in-vehicle equipment I/F 7660, and in-vehicle network I/F 7680, and create local map information including surrounding information of the vehicle's current location. Furthermore, the microcomputer 7610 may predict dangers such as vehicle collision, proximity of pedestrians, or entry into a closed road based on the acquired information, and generate a warning signal. The warning signal may, for example, be a signal to generate a warning sound or illuminate a warning lamp.

音声画像出力部7670は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図31の例では、出力装置として、オーディオスピーカ7710、表示部7720及びインストルメントパネル7730が例示されている。表示部7720は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。表示部7720は、AR(Augmented Reality)表示機能を有していてもよい。出力装置は、これらの装置以外の、ヘッドホン、搭乗者が装着する眼鏡型ディスプレイ等のウェアラブルデバイス、プロジェクタ又はランプ等の他の装置であってもよい。出力装置が表示装置の場合、表示装置は、マイクロコンピュータ7610が行った各種処理により得られた結果又は他の制御ユニットから受信された情報を、テキスト、イメージ、表、グラフ等、様々な形式で視覚的に表示する。また、出力装置が音声出力装置の場合、音声出力装置は、再生された音声データ又は音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して聴覚的に出力する。The audio-image output unit 7670 transmits at least one of audio and image output signals to an output device capable of visually or audibly notifying the vehicle's occupants or those outside the vehicle. In the example shown in Figure 31, the output devices are exemplified as an audio speaker 7710, a display unit 7720, and an instrument panel 7730. The display unit 7720 may include, for example, at least one of an onboard display and a head-up display. The display unit 7720 may also have an AR (Augmented Reality) display function. The output device may be other devices besides these, such as headphones, wearable devices such as glasses-type displays worn by occupants, projectors, or lamps. If the output device is a display device, the display device visually displays the results obtained from various processes performed by the microcomputer 7610 or information received from other control units in various formats such as text, images, tables, and graphs. If the output device is an audio output device, the audio output device converts the audio signal, consisting of reproduced audio data or sound data, into an analog signal and outputs it audibly.

なお、図31に示した例において、通信ネットワーク7010を介して接続された少なくとも二つの制御ユニットが一つの制御ユニットとして一体化されてもよい。あるいは、個々の制御ユニットが、複数の制御ユニットにより構成されてもよい。さらに、車両制御システム7000が、図示されていない別の制御ユニットを備えてもよい。また、上記の説明において、いずれかの制御ユニットが担う機能の一部又は全部を、他の制御ユニットに持たせてもよい。つまり、通信ネットワーク7010を介して情報の送受信がされるようになっていれば、所定の演算処理が、いずれかの制御ユニットで行われるようになってもよい。同様に、いずれかの制御ユニットに接続されているセンサ又は装置が、他の制御ユニットに接続されるとともに、複数の制御ユニットが、通信ネットワーク7010を介して相互に検出情報を送受信してもよい。In the example shown in Figure 31, at least two control units connected via the communication network 7010 may be integrated as a single control unit. Alternatively, individual control units may be composed of multiple control units. Furthermore, the vehicle control system 7000 may include other control units not shown. Also, in the above description, some or all of the functions performed by one control unit may be assigned to other control units. In other words, as long as information is transmitted and received via the communication network 7010, predetermined calculation processing may be performed by any of the control units. Similarly, a sensor or device connected to one control unit may be connected to another control unit, and multiple control units may transmit and receive detection information to each other via the communication network 7010.

以上説明した車両制御システム7000に用いられる各種センサの検出信号をデジタル信号に変換する際に、図1~図30Bを用いて説明した本実施形態に係るADC1、1a、1bを用いることができる。When converting the detection signals of various sensors used in the vehicle control system 7000 described above into digital signals, the ADCs 1, 1a, and 1b of this embodiment, as described with reference to Figures 1 to 30B, can be used.

なお、本技術は以下のような構成を取ることができる。
(1)連続した第1期間、第2期間及び第3期間を含むサンプリング周期内にアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ-デジタル変換器であって、
前記アナログ信号を前記第1期間内にサンプリングするとともに、前記サンプリングされた信号を前記第2期間内に冗長性を持たせて1ビットずつ順次に前記デジタル信号に変換するとともに、未変換の残差信号を出力するデジタル-アナログ変換器と、
前記第3期間内に前記残差信号をサンプリングし、かつ少なくとも前記第2期間内に、直前のサンプリング周期内の前記第3期間にサンプリングした残差信号の一部と、2つ前のサンプリング周期内の前記第3期間にサンプリングした残差信号の一部とに基づいて、電荷転送又は電荷再配分を行ってノイズシェーピング信号を生成するフィルタ部と、
前記残差信号と前記ノイズシェーピング信号とに基づいて、前記第2期間内に前記デジタル-アナログ変換器を制御するDAC制御部と、を備える、アナログ-デジタル変換器。
