JPH04162829A - A/d変換器 - Google Patents

A/d変換器

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JPH04162829A
JPH04162829A JP28903190A JP28903190A JPH04162829A JP H04162829 A JPH04162829 A JP H04162829A JP 28903190 A JP28903190 A JP 28903190A JP 28903190 A JP28903190 A JP 28903190A JP H04162829 A JPH04162829 A JP H04162829A
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Satoshi Kanbara
神原 聡
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はA/D変換器に関し、特に電流比較方式を用い
たモノリシックIC化に適したA/D変換器に関する。
〔従来の技術〕
従来、かかるA/D変換器はMOSFETを用いた逐次
比較型A/D変換器が知られている。
第3図はかかる従来の一例を示すA/D変換器の回路図
である。
第3図に示すように、従来のA/D変換器は、アナログ
入力端子1に接続された差動増幅器19とPチャンネル
(P c h) MOS )ランジスタ(Tr)Qpt
およびN Ch MOS T r QNI並びに抵抗R
で構成された電圧・電流変換部2と、電圧・電流変換部
2により変換された電流に連動して電流量が変化するP
chMO8Trからなる第二の電流源6と、Nch M
O8Tr  QN21QN3から成る第一の出力駆動部
7と、Nch  MO3T r  QN4. QN5か
らなる第二の圧力駆動部9と、6bit電流圧力型D/
A変換器8と、アナログスイッチ10およびコンパレー
タ11と、これらアナログスイッチlO等に接続された
基準電圧源12及びパルス発生器17と、コンパレータ
11の出力側およびデジタル出力端子14に接続された
逐次比較レジスタ13と、差動入力Tr4の一入力端お
よび能動負荷Tr5間に接続された周波数補正用Tr1
5および容量16と、第一および第二の圧力駆動部7,
9に接続された基準電圧源18とから構成されている。
尚、上述したD/A変換器8は便宜上6blt分解能の
ものについて説明する。
かかるA/D変換器において、アナログ入力端子1に印
加された電圧は電圧・電流変換部2により電圧・電流変
換される。この時、PchMO8TrQp+および第二
の電流源6を構成するPチャネルMO8Trには、等し
い電流が流れるものとする。また、第一の電流源3.差
動入力Tr4、能動負荷Tr5.第5.電流源6.第一
の圧力駆動部72周波数補正用Tr15および周波数補
正用容量16から成る回路は、基準電圧源12の出力電
圧(V l)が一定になるように第一の出力駆動部7を
形成するNch  MO8Tr  QN2のドレイン端
子を制御している。
一方、コンパレータ11の入力端子をアナログスイッチ
10及びパルス発生器17からのパルスにより短絡させ
ているのは、NchMO8TrQN3及びQNjから成
るカレントミラー回路に流れる電流を等しくするためで
ある。このアナログスイッチ10によりコンパレータ1
1の入力端子を開放し、第二の出力駆動部9で流し込む
シンク電流とD/A変換器8により流し出すドライブ電
流との差により、N c h MOS T r  QN
<のドレイン電位は基準電圧源12の出力電圧■1を境
として振幅する。
上述したように、nビット分解能を持ったA/D変換器
であれば、上記の動作を逐次比較レジスタ13を介して
n回繰返すこととなっている。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述した従来のA/D変換器は、第一の電流源3、差動
入力Tr 4.能動負荷Tr・5.PchMO8Trか
らなる第二の電流源6.出力駆動部7、周波数補正用T
r 15.周波数補正用容量16から成る帰還回路を構
成している。この帰還回路において、入力段における相
互フンダクタンスG、、1は次の(1)式で表わすこと
ができる。
但し、μは移動度、ε。。はゲート酸化膜の比誘電率、
t。、はゲート酸化膜の厚さ、L + r W+ rV
Q81はそれぞれP Ch MOS  T r  Qp
tのゲート幅、ゲート長、ゲート・ソース間電圧、V7
pはPchMO8Trのしきい値電圧である。
また、出力段における相互コンダクタンスG。2は、次
の(2)式で表わすことができる。
但し、L 2 、 W2 r VO52はそれぞれNc
hMO3TrQNxのゲート幅、ゲート長、ゲート・ソ
ース間電圧、VT)JはNch MO3Trのしきい値
電圧である。
ここで、ω、=Gイ2/CC(CCは周波数補正用容量
16の容量値)の高周波領域では、周波数補正用容量1
6が出力駆動部7のTrQNzのドレインとTrQN3
のゲート間を短絡しはじめる。
従って、初段の小信号電流はダイオード接続された出力
駆動部7を見込むインピーダンス(110,2)へ流れ
込むことになる。すなわち、この帯域での利得は、 になる。尚、AzはZero点における利得である。
この回路のZ ero点における安定条件は、で求めら
れるので、上述した(1)、 (2)式を(4)式に代
入すると、 になる。
