JPH0683070B2 - A / D converter - Google Patents

A / D converter

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JPH0683070B2
JPH0683070B2 JP14592587A JP14592587A JPH0683070B2 JP H0683070 B2 JPH0683070 B2 JP H0683070B2 JP 14592587 A JP14592587 A JP 14592587A JP 14592587 A JP14592587 A JP 14592587A JP H0683070 B2 JPH0683070 B2 JP H0683070B2
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conversion
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はアナログ電圧をデジタル値へ変換するアナログ
/デジタル変換器(A/D変換器)に関するもので、さら
には直並列型A/D変換器と呼ばれるA/D変換器に関するも
のである。
The present invention relates to an analog / digital converter (A / D converter) for converting an analog voltage into a digital value, and further a serial / parallel A / D conversion. It is related to an A / D converter called a vessel.

(従来の技術) 簡便化のために、上位3ビット、下位3ビットの並列型
A/D変換器を用い、上位ビットと下位ビツトを1ビット
オーバーラップさせて5ビットの変換結果を得る直並列
型A/D変換方式で考える。
(Prior Art) Parallel type of upper 3 bits and lower 3 bits for simplification
Consider a serial-parallel A / D conversion method in which an A / D converter is used and the upper bit and the lower bit are overlapped by 1 bit to obtain a conversion result of 5 bits.

直並列型A/D変換方式とは、2段構成の場合初段の並列
型A/D変換器で粗くA/D変換して上位ビットを求め、次に
入力信号から初段でA/D変換した分を差し引き、残りを
再び並列型A/D変換器でA/D変換して下位ビットを求め、
上位ビットと下位ビットをあわせて所定の分解能の変換
結果を得るものである。上位ビットと下位ビットを加算
するときに1ビットオーバーラップさせるということ
は、上位ビットの2LSBの範囲で2段目の変換を行なうと
いうことで、初段の変換誤差を2段目の変換時に補正す
ることができる。従って初段のA/D変換器は初段の分解
能の1/2LSBの精度であれば良いので、A/D変換器を構成
する素子に対する要求精度も緩やかである。具体的には
上位ビットと下位ビットをオーバーラップさせないで5
ビットの変換結果を得るためには5ビットの±1/2LSBの
精度が要求されるのに対して上位3ビットと下位3ビッ
トから1ビットオーバーラップさせて5ビットの変換結
果を得るためには、3ビットの±1/2LSBの精度で良いの
で要求精度は4倍も異なる。分解能が大きくなり素子精
度に対する要求が厳しくなるほどこの差が顕著になる。
With the serial-parallel type A / D conversion method, in the case of a two-stage configuration, the parallel type A / D converter at the first stage roughly performs A / D conversion to obtain the upper bits, and then performs A / D conversion at the first stage from the input signal. Subtract the minute, A / D convert the rest again with the parallel A / D converter to obtain the lower bits,
The upper bit and the lower bit are combined to obtain a conversion result with a predetermined resolution. One bit overlap when adding the high-order bit and the low-order bit means that the conversion of the second stage is performed within the range of 2 LSB of the high-order bit, and the conversion error of the first stage is corrected during the conversion of the second stage. be able to. Therefore, since the accuracy of the A / D converter in the first stage is 1/2 LSB of the resolution in the first stage, the accuracy required for the elements forming the A / D converter is also moderate. Specifically, do not overlap the high-order bit and the low-order bit.
To obtain the conversion result of 5 bits, the accuracy of ± 1/2 LSB of 5 bits is required, but to obtain the conversion result of 5 bits by overlapping the upper 3 bits and the lower 3 bits by 1 bit. Since the accuracy of ± 1 / 2LSB of 3 bits is sufficient, the required accuracy is four times different. This difference becomes more remarkable as the resolution increases and the requirement for element accuracy becomes more stringent.

ここで、下位ビットの求め方および上位ビットと下位ビ
ットの加算方法について考える。下位ビットを求めるた
めに、入力信号から初段でA/DH変換した分を差し引くと
きに、初段のA/D変換結果をそのまま差し引くと2段目
の入力として正負、両方の符号の値を生じる。
Here, a method of obtaining the lower bits and a method of adding the upper bits and the lower bits will be considered. When subtracting the amount of A / DH conversion at the first stage from the input signal to obtain the lower bits, if the A / D conversion result at the first stage is subtracted as it is, positive and negative values of both signs are generated as the input of the second stage.

3ビットA/D変換器を例に挙げて、具体的に説明する。A three-bit A / D converter will be taken as an example and specifically described.

