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JPH0683072B2 - A / D conversion circuit - Google Patents
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JPH0683072B2 - A / D conversion circuit - Google Patents

A / D conversion circuit

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JPH0683072B2
JPH0683072B2 JP60001643A JP164385A JPH0683072B2 JP H0683072 B2 JPH0683072 B2 JP H0683072B2 JP 60001643 A JP60001643 A JP 60001643A JP 164385 A JP164385 A JP 164385A JP H0683072 B2 JPH0683072 B2 JP H0683072B2
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JP
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converter
voltage
parallel
output
input
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彰 湯川
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Nippon Electric Co Ltd
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  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はアナログ信号をディジタル符号に変換する装置
に関し、特に高速に変換する手段をモノリシック集積回
路化するに適した構造に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device for converting an analog signal into a digital code, and more particularly to a structure suitable for converting a high speed converting means into a monolithic integrated circuit.

(従来技術とその問題点) 従来、高速にアナログ信号をディジタル符号に変換(A/
D)変換する方法として分解能をNビットとしたとき2N
−1個の電圧比較器を用いて行ういわゆる全並列型A/D
変換器が用いられてきた。しかし分解能を増加させよう
とすると、必要となる電圧比較器の数が大きくなりす
ぎ、かつ電圧比較器のオフセット電圧を小さくする必要
もあり実用上実現が困難となることが知られている。
(Conventional technology and its problems) Conventionally, high-speed conversion of analog signals into digital codes (A /
D) 2 N when the resolution is N bits as the conversion method
-So-called fully parallel type A / D using one voltage comparator
Transducers have been used. However, it is known that if an attempt is made to increase the resolution, the number of required voltage comparators becomes too large, and the offset voltage of the voltage comparators needs to be made small, which makes practical implementation difficult.

そこで数Mサンプル/sec以上で10ビット以上の分解能の
A/D変換器として第2図に示すような縦続接続型A/D変換
器をハイブリッドICもしくはプリント基板上に実現して
用いられている。この方式に関してはH・Schmid著“El
ectronic Analog/Digital Converters"(VAN NOSTRAND
REINHOLD社刊)の318頁に詳しく説明されているので詳
細は省略するが、第2図では3ビットの並列型A/D変換
器をAD1,AD2,AD3の3個、3ビットのD/A変換器をDA1,DA
2の2個用い、入力端子より入力される入力信号をまず
第1のA/D変換器AD1で符号化して上位3ビットの出力コ
ードをB8,B7,B6より得ると共にこの出力コードを第1の
D/A変換器DA1により再生して入力信号から減じ、これを
増幅器A1により23すなわち8倍増幅して第2のA/D変換
器AD2に入力して次の3ビットの出力コードを得る。こ
のコードを更にD/A変換してAD2の入力電圧から減じて更
にA2により8倍増幅し、第3のA/D変換器AD3に印加して
3ビットの符号を得ることにより合計9ビットの符号を
得ている。この場合、3ビットのA/D変換器を構成する
のに必要な比較器は7個であるから合計21個の比較器で
すむ。全並列型では511個必要であるから縦続型はこれ
に比べて大幅なハードウェアの減少が見込めることがわ
かる。
Therefore, with a resolution of more than 10 bits at several M samples / sec or more
As an A / D converter, a cascade connection type A / D converter as shown in FIG. 2 is realized and used on a hybrid IC or a printed circuit board. Regarding this method, H. Schmid's "El
ectronic Analog / Digital Converters "(VAN NOSTRAND
The details are omitted because they are explained in detail on page 318 of REINHOLD), but in Figure 2, there are three 3-bit parallel A / D converters AD1, AD2, AD3, and a 3-bit D / A. Converter DA1, DA
Using two of the two, the input signal input from the input terminal is first encoded by the first A / D converter AD1 to obtain the output code of the upper 3 bits from B8, B7, B6 and the output code of the first of
Reproduced by the D / A converter DA1 and subtracted from the input signal, amplified by 2 3 or 8 times by the amplifier A1 and input to the second A / D converter AD2 to obtain the next 3-bit output code. . This code is further D / A converted, subtracted from the input voltage of AD2, further amplified by 8 times by A2, and applied to the third A / D converter AD3 to obtain a 3-bit code. Got the sign. In this case, the number of comparators required to form the 3-bit A / D converter is 7, so that a total of 21 comparators are required. Since all parallel type requires 511, it can be seen that the cascade type can expect a significant reduction in hardware compared to this.

