JPH10336031A - アナログ/デジタル変換装置 - Google Patents
アナログ/デジタル変換装置Info
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- JPH10336031A JPH10336031A JP9146455A JP14645597A JPH10336031A JP H10336031 A JPH10336031 A JP H10336031A JP 9146455 A JP9146455 A JP 9146455A JP 14645597 A JP14645597 A JP 14645597A JP H10336031 A JPH10336031 A JP H10336031A
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- voltage comparators
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
- H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
- H03M1/06—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters
- H03M1/0617—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters characterised by the use of methods or means not specific to a particular type of detrimental influence
- H03M1/0634—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters characterised by the use of methods or means not specific to a particular type of detrimental influence by averaging out the errors, e.g. using sliding scale
- H03M1/0643—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters characterised by the use of methods or means not specific to a particular type of detrimental influence by averaging out the errors, e.g. using sliding scale in the spatial domain
- H03M1/0646—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters characterised by the use of methods or means not specific to a particular type of detrimental influence by averaging out the errors, e.g. using sliding scale in the spatial domain by analogue redistribution among corresponding nodes of adjacent cells, e.g. using an impedance network connected among all comparator outputs in a flash converter
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- H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
- H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
- H03M1/12—Analogue/digital converters
- H03M1/34—Analogue value compared with reference values
- H03M1/36—Analogue value compared with reference values simultaneously only, i.e. parallel type
- H03M1/361—Analogue value compared with reference values simultaneously only, i.e. parallel type having a separate comparator and reference value for each quantisation level, i.e. full flash converter type
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Analogue/Digital Conversion (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】フラッシュ型A/D変換器などに用いられる電
圧比較装置の電圧比較精度および電圧比較速度の向上を
図る。 【解決手段】電圧比較器1,2,3,4,5はその第2
入力端子に供給される参照電圧Vref1,Vref2,Vref
3,Vref4,Vref5の値の順でを並べられており、互い
に隣接あるいは次隣接の関係にある電圧比較器の出力同
士が第1の抵抗11,12,13,14、および第2の
抵抗15,16,17によってそれぞれ接続されてい
る。第2の抵抗15,16,17の存在により、各比較
器に対する遠方の比較器からの寄与の度合いが改善され
る。よって、第1の抵抗だけを含む従来の構成に比し、
平均化の効果を高めることができ、結果として変換精度
の向上を図ることができる。
圧比較装置の電圧比較精度および電圧比較速度の向上を
図る。 【解決手段】電圧比較器1,2,3,4,5はその第2
入力端子に供給される参照電圧Vref1,Vref2,Vref
3,Vref4,Vref5の値の順でを並べられており、互い
に隣接あるいは次隣接の関係にある電圧比較器の出力同
士が第1の抵抗11,12,13,14、および第2の
抵抗15,16,17によってそれぞれ接続されてい
る。第2の抵抗15,16,17の存在により、各比較
器に対する遠方の比較器からの寄与の度合いが改善され
る。よって、第1の抵抗だけを含む従来の構成に比し、
平均化の効果を高めることができ、結果として変換精度
の向上を図ることができる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はアナログ入力信号を
デジタル信号に変換するアナログ/デジタル(A/D)
変換装置に関し、特に集積回路化した場合に問題となる
電圧比較回路の変換偏差を低減できるように改良された
アナログ/デジタル変換装置に関する。
デジタル信号に変換するアナログ/デジタル(A/D)
変換装置に関し、特に集積回路化した場合に問題となる
電圧比較回路の変換偏差を低減できるように改良された
アナログ/デジタル変換装置に関する。
【0002】
【従来の技術】アナログ入力値をデジタル出力値に変換
するA/D変換器のなかで並列型(フラッシュ型)とよ
ばれる変換方式では、それぞれ基準電圧源電圧値(参照
電圧値)を異にする複数の電圧比較器にアナログ入力信
号が共通に入力されることにより、瞬時にアナログ入力
値が各参照電圧値と比較される。そして、それぞれの電
圧比較器の論理出力(1/0)からなる比較結果が、2
進数にコード化されて出力される。
するA/D変換器のなかで並列型(フラッシュ型)とよ
ばれる変換方式では、それぞれ基準電圧源電圧値(参照
電圧値)を異にする複数の電圧比較器にアナログ入力信
号が共通に入力されることにより、瞬時にアナログ入力
値が各参照電圧値と比較される。そして、それぞれの電
圧比較器の論理出力(1/0)からなる比較結果が、2
進数にコード化されて出力される。
【0003】このフラッシュ型A/D変換器は高いサン
プリングレートでサンプリングされた信号をデジタル化
するのに適している変換方式といわれているが、変換階
調、つまり量子化ステップ数に相当する数の電圧比較器
を必要とする。電圧比較器は参照電圧と入力電圧を比較
して論理レベルの1あるいは0を出力する回路である
が、このような電圧比較器を集積回路により製造する場
合、比較回路の均一性実現が極めて困難であり、参照電
圧と僅かにずれた入力電圧で電圧比較器出力が論理1か
ら論理0、あるいは論理0から論理1に遷移することが
ある。このため、このずれ量よりも小さな量子化ステッ
プ幅の設定を行うことができず、変換精度の向上の妨げ
となっていた。
プリングレートでサンプリングされた信号をデジタル化
するのに適している変換方式といわれているが、変換階
調、つまり量子化ステップ数に相当する数の電圧比較器
を必要とする。電圧比較器は参照電圧と入力電圧を比較
して論理レベルの1あるいは0を出力する回路である
が、このような電圧比較器を集積回路により製造する場
合、比較回路の均一性実現が極めて困難であり、参照電
圧と僅かにずれた入力電圧で電圧比較器出力が論理1か
ら論理0、あるいは論理0から論理1に遷移することが
ある。このため、このずれ量よりも小さな量子化ステッ
プ幅の設定を行うことができず、変換精度の向上の妨げ
となっていた。
【0004】このような比較器出力の偏差に関する問題
を回避するため、従来は帆足・Millmanの定理
(榊米一郎、他、大学課程電気回路(1)、オーム社、
平成8年、pp.126−127)を利用し、変換精度
の向上を図ったフラッシュ型A/D変換器が提案されて
いた。このような例には(1)文献「K.Kattma
n,J,Barrow,“A technique f
or reducingdifferential n
onlinearlity errors in fl
ash A/D converters,”ISSCC
Digestof Technica.Paper
s,pp.170−171,Feb.1991」が知ら
れている。これは、複数個の電圧比較器を参照電圧値順
に並べ、隣接する電圧比較器の出力端同士を抵抗で接続
することによって前記定理を具体化する手法となってい
る。この構成により、比較器出力が加算平均されて変換
偏差の低減が図られる。
を回避するため、従来は帆足・Millmanの定理
(榊米一郎、他、大学課程電気回路(1)、オーム社、
平成8年、pp.126−127)を利用し、変換精度
の向上を図ったフラッシュ型A/D変換器が提案されて
いた。このような例には(1)文献「K.Kattma
n,J,Barrow,“A technique f
or reducingdifferential n
onlinearlity errors in fl
ash A/D converters,”ISSCC
Digestof Technica.Paper
s,pp.170−171,Feb.1991」が知ら
れている。これは、複数個の電圧比較器を参照電圧値順
に並べ、隣接する電圧比較器の出力端同士を抵抗で接続
することによって前記定理を具体化する手法となってい
る。この構成により、比較器出力が加算平均されて変換
偏差の低減が図られる。
【0005】また(2)文献「K.Bult,A.Bu
chwald,J,Laskowski,“A 170
mW 10b 50M Sample/s CMOS
ADC in 1mm2 ,”ISSCC Digest
of TechnicalPapers,pp.13
6−137,Feb.1997」では、文献(1)での
手法を改良し、文献(1)によるフラッシュ型A/D変
換器を複数組用意し、複数の比較器出力の平均化をさら
に進め変換精度の向上を図っている。
chwald,J,Laskowski,“A 170
mW 10b 50M Sample/s CMOS
ADC in 1mm2 ,”ISSCC Digest
of TechnicalPapers,pp.13
6−137,Feb.1997」では、文献(1)での
手法を改良し、文献(1)によるフラッシュ型A/D変
換器を複数組用意し、複数の比較器出力の平均化をさら
