JPH0149055B2 - - Google Patents

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JPH0149055B2
JPH0149055B2 JP58024361A JP2436183A JPH0149055B2 JP H0149055 B2 JPH0149055 B2 JP H0149055B2 JP 58024361 A JP58024361 A JP 58024361A JP 2436183 A JP2436183 A JP 2436183A JP H0149055 B2 JPH0149055 B2 JP H0149055B2
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capacitor
switch
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circuit
input
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Makoto Imamura
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Yokogawa Electric Corp
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Yokogawa Electric Corp
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Publication date
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Publication of JPH0149055B2 publication Critical patent/JPH0149055B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12Analogue/digital converters
    • H03M1/34Analogue value compared with reference values
    • H03M1/38Analogue value compared with reference values sequentially only, e.g. successive approximation type
    • H03M1/40Analogue value compared with reference values sequentially only, e.g. successive approximation type recirculation type

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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】 〔発明の属する技術分野〕 本発明はA/D変換回路、D/A変換回路、サ
ンプル・ホールド回路など、デイジタル回路の入
出力部分などに用いられるインタフエース回路の
改良に関するものである。
〔従来技術〕
従来のインタフエース回路の例としてまずA/
D変換器の場合について説明する。第1図は従来
の縦続型A/D変換器に用いられる1ビツトの
A/D変換器である。入力信号VINが入力端子1
に加えられると、サンプル・ホールド回路(以下
S/H回路と呼ぶ)2でサンプル・ホールドさ
れ、この保持された電圧VH(=VIN)と基準電圧
VR/2は比較回路3で比較される。VH<VR/2
のとき比較回路3の出力VODはローレベルLとな
りスイツチS1を閉、S2を開とし演算増幅器4
からVOA=2VH=2VINを出力する。VH>VH/2の
とき比較回路3の出力VODはハイレベルHとな
り、スイツチS1を開、S2を閉とし演算増幅器
4からVOA=2VH−VR=2VIN−VRを出力する。第
2図は演算増幅器4からの剰余出力VOAと入力信
号VINとの関係を図示したものである。すなわち
入力信号VINを基準電圧VR/2と比較して1ビツ
トの変換を行なつた後、比較電圧との“剰余”を
出力している。第1図に示す1ビツトA/D変換
器を複数段縦続接続して前段の剰余出力を後段の
入力とすれば、各段からの1ビツト出力(比較出
力)の組合わせは複数ビツトのA/D変換出力を
構成する。
ところが第1図に示すような1ビツトA/D変
換器の場合、S/H回路2、比較回路3、演算増
幅器4のオフセツトおよびスイツチS1,S2の
オン抵抗などはすべてA/D変換器の精度を制限
する要因となる。このため複雑で高価なコンポー
