JP2024027292A - Successive approximation type AD conversion circuit - Google Patents
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Abstract
【課題】逐次比較型AD変換回路の消費電力を低減させる。【解決手段】逐次比較型AD変換回路において、キャパシタアレイ及びスイッチアレイを有するキャパシタ型DAC(10)は、サンプリング期間にてアナログ入力信号に応じた電荷をキャパシタアレイに蓄積させ、逐次比較期間にて蓄積電荷に基づく第1比較電圧(V1)を第1比較配線(WR1)に発生させる。逐次比較期間において、制御回路(30)は第1比較電圧と第2比較電圧(V2)との比較結果信号(SCMP)に基づきスイッチアレイの状態を制御しつつデジタル出力信号の値を決定する。第1比較配線及びグランド間にグランド短絡用スイッチ(SG)を設ける。基準変更用キャパシタ(CRC)の第1端は第1比較配線に接続される。基準変更用スイッチ(SRC)は基準変更用キャパシタの第2端に対し電源電圧又はグランド電圧を選択的に与える。【選択図】図1An object of the present invention is to reduce power consumption of a successive approximation type AD conversion circuit. SOLUTION: In a successive approximation type AD conversion circuit, a capacitor type DAC (10) having a capacitor array and a switch array accumulates charges in a capacitor array according to an analog input signal in a sampling period, and in a successive approximation period. A first comparison voltage (V1) based on the accumulated charge is generated on the first comparison wiring (WR1). In the successive approximation period, the control circuit (30) determines the value of the digital output signal while controlling the state of the switch array based on the comparison result signal (SCMP) between the first comparison voltage and the second comparison voltage (V2). A ground shorting switch (SG) is provided between the first comparison wiring and the ground. A first end of the reference change capacitor (CRC) is connected to the first comparison line. A reference change switch (SRC) selectively applies a power supply voltage or a ground voltage to the second end of the reference change capacitor. [Selection diagram] Figure 1
Description
本開示は、逐次比較型AD変換回路に関する。 The present disclosure relates to a successive approximation type AD conversion circuit.
逐次比較型AD変換回路は、一般に、DAC(デジタル-アナログ変換器)、コンパレータ、及び、逐次比較を担う論理回路(制御回路)を備える。DACとしてキャパシタ型DAC(容量性DAC)が用いられることも多い。 A successive approximation type AD conversion circuit generally includes a DAC (digital-to-analog converter), a comparator, and a logic circuit (control circuit) that performs successive approximation. A capacitor type DAC (capacitive DAC) is often used as the DAC.
キャパシタ型DACを用いてアナログ入力信号をサンプリングする際、通常、基準電圧源を作動させ、基準電圧に対してアナログ入力信号のサンプリングを行う。但し、この方法では、サンプリング時に基準電圧源の電力消費が発生し、低電力化に不利である。 When sampling an analog input signal using a capacitor type DAC, a reference voltage source is normally activated and the analog input signal is sampled with respect to the reference voltage. However, in this method, power consumption of the reference voltage source occurs during sampling, which is disadvantageous in reducing power consumption.
本開示は、消費電力の低減に寄与する逐次比較型AD変換回路を提供することを目的とする。 The present disclosure aims to provide a successive approximation type AD conversion circuit that contributes to reducing power consumption.
本開示に係る逐次比較型AD変換回路は、アナログ入力信号をデジタル出力信号に変換するよう構成される逐次比較型AD変換回路において、キャパシタアレイ及び前記キャパシタアレイに接続されるスイッチアレイを有し、サンプリング期間にて前記アナログ入力信号が加わる配線を前記スイッチアレイを介して前記キャパシタアレイに接続することで前記アナログ入力信号に応じた電荷を前記キャパシタアレイ中の各キャパシタに蓄積させ、前記サンプリング期間後の逐次比較期間において所定の電源電圧又はグランド電圧を前記スイッチアレイを介し前記キャパシタアレイ中の各キャパシタに供給した状態で前記キャパシタアレイの蓄積電荷に基づく第1比較電圧を第1比較配線に発生するよう構成されるキャパシタ型DACと、前記第1比較配線と第2比較電圧が加わる第2比較配線に接続され、前記逐次比較期間において前記第1比較電圧と前記第2比較電圧を比較して比較結果信号を生成するよう構成されるコンパレータと、前記逐次比較期間において前記比較結果信号に基づき前記スイッチアレイの状態を制御しつつ前記デジタル出力信号の値を決定するよう構成される制御回路と、前記第1比較配線とグランドとの間に設けられるグランド短絡用スイッチと、前記第1比較配線に接続された第1端を有する基準変更用キャパシタと、前記基準変更用キャパシタの第2端に対し、前記電源電圧又は前記グランド電圧を選択的に与えるよう構成された基準変更用スイッチと、を備える。 A successive approximation type AD conversion circuit according to the present disclosure is a successive approximation type AD conversion circuit configured to convert an analog input signal into a digital output signal, and includes a capacitor array and a switch array connected to the capacitor array, By connecting the wiring to which the analog input signal is applied during the sampling period to the capacitor array via the switch array, charges corresponding to the analog input signal are accumulated in each capacitor in the capacitor array, and after the sampling period A first comparison voltage based on the accumulated charge of the capacitor array is generated on the first comparison wiring while a predetermined power supply voltage or ground voltage is supplied to each capacitor in the capacitor array via the switch array during the successive approximation period. A capacitor-type DAC configured as shown in FIG. a comparator configured to generate a result signal; a control circuit configured to determine the value of the digital output signal while controlling the state of the switch array based on the comparison result signal during the successive approximation period; A ground shorting switch provided between a first comparison wiring and the ground, a reference changing capacitor having a first end connected to the first comparison wiring, and a second end of the reference changing capacitor, and a reference change switch configured to selectively apply the power supply voltage or the ground voltage.
本開示によれば、消費電力の低減に寄与する逐次比較型AD変換回路を提供することが可能となる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a successive approximation type AD conversion circuit that contributes to reducing power consumption.
以下、本開示の実施形態の例を、図面を参照して具体的に説明する。参照される各図において、同一の部分には同一の符号を付し、同一の部分に関する重複する説明を原則として省略する。尚、本明細書では、記述の簡略化上、情報、信号、物理量、機能部、回路、素子又は部品等を参照する記号又は符号を記すことによって、該記号又は符号に対応する情報、信号、物理量、機能部、回路、素子又は部品等の名称を省略又は略記することがある。例えば、後述の“WR1”によって参照される比較配線は(図1参照)、比較配線WR1と表記されることもあるし、配線WR1と略記されることもあり得るが、それらは全て同じものを指す。本明細書において、任意の回路素子、配線、ノードなど、回路を形成する複数の部位間についての接続とは、特に記述なき限り、電気的な接続を指すと解して良い。 Examples of embodiments of the present disclosure will be specifically described below with reference to the drawings. In each referenced figure, the same parts are given the same reference numerals, and overlapping explanations regarding the same parts will be omitted in principle. In this specification, for the purpose of simplifying the description, symbols or codes that refer to information, signals, physical quantities, functional units, circuits, elements, parts, etc. are indicated, and information, signals, or codes corresponding to the symbols or codes are indicated. Names of physical quantities, functional units, circuits, elements, parts, etc. may be omitted or abbreviated. For example, the comparison wiring referred to by "WR1" (see FIG. 1), which will be described later, may be written as comparison wiring WR1 or may be abbreviated as wiring WR1, but they all mean the same thing. Point. In this specification, a connection between a plurality of parts forming a circuit, such as any circuit element, wiring, or node, may be understood to refer to an electrical connection unless otherwise specified.
<<第1実施形態>>
本開示の第1実施形態を説明する。図1に第1実施形態に係るADコンバータ1の全体構成図を示す。ADコンバータ1は逐次比較型A/D変換回路である。ADコンバータ1に対してアナログ入力信号Ainが入力される。ADコンバータ1はアナログ入力信号Ainに対するAD変換動作を行う。アナログ入力信号Ainに対するAD変換動作では、アナログ入力信号Ainをバイナリサーチによってデジタル信号に変換し、得られたデジタル信号をデジタル出力信号Doutとして出力する。
<<First embodiment>>
A first embodiment of the present disclosure will be described. FIG. 1 shows an overall configuration diagram of an
デジタル出力信号DoutはNビットのデジタル信号である。即ち、デジタル出力信号Doutは、第1番目のビットから第N番目のビットまでの計Nビットを有する。Nは2以上の任意の整数であり、例えば、8、10、12、14又は16である。ここで、第i番目のビットから見て第(i+1)番目のビットが上位側のビットであるとする。故に、第1番目~第N番目のビットの内、第1番目のビットが最下位ビットであり、第N番目のビットが最上位ビットである。iは任意の整数を表し、N以下の自然数を表すと解して良い。 The digital output signal Dout is an N-bit digital signal. That is, the digital output signal Dout has a total of N bits from the first bit to the Nth bit. N is any integer greater than or equal to 2, for example, 8, 10, 12, 14, or 16. Here, it is assumed that the (i+1)th bit is the upper bit when viewed from the i-th bit. Therefore, among the first to Nth bits, the first bit is the least significant bit, and the Nth bit is the most significant bit. i represents any integer, and can be understood to represent a natural number equal to or less than N.
ADコンバータ1は、DAC10、コンパレータ20、制御回路30及び電圧生成回路40を備えると共に、スイッチSG、スイッチSRC及びキャパシタCRCを備える。配線WR_Ainはアナログ入力信号Ainが加わるアナログ入力配線である。配線WR_VDDは所定の電源電圧VDDが加わる電源配線である。配線WR_GNDはグランドに接続される。グランドとは、基準となる0V(ゼロボルト)の電位を有する基準導電部を指す又は0Vの電位そのものを指す。基準導電部は金属等の導体を用いて形成されて良い。配線WR_GNDはグランド電圧が加わるグランド配線である。配線WR_GNDそのものがグランドであると解しても良い。グランド電圧はグランドの電位を有し、故に0Vである。電源電圧VDDは正の直流電圧値(例えば5V)を有する。アナログ入力信号Ainは0V以上且つ電源電圧VDD以下の電圧値を有する。
The
DAC10はキャパシタ型DAC(キャパシタ型デジタル-アナログ変換器)である。キャパシタ型DACは一般に容量性DACとも称される。DAC10はキャパシタアレイ11及びスイッチアレイ12を備える。キャパシタアレイ11はキャパシタC[1]~C[N]を備え、スイッチアレイ12はスイッチS[1]~S[N]を備える。
The
キャパシタC[1]~C[N]は各々に第1端及び第2端を備え、第1端及び第2端間に電荷を蓄積する。図1の構成では、キャパシタC[1]~C[N]の第1端は全て比較配線WR1に接続される。キャパシタC[1]~C[N]に対応して、夫々、スイッチS[1]~S[N]が設けられる。即ちキャパシタC[i]に対応してスイッチS[i]が設けられる。また、キャパシタC[i]はデジタル出力信号Doutにおける第i番目のビットに対応する。キャパシタC[1]~C[N]の第2端に対し、スイッチS[1]~C[N]を介して、アナログ入力信号Ain、電源電圧VDD又はグランド電圧が印加され得る。比較配線WR1に加わる電圧を比較電圧V1と称する。 Each of the capacitors C[1] to C[N] has a first end and a second end, and charges are accumulated between the first end and the second end. In the configuration of FIG. 1, the first ends of capacitors C[1] to C[N] are all connected to comparison wiring WR1. Switches S[1] to S[N] are provided corresponding to capacitors C[1] to C[N], respectively. That is, a switch S[i] is provided corresponding to the capacitor C[i]. Further, the capacitor C[i] corresponds to the i-th bit in the digital output signal Dout. The analog input signal Ain, the power supply voltage VDD, or the ground voltage can be applied to the second ends of the capacitors C[1] to C[N] via the switches S[1] to C[N]. The voltage applied to the comparison wiring WR1 is referred to as a comparison voltage V1.
図2にキャパシタC[i]とスイッチS[i]と配線WR_Ain、WR_VDD及びWR_GNDとの接続関係を示す。スイッチS[1]~S[N]は各々に共通端子TCOM及び切替端子Ta、Tb及びTcを備える。スイッチS[1]~S[N]の共通端子TCOMは、夫々、キャパシタC[1]~C[N]の第2端に接続される。即ち例えば、スイッチS[1]の共通端子TCOMはキャパシタC[1]の第2端に接続され、スイッチS[2]の共通端子TCOMはキャパシタC[2]の第2端に接続される。スイッチS[3]等も同様である。スイッチS[1]~S[N]の各切替端子Taは配線WR_Ainに接続されてアナログ入力信号Ainを受ける。スイッチS[1]~S[N]の各切替端子Tbは配線WR_VDDに接続されて電源電圧VDDを受ける。スイッチS[1]~S[N]の各切替端子Tcは配線WR_GNDに接続されてグランド電圧を受ける。 FIG. 2 shows the connection relationship between the capacitor C[i], the switch S[i], and the wirings WR_Ain, WR_VDD, and WR_GND. The switches S[1] to S[N] each include a common terminal T COM and switching terminals Ta, Tb, and Tc. Common terminals T COM of switches S[1] to S[N] are connected to second ends of capacitors C[1] to C[N], respectively. That is, for example, the common terminal T COM of the switch S[1] is connected to the second end of the capacitor C[1], and the common terminal T COM of the switch S[2] is connected to the second end of the capacitor C[2]. Ru. The same applies to the switch S[3] and the like. Each switching terminal Ta of the switches S[1] to S[N] is connected to the wiring WR_Ain and receives the analog input signal Ain. Each switching terminal Tb of the switches S[1] to S[N] is connected to the wiring WR_VDD and receives the power supply voltage VDD. Each switching terminal Tc of the switches S[1] to S[N] is connected to the wiring WR_GND and receives the ground voltage.
制御回路30の制御の下、スイッチS[1]~S[N]の夫々において、共通端子TCOMが切替端子Ta、Tb及びTcの何れか1つに選択的に接続される。但し、スイッチS[i]において共通端子TCOMが切替端子Ta、Tb及びTcの何れとも接続されないことがあっても良い。
Under the control of the
図3を参照し、以下では、任意のスイッチS[i]において、共通端子TCOMが切替端子Ta、Tb、Tcに接続される状態を、夫々、信号入力状態、電源接続状態、グランド接続状態と称し、共通端子TCOMが切替端子Ta、Tb及びTcの何れとも接続されない状態を開放状態と称する。スイッチS[i]の信号入力状態、電源接続状態、グランド状態では、夫々、アナログ入力信号Ain、電源電圧VDD、グランド電圧がキャパシタC[i]の第2端に加わる。尚、図1では例として、スイッチS[1]~S[N]が全て信号入力状態とされる様子が示されている。 Referring to FIG. 3, below, in any switch S[i], the states in which the common terminal T COM is connected to the switching terminals Ta, Tb, and Tc are defined as a signal input state, a power supply connection state, and a ground connection state, respectively. The state in which the common terminal T COM is not connected to any of the switching terminals Ta, Tb, and Tc is called an open state. In the signal input state, power supply connection state, and ground state of the switch S[i], the analog input signal Ain, the power supply voltage VDD, and the ground voltage are applied to the second end of the capacitor C[i], respectively. Note that FIG. 1 shows, as an example, that the switches S[1] to S[N] are all in the signal input state.