しかしながら縦続型では特に第1のA/D変換器、D/A変換
器共に最終分解能と等しいかそれ以上の精度、この例の
場合9ビットの精度が必要である。さもないと第2段の
A/D変換器の入力に誤差が8倍に増幅されて印加される
ため第2段以降の変換が意味をなさなくなってしまう。
このような制約条件はプリント基板上に組み立てる場合
部品の選別を行うことにより解決できるが、全体を集積
回路化する場合には著しい分留りの低下を伴ってしまう
ため集積回路化には向かない方式であった。
However, particularly in the cascade type, both the first A / D converter and the D / A converter require an accuracy equal to or higher than the final resolution, in this example, 9-bit accuracy. Otherwise, the second stage
Since the error is amplified by 8 times and applied to the input of the A / D converter, the conversion after the second stage becomes meaningless.
Such a constraint condition can be solved by selecting parts when assembling on a printed circuit board, but when integrating the whole into an integrated circuit, a significant reduction in yield is accompanied, which is not suitable for the integrated circuit. It was a method.

(発明の目的) 本発明は直並列型A/D変換器を構成する内部A/D変換器の
精度に対する要求を大幅に妥和すると共にMIS型集積回
路で比較的実現し易い蓄電器アレイを組み合わせること
により直並列型A/D変換器をモノリシックIC上に実現す
る手段を提供するものである。
(Object of the Invention) The present invention significantly compromises the requirements for the accuracy of the internal A / D converter that constitutes the serial-parallel A / D converter, and combines a battery array that is relatively easy to realize with an MIS type integrated circuit. This provides a means for realizing a serial / parallel A / D converter on a monolithic IC.

(発明の構成) 本発明は、並列型A/D変換器と、このA/D変換器の出力符
号に対して最小分解能電圧の分だけ少い符号に相当する
電圧を前記第1のA/D変換器の入力電圧から減ず手段
と、この減じた電圧を前記A/D変換器の分解能をNビッ
トとしたとき2N-1倍に増幅する手段により構成される回
路を複数段縦続接続し、この各々の並列型A/D変換器の
出力符号を各A/D変換器の重みに応じて加算する手段を
有することを特徴とするA/D変換回路にある。
(Structure of the Invention) The present invention relates to a parallel A / D converter and a voltage corresponding to a code which is smaller than the output code of the A / D converter by the minimum resolution voltage. A circuit consisting of means for subtracting from the input voltage of the D converter and means for amplifying the subtracted voltage by 2 N-1 times when the resolution of the A / D converter is N bits is connected in cascade. Then, the A / D conversion circuit is characterized in that it has means for adding the output codes of the respective parallel A / D converters in accordance with the weights of the respective A / D converters.

(実施例) 次に本発明の実施例を2段の直並列型A/D変換器により
5ビット精度のA/D変換器実現例を第1図を参照して説
明する。
(Embodiment) Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

本実施例では、CP0からCP7の電圧比較器と、抵抗R0から
R8およびデコーダ1で構成される3ビット並列型A/D変
換器と、この並列型A/D変換器の各々の電圧比較器の出
力に制御されて信号入力端子と接地電位又は負の参照電
位−VRに切り換えられる8個のスイッチと、一方の電極
が前記各々のスイッチに接続されもう一方が共通接続さ
れた等しい容量値を有する蓄電器と、負入力を前記蓄電
器の共通接続された節点に接続され正入力を接地された
演算増幅器とこの演算増幅器の出力と負入力の間に並列
接続されたスイッチSFと前記蓄電器の2倍の容量値を有
する蓄電器により構成される第1のA/D変換器の出力符
号に対して最小分解能の電圧だけ少ない符号に相当する
電圧を前記第1のA/D変換器の入力電圧から減じた後2
N-1倍に増幅する手段と、この演算増幅器の出力を入力
とするもう1つの3ビット並列型A/D変換器および2つ
の並列型A/D変換器の出力の重みに応じて加算を行う加
算器により構成されている。ここでR1からR7は同一抵抗
値に選ばれ、R0およびR8はR1の半分の抵抗値に選ばれ
る。またR11からR17も同一の抵抗値に選ばれ、R10およ
びR18はR11の半分の抵抗値に選ばれる。さらにS0はS1か
らS7とは異なり、常に入力端子と接地電位の間をスイッ
チする。
In this embodiment, the voltage comparators CP0 to CP7 and the resistor R0
A 3-bit parallel A / D converter composed of R8 and decoder 1 and the output of each voltage comparator of this parallel A / D converter are controlled by the signal input terminal and the ground potential or negative reference potential. -V R , 8 switches, one electrode is connected to each of the switches and the other is commonly connected, and a capacitor having the same capacitance value and a negative input are connected to the commonly connected node of the capacitor. A first A / D composed of an operational amplifier connected and whose positive input is grounded, a switch SF connected in parallel between the output of the operational amplifier and a negative input, and a capacitor having a capacitance value twice that of the capacitor. After subtracting from the input voltage of the first A / D converter a voltage corresponding to a code which is smaller than the output code of the converter by the voltage of the minimum resolution 2
Addition is performed according to the weight of the output of the means for amplifying N-1 times and the output of this operational amplifier, another 3-bit parallel A / D converter and two parallel A / D converters. It is composed of an adder that performs. Here, R1 to R7 are selected to have the same resistance value, and R0 and R8 are selected to have half the resistance value of R1. Also, R11 to R17 are selected to have the same resistance value, and R10 and R18 are selected to have half the resistance value of R11. Furthermore, S0, unlike S1 to S7, always switches between the input terminal and ground potential.

