JPH0322625A - A/d変換器 - Google Patents
A/d変換器Info
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- JPH0322625A JPH0322625A JP15764389A JP15764389A JPH0322625A JP H0322625 A JPH0322625 A JP H0322625A JP 15764389 A JP15764389 A JP 15764389A JP 15764389 A JP15764389 A JP 15764389A JP H0322625 A JPH0322625 A JP H0322625A
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
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- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 3
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- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明はA/D (アナログ/デジタル〉変換器に関し
、特に複数の電圧分圧器および比較器を用いたA/D変
換器に間する. 〔従来の技術〕 従来、かかるA/D変換器、特に高速A/D変換器の多
くは並列比較方式もしくは逐次比較方式を用いている.
並列比較方式のA/D変換器は基準電圧を2N分割する
電圧分圧器のそれぞれ異なった出力電圧を比較基準値と
した(2”−1)個の比較器に同時にアナログ入力電圧
を印加し、それぞれの比較器で基準値との大小を判定す
ることにより、その結果を符号化してデジタル出力とす
るものである.一方、逐次比較方式のA/D変換器は基
準電圧を2N分割する電圧分圧器のそれぞれの出力点の
中からアナログ入力電圧と等しい点を選択するようにス
イッチアレーのスイッチを順次開閉し、その結果をデジ
タル出力とするものである.尚、NはA/D変換器の有
するビット数である. 第3図はかかる従来の一例を示す並列比較方式A/D変
換器の回路図である. 第3図に示すように、従来のかかるA/D変換器は基準
電圧V^と接地電位GND間に接続された複数の抵抗R
1〜R8で構成され且つそれらの抵抗間の接続点i〜0
から基準電圧出力を取りだす電圧分圧器IAと、サンプ
ル・ホールド回路10と比較回路l3と位置検出論理回
路l4および符号変換回路15とを有し、ビット数Nが
3の場合である.また、電圧分圧器IAの複数の出力1
% O点は複数の比較器13A〜13Gの比較基準入
力にそれぞれ接続されている.位置検出論理回路14は
複数の論理ゲート14A〜14Gで構成され、位置検出
論理回路14の出力はデジタル出力12A〜12Cを持
つ符号変換回路15に接続されている.更に、サンプル
・ホールド回路10はアナログ入力電圧VINをサンプ
リング・クロックfsでサンプリングし、しかる後これ
を保持する. 次に、かかるA/D変換器の回路動作を説明する. まず、サンプル・ホールド回路10において、クロック
fsでサンプリングされ、しかる後保持されたアナログ
入力電圧VINは異なった比較基準値を持つ複数の比較
器13A〜13Gからなる比較回路l3に同時に印加さ
れる.すると、アナログ入力電圧vINが比較基準より
大きい比較器の出力はすべて低レベル、すなわち“0”
となる.逆に、アナログ入力電圧VINが比較基準より
小さい比較器の出力はすべて高レベル、すなわち″1”
となる.従って、アナログ入力電圧■1Hの値によって
その出力が“O”になる比較器と“1”になる比較器と
に分けられる. 次に、位置検出論理回路14は出力が“0”になってい
る比較器と出力が“1“になっている比較器の境界を検
出し、論理ゲート14A〜14Gのうち境界の位置に対
応したゲートの出力を“1″にする.この位置検出論理
回路14の出力を符号変換回路15によって符号化,し
、2°,21 .22ビットにそれぞれ相当する出力端
子12A.12B.12Cにデジタル値を出力している
. 第4図は従来の他の例を示す逐次比較方式A/D変換器
の回路図である. 第4図に示すように、かかる逐次比較方式のA/D変換
器はビット数Nが3の場合であり、基準電圧V8と接地
電位GND間に直列接続された複数の抵抗R1〜R8で
構或され且つそれらの抵抗間の接続点1〜0から基準電
圧出力をとり出す電圧分圧器IAと、複数のスイッチ8
20〜S32を有し且つこれらのスイッチは複数の制御
ライン5A〜5Fによって開閉を制御されるスイッチア
レー2Aとサンプル・ホールド回路10と、比較器16
と、制御回路4Aとを有している. 上述した電圧分圧器IAの出力t〜0からは、スイッチ
S20−332を介してアレーの出力へ至る8つの経路
があり、各経路には3つのスイッチが配置される.スイ
ッチアレー2人の出力は比較器l6の入力の一つに接続
され、またアナログ入力電圧VINがサンプル・ホール
ド回路10でサンプリングされた後ホールドされた電圧
が比較器16の他の入力に接続される.この比較器16
の出力は制御回路4Aに接続され、制御回路4Aは先に
述べた制御ライン5A〜5Fとデジタル出力端子12A
〜120とに接続されている.次に、かかる逐次比較方
式のA/D変換器の回路動作を説明する. 最初に、サンプル・ホールド回路10でアナログ入力電
圧VINをクロックfsによりサンプリングし、しかる
後保持する. 次に、制御回路4Aは複数の制御ライン5A〜5Fによ
り電圧分圧器IAの中間点、すなわち出力l点電圧をス
イッチアレー2Aの出力に接続するように、スイッチ8
20〜S32の開閉制御を行う.その結果、電圧分圧器
IAの出力1点の電圧は比較器16によってアナログ入
力電圧VINと比較される.ここで、アナログ入力電圧
VINが電圧分圧器1Aの出力1点の電圧より大きいと
、比較器16の出力は“1″となり、制御回路4Aの最
上位ビット出力12Cは″1”のままである.しかし、
逆にアナログ入力電圧VINが電圧分圧器1Aの出力j
点の電圧より小さいと、比較器16の出力は″Onとな
り、制御回路4Aの最上位ビット出力12Cは″1″か
ら″O″へ変化する.すなわち、制御回路4Aの各ビッ
トは上述した最上位ビット出力の決定時と同様に“1″
にセットされ、比較器16によって比較が行なわれる.