スイッチSGはグランド短絡用スイッチであり、比較配線WR1及びグランド間に直列に設けられる。即ち、スイッチSGの第1端は比較配線WR1に接続され、スイッチSGの第2端はグランドに接続される(換言すれば配線WR_GNDに接続される)。制御回路30によりスイッチSGはオン状態又はオフ状態に制御される。オン状態、オフ状態は、以下、夫々、単にオン、オフと表現され得る。スイッチSGがオンであるとき、スイッチSGの第1端及び第2端間が導通し、比較配線WR1の電圧(即ち比較電圧V1)は0Vに固定される。スイッチSGがオフであるとき、スイッチSGの第1端及び第2端間は遮断され(非導通となり)、スイッチSGは比較電圧V1に影響を与えない。尚、図1では例として、スイッチSGがオフとされる様子が示されている。
The switch SG is a ground shorting switch, and is provided in series between the comparison wiring WR1 and the ground. That is, the first end of the switch SG is connected to the comparison wiring WR1, and the second end of the switch SG is connected to the ground (in other words, connected to the wiring WR_GND). The
キャパシタCRCは基準変更用キャパシタであり、スイッチSRCは基準変更用スイッチである。キャパシタCRC及びスイッチSRCにて基準変更回路が構成される。詳細は後述の説明から明らかとなるが、アナログ入力信号Ainのサンプリングの後、基準変更回路により比較電圧V1の基準となる電圧が高レベル側に変更(シフト)される。 The capacitor CRC is a capacitor for changing the reference, and the switch SRC is a switch for changing the reference. A reference change circuit is configured by a capacitor C RC and a switch S RC . Although the details will become clear from the description below, after sampling the analog input signal Ain, the reference change circuit changes (shifts) the voltage that serves as the reference of the comparison voltage V1 to a high level side.
図4に示す如く、スイッチSRCは切替端子T1及びT2並びに共通端子T3を備える。キャパシタCRCの第1端は比較配線WR1に接続される。キャパシタCRCの第2端はスイッチSRCの共通端子T3は接続される。スイッチSRCの切替端子T1は配線WR_VDDに接続されて電源電圧VDDを受ける。スイッチSRCの切替端子T2は配線WR_GNDに接続されてグランド電圧を受ける。 As shown in FIG. 4, the switch SRC includes switching terminals T1 and T2 and a common terminal T3 . A first end of the capacitor CRC is connected to the comparison line WR1. The second end of the capacitor CRC is connected to the common terminal T3 of the switch SRC . The switching terminal T1 of the switch SRC is connected to the wiring WR_VDD and receives the power supply voltage VDD. The switching terminal T2 of the switch SRC is connected to the wiring WR_GND and receives the ground voltage.
制御回路30の制御の下、スイッチSRCにおける共通端子T3が切替端子T1又はT2に選択的に接続される。但し、スイッチSRCにおいて共通端子T3が切替端子T1及びT2の何れとも接続されないことがあっても良い。
Under the control of the
図5を参照し、以下では、スイッチSRCにおいて、共通端子T3が切替端子T1、T2に接続される状態を、夫々、電源接続状態、グランド接続状態と称し、共通端子T3が切替端子T1及びT2の何れとも接続されない状態を開放状態と称する。スイッチSRCの電源接続状態、グランド状態では、夫々、電源電圧VDD、グランド電圧がキャパシタCRCの第2端に加わる。尚、図1では例として、スイッチSRCがグランド接続状態とされる様子が示されている。 Referring to FIG. 5, in the following, the states in which the common terminal T 3 is connected to the switching terminals T 1 and T 2 in the switch S RC will be referred to as the power supply connection state and the ground connection state, respectively . A state in which the switching terminals T 1 and T 2 are not connected is called an open state. When the switch SRC is in the power supply connection state and the ground state, the power supply voltage VDD and the ground voltage are applied to the second end of the capacitor CRC , respectively. Note that FIG. 1 shows, as an example, how the switch SRC is connected to the ground.
スイッチS[1]~[N]、SG及びSRCの夫々を、MOSFET等の任意のスイッチング素子にて構成できる。MOSFETは“metal-oxide-semiconductor field-effect transistor”の略称である。スイッチS[1]~[N]及びSRCはマルチプレクサであって良い。尚、任意のスイッチに関し、制御回路30が当該スイッチを或る注目した状態に制御するとは、制御回路30が当該スイッチの状態を当該注目した状態に設定することと同義である。
Each of the switches S[1] to [N], S G and S RC can be configured with any switching element such as a MOSFET. MOSFET is an abbreviation for "metal-oxide-semiconductor field-effect transistor." Switches S[1]-[N] and SRC may be multiplexers. Regarding an arbitrary switch, when the
コンパレータ20は比較配線WR1及びWR2に接続される。上述したように比較配線WR1には比較電圧V1が加わる。一方、比較配線WR2には比較電圧V2が加わる。コンパレータ20は比較電圧V1及びV2を比較し、比較電圧V1及びV2の比較結果(高低関係)を示す比較結果信号SCMPを生成及び出力する。比較結果信号SCMPは“0”又は“1”の値を有する二値化信号である。コンパレータ20は非反転入力端子、反転入力端子及び出力端子を有し、ここでは、反転入力端子が比較配線WR1に接続され且つ非反転入力端子が比較配線WR2に接続されるものとする。
コンパレータ20は、“V1<V2”の成立時において“1”の値を有する比較結果信号SCMPを自身の出力端子から出力し、“V1>V2”の成立時において“0”の値を有する比較結果信号SCMPを自身の出力端子から出力する。“V1=V2”の成立時において比較結果信号SCMPは“0”又は“1”の値を有する。“V1>V2”は比較電圧V1が比較電圧V2よりも高いことを表し、“V1<V2”は比較電圧V1が比較電圧V2よりも低いことを表す。電圧等の物理量を含む他の式についても同様である。
The
制御回路30は比較結果信号SCMPを受ける。制御回路30はAD変換動作を全体的に制御し、AD変換動作によって得られたデジタル出力信号Doutを出力する。制御回路30にはレジスタ31が設けられ、レジスタ31にデジタル出力信号Doutの値を格納することができる。制御回路30はDAC10に対して制御信号CNTDAC(DAC入力信号)を供給することで、スイッチS[1]~S[N]の状態を個別に制御する。制御回路30はスイッチSGに対して制御信号CNTGを供給し且つスイッチSRCに対して制御信号CNTRCを供給することで、スイッチSG及びSRCの状態を個別に制御する。
電圧生成回路40は比較電圧V1と対比されるべき比較電圧V2を生成し、生成した比較電圧V2を比較配線WR2に供給する。比較電圧V2を基準電圧と称することもでき、この場合、電圧生成回路40を基準電圧生成回路と称することもできる。
The
図1のDAC10において、任意の整数iに関し、キャパシタC[i+1]の静電容量値はキャパシタC[i]の静電容量値よりも大きい。ここでは、図6に示す如く、DAC10内のキャパシタC[i]は“2i-1・CUNT”の静電容量値を有するものとする。故に、図1のDAC10において、任意の整数iに関し、キャパシタC[i+1]の静電容量値はキャパシタC[i]の静電容量値の2倍である。CUNTは所定の単位容量値を表す。
In the
図7にAD変換動作のフローチャートを示す。AD変換動作では、まずステップS1のサンプリング動作が行われ、次いで、ステップS2の状態遷移動作を経てからステップS3の逐次比較動作が行われ、最後にステップS4の結果出力動作が行われる。以下、サンプリング動作が行われる期間をサンプリング期間と称し、逐次比較動作が行われる期間を逐次比較期間と称する。 FIG. 7 shows a flowchart of AD conversion operation. In the AD conversion operation, first a sampling operation is performed in step S1, then a state transition operation is performed in step S2, a successive approximation operation is performed in step S3, and finally a result output operation is performed in step S4. Hereinafter, a period in which a sampling operation is performed will be referred to as a sampling period, and a period in which a successive approximation operation is performed will be referred to as a successive approximation period.
図8はサンプリング期間におけるADコンバータ1の状態を示す。サンプリング期間は所定時間長さを有する。サンプリング期間において、制御回路30は、DAC10内の全スイッチS[1]~S[N]を信号入力状態に制御し、且つ、スイッチSGをオンに制御し、且つ、スイッチSRCをグランド接続状態に制御する。
FIG. 8 shows the state of the
サンプリング期間において、配線WR_Ainがスイッチアレイ12を介してキャパシタアレイ11に接続されることで、アナログ入力信号Ainに応じた電荷がキャパシタアレイ11中の各キャパシタ(C[1]~C[N])に蓄積される。サンプリング期間において、比較配線WR1はスイッチSGを介してグランドに接続されるため、キャパシタアレイ11中の各キャパシタ(C[1]~C[N])はグランド電圧を基準にしてアナログ入力信号Ainにより充電される。一方、サンプリング期間においてスイッチSRCはグランド接続状態とされるため、キャパシタCRCの両端間電圧は0Vである。尚、サンプリング期間においてコンパレータ20及び電圧生成回路40の動作は停止していて良い。
During the sampling period, the wiring WR_Ain is connected to the
ステップS2における状態遷移動作の流れの一例を図9に示す。図9の例では、状態遷移動作において、ステップS21、S22、S23、S24の動作が、この順番で実行される。ステップS21、S22、S23、S24の動作を、夫々、接続解消動作、第1遷移切替動作、第2遷移切替動作、逐次比較準備動作と称する。 FIG. 9 shows an example of the flow of the state transition operation in step S2. In the example of FIG. 9, in the state transition operation, steps S21, S22, S23, and S24 are executed in this order. The operations in steps S21, S22, S23, and S24 are respectively referred to as a connection cancellation operation, a first transition switching operation, a second transition switching operation, and a successive approximation preparation operation.
ステップS21の接続解消動作では、DAC10のスイッチS[1]~S[N]の状態が全て信号入力状態から開放状態に切り替えられる。ステップS22の第1遷移切替動作では、スイッチSGの状態がオンからオフに切り替えられる。ステップS22の後、ステップS3の逐次比較動作が完了するまでスイッチSGはオフ状態に維持される。ステップS23の第2遷移切替動作では、スイッチSRCの状態がグランド接続状態から電源接続状態に切り替えられる。ステップS23の後、ステップS3の逐次比較動作が完了するまでスイッチSRCは電源接続状態に維持される。ステップS24の逐次比較準備動作では、DAC10のスイッチS[1]~S[N]の状態が電源接続状態又はグランド接続状態に切り替えられる。
In the connection cancellation operation of step S21, the states of the switches S[1] to S[N] of the
図10に、ステップS21~S24の動作を経た後のADコンバータ1の状態を示す。図10の例では、ステップS24にてDAC10のスイッチS[1]~S[N]の状態が全てグランド接続状態に切り替えられることが想定されている。
FIG. 10 shows the state of the
状態遷移動作においてスイッチS[1]~S[N]、SG及びSRCの各状態の遷移タイミングは、様々に変更可能である。
即ち例えば、状態遷移動作において、ステップS21、S22及びS23の動作を同時に行い、その後にステップS24の動作を行っても良い。
或いは、状態遷移動作において、ステップS21及びS22の動作を同時に行ってから、ステップS23の動作を行い、その後にステップS24の動作を行っても良い。或いは、ステップS21及びS22の動作を同時に行ってから、ステップS23及びステップS24の動作を同時に行っても良い。
或いは、状態遷移動作において、ステップS21の動作を行ってから、ステップS22及びS23の動作を同時に行い、その後にステップS24の動作を行っても良い。或いは、ステップS21の動作を行ってからステップS22の動作を行い、その後にステップS23及びS24の動作を同時に行っても良い。或いは、状態遷移動作において、ステップS21の動作を行ってから、ステップS22、S23及びS24の動作を同時に行っても良い。
In the state transition operation, the transition timing of each state of the switches S[1] to S[N], S G and S RC can be changed in various ways.
That is, for example, in the state transition operation, steps S21, S22, and S23 may be performed simultaneously, and then step S24 may be performed.
Alternatively, in the state transition operation, steps S21 and S22 may be performed simultaneously, then step S23 may be performed, and then step S24 may be performed. Alternatively, the operations in steps S21 and S22 may be performed simultaneously, and then the operations in step S23 and step S24 may be performed simultaneously.
Alternatively, in the state transition operation, step S21 may be performed, steps S22 and S23 may be performed simultaneously, and then step S24 may be performed. Alternatively, after performing the operation in step S21, the operation in step S22 may be performed, and then the operations in steps S23 and S24 may be performed simultaneously. Alternatively, in the state transition operation, step S21 may be performed, and then steps S22, S23, and S24 may be performed simultaneously.
ステップS24において、スイッチS[1]~S[N]は全てグランド接続状態されるか或いは全て電源接続状態とされ得る。或いは、ステップS24において、スイッチS[1]~S[N]の状態は、ステップS3の逐次比較動作でのスイッチS[1]~S[N]の初期状態(後述の“j=N”におけるステップS32の状態:図14参照)に設定されて良い。ステップS24の動作は省略され得る。 In step S24, the switches S[1] to S[N] may all be connected to the ground or all connected to the power supply. Alternatively, in step S24, the states of switches S[1] to S[N] are the initial states of switches S[1] to S[N] in the successive approximation operation in step S3 (at "j=N", which will be described later). The state of step S32 (see FIG. 14) may be set. The operation in step S24 may be omitted.
スイッチS[1]~S[N]のグランド接続状態において、スイッチSGがオフとされた上でスイッチSRCの状態がグランド接続状態から電源接続状態に切り替えられると、比較配線WR1における比較電圧V1が所定の電圧量V1SFTだけ上昇する。 When the switches S[1] to S[N] are connected to the ground, when the switch SG is turned off and the state of the switch SRC is switched from the ground connection state to the power supply connection state, the comparison voltage at the comparison wiring WR1 V1 increases by a predetermined voltage amount V1 SFT .