一般的に、従来のA/D変換器は0からVrのアナログ入力
電圧VINを変換して、“000"から"111"のディジタルコー
ドを出力する。このとき、入力電圧と出力コードの関係
は第3図のようになる。出力コードを通常の10進数であ
らわすと、 0≦VIN<Vr(0)のときD=0 (1) Vr(i-1)≦VIN<r(i)のときD=i ただし、iは1〜6の整数 (2) Vr(7)≦VIN<VrのときD=7 (3) ただし、 Vr(m)={(2m+1)/16}Vr、mは0〜7の整数(4) である。
Generally, a conventional A / D converter converts an analog input voltage V IN of 0 to Vr and outputs a digital code of “000” to “111”. At this time, the relationship between the input voltage and the output code is as shown in FIG. When the output code is represented by a normal decimal number, when 0 ≦ V IN <Vr (0) , D = 0 (1) Vr ( i −1) ≦ V IN <r ( i ) , D = i where i Is an integer of 1 to 6 (2) Vr (7) ≤ V IN <Vr D = 7 (3) where Vr ( m ) = {(2m + 1) / 16} Vr, m is an integer of 0 to 7 ( 4)

ここで、A/D変換結果をN、変換結果に相当するアナロ
グ電圧をVad(N)とすると、Vad(N)は第3図に示したよう
に、 Vad(N)=N・Vr/8 (5) となる。入力電圧VINが第3図中に示したように、 Vr(3)≦VIN<Vr(4) (6) Vr(3)=7Vr/16、Vr(4)=9Vr/16 (7) のときは出力はD=4である。この変換結果に相当する
アナログ電圧は Vad(4)=8Vr/16 (8) である。したがって、下位ビットを求めるために入力信
号から初段でA/D変換した結果(8Vr/16)をそのまま差
し引くと、入力信号の大きさに応じて、2段目の入力と
して次のように正負、両方の符号を生じる。すなわち、
差し引いた結果をVdifとすると 7Vr/16≦VIN<8Vr/16のとき−Vr/16≦Vdif<0 (9) 8Vr/16≦VIN<9Vr/16のとき0≦Vdif<Vr/16 (10) となる。その結果、上位ビットと下位ビットを1ビット
オーバーラップさせて加算するときに実際には減算も必
要になりハード機能が複雑になる。さらに単一電源のA/
D変換器で入力電圧が正負いずれか一方だけの場合には
不都合である。第3図を参照して具体的に説明する。入
力信号から初段のA/D変換結果を差し引く時に初段のA/D
変換結果から1LSB少ない値を入力信号から差し引くよう
にすると、差し引く電圧はD−1=4−1=3に相当す
る電圧となる。すなわち、 Vad(3)=6Vr/16 (11) を差し引くことになる。したがって、差し引いた結果V
dif′は、 Vr/16≦Vdif′<3Vr<16 (12) となり、正の一符号だけになる。差し引いた結果が2段
目の入力信号となるので、2段目の入力は正の一符号だ
けになる。一般的には、正あるいは負の一符号だけにな
るのであるが上述した例では正の一符号だけである。
Assuming that the A / D conversion result is N and the analog voltage corresponding to the conversion result is Vad (N) , Vad (N) is Vad (N) = N · Vr / 8 as shown in FIG. (5) As shown in Fig. 3, the input voltage V IN is Vr (3) ≤ V IN <Vr (4) (6) Vr (3) = 7Vr / 16, Vr (4) = 9Vr / 16 (7) , The output is D = 4. The analog voltage corresponding to this conversion result is Vad (4) = 8Vr / 16 (8). Therefore, if the result of A / D conversion at the first stage (8Vr / 16) is subtracted as it is from the input signal to obtain the lower bits, depending on the size of the input signal, as the second stage input, Produces both signs. That is,
When the subtracted result is Vdif, 7Vr / 16 ≦ V IN <8Vr / 16 −Vr / 16 ≦ Vdif <0 (9) 8Vr / 16 ≦ V IN <9Vr / 16 0 ≦ Vdif <Vr / 16 ( 10) As a result, when the upper bit and the lower bit are overlapped by one bit and added, subtraction is actually required, and the hardware function becomes complicated. A / of a single power supply
It is inconvenient if the input voltage of the D converter is either positive or negative. This will be specifically described with reference to FIG. When subtracting the first-stage A / D conversion result from the input signal, the first-stage A / D
By subtracting 1 LSB less from the conversion result from the input signal, the subtracted voltage becomes a voltage corresponding to D-1 = 4-1 = 3. That is, Vad (3) = 6Vr / 16 (11) is subtracted. Therefore, the result of subtraction V
The dif ′ is Vr / 16 ≦ V dif ′ <3Vr <16 (12), and has only one positive sign. Since the result of subtraction becomes the input signal of the second stage, the input of the second stage has only a positive one sign. Generally, only one sign is positive or negative, but in the above example, only one sign is positive.