に進め変換精度の向上を図っている。
【0006】このような改良により、文献(2)ではC
MOS LSIにおいても50MHzのサンプリング速
度で10ビット程度の変換器精度が得られることが報告
されている。これは電圧比較器の変換精度誤差が入力換
算で1mV程度であることを示しておりこのような手法
の効果を示している。
MOS LSIにおいても50MHzのサンプリング速
度で10ビット程度の変換器精度が得られることが報告
されている。これは電圧比較器の変換精度誤差が入力換
算で1mV程度であることを示しておりこのような手法
の効果を示している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
構成ではこれ以上の変換精度を得ることは困難であり、
例えばRF信号など、さらに高サンプリングレートを必
要とするアナログ信号を直接A/D変換するといった構
成を実現することはできない。これは、次の理由によ
る。
構成ではこれ以上の変換精度を得ることは困難であり、
例えばRF信号など、さらに高サンプリングレートを必
要とするアナログ信号を直接A/D変換するといった構
成を実現することはできない。これは、次の理由によ
る。
【0008】すなわち、従来手法に於いては、複数個の
電圧比較器を順に並べ、隣接する電圧比較器の出力端同
士を抵抗で接続するだけの構成であるため、各比較器の
出力に対する他の比較器からの寄与の度合いはそれら比
較器間の距離に反比例する。したがって、遠くの比較器
ほど寄与の度合いが小さくなり、十分な平均化の効果を
得ることができなくなる。
電圧比較器を順に並べ、隣接する電圧比較器の出力端同
士を抵抗で接続するだけの構成であるため、各比較器の
出力に対する他の比較器からの寄与の度合いはそれら比
較器間の距離に反比例する。したがって、遠くの比較器
ほど寄与の度合いが小さくなり、十分な平均化の効果を
得ることができなくなる。
【0009】また、従来手法に於いては、複数個の電圧
比較器の中で中央に配置された比較器の出力については
それよりも参照電圧の高い上側と参照電圧の低い下側の
ほぼ同数の比較器によって影響されるが、辺縁に近い比
較器については、その出力に加算される比較器出力は、
高参照電圧側または低参照電圧側の一方に偏ることにな
る。この問題は辺縁に近い比較器ほど顕著となる。よっ
て、入力電圧の値によっては影響を及ぼす他の比較器の
出力が正または負に偏るという上下のアンバランスが生
じ、辺縁に近い比較器の参照電圧の値が見かけ上変動し
てしまう。この問題は、A/D変換器の性能指標である
積分非直線性の劣化を引き起こすことになる。
比較器の中で中央に配置された比較器の出力については
それよりも参照電圧の高い上側と参照電圧の低い下側の
ほぼ同数の比較器によって影響されるが、辺縁に近い比
較器については、その出力に加算される比較器出力は、
高参照電圧側または低参照電圧側の一方に偏ることにな
る。この問題は辺縁に近い比較器ほど顕著となる。よっ
て、入力電圧の値によっては影響を及ぼす他の比較器の
出力が正または負に偏るという上下のアンバランスが生
じ、辺縁に近い比較器の参照電圧の値が見かけ上変動し
てしまう。この問題は、A/D変換器の性能指標である
積分非直線性の劣化を引き起こすことになる。
【0010】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たものであり、複数の比較器出力を加算平均する手法や
辺縁の比較器出力に対する処理の改善を図り、十分な変
換精度の向上を実現できるアナログ/デジタル変換装置
を提供することを目的とする。
たものであり、複数の比較器出力を加算平均する手法や
辺縁の比較器出力に対する処理の改善を図り、十分な変
換精度の向上を実現できるアナログ/デジタル変換装置
を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】請求項1に係る本発明
は、上記課題を解決するために、第1および第2の入力
端子と出力端子とをそれぞれ有するN個の電圧比較器を
備え、入力信号を前記N個の電圧比較器の第1入力端子
に供給し、互いに異なるN個の基準電圧源電圧を前記N
個の電圧比較器の第2の入力端子にそれぞれ供給し、前
記N個の電圧比較器の出力をデジタルデータに符号化し
て出力するアナログ/デジタル変換装置において、前記
N個の基準電圧源電圧の電圧値に応じて前記N個の電圧
比較器を順に並べ、n1個(n1>1)だけ離れた2つ
の前記電圧比較器毎にそれらの出力端子間をN−n1個
の第1の抵抗でそれぞれ接続することを特徴とする。
は、上記課題を解決するために、第1および第2の入力
端子と出力端子とをそれぞれ有するN個の電圧比較器を
備え、入力信号を前記N個の電圧比較器の第1入力端子
に供給し、互いに異なるN個の基準電圧源電圧を前記N
個の電圧比較器の第2の入力端子にそれぞれ供給し、前
記N個の電圧比較器の出力をデジタルデータに符号化し
て出力するアナログ/デジタル変換装置において、前記
N個の基準電圧源電圧の電圧値に応じて前記N個の電圧
比較器を順に並べ、n1個(n1>1)だけ離れた2つ
の前記電圧比較器毎にそれらの出力端子間をN−n1個
の第1の抵抗でそれぞれ接続することを特徴とする。
【0012】このアナログ/デジタル変換装置によれ
ば、n1個だけ離れた2つの電圧比較器の出力端子間を
接続する第1の抵抗によって、各比較器に対する遠方の
比較器からの寄与の度合い改善できる。よって、従来の
ように遠方の比較器ほど寄与の度合いが小さくなる構成
に比し、平均化の効果を高めることができ、結果として
変換精度の向上を図ることができる。
ば、n1個だけ離れた2つの電圧比較器の出力端子間を
接続する第1の抵抗によって、各比較器に対する遠方の
比較器からの寄与の度合い改善できる。よって、従来の
ように遠方の比較器ほど寄与の度合いが小さくなる構成
に比し、平均化の効果を高めることができ、結果として
変換精度の向上を図ることができる。
【0013】請求項2に係る発明は請求項1の構成に加
え、隣接する2つの電圧比較器の出力端子間をN−1個
の第2の抵抗で接続し、また請求項3に係る発明は請求
項1または2の構成に加え、さらに、n2個(n2>n
1)だけ離れた2つの前記電圧比較器の出力端子間をN
−n2個の第3の抵抗でそれぞれ接続したことを特徴と
する。これにより、さらに平均化の効果を高めることが
できる。
え、隣接する2つの電圧比較器の出力端子間をN−1個
の第2の抵抗で接続し、また請求項3に係る発明は請求
項1または2の構成に加え、さらに、n2個(n2>n
1)だけ離れた2つの前記電圧比較器の出力端子間をN
−n2個の第3の抵抗でそれぞれ接続したことを特徴と
する。これにより、さらに平均化の効果を高めることが
できる。
【0014】請求項4に係る発明は、第1および第2の
入力端子と出力端子とをそれぞれ有するN個の電圧比較
器を備え、入力信号を前記N個の電圧比較器の第1入力
端子に供給し、互いに異なるN個の基準電圧源電圧を前
記N個の電圧比較器の第2の入力端子にそれぞれ供給
し、前記N個の電圧比較器の出力をデジタルデータに符
号化して出力するアナログ/デジタル変換装置であっ
て、前記N個の基準電圧源電圧の電圧値に応じて前記N
個の電圧比較器を順に並べ、n1個(n1>1)だけ離
れた2つの前記電圧比較器毎にそれらの出力端子間をN
−n1個の第1の抵抗でそれぞれ接続するか、あるいは
隣接する2つの電圧比較器の出力端子間をN−1個の第
2の抵抗でそれぞれ接続したアナログ/デジタル変換装
置において、前記N個の電圧比較器の比較結果に基づい
て、前記N個の電圧比較器の中から前記入力信号の電圧
レベルに対応するM個(M<N)の電圧比較器を選択す
る手段を具備することを特徴とする。
入力端子と出力端子とをそれぞれ有するN個の電圧比較
器を備え、入力信号を前記N個の電圧比較器の第1入力
端子に供給し、互いに異なるN個の基準電圧源電圧を前
記N個の電圧比較器の第2の入力端子にそれぞれ供給
し、前記N個の電圧比較器の出力をデジタルデータに符
号化して出力するアナログ/デジタル変換装置であっ
て、前記N個の基準電圧源電圧の電圧値に応じて前記N
個の電圧比較器を順に並べ、n1個(n1>1)だけ離
れた2つの前記電圧比較器毎にそれらの出力端子間をN
−n1個の第1の抵抗でそれぞれ接続するか、あるいは
隣接する2つの電圧比較器の出力端子間をN−1個の第
2の抵抗でそれぞれ接続したアナログ/デジタル変換装
置において、前記N個の電圧比較器の比較結果に基づい
て、前記N個の電圧比較器の中から前記入力信号の電圧
レベルに対応するM個(M<N)の電圧比較器を選択す
る手段を具備することを特徴とする。
【0015】この構成により、入力信号の電圧レベルに
合わせてその入力信号との比較に使用される基準電圧源
電圧値の範囲をシフトできるようになるので、辺縁の比
較器に起因する積分非直線性の劣化の問題を回避でき、
変換精度の向上を図ることができる。
合わせてその入力信号との比較に使用される基準電圧源
電圧値の範囲をシフトできるようになるので、辺縁の比
較器に起因する積分非直線性の劣化の問題を回避でき、
変換精度の向上を図ることができる。
【0016】請求項5に係る発明は、第1および第2の
入力端子と出力端子とをそれぞれ有するN個の電圧比較
器を備え、入力信号を前記N個の電圧比較器の第1入力
端子に供給し、互いに異なるN個の基準電圧源電圧を前
記N個の電圧比較器の第2の入力端子にそれぞれ供給
し、前記N個の電圧比較器の出力をデジタルデータに符
号化して出力するアナログ/デジタル変換装置におい
て、前記N個の基準電圧源電圧の電圧値に応じて前記N
個の電圧比較器を順に並べ、n1個(n1≧1)だけ離
れた2つの前記電圧比較器毎にそれらの出力端子間を、
第1の抵抗と第1のスイッチとの直列接続から各々構成
されるN−n1個の第1の直列回路でそれぞれ接続し、
前記N個の電圧比較器の中から前記入力信号の電圧レベ
ルに対応するM個(M<N)の電圧比較器が選択される
ように、前記N個の電圧比較器の比較結果に基づいて前
記N−n1個の第1の直列回路それぞれの第1のスイッ
チの開閉を制御することを特徴とする。
入力端子と出力端子とをそれぞれ有するN個の電圧比較
器を備え、入力信号を前記N個の電圧比較器の第1入力
端子に供給し、互いに異なるN個の基準電圧源電圧を前
記N個の電圧比較器の第2の入力端子にそれぞれ供給
し、前記N個の電圧比較器の出力をデジタルデータに符
号化して出力するアナログ/デジタル変換装置におい
て、前記N個の基準電圧源電圧の電圧値に応じて前記N
個の電圧比較器を順に並べ、n1個(n1≧1)だけ離
れた2つの前記電圧比較器毎にそれらの出力端子間を、
第1の抵抗と第1のスイッチとの直列接続から各々構成
されるN−n1個の第1の直列回路でそれぞれ接続し、
前記N個の電圧比較器の中から前記入力信号の電圧レベ
ルに対応するM個(M<N)の電圧比較器が選択される
ように、前記N個の電圧比較器の比較結果に基づいて前
記N−n1個の第1の直列回路それぞれの第1のスイッ
チの開閉を制御することを特徴とする。
【0017】この構成によれば、前述した請求項4の効
果を、スイッチ制御という簡単な構成で実現できるよう
になる。また請求項6に係る発明は請求項5の構成に加
え、さらに、n2個(n2>n1)だけ離れた2つの前
記電圧比較器の出力端子間を、第2の抵抗と第2スイッ
チとの直列接続からなるN−n2個の第2の直列回路で
それぞれ接続したことを特徴とする。これにより、さら
に平均化の効果が高められ、変換精度の向上を図ること
ができる。
果を、スイッチ制御という簡単な構成で実現できるよう
になる。また請求項6に係る発明は請求項5の構成に加
え、さらに、n2個(n2>n1)だけ離れた2つの前
記電圧比較器の出力端子間を、第2の抵抗と第2スイッ
チとの直列接続からなるN−n2個の第2の直列回路で
それぞれ接続したことを特徴とする。これにより、さら
に平均化の効果が高められ、変換精度の向上を図ること
ができる。
【0018】請求項7に係る発明は、第1および第2の
入力端子と出力端子とをそれぞれ有するN個の電圧比較
器を備え、入力信号を前記N個の電圧比較器の第1入力
端子に供給し、互いに異なるN個の基準電圧源電圧を前
記N個の電圧比較器の第2の入力端子にそれぞれ供給
し、前記N個の電圧比較器の出力をデジタルデータに符
号化して出力するアナログ/デジタル変換装置であっ
て、前記N個の基準電圧源電圧の電圧値に応じて前記N