(2)前記フィルタ部は、前記第1期間及び前記第2期間内に、直前のサンプリング周期内の前記第3期間にサンプリングした残差信号の一部と、2つ前のサンプリング周期内の前記第3期間にサンプリングした残差信号の一部とを電荷転送して前記ノイズシェーピング信号を生成する、(1)に記載のアナログ-デジタル変換器。
(3)前記フィルタ部は、前記第1期間及び前記第2期間内に、直前のサンプリング周期内の前記第3期間にサンプリングした残差信号の一部と、2つ前のサンプリング周期内の前記第3期間にサンプリングした残差信号の一部とを電荷再配分して前記ノイズシェーピング信号を生成する、(1)に記載のアナログ-デジタル変換器。
(4)前記フィルタ部は、
複数の第1キャパシタと、
前記複数の第1キャパシタのそれぞれに電荷を蓄積するか否かを切り替える複数の第1切替器と、を有し、
前記前記複数の第1キャパシタのうち一部の第1キャパシタは、前記第3期間内に前記残差信号に応じた電荷を蓄積し、
前記第1期間及び前記第2期間内に、直前のサンプリング周期の前記第3期間内に前記残差信号を蓄積した前記一部の第1キャパシタから、別の第1キャパシタに電荷転送を行い、
前記別の第1キャパシタに転送された電荷により前記ノイズシェーピング信号が生成される、(2)に記載のアナログ-デジタル変換器。
(5)前記フィルタ部は、
前記残差信号が入力される第1差動入力端子と、前記残差信号に応じた差動信号を出力する第1差動出力端子とを有する第1差動アンプと、
第2差動入力端子及び第2差動出力端子を有し、前記第2差動出力端子から差動の前記ノイズシェーピング信号を出力する第2差動アンプを備え、
前記別の第1キャパシタは、前記第2差動アンプの前記第2差動入力端子及び前記第2差動出力端子の間に接続される、(4)に記載のアナログ-デジタル変換器。
(6)前記第1差動アンプの前記第1差動入力端子と前記第2差動アンプの前記第2差動入力端子との少なくとも一方に入力される差動入力信号を周期的に入れ替える第1チョッパと、
前記第1差動アンプの前記第1差動出力端子と前記第2差動アンプの前記第2差動出力端子との少なくとも一方から出力される差動出力信号を、前記第1チョッパの入れ替えに同期して、周期的に入れ替える第2チョッパと、をさらに備える、(5)に記載のアナログ-デジタル変換器。
(7)前記フィルタ部は、
複数の第1キャパシタと、
前記複数の第1キャパシタのそれぞれに電荷を蓄積するか否かを切り替える複数の第1切替器と、を有し、
前記前記複数の第1キャパシタのうち一部の第1キャパシタは、前記第3期間内に前記残差信号に応じた電荷を蓄積し、
前記第1期間及び前記第2期間内に、直前のサンプリング周期の前記第3期間内に前記残差信号を蓄積した前記一部の第1キャパシタの蓄積電荷を、前記一部の第1キャパシタと別の第1キャパシタとで電荷再配分して前記ノイズシェーピング信号を生成する、(3)に記載のアナログ-デジタル変換器。
(8)前記複数の第1キャパシタのうち一部の第1キャパシタは、前記サンプリング周期ごとに電荷の蓄積及び転送を行い、残りの第1キャパシタは、連続した2つの前記サンプリング周期のうち1つの前記サンプリング周期で電荷の蓄積及び転送を行う、(4)乃至(7)のいずれか一項に記載のアナログ-デジタル変換器。
(9)前記アナログ信号は、差動のアナログ信号であり、
前記差動のアナログ信号を差動の前記デジタル信号に変換する2つの前記デジタル-アナログ変換器が設けられ、
前記2つのデジタル-アナログ変換器から差動の前記残差信号が出力され、
前記フィルタ部は、前記第1期間及び前記第2期間内に差動の前記ノイズシェーピング信号を生成し、
前記DAC制御部は、前記第2期間内に前記差動の残差信号と前記差動のノイズシェーピング信号とに基づいて、前記2つのデジタル-アナログ変換器を制御する、(1)乃至(8)のいずれか一項に記載のアナログ-デジタル変換器。
(10)前記DAC制御部は、前記差動の残差信号の信号差と前記差動のノイズシェーピング信号の信号差との加算値がゼロに近づくように、前記2つのデジタル-アナログ変換器を制御する、(9)に記載のアナログ-デジタル変換器。
(11)前記DAC制御部は、
前記差動の残差信号の信号差と、前記差動のノイズシェーピング信号の信号差との加算値に応じた信号を出力するコンパレータと、
前記コンパレータの出力信号に基づいて、前記デジタル-アナログ変換器を制御するロジック回路と、を有する、(9)又は(10)に記載のアナログ-デジタル変換器。
(12)前記デジタル-アナログ変換器は、
それぞれの一端に前記アナログ信号が供給されるか、又はそれぞれの一端から前記残差信号が出力される複数の第2キャパシタと、
前記複数の第2キャパシタの他端側を、複数の電圧のうちいずれかに設定する複数の第2切替器と、を有し、
前記DAC制御部は、前記残差信号と前記ノイズシェーピング信号とに基づいて、前記複数の第2切替器を切替制御する、(1)乃至(11)のいずれか一項に記載のアナログ-デジタル変換器。
(13)前記デジタル-アナログ変換器は、
それぞれの一端に前記アナログ信号が供給されるか、又はそれぞれの一端から前記残差信号が出力される複数の第2キャパシタと、
前記複数の第2キャパシタの他端側を、複数の電圧のうちいずれかに設定する複数の第2切替器と、を有し、
前記フィルタ部は、前記第2期間内に、直前のサンプリング周期内の前記第3期間にサンプリングした残差信号の一部と、2つ前のサンプリング周期内の前記第3期間にサンプリングした残差信号の一部とを、前記デジタル-アナログ変換器内の前記複数の第2キャパシタと電荷再配分して、前記ノイズシェーピング信号を生成する、(1)に記載のアナログ-デジタル変換器。
(14)前記フィルタ部は、
複数の第1キャパシタと、
前記複数の第1キャパシタのそれぞれに電荷を蓄積するか否かを切り替える複数の第1切替器と、を有し、
前記前記複数の第1キャパシタのうち一部の第1キャパシタは、前記第3期間内に前記残差信号に応じた電荷を蓄積し、
前記第2期間内に、直前のサンプリング周期の前記第3期間内に前記残差信号を蓄積した前記一部の第1キャパシタの蓄積電荷を、前記一部の第1キャパシタを含む前記フィルタ部内の第1キャパシタと前記複数の第2キャパシタとで電荷再配分して前記ノイズシェーピング信号を生成する、(13)に記載のアナログ-デジタル変換器。
(15)前記アナログ信号は、差動のアナログ信号であり、
前記差動のアナログ信号を差動の前記デジタル信号に変換する2つの前記デジタル-アナログ変換器が設けられ、
前記2つのデジタル-アナログ変換器から差動の前記残差信号が出力され、
前記フィルタ部は、前記第2期間内に差動の前記ノイズシェーピング信号を生成し、
前記DAC制御部は、前記第2期間内に前記差動の残差信号と前記差動のノイズシェーピング信号とに基づいて、前記2つのデジタル-アナログ変換器を制御する、(14)に記載のアナログ-デジタル変換器。
(16)前記複数の第2キャパシタのうち少なくとも一部の第2キャパシタは、基準容量に対して2の倍数未満の値を乗じた容量値を有し、残りの第2キャパシタは、前記基準容量に対して2の倍数又は2のべき乗倍の容量値を有する、(13)乃至(15)のいずれか一項に記載のアナログ-デジタル変換器。
(17)前記複数の第2キャパシタは、基準容量に対して2の倍数の容量値を有し、
前記複数の第2キャパシタのうち一部の2以上の第2キャパシタは、同じ容量値を有する、(13)至(15)のいずれか一項に記載のアナログ-デジタル変換器。
(18)前記フィルタ部は、連続した2つの前記サンプリング周期を単位として、前記ノイズシェーピング信号を更新する、(1)乃至(17)のいずれか一項に記載のアナログ-デジタル変換器。
(19)前記第1期間は、前記第2期間及び前記第3期間を合わせた期間よりも短い、(1)乃至(18)のいずれか一項に記載のアナログ-デジタル変換器。
(20)連続した第1期間、第2期間及び第3期間を含むサンプリング周期内にアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ-デジタル変換器と、
前記デジタル信号に基づいて情報処理を行う情報処理部と、を備える電子機器であって、
前記アナログ-デジタル変換器は、
前記アナログ信号を前記第1期間内にサンプリングするとともに、前記サンプリングされた信号を前記第2期間内に冗長性を持たせて1ビットずつ順次に前記デジタル信号に変換するとともに、未変換の残差信号を出力するデジタル-アナログ変換器と、
前記第3期間内に前記残差信号をサンプリングし、かつ少なくとも前記第2期間内に、直前のサンプリング周期内の前記第3期間にサンプリングした残差信号の一部と、2つ前のサンプリング周期内の前記第3期間にサンプリングした残差信号の一部とに基づいて、電荷転送又は電荷再配分を行ってノイズシェーピング信号を生成するフィルタ部と、
前記残差信号と前記ノイズシェーピング信号とに基づいて、前記第2期間内に前記デジタル-アナログ変換器を制御するDAC制御部と、を備える、電子機器。
Furthermore, this technology can take the following configuration.
(1) An analog-to-digital converter that converts an analog signal to a digital signal within a sampling period including a continuous first period, a second period, and a third period,
