JPS61120530A - アナログ・デジタル変換器 - Google Patents

アナログ・デジタル変換器

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JPS61120530A
JPS61120530A JP59241386A JP24138684A JPS61120530A JP S61120530 A JPS61120530 A JP S61120530A JP 59241386 A JP59241386 A JP 59241386A JP 24138684 A JP24138684 A JP 24138684A JP S61120530 A JPS61120530 A JP S61120530A
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output
level
input signal
analog input
inverted
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JP59241386A
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English (en)
Inventor
Toshiyasu Yoshizawa
吉沢 寿康
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12—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
    • H03M1/362—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 the reference values being generated by a resistive voltage divider

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • 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】 〔発明の技術分野〕 この発明はデジタルテレビジョンなどに用いられるアナ
ログデジタル変換器に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
最近、原画をより忠実に再生できるものとして例えばデ
ジタルテレビジョンやデジタルVTRなどのデジタルビ
デオ機器が注目されている。
ところで、これらビデオ機器にはアナログ信号の画像を
デジタル符号化するのにアナログ・デジタル変換器が用
いられるが、かかる変換器は忠実な原画再生を行なうた
め高分解能と高速変換性が要求されている。
しかして、従来この種のアナログ・デジタル変換器とし
て第8図に示すように分解能の数に相当する複数の抵抗
を直列接続した直列抵抗群1の両端に電圧vEX’ q
 vRBを印加し、各抵抗の接続点に複数レベルの基準
電圧を生成し、これを比較器群2の各比較器の一方入力
端子lこ入力するとともにこれら比較器の他方入力端子
にアナログ入力信号Vf’nを入力し、この状態で比較
器での比較結果を符号化回路3に与えデジタル符号化さ
れた出力を得るようにしたものがある。
ところが、このものはnビットの符号化を行なうのに(
2”−1)個もの比較器を必要とするためビット数が増
加するとこれにともなって比較器の数が指数的に増加し
てしまい経済的に極めて不利な欠点がある。特に、この
場合用いられる比較器は通常第9図に示すようにトラン
ジスタTr1〜Trxxおよび抵抗R1〜R5より構成
され、基準電圧Vref諸よびアナログ入力電圧Vin
をエミッタホロアを介してトランジスタ+pr、 、 
T rsを有する比較部にてレベル比較し、こののちこ
の比較結果をトランジスタTr6 、 Tro 、 T
r、 (1を有する増中部にてり四ツクφ2を受けて正
帰還作用を呈し高利得に増巾し、これをラッチ出力する
ようにしたもので、比較器1台当り多くの回路部品を使
用している。このためこのような比較器を多数使用する
アナログデジタル変換器を実回路化しようとすると回路
構成のための素子数が膨大なものになりモノリシックI
C化することが著しく困難になる欠点があった。
そこで、従来、第10図に示すように直列抵抗群11と
、この抵抗群11にて生成される複数レベルの基準電圧
が与えられる比較器群12よりなる第1の比較部13と
、これと同様直列抵抗群14とこの抵抗群14にて生成
される複数レベルの基準電圧が与えられる比較器群15
よりなる第2の比較部16を有し、アナログ入力信号V
inをサンプルホールド回路17に与え、これの出力を
第1の比較部13の比較器群12に入力し、ここでの比
較結果を符号化回路18を介して上位ビットデータとし
て得、一方上記比較器群12での比較結果をデジタル・
アナログ変換器19を介してアナログ変換して差分器2
0に与え、ここで上記サンプルホールド回路17の出力
との差を求め、この差出力を第2の比較部16の比較器
群15に入力′ し、この比較結果を符号化回路20を
介して下位ビットデータとして得るようにした所謂直列
形のものもある。
このものによれば比較器の数を大巾に減らすことができ
るので第8図にて述べた直列形のものに比べ構成素子数
を大巾に少なくすることができる利点がある。