したがって、上位ビットと下位ビットを加算するときの
上位ビットのして本来のA/D変換の結果より1LSB少ない
値を初段のA/D変換器の出力コードとし(今の例では
“3")、それに対応したD/A変換した値(同様にVad(3)
を入力信号から差し引いて2段目の入力とすると、2段
目の入力は正の一符号だけになる。2段目の入力が正の
一符号だけであれば、A/D変換結果も正の一符号だけで
あるので、上位ビットと下位ビットを加算するときに加
算だけで、減算になることがなくなる。もし、2段目の
入力に正あるいは負の両符号が生じると、2段目のA/D
変換器には正、負の両符号の入力を扱えるA/D変換器が
必要になり、さらに、加算するときも正数と負数を加算
する(すなわち減算)必要が生じる。
Therefore, the value of the upper bit when adding the upper bit and the lower bit is 1LSB less than the original A / D conversion result as the output code of the A / D converter in the first stage (“3” in this example). , The corresponding D / A converted value (also Vad (3)
Is subtracted from the input signal to obtain the second-stage input, the second-stage input has only a positive sign. If the input in the second stage is only one positive sign, the A / D conversion result is also only one positive sign, so when adding the high-order bit and the low-order bit, only addition is performed and there is no subtraction. . If both positive and negative signs occur in the input of the second stage, the A / D of the second stage
The converter needs an A / D converter that can handle both positive and negative inputs, and also needs to add (subtract) positive and negative numbers when adding.

ただし各段のA/D変換結果が本来“0"であるような場合
に1LSB小さい値をA/D変換器の出力コードとすると出力
コードがマイナスになり、不都合が生じるので、その場
合は“0"をそのまま出力する。したがって並列型A/D変
換器の入力が本来“0"あるいは“1"の場合、両方とも出
力コードは0である。
However, if the A / D conversion result of each stage is originally "0" and a value smaller by 1 LSB is used as the output code of the A / D converter, the output code will become negative and inconvenience will occur. In that case, 0 "is output as it is. Therefore, when the input of the parallel type A / D converter is originally "0" or "1", the output code is 0 in both cases.

このように直並列型A/D変換方式において、上位ビット
と下位ビットをオーバーラップさせて加算して所定のA/
D変換結果を得る方式では、初段の並列型A/D変換器は通
常のA/D変換結果より1LSB少ない値を出力するようなA/D
変換器とし、それに対応してD/A変換器も出力する方式
が単一電源のICとして優れている。この方式については
特願昭59−079504号に詳しい記載がある。
In this way, in the serial-parallel A / D conversion method, the high-order bit and the low-order bit are overlapped and added, and the predetermined A / D
In the method that obtains the D conversion result, the parallel A / D converter at the first stage outputs an A / D value that is 1 LSB less than the normal A / D conversion result.
A converter that outputs a D / A converter correspondingly is an excellent IC for a single power supply. This method is described in detail in Japanese Patent Application No. 59-079504.

多段構成にする場合は、最終段の並列型A/D変換器だけ
従来のA/D変換結果をそのまま出力するA/D変換器を用
い、それ以外は上記のA/D変換器を用いればよい。
When using a multi-stage configuration, use the A / D converter that outputs the conventional A / D conversion result as is only for the final parallel A / D converter, and use the above A / D converter otherwise. Good.

(発明が解決しようとする問題点) 以上に(従来の技術)項で説明した直並列型A/D変換方
式において、各段の並列型A/D変換をサイクリックにし
て同一の並列型A/D変換器で実行することを考える。そ
うすると変換速度は遅くなるが、チップ面積、消費電力
は格段に小さくなり、他のデジタル信号処理回路と集積
化することを考えると有利な点が多い。
(Problems to be Solved by the Invention) In the serial / parallel A / D conversion method described in the section (Prior Art) above, the parallel A / D conversion of each stage is cyclically made into the same parallel type A / D conversion. Consider running with a / D converter. If so, the conversion speed becomes slower, but the chip area and power consumption become much smaller, and there are many advantages when considering integration with other digital signal processing circuits.

