JPH0225295B2 - - Google Patents

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JPH0225295B2
JPH0225295B2 JP56045083A JP4508381A JPH0225295B2 JP H0225295 B2 JPH0225295 B2 JP H0225295B2 JP 56045083 A JP56045083 A JP 56045083A JP 4508381 A JP4508381 A JP 4508381A JP H0225295 B2 JPH0225295 B2 JP H0225295B2
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JP
Japan
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comparison
capacitor
successive approximation
voltage
vref
Prior art date
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Application number
JP56045083A
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English (en)
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JPS57160219A (en
Inventor
Hitoshi Takahashi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP4508381A priority Critical patent/JPS57160219A/ja
Publication of JPS57160219A publication Critical patent/JPS57160219A/ja
Publication of JPH0225295B2 publication Critical patent/JPH0225295B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • H03M1/46Analogue value compared with reference values sequentially only, e.g. successive approximation type with digital/analogue converter for supplying reference values to converter

Landscapes

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

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は逐次比較型のA/D変換方式に関す
る。
逐次比較型のアナログ・デイジタル(A/D)
コンバータは、第1図に示す如き構成を有する。
本例は4ビツトの分解能を持つDACのブロツク
図で、COMPはアナログ入力電圧VAと基準電圧
Vrefとを比較する比較器、SARは4ビツトB3
B0の逐次比較レジスタ(B3がMSBで、B0
LSB)、DACはレジスタSARのデジタル出力D3
〜D0をアナログ値に逆変換する局部D/Aコン
バータである。基準電圧Vrefは、アナログ入力
電圧VAの許容最大値を規定する電圧VREF(一般に
は電源電圧)をレジスタSARの出力D3〜D0に応
じて抵抗分割したもので、D3〜D0が1111のとき
に最大値となり、0000のときに最小値となる。
通常の逐次比較方式ではレジスタSARのB3
B0に1000をセツトして比較動作を開始する。B3
〜B0が1000であるとVref=1/2VREFとなり、入力
電圧VAは先ず1/2VREFと比較される。そしてVA
VrefであればレジスタSARのB3〜B0を1100に
し、次にVref=3/4VREFとVAを比較する。逆に
Vref=1/2VREF時にVA<Vrefであればレジスタ
SARのB3〜B0を0100にしてVref=1/4VREFとVA
を比較する。このようにして最上位ビツトB3
ら順次1ビツトずつ比較して最終的に全ビツト
B3〜B0を決定し、入力VAに対するA/D変換を
完了する。この逐次比較方式の特色は、初期にレ
ジスタSARに1000をセツトして入力VAを1/2VREF
と比較し、比較結果に応じて基準電圧を半分だけ
(1/4VREF、1/8VREF等)増減し、という操作を繰
り返して行く点にあるが、A/D変換器に従つて
比較器COMPなどがMOSトランジスタで構成さ