次に、そのビット出力は比較器16の比較結果に応じて
“1″にとどまるか、あるいは″O″に変化する. 以上の逐次比較動作が最下位ビットまで終了したとき、
アナログ入力電圧VINのデジタル変換値が20 .2
1 .22ビットを表わす出力端子12A,12B,1
2Cに得られる. 〔発明が解決しようとする課題〕 上述した並列比較方式のA/D変換器は、先に述べたよ
うに、A/D変換器の有するビット数をNとすると、(
2”−1)個の比較器を有している.しかるに、A/D
変換器の有するビット数Nを増して変換精度を上げよう
とすると、数多くの且つ高分解能の比較器を必要とする
.従って、このような比較器は必然的に回路を複雑とし
、並列比較方式のA/D変換器をモノリシツク集積回路
化する場合にチップ面積を増大させるという欠点がある
. また、上述した逐次比較方式のA/D変換器はビット数
Nを増して変換精度を上げるにつれて数多くのスイッチ
を必要とする.すなわち、A/D変換器がN個のビット
を有する場合は、(2”l−3)個のスイッチを必要と
し、しかもそれらのスイッチは電圧分圧器の各出力点か
らスイッチアレーの出力に至る各経路にN個直列に接続
されることになる.従って、この逐次比較方式のA/D
変換器は1回のA/D変換にスイッチをN回開閉する必
要があり、また前述した並列比較方式に比べてもN倍の
クロツク周波数f0を必要とし、スイッチアレーの中の
複数のスイッチと比較器及び制御回路はクロック周波数
f0に応じた高速動作を行なわねばならず、設計が困難
になるという欠点がある. 本発明の目的は、かかる回路の複雑化を避け、集積回路
化に適合させるとともに、高速且つ高分解能のA/D変
換器を提供することにある.〔課題を解決するための手
段〕 本発明のA/D変換器は、第一の基準電圧および第二の
基準電圧間に接続された第一の電圧分圧回路と、オーバ
レンジを含むデジタル値を出力するとともに制御信号を
作成する制御回路と、前記制御回路からの制御信号で開
閉を制御され且つ前記第一の電圧分圧回路の分圧電圧を
出力する複数のスイッチを有するスイッチ回路と、前記
第一の電圧分圧回路の出力電圧をさらに分圧する第二の
電圧分圧回路と,アナログ入力電圧をサンプリングして
保持するサンプル・ホールド回路と、前記第二の電圧分
圧回路の複数の出力をそれぞれ比較基準とし且つ前記サ
ンプル・ホールド回路からのアナログ電圧との比較動作
を行なう複数の比較器と、前記複数の比較器の出力を入
力とする論理変換回路とを含み、前記制御回路のオーバ
レンジを含むデジタル値出力を上位ビットとし且つ前記
論理変換回路のデジタル値出力を下位ビットとするよう
に構成される. 〔実施例〕 次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
. 第l図は本発明の第一の実施例を示すA/D変換器の回
路図である. 第1図に示すように、本実施例は第一の基準電圧VRお
よび第二の基準電圧GND間に接続された複数の抵抗R
1〜R4からなる第一の電圧分圧器1と、オーバレンジ
12Eを含むデジタル値22および23をそれぞれ出力
端子12Cおよび12Dに出力するとともに制御信号5
A〜5Dを作戒する制御回路4と、この制御回路4から
の制御信号5A〜5Dにより開閉を制御され且つ第一の
電圧分圧器1を構成する各抵抗R1〜R4による分圧電
圧を出力するためのa点〜d点に接続されたスイッチ8
1〜S6を有する第一のスイッチアレー2と、同様に分
圧電圧を出力するためのスイッチ87〜S12を有する
第二のスイッチアレー3と、これら第一および第二のス
イツチアレー2.3のそれぞれの出力に接続された2つ
のバッファアンブ6および7と、バツファアンプ6.7
のそれぞれの出力端子間に接続された複数の抵抗R5〜
R8からなる第二の電圧分圧器8と、アナログ入力電圧
VSを周波数fsのクロックでサンプリングしたあと保
持するサンプル・ホールド回路(S/H)10と、第二
の電圧分圧器8の複数の出力点e〜hの電圧とサンプル
・ホールド回路10の出力電圧との比較を行なう複数の
比較器9A〜9Dと、これら複数の比較器9A〜9Dの
うち比較器9B〜9Dの出力を入力としてデジタル値2
0および2!をそれぞれ出力端子12Aおよび12Bに
出力する論理変換回路11とを有している. かかるA/D変換回路について更に詳細に説明する.第
一のスイッチアレー2と第二のスイッチアレー3を構成
する複数のスイッチ81〜S12は制御回路4からの制
御信号5八〜5Bによってそれぞれ開閉を制御され、さ
らにこれら第一のスイッチアレー2の出力及び第二のス
イッチアレー3の出力にはそれぞれバッファアンプ6.