個の電圧比較器を順に並べ、n1個(n1≧1)だけ離
れた2つの前記電圧比較器毎にそれらの出力端子間をN
−n1個の第1の抵抗でそれぞれ接続したアナログ/デ
ジタル変換装置において、前記入力信号の電圧値に基づ
いて前記デジタルデータの上位ビット部に相当するA/
D変換を行う手段と、前記N個の基準電圧源電圧の電圧
範囲の中点が前記入力信号のレベルに対応するように、
前記上位ビット部のA/D変換結果に基づいて、前記N
個の電圧比較器の第2入力に供給される前記N個の基準
電圧源電圧を生成する手段とを具備することを特徴とす
る。
入力端子と出力端子とをそれぞれ有するN個の電圧比較
器を備え、入力信号を前記N個の電圧比較器の第1入力
端子に供給し、互いに異なるN個の基準電圧源電圧を前
記N個の電圧比較器の第2の入力端子にそれぞれ供給
し、前記N個の電圧比較器の出力をデジタルデータに符
号化して出力するアナログ/デジタル変換装置であっ
て、前記N個の基準電圧源電圧の電圧値に応じて前記N
個の電圧比較器を順に並べ、n1個(n1≧1)だけ離
れた2つの前記電圧比較器毎にそれらの出力端子間をN
−n1個の第1の抵抗でそれぞれ接続したアナログ/デ
ジタル変換装置において、前記入力信号の電圧値に基づ
いて前記デジタルデータの上位ビット部に相当するA/
D変換を行う手段と、前記N個の基準電圧源電圧の電圧
範囲の中点が前記入力信号のレベルに対応するように、
前記上位ビット部のA/D変換結果に基づいて、前記N
個の電圧比較器の第2入力に供給される前記N個の基準
電圧源電圧を生成する手段とを具備することを特徴とす
る。
【0019】この構成によれば、予めデジタルデータの
上位ビット部に相当する粗い変換が行われた後に、抵抗
網によって高精度化されたN個の比較器により下位ビッ
ト部を得るための電圧比較が行われるが、この場合、基
準電圧源電圧範囲の中点が等価的に上位ビット部に相当
する粗い変換で求めた入力信号のレベルとなるように、
基準電圧源電圧の値が決定される。したがって、請求項
4の構成と同様の原理にて辺縁の比較器に起因する積分
非直線性の劣化という問題を回避でき、変換精度の向上
を図ることができる。
上位ビット部に相当する粗い変換が行われた後に、抵抗
網によって高精度化されたN個の比較器により下位ビッ
ト部を得るための電圧比較が行われるが、この場合、基
準電圧源電圧範囲の中点が等価的に上位ビット部に相当
する粗い変換で求めた入力信号のレベルとなるように、
基準電圧源電圧の値が決定される。したがって、請求項
4の構成と同様の原理にて辺縁の比較器に起因する積分
非直線性の劣化という問題を回避でき、変換精度の向上
を図ることができる。
【0020】請求項8に係る発明は、請求項7の構成に
加え、さらに、n2個(n2>n1)だけ離れた2つの
前記電圧比較器の出力端子間をN−n2個の第2の抵抗
でそれぞれ接続したことを特徴とする。これにより、さ
らに平均化の効果を高めることができる。
加え、さらに、n2個(n2>n1)だけ離れた2つの
前記電圧比較器の出力端子間をN−n2個の第2の抵抗
でそれぞれ接続したことを特徴とする。これにより、さ
らに平均化の効果を高めることができる。
【0021】請求項9に係る発明は、第1および第2の
入力端子と出力端子とをそれぞれ有するN個の第1の電
圧比較器を備え、入力信号を前記N個の第1の電圧比較
器の第1入力端子に供給し、互いに異なるN個の基準電
圧源電圧を前記N個の第1の電圧比較器の第2の入力端
子にそれぞれ供給し、前記N個の第1の電圧比較器の出
力をデジタルデータに符号化して出力するアナログ/デ
ジタル変換装置であって、前記N個の基準電圧源電圧の
電圧値に応じて前記N個の第1の電圧比較器を順に並
べ、n1個(n1≧1)だけ離れた2つの前記第1の電
圧比較器毎にそれらの出力端子間をN−n1個の第1の
抵抗でそれぞれ接続したアナログ/デジタル変換装置に
おいて、前記N個の第1の電圧比較器の中の両端にある
2つの第1の電圧比較器それぞれの外延に、前記第1の
電圧比較器の正および負の飽和出力電圧値を基に求めら
れた所定値の第1および第2の付加電源を設け、これら
第1および第2の付加電源を第1および第2の付加抵抗
を介して前記両端にある2つの第1の電圧比較器の出力
にそれぞれ接続したことを特徴とする。
入力端子と出力端子とをそれぞれ有するN個の第1の電
圧比較器を備え、入力信号を前記N個の第1の電圧比較
器の第1入力端子に供給し、互いに異なるN個の基準電
圧源電圧を前記N個の第1の電圧比較器の第2の入力端
子にそれぞれ供給し、前記N個の第1の電圧比較器の出
力をデジタルデータに符号化して出力するアナログ/デ
ジタル変換装置であって、前記N個の基準電圧源電圧の
電圧値に応じて前記N個の第1の電圧比較器を順に並
べ、n1個(n1≧1)だけ離れた2つの前記第1の電
圧比較器毎にそれらの出力端子間をN−n1個の第1の
抵抗でそれぞれ接続したアナログ/デジタル変換装置に
おいて、前記N個の第1の電圧比較器の中の両端にある
2つの第1の電圧比較器それぞれの外延に、前記第1の
電圧比較器の正および負の飽和出力電圧値を基に求めら
れた所定値の第1および第2の付加電源を設け、これら
第1および第2の付加電源を第1および第2の付加抵抗
を介して前記両端にある2つの第1の電圧比較器の出力
にそれぞれ接続したことを特徴とする。
【0022】この構成によれば、前記第1および第2の
付加電源により、あたかも無限個の第1の電圧比較器を
有するA/D変換器として機能する。したがって、入力
信号電圧の値によって生ずる上下のアンバランスがなく
なり、積分非直線性という性能指標の劣化を防止するこ
とが可能となる。
付加電源により、あたかも無限個の第1の電圧比較器を
有するA/D変換器として機能する。したがって、入力
信号電圧の値によって生ずる上下のアンバランスがなく
なり、積分非直線性という性能指標の劣化を防止するこ
とが可能となる。
【0023】請求項10に係る発明は、請求項9の構成
に加え、さらに、n2個(n2>n1)だけ離れた2つ
の前記電圧比較器の出力端子間をN−n2個の第2の抵
抗でそれぞれ接続し、前記第1および第2の付加電源を
第3および第4の付加抵抗を介して前記両端にある2つ
の第1の電圧比較器の出力にそれぞれ接続したことを特
徴とする。これにより、さらに平均化の効果を高めるこ
とができる。
に加え、さらに、n2個(n2>n1)だけ離れた2つ
の前記電圧比較器の出力端子間をN−n2個の第2の抵
抗でそれぞれ接続し、前記第1および第2の付加電源を
第3および第4の付加抵抗を介して前記両端にある2つ
の第1の電圧比較器の出力にそれぞれ接続したことを特
徴とする。これにより、さらに平均化の効果を高めるこ
とができる。
【0024】請求項11に係る発明は、第1および第2
の入力端子と出力端子とをそれぞれ有するN個の電圧比
較器を備え、入力信号を前記N個の電圧比較器の第1入
力端子に供給し、互いに異なるN個の基準電圧源電圧を
前記N個の電圧比較器の第2の入力端子にそれぞれ供給
し、前記N個の電圧比較器の出力をデジタルデータに符
号化して出力するアナログ/デジタル変換装置におい
て、前記N個の電圧比較器を円環状に配置し、n1個
(n1≧1)だけ離れた2つの前記電圧比較器毎にそれ
らの出力端子間をN−n1個の第1の抵抗でそれぞれ接
続するか、あるいはn2個(n2>n1)だけ離れた2
つの電圧比較器の出力端子間をN−n2個の第2の抵抗
でそれぞれ接続したことを特徴とする。
の入力端子と出力端子とをそれぞれ有するN個の電圧比
較器を備え、入力信号を前記N個の電圧比較器の第1入
力端子に供給し、互いに異なるN個の基準電圧源電圧を
前記N個の電圧比較器の第2の入力端子にそれぞれ供給
し、前記N個の電圧比較器の出力をデジタルデータに符
号化して出力するアナログ/デジタル変換装置におい
て、前記N個の電圧比較器を円環状に配置し、n1個
(n1≧1)だけ離れた2つの前記電圧比較器毎にそれ
らの出力端子間をN−n1個の第1の抵抗でそれぞれ接
続するか、あるいはn2個(n2>n1)だけ離れた2
つの電圧比較器の出力端子間をN−n2個の第2の抵抗
でそれぞれ接続したことを特徴とする。
【0025】この構成によれば、N個の電圧比較器を円
環状に配置することによって辺縁の電圧比較器が見かけ
上なくなるので、変換精度の向上を図ることができる。
また、請求項11における円環状に配置されたN個の電
圧比較器の出力端子間が完全結合となるように、それら
出力端子間を距離に応じた値の抵抗で互いに接続しても
よい。
環状に配置することによって辺縁の電圧比較器が見かけ
上なくなるので、変換精度の向上を図ることができる。
また、請求項11における円環状に配置されたN個の電
圧比較器の出力端子間が完全結合となるように、それら
出力端子間を距離に応じた値の抵抗で互いに接続しても
よい。
【0026】また、以上の請求項1乃至請求項11に係
るアナログ/デジタル変換装置に対して、さらに、前記
入力信号と前記N個の比較器の比較結果の差分を計算す
る回路を設け、この結果を新たな入力として比較動作を
繰り返し実行させるようにすれば、上位桁の変換と下位
桁の変換を別個に行うアナログ/デジタル変換装置とし
て機能させることができ、ハードウェアコストの低減を
実現できる。この場合、入力信号と比較結果の差分を計
算する回路は、比較結果をアナログ信号に変換するデジ
タル/アナログ変換回路と、入力信号とデジタル/アナ
ログ変換回路の出力の差分を求める引き算回路とによっ
て容易に実現できる。
るアナログ/デジタル変換装置に対して、さらに、前記
入力信号と前記N個の比較器の比較結果の差分を計算す
る回路を設け、この結果を新たな入力として比較動作を
繰り返し実行させるようにすれば、上位桁の変換と下位
桁の変換を別個に行うアナログ/デジタル変換装置とし
て機能させることができ、ハードウェアコストの低減を
実現できる。この場合、入力信号と比較結果の差分を計
算する回路は、比較結果をアナログ信号に変換するデジ
タル/アナログ変換回路と、入力信号とデジタル/アナ
ログ変換回路の出力の差分を求める引き算回路とによっ
て容易に実現できる。
【0027】また、以上の請求項1乃至請求項11に係
るアナログ/デジタル変換装置で使用される電圧比較器
としては、差動増幅器を使用することができる。また、
電圧比較器としては有限の出力インピーダンスを有する
ものを使用するか、あるいは出力インピーダンスがゼロ
の電圧比較器についてはその出力に抵抗の一端を接続
し、その抵抗の他端を実際の電圧比較器出力として用い
ればよい。
るアナログ/デジタル変換装置で使用される電圧比較器
としては、差動増幅器を使用することができる。また、
電圧比較器としては有限の出力インピーダンスを有する
ものを使用するか、あるいは出力インピーダンスがゼロ
の電圧比較器についてはその出力に抵抗の一端を接続
し、その抵抗の他端を実際の電圧比較器出力として用い
ればよい。
【0028】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。図1は本発明の第1実施形態に係る
アナログ/デジタル変換装置の構成例である。図1にお
いて、1,2,3,4,5はそれぞれ出力インピーダン
スがゼロである理想的な電圧比較器、6,7,8,9,
10はそれぞれ前記電圧比較器の第2の入力端子であ
り、11,12,13,14はそれぞれ第1の抵抗であ
り、15,16,17はそれぞれ第2の抵抗であり、1
8はアナログ信号入力端子、19はデジタルデータ出力
端子、20は比較結果を2進符号に変換する符号変換回
路、21,22,23,24,25はそれぞれ前記電圧
比較器の出力インピーダンス、26,27,28,2
9,30はそれぞれ前記出力インピーダンスがゼロであ
る理想的な電圧比較器出力線、31,32,33,3
4,35はそれぞれ前記電圧比較器の出力インピーダン
スを介した出力線である。
施形態を説明する。図1は本発明の第1実施形態に係る
アナログ/デジタル変換装置の構成例である。図1にお
いて、1,2,3,4,5はそれぞれ出力インピーダン
スがゼロである理想的な電圧比較器、6,7,8,9,
10はそれぞれ前記電圧比較器の第2の入力端子であ
り、11,12,13,14はそれぞれ第1の抵抗であ
り、15,16,17はそれぞれ第2の抵抗であり、1
8はアナログ信号入力端子、19はデジタルデータ出力
端子、20は比較結果を2進符号に変換する符号変換回
路、21,22,23,24,25はそれぞれ前記電圧
比較器の出力インピーダンス、26,27,28,2