A digital-to-analog converter that samples the analog signal within a first period, converts the sampled signal into a digital signal bit by bit with redundancy within a second period, and outputs the unconverted residual signal.
A filter unit that samples the residual signal within the third period and generates a noise-shaping signal by performing charge transfer or charge redistribution based at least within the second period on a portion of the residual signal sampled in the third period within the immediately preceding sampling period and a portion of the residual signal sampled in the third period within the sampling period two periods prior;
An analog-to-digital converter comprising: a DAC control unit that controls the digital-to-analog converter within the second period based on the residual signal and the noise shaping signal.
(2) The analog-to-digital converter according to (1), wherein the filter unit generates the noise shaping signal by charge transfer between a portion of the residual signal sampled in the third period of the immediately preceding sampling period and a portion of the residual signal sampled in the third period of the sampling period two periods prior, during the first and second periods.
(3) The analog-to-digital converter according to (1), wherein the filter unit generates the noise shaping signal by redistributing charge between a portion of the residual signal sampled in the third period within the immediately preceding sampling period and a portion of the residual signal sampled in the third period within the sampling period two periods prior, during the first and second periods.
(4) The filter section is
Multiple first capacitors,
The system includes a plurality of first switches that switch whether or not to store charge in each of the plurality of first capacitors,
Some of the plurality of first capacitors accumulate charge corresponding to the residual signal during the third period.
During the first and second periods, charge transfer is performed from one of the first capacitors that accumulated the residual signal during the third period of the immediately preceding sampling period to another first capacitor.
The analog-to-digital converter according to (2), wherein the noise shaping signal is generated by the charge transferred to the other first capacitor.
(5) The filter section is
A first differential amplifier having a first differential input terminal into which the residual signal is input, and a first differential output terminal that outputs a differential signal corresponding to the residual signal,
A second differential amplifier is provided, having a second differential input terminal and a second differential output terminal, and outputting the differential noise shaping signal from the second differential output terminal.
The other first capacitor is connected between the second differential input terminal and the second differential output terminal of the second differential amplifier, as described in (4).
(6) A first chopper that periodically swaps the differential input signals input to at least one of the first differential input terminal of the first differential amplifier and the second differential input terminal of the second differential amplifier,
The analog-to-digital converter according to (5), further comprising: a second chopper that periodically swaps the differential output signals output from at least one of the first differential output terminal of the first differential amplifier and the second differential output terminal of the second differential amplifier in synchronization with the swapping of the first chopper.
(7) The filter section is
Multiple first capacitors,
The system includes a plurality of first switches that switch whether or not to store charge in each of the plurality of first capacitors,
Some of the plurality of first capacitors accumulate charge corresponding to the residual signal during the third period.
The analog-to-digital converter according to (3), wherein, during the first and second periods, the charge accumulated in a portion of the first capacitors that accumulated the residual signal during the third period of the immediately preceding sampling period is redistributed between the portion of the first capacitors and another first capacitor to generate the noise shaping signal.