7がそれぞれ接続されている.このバッファアンブ6に
は、第一の電圧分圧器1を構成する抵抗R1〜R4のい
ずれか1つの上端a点〜d点の電圧が印加されるように
、制御信号5A〜5Dに基づき第一のスイッチアレー2
を構成する複数のスイッチ81〜S6の開閉が制御され
る.また、バッファアンプ7には、第一のスイッチアレ
ー2で選択された第一の電圧分圧器1を構成する抵抗R
1〜R4の下端の電圧が印加されるように、制御信号5
A〜5Dに基づき第二のスイッチアレー3を構成する複
数のスイッチ87〜S12の開閉が制御される.更に、
第二の電圧分圧器8を構成する複数の抵抗R5〜R8の
接続点e点〜h点は電圧分圧器8の分圧出力点であり、
それぞれの出力は複数の比較器9A〜9Dの入力の一つ
に接続され、サンプル・ホールド回路10の出力とそれ
ぞれ比較される.論理変換回路11は比較器9B〜9D
の比較結果を入力とし、比較器の反転位置検出と符号変
換を行なう.また、比較器9Aの出力は制御回路4に入
力される. 次に、本実施例のA / I)変換動作を説明する.ま
ず、アナログ入力電圧VSはサンプル・ホールド回路1
0でサンプリングクロックfsに基づきサンプリングさ
れ、保持される.このホールドされたアナログ入力電圧
は複数の比較器9A〜9Bの入力端子に一斉に印加され
る. 次に、制御回路4は制御信号5Aと5Dをハイレベルと
し、制御信号5Bと5Cをロウレベルとする.これによ
り、第一のスイッチアレー2を楕戒する複数のスイッチ
81〜S6のうちスイッチSL,32,S6の開閉が制
御されるので、第一の電圧分圧器1を構戒する複数の抵
抗器R1〜R4のうち抵抗器R2の上端(b点)の電圧
がバッファアンプ6の一方の入力に印加される.同時に
第二のスイッチアレー3を構成する複数のスイッチS7
〜S12のうちスイッチS7,S8,S12の開閉が制
御されるので、抵抗器R2の下端(a点)の電圧がバッ
ファアンプ7の一方の入力に印加される. 次に、バッファアンプ6の出力は第二の電圧分圧器8の
上端(h点)に接続され、同様にバッファアンプ7の出
力は第二の電圧分圧器8の下端に接続されている.また
、比較器9Aの基準入力端子には第二の電圧分圧器8の
出力点hが接続されているため、比較器9Aは先に述べ
たサンプルホールドされたアナログ入力電圧と、第一の
電圧分圧器1の出力点b、すなわち第一の電圧分圧器1
の中点の電圧との比較を行なう.このとき、第一の電圧
分圧器1の中点の電圧よりアナログ入力電圧の方が大き
ければ、比較器9Aの出力は1となって制御回路4の最
上位ビット出力12Dは1となる.逆に、第一の電圧分
圧器1の中点の電圧よりアナログ入力電圧の方が小さけ
れば、比較器9Aの出力はOとなって制御回路4の最上
位ビット出力12DをOにする.このように、第一の電
圧分圧器1の中点bの電圧がアナログ入力電圧VSより
小さいときは、上述したように、制御回路4の最上位ビ
ット出力12Dは1となるが、同時に制御信号5Aがロ
ウレベル、制御信号5Bがハイレベルとなる.従って、
第一のスイッチアレー2を楕戒する複数のスイッチ81
〜S6のうちスイッチS6がオフになり、スイッチS5
がオンになる.すると、バッファアンプ6へは第一の電
圧分圧器1の出力点dの電圧が印加されるので、比較器
9Aはこの出力点dの電圧とアナログ入力電圧との比較
を行なう.このとき、第一の電圧分圧器1の出力点dの
電圧よりアナログ入力電圧の方が大きければ、比較器9
Aの出力は1となって制御回路4の第2位のビット出力
12Cを1にし、同時に制御回路4のオーバレンジ出力
12Eも1となる.逆に、第一の電圧分圧器1の出力点
dの電圧よりアナログ入力電圧の方が小さければ、比較
器9Aの出力はOとなり、制御信号5Cを1、制御信号
5DをOに変化させる.これにより、第一スイッチアレ
ー2を構成するスイッチS1へ86のうちスイッチS1
と82がオフし、スイッチS3と84がオンとなるので
、バッファアンプ6には第一の電圧分圧器1の出力点C
の電圧が印加され、比較器9Aはその出力点Cの電圧と
アナログ入力電圧との比較動作を行なう.このとき、第
一の電圧分圧器1の出力点Cの電圧よりアナログ入力電
圧の方が大きければ、比較器9Aの出力は1となって制
御回路4の第2位ビット出力12Cは1となる.逆に、
第一の電圧分圧器1の出力点Cの電圧よりアナログ入力
電圧の方が小さければ、比較器9Aの出力は0となって
制御回R4の第2位ビット出力12CはOとなり、一連
の制御を終了する. ところで、上述した一連の制御により第一のスイッチア
レー2を楕戒する複数のスイッチ81〜S6の開閉が行