9,30はそれぞれ前記出力インピーダンスがゼロであ
る理想的な電圧比較器出力線、31,32,33,3
4,35はそれぞれ前記電圧比較器の出力インピーダン
スを介した出力線である。
【0029】図1で示すように出力インピーダンスがゼ
ロである理想的な電圧比較器の第2の入力端子にはそれ
ぞれ、 Vref1 > Vref2 > Vref3 > Vref4 > V
ref5 の大小関係で示される参照電圧が供給される。これら参
照電圧は、例えば電源端子間に直列接続された抵抗回路
網によって生成される。このような構成からなる第1実
施形態のA/D変換装置の動作を次に説明する。
ロである理想的な電圧比較器の第2の入力端子にはそれ
ぞれ、 Vref1 > Vref2 > Vref3 > Vref4 > V
ref5 の大小関係で示される参照電圧が供給される。これら参
照電圧は、例えば電源端子間に直列接続された抵抗回路
網によって生成される。このような構成からなる第1実
施形態のA/D変換装置の動作を次に説明する。
【0030】出力インピーダンスがゼロである理想的な
電圧比較器は一般に飽和特性を有する非線形写像を行な
う回路であるが、参照電圧近傍で線形特性をもつとする
と、Vinを第1の入力端子への入力電圧、Vref を第2
の入力端子への入力電圧とすると、出力インピーダンス
がゼロである理想的な電圧比較器の出力電圧Videal out
は、出力線26,27,28,29,30の電位とし
て観測され、
電圧比較器は一般に飽和特性を有する非線形写像を行な
う回路であるが、参照電圧近傍で線形特性をもつとする
と、Vinを第1の入力端子への入力電圧、Vref を第2
の入力端子への入力電圧とすると、出力インピーダンス
がゼロである理想的な電圧比較器の出力電圧Videal out
は、出力線26,27,28,29,30の電位とし
て観測され、
【0031】
【数1】 となる。電圧比較器の出力インピーダンスを考慮した出
力線33で観測される出力電圧Vreal_out_28 は、
力線33で観測される出力電圧Vreal_out_28 は、
【0032】
【数2】 で与えられる。ここで、Y0 は前記出力インピーダンス
のコンダクタンス値、Y1 は前記第1の抵抗のコンダク
タンス値、Y2 は前記第2の抵抗のコンダクタンス値で
ある。本実施形態の作用効果を示すため、Y2 =0であ
る従来例を対比する。式(2)に従来例の条件を代入す
ると、
のコンダクタンス値、Y1 は前記第1の抵抗のコンダク
タンス値、Y2 は前記第2の抵抗のコンダクタンス値で
ある。本実施形態の作用効果を示すため、Y2 =0であ
る従来例を対比する。式(2)に従来例の条件を代入す
ると、
【0033】
【数3】 を得る。一般に電圧比較器をMOSトランジスタにより
集積回路化する際には、MOSトランジスタが導通状態
での内部抵抗の値は通常形状であれば数kΩから数MΩ
であるため、現実的な設計においては消費電力も勘案
し、0≦Y0 ≦1、0≦Y1 ≦1、0≦Y2 ≦1とな
る。このような実現可能な現実的数値を用い、本実施形
態と従来例を比較すると、従来例では、例えば、出力線
33で観測される出力電圧Vreal out 28に対する前
記電圧比較器1,2,3,4,5の比較結果の寄与度は
遠方に行くに従って小さくなることが式(3)から分か
る。比較器1,5の出力に関する項の係数はY1 ,YC
,Y0 の積を含むのに対し、比較器2,4の出力に関
する項の係数に含まれるのはY1 ,Y0 の積である。こ
れに対し、本実施形態によれば、式(2)から分かるよ
うに、比較器1,2,4,5全ての出力に関する項の係
数には、積だけでなくY2 を含む和の式が含まれている
ので、前記第2の抵抗の存在により、そのコンダクタン
ス値を前記現実的な範囲内で選択することで、出力線3
3で観測される出力電圧Vreal out 28に対する前記
電圧比較器1,2,3,4,5の比較結果の寄与度を任
意に設定することが可能となる。
集積回路化する際には、MOSトランジスタが導通状態
での内部抵抗の値は通常形状であれば数kΩから数MΩ
であるため、現実的な設計においては消費電力も勘案
し、0≦Y0 ≦1、0≦Y1 ≦1、0≦Y2 ≦1とな
る。このような実現可能な現実的数値を用い、本実施形
態と従来例を比較すると、従来例では、例えば、出力線
33で観測される出力電圧Vreal out 28に対する前
記電圧比較器1,2,3,4,5の比較結果の寄与度は
遠方に行くに従って小さくなることが式(3)から分か
る。比較器1,5の出力に関する項の係数はY1 ,YC
,Y0 の積を含むのに対し、比較器2,4の出力に関
する項の係数に含まれるのはY1 ,Y0 の積である。こ
れに対し、本実施形態によれば、式(2)から分かるよ
うに、比較器1,2,4,5全ての出力に関する項の係
数には、積だけでなくY2 を含む和の式が含まれている
ので、前記第2の抵抗の存在により、そのコンダクタン
ス値を前記現実的な範囲内で選択することで、出力線3
3で観測される出力電圧Vreal out 28に対する前記
電圧比較器1,2,3,4,5の比較結果の寄与度を任
意に設定することが可能となる。
【0034】この違いを図2を用いて説明する。図2は
図1において入力端子18に入力する電圧値を横軸に、
電圧比較器1,2,3,4,5の比較結果ならびに出力
線33で観測される電位を縦軸とする特性図である。縦
軸における目盛りの値であるVsat は電圧比較器の飽和
電圧である。出力線33で観測される電位は従来例の場
合と本実施形態の場合を相対的に比較して示している。
図1において入力端子18に入力する電圧値を横軸に、
電圧比較器1,2,3,4,5の比較結果ならびに出力
線33で観測される電位を縦軸とする特性図である。縦
軸における目盛りの値であるVsat は電圧比較器の飽和
電圧である。出力線33で観測される電位は従来例の場
合と本実施形態の場合を相対的に比較して示している。
【0035】本実施形態によれば出力線33の入力に対
する出力の傾きを大きくすることができ、比較感度を向
上させることが可能であるほか、電圧比較器を集積回路
により構成したとき避けることのできないオフセット電
圧Voffsetによる変換誤差の影響を考慮した電圧比較器
の特性式
する出力の傾きを大きくすることができ、比較感度を向
上させることが可能であるほか、電圧比較器を集積回路
により構成したとき避けることのできないオフセット電
圧Voffsetによる変換誤差の影響を考慮した電圧比較器
の特性式
【0036】
【数4】 より、前記第2の入力端子の参照電圧がΔステップごと
に均等に設定されているとすると、上式は
に均等に設定されているとすると、上式は
【0037】
【数5】 となり、出力線33で観測される出力電圧Vreal out
28は、
28は、
【0038】
【数6】 で与えられる。従来例においては
【0039】
【数7】 となる。すなわち、これらの式においては本来の電圧比
較器のはたらきであるA(Vin−Vref3)を計算する
項のほかに、誤差の項Voffset_1、Voffset_2、Voffs
et_3、Voffset_4、Voffset_5が含まれている。本来の
電圧比較器のはたらきであるA(Vin−Vref3)を計算
する項は5つの項を加算することによりその利得が高め
られ、誤差の項Voffset_1、Voffset_2、Voffset_3、
Voffset_4、Voffset_5は加算により誤差が平均化され
ることになる。例えば、誤差をガウス分布をした確率変
数とし、その平均を0とすると、本実施形態の回路工夫
により誤差の平均をより0に近付けられるとともに、分
散を小さくすることが可能となる。従来の(6)式で
は、各比較器出力の項の係数が辺端のものほど小さくな
るが、本実施形態の(7)式では、各比較器出力の項の
係数に和の式が含まれているためその係数値全てを1に
近づけることができるからである。このことはA/D変
換器に利用した場合には変換精度の向上に寄与すること
になる。
較器のはたらきであるA(Vin−Vref3)を計算する
項のほかに、誤差の項Voffset_1、Voffset_2、Voffs
et_3、Voffset_4、Voffset_5が含まれている。本来の
電圧比較器のはたらきであるA(Vin−Vref3)を計算
する項は5つの項を加算することによりその利得が高め
られ、誤差の項Voffset_1、Voffset_2、Voffset_3、
Voffset_4、Voffset_5は加算により誤差が平均化され
ることになる。例えば、誤差をガウス分布をした確率変
数とし、その平均を0とすると、本実施形態の回路工夫
により誤差の平均をより0に近付けられるとともに、分
散を小さくすることが可能となる。従来の(6)式で
は、各比較器出力の項の係数が辺端のものほど小さくな
るが、本実施形態の(7)式では、各比較器出力の項の
係数に和の式が含まれているためその係数値全てを1に
近づけることができるからである。このことはA/D変
換器に利用した場合には変換精度の向上に寄与すること
になる。
【0040】さらに本実施形態の回路工夫によれば、遠
方にある電圧比較器の出力を第2の抵抗により直接参照
しているため、各比較器出力に対する寄与が遠方の比較
器ほど小さくなるというアンバランスを解消でき、バラ
ンスのとれた重み付け加算を実現できると共に、従来例
と比較し、より短い時間で電圧変換出力を得ることがで
き、高速なA/D変換器を構成することが可能となる。
方にある電圧比較器の出力を第2の抵抗により直接参照
しているため、各比較器出力に対する寄与が遠方の比較
器ほど小さくなるというアンバランスを解消でき、バラ
ンスのとれた重み付け加算を実現できると共に、従来例
と比較し、より短い時間で電圧変換出力を得ることがで
き、高速なA/D変換器を構成することが可能となる。
【0041】図3には、本発明の第3実施形態に係るア
ナログ/デジタル変換装置の構成が示されている。図4
は第3実施形態の原理を説明するための図である。ま
ず、図4と前述の図1を用いて第3実施形態の原理を説
明する。
ナログ/デジタル変換装置の構成が示されている。図4
は第3実施形態の原理を説明するための図である。ま
ず、図4と前述の図1を用いて第3実施形態の原理を説
明する。
【0042】電圧比較器3の出力は、電圧比較器1,
2,4,5の出力と重み付け加算され偏差が低減されて
いるが、電圧比較器4の出力では、電圧比較器1,2,
3,5の出力と重み付け加算されるため、見かけ上参照
電圧Vref4がVref3側にシフトしたように動作する。こ
の現象は辺縁に行くに従って顕著となる。第1の抵抗に
よって重み付け加算される比較器出力が高Vref 側また
は低Vref 側の一方に偏るためである。このような参照
電圧のシフトはA/D変換器に応用した際には積分非直
線性という性能指標の劣化となる。
2,4,5の出力と重み付け加算され偏差が低減されて
いるが、電圧比較器4の出力では、電圧比較器1,2,
3,5の出力と重み付け加算されるため、見かけ上参照
電圧Vref4がVref3側にシフトしたように動作する。こ
の現象は辺縁に行くに従って顕著となる。第1の抵抗に
よって重み付け加算される比較器出力が高Vref 側また
は低Vref 側の一方に偏るためである。このような参照
電圧のシフトはA/D変換器に応用した際には積分非直
線性という性能指標の劣化となる。
【0043】図4はこの現象の理解を助けるための図で
ある。図4(a)はシーソーを表している。三角形の支
点は入力電圧値を示している。中点付近ではシーソーは
バランスしているが、支点が左右に移動するとバランス
が崩れてしまう。この結果は参照電圧の見かけ上のシフ
トとなる。この問題を回避するため、図4(b)、
(c)のように支点の移動に合わせてシーソーの上の板
も移動することにする。こうすることでシーソーをいつ
もバランスした状態にすることができる。この考えに従
って構成された図3の構成例を次に説明する。
ある。図4(a)はシーソーを表している。三角形の支
点は入力電圧値を示している。中点付近ではシーソーは
バランスしているが、支点が左右に移動するとバランス
が崩れてしまう。この結果は参照電圧の見かけ上のシフ
トとなる。この問題を回避するため、図4(b)、
(c)のように支点の移動に合わせてシーソーの上の板
も移動することにする。こうすることでシーソーをいつ
もバランスした状態にすることができる。この考えに従
って構成された図3の構成例を次に説明する。