(8) The analog-to-digital converter according to any one of (4) to (7), wherein some of the plurality of first capacitors store and transfer charge at each sampling period, and the remaining first capacitors store and transfer charge at one of two consecutive sampling periods.
(9) The analog signal is a differential analog signal,
Two digital-to-analog converters are provided to convert the differential analog signal into the differential digital signal.
The differential residual signals are output from the two digital-to-analog converters.
The filter unit generates the differential noise shaping signal within the first and second periods.
The analog-to-digital converter according to any one of (1) to (8), wherein the DAC control unit controls the two digital-to-analog converters based on the differential residual signal and the differential noise shaping signal during the second period.
(10) The analog-to-digital converter according to (9), wherein the DAC control unit controls the two digital-to-analog converters such that the sum of the signal difference of the differential residual signal and the signal difference of the differential noise shaping signal approaches zero.
(11) The DAC control unit,
A comparator that outputs a signal corresponding to the sum of the signal difference of the differential residual signal and the signal difference of the differential noise shaping signal,
The analog-to-digital converter according to (9) or (10), further comprising a logic circuit that controls the digital-to-analog converter based on the output signal of the comparator.
(12) The digital-to-analog converter is
A plurality of second capacitors, each supplied with the analog signal at one end, or each outputting the residual signal from one end,
The system includes a plurality of second switches that set the other end of the plurality of second capacitors to one of a plurality of voltages,
The analog-to-digital converter according to any one of (1) to (11), wherein the DAC control unit controls the switching of the plurality of second switches based on the residual signal and the noise shaping signal.
(13) The digital-to-analog converter is
A plurality of second capacitors, each supplied with the analog signal at one end, or each outputting the residual signal from one end,
The system includes a plurality of second switches that set the other end of the plurality of second capacitors to one of a plurality of voltages,
The analog-to-digital converter according to (1), wherein the filter unit, within the second period, redistributes the charge of a portion of the residual signal sampled in the third period within the immediately preceding sampling period and a portion of the residual signal sampled in the third period within the sampling period two periods prior, with the plurality of second capacitors in the digital-to-analog converter to generate the noise shaping signal.
(14) The filter section is
Multiple first capacitors,
The system includes a plurality of first switches that switch whether or not to store charge in each of the plurality of first capacitors,
Some of the plurality of first capacitors accumulate charge corresponding to the residual signal during the third period.
The analog-to-digital converter according to (13), wherein, during the second period, the accumulated charge of a portion of the first capacitors that accumulated the residual signal during the third period of the immediately preceding sampling period is redistributed between the first capacitors in the filter section, which includes the portion of the first capacitors, and the plurality of second capacitors to generate the noise shaping signal.
(15) The analog signal is a differential analog signal,
Two digital-to-analog converters are provided to convert the differential analog signal into the differential digital signal.
The differential residual signals are output from the two digital-to-analog converters.
The filter unit generates the differential noise shaping signal within the second period,
The analog-to-digital converter according to (14), wherein the DAC control unit controls the two digital-to-analog converters based on the differential residual signal and the differential noise shaping signal during the second period.
(16) The analog-to-digital converter according to any one of (13) to (15), wherein at least some of the plurality of second capacitors have a capacitance value obtained by multiplying the reference capacitance by a value less than a multiple of 2, and the remaining second capacitors have a capacitance value that is a multiple of 2 or a power of 2 of the reference capacitance.
(17) The plurality of second capacitors have capacitance values that are multiples of 2 with respect to the reference capacitance,
The analog-to-digital converter according to any one of (13) to (15), wherein two or more of the plurality of second capacitors have the same capacitance value.
(18) The analog-to-digital converter according to any one of (1) to (17), wherein the filter unit updates the noise shaping signal in units of two consecutive sampling periods.
(19) The analog-to-digital converter according to any one of paragraphs (1) to (18), wherein the first period is shorter than the combined period of the second and third periods.
(20) An analog-to-digital converter that converts an analog signal to a digital signal within a sampling period including a continuous first period, a second period and a third period,
An electronic device comprising an information processing unit that performs information processing based on the aforementioned digital signal,
The aforementioned analog-to-digital converter is
A digital-to-analog converter that samples the analog signal within a first period, converts the sampled signal into a digital signal bit by bit with redundancy within a second period, and outputs the unconverted residual signal.
A filter unit that samples the residual signal within the third period and generates a noise-shaping signal by performing charge transfer or charge redistribution based at least within the second period on a portion of the residual signal sampled in the third period within the immediately preceding sampling period and a portion of the residual signal sampled in the third period within the sampling period two periods prior;
An electronic device comprising: a DAC control unit that controls the digital-to-analog converter within the second period based on the residual signal and the noise shaping signal.

本開示の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本開示の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本開示の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。The aspects of this disclosure are not limited to the individual embodiments described above, but also include various modifications that a person skilled in the art could conceive, and the effects of this disclosure are not limited to those described above. In other words, various additions, modifications, and partial deletions are possible, as long as they do not depart from the conceptual idea and spirit of this disclosure derived from the claims and their equivalents.