なわれたが、同時に第二のスイッチアレ−3を構成する
複数のスイッチ87〜SL2の開閉も同様に行なわれる
.しかも、第一の電圧分圧器1を構或する複数の抵抗器
R1〜R4の各抵抗器の下端地気およびa〜C点の電圧
がバッファアンブ7の入力に印加されるように、第二の
スイッチアレー3を構成する複数のスイッチ87〜S1
2の開閉が制御される.それ故、第一の電圧分圧器1の
出力点dの電圧がバッファアンプ6に印加されていると
きには、第一の電圧分圧器1の出力点Cの電圧はバッフ
ァアンプ7の入力に印加される.しかるに、第二の電圧
分圧器8はバッファアンプ6の出力およびバッファアン
プ7の出力との間に接続されているため、第二の電圧分
圧器8は第一の電圧分圧器1の抵抗器R4の生ずる電位
差をさらに細分化することができる.従って、第二の電
圧分圧器8の各出力とアナログ入力電圧とを比較器9B
〜9Dで並列比較を行ない、その比較結果を論理変換回
路11で2ビットのデジタル出力に変換することにより
、さらに分解能の高いデジタル出力を得ることができる
.すなわち、制御回路4の2ビット出力と論理変換回路
11の2ビット出力とを合わせて、4ビットのA/D変
換器とすることができる. 第2図は本発明の第二の実施例を示すA/D変換器の回
路図である. 第2図に示すように、本実施例は前述した第一の実施例
と比較し、第一および第二のスイッチアレー2および3
を一つにまとめ、しかもアレーを楕成する各スイッチ8
1〜S12の開閉制御をスイッチS13〜S20に変え
たものである.まず、制御回路4からの制御信号5A〜
5Dのうち制御信号5Aだけがハイレベル、他の制御信
号5B〜5Dはロウレベルになると、スイッチS19と
820がオンし他のスイッチはすべてオフとなる.それ
故第一の電圧分圧器1の出力点aの電圧がバッファアン
プ6へ印加されるので、比較器9Aは出力点aの電圧と
アナログ入力電圧との比較を行なう.このとき、第一の
電圧分圧器1の出力点aの電圧よりアナログ入力電圧の
方が大きければ、比較器9Aの出力は1となるので、制
御回路4は制御信号5Aをロウレベルに変化させ、かわ
りに制御信号5Bだけをハイレベルにする. 次に、この制御信号5Bにより、スイッチS17と31
8がオンし、他のスイッチはすべてオフなるので、第一
の電圧分圧器1の出力点bの電圧がバッファアンプ6に
印加される.比較器9Aは第一の電圧分圧器1の出力点
bの電圧とアナログ入力電圧との比較を行ない、このと
き第一の電圧分圧器1の出力点bの電圧よりアナログ入
力電圧の方が大きければ比較器9Aの出力はlとなって
、制御回路4は制御信号5A〜5Bの状態を変化させる
.逆に、第一の電圧分圧器1の出力点bの電圧よりアナ
ログ入力電圧の方が小さければ、制御回路4は制御信号
5八〜5Dの状態を保持し、第一の電圧分圧器1の出力
点bに対応するデジタル値として最上位ビットのデジタ
ル出力12Dをロウレベル、第2位ビットのデジタル出
力12Cをハイレベルにする.このとき、第一の電圧分
圧器1の出力点aの電圧がバツファアンプ7に印加され
ているので、第二の電圧分圧器8によってさらにA/D
変換動作が行なわれるのは前述した第一の実施例の場合
と同様である.ところで、上述した二つの実施例におい
て、第一の電圧分圧器1の分解能を2ビット、第二の電
圧分圧器8の分解能を2ビットとして説明したが、本発
明はこれらの組合せに制限されることはない.すなわち
、必要なデジタル出力の分解能をNビット、第一の電圧
分圧器1の分解能をPビット、第二の電圧分圧器8の分
解能をQビットとすれば、N=P+Qを満足するすべて
の正の整数の組合わせとすることができるのは明らかで
ある.〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明のA/D変換器は、第一の
電圧分圧器を構成する抵抗器の両端の電圧を第二の電圧
分圧器へ印加できるように、スイッチアレーの開閉を制
御回路から制御することにより、従来の逐次比較方式A
/D変換器のように、スイッチがN個直列に接続される
こと、および従来の並列比較方式A/D変換器のように
、(2N−1)個の比較器を必要とすることもなく、し
かも特殊な回路を必要としないので、比較的構成が簡単
になり、モノリシック集積回路として構或することも容
易である上、高分解能且つ高速化を実現できるという効
果がある.
、特に複数の電圧分圧器および比較器を用いたA/D変
換器に間する. 〔従来の技術〕 従来、かかるA/D変換器、特に高速A/D変換器の多
くは並列比較方式もしくは逐次比較方式を用いている.