【0044】図3において、101,102,103,
104,105,106,107,108はそれぞれ出
力インピーダンスがゼロである理想的な電圧比較器、1
09,110,111,112,113,114,11
5,116はそれぞれ前記電圧比較器の第2の入力端子
であり、117,118,119,120,121,1
22,123はそれぞれ第1の抵抗であり、124はア
ナログ信号入力端子、125はデジタルデータ出力端
子、126は比較結果を2進符号に変換する符号変換回
路、127,128,129,130,131,13
2,133,134はそれぞれ前記電圧比較器の出力イ
ンピーダンス、143,144,145,146,14
7,148,149,150はそれぞれ前記出力インピ
ーダンスがゼロである理想的な電圧比較器出力線、15
1,152,153,154,155,156,15
7,158はそれぞれ前記電圧比較器の出力インピーダ
ンスを介した出力線、142はスイッチ制御回路、13
5,136,137,138,139,140,141
はスイッチである。
104,105,106,107,108はそれぞれ出
力インピーダンスがゼロである理想的な電圧比較器、1
09,110,111,112,113,114,11
5,116はそれぞれ前記電圧比較器の第2の入力端子
であり、117,118,119,120,121,1
22,123はそれぞれ第1の抵抗であり、124はア
ナログ信号入力端子、125はデジタルデータ出力端
子、126は比較結果を2進符号に変換する符号変換回
路、127,128,129,130,131,13
2,133,134はそれぞれ前記電圧比較器の出力イ
ンピーダンス、143,144,145,146,14
7,148,149,150はそれぞれ前記出力インピ
ーダンスがゼロである理想的な電圧比較器出力線、15
1,152,153,154,155,156,15
7,158はそれぞれ前記電圧比較器の出力インピーダ
ンスを介した出力線、142はスイッチ制御回路、13
5,136,137,138,139,140,141
はスイッチである。
【0045】図3で示すように出力インピーダンスがゼ
ロである理想的な電圧比較器の第2の入力端子には、そ
れぞれ、 Vref1>Vref2>Vref3>Vref4>Vref5>Vref6>V
ref7>Vref8 の大小関係で示される参照電圧が供給される。スイッチ
制御回路142は、電圧比較器の比較結果を基に符号変
換回路126でディジタル変換された入力信号の値に従
ってスイッチの開閉を制御している。図3では従来n個
の電圧比較器の時、m個(m>n)の電圧比較器を用意
しており、入力電圧値に応じてその内のn個の電圧比較
器が選択されるようになっている。
ロである理想的な電圧比較器の第2の入力端子には、そ
れぞれ、 Vref1>Vref2>Vref3>Vref4>Vref5>Vref6>V
ref7>Vref8 の大小関係で示される参照電圧が供給される。スイッチ
制御回路142は、電圧比較器の比較結果を基に符号変
換回路126でディジタル変換された入力信号の値に従
ってスイッチの開閉を制御している。図3では従来n個
の電圧比較器の時、m個(m>n)の電圧比較器を用意
しており、入力電圧値に応じてその内のn個の電圧比較
器が選択されるようになっている。
【0046】すなわち、例えば、入力電圧VinがVref4
−Δ<Vin<Vref4+Δであると符号変換回路126
は、電圧比較器102,103,104,105,10
6を選択するためにスイッチ制御回路142に対して、
スイッチ135,140,141を開、スイッチ13
6,137,138,139を閉にせよと命じる。ある
いは、入力電圧VinがVref3−Δ<Vin<Vref3+Δで
あると符号変換回路126は電圧比較器101,10
2,103,104,105を選択するために、スイッ
チ制御回路142に対して、スイッチ139,140,
141を開、スイッチ135,136,137,138
を閉にせよと命じる。こうして図4で示された原理が実
現され、入力電圧レベルによって、その入力信号との比
較に使用される参照電圧の範囲をシフトできるようにな
り、積分非直線性劣化の問題のない電圧比較装置とな
る。
−Δ<Vin<Vref4+Δであると符号変換回路126
は、電圧比較器102,103,104,105,10
6を選択するためにスイッチ制御回路142に対して、
スイッチ135,140,141を開、スイッチ13
6,137,138,139を閉にせよと命じる。ある
いは、入力電圧VinがVref3−Δ<Vin<Vref3+Δで
あると符号変換回路126は電圧比較器101,10
2,103,104,105を選択するために、スイッ
チ制御回路142に対して、スイッチ139,140,
141を開、スイッチ135,136,137,138
を閉にせよと命じる。こうして図4で示された原理が実
現され、入力電圧レベルによって、その入力信号との比
較に使用される参照電圧の範囲をシフトできるようにな
り、積分非直線性劣化の問題のない電圧比較装置とな
る。
【0047】なお、ここでは、m個の電圧比較器によっ
てまず入力電圧レベルを調べ、その後で、その入力電圧
レベルに対応するm/2 +1個の電圧比較器を選択し
たが、これは、図4のシーソーのシフト幅がm、つまり
入力電圧のシフト幅の2倍になっていることに合わせた
ことによるものである。重要なのは、入力電圧レベル近
辺の参照電圧を持つ幾つかの電圧比較器についてのみ抵
抗による重み付け加算を行うことであるで、入力電圧レ
ベルに応じて選択する電圧比較器の数は任意である。ま
た、最初にm個の電圧比較器によって入力信号の比較を
行うときは全てのスイッチを開状態にしておいてもよ
い。
てまず入力電圧レベルを調べ、その後で、その入力電圧
レベルに対応するm/2 +1個の電圧比較器を選択し
たが、これは、図4のシーソーのシフト幅がm、つまり
入力電圧のシフト幅の2倍になっていることに合わせた
ことによるものである。重要なのは、入力電圧レベル近
辺の参照電圧を持つ幾つかの電圧比較器についてのみ抵
抗による重み付け加算を行うことであるで、入力電圧レ
ベルに応じて選択する電圧比較器の数は任意である。ま
た、最初にm個の電圧比較器によって入力信号の比較を
行うときは全てのスイッチを開状態にしておいてもよ
い。
【0048】図5は図1と図3を組み合わせた例であ
り、図1および図3で説明した長所を合わせ持つ構成と
なっている。図3と比べ図5において新たに加わった部
分は、159,160,161,162,163,16
4の第2の抵抗、165,166,167,168,1
69,170のスイッチである。スイッチ制御回路14
2は、符号変換回路126でデジタルデータに変化され
た入力信号のレベルに応じて以下のように動作する。
り、図1および図3で説明した長所を合わせ持つ構成と
なっている。図3と比べ図5において新たに加わった部
分は、159,160,161,162,163,16
4の第2の抵抗、165,166,167,168,1
69,170のスイッチである。スイッチ制御回路14
2は、符号変換回路126でデジタルデータに変化され
た入力信号のレベルに応じて以下のように動作する。
【0049】入力電圧VinがVref3−Δ<Vin<Vref3
+Δであると符号変換回路126は電圧比較器101,
102,103,104,105を選択するために、ス
イッチ制御回路142に対して、スイッチ139,14
0,141,167,169,170を開、スイッチ1
35,136,137,138,165,166,16
8を閉にせよと命じる。入力電圧VinがVref4−Δ<V
in<Vref4+Δであると符号変換回路126は電圧比較
器102,103,104,105,106を選択する
ためにスイッチ制御回路142に対して、スイッチ13
5,140,141,165,167,170を開、ス
イッチ136,137,138,139,166,16
8,169を閉にせよと命じる。入力電圧VinがVref5
−Δ<Vin<Vref5+Δであると符号変換回路126は
電圧比較器103,104,105,106,107を
選択するために、スイッチ制御回路142に対して、ス
イッチ135,136,141,165,168,17
0を開、スイッチ137,138,139,140,1
66,167,169を閉にせよと命じる。入力電圧V
inがVref6−Δ<Vin<Vref6+Δであると符号変換回
路126は電圧比較器104,105,106,10
7,108を選択するために、スイッチ制御回路142
に対して、スイッチ135,136,137,165,
166,168を開、スイッチ138,139,14
0,141,167,169,170を閉にせよと命じ
る。あるいは、入力電圧VinがVref3−Δ<Vin<Vre
f3+Δであると符号変換回路126はスイッチ制御回路
142に対して、スイッチ139,140,141,1
67,169,170を開、スイッチ135,136,
137,138,165,166,168を閉にせよと
命じる。この結果、図1、図3の働きを合併した機能を
有する電圧比較装置となる。
+Δであると符号変換回路126は電圧比較器101,
102,103,104,105を選択するために、ス
イッチ制御回路142に対して、スイッチ139,14
0,141,167,169,170を開、スイッチ1
35,136,137,138,165,166,16
8を閉にせよと命じる。入力電圧VinがVref4−Δ<V
in<Vref4+Δであると符号変換回路126は電圧比較
器102,103,104,105,106を選択する
ためにスイッチ制御回路142に対して、スイッチ13
5,140,141,165,167,170を開、ス
イッチ136,137,138,139,166,16
8,169を閉にせよと命じる。入力電圧VinがVref5
−Δ<Vin<Vref5+Δであると符号変換回路126は
電圧比較器103,104,105,106,107を
選択するために、スイッチ制御回路142に対して、ス
イッチ135,136,141,165,168,17
0を開、スイッチ137,138,139,140,1
66,167,169を閉にせよと命じる。入力電圧V
inがVref6−Δ<Vin<Vref6+Δであると符号変換回
路126は電圧比較器104,105,106,10
7,108を選択するために、スイッチ制御回路142
に対して、スイッチ135,136,137,165,
166,168を開、スイッチ138,139,14
0,141,167,169,170を閉にせよと命じ
る。あるいは、入力電圧VinがVref3−Δ<Vin<Vre
f3+Δであると符号変換回路126はスイッチ制御回路
142に対して、スイッチ139,140,141,1
67,169,170を開、スイッチ135,136,
137,138,165,166,168を閉にせよと
命じる。この結果、図1、図3の働きを合併した機能を
有する電圧比較装置となる。
【0050】図6は、図3および図5と同じ原理に基づ
く別の構成例である。図4(b)、(c)のように支点
の移動に合わせてシーソーの上の板も移動し、シーソー
をいつもバランスした状態にするためには、図5の実施
例の他にも、支点の移動に応じてシーソーの板も同時に
動かしても良い。この考えに従って構成された図6の装
置を以下説明する。
く別の構成例である。図4(b)、(c)のように支点
の移動に合わせてシーソーの上の板も移動し、シーソー
をいつもバランスした状態にするためには、図5の実施
例の他にも、支点の移動に応じてシーソーの板も同時に
動かしても良い。この考えに従って構成された図6の装
置を以下説明する。
【0051】図6において、201,202,203,
204,205はそれぞれ出力インピーダンスがゼロで
ある理想的な電圧比較器、206,207,208,2
09,210はそれぞれ前記電圧比較器の第2の入力線
であり、220,221,222,223はそれぞれ第
1の抵抗であり、224,225,226はそれぞれ第
2の抵抗であり、211はアナログ入力端子、212は
デジタルデータ出力端子、213は2進数への符号変換
回路、216,217,218,219,220はそれ
ぞれ前記電圧比較器の出力インピーダンス、214は前
置電圧比較器、215は参照電圧発生器である。
204,205はそれぞれ出力インピーダンスがゼロで
ある理想的な電圧比較器、206,207,208,2
09,210はそれぞれ前記電圧比較器の第2の入力線