次に本回路の動作を説明する。動作の初期状態は、SFは
オンS0からS7は入力端子側に倒されている。ここで第1
の3ビットA/D変換器の電圧比較器CP0からCP7を動作さ
せる。この第1のA/D変換器のコンパレータのうちCP0と
CP1は第2段のA/D変換器と形式そろえるため記している
が必ずしも必要なものではない。ここで入力電圧Viを負
とし、接地(第1図でGND)電位を0とし、リファレン
ス電位−VRを負とする。また各電圧比較器において入力
信号電圧がリファレンス電圧より低いとき出力として論
理1を出力するとする。いま例えば入力電圧が にあったとする。もし各電圧比較器にオフセット電圧が
全くなければCP0からCP4までは論理1となり、CP5からC
P8までは論理零となる。しかしここでもし電圧比較器に すなわち本例の3ビットA/D変換器の場合には のオフセットのばらつきがあると、入力電圧Viが ではCP4が零となる可能性がある。また入力電圧Viが ではCP5が論理1となる可能性がある。従来の直並列型A
/D変換器ではこの2つの場合、正常なA/D変換器出力が
得られなかった。いま前記の入力が で、CP4に のオフセット電圧があったとする。すると本来CP4は論
理1とならなければならないところが論理0となる。し
たがって第1の並列型A/D変換器出力は負の方向にフル
スケールをとると本来“101"となるところが“100"とな
る。このとき第1のデコーダには出力コードから1を引
いた“011"を出力する。このデータは23-1=4倍されて
加算器に送られる。4倍は2ビットシフトで実現でき
る。このデコーダROM、PLA又は簡単な論理回路により実
現できる。このときSFは開かれる。前記各電圧比較器の
出力は第1のデコーダに送られると共にS2からS7までの
スイッチを制御し、論理1を出力したものに対してスイ
ッチは−VR側に倒され論理零を出力したもは接地側に倒
される。ここでS0とS1は常に接地側に倒される。この実
施例の場合S1からS3まではVR側に倒され、S0およびS4か
らS7までは接地側に倒される。いまR個のスイッチがVR
側に倒されたとすると電荷保存則を用いて簡単に計算で
きるようにする演算増幅器の出力電圧は が出力される。本例の場合にはk=3であるから となる。
Next, the operation of this circuit will be described. In the initial state of operation, SF is turned on S0 to S7 are pushed to the input terminal side. Here first
The 3-bit A / D converter voltage comparators CP0 to CP7 are operated. Of the comparator of this first A / D converter, CP0 and
The CP1 is shown because it matches the format of the second-stage A / D converter, but it is not always necessary. A negative input voltage Vi Here, the potential and 0 (GND in FIG. 1) grounded and a negative reference potential -V R. It is also assumed that each voltage comparator outputs logic 1 as an output when the input signal voltage is lower than the reference voltage. For example, if the input voltage is Suppose If each voltage comparator has no offset voltage, CP0 to CP4 will be logic 1 and CP5 to C
It becomes a logical zero until P8. But here, if the voltage comparator That is, in the case of the 3-bit A / D converter of this example, If there is variation in the offset of, the input voltage Vi Then CP4 may be zero. The input voltage Vi is Then CP5 may be logic 1. Conventional series-parallel type A
In these two cases, the normal A / D converter output could not be obtained with the / D converter. Now the above input Then on CP4 There is an offset voltage of. Then CP4 becomes logical 0 where it should have become logical 1. Therefore, when the output of the first parallel A / D converter is full scale in the negative direction, it is "100" at what is originally "101". At this time, "011" obtained by subtracting 1 from the output code is output to the first decoder. This data is multiplied by 2 3-1 = 4 and sent to the adder. 4 times can be realized by 2 bit shift. It can be realized by this decoder ROM, PLA or a simple logic circuit. At this time SF is opened. The output of each of the voltage comparators is sent to the first decoder and controls the switches from S2 to S7, and the switch that outputs logic 1 is turned to the −V R side and outputs logic zero. Is pushed to the ground side. Here, S0 and S1 are always pushed to the ground side. From If S1 of this embodiment to S3 are brought down V R side, from S0 and S4 until S7 being defeated to the ground. Now the R switch is V R
If it is turned to the side, the output voltage of the operational amplifier that can be easily calculated using the law of conservation of charge is Is output. In the case of this example, k = 3. Becomes