ところが、並列型A/D変換器として、本来の変換結果よ
り1LSB小さい値を出力するような並列型A/D変換器を用
いるとサイクリックにした場合、最終段のA/D変換結果
も1LSB小さい値を出力する。したがって正しいコードに
するためには得られたコードに“1"を加算する必要があ
る。これを実行するためには、上位ビットと最終段の出
力コードを加算する時に最下位ビットに“1"を加算させ
ればよい。
However, if a parallel type A / D converter that outputs a value 1 LSB smaller than the original conversion result is used as the parallel type A / D converter, the final stage A / D conversion result will also be 1 LSB. Output a small value. Therefore, it is necessary to add "1" to the obtained code to make it a correct code. To do this, "1" may be added to the least significant bit when adding the output code of the upper bit and the output code of the last stage.

しかし、(従来の技術)項で説明したように、並列型A/
D変換器の入力が本来“0"あるいは“1"に変換される入
力である場合 Vrefは並列型A/D変換器の基準電圧、Npは並列型A/D変換
器の分解能、VINは並列型A/D変換器の入力電圧)、並列
型A/D変換器の出力コードは“0"であるので、最終段のA
/D変換結果の出力コードが“0"であるような入力即ち (Noは直並列型A/D変換器全体の分解能)である場合、
最下位ビットに“1"を加算すると直並列型A/D変換器と
しての出力が“1"になってしまい、入力が0でも出力と
して“0"を出力しなくなってしまう。これを避けるため
には、最下位ビットに“1"を加算させるときに、最終段
の変換結果が本来“0"であるのか“1"であるのかを判定
して、本来“0"である場合を除いて最下位ビットに“1"
を加算する形式にしなくてはならない。
However, as explained in the (Prior Art) section, parallel A /
When the input of the D converter is originally converted to "0" or "1" Vref is the reference voltage of the parallel A / D converter, Np is the resolution of the parallel A / D converter, V IN is the input voltage of the parallel A / D converter), and the output code of the parallel A / D converter Is "0", so A in the final stage
Input that output code of / D conversion result is "0" (No is the resolution of the entire series-parallel A / D converter),
If "1" is added to the least significant bit, the output of the serial / parallel A / D converter becomes "1", and even if the input is 0, "0" will not be output as the output. To avoid this, when adding "1" to the least significant bit, it is judged whether the conversion result of the final stage is originally "0" or "1", and it is originally "0". "1" in the least significant bit except when
Must be added.

したがって従来の方式で、並列型A/D変換を同一の並列
型A/D変換器でサイクリックに行なうようにすると、そ
の変換が最終段の時だけ並列型A/D変換器の入力が“0"
であるかどうかを判定する必要が生じ、制御系および加
算器の部分が複雑になるという問題が生じる。
Therefore, if the parallel A / D conversion is cyclically performed by the same parallel A / D converter in the conventional method, the input of the parallel A / D converter will be “only” when the conversion is at the final stage. 0 "
Therefore, it becomes necessary to determine whether or not the control system and the adder are complicated.

