JP3036148B2 - 補間アナログ・ディジタル変換器 - Google Patents

補間アナログ・ディジタル変換器

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JP3036148B2
JP3036148B2 JP3232412A JP23241291A JP3036148B2 JP 3036148 B2 JP3036148 B2 JP 3036148B2 JP 3232412 A JP3232412 A JP 3232412A JP 23241291 A JP23241291 A JP 23241291A JP 3036148 B2 JP3036148 B2 JP 3036148B2
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ムーレ ミシェル
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エステーミクロエレクトロニクス ソシエテ アノニム
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12Analogue/digital converters
    • H03M1/20Increasing resolution using an n bit system to obtain n + m bits
    • H03M1/202Increasing resolution using an n bit system to obtain n + m bits by interpolation
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    • HELECTRICITY
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    • H03M1/14Conversion in steps with each step involving the same or a different conversion means and delivering more than one bit
    • H03M1/141Conversion in steps with each step involving the same or a different conversion means and delivering more than one bit in which at least one step is of the folding type; Folding stages therefore

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高速アナログ・ディジ
タル変換器に関し、特に補間型のアナログ・ディジタル
変換器に関する。
【0002】
【従来の技術】図1はNビット補間アナログ・ディジタ
ル変換器の概要構造を極めて簡単に示す。
【0003】入力アナログ値Ve は、p入力の比較器C
1・・・Ci・・・Cp により例えば階段抵抗ブリッジri から
供給される基準電圧と比較される。比較器Ci の出力電
圧si はrグループ、即ち比較器Ci の出力電圧SiはSi
-r、Si-2r・・・・ 、及びSi+r、Si+2r・・・と、同様に比較器
Ci+1 の出力電圧Si+1はSi+1+r、Si+1+2r 、・・・ 、及び
Si+1-r、Si+1-2r・・・とに組み合わされて、組み合わせ出
力S1・・・・ Sr を得る。各r組み合わせ出力S1・・・・ Sr
は、図2との関係により説明されることになる折り返し
に起因しており、r補間回路I1 に印加される。各r補
間回路I1 は、各連続的な2つの比較器Ci に印加され
た基準電圧間のq+1による割算に対応したq+1電圧
サブ・インターバルにおいて補間を達成する。比較器C
i の出力電圧S i 及び補間回路出力I1 −Ir は、記憶
及び符号化回路10に印加され、入力アナログ信号の振
幅に対応したディジタル値を出力導体に供給する。この
ような変換器は例えばISSCC87、第94頁〜第9
5頁にバン・デ・グリフト(Van deGrift )ほかによる
「折り返し及び補間法による8ビット50MHz ビデオA
DC(An 8bit 50MHz Video ADC with folding and inte
rpolation techniques) 」に説明されている。
【0004】Nビットのアナログ・ディジタル変換器
は、2N に等しい代わりに、比較器の総数を減少させる
ことにより、2N =p(q+1)がp(入力比較器)+
r(q+1)(補間比較器)に等しくなるように、p入
力比較器及びq補間器により達成さる。rは全般的かつ
相対的に小さいので、アナログ・ディジタル変換器の数
Nが、例えば8より大きくなると、入力比較器の数を実
質的に減少させることになる。このような入力比較器の
数の減少は、r補間回路に必要とする付加的な比較器の
数を十分に優越する。
【0005】図2はrグループの比較器中で同一グルー
プの連続的な比較器について従来例の組合わせを示す。
rは4に等しいと仮定する。また、図2は連続的な比較
器C1 、C5 、C9 、C13・・・・を示す。この例では、各
比較器C1 、C5 、C9 、C13が2つのNPNトランジ
スタからなり、それらのエミッタは相互接続され、かつ
電流源I1 を介して接地されている。第1のトランジス