であり、220,221,222,223はそれぞれ第
1の抵抗であり、224,225,226はそれぞれ第
2の抵抗であり、211はアナログ入力端子、212は
デジタルデータ出力端子、213は2進数への符号変換
回路、216,217,218,219,220はそれ
ぞれ前記電圧比較器の出力インピーダンス、214は前
置電圧比較器、215は参照電圧発生器である。
【0052】この構成においては、最初にデジタルデー
タの上位ビット部に相当する粗い変換が行われた後に、
第1および第2の抵抗からなる抵抗網によって高精度化
された電圧比較器201〜205により下位ビット部を
含めた高精度の電圧比較が行われる。この場合、前置電
圧比較器214はデジタルデータの上位ビット部に相当
する粗いA/D変換を入力信号に対して施すために用い
られ、量子化ステップ数に対応する数の比較器と符号変
換回路などから構成される。
タの上位ビット部に相当する粗い変換が行われた後に、
第1および第2の抵抗からなる抵抗網によって高精度化
された電圧比較器201〜205により下位ビット部を
含めた高精度の電圧比較が行われる。この場合、前置電
圧比較器214はデジタルデータの上位ビット部に相当
する粗いA/D変換を入力信号に対して施すために用い
られ、量子化ステップ数に対応する数の比較器と符号変
換回路などから構成される。
【0053】入力端子211に入力される信号は、前置
電圧比較器214において、Vref_i-1 <Vin<Vref_
i 、i=1,2,…,nを満たすiが求められ、この結
果に従って参照電圧発生器215は、電圧比較器20
1,202,203,204,205の第2の入力線で
ある、206,207,208,209,210にそれ
ぞれ、206にはVref_i-1 +2Δ、207にはVref_
i-1 +Δ、208にはVref_i-1 、209にはVref_i-
1 −Δ、210にはVref_i-1 −2Δの電位を与える。
ここでΔ=Vref_i − Vref_i-1 である。このよう
に、図6では、常に入力が等価的に高精度比較器群の中
の中点にくるように工夫されており、これにより、常に
電圧比較器の参照電圧はVinに近い値となり、入力電圧
の違いによる電圧比較装置の劣化を防ぐことができ積分
非直線性が改善される。
電圧比較器214において、Vref_i-1 <Vin<Vref_
i 、i=1,2,…,nを満たすiが求められ、この結
果に従って参照電圧発生器215は、電圧比較器20
1,202,203,204,205の第2の入力線で
ある、206,207,208,209,210にそれ
ぞれ、206にはVref_i-1 +2Δ、207にはVref_
i-1 +Δ、208にはVref_i-1 、209にはVref_i-
1 −Δ、210にはVref_i-1 −2Δの電位を与える。
ここでΔ=Vref_i − Vref_i-1 である。このよう
に、図6では、常に入力が等価的に高精度比較器群の中
の中点にくるように工夫されており、これにより、常に
電圧比較器の参照電圧はVinに近い値となり、入力電圧
の違いによる電圧比較装置の劣化を防ぐことができ積分
非直線性が改善される。
【0054】尚、この例においては、従来例と異なり、
前置電圧比較器214の比較は精度を必要としない。こ
れは、電圧比較器201,202,203,204,2
05において厳密な比較がなされるためである。また電
圧比較器201,202,203,204,205の参
照電圧の変化分であるΔの値は、前記電圧比較器214
にて上位何ビットのA/D変換を行うかによって決定さ
れるものである。
前置電圧比較器214の比較は精度を必要としない。こ
れは、電圧比較器201,202,203,204,2
05において厳密な比較がなされるためである。また電
圧比較器201,202,203,204,205の参
照電圧の変化分であるΔの値は、前記電圧比較器214
にて上位何ビットのA/D変換を行うかによって決定さ
れるものである。
【0055】次に、第3の実施形態について説明する。
第3の実施形態においては電圧比較器が前述のごとく飽
和特性を有する非線形写像を行なう回路であることに着
目したものである。図7は電圧比較器の入出力写像の特
徴を示している。
第3の実施形態においては電圧比較器が前述のごとく飽
和特性を有する非線形写像を行なう回路であることに着
目したものである。図7は電圧比較器の入出力写像の特
徴を示している。
【0056】ここでは、n個の電圧比較器のうちi番目
の電圧比較器の入出力特性を示しており、電圧比較器の
第1の入力には入力電圧が加わり、電圧比較器の第2の
入力には参照電圧Vref_i が加わるものとする。この図
より入力電圧Vinが Vref_i-k < Vin < Vref_i+k の範囲にあるとき(図においてはk=3)、出力電圧は
ほぼ入力電圧に比例した値となるが、入力電圧Vinが Vin < Vref_i-k の範囲にあるとき出力電圧は飽和電圧−Vsat となり、
入力電圧Vinが Vref_i+k < Vin の範囲にあるとき出力電圧は飽和電圧Vsat となる。
の電圧比較器の入出力特性を示しており、電圧比較器の
第1の入力には入力電圧が加わり、電圧比較器の第2の
入力には参照電圧Vref_i が加わるものとする。この図
より入力電圧Vinが Vref_i-k < Vin < Vref_i+k の範囲にあるとき(図においてはk=3)、出力電圧は
ほぼ入力電圧に比例した値となるが、入力電圧Vinが Vin < Vref_i-k の範囲にあるとき出力電圧は飽和電圧−Vsat となり、
入力電圧Vinが Vref_i+k < Vin の範囲にあるとき出力電圧は飽和電圧Vsat となる。
【0057】すなわち、n個の電圧比較器のうち、i−
k番目以下の電圧比較器とi+k番目以上の電圧比較器
は入力電圧に寄らず一定の飽和電圧を出力している。つ
ぎに前述の(2)式と(3)式に着目する。図1を思い
浮かべると、第1、第2の抵抗回路網により得られる平
均化された電圧比較器出力Vreal_i(i=1,…,n)
は電圧比較器本来の出力Videal_i (i=1,…,n)
により
k番目以下の電圧比較器とi+k番目以上の電圧比較器
は入力電圧に寄らず一定の飽和電圧を出力している。つ
ぎに前述の(2)式と(3)式に着目する。図1を思い
浮かべると、第1、第2の抵抗回路網により得られる平
均化された電圧比較器出力Vreal_i(i=1,…,n)
は電圧比較器本来の出力Videal_i (i=1,…,n)
により
【0058】
【数8】 と表される。ここで、A′は入出力変換利得であり、a
は第1、第2の抵抗回路網により得られる平均化された
i番目の電圧比較器出力Vreal_i への貢献度を表しa
<1を満足している。aは式(2)の(Y1 +Y2 YC
)に相当する。電圧比較器における前述の飽和特性を
考慮すれば、i+k番目以上の比較器出力は+Vsat 、
i−k未満の電圧比較器出力は−Vsat であるので、
は第1、第2の抵抗回路網により得られる平均化された
i番目の電圧比較器出力Vreal_i への貢献度を表しa
<1を満足している。aは式(2)の(Y1 +Y2 YC
)に相当する。電圧比較器における前述の飽和特性を
考慮すれば、i+k番目以上の比較器出力は+Vsat 、
i−k未満の電圧比較器出力は−Vsat であるので、
【0059】
【数9】 を得るが、さらにn→∞という一見実現不可能な理想電
圧比較装置を仮定すると、
圧比較装置を仮定すると、
【0060】
【数10】 という式を得る。この式は入力電圧Vinがi番目の電圧
比較器の参照電圧Vref_i の近傍にあるときは、i+k
番目以上およびi−k未満の電圧比較器出力の結果はそ
れぞれ、±Vsat ・(1/(1−a))により厳密に等
価表現できることがわかる。
比較器の参照電圧Vref_i の近傍にあるときは、i+k
番目以上およびi−k未満の電圧比較器出力の結果はそ
れぞれ、±Vsat ・(1/(1−a))により厳密に等
価表現できることがわかる。
【0061】図8はこの考え方に従って実施された構成
例である。図8は図1の構成をさらに改良したものであ
り、部品番号が同じものは図1のものと同じであること
を示している。ここでは、k=2の場合を想定し、図1
の両端の比較器1,5の外延にそれぞれ仮想電源電圧、
仮想抵抗、仮想比較器を配置してあたかも無限個の比較
器群からなるように構成したものであるが、図8では図
1の上側の部分に対応する構成だけが図示されており、
下側の構成は上側と同様であるので省略されている。図
8を折り返してみればその構成が理解されよう。
例である。図8は図1の構成をさらに改良したものであ
り、部品番号が同じものは図1のものと同じであること
を示している。ここでは、k=2の場合を想定し、図1
の両端の比較器1,5の外延にそれぞれ仮想電源電圧、
仮想抵抗、仮想比較器を配置してあたかも無限個の比較
器群からなるように構成したものであるが、図8では図
1の上側の部分に対応する構成だけが図示されており、
下側の構成は上側と同様であるので省略されている。図
8を折り返してみればその構成が理解されよう。
【0062】図8において、1,2,50,51はそれ
ぞれ出力インピーダンスがゼロである理想的な電圧比較
器、6,7,52,53はそれぞれ前記電圧比較器の第
2の入力端子であり、11,55,56はそれぞれ第1
の抵抗であり、17,57,59はそれぞれ第2の抵抗
であり、18は入力端子、19は出力端子、20は2進
数への変換回路、21,22,61,62はそれぞれ前
記電圧比較器の出力インピーダンス、26,27,6
4,65はそれぞれ前記出力インピーダンスがゼロであ
る理想的な電圧比較器出力線、31,32,66,67
はそれぞれ前記電圧比較器の出力インピーダンスを介し
た出力線、63は+∞に相当する電圧であるV+ ∞を加
える付加電源電圧端子、60,54,58は第3の付加
抵抗である。電圧比較器50,51は、それぞれi−
1、i−2に相当する付加電圧比較器である。
ぞれ出力インピーダンスがゼロである理想的な電圧比較
器、6,7,52,53はそれぞれ前記電圧比較器の第
2の入力端子であり、11,55,56はそれぞれ第1
の抵抗であり、17,57,59はそれぞれ第2の抵抗
であり、18は入力端子、19は出力端子、20は2進
数への変換回路、21,22,61,62はそれぞれ前
記電圧比較器の出力インピーダンス、26,27,6
4,65はそれぞれ前記出力インピーダンスがゼロであ
る理想的な電圧比較器出力線、31,32,66,67
はそれぞれ前記電圧比較器の出力インピーダンスを介し
た出力線、63は+∞に相当する電圧であるV+ ∞を加
える付加電源電圧端子、60,54,58は第3の付加
抵抗である。電圧比較器50,51は、それぞれi−
1、i−2に相当する付加電圧比較器である。
【0063】図8では出力インピーダンスがゼロである
理想的な電圧比較器の第2の入力端子にはそれぞれ、 Vref-1 > Vref0 > Vref1 > Vref2 > … の大小関係で示される参照電圧が供給される。この図に
おいては前述したようにkは2としている。端子63の
電位V+ ∞は(10)式におけるVsat (1/1−a)
に相当あるいは比例した電位であり、第3の抵抗60は
前記電圧比較器の出力インピーダンスに準じ、第3の抵
抗54は前記第1の抵抗に準じ、第3の抵抗58は前記
第2の抵抗に準じる値であるとする。これら第3の抵抗
は、端子63の仮想電源電位V+ ∞を図1の比較器出力
に重み付け加算するために設けられているものであり、
(10)式を具体化するために抵抗値は選択される。
理想的な電圧比較器の第2の入力端子にはそれぞれ、 Vref-1 > Vref0 > Vref1 > Vref2 > … の大小関係で示される参照電圧が供給される。この図に
おいては前述したようにkは2としている。端子63の
電位V+ ∞は(10)式におけるVsat (1/1−a)
に相当あるいは比例した電位であり、第3の抵抗60は
前記電圧比較器の出力インピーダンスに準じ、第3の抵
抗54は前記第1の抵抗に準じ、第3の抵抗58は前記
第2の抵抗に準じる値であるとする。これら第3の抵抗
は、端子63の仮想電源電位V+ ∞を図1の比較器出力
に重み付け加算するために設けられているものであり、
(10)式を具体化するために抵抗値は選択される。
【0064】この実施形態では、端子63に加える電位
と第3の抵抗により、(10)式における項ak+1 V