今、電圧・電流変換部2によって変換される電流をIL
SB=1μAとすると、第3図に示す6b i t A
 / D変換器8ではアナログ入力端子1にフルスケー
ル電圧が印加された場合、電圧・電流変換部2によって
64μAの電流に変換されるので、PchMO8Trか
らなる第二の電流源6にも64μAの電流が流れる。こ
の時、差動入力Tr4のQp4に流れる電流が1μAに
なるように電流源3が設定され、TrQp4のパラメー
ターがTr  QN3と等しく設定されたとすると、上
述した帰還回路におけるZero点での利得は次の(6
)式のようになり、安定している。
=0.125<0.316      ・・・・・・ 
(6)この状態でA/D変換を行なうと、デジタル出力
端子14に6bitのフルスケールコードが得られる。
次に、アナログ入力端子1にILSBにあたる電圧が印
加されると、電圧・電流変換部2によって1μAの電流
に変換され、PchMO8Trからなる第二の電流源6
にも1μAの電流が流れる。この時、N c h MO
S  T r  QN2のドレイン電位はV+(一定)
に保たれながら、NchMO3Tr  QN3に1μA
の電流が流れるようにゲート電位が変動する。ここでの
帰還回路による動作を式で表わすと、 すなわち、アナログ入力電圧がフルスケール値とゼロス
ケール値の間でω= G e12 / c cの周期で
変動した場合、N c h MOS T r  QN3
及びQN5のゲート電極は発振してしまい、D/A変換
器8から出力される電流とTrQNsによって引っばる
電流の正確な比較ができず、ゼロスケール入力にもかか
わらず出力はゼロスケールエラーを含んだデジタル出力
波形になってしまう。
本発明の目的は、かかるゼロスケールからフルスケール
までの安定した電流を得ることにより、正確なA/D変
換を実現する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、アナログ入力端子に接続され
た電圧・電流変換回路と、前記電圧・電流変換回路の電
流の変化に追従して電流が変化する第一の電流源と、前
記第一の電流源に接続された差動入力トランジスタと、
前記差動入力トランジスタのドレイン電極に接続された
能動負荷トランジスタと、前記差動入力トランジスタ及
び前記能動負荷トランジスタに接続された第一及び第二
の出力駆動部と、前記第一の出力駆動部のドレイン電極
に接続された第二の電流源と、前記第二の出力駆動部の
ドレイン電極に接続されたD/A変換器と、前記差動入
力トランジスタの第一もしくは第二の入力端子および前
記第二の出力駆動部のドレイン電極間に接続されたアナ
ログスイッチおよびコンパレータと、前記コンパレータ
の一方の入力端子に接続された基準電圧源と、前記アナ
ログスイッチに接続されたパルス発生器と、前記コンパ
レーターの出力端子と前記D/A変換器の入力端子及び
デジタル出力端子に接続された逐次比較レジスタとを有
して構成される。
〔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1図は本発明の第一の実施例を示す逐次比較型A/D
変換器の回路図である。
第1図に示すように、本実施例も便宜上6bit分解能
を持つA/D変換器について説明する。
まず、本実施例のA/D変換器は、第一の電源■o、お
よび第二の電源Vss間に接続されたPchMO8T 
r  Qp+とN c h MOS T r  QNI
および抵抗Rと、アナログ入力端子lに接続された差動
増幅器19とで構成された電圧・電流変換部2を有する
。この電圧・電流変換部2によって変換された電流に連
動してP c h  T r  QP2からなる第一の
電流源3及びPch MO8Trからなる第二の電流源
6の電流量が変化する。この第一の電流源3には、P 
Ch MOS T r  QP3. QP4から成る差
動入力Tr4を介してN c h  T r  QN6
からなる能動負荷Tr5が接続される。また、第二の電
流源6には、N Ch  T r  QN2 、 QN
3からなる出力駆動部7と、周波数補正用容量16およ
び周波数補正用Tr15とが接続され、しかも差動入力
Tr4は能動負荷Tr5に接続される。また、6bit
電流出力型D/A変換器8と、このD/A変換器8に接
続されたNch MO8Tr  QN4゜Q、、、から
成る出力駆動部9と、D/A変換器8および差動入力T
r4の一入力端に接続されたアナログスイッチIOおよ
びコンパレータ11と、基準電圧源12.18とアナロ
グスイッチ10に接続されたパルス発生器17と、コン
パレータ11の出力側およびデジタル出力端子14に接
続された逐次比較レジスタ13とを有している。
かかるA/D変換器において、アナログ入力端子1に印
加された電圧は電圧・電流変換部2によって電流に変換
され、その電流と等しい電流がPchMO8Trからな
る第二の電流源6にも流れるようになっている。また、
第一の電流源3は電圧・電流変換部2によって変換され
た電流に連動して電流量が変化するようになっている。
これら第一の電流源3.差動入力Tr 4.能動負荷T
r5.Iff力駆動部71周波数補正用Tr15゜周波
数補正用容量16からなる帰還回路出力駆動部7のN 
c h MOS  T r  QN2のドレイン電位を
基準電圧源12の出力電圧Vt(一定)に保つようにし
ている。
以下、かかる帰還回路の動作について説明する。
ます、アナログ入力端子1にフルスケール電圧が印加さ
れた時、電圧・電流変換部2によって、従来例と同様、