ネントを用いなければ良い性能が得られないとい
う欠点もあり、IC化も難しい。
また出力データのビツト数を増すにつれて構成
素子数が増えて構成が複雑になるという欠点もあ
る。
A/D変換方式として最も一般的な逐次比較形
の場合も事情は同様で、サンプル・ホールド回路
や比較器にはオフセツトの少ないものが要求さ
れ、D/A変換部として用いるはしご形抵抗回路
や重み付電流源なども出力ビツト数が増えるにつ
れて、これらの数が増え、また高精度が要求され
るようになる。
次に従来のインタフエース回路の2番目の例と
してD/A変換器の場合について説明する。
第3図は従来の電荷再分布形D/A変換器の1
例でカリフオルニア大が試作したものの原理を示
す原理説明図である。容量の等しい2つのキヤパ
シタC11,C12を初めは放電させておく。ま
ず全スイツチを開き、LSBから変換を始める。
LSBの状態d1=1のときスイツチS12を瞬間的
に閉じてキヤパシタC11を基準電圧VRまで充
電する。d1=0のときはスイツチS13を閉じ
る。次にスイツチS11だけを瞬間的に閉じて、
電荷を再分布させる。このときキヤパシタC1
1,C12の端子電圧V11(1),V12(1)は
d1VR/2となる。続いて、LSBの一つ上のビツ
トの状態d2によつてスイツチS12かS13を瞬
間的に閉じる。その後スイツチS11だけを閉じ
て電荷を再分布させると、キヤパシタC11,C
12の端子電圧V11(2),V12(2)は次のように
なる。
V11(2)=V12(2)=1/2(d2+1/2d1)VR(1)
上記のような動作を繰返し行なうと、k回目の
電荷再分布の終了後にキヤパシタC11,C12
の端子電圧V11(K),V12(K)は、 V11(K)=V12(K)=ki=1 2idi/2K-1VR (2) となり、kビツトのD/A変換が終わる。
上記のようなD/A変換器はキヤパシタ2個と
アナログ・スイツチから構成され、構成が簡単で
IC化に向くが、変換精度は2つのキヤパシタの
マツチングの精度によつて決定される。したがつ
てIC化した場合あまり高精度は期待できない。
またこのD/A変換器をA/D変換器(逐次比較
方式など)の一部に利用した場合には、比較器の
オフセツトが精度に影響して高精度用には適さな
い。
また電子通信学会論文誌’81/9、Vo1.J64−
C、No.9に掲載の井阪らによるスイツチドキヤパ
シタ形A/D変換器においても比較器、演算増幅
器のオフセツト誤差が問題となつている。
上記の従来例で述べたように、インタフエース
回路にはそのキーコンポーネントに高精度で高価
なものが多数要求されることが多く、したがつて
IC化が難しいという問題点があつた。
〔目 的〕
本発明は上記の問題点を解決するためになされ
たもので、使用する高精度部品が少なく、IC化
の容易なインタフエース回路を実現することを目
的とする。
〔概 要〕
上記の目的を達成するために本発明の要旨とす
るところは、それぞれその一端が任意の電位に接
続する任意の数のスイツチからなる2つのスイツ
チ群と、このスイツチ群の他端がそれぞれその一
端に関連して接続する2つのキヤパシタと、この
2つのキヤパシタの他端がその入力端子に接続す
る反転増幅器と、この反転増幅器の出力端子に関
連してその一端が接続し前記入力端子にその他端
が接続するスイツチとを備えたことを特徴とする
インタフエース回路に存する。
〔実施例の説明〕
以下図面を用いて本発明を説明する。
第4図は本発明に係るインタフエース回路の実
施例を示す電気回路図である。主回路30におい
て、31は基準電圧VRが加えられる基準電圧端
子、S31はこの基準電圧端子31にその一端が
接続するスイツチ、32は入力信号VINが加えら
れる入力端子、S32はこの入力端子32にその
一端が接続するスイツチ、S33はその一端がコ
モンに接続するスイツチ、C1は第1のスイツチ
群を構成する前記各スイツチS31,S32,S
33の他端がその一端に接続するキヤパシタ、S
34はその一端がコモンに接続するスイツチ、C
2は第2のスイツチ群を構成するこのスイツチS
34の他端がその一端に接続するキヤパシタ、3
3は前記キヤパシタC1,C2の他端がその入力
端子に接続する反転増幅器で例えばインバータな
どを用いることができる。S35はこの反転増幅
器33の出力端子がその一端に接続し前記キヤパ
シタC1の一端がその他端に接続するスイツチ、
S36は前記反転増幅器33の出力端子にその一
端が接続し前記反転増幅器33の入力端子にその
他端が接続するスイツチ、S37は前記反転増幅
器33の出力端子がその一端に接続し前記キヤパ
シタC2の一端がその他端に接続するスイツチ、
34は前記反転増幅器33からの剰余出力VO
外部へ送出する出力端子である。35は外部から
のクロツク及び前記反転増幅器33からの比較出
力VCを入力して前記各スイツチS31〜S37