1、1a、1b アナログ-デジタル変換器(ADC)、2 サンプルスイッチ、3 CDAC、4 コンパレータ、5 ロジック回路、6 デコーダ、7、7a、7b フィルタ部、7g キャパシタ群、8 フィルタスイッチ、9 DAC制御部、10a キャパシタ群、10b スイッチ、11 バッファ、12 積分アンプ、12a 差動アンプ、21 NORゲート、22 シフトレジスタ、23、24 インバータ、25、26 ANDゲート、27、28 パルス生成回路、31、32 チョッパ、7000 車両制御システム、7010 通信ネットワーク、7100 駆動系制御ユニット、7110 車両状態検出部、7200 ボディ系制御ユニット、7300 バッテリ制御ユニット、7310 二次電池、7400 車外情報検出ユニット、7410 撮像部、7420 車外情報検出部、7500 車内情報検出ユニット、7510 運転者状態検出部、7600 統合制御ユニット、7610 マイクロコンピュータ、7640 測位部、7650 ビーコン受信部、7670 音声画像出力部
7690 記憶部、7710 オーディオスピーカ、7720 表示部、7730 インストルメントパネル、7750 外部環境、7760 車内機器、7800 入力部、7900 車両、7910、7912、7914、7916、7918 撮像部、7920、7921、7922、7923、7924、7925、7926、7927、7928、7929、7930 車外情報検出部
1, 1a, 1b Analog-to-digital converter (ADC), 2 Sample switch, 3 CDAC, 4 Comparator, 5 Logic circuit, 6 Decoder, 7, 7a, 7b Filter section, 7g Capacitor group, 8 Filter switch, 9 DAC control section, 10a Capacitor group, 10b Switch, 11 Buffer, 12 Integrating amplifier, 12a Differential amplifier, 21 NOR gate, 22 Shift register, 23, 24 Inverter, 25, 26 AND gate, 27, 28 Pulse generation circuit, 31, 32 Chopper, 7000 Vehicle control system, 7010 Communication network, 7100 Drive system control unit, 7110 Vehicle status detection unit, 7200 Body system control unit, 7300 Battery control unit, 7310 Secondary battery, 7400 External information detection unit, 7410 Imaging unit, 7420 External information detection unit, 7500 In-vehicle information detection unit, 7510 Driver status detection unit, 7600 Integrated control unit, 7610 Microcomputer, 7640 Positioning unit, 7650 Beacon receiver, 7670 Audio image output unit, 7690 Memory unit, 7710 Audio speaker, 7720 Display unit, 7730 Instrument panel, 7750 External environment, 7760 In-vehicle equipment, 7800 Input unit, 7900 Vehicle, 7910, 7912, 7914, 7916, 7918 Imaging unit, 7920, 7921, 7922, 7923, 7924, 7925, 7926, 7927, 7928, 7929, 7930 External information detection unit

Claims (19)

連続した第1期間、第2期間及び第3期間を含むサンプリング周期内にアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ-デジタル変換器であって、
前記アナログ信号を前記第1期間内にサンプリングするとともに、前記サンプリングされた信号を前記第2期間内に冗長性を持たせて1ビットずつ順次に前記デジタル信号に変換するとともに、未変換の残差信号を出力するデジタル-アナログ変換器と、
前記第3期間内に前記残差信号をサンプリングし、かつ少なくとも前記第2期間内に、直前のサンプリング周期内の前記第3期間にサンプリングした残差信号の一部と、2つ前のサンプリング周期内の前記第3期間にサンプリングした残差信号の一部とに基づいて、電荷転送又は電荷再配分を行ってノイズシェーピング信号を生成するフィルタ部と、
前記残差信号と前記ノイズシェーピング信号とに基づいて、前記第2期間内に前記デジタル-アナログ変換器を制御するDAC制御部と、を備え、
前記フィルタ部は、前記第1期間及び前記第2期間内に電荷転送してノイズシェーピング信号を生成する複数の第1キャパシタを有し、
前記複数の第1キャパシタのうち1つは、直前のサンプリング周期内の前記第3期間にサンプリングした残差信号の一部を前記第1期間及び前記第2期間内に電荷転送し、
前記複数の第1キャパシタのうち他の2つは、2つ前のサンプリング周期内の前記第3期間にサンプリングした残差信号の一部をサンプリング周期ごとに交互に電荷転送する、アナログ-デジタル変換器。
An analog-to-digital converter that converts an analog signal to a digital signal within a sampling period including a continuous first period, a second period, and a third period,
A digital-to-analog converter that samples the analog signal within a first period, converts the sampled signal into a digital signal bit by bit with redundancy within a second period, and outputs the unconverted residual signal.
A filter unit that samples the residual signal within the third period and generates a noise-shaping signal by performing charge transfer or charge redistribution based at least within the second period on a portion of the residual signal sampled in the third period within the immediately preceding sampling period and a portion of the residual signal sampled in the third period within the sampling period two periods prior;
The system includes a DAC control unit that controls the digital-to-analog converter within the second period based on the residual signal and the noise shaping signal,
The filter unit has a plurality of first capacitors that transfer charge during the first and second periods to generate a noise shaping signal.
One of the plurality of first capacitors transfers charge from a portion of the residual signal sampled in the third period within the immediately preceding sampling period to the first and second periods.
The other two of the plurality of first capacitors are analog-to-digital converters that alternately transfer charge from a portion of the residual signal sampled in the third period within the second previous sampling period, with each sampling period .
連続した第1期間、第2期間及び第3期間を含むサンプリング周期内にアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ-デジタル変換器であって、
前記アナログ信号を前記第1期間内にサンプリングするとともに、前記サンプリングされた信号を前記第2期間内に冗長性を持たせて1ビットずつ順次に前記デジタル信号に変換するとともに、未変換の残差信号を出力するデジタル-アナログ変換器と、
前記第3期間内に前記残差信号をサンプリングし、かつ少なくとも前記第2期間内に、直前のサンプリング周期内の前記第3期間にサンプリングした残差信号の一部と、2つ前のサンプリング周期内の前記第3期間にサンプリングした残差信号の一部とに基づいて、電荷転送又は電荷再配分を行ってノイズシェーピング信号を生成するフィルタ部と、
前記残差信号と前記ノイズシェーピング信号とに基づいて、前記第2期間内に前記デジタル-アナログ変換器を制御するDAC制御部と、を備え、
前記フィルタ部は、前記第1期間及び前記第2期間内に電荷転送及び電荷再配分を行ってノイズシェーピング信号を生成する複数の第1キャパシタを有し、
前記複数の第1キャパシタのうち1つは、直前のサンプリング周期内の前記第3期間にサンプリングした残差信号の一部を前記第1期間及び前記第2期間内に電荷転送及び電荷再配分を行い、
前記複数の第1キャパシタのうち他の2つは、2つ前のサンプリング周期内の前記第3期間にサンプリングした残差信号の一部をサンプリング周期ごとに交互に電荷転送及び電荷再配分を行う、アナログ-デジタル変換器。
An analog-to-digital converter that converts an analog signal to a digital signal within a sampling period including a continuous first period, a second period, and a third period,
A digital-to-analog converter that samples the analog signal within a first period, converts the sampled signal into a digital signal bit by bit with redundancy within a second period, and outputs the unconverted residual signal.
