JPH04234227A - 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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JPH04234227A
JPH04234227A JP3232412A JP23241291A JPH04234227A JP H04234227 A JPH04234227 A JP H04234227A JP 3232412 A JP3232412 A JP 3232412A JP 23241291 A JP23241291 A JP 23241291A JP H04234227 A JPH04234227 A JP H04234227A
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comparators
transistor
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trs
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Michel Mouret
ムーレ ミシェル
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STMicroelectronics lnc USA
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SGS Thomson Microelectronics SA
SGS Thomson Microelectronics Inc
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    • H—ELECTRICITY
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    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
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    • H03M1/12—Analogue/digital converters
    • H03M1/20—Increasing resolution using an n bit system to obtain n + m bits
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    • H03M1/203—Increasing resolution using an n bit system to obtain n + m bits by interpolation using an analogue interpolation circuit
    • H—ELECTRICITY
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    • H03M1/14—Conversion in steps with each step involving the same or a different conversion means and delivering more than one bit
    • H03M1/141—Conversion 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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  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

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】
【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
C1・・・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C
i の出力電圧SiはSi−r、Si−2r・・・・ 
、及びSi+r、Si+2r・・・と、同様に比較器C
i+1 の出力電圧Si+1はSi+1+r、Si+1
+2r 、・・・ 、及びSi+1−r、Si+1−2
r・・・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C
i 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Ci 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ISS
CC87、第94頁〜第95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ADC(An
 8bit 50MHz Video ADC wit
h folding and interpolati
on 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、T5
1、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NP
N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、T
92、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S
1a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、T9
2、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T1 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T5
2、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 、V
5 、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、T9・・・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C1 、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E
1 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1
01 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

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1段のp個の比較器を備えると共に、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(S1a
    、S1b)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、q+1個の比較器(p[q
    +1]=2N )の第2段(I1・・・Ir )におけ
    る遷移状態近傍で、各グループの出力電圧を比較をする
    Nビットの補間アナログ・ディジタル変換器において、
    第1段の各比較器は、それぞれ第1及び第2のトランジ
    スタ(T101 、T102 ;T103 、T104
     )を含む2つの脚を含む高度に線形の比較器であり、
    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
    タは抵抗を介して相互接続されていることを特徴とする
    補間アナログ・ディジタル変換器。
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DE69115610T2 (de) 1996-08-14
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EP0474567A1 (fr) 1992-03-11
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