電圧量V1SFTは、DAC10におけるキャパシタC[1]~C[N]の合成容量の値(即ちキャパシタC[1]~C[N]の並列接続回路が有する静電容量値)と、キャパシタCRCの静電容量値と、電源電圧VDDの値と、に依存して定まる。キャパシタC[1]~C[N]の各静電容量値及び電源電圧VDDの値が固定されているとすれば、キャパシタCRCの静電容量値の調整により電圧量V1SFTを任意に調整できる。後述の逐次比較動作においてスイッチS[1]~S[N]の各状態に応じて比較電圧V1は変動し、スイッチS[1]~S[N]が全てグランド接続状態であるときに比較電圧V1は最も低くなる。また、逐次比較動作における比較電圧V1はサンプリング期間中のアナログ入力信号Ainにも依存する。アナログ入力信号Ainの変動範囲を考慮しつつ、逐次比較動作においてスイッチS[1]~S[N]が全てグランド接続状態であるときにも比較電圧V1が常に0V以上となるよう、上述の電圧量V1SFTが決定される(換言すればキャパシタCRCの静電容量値が決定される)。このため、コンパレータ20に負電源は必要ない。即ち、コンパレータ20はグランド電圧を電源電圧VDD(又は他の正の直流電圧)に基づき駆動する。
The voltage amount V1 SFT is the value of the combined capacitance of the capacitors C[1] to C[N] in the DAC 10 (that is, the capacitance value of the parallel connection circuit of the capacitors C[1] to C[N]) and the capacitor C It is determined depending on the capacitance value of RC and the value of power supply voltage VDD. If the capacitance values of capacitors C[1] to C[N] and the value of power supply voltage VDD are fixed, the voltage amount V1 SFT can be arbitrarily adjusted by adjusting the capacitance value of capacitors CRC . can. In the successive approximation operation described later, the comparison voltage V1 varies according to each state of the switches S[1] to S[N], and the comparison voltage V1 changes when the switches S[1] to S[N] are all grounded. V1 is the lowest. Furthermore, the comparison voltage V1 in the successive approximation operation also depends on the analog input signal Ain during the sampling period. While considering the variation range of the analog input signal Ain, the above-mentioned voltage is set so that the comparison voltage V1 is always 0V or higher even when the switches S[1] to S[N] are all grounded in the successive approximation operation. The quantity V1 SFT is determined (in other words the capacitance value of the capacitor CRC is determined). Therefore, the
電圧生成回路40が生成する比較電圧V2は上記電圧量V1SHTを電圧値として持つ(即ち、“V2=V1SHT”である)。但し、サンプリング期間における比較電圧V2は任意で良い。少なくとも逐次比較期間において電圧量V1SHT分の電圧値を有する比較電圧V2が電圧比較回路40にて生成され且つ比較配線WR2に加われば良い。
The comparison voltage V2 generated by the
図11の電圧生成回路40aは電圧生成回路40の一例である。電圧生成回路40aは、キャパシタCREF及びCRC’とスイッチSG’及びSRC’を備える。スイッチSG’はスイッチSGと同一の構造を有し、スイッチSRC’はスイッチSRCと同一の構造を有する。スイッチSG’の第1端、キャパシタCREFの第1端及びキャパシタCRC’の第1端は配線WR2に接続される。スイッチSG’の第2端及びキャパシタCREFの第2端はグランドに接続される。キャパシタCRC’の第2端はスイッチSRC’の共通端子T3に接続される。スイッチSRC’の切替端子T1は配線WR_VDDに接続されて電源電圧VDDを受ける。スイッチSRC’の切替端子T2は配線WR_GNDに接続されてグランド電圧を受ける。制御回路30はスイッチSGと同様にスイッチSG’のオン、オフを制御する。制御回路30の制御の下、スイッチSRC’にて共通端子T3が切替端子T1又はT2に選択的に接続される。但し、スイッチSRC’において共通端子T3が切替端子T1及びT2の何れとも接続されないことがあっても良い。
A
電圧生成回路40aが電圧生成回路40として用いられる場合、図12に示す如く、サンプリング期間において、スイッチSG’がオンに制御され且つスイッチSRC’の共通端子T3が切替端子T2に接続されることでキャパシタCRC’の第2端にグランド電圧が印加される。その後、逐次比較期間において、スイッチSG’がオフに制御され且つスイッチSRC’の共通端子T3が切替端子T1に接続されることでキャパシタCRC’の第2端に電源電圧VDDが印加される。
When the
ここで、式“CTOTAL:CRC=CREF:CRC’”が成立する。この式において、CTOTALは、DAC10におけるキャパシタC[1]~C[N]の合成容量の値(即ちキャパシタC[1]~C[N]の並列接続回路が有する静電容量値)を表し、CRC、CREF、、CRC’は、夫々、キャパシタCRC、CREF、、CRC’の静電容量値を表す。上記式が成立するよう各キャパシタが構成されることで、逐次比較期間中における比較電圧V2の値は上記の電圧量V1SHTと一致する。 Here, the formula "C TOTAL : CRC = C REF : CRC '" is established. In this equation, C TOTAL represents the value of the combined capacitance of capacitors C[1] to C[N] in the DAC 10 (that is, the capacitance value of the parallel connection circuit of capacitors C[1] to C[N]). , CRC , C REF , , CRC ′ represent the capacitance values of the capacitors CRC , C REF , , CRC ′ , respectively. By configuring each capacitor so that the above formula holds true, the value of the comparison voltage V2 during the successive approximation period matches the voltage amount V1 SHT described above.
或いは、図13の電圧生成回路40bを電圧生成回路40として用いても良い。電圧生成回路40bは分圧抵抗R1及びR2を有する。電圧生成回路40bにおいて、分圧抵抗R1の第1端に電源電圧VDDが印加され、分圧抵抗R1の第2端及び分圧抵抗R2の第1端は比較配線WR2に接続される。分圧抵抗R2の第2端はグランドに接続される。電圧生成回路40bが電圧生成回路40として用いられる場合、電源電圧VDDが分圧抵抗R1及びR2にて分圧されること比較配線WR2に比較電圧V2が生じる。この際、“V2=V1SHT”が成立するよう、分圧抵抗R1及びR2の抵抗値比が設定される。
Alternatively, the
図14にステップS3の逐次比較動作のフローチャートを示す。上述の説明から理解されるよう、逐次比較動作が行われる逐次比較期間においてスイッチSGはオフ状態に維持され且つスイッチSRCは電源接続状態に維持される。図15にレジスタ31(図1参照)の構造を示す。レジスタ31はNビット分の記憶容量を有し、値Rg[1]~Rg[N]を格納する。値Rg[1]~Rg[N]は夫々に“0”又は“1”である。任意の整数iに関し、値Rg[i+1]は値Rg[i]の上位側ビットの値である。逐次比較動作において値Rg[1]~Rg[N]が上位ビット側から1ビットずつ決定され、決定された値Rg[i]がデジタル出力信号Doutにおける第i番目のビットの値となる。
FIG. 14 shows a flowchart of the successive approximation operation in step S3. As can be understood from the above description, during the successive approximation period in which the successive approximation operation is performed, the switch SG is kept off and the switch SRC is kept connected to the power supply. FIG. 15 shows the structure of the register 31 (see FIG. 1). The
逐次比較期間においてスイッチS[1]~S[N]が個別に電源接続状態又はグランド接続状態に設定される。サンプリング期間中にキャパシタアレイ11に蓄積された電荷が逐次比較期間中にキャパシタC[1]~C[N]及びCRCに分配される。分配の状態は逐次比較期間中のスイッチS[1]~S[N]の状態に依存し、故に逐次比較期間中のスイッチS[1]~S[N]の状態に依存して比較電圧V1が変化する。制御回路30は、逐次比較動作において(換言すれば逐次比較期間において)、比較結果信号SCMPに基づきバイナリサーチによりスイッチアレイ12の状態を順次切り替えながら値Rg[1]~Rg[N](即ちデジタル出力信号Doutの値)をビットごとに決定する。
During the successive approximation period, switches S[1] to S[N] are individually set to a power supply connection state or a ground connection state. Charges accumulated in the
図14の逐次比較動作では、まずステップS31にて、制御回路30にて管理される変数jに対しNの値が代入される。その後、ステップS32に進む。ステップS32において、制御回路30はスイッチS[j]を電源接続状態に制御し且つスイッチS[1]~S[j-1]を全てグランド接続状態に制御する。但し、“j=1”の状態でステップS32の処理が実行される場合にあっては、スイッチS[1]~S[j-1]は存在しないので、ステップS32にて単にスイッチS[1]が電源接続状態に制御される。例として図16に、“j=N”であるときにおけるステップS32での各スイッチの状態を示す。
In the successive approximation operation of FIG. 14, first, in step S31, the value of N is assigned to the variable j managed by the
ステップS32に続くステップS33において、制御回路30は、現時点の比較結果信号SCMPの値を取得する(即ち直近のステップS32の状態にてコンパレータ20から出力される比較結果信号SCMPの値を取得する)。取得した値が“1”であれば(ステップS33のY)ステップS34に進んで制御回路30はステップS34及びS35の処理を行う一方、取得した値が“0”であれば(ステップS33のN)ステップS36に進んで制御回路30はステップS36及びS37の処理を行う。
In step S33 following step S32, the
ステップS34において制御回路30は値Rg[j]を“1”に決定する。続くステップS35において制御回路30はスイッチS[j]を電源接続状態で維持する。以後、図14の逐次比較動作が終了するまでスイッチS[j]は電源接続状態で維持される。ステップS35の後、ステップS38に進む。ステップS35では実質的に何も実行されないので、ステップS35は省略されても良い。
In step S34, the
ステップS36において制御回路30は値Rg[j]を“0”に決定する。続くステップS37において制御回路30はスイッチS[j]の状態を電源接続状態からグランド接続状態に切り替える。以後、図14の逐次比較動作が終了するまでスイッチS[j]はグランド接続状態で維持される。ステップS37の後、ステップS38に進む。
In step S36, the
ステップS38において制御回路30は変数jが1であるかを確認する。変数jが1でない場合には(ステップS38のN)、ステップS39に進み、変数jより1を減算してからステップS32に戻ってステップS32及びそれ以降の処理を繰り返す。例えば、2回目のステップS32の処理では、スイッチS[N-1]が電源接続状態に設定され且つスイッチS[1]~S[N-1]がグランド接続状態に設定されることになる。この際、1回目のステップS33にて“SCMP=1”であったならば2回目のステップS32にてスイッチS[N]は電源接続状態とされ、1回目のステップS33にて“SCMP=0”であったならば2回目のステップS32にてスイッチS[N]はグランド接続状態とされる。
In step S38, the
ステップS32~S37から成る処理を単位比較動作と称する。そうすると、逐次比較動作は第1~第N単位比較動作を含む。“j=N”のときに実行される単位比較動作が第N単位比較動作であり、“j=N-1”のときに実行される単位比較動作が第(N-1)単位比較動作であり、・・・、“j=1”のときに実行される単位比較動作が第1単位比較動作である。第j単位比較動作において値Rg[j]が決定される、即ちデジタル出力信号Doutの第j番目のビットの値が決定される。 The process consisting of steps S32 to S37 is referred to as a unit comparison operation. Then, the successive approximation operation includes the first to Nth unit comparison operations. The unit comparison operation executed when "j=N" is the Nth unit comparison operation, and the unit comparison operation executed when "j=N-1" is the (N-1)th unit comparison operation. Yes, the unit comparison operation executed when "j=1" is the first unit comparison operation. In the j-th unit comparison operation, the value Rg[j] is determined, that is, the value of the j-th bit of the digital output signal Dout is determined.
ステップS38において“j=1”である場合(ステップS38のY)、図14の逐次比較動作を終了する。この段階では、値Rg[1]~Rg[N]が全て決定済みである。 If "j=1" in step S38 (Y in step S38), the successive approximation operation of FIG. 14 is ended. At this stage, all values Rg[1] to Rg[N] have been determined.
ステップS4(図7参照)の結果出力動作において、制御回路30は、ステップS3の逐次比較動作にて決定された値Rg[1]~Rg[N]を有するデジタル信号をデジタル出力信号Doutとして出力する。デジタル出力信号Doutを利用する任意の回路(不図示)に対してデジタル出力信号Doutが出力される。
In the result output operation in step S4 (see FIG. 7), the
ここで、図17に参考ADコンバータ901の構成を示す。参考ADコンバータ901は、キャパシタアレイ911及びスイッチアレイ912を有するDAC910と、コンパレータ920と、制御回路930と、電圧生成回路940と、基準電圧源950と、スイッチ960と、を有する。キャパシタアレイ911中のキャパシタの各第1端は配線WR1’に共通接続される。配線WR1’に比較電圧V1’が加わる。コンパレータ920の反転入力端子に配線WR1’が接続される。電圧生成回路940はコンパレータ920の非反転入力端子に比較電圧V2’を供給する。基準電圧源950は配線WR1’に対しスイッチ960を介して接続され、スイッチ960がオンのときに配線WR1’に対して正の基準電圧VREFを供給する。
Here, FIG. 17 shows the configuration of a
参考ADコンバータ901では、サンプリング動作において、図17に示す如くアナログ入力信号Ainが加わる配線をスイッチアレイ912を介してキャパシタアレイ911の各キャパシタの第2端に接続することでアナログ入力信号Ainに応じた電荷をキャパシタアレイ911の各キャパシタに蓄積させる。この際、スイッチ960がオンとされるため、キャパシタアレイ911中の各キャパシタは基準電圧VREFを基準にしてアナログ入力信号Ainにより充電される。その後、逐次比較動作では、スイッチ960をオフに維持した状態で、スイッチアレイ912を用いてキャパシタアレイ911中の各キャパシタの第2端に対し電源電圧VDD’又はグランド電圧を供給する(図18参照)。逐次比較動作において、制御回路930はコンパレータ920による電圧V1’及びV2’の比較結果に基づきスイッチアレイ912の状態を順次切り替えながらバイナリサーチによりアナログ入力信号Ain’をデジタル信号に変換する。
In the
参考ADコンバータ901ではサンプリング動作が行われるときに基準電圧源950を作動させ続ける必要があり、その分、消費電力が増える。参考ADコンバータ901から基準電圧源950を削除し、0Vを基準電圧VREFとして用いる方法もあるが、この方法では、逐次比較動作にて比較電圧V1’の極性が負となるため、コンパレータ920に負電源(負の電源電圧)が必要となる。負電源が必須であるとき、負電源を生成する回路が必要になるなど回路構成が複雑化する。このため負電源は不要とされることが望ましい。
In the
これに対し、図1のADコンバータ1では、グランドに対してアナログ入力信号Ainをサンプリングした後に基準電圧VREFに相当する分だけ比較電圧V1を上昇させることができる。詳細には、ADコンバータ1では、サンプリング期間にてグランド電圧を基準にアナログ入力信号Ainに応じた電荷をキャパシタアレイ11の各キャパシタに蓄積させる。その後、基準変更回路(キャパシタCRC及びスイッチSRC)を用い、比較電圧V1を必要な分だけ上昇させた状態で、逐次比較動作を行う。これにより、図1のADコンバータ1では基準電圧源950に相当する回路が不要であり、参考ADコンバータ901と比べてサンプリング期間での消費電力を低減できる。
On the other hand, in the
<<第2実施形態>>
本開示の第2実施形態を説明する。第2実施形態並びに後述の第3及び第4実施形態は第1実施形態を基礎とする実施形態であり、第2~第4実施形態において特に述べない事項に関しては、矛盾の無い限り、第1実施形態の記載が第2~第4実施形態にも適用される。但し、第2実施形態の記載を解釈するにあたり、第1及び第2実施形態間で矛盾する事項については第2実施形態の記載が優先されて良い(後述の第3及び第4実施形態についても同様)。矛盾の無い限り、第1~第4実施形態の内、任意の複数の実施形態を組み合わせても良い。
<<Second embodiment>>
A second embodiment of the present disclosure will be described. The second embodiment and the third and fourth embodiments described later are embodiments based on the first embodiment, and unless there is a contradiction, matters not specifically stated in the second to fourth embodiments are based on the first embodiment. The description of the embodiments also applies to the second to fourth embodiments. However, when interpreting the description of the second embodiment, the description of the second embodiment may take precedence regarding matters that are inconsistent between the first and second embodiments (the description of the third and fourth embodiments described below may also be given priority). similar). Any plurality of embodiments among the first to fourth embodiments may be combined as long as there is no contradiction.