ところが、このものは高速にてアナログデジタル変換を
行なうにはサンプルホールド回路17も高速動作するこ
とが必要である。このため、このようなサンプルホール
ド回路にはシゴットキー接合トランジスタなどの高速ア
ナログ用スイッチング素子を用い回路構成がなされてい
るが、これら素子は上述の比較器の構成素子とともにモ
ノリシックIC化することが非常に困難であり、このた
め実用性に乏しい欠点があった。
〔発明の目的〕
この発明は上記欠点を除去するためなされたもので高速
によるデジタル変換処理を損なうことなく、しかも構成
素子数が少なく、モノリシックIC化が容易で実用性の
高いアナログ・デジタル変換器を提供することを目的と
する。
〔発明の概要〕
この発明にかかるアナログデジタル変換器はアナログ入
力信号のダイナミックレンジを等分割し複数レベルの基
準電圧を発生させるとともに等分割されたダイナミック
レンジを複数領域に区分し各領域接続点の基準電圧とア
ナログ入力信号との比較結果より上位ビットデータを生
成し、一方各レベルの基準電圧とアナログ入力信号が与
えられアナログ信号が基準電圧より大きくなりたとき出
力レベルを反転する非反転および反転端子を有する差動
増巾器を設けるとともに複数の領域を工つおきに反転領
域に設定し反転領域での差動増巾器の非反転および反転
端子を他の領域のものに対し反対に接続しつつ対応する
増巾型同志並列接続しこの並列回路毎に反転非反転出力
を加算した1対の出力を得、この出力の比較結果を反転
領域の検出により出力レベルを反転する手段を通して下
位ビットデータを生成するようにしている。
〔発明の効果〕
この発明によれば高速によるデジタル変換処理を従来の
直並列形のものと同程度の少ない構成素子数で実現でき
、しかもサンプルホールド回路を不要とし得ることから
モノリンクIC化をも容易にでき、実用化を図る上で極
めて有利である。
〔発明の実施例〕
以下、この発明の一実施例を図面に従い説明する。
第1図はこの発明を4ビツト用のアナログ・デ・1) ジタル変換器に適用した例を示している。
図において21は抵抗孔の抵抗素子を複数個(図示例で
は16個)直列接続した直列抵抗群で、この抵抗群21
の両端にアナログ入力信号のダイナミックレンジを表わ
す電圧vRT 、 V BBを与え、各抵抗素子の接続
点に電位差(vRT−VRB)を16レベルlこ等分割
した基準電圧v1〜V1に発生するようにしている。こ
れら基準電圧v1〜■1sは変換しようとするデジタル
符号の各値(レベル)にそれぞれ対応するものである。
また上記直列抵抗群21は上位1ビツトデータの量子化
レベルに対応させて4つの領域21a、21b、210
.21dに区分している。
これら各領域218〜21dの接続点つまり基準電圧V
4 、 Vs 、 V12 (D発生点IC夫k 差動
増巾i 221,222゜223の一方入力端子を接続
している。これら増巾器221〜223の他方入力端子
にはアナログ入力信号Vinが与えられる入力端子Vi
nを接続している。
ここで、差動増巾器221〜223には第2図に示す電
流出力形のものが用いられている。すなわち、このもの
はnPnバイポーラトランジスタ23.24のエミッタ
を共通接続するとともlct流値決定用抵抗25を介し
て接地端子Gに接続し、またトランジスタ23のベース
をアナログ入力信号が与えられる入力端子Vin、)ラ
ンジスタ24のベースを基準電圧が与えられる入力端子
Vrefに夫々接続し、さらにトランジスタ23.24
のコレクタを負荷抵抗RL p RLを各別に介して電
源端子+VIc接続し、トランジスタ23のコレクタ側
に反転出力Q、  I−ランジスタ24のコレクタ側に
非反転出力Qを夫々得られるようにしている。この場合
入力端子Vinに与えられるアナログ入力信号Vinと
各出力Q、Qの関係は第3図に示すようになり、基準電
圧Vrefを堺にして出力QとQのレベルが反転するよ
うにしている。
第1図に戻って差動増巾器221の非反転出力端子Qお
よび反転出力端子Qを負荷抵抗261 、262を各別
に介して電源端子+■に接続するとともにこれら抵抗2
61,262に比較器27を接続している。
ここで比較器27は負荷抵抗261,262の端子電圧
を比較するもので、上記差動増巾器221の出力レベル
が反転したとき、つまりアナログ入力信号Vinが基準
電圧v4より大きくなったとき”1”レベル出力を発生
するようにしている。
差動増巾器222,223についでも上述と同様で、夫
々非反転出力端子Qおよび反転出力端子Qを負荷抵抗2
81,282および301 、302を介して電源端子
+Vに接続するとともに負荷抵抗281 、282に比
較器29、負荷抵抗301,302に比較器31を夫々
接続している。
そして、これら比較器27,29.31を符号化回路3
2に接続し、上位2ビット分の入力を与えるよう(こし
ている。また、これら比較器27,29.31の出力端
子νは領域検出部33を接続している。この検出部33
は例えばカウンタよりなるもので比較器27゜29 、
31の出力のカウント結果より領域218〜21d’。
検出するとともに後述する反転、非反転領域の判定結果
を出力するようにしている。
一方、直列抵抗群21の領域21aの抵抗孔の接続点つ
まり基準電圧V1.V、 、V、の発生点(ζ夫々差動
増巾型341,342,343の一方入力端子を接続し
ている。同様にして領域21bの基準電圧V、 、 V
、 、 V丁の発生点、領域21Cの基準電圧V0. 