(問題点を解決するための手段) 前述の問題点を解決するために本発明が提供する手段
は:入力信号を分解能Nビット(Nは正の整数)の並列
型A/D変換器でA/D変換して上位の第1のNビットデジタ
ル出力を得、前記Nビット並列型A/D変換器の第1のデ
ジタル出力をD/A変換した値と前記入力信号との差を2
N-1倍した値を前記Nビット並列型A/D変換器の第2の入
力として前記並列型A/D変換器でA/D変換して下記の第2
のNビットデジタル出力を得、前記上位の第1のNビッ
トデジタル出力と前記下位の第2のNビットデジタル出
力とを1ビットオーバーラップさせて加算し(2N−1)
ビットのデジタルコードを得、さらに下位ビットを求め
るには前記Nビット並列型A/D変換器の第2のNビット
デジタル出力をD/A変換した値と前記Nビット並列型A/D
変換器の第2の入力との差を2N-1倍した値を前記Nビッ
ト並列型A/D変換器の第3の入力としてA/D変換して第3
のNビットデジタル出力を得て前記の加算結果と1ビッ
トオーバーラップさせて加算してさらに下位ビットまで
求めるという演算を繰り返し、全部でM回(Mは2以上
の整数)の並列型A/D変換を行なって(MN−M+1)ビ
ットのデジタル出力を得る直並列型A/D変換器であっ
て、前記並列型A/D変換器は;入力が基準電圧の時“0"
で入力が0の時“2N"となるように変換するが出力コー
ドは通常のA/D変換結果から1LSB引いた値を出力し;基
準電圧をVrefとすると入力電圧VINでは“0"を出力し、入力電圧が では“1"を出力し,以下 ずつ減少していくと1ずつ出力が大きくなり;入力電圧
では10進数でnとなる2進コードを出力し(1n2N
−2),入力電圧が では(2N−1)なる2進コードを出力し; 前記並列型A/D変換器のデジタル出力をD/A変換するとき
は前記並列型A/D変換器のデジタル出力が10進数でmで
あればD/A変換した結果が となるようにD/A変換し;上位ビットと下位ビットとを
1ビットオーバーラップさせてする加算の繰り返しによ
り得られた前記(MN−M+1)ビットコードの“0"と
“1"とを反転して得られたコードを出力コードとするこ
とを特徴とする。
(Means for Solving the Problems) The means provided by the present invention for solving the above problems are as follows: The input signal is a parallel type A / D converter having a resolution of N bits (N is a positive integer). A higher first N-bit digital output is obtained by D / D conversion, and the difference between the value obtained by D / A converting the first digital output of the N-bit parallel A / D converter and the input signal is 2
A value obtained by multiplying by N-1 is used as the second input of the N-bit parallel A / D converter, A / D converted by the parallel A / D converter, and the second
Of the upper N-bit digital output and the lower second N-bit digital output are overlapped by 1 bit and added (2N-1)
In order to obtain a digital code of bits and to obtain lower bits, a value obtained by D / A converting the second N-bit digital output of the N-bit parallel A / D converter and the N-bit parallel A / D
A value obtained by multiplying the difference from the second input of the converter by 2 N-1 is A / D-converted as the third input of the N-bit parallel A / D converter to obtain a third value.
The operation of obtaining the N-bit digital output of the above and adding it by overlapping it with the above addition result by 1 bit to obtain the lower bits is repeated M times (M is an integer of 2 or more) in parallel type A / D. A serial-parallel A / D converter that performs conversion to obtain a (MN-M + 1) -bit digital output, wherein the parallel A / D converter is "0" when the input is a reference voltage.
When the input is 0, it is converted so that it becomes “2 N ”, but the output code outputs the value obtained by subtracting 1 LSB from the normal A / D conversion result; when the reference voltage is Vref, the input voltage V IN is Outputs “0” and the input voltage is Will output "1" and The output increases by 1 as the input voltage decreases; Outputs a binary code that is a decimal number n (1n2 N
-2), the input voltage is Then, a binary code of (2 N -1) is output; when the digital output of the parallel A / D converter is D / A converted, the digital output of the parallel A / D converter is m in decimal. If so, the result of D / A conversion is "0" and "1" of the (MN-M + 1) bit code obtained by repeating addition with the upper bit and the lower bit overlapping by 1 bit It is characterized in that the code obtained by the above is used as an output code.

(作用) 本発明においては、下位ビットを変換する時に上位ビッ
トの2LSBの範囲で変換し、上位ビットと下位ビットを1
ビットオーバーラップさせて加算してA/D変換結果を得
る直並列型A/D変換方式で、上位ビット、下位ビットの
変換を同一の並列型A/D変換器で行なう際に、並列型A/D
変換器の出力コードを実際の変換結果より1LSB小さい値
とするような並列型A/D変換器を用いる場合、最終段のA
/D変換時に並列型A/D変換器の入力が本来“0"であるか
どうか判定する必要をなくし、制御系および加算器を単
純にする。
(Operation) In the present invention, when converting the lower bit, the upper bit is converted within the range of 2 LSB, and the upper bit and the lower bit are set to 1
A serial-parallel A / D conversion method that overlaps bits and adds to obtain the A / D conversion result.When the same parallel A / D converter is used to convert upper bits and lower bits, the parallel A / D
When using a parallel type A / D converter that makes the output code of the converter 1LSB smaller than the actual conversion result, the A
Simplifies the control system and adder by eliminating the need to judge whether the input of the parallel A / D converter is originally "0" during / D conversion.

(実施例) 次に実施例を挙げ本発明を一層詳しく説明する。(Example) Next, an Example is given and this invention is demonstrated in more detail.

本発明の一実施例を第1図に示す。本図には説明を簡単
にするために3ビット並列型A/D変換器を用いた例を示
した。以下、この図にそって2回のA/D変換で上位3ビ
ット、下位3ビットを求め、1ビットオーバーラップさ
せて加算して5ビットの変換結果から出力コードを得る
例を説明する。
One embodiment of the present invention is shown in FIG. In the figure, an example using a 3-bit parallel A / D converter is shown for the sake of simplicity. An example in which the upper 3 bits and the lower 3 bits are obtained by performing the A / D conversion twice and the results are overlapped by 1 bit and added to obtain the output code from the conversion result of 5 bits will be described below.

