JPS60197018A - A/d変換器 - Google Patents

A/d変換器

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JPS60197018A
JPS60197018A JP5215084A JP5215084A JPS60197018A JP S60197018 A JPS60197018 A JP S60197018A JP 5215084 A JP5215084 A JP 5215084A JP 5215084 A JP5215084 A JP 5215084A JP S60197018 A JPS60197018 A JP S60197018A
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voltage
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comparator
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Toshiro Tsukada
敏郎 塚田
Yuichi Nakatani
裕一 中谷
Shigeki Imaizumi
栄亀 今泉
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Hitachi Microcomputer System Ltd
Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
Hitachi Microcomputer Engineering Ltd
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    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12Analogue/digital converters
    • H03M1/14Conversion in steps with each step involving the same or a different conversion means and delivering more than one bit

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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】 〔発明の利用分野〕 本発明はA/D変換器に係シ、特に集積回路化に好適な
並列形A/D変換器に関する。
〔発明の背景〕
高速なA/D変換を達成する並列形A/D変換器は回路
規模がビット数に対して指数関数的に増加するので、直
並列形に属する第1図のよりなA/D変換器が回路も簡
素化できて集積回路化に適している(特開昭57−13
1123号公報)。
このA/D変換器は入力電圧V + aを、3つのコン
パレータ10で抵抗分割された基準電圧VRyatの各
分圧電圧と比較し、エンコーダ18を介して上位2ビツ
トDUを決定するとともに、この結果に基づいて4つの
スイッチ群12〜1501つを選択してオンし、3つの
コンパレータ11によシ選択された基準分圧電圧と■1
.を比較し、エンコーダ19を介して下位2ピツ)DL
を決定する。4ビツトを例としたこの変換器は、150
基準分圧電圧と入力電圧V1.の比較を15個の各コン
パレータで同時に比較する完全な並列形A/D変換器と
違って、3個のコンパレータで上位2ビツトを決定した
後、他の3個のコンパレータで下位2ビツトを決定する
。、一般に2nピツトのA/D変換では211−1個の
コンパレータで上位nビット、他の211−1個のコン
パレータで下位nビットを決定する。したがって所要コ
ンパレータ数は2”’−2個となシ、完全並列形の場合
22n個に比べて著しく少ない。例えば10(n=5)
ビットの場合は完全並列形の賜金の1024個に対し、
62個のコンパレータがあればよい。
ところで第1図のA/D変換器は上位ビットと下位ビッ
トの決定に別々のコンパレータ群を用い別々のタイミン
グで比較動作を行なわせるため、両者の間に回路差や時
間差に起因する比較動作上のミスマツチが生じる可能性
がある。例えばV + aが基準分圧電圧VRIが接近
した場合に、本来一定であるべきコンパレータ10(a
)の出力が変動して下位ビットの変換中に選択されたス
イッチ群(例えば12)が隣りのスイッチ群(例えば1
3)に切シ替って誤りが発生する場合がある。また集積
回路上における上位コンパレータ10と下位コンパレー