V、o、V、、の発生点および領域21dの基準電圧V
、、 、V、、 、V15 の発生点に夫々差動増巾器
351,352,353,361,362,363およ
び371 、372 、373の一方に入力端子を接続
し、さらに抵抗群21の電圧vRBが印加される端子V
RHに補助領域38の差動増巾器381,382,38
3の一方入力端子を接続し、ている。そして、これら差
動増巾器341〜343,351〜353,361〜3
63 、371〜373 、381〜383の他方入力
端子にはアナログ入力信号Minが与えられる入力端子
Winを接続している。こめ場合、これらの差動増巾器
341〜343,351〜353,361〜363゜3
71〜373および381−383には第2図および第
3図で述べたものと同様のものが用いられている。
領域2a−2dの差動増巾器341 、351.361
 、371および補助領域38の差動増巾器381の出
力端子を並列接続するとともに負荷抵抗391 、39
2を介して電源端子+Vに接続している。同様番こして
領域2a〜2dの差動増巾器342 、352 、36
2 、372および補助領域38の差動増巾器382の
出力端子を並列接続するとともに負荷抵抗401 、4
02を介して電源端子+Vに、領域2a−2dの差動増
巾器343,353,363,373 オよび補助領域
38の差動増巾器383の出力端子を並列接続するとと
もに負荷抵抗411,412を介して電源端子+Vに夫
々接続している。この場合領域2b、2dおよび補助領
域38では各差動増巾器351〜353.371〜37
3および381〜382の非反転端子Q、l(よび反転
端子qを他の領域2a 、2cのものに対し反対に接続
し、反転領域に設定している。これにより負荷抵抗39
1と392 、401と402 、411と412には
夫々反転、非反転出力を加算した端子電圧が発生するよ
うにしている。
負荷抵抗391,392には比較器42、負荷抵抗40
1.402には比較器43、負荷抵抗411 、412
には比較器44を夫々接続している。この場合比較器4
2.43.44には上述した比較器27と同様のものを
用いている。
比較器42,43.44には夫々レベル反転回路45 
、46 。
47を接続している。これらレベル反転回路45゜46
.47は上述した領域検出部33にて反転領域つまり領
域2b 、2dが検出されたとき比較器42,43.4
4の出力レベルを強制的に反転するようにしている。
ここで、レベル反転回路45 、46 、47は例えば
第4図に示すようにエミッタを共通接続したnpnバイ
ポーラトランジスタ48と49.50と51および52
と53を有し、トランジスタ48と49のエミッタの共
通接続点をトランジスタ52のコレクタに、トランジス
タ50と51のエミッタの共通接続点をトランジスタ5
3のコレクタに夫々接続し、トランジスタ52と53の
エミッタの共通接続点を接地端子Gに接続し、またトラ
ンジスタ48と50のコレクタを共通接続するとともに
抵抗54を介して電源端子+Vに、トランジスタ49と
51のコレクタを共通接続するとともに抵抗55を介し
て電源端子+Vに夫々接続している。そして、トランジ
スタ48と51のベースおよびトランジスタ49と50
のベースに夫々入力側端子Q。
Qを接続し、トランジスタ48と50のコレクタおよび
トランジスタ49と51のコレクタに夫々出力側端子Q
、Qを接続し、さらにトランジスタ52のベースに非反
転領域検出時″′l”入力が与えられる入力端子Q、 
 トランジスタ53のベースに反転領域検出時@1#入
力が与えられる入力端子Qを接続して右り非反転領域検
出により入力端子Qに 1入力が与えられているときは
入力側端子Q、Qに与えられる入力をそのまま出力側端
子Q、Qに出力し、反転領域検出により入力端子Qに 
1 人力が与えられているときは入力側端子Q、Qに与
えられる入力を反転して出力側端子Q、Qより出力する
ようにしている。
これらレベル反転回路45 、46 、47は上記符号
化回路32に接続し、下位2ビット分の入力を与えるよ
うにしている。
次に、その動作を説明する。
まず上位2ビツトのデータは次のようにして得られる。
いま、アナログ入力信号Winが基準電圧V4より小さ
い場合つまりVin(’v4の場合差動増巾器221.