の開閉を制御するための制御信号を発生する制御
回路である。
第5図は上記のような構成のインタフエース回
路を1ビツトA/D変換器として動作させる場合
の模様を示す動作説明図である。以下各動作ステ
ツプを示す第5図(A)〜(J)にもとづいて動作を説明
する。
(A) 最初にスイツチS32,S34,S36のみ
がオンとなる。反転増幅器33の入力電圧Va
は、反転増幅器33のオフセツト(またはしき
い電圧)VTと等しくなるので、キヤパシタC
1,C2の端子電圧V1,V2はそれぞれ次のよ
うに(充電されて)なる。
V1=VIN−VT V2=VT (B) 次にスイツチS33,S37のみがオンとな
る。V1が−VTとなるので電荷VIN・C1がキヤ
パシタC2に移送されV2=VT−VIC1/C2
となる。
(C) スイツチS32,S36のみがオンとなる。
ここで再びキヤパシタC1に入力VINが加えら
れ、V1=VIN−VTとなる。キヤパシタC2はホ
ールド状態となり(B)における値をそのまま保持
する。
(D) スイツチS34,S35のみがオンとなる。
V2は再びVTとなるので(B)で移送された電荷が
キヤパシタC1に戻り、V1=2VIN−VTとなる。
(E) スイツチS31のみがオンとなる。このとき
反転増幅器Aは比較器として動作し、その入力
電圧Vaは Va=VR−V1=VR−2VIN+VT となる。オフセツト電圧VTよりもVaが大きい
とき、すなわちVIN<VR/2のとき出力VO(=
VC)はL、この逆のときは出力VO(=VC)は
Hとなつて、1ビツトのA/D変換出力が得ら
れる。
VIN<VR/2のときは下記の(F)のステツプを
実行し、VINVR/2のときは(G)〜(J)の各ステ
ツプを実行する。
(F) VIN<VR/2の場合で、スイツチS35のみ
オンとなる。この結果出力VO=VT+V1=2VIN
の剰余出力が得られる。
(G) VINVR/2の場合に(J)まで続行するプロセ
スで、まずスイツチS33,S37のみオンと
なる。V1=VTとなるので、キヤパシタC1の
電荷2VINC1はキヤパシタC2に移送され、
V2=VT−2VINC1/C2となる。
(H) 次にスイツチS31,S37のみオンとな
る。V1=VR−VTとなるので電荷C1VRがキヤ
パシタC2から移送される。この結果V2=VT
−(2VIN−VR)C1/C2となる。
(I) スイツチS33,S36のみをオンする。キ
ヤパシタC1がリセツトされV1=−VTとなる。
キヤパシタC2はホールド状態となり(H)におけ
る電荷をそのまま保持する。
(J) スイツチS34,S35のみをオンする。
V2=VTとなるので、キヤパシタC2の電荷−
(2VIN−VR)C1がキヤパシタC1に移送され
る。この結果、出力VOは、VO=VT+V1=VT
2VIN−VR−VT=2VIN−VRとなる。すなわち、
VINVR/2の場合には2VIN−VRの剰余出力が
得られる。
このような構成の1ビツトA/D変換器におい
て、反転増幅器のオフセツト(またはしきい電
圧)は原理的に、出力の精度に影響しないので、
インバータのように簡単なものを用いることがで
きる。また(高精度)抵抗を全く用いずに剰余出
力を得ることができる。さらにキヤパシタC1,
C2の値は原理的に精度に影響せずマツチングは
不要である。キヤパシタを用いた方式なので平衡
状態では電流が流れないため、スイツチのオン抵
抗による誤差も生じない。また1つの反転増幅器
で、ホールド・アンプ、比較器を兼用でき、回路
構成が簡単で高精度部品が不要なのでIC化に向
くという利点もある。
なおキヤパシタC1の前(点P)にバツフアを
挿入することにより入力部分に接続する外部回路
からの充電時間を短かくすることができる(入力
インピーダンスの改善)。
第6図は本発明の第2の実施例を示すブロツク
図で、第4図の1ビツトA/D変換回路を循環的
に繰返し動作させることにより複数ビツトのA/
D変換器を構成したものである。図において41
は入力信号VINが加えられる入力端子、S41は
この入力端子41にその一端が接続するスイツ
チ、42はこのスイツチS41の他端がその入力
端子に接続するサンプル・ホールド回路、30は
このS/H回路42の出力をその入力とする1ビ
ツトA/D変換回路の主回路(第3図参照)、S
42はこの主回路30からの剰余出力VOがその
一端に加わりその他端が前記S/H回路42の入
力に接続するスイツチ、43は前記主回路30か
らの比較出力VCおよび外部からのクロツクを入
力してS41,S42を含む各スイツチへの制御
信号および複数ビツトのデータ出力D0〜Do-1(n
ビツトの場合)を発生する制御回路である。
このような構成のA/D変換器の動作は次のよ
うになる。スイツチS41のオン動作によりまず
入力信号VINがS/H回路42に保持される。次