並列比較方式のA/D変換器は基準電圧を2N分割する
電圧分圧器のそれぞれ異なった出力電圧を比較基準値と
した(2”−1)個の比較器に同時にアナログ入力電圧
を印加し、それぞれの比較器で基準値との大小を判定す
ることにより、その結果を符号化してデジタル出力とす
るものである.一方、逐次比較方式のA/D変換器は基
準電圧を2N分割する電圧分圧器のそれぞれの出力点の
中からアナログ入力電圧と等しい点を選択するようにス
イッチアレーのスイッチを順次開閉し、その結果をデジ
タル出力とするものである.尚、NはA/D変換器の有
するビット数である. 第3図はかかる従来の一例を示す並列比較方式A/D変
換器の回路図である. 第3図に示すように、従来のかかるA/D変換器は基準
電圧V^と接地電位GND間に接続された複数の抵抗R
1〜R8で構成され且つそれらの抵抗間の接続点i〜0
から基準電圧出力を取りだす電圧分圧器IAと、サンプ
ル・ホールド回路10と比較回路l3と位置検出論理回
路l4および符号変換回路15とを有し、ビット数Nが
3の場合である.また、電圧分圧器IAの複数の出力1
% O点は複数の比較器13A〜13Gの比較基準入
力にそれぞれ接続されている.位置検出論理回路14は
複数の論理ゲート14A〜14Gで構成され、位置検出
論理回路14の出力はデジタル出力12A〜12Cを持
つ符号変換回路15に接続されている.更に、サンプル
・ホールド回路10はアナログ入力電圧VINをサンプ
リング・クロックfsでサンプリングし、しかる後これ
を保持する. 次に、かかるA/D変換器の回路動作を説明する. まず、サンプル・ホールド回路10において、クロック
fsでサンプリングされ、しかる後保持されたアナログ
入力電圧VINは異なった比較基準値を持つ複数の比較
器13A〜13Gからなる比較回路l3に同時に印加さ
れる.すると、アナログ入力電圧vINが比較基準より
大きい比較器の出力はすべて低レベル、すなわち“0”
となる.逆に、アナログ入力電圧VINが比較基準より
小さい比較器の出力はすべて高レベル、すなわち″1”
となる.従って、アナログ入力電圧■1Hの値によって
その出力が“O”になる比較器と“1”になる比較器と
に分けられる. 次に、位置検出論理回路14は出力が“0”になってい
る比較器と出力が“1“になっている比較器の境界を検
出し、論理ゲート14A〜14Gのうち境界の位置に対
応したゲートの出力を“1″にする.この位置検出論理
回路14の出力を符号変換回路15によって符号化,し
、2°,21 .22ビットにそれぞれ相当する出力端
子12A.12B.12Cにデジタル値を出力している
. 第4図は従来の他の例を示す逐次比較方式A/D変換器
の回路図である. 第4図に示すように、かかる逐次比較方式のA/D変換
器はビット数Nが3の場合であり、基準電圧V8と接地
電位GND間に直列接続された複数の抵抗R1〜R8で
構或され且つそれらの抵抗間の接続点1〜0から基準電
圧出力をとり出す電圧分圧器IAと、複数のスイッチ8
20〜S32を有し且つこれらのスイッチは複数の制御
ライン5A〜5Fによって開閉を制御されるスイッチア
レー2Aとサンプル・ホールド回路10と、比較器16
と、制御回路4Aとを有している. 上述した電圧分圧器IAの出力t〜0からは、スイッチ
S20−332を介してアレーの出力へ至る8つの経路
があり、各経路には3つのスイッチが配置される.スイ
ッチアレー2人の出力は比較器l6の入力の一つに接続
され、またアナログ入力電圧VINがサンプル・ホール
ド回路10でサンプリングされた後ホールドされた電圧
が比較器16の他の入力に接続される.この比較器16
の出力は制御回路4Aに接続され、制御回路4Aは先に
述べた制御ライン5A〜5Fとデジタル出力端子12A
〜120とに接続されている.次に、かかる逐次比較方
式のA/D変換器の回路動作を説明する. 最初に、サンプル・ホールド回路10でアナログ入力電
圧VINをクロックfsによりサンプリングし、しかる
後保持する. 次に、制御回路4Aは複数の制御ライン5A〜5Fによ
り電圧分圧器IAの中間点、すなわち出力l点電圧をス
イッチアレー2Aの出力に接続するように、スイッチ8
20〜S32の開閉制御を行う.その結果、電圧分圧器
IAの出力1点の電圧は比較器16によってアナログ入
力電圧VINと比較される.ここで、アナログ入力電圧
VINが電圧分圧器1Aの出力1点の電圧より大きいと
、比較器16の出力は“1″となり、制御回路4Aの最
上位ビット出力12Cは″1”のままである.しかし、
逆にアナログ入力電圧VINが電圧分圧器1Aの出力j
点の電圧より小さいと、比較器16の出力は″Onとな
り、制御回路4Aの最上位ビット出力12Cは″1″か
ら″O″へ変化する.すなわち、制御回路4Aの各ビッ
トは上述した最上位ビット出力の決定時と同様に“1″
にセットされ、比較器16によって比較が行なわれる.