sat (1/1−a)を実現している。ここで、入力電圧
の電圧比較を許される電圧範囲はVin<Vref1と仮定し
ている。このように図8では、付加抵抗54,58,6
0、付加電圧源V+ ∞により、あたかも電圧比較器が無
限個からなる電圧比較装置になっているので、入力電圧
の値によって生ずる上下のアンバランスが生じることが
なく、常にシーソーが釣り合った状態にあるため、積分
非直線が劣化することのない電圧比較装置を提供するこ
とができる。
と第3の抵抗により、(10)式における項ak+1 V
sat (1/1−a)を実現している。ここで、入力電圧
の電圧比較を許される電圧範囲はVin<Vref1と仮定し
ている。このように図8では、付加抵抗54,58,6
0、付加電圧源V+ ∞により、あたかも電圧比較器が無
限個からなる電圧比較装置になっているので、入力電圧
の値によって生ずる上下のアンバランスが生じることが
なく、常にシーソーが釣り合った状態にあるため、積分
非直線が劣化することのない電圧比較装置を提供するこ
とができる。
【0065】図9は本発明の第4の実施形態である。図
9において、300,301,302,303,30
4,305,306,307はそれぞれ出力インピーダ
ンスがゼロである理想的な電圧比較器、308,30
9,310,311,312,313,314,315
はそれぞれ前記電圧比較器の第2の入力端子であり、3
16,317,318,319,320,321,32
2,323はそれぞれ第1の抵抗であり、324は入力
端子、326は出力端子、325は2進数への符号変換
回路である。この実施形態においては、電圧比較器30
0,301,302,303,304,305,30
6,307が、それらの第2の入力端子に供給される参
照電圧の値の順に円環状に配置されており、これによっ
て辺縁の電圧比較器を見かけ上無くし変換精度の向上を
図っている。また、電圧比較器の第2の入力端子には互
いに左右を見たときシーソーのバランスがとれるよう
に、たとえばランダムに選択された参照電圧をそれぞれ
供給するようにしてもよい。これにより、さらに、辺縁
の影響を受けない電圧比較装置を提供できることにな
る。
9において、300,301,302,303,30
4,305,306,307はそれぞれ出力インピーダ
ンスがゼロである理想的な電圧比較器、308,30
9,310,311,312,313,314,315
はそれぞれ前記電圧比較器の第2の入力端子であり、3
16,317,318,319,320,321,32
2,323はそれぞれ第1の抵抗であり、324は入力
端子、326は出力端子、325は2進数への符号変換
回路である。この実施形態においては、電圧比較器30
0,301,302,303,304,305,30
6,307が、それらの第2の入力端子に供給される参
照電圧の値の順に円環状に配置されており、これによっ
て辺縁の電圧比較器を見かけ上無くし変換精度の向上を
図っている。また、電圧比較器の第2の入力端子には互
いに左右を見たときシーソーのバランスがとれるよう
に、たとえばランダムに選択された参照電圧をそれぞれ
供給するようにしてもよい。これにより、さらに、辺縁
の影響を受けない電圧比較装置を提供できることにな
る。
【0066】また、図9においては第2の抵抗について
は示されてないが、この第2の抵抗を接続することによ
り、図1の効果をも持ち合わせた構成を実現できる。ま
た、円環状に配置された電圧比較器の出力端子間が完全
結合となるように、それら出力端子間を距離に応じた値
の抵抗で互いに接続してもよい。
は示されてないが、この第2の抵抗を接続することによ
り、図1の効果をも持ち合わせた構成を実現できる。ま
た、円環状に配置された電圧比較器の出力端子間が完全
結合となるように、それら出力端子間を距離に応じた値
の抵抗で互いに接続してもよい。
【0067】なお、以上の各実施形態の構成に対して、
さらに、入力信号と比較器群の比較結果の差分を計算す
る回路を設け、この結果を新たな入力として比較動作を
繰り返し実行させるようにすれば、上位桁の変換と下位
桁の変換を別個に行うアナログ/デジタル変換装置とし
て機能させることができ、ハードウェアコストの低減を
実現できる。この場合、入力信号と比較結果の差分を計
算する回路は、比較結果をアナログ信号に変換するデジ
タル/アナログ変換回路と、入力信号とデジタル/アナ
ログ変換回路の出力の差分を求める引き算回路とによっ
て容易に実現できる。
さらに、入力信号と比較器群の比較結果の差分を計算す
る回路を設け、この結果を新たな入力として比較動作を
繰り返し実行させるようにすれば、上位桁の変換と下位
桁の変換を別個に行うアナログ/デジタル変換装置とし
て機能させることができ、ハードウェアコストの低減を
実現できる。この場合、入力信号と比較結果の差分を計
算する回路は、比較結果をアナログ信号に変換するデジ
タル/アナログ変換回路と、入力信号とデジタル/アナ
ログ変換回路の出力の差分を求める引き算回路とによっ
て容易に実現できる。
【0068】また、各実施形態で使用される電圧比較器
としては、差動増幅器を使用することができる。また、
電圧比較器としては有限の出力インピーダンスを有する
ものを使用するか、あるいは前述の例のように出力イン
ピーダンスがゼロの電圧比較器についての出力に抵抗の
一端を接続し、その抵抗の他端を実際の電圧比較器出力
として用いればよい。
としては、差動増幅器を使用することができる。また、
電圧比較器としては有限の出力インピーダンスを有する
ものを使用するか、あるいは前述の例のように出力イン
ピーダンスがゼロの電圧比較器についての出力に抵抗の
一端を接続し、その抵抗の他端を実際の電圧比較器出力
として用いればよい。
【0069】また、隣接、次隣接の電圧比較器を第1、
第2の抵抗により結ぶだけでなく、次次隣接、次次次隣
接をそれぞれ抵抗で連結するごとき構成もまた可能であ
る。この構成により精度と変換速度をさらに向上させる
ことができる。
第2の抵抗により結ぶだけでなく、次次隣接、次次次隣
接をそれぞれ抵抗で連結するごとき構成もまた可能であ
る。この構成により精度と変換速度をさらに向上させる
ことができる。
【0070】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、複
数の比較器出力を加算平均する手法や辺縁の比較器出力
に対する処理の改善を図ることにより、電圧比較装置の
電圧比較に要する時間を増大させることなく比較精度を
向上することができるようになり、高速且つ高精度のア
ナログ/デジタル変換装置を実現できる。
数の比較器出力を加算平均する手法や辺縁の比較器出力
に対する処理の改善を図ることにより、電圧比較装置の
電圧比較に要する時間を増大させることなく比較精度を
向上することができるようになり、高速且つ高精度のア
ナログ/デジタル変換装置を実現できる。
【図1】本発明の第1実施形態に係るアナログ/デジタ
ル変換装置の構成を示す図。
ル変換装置の構成を示す図。
【図2】同第1実施形態のアナログ/デジタル変換装置
の動作を説明するための図。
の動作を説明するための図。
【図3】本発明の第2実施形態に係るアナログ/デジタ
ル変換装置の構成を示す図。
ル変換装置の構成を示す図。
【図4】同第2実施形態のアナログ/デジタル変換装置
の原理を説明するための図。
の原理を説明するための図。
【図5】同第2実施形態のアナログ/デジタル変換装置
の他の構成の一例を示す図。
の他の構成の一例を示す図。
【図6】同第2実施形態のアナログ/デジタル変換装置
のさらに別の構成例を示す図。
のさらに別の構成例を示す図。
【図7】本発明の第3実施形態に係るアナログ/デジタ
ル変換装置の原理を説明するための図。
ル変換装置の原理を説明するための図。
【図8】本発明の第3実施形態に係るアナログ/デジタ
ル変換装置の構成例を示す図。
ル変換装置の構成例を示す図。
【図9】本発明の第4実施形態に係るアナログ/デジタ
ル変換装置の構成例を示す図。
ル変換装置の構成例を示す図。
1,2,3,4,5…電圧比較器 6,7,8,9,10…電圧比較器の第2の入力端子 11,12,13,14…第1の抵抗 15,16,17…第2の抵抗 18…アナログ信号入力端子 19…デジタルデータ出力端子 20…符号変換回路 21,22,23,24,25…電圧比較器の出力イン
ピーダンス 26,27,28,29,30…電圧比較器出力線 31,32,33,34,35…出力インピーダンスを
介した出力線
ピーダンス 26,27,28,29,30…電圧比較器出力線 31,32,33,34,35…出力インピーダンスを
介した出力線
Claims (11)
- 【請求項1】 第1および第2の入力端子と出力端子と
をそれぞれ有するN個の電圧比較器を備え、入力信号を
前記N個の電圧比較器の第1入力端子に供給し、互いに
異なるN個の基準電圧源電圧を前記N個の電圧比較器の
第2の入力端子にそれぞれ供給し、前記N個の電圧比較
器の出力をデジタルデータに符号化して出力するアナロ
グ/デジタル変換装置において、 前記N個の基準電圧源電圧の電圧値に応じて前記N個の
電圧比較器を順に並べ、n1個(n1>1)だけ離れた
2つの前記電圧比較器単位でそれらの出力端子間をそれ
ぞれN−n1個の第1の抵抗で接続することを特徴とす
るアナログ/デジタル変換装置。 - 【請求項2】 隣接する2つの前記電圧比較器単位でそ
れらの出力端子間をそれぞれN−1個の第2の抵抗でさ
らに接続することを特徴とする請求項1記載のアナログ
/デジタル変換装置。 - 【請求項3】 n2個(n2>n1)だけ離れた2つの
前記電圧比較器単位でそれらの出力端子間をそれぞれN
−n2個の第3の抵抗でさらに接続することを特徴とす
る請求項1または2記載のアナログ/デジタル変換装
置。 - 【請求項4】 第1および第2の入力端子と出力端子と
をそれぞれ有するN個の電圧比較器を備え、入力信号を
前記N個の電圧比較器の第1入力端子に供給し、互いに
異なるN個の基準電圧源電圧を前記N個の電圧比較器の
第2の入力端子にそれぞれ供給し、前記N個の電圧比較
器の出力をデジタルデータに符号化して出力するアナロ
グ/デジタル変換装置であって、前記N個の基準電圧源
電圧の電圧値に応じて前記N個の電圧比較器を順に並
べ、n1個(n1>1)だけ離れた2つの前記電圧比較
器毎にそれらの出力端子間をそれぞれN−n1個の第1
の抵抗で接続するか、あるいは隣接する2つの電圧比較
器毎にそれらの出力端子間をそれぞれN−1個の第2の
抵抗で接続したアナログ/デジタル変換装置において、 前記N個の電圧比較器の比較結果に基づいて、前記N個
の電圧比較器の中から前記入力信号の電圧レベルに対応
するM個(M<N)の電圧比較器を選択する手段を具備
することを特徴とするアナログ/デジタル変換装置。 - 【請求項5】 第1および第2の入力端子と出力端子と
をそれぞれ有するN個の電圧比較器を備え、入力信号を
前記N個の電圧比較器の第1入力端子に供給し、互いに
異なるN個の基準電圧源電圧を前記N個の電圧比較器の
第2の入力端子にそれぞれ供給し、前記N個の電圧比較
器の出力をデジタルデータに符号化して出力するアナロ
グ/デジタル変換装置において、 前記N個の基準電圧源電圧の電圧値に応じて前記N個の
電圧比較器を順に並べ、n1個(n1≧1)だけ離れた
2つの前記電圧比較器毎にそれらの出力端子間を、第1
の抵抗と第1のスイッチとの直列接続から各々構成され
るN−n1個の第1の直列回路でそれぞれ接続し、前記
N個の電圧比較器の中から前記入力信号の電圧レベルに
対応するM個(M<N)の電圧比較器が選択されるよう
に、前記N個の電圧比較器の比較結果に基づいて前記N
−n1個の第1の直列回路それぞれの第1のスイッチの
開閉を制御することを特徴とするアナログ/デジタル変
換装置。 - 【請求項6】 n2個(n2>n1)だけ離れた2つの
前記電圧比較器毎にそれらの出力端子間を、第2の抵抗
と第2スイッチとの直列接続からなるN−n2個の第2
の直列回路でさらに接続し、前記N個の電圧比較器の比
較結果に基づいて前記第2のスイッチの開閉を制御する
ことを特徴とする請求項5記載のアナログ/デジタル変
換装置。 - 【請求項7】 第1および第2の入力端子と出力端子と
をそれぞれ有するN個の電圧比較器を備え、入力信号を
前記N個の電圧比較器の第1入力端子に供給し、互いに
異なるN個の基準電圧源電圧を前記N個の電圧比較器の
第2の入力端子にそれぞれ供給し、前記N個の電圧比較
器の出力をデジタルデータに符号化して出力するアナロ