に入力VINは主回路30に加えられ第1ビツト
(MSB)のA/D変換出力および剰余出力を発生
する。この剰余出力はスイツチS42のオン動作
によりS/H回路42に保持され、以下同様に必
要ビツト数(n)だけ上記の手順を繰り返してデ
ータ出力(A/D変換出力)D0〜Do-1を得る。
但し第2ビツト目以降では第4図の(A)のステツプ
は不要(前回の変換の最終ステツプでキヤパシタ
C1に保持された電圧をそのまま用いればよいか
ら)となり、S/H回路42からの値は(C)のステ
ツプにおいてのみ用いられる。
このような構成のA/D変換器は、前記第1の
実施例の各特徴を備えるとともに、高精度・複数
ビツトのA/D変換器を簡単な構成で実現できる
という利点を有する。また手順の繰返しを増やす
だけでビツト数を容易に拡張することができる。
第7図は本発明の第3の実施例を示すブロツク
図で、第4図の1ビツトA/D変換回路を複数個
縦続接続することにより複数ビツトのA/D変換
器を構成したものである。入力端子51に加えら
れる入力信号VINはS/H回路52でホールドさ
れた後1ビツトA/D変換回路の主回路30(第
4図)の入力となる。主回路30の剰余出力は次
段の主回路30の入力となり以下同様に必要なビ
ツト数に対応した個数の主回路30に接続する。
各主回路30からの比較出力Vc0〜Vco-1および
外部からのクロツクは制御回路53に加えられ、
各スイツチへの制御出力およびデータ出力(A/
D変換出力)D0〜Do-1を発生する。この場合に
第5図(E)の比較結果によつて各段の処理ステツプ
長が異ならないように、例えばVIN<VR/2なら
(F)のステツプの状態を(J)のタイミングまで保持す
ることが必要である。
第7図の縦続型A/Dは第6図の循環型A/D
に比べて構成は複雑になるが、サンプル・レート
を大きくとれるという利点がある。
第8図は第4図のインタフエース回路を差動サ
ンプル・ホールド回路として動作させる、本発明
に係る第4の実施例の動作を示す動作説明図であ
る。第5図の1ビツトA/D変換器の各動作ステ
ツプから(C)〜(G)のステツプを飛ばしたものが第8
図の(A)〜(E)の各ステツプに対応する。すなわち最
終ステツプ(E)で2つの入力VINとVRの差動出力VO
=VIN−VRを得ることができる。
上記の手順を適当に組み合わせることにより、
VO=±mVIN±nVR(m、nは整数)の演算も実現
できる。またスイツチS31,S32や端子3
1,32と同様にスイツチおよび端子を増やすこ
とにより上記の式の項数も任意に増加できる。ま
た出力部分に抵抗分圧回路を用いて帰還すること
によりゲインを得ることもできる。
なお上記の差動あるいは演算サンプル・ホール
ド回路の出力にS/H回路を設けることにより中
間ステツプにおける不要な出力信号を外部から遮
へいし、必要な最終ステツプからの出力のみを外
部へ出力することができる。
第9図は本発明に係るインタフエース回路の第
5の実施例を示す電気回路図で、D/A変換回路
として働くものである。主回路60において61
は基準電圧VRが加わる基準入力端子、S61は
この基準入力端子61にその一端が接続するスイ
ツチ、C61はこのスイツチS61の他端がその
一端に接続する第1のキヤパシタ、S62はその
一端が前記第1のキヤパシタC61の前記一端に
接続しその他端がコモンに接続するスイツチ、S
64はその一端が前記基準入力端子61に接続す
るスイツチ、C62はその一端が前記スイツチ6
4の他端に接続しその他端が前記第1のキヤパシ
タC61の他端に接続する第2のキヤパシタ、S
65はその一端が前記第2のキヤパシタC62の
前記一端に接続し他端がコモンに接続するスイツ
チ、S63はその一端が前記第1のキヤパシタC
61の前記一端に接続しその他端が前記第2のキ
ヤパシタC62の前記一端に接続するスイツチ、
62はその入力端子に前記キヤパシタC61とC
62の接続点が接続する反転増幅器でインバータ
などの簡単なもの、S68はその一端が前記反転
増幅器62の出力端子に接続しその他端がその入
力端子に接続するスイツチ、C63とC64はそ
の一端が前記反転増幅器62の前記入力端子に接
続して電圧保持手段を構成するキヤパシタ、S6
6とS67はその一端が前記キヤパシタC63,
C64の他端にそれぞれ接続しその他端がコモン
に接続するスイツチ、S69,S70はその一端
が前記キヤパシタC63,C64の他端にそれぞ
れ接続し他端が前記反転増幅器62の出力端子に
接続するスイツチ、S71はその一端が前記反転
増幅器62の出力端子に接続し、その他端が前記
キヤパシタC61の一端および帰還入力端子63
に接続するスイツチ、64は前記反転増幅器62
からの出力が加わる主回路の出力端子である。ス
イツチS73、キヤパシタC65、バツフア65
は主回路60からの出力VAを入力とする公知の