この電圧が次段の並列型A/D変換器によりディジタル化
される。次段の並列型A/D変換が動作を開始した後第1
段の並列型A/D変換器に付随するスイッチS0からS7を入
力端子側に倒し、SFを閉じる。第2段の並列型A/D変換
器のオフセット電圧も 以下であれば第2段の出力コードは“110"となる。この
結果は第1段の並列型A/D変換器からの出力01100と加算
され、結果として10010の5ビットのデータが得られ
る。もとのアナログ入力電圧は であるからこれをディジタル値に書くと10010であり、
第1のA/D変換器に1ビットの誤差があったにもかかわ
らず正しい結果が得られていることがわかる。
This voltage is digitized by the parallel A / D converter in the next stage. First after the parallel A / D conversion in the next stage starts operation
The switches S0 to S7 associated with the parallel A / D converters in stages are turned to the input terminal side, and SF is closed. The offset voltage of the second-stage parallel A / D converter is also In the following cases, the output code of the second stage is "110". This result is added to the output 01100 from the first-stage parallel A / D converter, and as a result, 10010 5-bit data is obtained. The original analog input voltage is Therefore, if you write this as a digital value, it becomes 10010,
It can be seen that the correct result is obtained despite the 1-bit error in the first A / D converter.

本例では2段3ビットのA/D変換器を用いた場合につい
て説明したが、各段3ビットに限らず任意である。また
演算増幅器の出力に対して同様の直並列型A/D変換器を
接続することにより3段以上の構成をとることができ
る。このとき第1段動作中は第2段は差電圧入力中であ
り、第2段動作中には第3段は差電圧入力中となり、第
1段は次の入力電圧を印加することができる。したがっ
ていわゆるパイプライン動作を行うことが可能である。
In this example, the case where the 2-stage 3-bit A / D converter is used has been described, but the present invention is not limited to 3-stage each stage and is arbitrary. Further, by connecting a similar serial / parallel type A / D converter to the output of the operational amplifier, a configuration having three or more stages can be adopted. At this time, during the operation of the first stage, the second stage is inputting the differential voltage, during the operation of the second stage, the third stage is inputting the differential voltage, and the first stage can apply the next input voltage. . Therefore, it is possible to perform a so-called pipeline operation.

(発明の効果) 本発明を用いれば の誤差を持つ並列型A/D変換器を用いてもそれよりも精
度のよいA/D変換器を実現することができる。したがっ
て通常は高速化する程精度を向上させることが困難とな
る並列型A/D変換器を用いて、2倍以上の精度を有する
高速A/D変換器を容易に実現することが可能となる。こ
のことは集積回路化したときA/D変換器としての歩留り
を飛躍的に向上する効果が得られることを意味する。
(Effects of the Invention) With the present invention, Even if a parallel type A / D converter having an error of is used, an A / D converter with higher accuracy can be realized. Therefore, it is possible to easily realize a high-speed A / D converter having a double or more accuracy by using a parallel type A / D converter, which is usually difficult to improve the accuracy as the speed is increased. . This means that the yield as an A / D converter can be dramatically improved when integrated into an integrated circuit.

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

第1図は本発明による直並列型A/D変換器において3ビ
ットの並列型A/D変換器2個を用いて5ビットのA/D変換
器を実現する回路の図。 第2図は従来の直並列型A/D変換器の構成を示すブロッ
ク図。
FIG. 1 is a diagram of a circuit that realizes a 5-bit A / D converter by using two 3-bit parallel A / D converters in a serial-parallel A / D converter according to the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a conventional serial-parallel type A / D converter.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】並列型A/D変換器と、このA/D変換器の出力
符号に対して最小分解能電圧の分だけ少ない符号に相当
する電圧を前記第1のA/D変換器の入力電圧から減ずる
手段と、この減じた電圧を前記A/D変換器の分解能をN
ビットとしたとき2N-1倍に増幅する手段により構成され
る回路を複数段縦続接続し、この各々の並列型A/D変換
器の出力符号を各A/D変換器の重みに応じて加算する手
段を有することを特徴とするA/D変換回路。
1. A parallel type A / D converter, and a voltage corresponding to a code smaller than the output code of the A / D converter by the minimum resolution voltage is input to the first A / D converter. Means for subtracting from the voltage, and the resolution of the A / D converter is N
When the number of bits is set to 2 N-1 times, circuits consisting of means for amplification are cascaded in multiple stages, and the output code of each parallel A / D converter is set according to the weight of each A / D converter. An A / D conversion circuit having means for adding.
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JPS52135657A (en) * 1976-05-10 1977-11-12 Iwatsu Electric Co Ltd A/d converter
JPS5959035U (en) * 1982-10-09 1984-04-17 ソニー株式会社 A-D converter

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