第1図の3ビット並列型A/D変換器は並列型A/D変換器の
入力VINにより次のようなコードを出力する。Vrefは基
準電圧である。
The 3-bit parallel A / D converter shown in FIG. 1 outputs the following code according to the input V IN of the parallel A / D converter. Vref is a reference voltage.

つまり、基準をVrefとして入力がVrefのとき“0"、入力
が0のとき2Nとなる変換を行ない、変換結果から1LSB小
さい値を出力コードとしている。ただし、入力が の場合はA/D変換結果は“0"となり1LSB小さくするとマ
イナスになってしまうので、出力コードは“0"である。
この本来の変換結果より1LSB小さい出力コード対応した
値をD/A変換器も出力する。即ち出力コードが“m"であ
ればVrefを基準として測った入力からm・Vref/8の値が
差し引かれる。ここでは3ビット並列型A/D変換器とD/A
変換器の例で説明している。mを出力コードとすると、
基準電圧がVrefであれば3ビットD/A変換器の1LSB(量
子化ステップ)はVref/23=Vref/8となるので、出力コ
ードmに対応したD/A変換器の出力は、m・Vref/8とな
る。下位ビットを求めるためには差し引いた残りの電圧
を4倍して入力レンジをあわせ、2回目の並列型A/D変
換器のVrefを基準とした入力とする。第2図に入力電圧
と2回目の並列型A/D変換の入力の関係を示す。Vrefを
基準とした入力信号をVIN(1)とし、本来の変換結果
が“n"で“n−1"が出力コードとなった場合、2回目の
並列型A/D変換のための並列型A/D変換器へのVrefを基準
とした入力VIN(2)は であり、接地を基準とした値では が2回目の並列型A/D変換の入力である。これを実現す
るためには、第1図のキャパシタアレイのスイッチを次
のように切替える。即ち、スイッチSrをONにして入力を
サンプルする期間はS0〜S7は入力端子側へ接続し、次に
スイッチSrをOFFしてから、演算期間として各コンパレ
ータの出力によりS0〜S7を基準電圧側から接地側へ切替
える。このときスイッチSrはコンパレータの出力Q1-1
“H"であれば基準電圧側、Q1-1が“L"であれば接地側へ
切替わる。ただしS0は常に基準電圧側へ切替わる。ただ
し、コンパレータはコンパレータの入力が各コンパレー
タの比較電圧より大きければQ1=“H"を出力し、比較電
圧より小さければQ1=“L"を出力する。入力サンプル期
間、演算期間において電荷保存の式をたてることによっ
て(1),(2)式が成り立つ。このようにして得られ
た2回目の並列型A/D変換の入力を変換して下位ビット
が求められる。
That is, when the reference is Vref, conversion is performed to be "0" when the input is Vref and 2 N when the input is 0, and the value 1 LSB smaller than the conversion result is used as the output code. However, if the input is In the case of, the A / D conversion result becomes "0", and if it is reduced by 1LSB, it becomes negative, so the output code is "0".
The D / A converter also outputs a value corresponding to an output code that is 1 LSB smaller than the original conversion result. That is, if the output code is "m", the value of mVref / 8 is subtracted from the input measured with Vref as the reference. Here, a 3-bit parallel A / D converter and a D / A
This is described in the example of the converter. If m is the output code,
If the reference voltage is Vref, 1 LSB (quantization step) of the 3-bit D / A converter is Vref / 2 3 = Vref / 8, so the output of the D / A converter corresponding to the output code m is m・ Vref / 8. In order to obtain the lower bit, the remaining voltage after subtraction is multiplied by 4 and the input range is adjusted to be the input based on Vref of the second parallel A / D converter. Figure 2 shows the relationship between the input voltage and the input of the second parallel A / D conversion. If the input signal with Vref as the reference is V IN (1) and the original conversion result is “n” and “n−1” is the output code, parallel for the second parallel A / D conversion. Input V IN (2) with reference to Vref to the type A / D converter is And the value based on ground Is the input of the second parallel A / D conversion. In order to realize this, the switches of the capacitor array in FIG. 1 are switched as follows. That, S 0 to S 7 period for sampling an input to the switch Sr is turned ON is connected to the S 0 to S 7 are input terminal side, then after OFF the switch Sr, the computation period by the output of the comparators Is switched from the reference voltage side to the ground side. At this time, the switch Sr is output Q 1-1 of comparator if "H" reference voltage side, Q 1-1 is "L" is long if switched to the ground side. However, S 0 is always switched to the reference voltage side. However, the comparator outputs Q 1 = “H” if the input of the comparator is larger than the comparison voltage of each comparator, and outputs Q 1 = “L” if it is smaller than the comparison voltage. Formulas (1) and (2) are established by forming the formulas of charge conservation during the input sampling period and the calculation period. The lower bit is obtained by converting the input of the second parallel A / D conversion obtained in this way.