次に、そのビット出力は比較器16の比較結果に応じて
“1″にとどまるか、あるいは″O″に変化する. 以上の逐次比較動作が最下位ビットまで終了したとき、
アナログ入力電圧VINのデジタル変換値が20 .2
1 .22ビットを表わす出力端子12A,12B,1
2Cに得られる. 〔発明が解決しようとする課題〕 上述した並列比較方式のA/D変換器は、先に述べたよ
うに、A/D変換器の有するビット数をNとすると、(
2”−1)個の比較器を有している.しかるに、A/D
変換器の有するビット数Nを増して変換精度を上げよう
とすると、数多くの且つ高分解能の比較器を必要とする
.従って、このような比較器は必然的に回路を複雑とし
、並列比較方式のA/D変換器をモノリシツク集積回路
化する場合にチップ面積を増大させるという欠点がある
. また、上述した逐次比較方式のA/D変換器はビット数
Nを増して変換精度を上げるにつれて数多くのスイッチ
を必要とする.すなわち、A/D変換器がN個のビット
を有する場合は、(2”l−3)個のスイッチを必要と
し、しかもそれらのスイッチは電圧分圧器の各出力点か
らスイッチアレーの出力に至る各経路にN個直列に接続
されることになる.従って、この逐次比較方式のA/D
変換器は1回のA/D変換にスイッチをN回開閉する必
要があり、また前述した並列比較方式に比べてもN倍の
クロツク周波数f0を必要とし、スイッチアレーの中の
複数のスイッチと比較器及び制御回路はクロック周波数
f0に応じた高速動作を行なわねばならず、設計が困難
になるという欠点がある. 本発明の目的は、かかる回路の複雑化を避け、集積回路
化に適合させるとともに、高速且つ高分解能のA/D変
換器を提供することにある.〔課題を解決するための手
段〕 本発明のA/D変換器は、第一の基準電圧および第二の
基準電圧間に接続された第一の電圧分圧回路と、オーバ
レンジを含むデジタル値を出力するとともに制御信号を
作成する制御回路と、前記制御回路からの制御信号で開
閉を制御され且つ前記第一の電圧分圧回路の分圧電圧を
出力する複数のスイッチを有するスイッチ回路と、前記
第一の電圧分圧回路の出力電圧をさらに分圧する第二の
電圧分圧回路と,アナログ入力電圧をサンプリングして
保持するサンプル・ホールド回路と、前記第二の電圧分
圧回路の複数の出力をそれぞれ比較基準とし且つ前記サ
ンプル・ホールド回路からのアナログ電圧との比較動作
を行なう複数の比較器と、前記複数の比較器の出力を入
力とする論理変換回路とを含み、前記制御回路のオーバ
レンジを含むデジタル値出力を上位ビットとし且つ前記
論理変換回路のデジタル値出力を下位ビットとするよう
に構成される. 〔実施例〕 次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
. 第l図は本発明の第一の実施例を示すA/D変換器の回
路図である. 第1図に示すように、本実施例は第一の基準電圧VRお
よび第二の基準電圧GND間に接続された複数の抵抗R
1〜R4からなる第一の電圧分圧器1と、オーバレンジ
12Eを含むデジタル値22および23をそれぞれ出力
端子12Cおよび12Dに出力するとともに制御信号5
A〜5Dを作戒する制御回路4と、この制御回路4から
の制御信号5A〜5Dにより開閉を制御され且つ第一の
電圧分圧器1を構成する各抵抗R1〜R4による分圧電
圧を出力するためのa点〜d点に接続されたスイッチ8
1〜S6を有する第一のスイッチアレー2と、同様に分
圧電圧を出力するためのスイッチ87〜S12を有する
第二のスイッチアレー3と、これら第一および第二のス
イツチアレー2.3のそれぞれの出力に接続された2つ
のバッファアンブ6および7と、バツファアンプ6.7
のそれぞれの出力端子間に接続された複数の抵抗R5〜
R8からなる第二の電圧分圧器8と、アナログ入力電圧
VSを周波数fsのクロックでサンプリングしたあと保
持するサンプル・ホールド回路(S/H)10と、第二
の電圧分圧器8の複数の出力点e〜hの電圧とサンプル
・ホールド回路10の出力電圧との比較を行なう複数の
比較器9A〜9Dと、これら複数の比較器9A〜9Dの
うち比較器9B〜9Dの出力を入力としてデジタル値2
0および2!をそれぞれ出力端子12Aおよび12Bに
出力する論理変換回路11とを有している. かかるA/D変換回路について更に詳細に説明する.第
一のスイッチアレー2と第二のスイッチアレー3を構成
する複数のスイッチ81〜S12は制御回路4からの制
御信号5八〜5Bによってそれぞれ開閉を制御され、さ
らにこれら第一のスイッチアレー2の出力及び第二のス
イッチアレー3の出力にはそれぞれバッファアンプ6.
7がそれぞれ接続されている.このバッファアンブ6に
は、第一の電圧分圧器1を構成する抵抗R1〜R4のい
ずれか1つの上端a点〜d点の電圧が印加されるように
、制御信号5A〜5Dに基づき第一のスイッチアレー2
を構成する複数のスイッチ81〜S6の開閉が制御され
る.また、バッファアンプ7には、第一のスイッチアレ
ー2で選択された第一の電圧分圧器1を構成する抵抗R
1〜R4の下端の電圧が印加されるように、制御信号5
A〜5Dに基づき第二のスイッチアレー3を構成する複
数のスイッチ87〜S12の開閉が制御される.更に、
第二の電圧分圧器8を構成する複数の抵抗R5〜R8の
接続点e点〜h点は電圧分圧器8の分圧出力点であり、
それぞれの出力は複数の比較器9A〜9Dの入力の一つ
に接続され、サンプル・ホールド回路10の出力とそれ
ぞれ比較される.論理変換回路11は比較器9B〜9D
の比較結果を入力とし、比較器の反転位置検出と符号変
換を行なう.また、比較器9Aの出力は制御回路4に入
力される. 次に、本実施例のA / I)変換動作を説明する.ま
ず、アナログ入力電圧VSはサンプル・ホールド回路1
0でサンプリングクロックfsに基づきサンプリングさ
れ、保持される.このホールドされたアナログ入力電圧