第1実施形態におけるDAC10に1以上のスケーリングキャパシタが設けられていて良い。スケーリングキャパシタを用いることにより、キャパシタアレイにおいて、最大の静電容量値を有するキャパシタと最小の静電容量値を有するキャパシタとの間における容量比を低く抑えることができ、実用性が高まる。
The
図19に示すDAC10_1は、スケーリングキャパシタCsを追加する変形が施されたDAC10である。即ち、第1実施形態に係るDAC10に対してスケーリングキャパシタCsを追加することでDAC10_1が得られる。DAC10_1は、スケーリングキャパシタCsを有し、且つ、キャパシタアレイ11_1及びスイッチアレイ12_1を有する。DAC10_1において、N及びMは“N>M≧1”を満たす整数であり、典型的には例えば“M≧2”且つ“N≧M+2”が満たされる。
The DAC 10_1 shown in FIG. 19 is a
キャパシタアレイ11_1は第1実施形態のキャパシタアレイ11と同様にキャパシタC[1]~C[N]を備える。スイッチアレイ12_1は第1実施形態のスイッチアレイ12と同様にスイッチS[1]~S[N]を備える。キャパシタアレイ11_1は、以下の相違点DP2A及びDP2Bを除き、第1実施形態のキャパシタアレイ11と同様である。
The capacitor array 11_1 includes capacitors C[1] to C[N] similarly to the
相違点DP2Aとして、DAC10_1において、キャパシタC[1]~C[N]の内、キャパシタC[1]~C[M]の各第1端は配線WR1ではなく配線WR_sに接続される。キャパシタC[M+1]~C[N]の各第1端が配線WR1に接続される点は第1実施形態と同様である。また、キャパシタC[1]~C[M]の第2端が夫々スイッチS[1]~S[M]の共通端子TCOMに接続され、キャパシタC[M+1]~C[N]の第2端が夫々スイッチS[M+1]~S[N]の共通端子TCOMに接続される点も第1実施形態と同様である(図2参照)。 The difference DP 2A is that in the DAC 10_1, the first ends of each of the capacitors C[1] to C[M] among the capacitors C[1] to C[N] are connected to the wiring WR_s instead of the wiring WR1. This embodiment is similar to the first embodiment in that each first end of the capacitors C[M+1] to C[N] is connected to the wiring WR1. Further, the second ends of the capacitors C[1] to C[M] are connected to the common terminal TCOM of the switches S[1] to S[M], respectively, and the second terminals of the capacitors C[M+1] to C[N] are connected to the common terminal TCOM of the switches S[1] to S[M], respectively. It is also similar to the first embodiment that the ends are connected to the common terminal T COM of the switches S[M+1] to S[N], respectively (see FIG. 2).
DAC10_1において、スケーリングキャパシタCsは配線WR1及びWR_s間に直列に挿入される。即ち、DAC10_1において、スケーリングキャパシタCsの第1端は配線WR1に接続され、スケーリングキャパシタCsの第2端は配線WR_sに接続される。 In the DAC 10_1, a scaling capacitor Cs is inserted in series between the wirings WR1 and WR_s. That is, in the DAC 10_1, the first end of the scaling capacitor Cs is connected to the wiring WR1, and the second end of the scaling capacitor Cs is connected to the wiring WR_s.
相違点DP2Bとして、キャパシタC[1]~C[N]が有する静電容量値は、DAC10_1と第1実施形態のDAC10とで異なる。図20を参照する。DAC10_1において、“1≦i≦M”を満たす整数iに関し、キャパシタC[i]は“2i-1・CUNT”の静電容量値を有する。DAC10_1において、“M+1≦i≦N”を満たす整数iに関し、キャパシタC[i]は“2i-M-1・CUNT”の静電容量値を有する。
As a difference DP 2B , the capacitance values of the capacitors C[1] to C[N] are different between the DAC 10_1 and the
DAC10_1において、キャパシタC[1]~C[M]及びスケーリングキャパシタCsの合成容量の値(即ちキャパシタC[1]~C[M]の並列接続回路とスケーリングキャパシタCsとが直列接続されることで形成される回路の静電容量値)は、単位容量値CUNTに等しい。 In the DAC 10_1, the value of the combined capacitance of the capacitors C[1] to C[M] and the scaling capacitor Cs (that is, the value of the combined capacitance of the capacitors C[1] to C[M] and the scaling capacitor Cs are connected in series) The capacitance value of the circuit formed) is equal to the unit capacitance value C UNT .
キャパシタアレイ11_1に関する相違点DP2A及びDP2Bを除き、DAC10に代えてADコンバータ1にDAC10_1が用いられるときの構成及び動作は、第1実施形態と同様である。
Except for the differences DP 2A and DP 2B regarding the capacitor array 11_1, the configuration and operation when the DAC 10_1 is used in the
DAC10に対するスケーリングキャパシタCsの追加数(直列段数)は1以上であれば任意である。例として、図21に2つのスケーリングキャパシタCsが追加されたDAC10としてDAC10_2を示す。DAC10_2において2つのスケーリングキャパシタCsをスケーリングキャパシタCs1及びCs2と称する。第1実施形態に係るDAC10に対してスケーリングキャパシタCs1及びCs2を追加することでDAC10_2が得られる。DAC10_2は、スケーリングキャパシタCs1及びCs2を有し、且つ、キャパシタアレイ11_2及びスイッチアレイ12_2を有する。DAC10_2において、N、M及びLは“N>L+M”、“L≧1”且つ“M≧1”を満たす整数であり、典型的には例えば“L≧2”、“M≧2”且つ“N≧L+M+2”が満たされる。
The number of scaling capacitors Cs added to the DAC 10 (number of series stages) is arbitrary as long as it is one or more. As an example, FIG. 21 shows a DAC 10_2 as a
キャパシタアレイ11_2は第1実施形態のキャパシタアレイ11と同様にキャパシタC[1]~C[N]を備える。スイッチアレイ12_2は第1実施形態のスイッチアレイ12と同様にスイッチS[1]~S[N]を備える。キャパシタアレイ11_2は、以下の相違点DP2C及びDP2Dを除き、第1実施形態のキャパシタアレイ11と同様である。
The capacitor array 11_2 includes capacitors C[1] to C[N] similarly to the
相違点DP2Cとして、DAC10_2において、キャパシタC[1]~C[N]の内、キャパシタC[1]~C[L]の各第1端は配線WR1ではなく配線WR_s2に接続され、且つ、キャパシタC[L+1]~C[L+M]の各第1端は配線WR1ではなく配線WR_s1に接続される。キャパシタC[L+M+1]~C[N]の各第1端が配線WR1に接続される点は第1実施形態と同様である。また、キャパシタC[1]~C[L]の第2端が夫々スイッチS[1]~S[L]の共通端子TCOMに接続され、キャパシタC[L+1]~C[L+M]の第2端が夫々スイッチS[L+1]~S[L+M]の共通端子TCOMに接続され、且つ、キャパシタC[L+M+1]~C[N]の第2端が夫々スイッチS[L+M+1]~S[N]の共通端子TCOMに接続される点も第1実施形態と同様である(図2参照)。 The difference DP 2C is that in the DAC 10_2, each first end of the capacitors C[1] to C[L] among the capacitors C[1] to C[N] is connected to the wiring WR_s2 instead of the wiring WR1, and Each first end of the capacitors C[L+1] to C[L+M] is connected to the wiring WR_s1 instead of the wiring WR1. This embodiment is similar to the first embodiment in that each first end of the capacitors C[L+M+1] to C[N] is connected to the wiring WR1. Further, the second terminals of the capacitors C[1] to C[L] are connected to the common terminal TCOM of the switches S[1] to S[L], respectively, and the second terminals of the capacitors C[L+1] to C[L+M] The terminals are connected to the common terminal T COM of the switches S[L+1] to S[L+M], respectively, and the second terminals of the capacitors C[L+M+1] to C[N] are connected to the switches S[L+M+1] to S[N], respectively. It is also the same as the first embodiment in that it is connected to the common terminal T COM of (see FIG. 2).
DAC10_2において、スケーリングキャパシタCs1は配線WR1及びWR_s1間に直列に挿入される。即ち、DAC10_2において、スケーリングキャパシタCs1の第1端は配線WR1に接続され、スケーリングキャパシタCs1の第2端は配線WR_s1に接続される。DAC10_2において、スケーリングキャパシタCs2は配線WR1及びWR_s2間に直列に挿入される。即ち、DAC10_2において、スケーリングキャパシタCs2の第1端は配線WR1に接続され、スケーリングキャパシタCs2の第2端は配線WR_s2に接続される。 In the DAC 10_2, the scaling capacitor Cs1 is inserted in series between the wirings WR1 and WR_s1. That is, in the DAC 10_2, the first end of the scaling capacitor Cs1 is connected to the wiring WR1, and the second end of the scaling capacitor Cs1 is connected to the wiring WR_s1. In the DAC 10_2, the scaling capacitor Cs2 is inserted in series between the wirings WR1 and WR_s2. That is, in the DAC 10_2, the first end of the scaling capacitor Cs2 is connected to the wiring WR1, and the second end of the scaling capacitor Cs2 is connected to the wiring WR_s2.
相違点DP2Dとして、キャパシタC[1]~C[N]が有する静電容量値は、DAC10_2と第1実施形態のDAC10とで異なる。図22を参照する。DAC10_2において、“1≦i≦L”を満たす整数iに関し、キャパシタC[i]は“2i-1・CUNT”の静電容量値を有する。DAC10_2において、“L+1≦i≦L+M”を満たす整数iに関し、キャパシタC[i]は“2i-L-1・CUNT”の静電容量値を有する。DAC10_2において、“L+M+1≦i≦N”を満たす整数iに関し、キャパシタC[i]は“2i-L-M-1・CUNT”の静電容量値を有する。
As a difference DP 2D , the capacitance values of the capacitors C[1] to C[N] are different between the DAC 10_2 and the
DAC10_2において、キャパシタC[1]~C[L+M]並びにスケーリングキャパシタCs1及びCs2の合成容量の値は、単位容量値CUNTに等しい。また、スケーリングキャパシタCs1よりもスケーリングキャパシタCs2の方が大きな静電容量値を持つ。 In the DAC 10_2, the value of the combined capacitance of the capacitors C[1] to C[L+M] and the scaling capacitors Cs1 and Cs2 is equal to the unit capacitance value C UNT . Furthermore, scaling capacitor Cs2 has a larger capacitance value than scaling capacitor Cs1.
キャパシタアレイ11_2に関する相違点DP2C及びDP2Dを除き、DAC10に代えてADコンバータ1にDAC10_2が用いられる場合の構成及び動作は、第1実施形態と同様である。
Except for the differences DP 2C and DP 2D regarding the capacitor array 11_2, the configuration and operation when the DAC 10_2 is used in the
<<第3実施形態>>
本開示の第3実施形態を説明する。第1実施形態に示したADコンバータ1の構成及び動作を、差動入力構成を持つADコンバータに適用しても良い。当該適用が施されたADコンバータ2の全体構成を図23に示す。ADコンバータ2は、上述のADコンバータ1と同様、逐次比較型A/D変換回路である。ADコンバータ2に対してアナログ入力信号AinP及びAinNが入力される。ADコンバータ2はアナログ入力信号AinP及びAinN間の差信号ADifに対してAD変換動作を行う。差信号ADifはアナログ入力信号AinNの電位から見たアナログ入力信号AinPの電位を有するアナログ信号であるとする。
<<Third Embodiment>>
A third embodiment of the present disclosure will be described. The configuration and operation of the
差信号Adifに対するAD変換動作では、差信号Adifをバイナリサーチによってデジタル信号に変換し、得られたデジタル信号をデジタル出力信号Doutとして出力する。デジタル出力信号Doutは第1実施形態と同様にNビットのデジタル信号である。“AinP=AinN”であるときにデジタル出力信号Doutは所定の中間値を持ち、“AinP>AinN”であるときに差信号Adifの大きさの増大につれてデジタル出力信号Doutの値が中間値から増大し、“AinP<AinN”であるときに差信号Adifの大きさの増大につれてデジタル出力信号Doutの値が中間値から減少するものであって良い。 In the AD conversion operation for the difference signal Adif, the difference signal Adif is converted into a digital signal by binary search, and the obtained digital signal is output as the digital output signal Dout. The digital output signal Dout is an N-bit digital signal as in the first embodiment. When “AinP=AinN”, the digital output signal Dout has a predetermined intermediate value, and when “AinP>AinN”, the value of the digital output signal Dout increases from the intermediate value as the magnitude of the difference signal Adif increases. However, when "AinP<AinN", the value of the digital output signal Dout may decrease from the intermediate value as the magnitude of the difference signal Adif increases.