変換して得られた上位ビットと下位ビットを1ビットオ
ーバーラップさせて加算するわけであるが、それぞれの
コードは1LSB小さい値であり、さらにコードは基準電圧
が“0"で接地電圧が23(10進数で)となるようなコード
であるのでそれらを通常のコードに補正しなくてはなら
ない。
The high-order bit and the low-order bit obtained by conversion are overlapped by 1 bit and added, but each code has a value that is 1 LSB smaller, and the code has a reference voltage of "0" and a ground voltage of 2 3 Since they are codes (in decimal), we have to correct them to normal codes.

本実施例では、以上のようにして得られた上位ビットと
下位ビットを1ビットオーバーラップさせて加算し、そ
の結果を反転させることによって正常な出力コードを得
る。具体的に説明する。入力信号電圧が であったとする。Vrefを基準にして3ビットA/D変換す
ると“110"(10進数で6)であるが1LSB小さい値を出力
コードとするので出力コードは“101"である。このとき
2回目のA/D変換のための入力電圧は(2)式から となり2回目のA/D変換結果は“011"であり、出力コー
ドは“010"となる。上位ビットと下位ビットを1ビット
オーバーラップさせて加算すると“10110"となり、これ
を反転して“01001"が出力コードとなる。この値という
のは当然の事ながらVIN(1)を5ビットにA/D変換した
結果である。この方式の利点は、入力が であれば出力コード“00000"、 であれば“00001"が出力され、最終段のA/D変換時に入
力が“0"かどうかを検出する必要がなく自動的に正しい
結果が得られることである(前述のとおり、従来例では
最終段のA/D変換時に入力が“0"か否かの検出が必要で
あった)。そこで、この実施例では制御系や加算器が従
来例より簡単になる。また、上位ビットと下位ビットの
加算結果を反転するのは各ビットの出力ラインにインバ
ータを1段設けるだけで実行できるので出力バッファー
の1部としてとりこめ、ハード的な増加は無視できる。
したがって制御系や加算器が簡単になる分ハード量も少
なくなるし、誤差の生じる確率も小さくなる。
In the present embodiment, the high-order bit and the low-order bit obtained as described above are overlapped by one bit and added, and the result is inverted to obtain a normal output code. This will be specifically described. Input signal voltage is It was. When 3-bit A / D conversion is performed on the basis of Vref, it is "110" (decimal 6), but the output code is "101" because the value 1 LSB smaller is used as the output code. At this time, the input voltage for the second A / D conversion is The second A / D conversion result is "011" and the output code is "010". When the high-order bit and the low-order bit are overlapped by one bit and added, the result is "10110", which is inverted and "01001" becomes the output code. This value is, of course, the result of A / D conversion of V IN (1) into 5 bits. The advantage of this method is that the input is If so, output code "00000", In that case, “00001” is output, and it is not necessary to detect whether the input is “0” during A / D conversion at the final stage, and the correct result can be automatically obtained (as described above, in the conventional example It was necessary to detect whether the input was "0" during A / D conversion at the final stage). Therefore, in this embodiment, the control system and the adder are simpler than the conventional example. Further, since the addition result of the high-order bit and the low-order bit can be inverted only by providing one inverter in the output line of each bit, it can be incorporated as a part of the output buffer and the hardware increase can be ignored.
Therefore, since the control system and the adder are simplified, the amount of hardware is reduced and the probability of error is reduced.