A filter unit that samples the residual signal within the third period and generates a noise-shaping signal by performing charge transfer or charge redistribution based at least within the second period on a portion of the residual signal sampled in the third period within the immediately preceding sampling period and a portion of the residual signal sampled in the third period within the sampling period two periods prior;
The system includes a DAC control unit that controls the digital-to-analog converter within the second period based on the residual signal and the noise shaping signal,
The filter unit has a plurality of first capacitors that perform charge transfer and charge redistribution within the first and second periods to generate a noise shaping signal.
One of the plurality of first capacitors performs charge transfer and charge redistribution on a portion of the residual signal sampled in the third period within the immediately preceding sampling period during the first and second periods.
The other two of the plurality of first capacitors are analog-to-digital converters that alternately transfer and redistribute charge on a portion of the residual signal sampled in the third period within the second previous sampling period, with each sampling period .
前記フィルタ部は、
前記複数の第1キャパシタのそれぞれに電荷を蓄積するか否かを切り替える複数の第1切替器と、を有し、
前記前記複数の第1キャパシタのうち一部の第1キャパシタは、前記第3期間内に前記残差信号に応じた電荷を蓄積し、
前記第1期間及び前記第2期間内に、直前のサンプリング周期の前記第3期間内に前記残差信号を蓄積した前記一部の第1キャパシタから、別の第1キャパシタに電荷転送を行い、
前記別の第1キャパシタに転送された電荷により前記ノイズシェーピング信号が生成される、請求項1に記載のアナログ-デジタル変換器。
The filter unit is
The system includes a plurality of first switches that switch whether or not to store charge in each of the plurality of first capacitors,
Some of the plurality of first capacitors accumulate charge corresponding to the residual signal during the third period.
During the first and second periods, charge transfer is performed from one of the first capacitors that accumulated the residual signal during the third period of the immediately preceding sampling period to another first capacitor.
The analog-to-digital converter according to claim 1, wherein the noise shaping signal is generated by the charge transferred to the other first capacitor.
前記フィルタ部は、
前記残差信号が入力される第1差動入力端子と、前記残差信号に応じた差動信号を出力する第1差動出力端子とを有する第1差動アンプと、
第2差動入力端子及び第2差動出力端子を有し、前記第2差動出力端子から差動の前記ノイズシェーピング信号を出力する第2差動アンプを備え、
前記別の第1キャパシタは、前記第2差動アンプの前記第2差動入力端子及び前記第2差動出力端子の間に接続される、請求項3に記載のアナログ-デジタル変換器。
The filter unit is
A first differential amplifier having a first differential input terminal into which the residual signal is input, and a first differential output terminal that outputs a differential signal corresponding to the residual signal,
A second differential amplifier is provided, having a second differential input terminal and a second differential output terminal, and outputting the differential noise shaping signal from the second differential output terminal.
The analog-to-digital converter according to claim 3, wherein the other first capacitor is connected between the second differential input terminal and the second differential output terminal of the second differential amplifier.
前記第1差動アンプの前記第1差動入力端子と前記第2差動アンプの前記第2差動入力端子との少なくとも一方に入力される差動入力信号を周期的に入れ替える第1チョッパと、
前記第1差動アンプの前記第1差動出力端子と前記第2差動アンプの前記第2差動出力端子との少なくとも一方から出力される差動出力信号を、前記第1チョッパの入れ替えに同期して、周期的に入れ替える第2チョッパと、をさらに備える、請求項4に記載のアナログ-デジタル変換器。
A first chopper that periodically swaps the differential input signals input to at least one of the first differential input terminal of the first differential amplifier and the second differential input terminal of the second differential amplifier,
The analog-to-digital converter according to claim 4, further comprising: a second chopper that periodically swaps the differential output signals output from at least one of the first differential output terminal of the first differential amplifier and the second differential output terminal of the second differential amplifier in synchronization with the swapping of the first chopper.
前記フィルタ部は、
前記複数の第1キャパシタのそれぞれに電荷を蓄積するか否かを切り替える複数の第1切替器と、を有し、
前記前記複数の第1キャパシタのうち一部の第1キャパシタは、前記第3期間内に前記残差信号に応じた電荷を蓄積し、
前記第1期間及び前記第2期間内に、直前のサンプリング周期の前記第3期間内に前記残差信号を蓄積した前記一部の第1キャパシタの蓄積電荷を、前記一部の第1キャパシタと別の第1キャパシタとで電荷再配分して前記ノイズシェーピング信号を生成する、請求項2に記載のアナログ-デジタル変換器。
The filter unit is
The system includes a plurality of first switches that switch whether or not to store charge in each of the plurality of first capacitors,
Some of the plurality of first capacitors accumulate charge corresponding to the residual signal during the third period.
The analog-to-digital converter according to claim 2, wherein, during the first and second periods, the charge accumulated in a portion of the first capacitors that accumulated the residual signal during the third period of the immediately preceding sampling period is redistributed between the portion of the first capacitors and another first capacitor to generate the noise shaping signal.