ADコンバータ2は2つの比較電圧生成ブロックを備える。各比較電圧生成ブロックは第1実施形態にて述べたDAC10、スイッチSG、スイッチSRC及びキャパシタCRCを備える。各比較電圧生成ブロックにおけるDAC10、スイッチSG、スイッチSRC及びキャパシタCRCの構成は、第1実施形態にて述べたDAC10、スイッチSG、スイッチSRC及びキャパシタCRCの構成と同じである。故に、各比較電圧生成ブロックにおいて、DAC10はキャパシタC[1]~C[N]から成るキャパシタアレイ11及びスイッチS[1]~S[N]から成るスイッチアレイ12を備える。各比較電圧生成ブロックにおけるキャパシタC[1]~C[N]及びスイッチS[1]~S[N]間の接続関係は、第1実施形態におけるキャパシタC[1]~C[N]及びスイッチS[1]~S[N]間の接続関係と同じである。各比較電圧生成ブロックにおけるキャパシタCRC及びスイッチSRC間の接続関係は第1実施形態におけるキャパシタCRC及びスイッチSRC間の接続関係と同じである。
The
以下では、ADコンバータ2に設けられる2つの比較電圧生成ブロックの内、一方の比較電圧生成ブロックに設けられるDAC10、スイッチSG、スイッチSRC及びキャパシタCRCを、夫々、特に、DAC10P、スイッチSGP、スイッチSRCP及びキャパシタCRCPと称し、他方の比較電圧生成ブロックに設けられるDAC10、スイッチSG、スイッチSRC及びキャパシタCRCを、夫々、特に、DAC10N、スイッチSGN、スイッチSRCN及びキャパシタCRCNと称する。
In the following, the
配線WR_AinPはアナログ入力信号AinPが加わるアナログ入力配線であり、配線WR_AinNはアナログ入力信号AinNが加わるアナログ入力配線である。第1実施形態と同様、配線WR_VDDは所定の電源電圧VDDが加わる電源配線であり、配線WR_GNDはグランド電圧が加わるグランド配線である。アナログ入力信号AinP、AinNは、夫々、DAC10P、10Nに対するアナログ入力信号Ainに相当する。
The wiring WR_AinP is an analog input wiring to which an analog input signal AinP is applied, and the wiring WR_AinN is an analog input wiring to which an analog input signal AinN is applied. Similar to the first embodiment, the wiring WR_VDD is a power wiring to which a predetermined power supply voltage VDD is applied, and the wiring WR_GND is a ground wiring to which a ground voltage is applied. Analog input signals AinP and AinN correspond to analog input signals Ain for
図23の構成では、DAC10PのキャパシタC[1]~C[N]の第1端が全て比較配線WR1に接続され、DAC10NのキャパシタC[1]~C[N]の第1端が全て比較配線WR2に接続される。比較配線WR1に加わる電圧が比較電圧V1であって且つ比較配線WR2に加わる電圧が比較電圧V2である点は第1実施形態と同様である。DAC10P及び10Nの夫々において、キャパシタC[i]に対応してスイッチS[i]が設けられる。DAC10P及び10Nの夫々において、キャパシタC[i]はデジタル出力信号Doutにおける第i番目のビットに対応する。
In the configuration of FIG. 23, the first ends of the capacitors C[1] to C[N] of the DAC10P are all connected to the comparison wiring WR1, and the first ends of the capacitors C[1] to C[N] of the DAC10N are all connected to the comparison wiring WR1. Connected to wiring WR2. This embodiment is similar to the first embodiment in that the voltage applied to the comparison wiring WR1 is the comparison voltage V1, and the voltage applied to the comparison wiring WR2 is the comparison voltage V2. In each of the
スイッチS[1]~S[N]は各々に共通端子TCOM及び切替端子Ta、Tb及びTcを備える(図2参照)。DAC10P及び10Nの夫々において、スイッチS[i]の共通端子TCOMはキャパシタC[i]の第2端に接続される。DAC10PにおけるスイッチS[1]~S[N]の各切替端子Taは配線WR_AinPに接続されてアナログ入力信号AinPを受ける。故にDAC10Pにおいて、スイッチS[i]の信号入力状態ではアナログ入力信号AinPがキャパシタC[i]の第2端に加わる。DAC10NにおけるスイッチS[1]~S[N]の各切替端子Taは配線WR_AinNに接続されてアナログ入力信号AinNを受ける。故にDAC10Nにおいて、スイッチS[i]の信号入力状態ではアナログ入力信号AinNがキャパシタC[i]の第2端に加わる。DAC10P及び10Nの夫々において、スイッチS[1]~S[N]の各切替端子Tbは配線WR_VDDに接続されて電源電圧VDDを受ける。DAC10P及び10Nの夫々において、スイッチS[1]~S[N]の各切替端子Tcは配線WR_GNDに接続されてグランド電圧を受ける。
The switches S[1] to S[N] each include a common terminal T COM and switching terminals Ta, Tb, and Tc (see FIG. 2). In each of the
DAC10Pにおいて、スイッチS[i]の信号入力状態、電源接続状態、グランド状態では、夫々、アナログ入力信号AinP、電源電圧VDD、グランド電圧がキャパシタC[i]の第2端に加わる(図3参照)。DAC10Nにおいて、スイッチS[i]の信号入力状態、電源接続状態、グランド状態では、夫々、アナログ入力信号AinN、電源電圧VDD、グランド電圧がキャパシタC[i]の第2端に加わる(図3参照)。尚、図23では、例として、DAC10P及び10NにおけるスイッチS[1]~S[N]が全て信号入力状態とされる様子が示されている。
In the
スイッチSGP及びSGNはグランド短絡用スイッチである。スイッチSGPは比較配線WR1及びグランド間に直列に設けられる。即ち、スイッチSGPの第1端は比較配線WR1に接続され、スイッチSGPの第2端はグランドに接続される(換言すれば配線WR_GNDに接続される)。スイッチSGNは比較配線WR2及びグランド間に直列に設けられる。即ち、スイッチSGNの第1端は比較配線WR2に接続され、スイッチSGNの第2端はグランドに接続される(換言すれば配線WR_GNDに接続される)。 Switches SGP and SGN are ground shorting switches. The switch SGP is provided in series between the comparison wiring WR1 and the ground. That is, the first end of the switch S GP is connected to the comparison wiring WR1, and the second end of the switch S GP is connected to the ground (in other words, connected to the wiring WR_GND). The switch SGN is provided in series between the comparison wiring WR2 and the ground. That is, the first end of the switch S GN is connected to the comparison wiring WR2, and the second end of the switch S GN is connected to the ground (in other words, connected to the wiring WR_GND).
制御回路30によりスイッチSGP及びSGNがオン状態又はオフ状態に制御される。スイッチSGPがオンであるとき、スイッチSGPの第1端及び第2端間が導通し、比較配線WR1の電圧(即ち比較電圧V1)は0Vに固定される。スイッチSGPがオフであるとき、スイッチSGPの第1端及び第2端間は遮断され(非導通となり)、スイッチSGPは比較電圧V1に影響を与えない。スイッチSGNがオンであるとき、スイッチSGNの第1端及び第2端間が導通し、比較配線WR2の電圧(即ち比較電圧V2)は0Vに固定される。スイッチSGNがオフであるとき、スイッチSGNの第1端及び第2端間は遮断され(非導通となり)、スイッチSGNは比較電圧V2に影響を与えない。尚、図23では、例として、スイッチSGP及びSGNがオフとされる様子が示されている。
The
キャパシタCRCP及びCRCNは基準変更用キャパシタであり、スイッチSRCP及びSRCNは基準変更用スイッチである。キャパシタCRCP及びスイッチSRCPにて第1基準変更回路が構成され、キャパシタCRCN及びスイッチSRCNにて第2基準変更回路が構成される。アナログ入力信号AinP及びAinNのサンプリングの後、第1及び第2基準変更回路により比較電圧V1及びV2の基準となる電圧が高レベル側に変更(シフト)される。 Capacitors C RCP and C RCN are reference change capacitors, and switches S RCP and S RCN are reference change switches. The capacitor C RCP and the switch S RCP constitute a first reference change circuit, and the capacitor C RCN and the switch S RCN constitute a second reference change circuit. After sampling the analog input signals AinP and AinN, the first and second reference change circuits change (shift) the reference voltages of the comparison voltages V1 and V2 to the high level side.
図4のスイッチSRCと同様、スイッチSRCP及びSRCNは各々に切替端子T1及びT2並びに共通端子T3を備える。キャパシタCRCPの第1端は比較配線WR1に接続される。キャパシタCRCPの第2端はスイッチSRCPの共通端子T3は接続される。キャパシタCRCNの第1端は比較配線WR2に接続される。キャパシタCRCNの第2端はスイッチSRCNの共通端子T3は接続される。スイッチSRCP及びSRCNの各切替端子T1は配線WR_VDDに接続されて電源電圧VDDを受ける。スイッチSRCP及びSRCNの各切替端子T2は配線WR_GNDに接続されてグランド電圧を受ける。 Similar to the switch S RC of FIG. 4, the switches S RCP and S RCN each include switching terminals T 1 and T 2 and a common terminal T 3 . A first end of the capacitor CRCP is connected to the comparison line WR1. The second end of the capacitor CRCP is connected to the common terminal T3 of the switch SRCP . A first end of the capacitor CRCN is connected to the comparison line WR2. The second end of the capacitor CRCN is connected to the common terminal T3 of the switch SRCN . Each switching terminal T1 of the switches SRCP and SRCN is connected to the wiring WR_VDD and receives the power supply voltage VDD. Each switching terminal T2 of the switches SRCP and SRCN is connected to the wiring WR_GND and receives the ground voltage.
制御回路30の制御の下、スイッチSRCP及びSRCNの夫々において、共通端子T3が切替端子T1又はT2に選択的に接続される(但し共通端子T3が切替端子T1及びT2の何れとも接続されないことがあっても良い)。スイッチSRCPの電源接続状態、グランド状態では、夫々、電源電圧VDD、グランド電圧がキャパシタCRCPの第2端に加わる(図5参照)。スイッチSRCNの電源接続状態、グランド状態では、夫々、電源電圧VDD、グランド電圧がキャパシタCRCNの第2端に加わる。尚、図23では、例として、スイッチSRCP及びSRCNがグランド接続状態とされる様子が示されている。
Under the control of the
コンパレータ20は比較配線WR1及びWR2に接続される。第1実施形態と同様、DAC2のコンパレータ20は比較電圧V1及びV2を比較し、比較電圧V1及びV2の比較結果(高低関係)を示す比較結果信号SCMPを生成及び出力する。但し、ADコンバータ2では比較電圧V2がDAC10Nから出力される。比較結果信号SCMPは“0”又は“1”の値を有する二値化信号である。コンパレータ20は非反転入力端子、反転入力端子及び出力端子を有し、ここでは、反転入力端子が比較配線WR1に接続され且つ非反転入力端子が比較配線WR2に接続されるものとする。コンパレータ20は、“V1<V2”の成立時において“1”の値を有する比較結果信号SCMPを自身の出力端子から出力し、“V1>V2”の成立時において“0”の値を有する比較結果信号SCMPを自身の出力端子から出力する。“V1=V2”の成立時において比較結果信号SCMPは“0”又は“1”の値を有する。
制御回路30は比較結果信号SCMPを受ける。制御回路30はAD変換動作を全体的に制御し、AD変換動作によって得られたデジタル出力信号Doutを出力する。第1実施形態と同様、制御回路30にはレジスタ31が設けられ、レジスタ31にデジタル出力信号Doutの値を格納することができる。制御回路30はDAC10P及び10Nに対して制御信号CNTDAC(DAC入力信号)を供給することで、DAC10P及び10NにおけるスイッチS[1]~S[N]の状態を個別に制御する。制御回路30は、スイッチSGP及びSGNに対して制御信号CNTGを供給することでスイッチSGP及びSGNの状態を制御し、スイッチSRCP及びSRCNに対して制御信号CNTRCを供給することでスイッチSRCP及びSRCNの状態を制御する。
DAC10P及び10Nの夫々において、キャパシタC[1]~C[n]の静電容量値は第1実施形態と同様に設定される(図6参照)。
In each of the
ADコンバータ2におけるAD変換動作では、第1実施形態と同様に、ステップS1~S4の動作が順次実行される(図7参照)。
In the AD converting operation in the
図24はサンプリング期間におけるADコンバータ2の状態を示す。サンプリング期間は所定時間長さを有する。サンプリング期間において、制御回路30は、DAC10P及び10N内の全スイッチS[1]~S[N]を信号入力状態に制御し、且つ、スイッチSGP及びSGNをオンに制御し、且つ、スイッチSRCP及びSRCNをグランド接続状態に制御する。
FIG. 24 shows the state of the
サンプリング期間では、配線WR_AinPがDAC10P内でスイッチアレイ12を介してキャパシタアレイ11に接続され、これによってアナログ入力信号AinPに応じた電荷がDAC10Pのキャパシタアレイ11中の各キャパシタ(C[1]~C[N])に蓄積される。同様に、サンプリング期間では、配線WR_AinNがDAC10N内でスイッチアレイ12を介してキャパシタアレイ11に接続され、これによってアナログ入力信号AinNに応じた電荷がDAC10Nのキャパシタアレイ11中の各キャパシタ(C[1]~C[N])に蓄積される。
During the sampling period, the wiring WR_AinP is connected to the
サンプリング期間において、比較配線WR1及びWR2はスイッチSGP及びSGNを介してグランドに接続される。このため、DAC10Pにおけるキャパシタアレイ11中の各キャパシタ(C[1]~C[N])はグランド電圧を基準にしてアナログ入力信号AinPにより充電され、DAC10Nにおけるキャパシタアレイ11中の各キャパシタ(C[1]~C[N])はグランド電圧を基準にしてアナログ入力信号AinNにより充電される。また、サンプリング期間においてスイッチSRCP及びSRCNはグランド接続状態とされるため、キャパシタCRCP及びCRCNの夫々の両端間電圧は0Vである。尚、サンプリング期間においてコンパレータ20の動作は停止していて良い。
During the sampling period, comparison lines WR1 and WR2 are connected to ground via switches SGP and SGN . Therefore, each capacitor (C[1] to C[N]) in the
ステップS2における状態遷移動作では、第1実施形態に示す状態遷移動作と同様の動作が、2つの比較電圧生成ブロックの夫々に対して実行される。状態遷移動作において、ステップS21、S22、S23、S24の動作が、この順番で実行されて良い(図9参照)。 In the state transition operation in step S2, an operation similar to the state transition operation shown in the first embodiment is performed for each of the two comparison voltage generation blocks. In the state transition operation, the operations of steps S21, S22, S23, and S24 may be executed in this order (see FIG. 9).
ステップS21の接続解消動作では、DAC10P及び10Nの夫々におけるスイッチS[1]~S[N]の状態が全て信号入力状態から開放状態に切り替えられる。ステップS22の第1遷移切替動作では、スイッチSGP及びSGNの夫々の状態がオンからオフに切り替えられる。ステップS22の後、ステップS3の逐次比較動作が完了するまでスイッチSGP及びSGNはオフ状態に維持される。ステップS23の第2遷移切替動作では、スイッチSRCP及びSRCNの夫々の状態がグランド接続状態から電源接続状態に切り替えられる。ステップS23の後、ステップS3の逐次比較動作が完了するまでスイッチSRCP及びSRCNは電源接続状態に維持される。ステップS24の逐次比較準備動作では、DAC10P及び10Nの夫々のスイッチS[1]~S[N]の状態が電源接続状態又はグランド接続状態に切り替えられる。
In the connection cancellation operation in step S21, the states of the switches S[1] to S[N] in each of the
図25に、ステップS21~S24の動作を経た後のADコンバータ2の状態を示す。図25の例では、ステップS24にてDAC10P及び10Nの夫々のスイッチS[1]~S[N]の状態が全てグランド接続状態に切り替えられることが想定されている。
FIG. 25 shows the state of the
状態遷移動作において各スイッチの状態の遷移タイミングが様々に変更可能である点は第1実施形態にて述べた通りであり、この点に関して第1実施形態の記載が本実施形態にも適用される。故に例えば、第3実施形態に係る状態遷移動作において、ステップS21~S23の動作を同時に行っても良いし、ステップS21及びS22の動作を同時に行ってからステップS23の動作を行っても良いし、ステップS21の動作を行ってからステップS22及S23の動作を同時に行っても良い。この際、ステップS24の動作はステップS23の動作と同時に又はステップS23の動作の後に実行される。或いはステップS24の動作は省略され得る。 As stated in the first embodiment, in the state transition operation, the state transition timing of each switch can be changed in various ways, and the description of the first embodiment applies to this embodiment as well. . Therefore, for example, in the state transition operation according to the third embodiment, the operations in steps S21 to S23 may be performed simultaneously, the operations in steps S21 and S22 may be performed simultaneously, and then the operation in step S23 may be performed, After performing the operation in step S21, the operations in steps S22 and S23 may be performed simultaneously. At this time, the operation of step S24 is executed simultaneously with the operation of step S23 or after the operation of step S23. Alternatively, the operation in step S24 may be omitted.