(発明の効果) 以上に説明したように、本発明によれば、制御系や加算
器の部分を簡単化することができ、ハード量の少ない高
精度なA/D変換器を提供することができる。
(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, it is possible to provide a high-precision A / D converter that can simplify the control system and adder parts and has a small amount of hardware. it can.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の一実施例の構成を示す図であり、本図
のC0〜C7の容量をすべて等しくCとするとCfの容量値は
2Cである。第2図は入力電圧VIN(1)と2回目のA/D変
換のときの並列型A/D変換器の入力VIN(2)の関係を示
す図である。第3図は3ビットA/D変換器の入力と出力
の関係を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an embodiment of the present invention. If all the capacitances of C 0 to C 7 in this diagram are C, the capacitance value of Cf is
It is 2C. FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the input voltage V IN (1) and the input V IN (2) of the parallel type A / D converter at the time of the second A / D conversion. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the input and output of the 3-bit A / D converter.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】入力信号を分解能Nビット(Nは正の整
数)の並列型A/D変換器でA/D変換して上位の第1のNビ
ットデジタル出力を得、前記Nビット並列型A/D変換器
の第1のデジタル出力をD/A変換した値と前記入力信号
との差を2N-1倍した値を前記Nビット並列型A/D変換器
の第2の入力として前記並列型A/D変換器でA/D変換して
下位の第2のNビットデジタル出力を得、前記上位の第
1のNビットデジタル出力と前記下位の第2のNビット
デジタル出力とを1ビットオーバーラップさせて加算し
(2N−1)ビットのデジタルコードを得、さらに下位ビ
ットを求めるには前記Nビット並列型A/D変換器の第2
のNビットデジタル出力をD/A変換した値と前記Nビッ
ト並列型A/D変換器の第2の入力との差を2N-1倍した値
を前記Nビット並列型A/D変換器の第3の入力としてA/D
変換して第3のNビットデジタル出力を得て前記の加算
結果と1ビットオーバーラップさせて加算してさらに下
位ビットまで求めるという演算を繰り返し、全部でM回
(Mは2以上の整数)の並列型A/D変換を行なって(MN
−M+1)ビットのデジタル出力を得る直並列型A/D変
換器において: 前記並列型A/D変換器は;入力が基準電圧の時“0"で入
力が0の時“2N"となるように変換するが出力コードは
通常のA/D変換結果から1LSB引いた値を出力し;基準電
圧をVrefとすると入力電圧VINでは“0"を出力し、入力電圧が では“1"を出力し,以下 ずつ減少していくと1ずつ出力が大きくなり;入力電圧
では10進数でnとなる2進コードを出力し(1n2N
−2),入力電圧が では(2N−1)なる2進コードを出力し; 前記並列型A/D変換器のデジタル出力をD/A変換するとき
は前記並列型A/D変換器のデジタル出力が10進数でmで
あればD/A変換した結果が となるようにD/A変換し; 上位ビットと下位ビットとを1ビットオーバーラップさ
せてする加算の繰り返しにより得られた前記(MN−M+
1)ビットコードの“0"と“1"とを反転して得られたコ
ードを出力コードとすることを特徴とする直並列型A/D
変換器。
1. A high-order first N-bit digital output is obtained by subjecting an input signal to A / D conversion by a parallel-type A / D converter having a resolution of N bits (N is a positive integer). A value obtained by multiplying the difference between the D / A converted value of the first digital output of the A / D converter and the input signal by 2 N-1 is used as the second input of the N-bit parallel type A / D converter. The parallel A / D converter performs A / D conversion to obtain a lower second N-bit digital output, and outputs the upper first N-bit digital output and the lower second N-bit digital output. In order to obtain a digital code of (2N-1) bits by adding them by overlapping them by 1 bit and further obtaining the lower bit, the second of the N-bit parallel type A / D converters is used.
2 N-1 times the difference between the value obtained by D / A converting the N-bit digital output of the above and the second input of the N- bit parallel A / D converter. A / D as the third input of
The calculation is repeated to obtain the third N-bit digital output, and the addition result is overlapped by 1 bit and added to obtain further lower bits, and the operation is repeated M times (M is an integer of 2 or more) in total. Perform parallel A / D conversion (MN
In a serial-parallel type A / D converter that obtains a digital output of −M + 1) bits: The parallel type A / D converter is “0” when the input is the reference voltage and “2 N ” when the input is 0. However, the output code is the value obtained by subtracting 1LSB from the normal A / D conversion result; if the reference voltage is Vref, the input voltage V IN is Outputs “0” and the input voltage is Will output "1" and The output increases by 1 as the input voltage decreases; Outputs a binary code that is a decimal number n (1n2 N
-2), the input voltage is Then, a binary code of (2 N -1) is output; when the digital output of the parallel A / D converter is D / A converted, the digital output of the parallel A / D converter is m in decimal. If so, the result of D / A conversion is (MN-M +) obtained by repeating the addition in which the upper bit and the lower bit are overlapped by 1 bit.
1) Serial-parallel type A / D characterized in that a code obtained by inverting "0" and "1" of a bit code is used as an output code.
converter.
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