前記複数の第1キャパシタのうち一部の第1キャパシタは、前記サンプリング周期ごとに電荷の蓄積及び転送を行い、残りの第1キャパシタは、連続した2つの前記サンプリング周期のうち1つの前記サンプリング周期で電荷の蓄積及び転送を行う、請求項3乃至6のいずれか一項に記載のアナログ-デジタル変換器。 The analog-to-digital converter according to any one of claims 3 to 6, wherein some of the plurality of first capacitors perform charge accumulation and transfer at each sampling period, and the remaining first capacitors perform charge accumulation and transfer at one of two consecutive sampling periods. 前記アナログ信号は、差動のアナログ信号であり、
前記差動のアナログ信号を差動の前記デジタル信号に変換する2つの前記デジタル-アナログ変換器が設けられ、
前記2つのデジタル-アナログ変換器から差動の前記残差信号が出力され、
前記フィルタ部は、前記第1期間及び前記第2期間内に差動の前記ノイズシェーピング信号を生成し、
前記DAC制御部は、前記第2期間内に前記差動の残差信号と前記差動のノイズシェーピング信号とに基づいて、前記2つのデジタル-アナログ変換器を制御する、請求項1乃至7のいずれか一項に記載のアナログ-デジタル変換器。
The aforementioned analog signal is a differential analog signal.
Two digital-to-analog converters are provided to convert the differential analog signal into the differential digital signal.
The differential residual signals are output from the two digital-to-analog converters.
The filter unit generates the differential noise shaping signal within the first and second periods.
The analog-to-digital converter according to any one of claims 1 to 7, wherein the DAC control unit controls the two digital-to-analog converters based on the differential residual signal and the differential noise shaping signal during the second period.
前記DAC制御部は、前記差動の残差信号の信号差と前記差動のノイズシェーピング信号の信号差との加算値がゼロに近づくように、前記2つのデジタル-アナログ変換器を制御する、請求項8に記載のアナログ-デジタル変換器。 The analog-to-digital converter according to claim 8, wherein the DAC control unit controls the two digital-to-analog converters so that the sum of the signal difference of the differential residual signal and the signal difference of the differential noise shaping signal approaches zero. 前記DAC制御部は、
前記差動の残差信号の信号差と、前記差動のノイズシェーピング信号の信号差との加算値に応じた信号を出力するコンパレータと、
前記コンパレータの出力信号に基づいて、前記デジタル-アナログ変換器を制御するロジック回路と、を有する、請求項8に記載のアナログ-デジタル変換器。
The DAC control unit is
A comparator that outputs a signal corresponding to the sum of the signal difference of the differential residual signal and the signal difference of the differential noise shaping signal,
The analog-to-digital converter according to claim 8, further comprising a logic circuit that controls the digital-to-analog converter based on the output signal of the comparator.
前記デジタル-アナログ変換器は、
それぞれの一端に前記アナログ信号が供給されるか、又はそれぞれの一端から前記残差信号が出力される複数の第2キャパシタと、
前記複数の第2キャパシタの他端側を、複数の電圧のうちいずれかに設定する複数の第2切替器と、を有し、
前記DAC制御部は、前記残差信号と前記ノイズシェーピング信号とに基づいて、前記複数の第2切替器を切替制御する、請求項1乃至10のいずれか一項に記載のアナログ-デジタル変換器。
The aforementioned digital-to-analog converter is
A plurality of second capacitors, each supplied with the analog signal at one end, or from which the residual signal is output at one end,
The system includes a plurality of second switches that set the other end of the plurality of second capacitors to one of a plurality of voltages,
The analog-to-digital converter according to any one of claims 1 to 10, wherein the DAC control unit controls the switching of the plurality of second switches based on the residual signal and the noise shaping signal.
前記デジタル-アナログ変換器は、
それぞれの一端に前記アナログ信号が供給されるか、又はそれぞれの一端から前記残差信号が出力される複数の第2キャパシタと、
前記複数の第2キャパシタの他端側を、複数の電圧のうちいずれかに設定する複数の第2切替器と、を有し、
前記フィルタ部は、前記第2期間内に、直前のサンプリング周期内の前記第3期間にサンプリングした残差信号の一部と、2つ前のサンプリング周期内の前記第3期間にサンプリングした残差信号の一部とを、前記デジタル-アナログ変換器内の前記複数の第2キャパシタと電荷再配分して、前記ノイズシェーピング信号を生成する、請求項1乃至11のいずれか一項に記載のアナログ-デジタル変換器。
The aforementioned digital-to-analog converter is
A plurality of second capacitors, each supplied with the analog signal at one end, or from which the residual signal is output at one end,
The system includes a plurality of second switches that set the other end of the plurality of second capacitors to one of a plurality of voltages,
The analog-to-digital converter according to any one of claims 1 to 11, wherein the filter unit, within the second period, redistributes the charge of a portion of the residual signal sampled in the third period within the immediately preceding sampling period and a portion of the residual signal sampled in the third period within the sampling period two periods prior to the current sampling period with the plurality of second capacitors in the digital-to-analog converter to generate the noise shaping signal.
前記フィルタ部は、
前記複数の第1キャパシタのそれぞれに電荷を蓄積するか否かを切り替える複数の第1切替器と、を有し、
前記前記複数の第1キャパシタのうち一部の第1キャパシタは、前記第3期間内に前記残差信号に応じた電荷を蓄積し、
前記第2期間内に、直前のサンプリング周期の前記第3期間内に前記残差信号を蓄積した前記一部の第1キャパシタの蓄積電荷を、前記一部の第1キャパシタを含む前記フィルタ部内の第1キャパシタと前記複数の第2キャパシタとで電荷再配分して前記ノイズシェーピング信号を生成する、請求項12に記載のアナログ-デジタル変換器。
The filter unit is
The system includes a plurality of first switches that switch whether or not to store charge in each of the plurality of first capacitors,
Some of the plurality of first capacitors accumulate charge corresponding to the residual signal during the third period.