タのベースには入力電圧が印加され、第2のトランジス
タのベースはこの比較器に対応する基準電圧を入力して
いる。各比較器C1 、C5 、C9 、C13の第1のトラン
ジスタ(T11、T51、T91、T131 )のコレクタは、抵
抗Rを介して正電源の端子に接続され、このコレクタの
信号はNPNトランジスタ(T1 、T5 、T9 、T13・・
・・)によりコピーされ、そのコレクタは正電源に接続さ
れ、そのエミッタは出力端子S1 を形成している。実
際、図2は電流源I2 を介して接地されている2つの出
力線S1a及びS1bを示し、各電流源I2 は1つ置きにト
ランジスタに接続されているので、準コンプリメンタリ
信号が出力線S1a及びS1b上に得られる。各比較器の第
2のトランジスタ(T12、T52、T92、T132 )のコレ
クタは、次の比較器の第1のトランジスタのコレクタに
接続されている。従って、比較器C1 の第2のトランジ
スタT12のコレクタは比較器C5 の第1のトランジスタ
T51のコレクタに接続されており、以下同様に続く。
【0006】図3は入力電圧Ve の関数として信号S1a
の波形を示す。
【0007】入力電圧Ve が電圧V1 より低いときは、
トランジスタT11、T51、T91、T131 はオフであり、
一方トランジスタT12、T52、T92、T132 はオンであ
る。トランジスタT11がオフのときは、トランジスタT
1 のベースが1にセットされ、出力線S1aをハイ・レベ
ルにする。逆に、トランジスタT12、T52、T92・・・ の
導通状態が出力線S1a及びS1bにロー・レベルを印加す
るので、トランジスタT5 、T13、・・・ 、のベースはロ
ー・レベルとなる。
【0008】入力電圧Ve が電圧V1 からV5 までの範
囲にあるときは、トランジスタT11がオンとなり、トラ
ンジスタT1 のベースはロー・レベルとなる。トランジ
スタT12及びT51は僅かに導通し、従ってトランジスタ
T5 のベースはハイ・レベルとなり、出力線S1bはハイ
・レベルとなり、トランジスタT52、T92、T132・・・の
ベースはロー・レベルを保持する。従って、トランジス
タT5 のベースを除き、トランジスタT1 、T9 、T13
・・・・の全てのベースはロー・レベルとなり、出力線S1a
はロー・レベルとなる。次いで、出力線S1a上の電圧
は、電圧Ve が増大するに従って、交互にロー・レベル
及びハイ・レベルとなる。この信号の状態は各電圧V1
、V5 、V9 、V13・・・・近くに変化する。この領域で
補間が得られる。
【0009】補間は信号出力線S1a及び準コンプリメン
タリ信号S1bを用いて得られる。
【0010】ここでもrは4に等しい、即ち入力比較器
の4出力出力S1、S2 、S3 及びS4 が補間回路I1・・
・I4 に印加されると仮定すると、図4Aは出力S1 〜
S4 、特に出力S1a〜S4aの形状を示す。また、図4B
は電圧V1 及びV2 に近い曲線の出力線S1a及びS2aの
形状を示す。この補間は、補間I1・・・Ir における状態
の変化に近いものが得られる。しかし、図2に示すよう
に、使用している差動増幅器の動作はかなり非線形であ
る。その結果、電圧V1 及びV2 は過度に異なってはな
らず、しかも最大と考えられる補間数を増加させること
はできない。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかし、比較器の数、
従ってアナログ・ディジタル変換器のスペース及び消費
電力を減少させたい場合に、達成したいとするビット数
が多いとき、例えば10に等しいときは、各補間器の補
間レベルの数を増加させることが好ましい。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は、各比較器/組
合わせ回路の線形特性を得る入力比較器/組合わせ回路
を修飾することにより本発明の目的を達成することがで
きることを示唆している。
【0013】特に、本発明は、第1段のp比較器を備え
たNビットの補間アナログ・ディジタル変換器を提供す
るものであって、その出力を所定の増分rによりシフト
させた複数グループの比較器に接続し、各グループの組
合わせ出力をハイ・レベルとロー・レベルとの間で周期
的に変動する信号形式とし、各グループの出力電圧をq
+1比較器(p[q+1]=2N )の第2段においてそ
れらの遷移状態近傍で比較する。各第1段の比較器は、
それぞれに第1及び第2のトランジスタを含む2つの脚
を備えた高度に線形な比較器であり、各脚の第2のトラ
ンジスタのベースが電圧シフト手段を介して他の脚のト
ランジスタの接続点に接続され、各脚の前記第2のトラ
ンジスタのエミッタが抵抗を介して相互接続される。
【0014】本発明の以上及び他の目的、構成及び効果
は、添付する図面に示すように、以下の好ましい実施例
の詳細な説明から明らかになるであろう。
【0015】
【実施例】図5は本発明の一実施例を示すものであり、
図2に関連して以上で説明した従来技術のものと同様の
場合を示す。これの比較器C1、C2、C9、コンプリ
メンタリな出力線S1a及びS1b、及びこれら出力線S1a
及びS1bのチャージング・トランジスタT1、T5、T
9・・・を再び示す。
【0016】図5の回路と図2の回路との間の差は、比
較器C1 、C5 、C9 の構造にある。これらの比較器C
1 、C5 、C9 はこれらのスイッチング遷移領域近傍で
非常に線形な特性を有するように作られている。比較器
C1 については以下で詳細に説明する。他の比較器C5