タ11の配置の違いや比較時刻の違いによシ、上位ビッ
トの比較結果で選択されたスイッチ群(例えば12)が
適切でなく、隣シのスイッチ群(例えば13)が下位ビ
ットの比較に用いられるべきなどの場合がある。これら
は直並列形に属する従来のA/D変換器に特有な問題で
あシ、変換器にしばしば誤動作を与えたり、変換精度を
劣化させる要因であった。
〔発明の目的〕
本発明の目的は上記の問題点を解決し、上位ビットと下
位ビット変換における回路動作上のミスマツチを防ぎ、
高精度で誤動作の起きない直並列形の集積回路化A/D
変換器を提供することにある。
〔発明の概要〕
上記の目的を達成するために本発明では、コンパレータ
にサンプル−ホールド機能のある電荷平衡形コンパレー
タを用い、上位ビットの変換結果を保持するラッチを設
けて下位ビット変換におけるスイッチ群を安定に選択す
るとともに、下位ビット変換に用いるコンパレータを若
干増設して比較すべき基準分圧電圧の範囲を上下に拡張
することにより、前記のミスマツチをカバーする回路構
成とした。これによシ高精度で安定な直並列形の集積回
路化A/D変換器を実現できることがあきらかとなった
〔発明の実施例〕
以下、本発明を実施例を用いて詳細に説明する。
第1図は本発明のA/D変換器の回路構成を示す図であ
る。簡単のため分解能4ビツトを例とした。本質的にサ
ンプル・ホールド機能のある電荷平衡形MOSコンパレ
ータ16,17を上位、下位ビットの変換にそれぞれ用
い、16個の抵抗Rt−几16からなる基準電圧V R
I Fの分圧回路の各端子電圧と入力電圧v1.を比較
する。上位コンパレータ群16と下位コンパレータ群1
7の比較結果はそれぞれエンコーダ18とエンコーダ1
9によシ上位ビットDU、下位ビットD1.に変換され
る。またラッチ20は上位ビットの比較結果を保持し、
この保持データにより4つのスイッチ群12〜15の1
つが選択され、下位ビットの比較変換が行なわれる。
本A/D変換器の動作は図示のように互いに逆相のクロ
ックφ、φによって制御されるatずφ(HigJルベ
ル)によって電M平衡形ニア ンハv −タ16のイン
バータ21の入出力を短絡するとともに基準分圧電圧を
各キャパシタCに入力する。
つぎにφ(Higtlレベル)によって電荷平衡形コン
パレータ16のインバータ21の入出力を開放した後、
入力スイッチSW1を切シ換えて入力電圧VIaを各キ
ャパシタCに入力する。この結果コンパレータ16は基
準分圧電圧と入力電圧vImとの比較を行ない、比較出
力はエンコーダ18を介して上位2ビツトのディジタル
1fiDuに変換される。また比較出力は同時にデコー
ダ18を介して所定のデータDszx、に変換され次の
クロックφによシラツチ20に格納される。一方電荷平
衡形コンバレータ17はφ(Highレベル)ニよって
インバータ220入出力を短絡するとともに各キャパシ
タCに入力電圧■1.を入力する。つぎにφ(Higt
lレベル)によってコンパレータ17のインバータ22
の入出力を開放した後、入力スイッチ8W2を切り換え
て基準分圧電圧を各キャパシタに入力する。このとき、
ラッチ20の格納データDggLによって4つのスイッ
チ群12〜15の1つが駆動され対応した基準分圧電圧
が選択される。この結果コンパレータ17の比較出力は
エンコーダ19を介して下位2ビツトのディジタル値D
Lに変換される。
電荷平衡形コンパレータは本質的にサンプル・ホールド
機能を内蔵しているため、上位ビットと下位ピットの変
換において同一のサンプル入力電圧V1.がそれぞれ比
較される。上位ビットの変換結果は2ツチ20によって
保持されるため、下位ピットの変換においては安定にス
イッチ群(12〜15)の一つが選択され、従来A/D
変換器(第1図)で問題となった誤動作は防止される。
また本発明のA/D変換器はクロックφの周波数でA/
D変換を実行できる。したがって15個の電荷平衡形コ
ンパレータで同時に入力電圧V1.との比較を行なう4
ビツトの完全並列形A/1)変換器に対しその変換速度
は同じであシ、高速なA/D変換器が実現できる。コン
パレータ数も著しく減少し、回路構成も簡単であるから
集積回路化にも好適である。
第3図は本発明のA/D変換器の他の実施例を示す図で
ある。第2図と同様に電荷平衡形コンパレータ16,1
7、基準電圧MRzyの抵抗分圧回路(Rs〜几Ig)
、エンコーダ18.19、スイッチ群23〜26.2ツ
チ20と論理回路27がら構成される。このうちスイッ
チ群23〜26は各々4つのスイッチが追加されて7つ
のスイッチから構成され、下位ピットの変換に用いられ
るコニiパv−pxrも4個追加されて7個のコンパレ
ータとなっている。エンコーダ19はこれらのコンパレ