サンプル・ホールド回路を形成しており、S72
は前記バツフア65(ソース・フオロワなどの簡
単なものでよい)の出力端子にその一端が接続し
他端が前記帰還端子63に接続するスイツチであ
る。66はバツフア65の出力を外部へ送る出力
端子である。67は外部からのクロツクおよび2
値の入力データを入力し、上記の各スイツチへ制
御信号を送る制御回路である。
なおスイツチS61,S62,S63,S72
はキヤパシタC61の一端に接続する第1のスイ
ツチ群を構成し、スイツチS64,S65はキヤ
パシタC62の一端に接続する第2のスイツチ群
を構成している。
第10図は上記のような構成のD/A変換器の
動作の模様を示す動作説明図である。以下各動作
ステツプを第10図(A)〜(H)にもとづいて説明す
る。
(A) まずiビツト目の入力データdiが1のときス
イツチS61,S66,S68diが0のときス
イツチS62,S66,S68をONとしてキ
ヤパシタC61をV61=diVR−VTに充電する。
LSB(i=1)以外のときキヤパシタC62に
は前回の変換結果に対応した電圧V62=VOi-1
VTが保持されている。LSB(i=1)のときは
スイツチS65がオンとなつてV62=0Vとな
る。
(B) スイツチS63,S68,S66をONとし
電荷をキヤパシタC61,C62に再分布す
る。再分布後のキヤパシタの端子電圧(第1の
電圧)V61は、 V61=C61diVR+C62VOi-1/C61+C62 (3) となる(LSBのときは(3)式においてVOi-1=0
とする)。
(C) スイツチS62,S69をONにして(B)でキ
ヤパシタC61に保持された電荷をキヤパシタ
C63に移送する。このときのキヤパシタの一
端の電圧は VA=VT−V61C61/C63 (4) となる。
(D) 再びdiVRの充電を今度はキヤパシタC62
に行なう(スイツチS64またはS65と、S
62,S68がON)。
(E) スイツチS63,S67,S71をONに
し、キヤパシタC64に保持されている、前回
の変換結果に対応した電荷をキヤパシタC6
1,C62に移送し、(D)でキヤパシタC62に
保持された電荷とともに、再分布を行なう。再
分布後のキヤパシタの端子電圧(第2の電圧)
V62は、 V62=C61VOi-1+C62diVR/C61+C62 (5) となる(LSBのときは(5)式においてVOi-1=0
とする)。
(F) スイツチS62,S68をONとしキヤパシ
タC61の電荷をリセツトする。キヤパシタC
62には(E)の再分布後の電圧が保持されてい
る。
(G) MSBでないときはスイツチS63,S66,
S71がONとなり、(C)でキヤパシタC63に
保持された第1の電圧V61に対応した電荷と、
キヤパシタC62に保持された第2の電圧V62
に対応した電荷とで再分布を行なうと再分布後
のキヤパシタの端子電圧すなわちiビツト目の
D/A変換出力VOiは、 VOi=
(C612+C622)diVR+2C61C62VOi-1/(C61+C62)2(6)
となる。
MSBのときはスイツチS71のかわりにス
イツチS72,S73がONとなつて、D/A
変換出力VOnに対応した電圧はキヤパシタC
65に保持され、バツフア65を介して出力端
子66からVOとして出力される。
(H) MSBでないときはスイツチS62,S70
がONとなつて、(G)でキヤパシタC61に保持
されたVOiに対応した電荷をキヤパシタC6
4に移送して次のビツトの変換に備える。
MSBのときはS67,S68をオンとする。
以上のような動作をLSB(i=1)からMSB
(i=n:入力データのビツト数)まで繰り返す
ことにより、nビツトの入力データについての
D/A変換を行なうことができる。
このような構成のD/A変換器において2つの
キヤパシタのマツチング精度がD/A変換出力精
度に与える影響は次のように示される。(6)式にお
いてC61とC62はほぼ等しいのでC61=C、
C62=C+ΔCとおくと VOi=diVR{C2+(C+ΔC)2+2VOi-1C(C+ΔC)/
(C+C+ΔC)2 =1/2(diVR+VOi-1)−(VOi-1−diVR)ΔC2/2
(4C2+4CΔC+ΔC2)(7) となる。(7)式の第2項は誤差項を示すが、これは
第3図に示すような従来方式の場合の誤差項(計
算略) (VOi-1−diVR)ΔC/2(2C+ΔC)(8) よりはるかに小さい値をとる。例えばキヤパシタ
のマツチング精度が1%の場合にはΔC/C=
0.01であるから、(7)式による誤差項のΔC2/2
(4C2+4CΔC+ΔC2)の値は0.0012%、(8)式によ
る誤差項のΔC/2(2C+ΔC)の値は0.25%とな
る。
このように上記のような構成のD/A変換器に
おいて、2つのキヤパシタのマツチング精度が出