DAC10PにおけるスイッチS[1]~S[N]のグランド接続状態において、スイッチSGPがオフとされた上でスイッチSRCPの状態がグランド接続状態から電源接続状態に切り替えられると、比較配線WR1における比較電圧V1が所定の電圧量V1SFTだけ上昇する。同様に、DAC10NにおけるスイッチS[1]~S[N]のグランド接続状態において、スイッチSGNがオフとされた上でスイッチSRCNの状態がグランド接続状態から電源接続状態に切り替えられると、比較配線WR2における比較電圧V2が所定の電圧量V2SFTだけ上昇する。 When the switches S[1] to S[N] in the DAC10P are connected to the ground, when the switch SGP is turned off and the state of the switch SRCP is switched from the ground connection state to the power supply connection state, the comparison wiring WR1 The comparison voltage V1 increases by a predetermined voltage amount V1 SFT . Similarly, when the switches S[1] to S[N] in the DAC10N are connected to the ground, if the switch SGN is turned off and the state of the switch SRCN is switched from the ground connection state to the power supply connection state, the comparison The comparison voltage V2 on the wiring WR2 increases by a predetermined voltage amount V2 SFT .
第1実施形態で述べたように、キャパシタCRCPの静電容量値の調整により電圧量V1SFTを任意に調整でき、キャパシタCRCNの静電容量値の調整により電圧量V2SFTを任意に調整できる。ここで、DAC10PとDAC10Nは互いに同じ構成を有し、且つ、キャパシタCRCP及びCRCNも互いに同じ構成を有する(故に互いに静電容量値を有する)。故に、“V1SFT=V2SFT”である。アナログ入力信号AinP及びAinNの変動範囲を考慮しつつ、逐次比較動作においてDAC10P及び10Nの夫々におけるスイッチS[1]~S[N]が全てグランド接続状態であるときにも比較電圧V1及びV2が常に0V以上となるよう、上述の電圧量V1SFT及びV2SFTが決定される(換言すればキャパシタCRCP及びCRCNの静電容量値が決定される)。このため、コンパレータ20に負電源は必要ない。即ち、コンパレータ20はグランド電圧を電源電圧VDD(又は他の正の直流電圧)に基づき駆動する。
As described in the first embodiment, the voltage amount V1 SFT can be arbitrarily adjusted by adjusting the capacitance value of the capacitor CRCP , and the voltage amount V2 SFT can be arbitrarily adjusted by adjusting the capacitance value of the capacitor CRCN . can. Here, the
ステップS3(図7参照)の逐次比較動作が行われる逐次比較期間において、スイッチSGP及びSGNはオフ状態に維持され且つスイッチSRCP及びSRCNは電源接続状態に維持される。逐次比較動作においてレジスタ31の値Rg[1]~Rg[N]が上位ビット側から1ビットずつ決定され、決定された値Rg[i]がデジタル出力信号Doutにおける第i番目のビットの値となる。制御回路30は、逐次比較動作において(換言すれば逐次比較期間において)、比較結果信号SCMPに基づきバイナリサーチによりDAC10P及び10Nのスイッチアレイ12の状態を順次切り替えながら値Rg[1]~Rg[N](即ちデジタル出力信号Doutの値)をビットごとに決定する。
During the successive approximation period in which the successive approximation operation of step S3 (see FIG. 7) is performed, the switches S GP and S GN are kept off, and the switches S RCP and S RCN are kept connected to the power supply. In the successive approximation operation, the values Rg[1] to Rg[N] of the
ADコンバータ2において、ステップS3における逐次比較動作のフローチャートは図14のそれと同じであり、第1実施形態における逐次比較動作が本実施形態にも適用される。但し、第1実施形態にてスイッチS[j]の状態が電源接続状態に制御、設定、維持、切り替えられる場合、第3実施形態ではDAC10P及びDAC10Nの夫々におけるスイッチS[j]の状態が電源接続状態に制御、設定、維持、切り替えられると解される。同様に、第1実施形態にてスイッチS[j]の状態がグランド接続状態に制御、設定、維持、切り替えられる場合、第3実施形態ではDAC10P及びDAC10Nの夫々におけるスイッチS[j]の状態がグランド接続状態に制御、設定、維持、切り替えられると解される。
In the
ステップS4(図7参照)の結果出力動作において、制御回路30は、ステップS3の逐次比較動作にて決定された値Rg[1]~Rg[N]を有するデジタル信号をデジタル出力信号Doutとして出力する。
In the result output operation in step S4 (see FIG. 7), the
差動入力構成を持つADコンバータ2においても、基準電圧源950(図17参照)に相当する回路が不要となるため、サンプリング期間での消費電力を低減できる。
Even in the
<<第4実施形態>>
本開示の第4実施形態を説明する。第1実施形態に対して第2実施形態を適用できるのと同様に、第3実施形態に対して第2実施形態を適用しても良い。第3実施形態に対して第2実施形態を適用したものが第4実施形態に相当する。この適用の際、第2実施形態の記述における“第1実施形態”は“第3実施形態”に読み替えられて良い。
<<Fourth embodiment>>
A fourth embodiment of the present disclosure will be described. Just as the second embodiment can be applied to the first embodiment, the second embodiment may be applied to the third embodiment. The fourth embodiment corresponds to an application of the second embodiment to the third embodiment. In this application, "first embodiment" in the description of the second embodiment may be read as "third embodiment".
即ち例えば、第3実施形態に係るADコンバータ2において、DAC10P及び10Nの夫々として、第2実施形態で述べたDAC10_1(図19参照)を用いるようにしても良い。但し、この際、DAC10PとしてのDAC10_1内のスイッチS[1]~S[N]の切替端子Taは配線WR_AinPに接続され、且つ、DAC10NとしてのDAC10_1内のスイッチS[1]~S[N]の切替端子Taは配線WR_AinNに接続されるものとする(図3及び図23も参照)。
That is, for example, in the
DAC10P及び10Nに対するスケーリングキャパシタCsの追加数(直列段数)は1以上であれば任意である。即ち例えば、第3実施形態に係るADコンバータ2において、DAC10P及び10Nの夫々として、第2実施形態で述べたDAC10_2(図21参照)を用いるようにしても良い。但し、この際、DAC10PとしてのDAC10_2内のスイッチS[1]~S[N]の切替端子Taは配線WR_AinPに接続され、且つ、DAC10NとしてのDAC10_2内のスイッチS[1]~S[N]の切替端子Taは配線WR_AinNに接続されるものとする(図3及び図23も参照)。
The number of scaling capacitors Cs added to the
本開示の実施形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。以上の実施形態は、あくまでも、本開示の実施形態の例であって、本開示ないし各構成要件の用語の意義は、以上の実施形態に記載されたものに制限されるものではない。上述の説明文中に示した具体的な数値は、単なる例示であって、当然の如く、それらを様々な数値に変更することができる。 The embodiments of the present disclosure can be appropriately modified in various ways within the scope of the technical idea shown in the claims. The above embodiments are merely examples of the embodiments of the present disclosure, and the meanings of the terms of the present disclosure or each component are not limited to those described in the above embodiments. The specific numerical values shown in the above-mentioned explanatory text are merely examples, and it goes without saying that they can be changed to various numerical values.
<<付記>>
上述の実施形態にて具体的構成例が示された本開示について付記を設ける。
<<Additional notes>>
Additional notes will be provided regarding the present disclosure, in which specific configuration examples are shown in the above-described embodiments.
本開示の一側面に係る逐次比較型AD変換回路は、アナログ入力信号(Ain)をデジタル出力信号(Dout)に変換するよう構成される逐次比較型AD変換回路(例えばADコンバータ1)において、キャパシタアレイ(11)及び前記キャパシタアレイに接続されるスイッチアレイ(12)を有し、サンプリング期間にて前記アナログ入力信号が加わる配線を前記スイッチアレイを介して前記キャパシタアレイに接続することで前記アナログ入力信号に応じた電荷を前記キャパシタアレイ中の各キャパシタに蓄積させ、前記サンプリング期間後の逐次比較期間において所定の電源電圧又はグランド電圧を前記スイッチアレイを介し前記キャパシタアレイ中の各キャパシタに供給した状態で前記キャパシタアレイの蓄積電荷に基づく第1比較電圧(V1)を第1比較配線(WR1)に発生するよう構成されるキャパシタ型DAC(10)と、前記第1比較配線と第2比較電圧(V2)が加わる第2比較配線(WR2)に接続され、前記逐次比較期間において前記第1比較電圧と前記第2比較電圧を比較して比較結果信号(SCMP)を生成するよう構成されるコンパレータ(20)と、前記逐次比較期間において前記比較結果信号に基づき前記スイッチアレイの状態を制御しつつ前記デジタル出力信号の値を決定するよう構成される制御回路(30)と、前記第1比較配線とグランドとの間に設けられるグランド短絡用スイッチ(SG)と、前記第1比較配線に接続された第1端を有する基準変更用キャパシタ(CRC)と、前記基準変更用キャパシタの第2端に対し、前記電源電圧又は前記グランド電圧を選択的に与えるよう構成された基準変更用スイッチ(SRC)と、を備える構成(第1の構成)である。 A successive approximation type AD conversion circuit according to one aspect of the present disclosure includes a capacitor in a successive approximation type AD conversion circuit (e.g., AD converter 1) configured to convert an analog input signal (Ain) into a digital output signal (Dout). It has a switch array (12) connected to the array (11) and the capacitor array, and connects the wiring to which the analog input signal is applied during the sampling period to the capacitor array via the switch array. A state in which a charge corresponding to a signal is accumulated in each capacitor in the capacitor array, and a predetermined power supply voltage or ground voltage is supplied to each capacitor in the capacitor array via the switch array in a successive approximation period after the sampling period. a capacitor-type DAC (10) configured to generate a first comparison voltage (V1) based on the accumulated charge of the capacitor array on a first comparison wiring (WR1); a comparator connected to a second comparison line (WR2) to which V2) is applied, and configured to compare the first comparison voltage and the second comparison voltage in the successive approximation period to generate a comparison result signal ( SCMP ); (20); a control circuit (30) configured to determine the value of the digital output signal while controlling the state of the switch array based on the comparison result signal during the successive approximation period; and the first comparison wiring a ground short-circuiting switch (S G ) provided between and the ground, a reference change capacitor (C RC ) having a first end connected to the first comparison wiring, and a second reference change capacitor (C RC ) of the reference change capacitor, which has a first end connected to the first comparison wiring. This is a configuration (first configuration) including a reference change switch (S RC ) configured to selectively apply the power supply voltage or the ground voltage to the end.
本構成によりサンプリング期間にて基準電圧源に相当する回路を動作させる必要がなくなり、以って消費電力を低減できる。 This configuration eliminates the need to operate a circuit corresponding to a reference voltage source during the sampling period, thereby reducing power consumption.
上記第1の構成に係る逐次比較型AD変換回路において、前記制御回路は、前記サンプリング期間にて前記グランド短絡用スイッチをオンにすることで前記第1比較配線に前記グランド電圧を与え、前記逐次比較期間にて前記グランド短絡用スイッチをオフとし、前記制御回路は、前記基準変更用スイッチの制御を通じて、前記基準変更用キャパシタの第2端に対し、前記サンプリング期間にて前記グランド電圧を与え、前記逐次比較期間にて前記電源電圧を与える構成(第2の構成)であっても良い。 In the successive approximation type AD conversion circuit according to the first configuration, the control circuit applies the ground voltage to the first comparison wiring by turning on the ground shorting switch during the sampling period, and The ground shorting switch is turned off during the comparison period, and the control circuit applies the ground voltage to the second end of the reference changing capacitor during the sampling period through control of the reference changing switch. A configuration (second configuration) may be used in which the power supply voltage is applied during the successive approximation period.
これにより、アナログ入力信号のサンプリングの後、基準変更用スイッチ及び基準変更用キャパシタにより第1比較電圧の基準となる電圧を高レベル側に変更(シフト)させることができる。このため、サンプリング期間にて基準電圧源に相当する回路を動作させなくとも、単電源(負電源を持たない電源)にてコンパレータを駆動させることできる。 Thereby, after sampling the analog input signal, the reference voltage of the first comparison voltage can be changed (shifted) to a higher level side using the reference change switch and the reference change capacitor. Therefore, the comparator can be driven by a single power supply (a power supply without a negative power supply) without operating a circuit corresponding to a reference voltage source during the sampling period.
上記第2の構成に係る逐次比較型AD変換回路において、前記基準変更用キャパシタの第2端に与えられる電圧が前記グランド電圧から前記電源電圧に切り替えられることで前記第1比較配線の電圧が所定電圧量(V1SHT)だけ上昇し、前記逐次比較期間において前記第2比較電圧は前記所定電圧量を電圧値として持つ構成(第3の構成)であっても良い。 In the successive approximation type AD conversion circuit according to the second configuration, the voltage applied to the second end of the reference changing capacitor is switched from the ground voltage to the power supply voltage, so that the voltage of the first comparison wiring is set to a predetermined value. The voltage may be increased by a voltage amount (V1 SHT ), and the second comparison voltage may have the predetermined voltage amount as a voltage value in the successive approximation period (third configuration).
上記第2又は第3の構成に係る逐次比較型AD変換回路において、前記基準変更用スイッチは、前記電源電圧が加わる第1切替端子(T1)、前記グランド電圧が加わる第2切替端子(T2)及び前記基準変更用キャパシタの第2端に接続される共通端子(T3)を有し、前記制御回路は、前記サンプリング期間から前記逐次比較期間へ遷移させる際、前記グランド短絡用スイッチをオンからオフに切り替える第1遷移切替動作(S22)と、前記基準変更用スイッチにおける前記共通端子の接続先を前記第2切替端子から前記第1切替端子に切り替える第2遷移切替動作(S23)とを同時行う、又は、前記第1遷移切替動作を行ってから前記第2遷移切替動作を行う構成(第4の構成)であっても良い。 In the successive approximation type AD conversion circuit according to the second or third configuration, the reference change switch includes a first switching terminal (T 1 ) to which the power supply voltage is applied, a second switching terminal (T 1 ) to which the ground voltage is applied. 2 ) and a common terminal (T 3 ) connected to the second end of the reference changing capacitor, and the control circuit is configured to turn on the ground shorting switch when transitioning from the sampling period to the successive approximation period. a first transition switching operation (S22) for switching from on to off; and a second transition switching operation (S23) for switching the connection destination of the common terminal in the reference change switch from the second switching terminal to the first switching terminal. may be performed simultaneously, or the second transition switching operation may be performed after the first transition switching operation (fourth configuration).
上記第1~第4の構成の何れかに係る逐次比較型AD変換回路において、前記制御回路は、前記逐次比較期間において前記比較結果信号に基づき、バイナリサーチにより前記スイッチアレイの状態を順次切り替えながら前記デジタル出力信号の値をビットごとに決定する構成(第5の構成)であっても良い。 In the successive approximation type AD conversion circuit according to any of the first to fourth configurations, the control circuit may sequentially switch states of the switch array by binary search based on the comparison result signal during the successive approximation period. A configuration (fifth configuration) may be used in which the value of the digital output signal is determined bit by bit.