れる場合には次の様な問題を生じる。
つまり、第2図aに示す比較器COMPはMOS
トランジスタT1〜T3、容量C0およびMOSインバ
ータG1を用いて構成され、次の様に動作する。
先ずクロツクBALをH(ハイ)にしてトランジス
タT1,T3を導通させると、入力電圧VAと点N2
電圧との差によつて容量C0が充電される。点N2
の電圧は、トランジスタT3によつてインバータ
G1の入、出端が短絡されているので、それらの
中間電位Vxである。この後クロツクBALをLに
するとトランジスタT1,T3がオフになるので、
容量C0には(VA−VX)に応じた電荷が保存され
る。つまり入力VAがサンプリングされたことに
なる。第2図bはトランジスタT3がオンである
時の点N2の電圧VXを示し、該電圧はインバータ
G1の入力VINと出力Voutの中間電位になる。容量
C0に蓄積された電荷QはQ=C0(VA−VX)であ
る。比較動作に入るとクロツクCPをHにしてト
ランジスタT2をオンにし、1回目はVref=1/2
VREFをN1点に印加する。このときVref>VAであ
ればN2点は突き上げられてVX以上になり、イン
バータG1の出力はLになる。逆にVref<VAであ
ればN2点はVX以下になつてインバータG1の出力
はHになる。この出力OUTのL、Hが比較結果
となるが、問題はVref<VAのときである。
例えばVREF=3.5V、VA=3.5Vと仮定すると、
VXの値にnチヤネルE/Dタイプでは通常1.25V
程度なので、サンプリングによつて容量C0の両
端には VA−VX=3.5V−1.25V=2.25V の電位差が発生する。この状態で第1段階の比較
動作に入るとN1点が Vref=1/2VREF=1.75V に低下するので、N2点はそれより2.25V低い−
0.5Vとなる。この場合トランジスタT3がnチヤ
ネルであれば、第2図cのように基板Subがp型
であつて通常接地(OV)されているので、N2
が負電位になれば基板−ソース間が順方向とな
り、容量C0の高電荷がN2=OVなるまで抜けてし
まう。これでは容量C0にサンプリング時の電荷
が保存されないので、A/D変換の精度は低下す
る。第2図aの比較器は構成が簡単であるという
利点がある反面、Vref、VAの関係によつて電荷
洩れが発生するという問題がある。
本発明はこの点を改善するために、比較動作に
入る時に最初に与える基準電圧を、比較回答に含
まれるPN接合を順バイアスして比較用キヤパシ
タの電荷漏洩を生じないようにする高い電圧に設
定する、換言すればMSBからの比較に統一して
しまうのではなくそれを外したMSB以降のビツ
トの比較(MSB=1とする)から始めようとす
るものである。本発明の逐次比較型A/D変換方
式は、アナログ入力電圧をサンプリングして
MOS素子からなる比較回路の容量に蓄積し、そ
して逐次比較レジスタ内のデータをD/A変換し
た逐次比較基準電圧を該容量の入力側電極に印加
し、該容量の出力側電極の電位に応じた高、低出
力を生じる逐次比較型A/D変換方式において、
該レジスタの最上位から複数ビツトに“1”をセ
ツトして下位ビツト順から順次予備比較を行な
い、その結果得られたデータを基に、該容量の出
力側電極に接続されたMOS素子に加わる電圧が
該MOS素子のPN接合を順バイアスとしないよう
に逐次比較基準電圧を切期設定して最上位ビツト
から最下位ビツトにかけて順次本比較を行なうこ
とを特徴とするが、以下図示の実施例を参照しな
がらこれを詳細に説明する。
第3図は本発明の一実施例を示す説明図で、レ
ジスタSARの内容変化を示すものである。本発
明のA/D変換方式は説明を簡単にするために
「予備比較」と「本比較」に分けられる。本比較
は従来と同様に基準電圧をもとに最上位ビツトか
ら順次B3,B2,……の順に比較を進める過程で
ある。これに対し予備比較は下位ビツト側から比
較動作をする過程である。第3図の例はレジスタ
SARのB3〜B0に1100をセツトして第2ビツトB2
の予備比較を行なう場合を示す。B3〜B0が1100
であると、第2図の条件では Vref=3/4VREF=2.625V となる。これがN1点の電位となるので前記の容
量C0の電圧が2.25Vのときは N2=N1−2.25V=+0.4V となり、容量C0の電荷が放電することはない。
この状態で比較を行ない、VA>Vrefであれば本
比較の初期基準電圧は3/4VREFとし、SARに1100
をセツトする。この予備比較は第2ビツトB2
1にするか否かの判定であるとも言え、最上位ビ
ツトB3は前述のように初めから1にセツトする
様に決めておく。予備比較でVA<Vrefであれば
B2=0としてSARに1000をセツトする。従つて
本比較は初期値が1100か1000でスタートする。本
比較の各過程は従来と同様である。例えば初期値
が1000で最上位ビツトB3を比較したとすれば、