は複数の比較器9A〜9Bの入力端子に一斉に印加され
る. 次に、制御回路4は制御信号5Aと5Dをハイレベルと
し、制御信号5Bと5Cをロウレベルとする.これによ
り、第一のスイッチアレー2を楕戒する複数のスイッチ
81〜S6のうちスイッチSL,32,S6の開閉が制
御されるので、第一の電圧分圧器1を構戒する複数の抵
抗器R1〜R4のうち抵抗器R2の上端(b点)の電圧
がバッファアンプ6の一方の入力に印加される.同時に
第二のスイッチアレー3を構成する複数のスイッチS7
〜S12のうちスイッチS7,S8,S12の開閉が制
御されるので、抵抗器R2の下端(a点)の電圧がバッ
ファアンプ7の一方の入力に印加される. 次に、バッファアンプ6の出力は第二の電圧分圧器8の
上端(h点)に接続され、同様にバッファアンプ7の出
力は第二の電圧分圧器8の下端に接続されている.また
、比較器9Aの基準入力端子には第二の電圧分圧器8の
出力点hが接続されているため、比較器9Aは先に述べ
たサンプルホールドされたアナログ入力電圧と、第一の
電圧分圧器1の出力点b、すなわち第一の電圧分圧器1
の中点の電圧との比較を行なう.このとき、第一の電圧
分圧器1の中点の電圧よりアナログ入力電圧の方が大き
ければ、比較器9Aの出力は1となって制御回路4の最
上位ビット出力12Dは1となる.逆に、第一の電圧分
圧器1の中点の電圧よりアナログ入力電圧の方が小さけ
れば、比較器9Aの出力はOとなって制御回路4の最上
位ビット出力12DをOにする.このように、第一の電
圧分圧器1の中点bの電圧がアナログ入力電圧VSより
小さいときは、上述したように、制御回路4の最上位ビ
ット出力12Dは1となるが、同時に制御信号5Aがロ
ウレベル、制御信号5Bがハイレベルとなる.従って、
第一のスイッチアレー2を楕戒する複数のスイッチ81
〜S6のうちスイッチS6がオフになり、スイッチS5
がオンになる.すると、バッファアンプ6へは第一の電
圧分圧器1の出力点dの電圧が印加されるので、比較器
9Aはこの出力点dの電圧とアナログ入力電圧との比較
を行なう.このとき、第一の電圧分圧器1の出力点dの
電圧よりアナログ入力電圧の方が大きければ、比較器9
Aの出力は1となって制御回路4の第2位のビット出力
12Cを1にし、同時に制御回路4のオーバレンジ出力
12Eも1となる.逆に、第一の電圧分圧器1の出力点
dの電圧よりアナログ入力電圧の方が小さければ、比較
器9Aの出力はOとなり、制御信号5Cを1、制御信号
5DをOに変化させる.これにより、第一スイッチアレ
ー2を構成するスイッチS1へ86のうちスイッチS1
と82がオフし、スイッチS3と84がオンとなるので
、バッファアンプ6には第一の電圧分圧器1の出力点C
の電圧が印加され、比較器9Aはその出力点Cの電圧と
アナログ入力電圧との比較動作を行なう.このとき、第
一の電圧分圧器1の出力点Cの電圧よりアナログ入力電
圧の方が大きければ、比較器9Aの出力は1となって制
御回路4の第2位ビット出力12Cは1となる.逆に、
第一の電圧分圧器1の出力点Cの電圧よりアナログ入力
電圧の方が小さければ、比較器9Aの出力は0となって
制御回R4の第2位ビット出力12CはOとなり、一連
の制御を終了する. ところで、上述した一連の制御により第一のスイッチア
レー2を楕戒する複数のスイッチ81〜S6の開閉が行
なわれたが、同時に第二のスイッチアレ−3を構成する
複数のスイッチ87〜SL2の開閉も同様に行なわれる
.しかも、第一の電圧分圧器1を構或する複数の抵抗器
R1〜R4の各抵抗器の下端地気およびa〜C点の電圧
がバッファアンブ7の入力に印加されるように、第二の
スイッチアレー3を構成する複数のスイッチ87〜S1
2の開閉が制御される.それ故、第一の電圧分圧器1の
出力点dの電圧がバッファアンプ6に印加されていると
きには、第一の電圧分圧器1の出力点Cの電圧はバッフ
ァアンプ7の入力に印加される.しかるに、第二の電圧
分圧器8はバッファアンプ6の出力およびバッファアン
プ7の出力との間に接続されているため、第二の電圧分
圧器8は第一の電圧分圧器1の抵抗器R4の生ずる電位
差をさらに細分化することができる.従って、第二の電
圧分圧器8の各出力とアナログ入力電圧とを比較器9B
〜9Dで並列比較を行ない、その比較結果を論理変換回
路11で2ビットのデジタル出力に変換することにより
、さらに分解能の高いデジタル出力を得ることができる
.すなわち、制御回路4の2ビット出力と論理変換回路
11の2ビット出力とを合わせて、4ビットのA/D変
換器とすることができる. 第2図は本発明の第二の実施例を示すA/D変換器の回
路図である. 第2図に示すように、本実施例は前述した第一の実施例
と比較し、第一および第二のスイッチアレー2および3
を一つにまとめ、しかもアレーを楕成する各スイッチ8
1〜S12の開閉制御をスイッチS13〜S20に変え
たものである.まず、制御回路4からの制御信号5A〜
5Dのうち制御信号5Aだけがハイレベル、他の制御信
号5B〜5Dはロウレベルになると、スイッチS19と
820がオンし他のスイッチはすべてオフとなる.それ
故第一の電圧分圧器1の出力点aの電圧がバッファアン
プ6へ印加されるので、比較器9Aは出力点aの電圧と
アナログ入力電圧との比較を行なう.このとき、第一の
電圧分圧器1の出力点aの電圧よりアナログ入力電圧の
方が大きければ、比較器9Aの出力は1となるので、制
御回路4は制御信号5Aをロウレベルに変化させ、かわ
りに制御信号5Bだけをハイレベルにする. 次に、この制御信号5Bにより、スイッチS17と31
8がオンし、他のスイッチはすべてオフなるので、第一
の電圧分圧器1の出力点bの電圧がバッファアンプ6に
印加される.比較器9Aは第一の電圧分圧器1の出力点
bの電圧とアナログ入力電圧との比較を行ない、このと
き第一の電圧分圧器1の出力点bの電圧よりアナログ入