222 、223はいずれも出力レベルを反転すること
がないので比較器27,29.31はとも4こ@O”レ
ベル出力を発生している。この状態でアナログ入力信号
Vinが基準電圧V4より大きくなるとつまりV4≦V
i n (VBになると差動増巾器221の出力レベル
のみ反転し負荷抵抗261.262の端子電圧のレベル
が反転するので比較器27より@1”レベル出力が発生
される。以下、同様にしてアナログ入力信号MinがV
、 ≦V i n (V、2およびV12≦Vin i
Cなると比較器222,223も順に 1 レベル出力
を発生するようすこなりこれにより比較器221 、2
22 、223より第5図に示すようなレベル出力が得
られ、この出力を受けて符号化回路32より同図に示す
上位2ビツトのデータが得られる。
次に、下位2ビツトのデータについて述べると、いまア
ナログ入力信号VinがVBB (V i n <N’
lの場合補助領域38のすべての差動増巾器381〜3
83が動作し出力レベルを反転している。この場合比較
器42の接続された負荷抵抗391,392に注目する
と、まず負荷抵抗391には差動増巾器381の−1−
レベル出力、差動増巾器341の″0”レベル出力、差
動増巾器351の″1”レベル出力、差動増巾器361
の”0#レベル出力および差動増巾器371の@1′#
レベX ル出力が夫々加算して与えられ端子電圧としで1”レベ
ル出力が発生し、一方負荷抵抗392には差動増巾器3
81の@0ルベル出力、差動増巾器341の11#レベ
ル出力、差動増巾器351の′0”レベル出力、差動増
巾器361の@1#出力レベル、差動増巾器371の″
″0′出力レベルが夫々加算して与えられ端子電圧とし
て@O”レベル出力を発生しており、この状態で比較器
42より0”レベル出力が発生している。この場合他の
比較器43 、44についても上述と同様である。
この状態からアナログ入力信号VinがV、<Vin<
 vxになると、差動増巾器341の出力レベルが反転
する。すると負荷抵抗391 、392にて端子電圧の
レベルが反転するので比較器42より@1#レベル出力
が発生される。以下同様にしてアナログ入力信号Vin
がV、 ’h Vin <V’3およびV、 <Vi 
n (V、なると比較器43.44も順に@1″レベル
出力を発生するようになりこれにより比較器42 、4
3 、44より第6図(alに示すレベル出力が得られ
ること(どなる。この場合差動増巾器341〜343を
有する領域21aについて領域検出部33は非反転領域
と判定するので比較器42 、43 、44の出力はレ
ベル反転回路45,46.47にてレベル反転されるこ
となく、そのまま符号化回路32に与えられる。この場
合レベル反転回路45゜46 、47は第4図に示すも
のであるが同回路の詳しい動作説明は省略する。これに
より符号化回路32より第6図(a)に示す下位2ビツ
トのデータが得られる。
次に、アナログ入力信号MinがV、 <、 Vin(
V、になると、この状態では比較器42,43.44 
 はすべて“1″レベル出力を発生しているが、領域2
1bについて領域検出部33は反転領域と判定するので
比較器42 、43 、44の出力は・レベル反転回路
45,46,47ζこてレベル反転され、すべて@0!
レベル出力として符号化回路32に与えられている。
この状態でアナログ入力信号VinがV、<Vi n 
(v6になると差動増巾器351の出力レベルが反転す
る。すると負荷抵抗391,392にて端子電圧のレベ
ルが再び反転するので比較器42より今度は@O#レベ
ル出力が発生される。以下同様にしてアナログ入力信号
VinがV6≦Vin(V丁およびv丁≦Vin(Vs
jこなると比較器43 、44も順に“0”レベル出力
を発生するようになり、これにより比較器42 、43
 。
44より第6図中)に示すレベル出力が得られることに
なる。この場合上述したように領域21bについて反転
領域と判定されているので比較器42,43゜44の出
力はすべてレベル反転回路45 、46 、47にてレ
ベル反転され符号化回路32に与えらる。これにより符
号化回路32より第6図(blに示す下位2ビツトのデ
ータが得られる。
以下、同様にしてアナログ入力信号Vinが基準電圧V
s4V、、の間にあると比較器42 、43 、44よ
り第6図(C1(d)に示すレベル出力が得られ符号化
回路32より下位2ビツトのデータが得られることにな
る。
したがって、いま−例としてアナログ入力信号Vinが
Va<Vin (V、。にある場合を考えると差動増巾
器221 、222の出力レベルが反転し第5図(イ)
に示すように比較器27.29に″1”レベル出力が発
生するので上位2ビツトデータとして″10”力S得ら
れ、一方領域2Cの差動増巾器361の出力レベルが反
転し第6図ば)に示すようiこ比較器42に″1”レベ
ルが発生するので下位2ビツトデータとして“01″が