、C9 も同一である。
【0017】比較器C1 は2つの脚を有し、それぞれ抵
抗Rを介して高電圧源と電流源Iを介して低電圧源との
間に接続されている。第1の脚は直列接続された第1及
び第2のNPNトランジスタT101 及びT102 からな
る。同様に、第2の脚は直列接続された第3及び第4の
NPNトランジスタT103 及びT104 からなる。トラン
ジスタT102 及びT104 のエミッタは抵抗RESを介し
て相互接続されている。トランジスタ102 のベースは電
圧シフト手段E2 を介してトランジスタT104 のコレク
タに接続され、またトランジスタT104 のベースは電圧
シフト手段E1 を介してトランジスタT102 のコレクタ
に接続されている。入力電圧Ve はトランジスタT103
のベースに印加され、基準電圧V1 はトランジスタ101
のベースに印加される。第1の比較器C1 は図示のよう
に、次の比較器C5 に接続される。即ち、第1の比較器
をなす第3のトランジスタは、第2の比較器をなす第1
のトランジスタのコレクタに接続されている。
【0018】計算によると、このような比較器はそのス
イッチング領域近傍の厳密に線形である。即ち、このス
イッチング領域において、トランジスタT101 のコレク
タの電流IはI+ (Ve-V1 )/ RESに等しい。
【0019】図6は比較器C1 の電圧シフト手段E1 及
びE2 の実施例を示す。図6では、図5のものと同一の
参照番号を使用している。電圧シフト手段E1 はNPN
トランジスタT105 及び抵抗R105 からなる。トランジ
スタT105 は、抵抗R105 、及び高電圧源端子と接地と
の間の電流源I3 に直列に接続されている。トランジス
タT1 0 のベースはトランジスタT101 及びT102の接
続点に接続されている。トランジスタ105 と反対側の抵
抗R105 の端子はトランジスタT104 のベースに接続さ
れている。これと対称をなしてトランジスタ106 及び抵
抗106 が接続されている。
【0020】勿論、本発明は当該技術分野に習熟する者
にとり明らかとなる種々の変形及び変更が容易である。
【0021】
【発明の効果】本発明の補間アナログ・ディジタル変換
器は、特性が線形なために、2つの基準電圧間の補間数
を増加することができ、従って当該回路において用いら
れる比較器の総数を減少させることができる。比較器の
数の減少は更に複雑な基本比較器を意味するが、当該技
術分野に習熟する者にとって、本発明の構成は更に良好
な結果が得られることに注意すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の補間アナログ・ディジタル変換器の概要
構成を示す図である。
【図2】図1に示す型式の回路に通常に用いられる折り
返し組合わせ回路に接続された例示的な入力比較器を示
す図である。
【図3】図2の回路により得られる折り返し信号の波形
を示す図である。
【図4A】図1の回路の出力S i で得られる総合折り返
し信号を概要的に示す図である。
【図4B】図3及び図4Aの信号の波形について他の変
化状態をよく示すように拡大して示す図である。
【図5】図2に示す従来の技術の回路を置換するように
設計された本発明による回路を示す図である。
【図6】図5の比較器の好ましい実施例を示す図であ
る。
【符号の説明】
C1 、C5 、C9 、C13 比較器 T101 、T102 、T103 、T104 、T105 、T106 ト
ランジスタ I、I2 、I3 電流源 R105 、R106 、RES 抵抗
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−65521(JP,A) 特開 昭59−117820(JP,A) 特開 平1−245717(JP,A) 実開 昭62−26941(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03M 1/20 H03M 1/36

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1段の複数の比較器を備え、各比較器
    の一方の入力には入力アナログ信号(Ve)が印加さ
    れ、他方の入力には各比較器に対応して段階的に変化す
    る基準電圧が印加され、各比較器の出力は複数グループ
    に結合され、 入力アナログ信号(Ve)が単調に変化するとき周期的
    に高レベルと低レベルに変化する信号が各グループの結
    合された出力に提供され、 各グループの出力信号はゼロ交叉近傍で第2段の比較器
    で比較され、 第1段の各比較器は高度に線形の比較器であり、2つの
    脚を有し、各脚は第1及び第2の直列接続のトランジス
    タを有し、 各脚の第2のトランジスタのベースは電圧シフト手段
    (E1,E2)を介して他方の脚のトランジスタの結合
    点に結合し、 各脚の第2のトランジスタのエミッタは抵抗を介して相
    互に接続され、そして電流源に接続され、 第1の脚の第1のトランジスタのベースには前記基準電
    圧が印加され、 第2の脚の第1のトランジスタのベースには入力アナロ
    グ電圧(Ve)が印加され、 第1の脚の第1のトランジスタのコレクタが比較器の出
    力を提供することを特徴とするNビットの補間アナログ
    ・ディジタル変換器。
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