64μAの電流に変換されるので、PchMO8Trか
らなる第二の電流源6にも64μAの電流が流れる。こ
の時、PchMO8Tr  QP2からなる第一の電流
源には、2μAの電流が流れ、P c h  T r 
 Qp3. QP4からなる差動入力Tr4およびNC
h  T r  QN6からなる能動負荷Tr5のパラ
メーター設定が従来例と同じだとすると、ωz =G 
=、2/ Ccでの利得は前述した(6)式と同じにな
り、最終的にデジタル圧力端子14かう6bitのフル
スケールコードが得られる。
次に、アナログ入力端子1にILSBにあたる電圧が印
加されると、電圧・電流変換部2によって1μAの電流
に変換されるのでPchMO8Trからなる第二の電流
源6にも1μAの電流が流れる。この時、P c h 
MOS T r  QP2からなる第一の電流源3には
0.03125μAの電流が流れる。ここで、上述した
帰還回路によるω2−G、2/Coでの安定状態につい
て考えると、となり、安定な状態で動作できるので最終
的にゼロスケールからフルスケールまで安定したデジタ
ル圧力を得ることができる。
第1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。
ユ 第3図に示すように、本実施例はPch  TrQP2
からなる第一の電流源3と、Pch Tr  QP3゜
QPIからなる差動入力Tr4と、N c h  T 
r  QN6゜Q N7からなる能動負荷Tr20とに
より構成した増幅回路が前述した第1図に示す第一の電
流源3と差動入力Tr4および能動負荷Tr5から成る
回路と同様の利得を得られるように設定されていれば、
前述した(6)式及び(8)式を満たすことができ、第
一の実施例と同様安定なA/D変換結果を得ることがで
きる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明のA/D変換器は、アナロ
グ入力端子に印加された電圧を電流に変換する電圧・電
流変換部と、その電流によって電流量の変化する第一及
び第二の電流源と、差動入力トランジスタおよび能動負
荷トランジスタと、D/A変換器と、第一及び第二の出
力駆動部とを設けることにより、ゼロスケールからフル
スケールまで安定した電流を得ることができ、この電流
をD/A変換器からの電流と比較することにより、正確
なA/D変換結果が得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第一の実施例を示す逐次比較型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
逐次比較型A/D変換器の回路図、第3図は従来の一例
を示す逐次比較型A/D変換器の回路図である。 1・・・・・・アナログ入力端子、2・・・・・・電圧
・電流変換部、3,6・・・・・・電流源、4・・・・
・・差動入力Tr、5.20・・・・・・能動負荷Tr
、7,9・・・・・・出力駆動部、8・・・・・・D/
A変換器、10・・・・・・アナログスイッチ、11・
・・・・・コンパレータ、12.18・・・・・・基準
電圧源、13・・・・・・逐次比較レジスタ、14・・
・・・・テジタル出力端子、15・・・・・・周波数補
正用Tr、16・・・・・・周波数補正用容量、17・
・・・・・パルス発生器、19・・・・・・差動増幅器
、C1pt〜QP5・・・・・・PチャンネルMO8T
r、Q、+1〜QNT・・・・・・NチャンネルMO8
Tr、R・・・・・・抵抗。 代理人 弁理士  内 原   晋 第2図 第3図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  アナログ入力端子に接続された電圧・電流変換回路と
    、前記電圧・電流変換回路の電流の変化に追従して電流
    が変化する第一の電流源と、前記第一の電流源に接続さ
    れた差動入力トランジスタと、前記差動入力トランジス
    タのドレイン電極に接続された能動負荷トランジスタと
    、前記差動入力トランジスタ及び前記能動負荷トランジ
    スタに接続された第一及び第二の出力駆動部と、前記第
    一の出力駆動部のドレイン電極に接続された第二の電流
    源と、前記第二の出力駆動部のドレイン電極に接続され
    たD/A変換器と、前記差動入力トランジスタの第一も
    しくは第二の入力端子および前記第二の出力駆動部のド
    レイン電極間に接続されたアナログスイッチおよびコン
    パレータと、前記コンパレータの一方の入力端子に接続
    された基準電圧源と、前記アナログスイッチに接続され
    たパルス発生器と、前記コンパレーターの出力端子と前
    記D/A変換器の入力端子及びデジタル出力端子に接続
    された逐次比較レジスタとを有することを特徴とするA
    /D変換器。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55153428A (en) * 1979-05-18 1980-11-29 Nec Corp Analog-digital converter
JPS5746528A (en) * 1980-09-04 1982-03-17 Nec Corp Analog-digital converting circuit

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