ータ17の比較結果を入力し、3ビツトの下位データD
’Lを出力する。上位2ビツトの変換データDoと下位
データDjは論理回路27に入力されて処理され、4ビ
ツトのディジタル変換値りが得られる。
本A/D変換器の動作は互いに逆相なりロックφ、φに
よって第2図と同様に制御され、上位ビットと下位ピッ
トの変換が交互に行なわれ、入力電圧V Imのディジ
タル変換l0iDが得られる。下位ピットの変換では比
較される基準分圧電圧の範囲が上下に拡張されているた
め、上位ビットの変換回路と下位ピットの変換回路の多
少のミスマツチは救済され、正しい変換結果を得ること
ができる。
例えば上位コンパレータ16の精度が粗いために、正し
くはスイッチ群24を選択すべきところをスイッチ群2
3が選択されてしまったとする。この場合でも入力電圧
V Iaが21点の端子電圧以下であればスイッチ群2
3によって選択された基準分圧電圧と入力電圧v1.の
比較は有効になされ、正しいディジタル変換値を得るこ
とができる。この場合、本来2ビツトであるべき下位デ
ータD’Lはオーバフローによって3ビツトとなるので
、オーバフローの1ビツト分は上位ピッ)Duへ桁上げ
すればよい。この処理は論理回路27によって簡単に実
現できる。逆に上位コンパレータ16によシ、正しくは
スイッチ群23を選択すべきところをスイッチ群24が
選択されてしまったとする。
この場合でも入力電圧■1.が22点の端子電圧以上で
あれば基準分圧電圧との比較は有効になされ、正しいデ
ィジタル変換値を得ることができる。この場合、下位デ
ータD’Lはアングツロー(負数)によって3ピット表
示されるので、論理回路27によって上位2ビツトデー
タDuと下位3ビツトデータDLを簡単に加算あるいは
減算すればディジタル変換器りが得られる。
〔発明の効果〕
以上述べたように本発明によれば、直並列形のA/I)
変換器において、上位ビットと下位ビット変換の間の回
路動作上のミスマツチを防ぐことができ、高精度で誤動
作の起きない高速なA/D変換器を集積回路化できる。
また回路構成が完全で回路規模も小さく高分解能の高速
A/D変換器を小面積で実現でき、消費電力も小さいな
ど性能面や経済面でその効果は犬である。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の直並列形A/D変換器の回路構成を示す
図、第2図(a)、 (b)はそれぞれ本発明のA/D
変換器の回路構成例およびタイムチャートを示す図であ
る。第3図は本発明のA/D変換器の他の回路構成例で
ある。 10.11・・・コンパレータ、12〜15・・・スイ
ッチ群、21.22・・・インバータ、23〜26・・
・スイッチ群。 代理人 弁理士 高橋明夫 ”4 1 口 ■ Z 図 It)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、互いに直列接続された複数個の抵抗からなる抵抗列
    と、該抵抗列によって分割された第1の分圧電圧群と入
    力端子を各々比較する第1のコンパレータ群と、該第1
    のコンパレータ群の比較結果を符号化する第1のエンコ
    ーダと、該第1のエンコーダの出力によって制御され、
    該抵抗列によって分割された第2の分圧電圧群を選択す
    るスイッチ肝と、該スイッチ群によって選択された第2
    の分圧電圧群と入力端子を各々比較する第2のコンパレ
    ータ群と、該第2のコンパレータ群の比較結果を符号化
    する第2のエンコーダとからなるA/D変換器において
    、該ta’x、第2のコンパレータ群の各コンパレータ
    を、キャパシタと該キャパシタの一端に該分圧電圧と該
    入力端子を交互に印加する手段と該キャパシタの他端に
    入力端が接続されたインバータと該インバータの入力端
    に一端が、該インバータの出力端に他端が接続されたス
    イッチとからなるコンパレータで構成し、該第1のエン
    コーダの出力を記憶回路に入力し、該記憶回路の出力で
    該スイッチ群を制御することを特徴とするA/D変換器
    。 2、特許請求範囲第1項記載のA/D変換器において、
    該第1のコンパレータ群によって入力電圧を含む2つの
    分圧電圧を該第1の分圧電圧群から決定し、該第2のコ
    ンパレータ群によって少なくとも該2つの分圧電圧を含
    み、該2つの分圧電圧間を該抵抗列によって分圧した電
    圧を該第2の分圧電圧群としたことを特徴とするA/D
    変換器。
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