The analog-to-digital converter according to claim 12, wherein, during the second period, the accumulated charge of a portion of the first capacitors that accumulated the residual signal during the third period of the immediately preceding sampling period is redistributed between the first capacitors in the filter section, which includes the portion of the first capacitors, and the plurality of second capacitors to generate the noise shaping signal.
前記アナログ信号は、差動のアナログ信号であり、
前記差動のアナログ信号を差動の前記デジタル信号に変換する2つの前記デジタル-アナログ変換器が設けられ、
前記2つのデジタル-アナログ変換器から差動の前記残差信号が出力され、
前記フィルタ部は、前記第2期間内に差動の前記ノイズシェーピング信号を生成し、
前記DAC制御部は、前記第2期間内に前記差動の残差信号と前記差動のノイズシェーピング信号とに基づいて、前記2つのデジタル-アナログ変換器を制御する、請求項13に記載のアナログ-デジタル変換器。
The aforementioned analog signal is a differential analog signal.
Two digital-to-analog converters are provided to convert the differential analog signal into the differential digital signal.
The differential residual signals are output from the two digital-to-analog converters.
The filter unit generates the differential noise shaping signal within the second period,
The analog-to-digital converter according to claim 13, wherein the DAC control unit controls the two digital-to-analog converters based on the differential residual signal and the differential noise shaping signal during the second period.
前記複数の第2キャパシタのうち少なくとも一部の第2キャパシタは、基準容量に対して2の倍数未満の値を乗じた容量値を有し、残りの第2キャパシタは、前記基準容量に対して2の倍数又は2のべき乗倍の容量値を有する、請求項12乃至14のいずれか一項に記載のアナログ-デジタル変換器。 The analog-to-digital converter according to any one of claims 12 to 14, wherein at least some of the plurality of second capacitors have a capacitance value obtained by multiplying the reference capacitance by a value less than a multiple of 2, and the remaining second capacitors have a capacitance value that is a multiple of 2 or a power of 2 of the reference capacitance. 前記複数の第2キャパシタは、基準容量に対して2の倍数の容量値を有し、
前記複数の第2キャパシタのうち一部の2以上の第2キャパシタは、同じ容量値を有する、請求項12乃至14のいずれか一項に記載のアナログ-デジタル変換器。
The plurality of second capacitors have capacitance values that are multiples of 2 with respect to the reference capacitance.
The analog-to-digital converter according to any one of claims 12 to 14, wherein two or more of the plurality of second capacitors have the same capacitance value.
前記フィルタ部は、連続した2つの前記サンプリング周期を単位として、前記ノイズシェーピング信号を更新する、請求項1乃至16のいずれか一項に記載のアナログ-デジタル変換器。 The analog-to-digital converter according to any one of claims 1 to 16, wherein the filter unit updates the noise shaping signal in units of two consecutive sampling periods. 前記第1期間は、前記第2期間及び前記第3期間を合わせた期間よりも短い、請求項1乃至17のいずれか一項に記載のアナログ-デジタル変換器。 The analog-to-digital converter according to any one of claims 1 to 17, wherein the first period is shorter than the combined period of the second and third periods. 連続した第1期間、第2期間及び第3期間を含むサンプリング周期内にアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ-デジタル変換器と、
前記デジタル信号に基づいて情報処理を行う情報処理部と、を備える電子機器であって、
前記アナログ-デジタル変換器は、
前記アナログ信号を前記第1期間内にサンプリングするとともに、前記サンプリングされた信号を前記第2期間内に冗長性を持たせて1ビットずつ順次に前記デジタル信号に変換するとともに、未変換の残差信号を出力するデジタル-アナログ変換器と、
前記第3期間内に前記残差信号をサンプリングし、かつ少なくとも前記第2期間内に、直前のサンプリング周期内の前記第3期間にサンプリングした残差信号の一部と、2つ前のサンプリング周期内の前記第3期間にサンプリングした残差信号の一部とに基づいて、電荷転送又は電荷再配分を行ってノイズシェーピング信号を生成するフィルタ部と、
前記残差信号と前記ノイズシェーピング信号とに基づいて、前記第2期間内に前記デジタル-アナログ変換器を制御するDAC制御部と、を備え、
前記フィルタ部は、前記第1期間及び前記第2期間内に電荷転送してノイズシェーピング信号を生成する複数の第1キャパシタを有し、
前記複数の第1キャパシタのうち1つは、直前のサンプリング周期内の前記第3期間にサンプリングした残差信号の一部を前記第1期間及び前記第2期間内に電荷転送し、
前記複数の第1キャパシタのうち他の2つは、2つ前のサンプリング周期内の前記第3期間にサンプリングした残差信号の一部をサンプリング周期ごとに交互に電荷転送する、電子機器。
An analog-to-digital converter that converts an analog signal to a digital signal within a sampling period including consecutive first, second, and third periods,
An electronic device comprising an information processing unit that performs information processing based on the aforementioned digital signal,
The aforementioned analog-to-digital converter is
A digital-to-analog converter that samples the analog signal within a first period, converts the sampled signal into a digital signal bit by bit with redundancy within a second period, and outputs the unconverted residual signal.
A filter unit that samples the residual signal within the third period and generates a noise-shaping signal by performing charge transfer or charge redistribution based at least within the second period on a portion of the residual signal sampled in the third period within the immediately preceding sampling period and a portion of the residual signal sampled in the third period within the sampling period two periods prior;
The system includes a DAC control unit that controls the digital-to-analog converter within the second period based on the residual signal and the noise shaping signal,
The filter unit has a plurality of first capacitors that transfer charge during the first and second periods to generate a noise shaping signal.
One of the plurality of first capacitors transfers charge from a portion of the residual signal sampled in the third period within the immediately preceding sampling period to the first and second periods.
The other two of the plurality of first capacitors alternately transfer charge from a portion of the residual signal sampled in the third period within the two previous sampling periods, in each sampling period, in an electronic device.
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