グ/デジタル変換装置であって、前記N個の基準電圧源
電圧の電圧値に応じて前記N個の電圧比較器を順に並
べ、n1個(n1≧1)だけ離れた2つの前記電圧比較
器毎にそれらの出力端子間をN−n1個の第1の抵抗で
それぞれ接続したアナログ/デジタル変換装置におい
て、 前記入力信号の電圧値に基づいて前記デジタルデータの
上位ビット部に相当するA/D変換を行う手段と、 前記N個の基準電圧源電圧の電圧範囲の中点が前記入力
信号のレベルに対応するように、前記上位ビット部のA
/D変換結果に基づいて、前記N個の電圧比較器の第2
入力に供給される前記N個の基準電圧源電圧を生成する
手段とを具備することを特徴とするアナログ/デジタル
変換装置。 - 【請求項8】 n2個(n2>n1)だけ離れた2つの
前記電圧比較器毎にそれらの出力端子間をN−n2個の
第2の抵抗でさらに接続したことを特徴とする請求項7
記載のアナログ/デジタル変換装置。 - 【請求項9】 第1および第2の入力端子と出力端子と
をそれぞれ有するN個の第1の電圧比較器を備え、入力
信号を前記N個の第1の電圧比較器の第1入力端子に供
給し、互いに異なるN個の基準電圧源電圧を前記N個の
第1の電圧比較器の第2の入力端子にそれぞれ供給し、
前記N個の第1の電圧比較器の出力をデジタルデータに
符号化して出力するアナログ/デジタル変換装置であっ
て、前記N個の基準電圧源電圧の電圧値に応じて前記N
個の第1の電圧比較器を順に並べ、n1個(n1≧1)
だけ離れた2つの前記第1の電圧比較器毎にそれらの出
力端子間をN−n1個の第1の抵抗でそれぞれ接続した
アナログ/デジタル変換装置において、 前記N個の第1の電圧比較器の中の両端にある2つの第
1の電圧比較器それぞれの外延に、前記第1の電圧比較
器の正および負の飽和出力電圧値を基に求められた所定
値の第1および第2の付加電源を設け、 これら第1および第2の付加電源を第1および第2の付
加抵抗を介して前記両端にある2つの第1の電圧比較器
の出力にそれぞれ接続したことを特徴とするアナログ/
デジタル変換装置。 - 【請求項10】 n2個(n2>n1)だけ離れた2つ
の前記電圧比較器毎にそれらの出力端子間をN−n2個
の第2の抵抗でさらに接続し、前記第1および第2の付
加電源を第3および第4の付加抵抗を介して前記両端に
ある2つの第1の電圧比較器の出力にそれぞれ接続した
ことを特徴とする請求項9記載のアナログ/デジタル変
換装置。 - 【請求項11】 第1および第2の入力端子と出力端子
とをそれぞれ有するN個の電圧比較器を備え、入力信号
を前記N個の電圧比較器の第1入力端子に供給し、互い
に異なるN個の基準電圧源電圧を前記N個の電圧比較器
の第2の入力端子にそれぞれ供給し、前記N個の電圧比
較器の出力をデジタルデータに符号化して出力するアナ
ログ/デジタル変換装置において、 前記N個の電圧比較器を円環状に配置し、 n1個(n1≧1)だけ離れた2つの前記電圧比較器毎
にそれらの出力端子間をN−n1個の第1の抵抗でそれ
ぞれ接続するか、あるいはn2個(n2>n1)だけ離
れた2つの電圧比較器の出力端子間をN−n2個の第2
の抵抗でそれぞれ接続したことを特徴とするアナログ/
デジタル変換装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14645597A JP3450649B2 (ja) | 1997-06-04 | 1997-06-04 | アナログ/デジタル変換装置 |
| US09/089,485 US6072416A (en) | 1997-06-04 | 1998-06-02 | Analog-to-digital converter circuit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14645597A JP3450649B2 (ja) | 1997-06-04 | 1997-06-04 | アナログ/デジタル変換装置 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003147920A Division JP3597838B2 (ja) | 2003-05-26 | 2003-05-26 | アナログ/デジタル変換装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10336031A true JPH10336031A (ja) | 1998-12-18 |
| JP3450649B2 JP3450649B2 (ja) | 2003-09-29 |
Family
ID=15408037
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14645597A Expired - Lifetime JP3450649B2 (ja) | 1997-06-04 | 1997-06-04 | アナログ/デジタル変換装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6072416A (ja) |
| JP (1) | JP3450649B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007508762A (ja) * | 2003-10-17 | 2007-04-05 | アトメル グルノーブル エス.ア. | アナログ/デジタルコンバータ用の比較回路 |
| JP2010011034A (ja) * | 2008-06-26 | 2010-01-14 | Fujitsu Ltd | Ad変換回路および受信回路 |
| JP2010252206A (ja) * | 2009-04-20 | 2010-11-04 | Sony Corp | Ad変換器 |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6373423B1 (en) | 1999-12-14 | 2002-04-16 | National Instruments Corporation | Flash analog-to-digital conversion system and method with reduced comparators |
| DE10060159A1 (de) * | 2000-12-04 | 2002-06-13 | Infineon Technologies Ag | Analog-Digital-Wandler und Verfahren zur Wandlung eines Analogsignals in ein Digitalsignal |
| WO2002069497A2 (en) * | 2001-02-27 | 2002-09-06 | Broadcom Corporation | High speed latch comparators |
| US6727839B2 (en) * | 2002-08-23 | 2004-04-27 | Broadcom Corporation | High speed, low power comparator |
| US7002504B2 (en) * | 2003-05-05 | 2006-02-21 | Maxim Integrated Products, Inc. | Dynamic element matching in high speed data converters |
| US6844838B2 (en) * | 2003-05-22 | 2005-01-18 | Ess Technology, Inc. | Digital to analog converter having a low power semi-analog finite impulse response circuit |
| US6847320B1 (en) * | 2004-02-13 | 2005-01-25 | National Semiconductor Corporation | ADC linearity improvement |
| US7046179B1 (en) | 2004-02-13 | 2006-05-16 | National Semiconductor Corporation | Apparatus and method for on-chip ADC calibration |
| US6822600B1 (en) * | 2004-02-13 | 2004-11-23 | National Semiconductor Corporation | Amplifier array termination |
| JP2005269400A (ja) * | 2004-03-19 | 2005-09-29 | Sanyo Electric Co Ltd | 比較装置及び方法、その比較方法を利用可能なアナログデジタル変換装置、及びその比較方法に利用可能な判定装置 |
| US7425915B1 (en) * | 2004-05-20 | 2008-09-16 | University Of Rochester | Frequency modulation based flash ADC |
| DE102005001733A1 (de) * | 2005-01-14 | 2006-07-27 | Robert Bosch Gmbh | Analog-Digital-Umsetzer |
| DE102005015390B4 (de) * | 2005-04-04 | 2009-05-28 | Infineon Technologies Ag | Quantisierer in einem Multilevel-Sigma-Delta-Analog-Digital-Umsetzer |
| JP4702066B2 (ja) * | 2006-01-13 | 2011-06-15 | ソニー株式会社 | アナログ/デジタル変換回路 |
| KR101584787B1 (ko) * | 2009-01-19 | 2016-01-13 | 삼성전자주식회사 | 아날로그/디지털 변환 회로 |
| US8860598B2 (en) * | 2013-03-15 | 2014-10-14 | Analog Devices Technology | Bit error rate timer for a dynamic latch |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5841389A (en) * | 1996-04-16 | 1998-11-24 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Two-step parallel A/D converter |
| US5877720A (en) * | 1997-05-30 | 1999-03-02 | Lucent Technologies, Inc. | Reconfigurable analog-to-digital converter |
-
1997
- 1997-06-04 JP JP14645597A patent/JP3450649B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1998
- 1998-06-02 US US09/089,485 patent/US6072416A/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007508762A (ja) * | 2003-10-17 | 2007-04-05 | アトメル グルノーブル エス.ア. | アナログ/デジタルコンバータ用の比較回路 |
| JP2010011034A (ja) * | 2008-06-26 | 2010-01-14 | Fujitsu Ltd | Ad変換回路および受信回路 |
| JP2010252206A (ja) * | 2009-04-20 | 2010-11-04 | Sony Corp | Ad変換器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3450649B2 (ja) | 2003-09-29 |
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