力精度に与える影響は非常に小さい、すなわちキ
ヤパシタのマツチング精度があまり良くなくても
比較的容易に高精度を得ることができる。
またキヤパシタを用いた方式なので平衡状態で
は電流が流れないため、スイツチのオン抵抗によ
る誤差もない。
また反転増幅器のオフセツト(またはしきい電
圧)は原理的に出力の精度に影響しないので、イ
ンバータのように簡単なものを用いることができ
る。またサンプル・ホールド回路はループの中に
入つているので、そのバツフア65はソース・フ
オロワなどの簡単なものでよい。また高精度部品
が不用なのでIC化に向く。
第11図と第12図は本発明の第6の実施例を
示すための部分回路図およびブロツク図である。
第11図Aは第9図の実施例が循環式であるのに
対し、これを縦続式のD/A変換器に利用する場
合に、その主回路に加えるべき変形を示すための
部分回路図である。すなわち80は第9図の主回
路60においてスイツチS81,S82を加える
ことにより、前段の変換結果を次段に保持させる
ようにして1ビツトD/A変換器を構成したもの
である。81は前段の変換結果を入力する変換入
力端子である。また第11図Bのような接続でも
同様の働きをする。
第12図は縦続形とした場合の接続を示すブロ
ツク図である。91は基準電圧が加わる基準入力
端子、90は前記第9図において第11図の変形
を加えた主回路で、各段の出力VAは次段の変換
入力端子(第11図の81)に加えられている。
スイツチS90、キヤパシタC90、バツフア9
2は最終段(データ入力がnビツトの場合のn段
目)からの出力VAを保持するサンプル・ホール
ド回路を構成し、93はバツフア92からのD/
A変換出力VOを外部へ送出する出力端子である。
94はデータ入力d1〜doのそれぞれに対応した遅
れを発生する遅れ回路、95は外部からのクロツ
クおよび前記遅れ回路94を介してデータ入力d1
〜doを入力し、前記主回路およびサンプル・ホー
ルド回路の各スイツチの制御信号を発生する制御
回路である。
データ入力d1〜doが加えられると各主回路90
は制御回路95からの制御信号によつて順番にデ
ータ入力d1〜doの各ビツトに対応した変換を行な
う。すなわち1段目の主回路90でデータ入力d1
についての変換を行ない、その変換出力VAを次
段に加えた後2段目でデータ入力d2に関する変換
を行ない以下これをn段目まで繰り返すことによ
り出力端子93からは前記循環形のときと同様の
D/A変換出力を得ることができる。
上記のような構成のD/A変換器は、構成は若
干複雑になるが、循環式に比べてD/A変換のサ
ンプル・レートが約n倍速くなるという利点があ
る。
第13図は本発明に係るインタフエース回路の
第7の実施例を示す電気回路図でA/D変換器と
して働くものである。
主回路120において、121は入力信号VI
が加えられる入力信号端子、S121,S123
はこの入力信号端子121にその一端が接続する
スイツチ、122は基準電圧VRが加えられる基
準電圧端子、S122はこの基準電圧端子122
にその一端が接続するスイツチ、S124はコモ
ンにその一端が接続するスイツチ、C121は前
記スイツチS121,S122の他端がその一端
に接続する第1のキヤパシタ、C122はこの第
1のキヤパシタC121と容量がほぼ同じで、前
記スイツチS123,S124の他端がその一端
に接続する第2のキヤパシタ、123は前記キヤ
パシタC121,C122の他端がその入力端子
に接続する反転増幅器、S125はこの反転増幅
器123の出力端子がその一端に接続し前記キヤ
パシタC121の前記一端がその他端に接続する
スイツチ、S126は前記反転増幅器123の前
記出力端子がその一端に接続し前記反転増幅器1
23の前記入力端子にその他端が接続するスイツ
チ、124は前記反転増幅器123の出力が加わ
る出力端子、125はこの出力端子124からの
剰余出力に関連する帰還信号FBを入力する帰還
入力端子、S127はこの帰還入力端子125に
その一端が接続し前記キヤパシタC122の前記
一端にその他端が接続するスイツチ、126は前
記キヤパシタC121の前記一端に接続する循環
入力端子(循環形とする場合のみ必要)である。
127は上記の主回路120からの比較出力VC
および外部からのクロツクを入力して、上記主回
路120の各スイツチS121〜S127への制
御信号を発生する制御回路である。
なおスイツチS121,S122,S125は
キヤパシタC121の一端に接続する第1のスイ
ツチ群を形成し、スイツチS123,S124,
S127はキヤパシタC122の一端に接続する
第2のスイツチ群を形成している。
第14図は上記のような構成の1ビツトA/D
変換器の動作を説明するための動作説明図であ
る。以下第14図(A)〜(D)の各ステツプにしたがつ
て動作を説明する。