上記第5の構成に係る逐次比較型AD変換回路において、前記デジタル出力信号は第1~第N番目のビットを有するNビットのデジタル信号であり、前記キャパシタアレイは、第1~第N番目のビットに対応し、各々に第1端及び第2端を有する第1~第Nキャパシタ(C[1]~C[N])を有し、前記スイッチアレイは、第1~第Nキャパシタに対応する第1~第Nスイッチ(S[1]~S[N])を有し、前記第1比較配線は前記第1~第Nキャパシタの各第1端側に設けられ、第iスイッチは、第1切替端子(Ta)、第2切替端子(Tb又はTc)、第3切替端子(Tb又はTc)及び第iキャパシタの第2端に接続される共通端子(TCOM)を有し、前記第1~第Nスイッチの夫々において、前記第1切替端子に前記アナログ入力信号が加わり、前記第2切替端子及び前記第3切替端子の何れか一方に前記電源電圧が加わり且つ他方に前記グランド電圧が加わり、前記制御回路は、前記サンプリング期間において前記第1~第Nスイッチの夫々における前記共通端子に前記第1切替端子を接続させ、その後の前記逐次比較期間において、前記第1~第Nスイッチの夫々における前記共通端子に前記第2又は第3切替端子を選択的に接続させた状態での前記比較結果信号に基づき、バイナリサーチにより前記デジタル出力信号の各ビットの値を決定し、Nは2以上の整数を表し、iはN以下の自然数を表す構成(第6の構成)であっても良い。 In the successive approximation type AD conversion circuit according to the fifth configuration, the digital output signal is an N-bit digital signal having the first to Nth bits, and the capacitor array has the first to Nth bits. The switch array has first to Nth capacitors (C[1] to C[N]) corresponding to the bits and each having a first end and a second end, and the switch array corresponds to the first to Nth capacitors. the first to Nth switches (S[1] to S[N]), the first comparison wiring is provided on the first end side of each of the first to Nth capacitors, and the i-th switch is It has a first switching terminal (Ta), a second switching terminal (Tb or Tc), a third switching terminal (Tb or Tc), and a common terminal (T COM ) connected to the second end of the i-th capacitor, and In each of the first to Nth switches, the analog input signal is applied to the first switching terminal, the power supply voltage is applied to one of the second switching terminal and the third switching terminal, and the ground voltage is applied to the other one. and the control circuit connects the first switching terminal to the common terminal of each of the first to Nth switches in the sampling period, and connects the first switching terminal to the common terminal of each of the first to Nth switches in the subsequent successive approximation period. The value of each bit of the digital output signal is determined by binary search based on the comparison result signal in a state where the second or third switching terminal is selectively connected to the common terminal of each of It may be a configuration (sixth configuration) that represents an integer of 2 or more, and i represents a natural number of N or less.
上記第6の構成に係る逐次比較型AD変換回路において、前記第1~第Nキャパシタの第1端は全て前記第1比較配線に接続される、或いは、前記第1~第Nキャパシタの内、一部のキャパシタの第1端は前記第1比較配線に接続される一方で残りのキャパシタの第1端と前記第1比較配線との間にスケーリングキャパシタ(例えばCs;図19参照)が直列に設けられる構成(第7の構成)であっても良い。 In the successive approximation type AD conversion circuit according to the sixth configuration, the first ends of the first to Nth capacitors are all connected to the first comparison wiring, or among the first to Nth capacitors, The first ends of some of the capacitors are connected to the first comparison wiring, while scaling capacitors (for example, Cs; see FIG. 19) are connected in series between the first ends of the remaining capacitors and the first comparison wiring. A configuration (seventh configuration) may also be used.
本開示の一側面に係る他の逐次比較型AD変換回路は、第1アナログ入力信号(AinP)及び第2アナログ入力信号(AinN)間の差信号(Sdif)をデジタル出力信号(Dout)に変換するよう構成される逐次比較型AD変換回路(2)において、第1キャパシタアレイ及び前記第1キャパシタアレイに接続される第1スイッチアレイを有し、サンプリング期間にて前記第1アナログ入力信号が加わる配線を前記第1スイッチアレイを介して前記第1キャパシタアレイに接続することで前記第1アナログ入力信号に応じた電荷を前記第1キャパシタアレイ中の各キャパシタに蓄積させ、前記サンプリング期間後の逐次比較期間において所定の電源電圧又はグランド電圧を前記第1スイッチアレイを介し前記第1キャパシタアレイ中の各キャパシタに供給した状態で前記第1キャパシタアレイの蓄積電荷に基づく第1比較電圧(V1)を第1比較配線(WR1)に発生するよう構成される第1キャパシタ型DAC(10P)と、第2キャパシタアレイ及び前記第2キャパシタアレイに接続される第2スイッチアレイを有し、前記サンプリング期間にて前記第2アナログ入力信号が加わる配線を前記第2スイッチアレイを介して前記第2キャパシタアレイに接続することで前記第2アナログ入力信号に応じた電荷を前記第2キャパシタアレイ中の各キャパシタに蓄積させ、前記逐次比較期間において前記電源電圧又は前記グランド電圧を前記第2スイッチアレイを介し前記第2キャパシタアレイ中の各キャパシタに供給した状態で前記第2キャパシタアレイの蓄積電荷に基づく第2比較電圧(V2)を第2比較配線(WR2)に発生するよう構成される第2キャパシタ型DAC(10N)と、前記第1比較配線及び前記第2比較配線に接続され、前記逐次比較期間において前記第1比較電圧と前記第2比較電圧を比較して比較結果信号(SCMP)を生成するよう構成されるコンパレータ(20)と、前記逐次比較期間において前記比較結果信号に基づき前記第1スイッチアレイ及び前記第2スイッチアレイの各状態を制御しつつ前記デジタル出力信号の値を決定するよう構成される制御回路(30)と、前記第1比較配線とグランドとの間に設けられる第1グランド短絡用スイッチ(SGP)と、前記第1比較配線に接続された第1端を有する第1基準変更用キャパシタ(CRCP)と、前記第1基準変更用キャパシタの第2端に対し、所定の電源電圧又はグランド電圧を選択的に与えるよう構成された第1基準変更用スイッチ(SRCP)と、前記第2比較配線とグランドとの間に設けられる第2グランド短絡用スイッチ(SGN)と、前記第2比較配線に接続された第1端を有する第2基準変更用キャパシタ(CRCN)と、前記第2基準変更用キャパシタの第2端に対し、前記電源電圧又は前記グランド電圧を選択的に与えるよう構成された第2基準変更用スイッチ(SRCN)と、を備える構成(第8の構成)である。 Another successive approximation type AD conversion circuit according to one aspect of the present disclosure converts a difference signal (Sdif) between a first analog input signal (AinP) and a second analog input signal (AinN) into a digital output signal (Dout). A successive approximation type AD conversion circuit (2) configured to do this, comprising a first capacitor array and a first switch array connected to the first capacitor array, to which the first analog input signal is applied during a sampling period. By connecting wiring to the first capacitor array via the first switch array, charges corresponding to the first analog input signal are accumulated in each capacitor in the first capacitor array, and A first comparison voltage (V1) based on the accumulated charge of the first capacitor array while a predetermined power supply voltage or ground voltage is supplied to each capacitor in the first capacitor array through the first switch array during the comparison period. a first capacitor type DAC (10P) configured to generate electricity on a first comparison wiring (WR1); a second capacitor array; and a second switch array connected to the second capacitor array; By connecting a wiring to which the second analog input signal is applied to the second capacitor array via the second switch array, a charge corresponding to the second analog input signal is applied to each capacitor in the second capacitor array. a second comparison based on the accumulated charge of the second capacitor array in a state where the power supply voltage or the ground voltage is supplied to each capacitor in the second capacitor array via the second switch array in the successive approximation period; A second capacitor type DAC (10N) configured to generate a voltage (V2) in a second comparison wiring (WR2), connected to the first comparison wiring and the second comparison wiring, and connected to the second comparison wiring in the successive approximation period. a comparator (20) configured to compare a first comparison voltage and the second comparison voltage to generate a comparison result signal (S CMP ); and a control circuit (30) configured to determine the value of the digital output signal while controlling each state of the second switch array, and a first ground short circuit provided between the first comparison wiring and ground. a first reference changing capacitor (C RCP ) having a first end connected to the first comparison wiring; and a second end of the first reference changing capacitor having a predetermined a first reference change switch (S RCP ) configured to selectively apply a power supply voltage or a ground voltage; a second ground shorting switch (S GN ) provided between the second comparison wiring and the ground; , the power supply voltage or the ground voltage is selected for a second reference changing capacitor ( CRCN ) having a first end connected to the second comparison wiring, and a second end of the second reference changing capacitor. This is a configuration (eighth configuration) including a second reference change switch (S RCN ) configured to provide a second reference change switch (S RCN ).
本構成によりサンプリング期間にて基準電圧源に相当する回路を動作させる必要がなくなり、以って消費電力を低減できる。 This configuration eliminates the need to operate a circuit corresponding to a reference voltage source during the sampling period, thereby reducing power consumption.
上記第8の構成に係る逐次比較型AD変換回路において、前記制御回路は、前記サンプリング期間にて前記第1グランド短絡用スイッチ及び第2グランド短絡用スイッチをオンにすることで前記第1比較配線及び前記第2比較配線に前記グランド電圧を与え、前記逐次比較期間にて前記第1グランド短絡用スイッチ及び第2グランド短絡用スイッチをオフとし、前記制御回路は、前記第1基準変更用スイッチ及び第2基準変更用スイッチの制御を通じて、前記第1基準変更用キャパシタ及び前記第2基準変更用キャパシタの各第2端に対し、前記サンプリング期間にて前記グランド電圧を与え、前記逐次比較期間にて前記電源電圧を与える構成(第9の構成)であっても良い。 In the successive approximation type AD conversion circuit according to the eighth configuration, the control circuit controls the first comparison wiring by turning on the first ground shorting switch and the second ground shorting switch during the sampling period. and applying the ground voltage to the second comparison wiring, turning off the first ground shorting switch and the second ground shorting switch in the successive approximation period, and the control circuit Through the control of the second reference change switch, the ground voltage is applied to each second end of the first reference change capacitor and the second reference change capacitor during the sampling period, and during the successive approximation period. It may be a configuration (ninth configuration) that provides the power supply voltage.
これにより、アナログ入力信号のサンプリングの後、各基準変更用スイッチ及び各基準変更用キャパシタにより各比較電圧の基準となる電圧を高レベル側に変更(シフト)させることができる。このため、サンプリング期間にて基準電圧源に相当する回路を動作させなくとも、単電源(負電源を持たない電源)にてコンパレータを駆動させることできる。 Thereby, after sampling the analog input signal, each reference change switch and each reference change capacitor can change (shift) the reference voltage of each comparison voltage to a higher level side. Therefore, the comparator can be driven by a single power supply (a power supply without a negative power supply) without operating a circuit corresponding to a reference voltage source during the sampling period.
上記第9の構成に係る逐次比較型AD変換回路において、前記第1基準変更用キャパシタの第2端に与えられる電圧が前記グランド電圧から前記電源電圧に切り替えられることで前記第1比較配線の電圧が所定電圧量だけ上昇し、前記第2基準変更用キャパシタの第2端に与えられる電圧が前記グランド電圧から前記電源電圧に切り替えられることで前記第2比較配線の電圧が前記所定電圧量だけ上昇する構成(第10の構成)であっても良い。 In the successive approximation type AD conversion circuit according to the ninth configuration, the voltage applied to the second end of the first reference changing capacitor is switched from the ground voltage to the power supply voltage, so that the voltage of the first comparison wiring increases by a predetermined voltage amount, and the voltage applied to the second end of the second reference changing capacitor is switched from the ground voltage to the power supply voltage, so that the voltage of the second comparison wiring increases by the predetermined voltage amount. A configuration (tenth configuration) may also be used.
上記第9又は第10の構成に係る逐次比較型AD変換回路において、前記第1基準変更用スイッチは、前記電源電圧が加わる第1切替端子(T1)、前記グランド電圧が加わる第2切替端子(T2)及び前記第1基準変更用キャパシタの第2端に接続される共通端子(T3)を有し、前記第2基準変更用スイッチは、前記電源電圧が加わる第1切替端子(T1)、前記グランド電圧が加わる第2切替端子(T2)及び前記第2基準変更用キャパシタの第2端に接続される共通端子(T3)を有し、前記制御回路は、前記サンプリング期間から前記逐次比較期間へ遷移させる際、前記第1及び第2グランド短絡用スイッチをオンからオフに切り替える第1遷移切替動作(S22)と、前記第1及び第2基準変更用スイッチの夫々において前記共通端子の接続先を前記第2切替端子から前記第1切替端子に切り替える第2遷移切替動作(S23)とを同時行う、又は、前記第1遷移切替動作を行ってから前記第2遷移切替動作を行う構成(第11の構成)であっても良い。 In the successive approximation type AD conversion circuit according to the ninth or tenth configuration, the first reference change switch includes a first switching terminal (T 1 ) to which the power supply voltage is applied, and a second switching terminal to which the ground voltage is applied. (T 2 ) and a common terminal (T 3 ) connected to the second end of the first reference change capacitor, and the second reference change switch has a first switching terminal (T 1 ), the control circuit has a second switching terminal (T 2 ) to which the ground voltage is applied and a common terminal (T 3 ) connected to the second end of the second reference changing capacitor; to the successive approximation period, in the first transition switching operation (S22) of switching the first and second ground short switches from on to off, and in each of the first and second reference change switches. A second transition switching operation (S23) for switching the connection destination of the common terminal from the second switching terminal to the first switching terminal is performed simultaneously, or the first transition switching operation is performed and then the second transition switching operation is performed. A configuration (eleventh configuration) may also be used.
上記第8~第11の構成の何れかに係る逐次比較型AD変換回路において、前記制御回路は、前記逐次比較期間において前記比較結果信号に基づき、バイナリサーチにより前記第1及び第2スイッチアレイの状態を順次切り替えながら前記デジタル出力信号の値をビットごとに決定する構成(第12の構成)であっても良い。 In the successive approximation type AD conversion circuit according to any of the eighth to eleventh configurations, the control circuit performs binary search on the first and second switch arrays based on the comparison result signal in the successive approximation period. A configuration (twelfth configuration) may be used in which the value of the digital output signal is determined bit by bit while sequentially switching states.