力電圧の方が大きければ比較器9Aの出力はlとなって
、制御回路4は制御信号5A〜5Bの状態を変化させる
.逆に、第一の電圧分圧器1の出力点bの電圧よりアナ
ログ入力電圧の方が小さければ、制御回路4は制御信号
5八〜5Dの状態を保持し、第一の電圧分圧器1の出力
点bに対応するデジタル値として最上位ビットのデジタ
ル出力12Dをロウレベル、第2位ビットのデジタル出
力12Cをハイレベルにする.このとき、第一の電圧分
圧器1の出力点aの電圧がバツファアンプ7に印加され
ているので、第二の電圧分圧器8によってさらにA/D
変換動作が行なわれるのは前述した第一の実施例の場合
と同様である.ところで、上述した二つの実施例におい
て、第一の電圧分圧器1の分解能を2ビット、第二の電
圧分圧器8の分解能を2ビットとして説明したが、本発
明はこれらの組合せに制限されることはない.すなわち
、必要なデジタル出力の分解能をNビット、第一の電圧
分圧器1の分解能をPビット、第二の電圧分圧器8の分
解能をQビットとすれば、N=P+Qを満足するすべて
の正の整数の組合わせとすることができるのは明らかで
ある.〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明のA/D変換器は、第一の
電圧分圧器を構成する抵抗器の両端の電圧を第二の電圧
分圧器へ印加できるように、スイッチアレーの開閉を制
御回路から制御することにより、従来の逐次比較方式A
/D変換器のように、スイッチがN個直列に接続される
こと、および従来の並列比較方式A/D変換器のように
、(2N−1)個の比較器を必要とすることもなく、し
かも特殊な回路を必要としないので、比較的構成が簡単
になり、モノリシック集積回路として構或することも容
易である上、高分解能且つ高速化を実現できるという効
果がある.
第1図は本発明の第一の実施例を示すA/D変換器の回
路図、第2図は本発明の第二の実施例を示すA/D変換
器の回路図、第3図は従来の一例を示す並列比較方式A
/D変換器の回路図、第4図は従来の他の例を示す逐次
比較方式A/D変換器の回路図である.
路図、第2図は本発明の第二の実施例を示すA/D変換
器の回路図、第3図は従来の一例を示す並列比較方式A
/D変換器の回路図、第4図は従来の他の例を示す逐次
比較方式A/D変換器の回路図である.
Claims (1)
- 第一の基準電圧および第二の基準電圧間に接続された第
一の電圧分圧回路と、オーバレンジを含むデジタル値を
出力するとともに制御信号を作成する制御回路と、前記
制御回路からの制御信号で開閉を制御され且つ前記第一
の電圧分圧回路の分圧電圧を出力する複数のスイッチを
有するスイッチ回路と、前記第一の電圧分圧回路の出力
電圧をさらに分圧する第二の電圧分圧回路と、アナログ
入力電圧をサンプリングして保持するサンプル・ホール
ド回路と、前記第二の電圧分圧回路の複数の出力をそれ
ぞれ比較基準とし且つ前記サンプル・ホールド回路から
のアナログ電圧との比較動作を行なう複数の比較器と、
前記複数の比較器の出力を入力とする論理変換回路とを
含み、前記制御回路のオーバレンジを含むデジタル値出
力を上位ビットとし且つ前記論理変換回路のデジタル値
出力を下位ビットとすることを特徴とするA/D変換器
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1157643A JP2797455B2 (ja) | 1989-06-19 | 1989-06-19 | A/d変換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1157643A JP2797455B2 (ja) | 1989-06-19 | 1989-06-19 | A/d変換器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0322625A true JPH0322625A (ja) | 1991-01-31 |
| JP2797455B2 JP2797455B2 (ja) | 1998-09-17 |
Family
ID=15654210
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1157643A Expired - Lifetime JP2797455B2 (ja) | 1989-06-19 | 1989-06-19 | A/d変換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2797455B2 (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5881328A (ja) * | 1981-11-10 | 1983-05-16 | Toshiba Corp | A/d変換器 |
| JPS592428A (ja) * | 1982-06-26 | 1984-01-09 | Toshiba Corp | アナログ−デイジタル変換回路 |
-
1989
- 1989-06-19 JP JP1157643A patent/JP2797455B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5881328A (ja) * | 1981-11-10 | 1983-05-16 | Toshiba Corp | A/d変換器 |
| JPS592428A (ja) * | 1982-06-26 | 1984-01-09 | Toshiba Corp | アナログ−デイジタル変換回路 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2797455B2 (ja) | 1998-09-17 |
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