(A) 最初にスイツチS121,S123,S12
6のみをONとして入力電圧VIをキヤパシタC
121,C122に保持させる。反転増幅器1
23の入力端子は仮想接地となるがオフセツト
(またはしきい電圧)VTにより電位はVTとな
る。
(B) 次にスイツチS124,S125のみをON
とし、キヤパシタC122の電荷をC121へ
移送する。キヤパシタC122の端子間電圧は
VI−VTから−VTになるので電荷C122VI
キヤパシタC121に移る。この結果キヤパシ
タC121の端子間電圧U21は (1+C122/C121)VI−VT となる。
(C) スイツチS122のみをONとすると反転増
幅器123はしきい値VTの比較器として動作
し、その入力電位Vは V=VR−(1+C122/C121)VI+VT となる。この結果入力電圧VIは C121/C121+C122VR≒VR/2 と比較されることになる。
VI<C121/C121+C122VR のときは反転増幅器123からの比較出力はL
(論理0のデータ出力に対応)となり次のD1ス
テツプへ進む。
VIC121/C121+C122VR のときは反転増幅器123からの比較力はH
(論理1のデータ出力に対応)となり次のD2ス
テツプへ進む。
(D1) スイツチS125のみをONとし、反転増
幅器123からの剰余出力として VO=VI(1+C122/C121) ≒2VI を得る。
(D2) スイツチS122,S127のみをONと
して、キヤパシタC121の電荷をキヤパシ
タC122に移送して剰余出力 VO=(1+C121/C122)VI−C121/C122VR≒2VI−VR を得る。
第15図に上記の回路の入出力特性を示す特性
曲線図を示す。
このような構成の1ビツトA/D変換器におい
て、反転増幅器のオフセツト(またはしきい電
圧)は原理的に、出力の精度に影響しないので、
インバータのように簡単なものを用いることがで
きる。また動作ステツプ数も4と比較的少ないの
で変換速度も比較的速い。また、スイツチドキヤ
パシタ形なので平衡状態では電流が流れないた
め、スイツチのオン抵抗による誤差を生じない。
第13図の1ビツトA/D変換回路をサンプ
ル・ホールド回路と組み合わせれば第6図と同様
にして循環形の複数ビツトA/D変換器を実現で
きる。また第7図と同様に構成して縦続形の複数
ビツトA/D変換器を得ることもできる。
なお第13図においてキヤパシタC121,C
122の前記一端にバツフアを挿入することによ
り、外部からの入力電圧でキヤパシタC121,
C122を充電する際に要する時間を大幅に短縮
することができる。
第16図は本発明に係るインタフエース回路の
第8の実施例を示す電気回路図である。主回路2
20において、221は基準電圧VRが加えられ
る基準入力端子、S221はこの基準入力端子2
21にその一端が接続するスイツチ、C221は
このスイツチS221の他端にその一端が接続す
るキヤパシタ、S222はこのキヤパシタC22
1の前記一端にその一端が接続しその他端がコモ
ンに接続するスイツチ、222はコモン電圧(縦
続接続のLSB以外の場合は前段からの変換出力)
が加わる入力端子、S223はこの入力端子22
2にその一端が接続するスイツチ、C222はこ
のスイツチS223の他端がその一端に接続する
キヤパシタ、S224はその一端が前記キヤパシ
タC221の前記一端と接続し、その他端が前記
キヤパシタC222の前記一端と接続するスイツ
チ、223はその入力端子に前記キヤパシタC2
21およびC222の他端が接続する反転増幅器
で例えばインバータなどの簡単なもの、S225
はその一端がこの反転増幅器223の出力端子に
接続しその他端が前記反転増幅器223の前記入
力端子に接続するスイツチ、224は前記反転増
幅器223の出力端子が接続する変換出力端子、
225はこの変換出力端子224からの変換出力
VAに関連する信号FB(VAそのものまたはサンプ
ル・ホールド回路を介した信号)を帰還して加え
る帰還入力端子、S226はこのその一端が帰還
入力端子225に接続し他端が前記キヤパシタC
222の前記一端に接続するスイツチである。2
26は外部からのクロツクおよび2値入力データ
d1〜doにもとづいて、上記主回路のスイツチ手段
を形成する各スイツチの制御信号を発生する制御
回路である。
なおスイツチS221,S222,S224は
キヤパシタC221の一端に接続する第1のスイ
ツチ群を形成し、スイツチS223,S226は
キヤパシタC222の一端に接続する第2のスイ
ツチ群を形成している。
第17図はこのような構成のD/A変換回路を
1ビツト分D/A変換動作させる場合の模様を示
す動作説明図である。以下第17図A〜Cにもと
づいて各動作ステツプを説明する。
(A) 入力データのサンプル スイツチS225をONとして、反転増幅器