得られ、これにより”1001’ の4ビットデータが
得られることになる。
このようにすれば上位ビットと下位ビットのデータを並
列的に求めることができるのでデジタル変換処理を高速
にて行なうことができる。また差動増巾器を使用するも
のの、多くの回路部品を有する比較器を大巾に少なくで
き、しかもショットキー接合トランジスタのような特殊
な素子を用いたサンプルホールド回路も不用にできるの
で構成素子数を大巾に少なくできることと合せモノリシ
ックIC化が極めて容易になり実用化を図る上で極めて
有利である。
な詔、この発明は上記実施例にのみ限定されず要旨を変
更しない範囲で適宜変形して実施で゛きる。
例えば第2図に示した差動増巾器は一例であって第2図
と同一部分には同符号を付して示す第7図に示すように
npnバイポーラトランジスタ231のコレクタを電源
端子+Vに、エミッタを抵抗251を介して接地端子G
に接続するとともにトランジスタ23のベースに、ベー
スをアナログ入力信号が与えられる入力端子vinに夫
々接続し、同様lこnpnバイポーラトランジスタ24
1のコレクタを電源端子+Vに、エミッタを抵抗252
を介して接地端子Gに接続するとともiこトランジスタ
24のベースに、ベースを基準電圧が与えられる入力端
子Vrefに夫々接続し、トランジスタ23のコレクタ
側より反転出力Q、トランジスタ24のコレクタ側より
非反転出力Qを夫々得られるようにしたものを用いても
よい。このものによれば入力の精度に対する影響を除去
できるとともに高速化を図ったものを得ることができる
。勿論このような差動増巾器を始めとして比較器は一例
であってこの発明で要求する機能を有するものであれば
他のものを用いることができる。
また、上述では上位2ビツトを得るのに差動増巾器22
1,222,223を用いたが、これら増巾器221〜
223を省略してアナログ入力信号と基準電圧の比較を
直接比較器にて行なうようにしてもよい。
さらに上述では一貫して4ビツト用のアナログ・デジタ
ル変換器について述べたがこれ以外のビット数のものに
も適用できる。この場合上位ビット数および下位ビット
数は仕様に応じて定めればよい。
さらにまた上述では領域を4区分にしたので補助領域3
8を設けたが、領域を5区分にすれば補助領域38を不
用にすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例を示す概略的構成図、”1
1図は同実施例に用いられる差動増巾器を示す回路図、
第3図は同増巾器の特性図、第4図は同実施例をご用い
られるレベル反転回路を示す回路図、第5図および第6
図は同実施例を説明するための図、第7図はこの発明の
他実施例に用いられる差動増巾器を示す回路図、第8図
は従来のアナログ・デジタル変換器の一例を示す概略的
構成図、第、9図は同変換器に用いられる比較器を示す
回路図、第10図は従来のアナログ・デジタル変換器の
他側を示す概略的構成図である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)アナログ入力信号のダイナミックレンジを等分割
    し複数レベルの基準電圧を発生する手段と、上記等分割
    されるダイミックレンジを複数領域に区分するとともに
    各領域の接続点の基準電圧とアナログ入力信号を比較し
    この比較結果より上位ビットデータを生成する手段と、
    上記各レベルの基準電圧と上記アナログ入力信号が与え
    られ上記アナログ入力信号が基準電圧より大きくなった
    とき出力レベルを反転する非反転および反転端子を有す
    る複数の差動増巾器と、上記複数の領域を1つおきに反
    転領域に設定し且つ反転領域での差動増巾器の非反転お
    よび反転端子を他の領域のものに対し反対に接続させつ
    つ対応する増巾器同志並列接続しこの並列回路毎に反転
    および非反転出力を加算した1対の出力を発生する手段
    と、これら1対の出力を比較し比較結果を出力する比較
    手段と、上記領域を検出し反転領域の検出をもって上記
    比較手段の出力レベルを反転する手段と、この手段を介
    して与えられる上記比較手段の出力より下位ビットデー
    タを生成する手段とを具備したことを特徴とするアナロ
    グ・デジタル変換器。
  2. (2)上記上位ビットデータを生成する手段は各領域接
    続点の基準電圧とアナログ入力信号が与えられアナログ
    入力信号が基準電圧より大きくなったとき出力レベルを
    反転する非反転および反転端子を備えた差動増巾器を有
    することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のアナ
    ログデジタル変換器。
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