VA大であれば1100に、またVA小であれば0100に
SAR内を書き直す。そして同様の動作を最下位
ビツトB0まで繰り返す。
これに対し初期値を1100でスタートした本比較
は、予備比較において1100に関してはVA>Vref
という条件が満たされているので、、いきなり第
1ビツトB1の比較から始めてもよい。但し、そ
の様にすると回路構成が複雑になること、および
雑音等の影響で容量C0の電荷に僅かな変動が生
じている恐れもあるので、念のため最上位ビツト
B3から始める。予備比較の結果から明らかなよ
うに本比較ではB3,B2まで1100に変りのない比
較結果が得られる筈である。本比較では第1ビツ
トB1に至るとここで初めてVA大、小に判定結果
が分かれ、当該ビツトを“1”または“0”に
し、こうして最下位ビツトB0まで進む。なおこ
のVA>Vrefのケースでは電荷漏洩が生じた恐れ
があるので、VAに大きな値がでた場合は、容量
C0へのサンプリングより高いVrefから比較して
みる。
第4図は本発明の他の実施例であり、この場合
は予備比較を第1ビツトB1から始めるものであ
る。このため第2ビツトB2の比較結果によつて
本比較の初期値が3通り(1000、1100、1110)に
なる。この場合でも本比較は同様に行なわれる。
更にこの考えを進めればB3〜B0を1111として第
0ビツトB0から順次B1,B2へと予備比較をする
ことができる。この場合は最も高い基準電圧から
比較を開始するので電荷漏洩の問題はないが、所
要時間は長い。
実際に逐次比較型A/Dコンバータを構成する
に当り、予備比較を何段階入れるかは、アナログ
電圧の許容最大値との兼ね合いで決まる。例えば
VREF=3.5V、VA=3.5V、VX=1.25Vであれば Vref>VA−VX=2.25V となるようにVREFの分割比を定めればよいので、
B3〜B0が1100でVref=3/4VREF=2.625Vは適切で
あるが、B3〜B0をこれ以上にすること、つまり
1110としたり1111として予備比較することは不要
である。しかし、VREF=10V、VA=10V、VX
1.25Vであると Vref>VA−VX=8.75V であるから、予備比較の初期値B3〜B0が1100で
は Vref=3/4VREF=7.5V となつて上記条件を満たせない。この場合には
B3〜B0を1110または1111にする。
従つて全ての条件に適合させるためには前述の
ようにB3〜B0を1111として予備比較をB0,B1
B2の順に行ない、その結果得られた符号列B3
B0をもとに本比較をB3,B2,B1,B0の順に行な
えばよい。この様にしたときのA/D変換時間は
通常の2倍以上であり、N2点の負電位化は全く
ない。しかし、予め予備比較の初期値が1100で良
い。と判つている場合等はその様にして変換時間
を短縮するのが得策である。
以上述べたように本発明によれば、MOSトラ
ンジスタで構成される比較器における蓄積容量内
の電荷(アナログ電圧サンプル値)が変化しない
ので、変換精度を低下させずに済む利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は逐次比較型A/Dコンバータのブロツ
ク図、第2図はMOSトランジスタで構成された
比較器の説明図、第3図および第4図は本発明の
実施例を示す説明図である。 図中、COMPは比較器、SARは逐次比較レジ
スタ、DACはD/Aコンバータ、C0は容量、T1
〜T3はMOSトランジスタ、G1はMOSインバー
タである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 アナログ入力電圧をサンプリングしてMOS
    素子からなる比較回路の容量に蓄積し、そして逐
    次比較レジスタ内のデータをD/A変換した逐次
    比較基準電圧を該容量の入力側電極に印加し、該
    容量の出力側電極の電位に応じた高、低出力を生
    じる逐次比較型A/D変換方式において、該レジ
    スタの最上位から複数ビツトに“1”をセツトし
    て下位ビツト側から順次予備比較を行ない、その
    結果得られたデータを基に該容量の出力側電極に
    接続されたMOS素子に加わる電圧が該MOS素子
    のPN接合を順バイアスとしないように逐次比較
    基準電圧を初期設定して最上位ビツトから最下位
    ビツトにかけて順次本比較を行なうことを特徴と
    する逐次比較型A/D変換方式。
JP4508381A 1981-03-27 1981-03-27 Sequential comparison type a/d conversion system Granted JPS57160219A (en)

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