223の入力端子電圧を反転増幅器223のオ
フセツト(またはしきい電圧)VTに保つ。変
換しようとするiビツト目のデータ入力diが1
のときはスイツチS221をdi=0のときはス
イツチS222をONとしてキヤパシタC22
1の端子間電圧V31を定電圧 V31=VRdi−VT に充電する。入力データがLSBの場合(i=
1)はスイツチS223をONとしてキヤパシ
タC222の端子間電圧V32を V32=−VT に充電する。入力データがLSBでない場合
(i≠1)はスイツチS223はオープンでキ
ヤパシタC22は前回(循環式)または前段
(縦続式)の変換結果 V32=VOi-1−VT を保持したままとなる。
(B) 電荷再分布 次にスイツチS224,S225をオンとし
て(A)でキヤパシタC221,C222に保持し
た電荷を再分布させる。再分布後のキヤパシタ
C221,C222の端子電圧すなわち変換電
圧VOiは、 VOi=C221VRdi+C222VOi-1/C221+C222 (9) となる。キヤパシタC221とC222の値は
ほぼ等しくとつてあるので(9)式は、 VOi≒1/2(VRdi+VOi-1 (10) となる。(10)式は電荷再分布形D/A変換の一般
式を表わしている。循環形の場合にはこのとき
のV32=VOi−VTかキヤパシタC222に保持
されたまま次のビツト変換に用いられる。
(C) 変換出力 これは縦続形の場合で、スイツチS226を
ONとして上記の変換電圧VOiをバツフアとし
て、反転増幅器223を介して出力電圧VA
して出力し、次段の入力VIとなる。
このような構成の1ビツトD/A変換器におい
て、反転増幅器のオフセツト(またはしきい電
圧)は原理的に出力の精度に影響しないので、イ
ンバータのように簡単なものを用いることができ
る。また動作ステツプ数も少ないので変換速度も
比較的速い。またスイツチドキヤパシタ形なので
平衡状態では電流が流れないため、スイツチのオ
ン抵抗による誤差を生じない。
第16図の1ビツトD/A変換器の場合も第9
図、第12図の場合と同様に複数ビツトのD/A
変換器を循環形もしくは縦続形で構成できる。
〔発明の効果〕
以上述べたように本発明によれば、使用する高
精度部品が少なく、IC化の容易なインタフエー
ス回路を実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のインタフエース回路の一例を示
す電気回路図、第2図は第1図の回路の入出力特
性を示す特性曲線図、第3図は従来のインタフエ
ース回路の第2の例を示す原理回路図、第4図は
本発明の一実施例を示す電気回路図、第5図は第
4図の回路の動作を説明するための動作説明図、
第6図は本発明の第2の実施例を示すブロツク
図、第7図は本発明の第3の実施例を示すブロツ
ク図、第8図は本発明の第4の実施例の動作を説
明するための動作説明図、第9図は本発明の第5
の実施例を示す電気回路図、第10図は第9図の
回路の動作を説明するための動作説明図、第11
図は本発明の第6の実施例を示すための部分回路
図、第12図は同ブロツク図、第13図は本発明
の第7の実施例を示す電気回路図、第14図は第
13図の回路の動作を説明するための動作説明
図、第15図は第13図の回路の入出力特性を示
す特性曲線図、第16図は本発明の第8の実施例
を示す電気回路図、第17図は第16図の回路の
動作を説明するための動作説明図である。 S31〜S37,S61〜S65,S68,S
83,S84,S121〜S127,S221〜
S226…スイツチ、C1,C2,C61,C6
2,C121,C122,C221,C222…
キヤパシタ、33,62,123,223…反転
増幅器。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 その一端が基準電圧に接続する第1のスイツ
    チと、この第1のスイツチの他端がその一端に関
    連して接続する第1のキヤパシタと、その一端が
    コモンに接続する第2のスイツチと、この第2の
    スイツチの他端がその一端に接続する第2のキヤ
    パシタと、前記第1および第2のキヤパシタの他
    端がその入力端子に接続する反転増幅器と、この
    反転増幅器の出力に関連する信号を前記反転増幅
    器の入力端子に加えるスイツチと、前記反転増幅
    器の出力に関連する信号を前記第2のキヤパシタ
    の一端に加える第3のスイツチとを備えたことを
    特徴とするインタフエース回路。
JP2436183A 1983-02-16 1983-02-16 インタフエ−ス回路 Granted JPS59149418A (ja)

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