上記第12の構成に係る逐次比較型AD変換回路において、前記デジタル出力信号は第1~第N番目のビットを有するNビットのデジタル信号であり、各キャパシタアレイは、第1~第N番目のビットに対応し、各々に第1端及び第2端を有する第1~第Nキャパシタ(C[1]~C[N])を有し、各スイッチアレイは、第1~第Nキャパシタに対応する第1~第Nスイッチ(S[1]~S[N])を有し、前記第1比較配線は前記第1キャパシタアレイにおける前記第1~第Nキャパシタの各第1端側に設けられ、前記第2比較配線は前記第2キャパシタアレイにおける前記第1~第Nキャパシタの各第1端側に設けられ、各スイッチアレイにおいて、第iスイッチは、第1切替端子(Ta)、第2切替端子(Tb又はTc)、第3切替端子(Tb又はTc)及び第iキャパシタの第2端に接続される共通端子(TCOM)を有し、前記第1スイッチアレイにおける前記第1~第Nスイッチの夫々において、前記第1切替端子に前記第1アナログ入力信号が加わり、前記第2切替端子及び前記第3切替端子の何れか一方に前記電源電圧が加わり且つ他方に前記グランド電圧が加わり、前記第2スイッチアレイにおける前記第1~第Nスイッチの夫々において、前記第1切替端子に前記第2アナログ入力信号が加わり、前記第2切替端子及び前記第3切替端子の何れか一方に前記電源電圧が加わり且つ他方に前記グランド電圧が加わり、前記制御回路は、前記サンプリング期間において各スイッチアレイの前記第1~第Nスイッチの夫々における前記共通端子に前記第1切替端子を接続させ、その後の前記逐次比較期間において、各スイッチアレイの前記第1~第Nスイッチの夫々における前記共通端子に前記第2又は第3切替端子を選択的に接続させた状態での前記比較結果信号に基づき、バイナリサーチにより前記デジタル出力信号の各ビットの値を決定し、Nは2以上の整数を表し、iはN以下の自然数を表す構成(第13の構成)であっても良い。 In the successive approximation type AD conversion circuit according to the twelfth configuration, the digital output signal is an N-bit digital signal having the first to Nth bits, and each capacitor array has the first to Nth bits. It has first to Nth capacitors (C[1] to C[N]) corresponding to the bits and each having a first end and a second end, and each switch array corresponds to the first to Nth capacitors. the first to Nth switches (S[1] to S[N]), and the first comparison wiring is provided at each first end side of the first to Nth capacitors in the first capacitor array. , the second comparison wiring is provided on the first end side of each of the first to Nth capacitors in the second capacitor array, and in each switch array, the i-th switch is connected to the first switching terminal (Ta), the second It has a switching terminal (Tb or Tc), a third switching terminal (Tb or Tc), and a common terminal (T COM ) connected to the second end of the i-th capacitor, and In each of the N switches, the first analog input signal is applied to the first switching terminal, the power supply voltage is applied to one of the second switching terminal and the third switching terminal, and the ground voltage is applied to the other. , in each of the first to Nth switches in the second switch array, the second analog input signal is applied to the first switching terminal, and the second analog input signal is applied to either the second switching terminal or the third switching terminal. The power supply voltage is applied and the ground voltage is applied to the other side, and the control circuit connects the first switching terminal to the common terminal of each of the first to Nth switches of each switch array during the sampling period, and then In the successive approximation period, based on the comparison result signal in a state where the second or third switching terminal is selectively connected to the common terminal of each of the first to Nth switches of each switch array, The configuration may be such that the value of each bit of the digital output signal is determined by binary search, where N represents an integer greater than or equal to 2, and i represents a natural number less than or equal to N (a thirteenth configuration).
上記第13の構成に係る逐次比較型AD変換回路において、前記第1キャパシタアレイにおける前記第1~第Nキャパシタの第1端は全て前記第1比較配線に接続され、且つ、前記第2キャパシタアレイにおける前記第1~第Nキャパシタの第1端は全て前記第2比較配線に接続される、或いは、前記第1キャパシタアレイにおける前記第1~第Nキャパシタの内、一部のキャパシタの第1端は前記第1比較配線に接続される一方で残りのキャパシタの第1端と前記第1比較配線との間にスケーリングキャパシタが直列に設けられ、且つ、前記第2キャパシタアレイにおける前記第1~第Nキャパシタの内、一部のキャパシタの第1端は前記第2比較配線に接続される一方で残りのキャパシタの第1端と前記第2比較配線との間に他のスケーリングキャパシタが直列に設けられる構成(第14の構成)であっても良い。 In the successive approximation AD conversion circuit according to the thirteenth configuration, first ends of the first to Nth capacitors in the first capacitor array are all connected to the first comparison wiring, and All the first ends of the first to Nth capacitors in the first capacitor array are connected to the second comparison wiring, or the first ends of some of the first to Nth capacitors in the first capacitor array are connected to the second comparison wiring. is connected to the first comparison wiring, while a scaling capacitor is provided in series between the first ends of the remaining capacitors and the first comparison wiring, and Among the N capacitors, first ends of some of the capacitors are connected to the second comparison wiring, while other scaling capacitors are connected in series between the first ends of the remaining capacitors and the second comparison wiring. The configuration (fourteenth configuration) may also be used.
1、2 ADコンバータ
10、10_1、10_2、10P、10N DAC
11、11_1、11_2 キャパシタアレイ
12、12_1、12_2 スイッチアレイ
20 コンパレータ
30 制御回路
31 レジスタ
40、40a、40b 電圧生成回路
C[1]~C[N] キャパシタ
S[1]~S[N] スイッチ
SG、SGP、SGN スイッチ(グランド短絡用スイッチ)
CRC、CRCP、CRCN キャパシタ(基準変更用キャパシタ)
SRC、SRCP、SRCN スイッチ(基準変更用スイッチ)
WR1、WR2 比較配線
V1、V2 比較電圧
Ain、AinP、AinN アナログ入力信号
Dout デジタル出力信号
Adif 差信号
WR_Ain、WR_AinP、WR_AinN、WR_VDD、WR_GND 配線
WR_s、WR_s1、WR_s2 配線
Cs、Cs1、Cs2 スケーリングキャパシタ
Ta、Tb、Tc、T1、T2 切替端子
TCOM、T3 共通端子
CREF、CRC’ キャパシタ
SG’、SRC’ スイッチ
1, 2
11, 11_1,
C RC , C RCP , C RCN capacitor (reference change capacitor)
S RC , S RCP , S RCN switch (standard change switch)
WR1, WR2 Comparison wiring V1, V2 Comparison voltage Ain, AinP, AinN Analog input signal Dout Digital output signal Adif Difference signal WR_Ain, WR_AinP, WR_AinN, WR_VDD, WR_GND Wiring WR_s, WR_s1, WR_s2 Wiring Cs, Cs1, Cs2 Scaling capacitor Ta, Tb, Tc, T 1 , T 2 switching terminal T COM , T 3 common terminal C REF , CRC ' Capacitor SG ', S RC ' Switch
Claims (14)
キャパシタアレイ及び前記キャパシタアレイに接続されるスイッチアレイを有し、サンプリング期間にて前記アナログ入力信号が加わる配線を前記スイッチアレイを介して前記キャパシタアレイに接続することで前記アナログ入力信号に応じた電荷を前記キャパシタアレイ中の各キャパシタに蓄積させ、前記サンプリング期間後の逐次比較期間において所定の電源電圧又はグランド電圧を前記スイッチアレイを介し前記キャパシタアレイ中の各キャパシタに供給した状態で前記キャパシタアレイの蓄積電荷に基づく第1比較電圧を第1比較配線に発生するよう構成されるキャパシタ型DACと、
前記第1比較配線と第2比較電圧が加わる第2比較配線に接続され、前記逐次比較期間において前記第1比較電圧と前記第2比較電圧を比較して比較結果信号を生成するよう構成されるコンパレータと、
前記逐次比較期間において前記比較結果信号に基づき前記スイッチアレイの状態を制御しつつ前記デジタル出力信号の値を決定するよう構成される制御回路と、
前記第1比較配線とグランドとの間に設けられるグランド短絡用スイッチと、
前記第1比較配線に接続された第1端を有する基準変更用キャパシタと、
前記基準変更用キャパシタの第2端に対し、前記電源電圧又は前記グランド電圧を選択的に与えるよう構成された基準変更用スイッチと、を備える
、逐次比較型AD変換回路。 In a successive approximation type AD conversion circuit configured to convert an analog input signal to a digital output signal,
It has a capacitor array and a switch array connected to the capacitor array, and a wiring to which the analog input signal is applied during a sampling period is connected to the capacitor array via the switch array, thereby generating a charge according to the analog input signal. is stored in each capacitor in the capacitor array, and in a successive approximation period after the sampling period, a predetermined power supply voltage or ground voltage is supplied to each capacitor in the capacitor array via the switch array. a capacitor-type DAC configured to generate a first comparison voltage based on accumulated charge on a first comparison wiring;
The first comparison line is connected to a second comparison line to which a second comparison voltage is applied, and is configured to compare the first comparison voltage and the second comparison voltage in the successive approximation period to generate a comparison result signal. A comparator and
a control circuit configured to determine the value of the digital output signal while controlling the state of the switch array based on the comparison result signal during the successive approximation period;
a ground shorting switch provided between the first comparison wiring and ground;
a reference change capacitor having a first end connected to the first comparison wiring;
A successive approximation type AD conversion circuit, comprising: a reference change switch configured to selectively apply the power supply voltage or the ground voltage to a second end of the reference change capacitor.
前記制御回路は、前記基準変更用スイッチの制御を通じて、前記基準変更用キャパシタの第2端に対し、前記サンプリング期間にて前記グランド電圧を与え、前記逐次比較期間にて前記電源電圧を与える
、請求項1に記載の逐次比較型AD変換回路。 The control circuit applies the ground voltage to the first comparison wiring by turning on the ground shorting switch during the sampling period, and turning off the ground shorting switch during the successive approximation period,
The control circuit provides the ground voltage during the sampling period and the power supply voltage during the successive approximation period to the second end of the reference change capacitor through control of the reference change switch. The successive approximation type AD conversion circuit according to item 1.
前記逐次比較期間において前記第2比較電圧は前記所定電圧量を電圧値として持つ
、請求項2に記載の逐次比較型AD変換回路。 The voltage applied to the second end of the reference changing capacitor is switched from the ground voltage to the power supply voltage, so that the voltage of the first comparison wiring increases by a predetermined voltage amount,
3. The successive approximation type AD conversion circuit according to claim 2, wherein the second comparison voltage has the predetermined voltage amount as a voltage value in the successive approximation period.
前記制御回路は、前記サンプリング期間から前記逐次比較期間へ遷移させる際、前記グランド短絡用スイッチをオンからオフに切り替える第1遷移切替動作と、前記基準変更用スイッチにおける前記共通端子の接続先を前記第2切替端子から前記第1切替端子に切り替える第2遷移切替動作とを同時行う、又は、前記第1遷移切替動作を行ってから前記第2遷移切替動作を行う
、請求項2に記載の逐次比較型AD変換回路。 The reference change switch has a first switching terminal to which the power supply voltage is applied, a second switching terminal to which the ground voltage is applied, and a common terminal connected to a second end of the reference change capacitor,
When transitioning from the sampling period to the successive approximation period, the control circuit performs a first transition switching operation of switching the ground shorting switch from on to off, and changing the connection destination of the common terminal in the reference change switch. The sequential operation according to claim 2, wherein the second transition switching operation of switching from the second switching terminal to the first switching terminal is performed simultaneously, or the second transition switching operation is performed after the first transition switching operation is performed. Comparison type AD conversion circuit.
、請求項1~4の何れかに記載の逐次比較型AD変換回路。 5. The control circuit determines the value of the digital output signal bit by bit while sequentially switching the state of the switch array by binary search based on the comparison result signal in the successive approximation period. The successive approximation type AD conversion circuit described in .
前記キャパシタアレイは、第1~第N番目のビットに対応し、各々に第1端及び第2端を有する第1~第Nキャパシタを有し、
前記スイッチアレイは、第1~第Nキャパシタに対応する第1~第Nスイッチを有し、
前記第1比較配線は前記第1~第Nキャパシタの各第1端側に設けられ、
第iスイッチは、第1切替端子、第2切替端子、第3切替端子及び第iキャパシタの第2端に接続される共通端子を有し、
前記第1~第Nスイッチの夫々において、前記第1切替端子に前記アナログ入力信号が加わり、前記第2切替端子及び前記第3切替端子の何れか一方に前記電源電圧が加わり且つ他方に前記グランド電圧が加わり、
前記制御回路は、前記サンプリング期間において前記第1~第Nスイッチの夫々における前記共通端子に前記第1切替端子を接続させ、その後の前記逐次比較期間において、前記第1~第Nスイッチの夫々における前記共通端子に前記第2又は第3切替端子を選択的に接続させた状態での前記比較結果信号に基づき、バイナリサーチにより前記デジタル出力信号の各ビットの値を決定し、
Nは2以上の整数を表し、iはN以下の自然数を表す
、請求項5に記載の逐次比較型AD変換回路。 The digital output signal is an N-bit digital signal having first to Nth bits,
The capacitor array has first to Nth capacitors corresponding to first to Nth bits, each having a first end and a second end,
The switch array has first to Nth switches corresponding to first to Nth capacitors,
The first comparison wiring is provided at each first end side of the first to Nth capacitors,
The i-th switch has a first switching terminal, a second switching terminal, a third switching terminal, and a common terminal connected to the second end of the i-th capacitor,
In each of the first to Nth switches, the analog input signal is applied to the first switching terminal, the power supply voltage is applied to one of the second switching terminal and the third switching terminal, and the ground is applied to the other one. voltage is applied,
The control circuit connects the first switching terminal to the common terminal of each of the first to Nth switches in the sampling period, and connects the first switching terminal to the common terminal of each of the first to Nth switches in the subsequent successive approximation period. determining the value of each bit of the digital output signal by binary search based on the comparison result signal with the second or third switching terminal selectively connected to the common terminal;
6. The successive approximation type AD conversion circuit according to claim 5, wherein N represents an integer greater than or equal to 2, and i represents a natural number less than or equal to N.
、請求項6に記載の逐次比較型AD変換回路。 The first ends of the first to Nth capacitors are all connected to the first comparison wiring, or the first ends of some of the first to Nth capacitors are connected to the first comparison wiring. 7. The successive approximation type AD conversion circuit according to claim 6, wherein a scaling capacitor is provided in series between the first ends of the remaining capacitors and the first comparison wiring.
第1キャパシタアレイ及び前記第1キャパシタアレイに接続される第1スイッチアレイを有し、サンプリング期間にて前記第1アナログ入力信号が加わる配線を前記第1スイッチアレイを介して前記第1キャパシタアレイに接続することで前記第1アナログ入力信号に応じた電荷を前記第1キャパシタアレイ中の各キャパシタに蓄積させ、前記サンプリング期間後の逐次比較期間において所定の電源電圧又はグランド電圧を前記第1スイッチアレイを介し前記第1キャパシタアレイ中の各キャパシタに供給した状態で前記第1キャパシタアレイの蓄積電荷に基づく第1比較電圧を第1比較配線に発生するよう構成される第1キャパシタ型DACと、
第2キャパシタアレイ及び前記第2キャパシタアレイに接続される第2スイッチアレイを有し、前記サンプリング期間にて前記第2アナログ入力信号が加わる配線を前記第2スイッチアレイを介して前記第2キャパシタアレイに接続することで前記第2アナログ入力信号に応じた電荷を前記第2キャパシタアレイ中の各キャパシタに蓄積させ、前記逐次比較期間において前記電源電圧又は前記グランド電圧を前記第2スイッチアレイを介し前記第2キャパシタアレイ中の各キャパシタに供給した状態で前記第2キャパシタアレイの蓄積電荷に基づく第2比較電圧を第2比較配線に発生するよう構成される第2キャパシタ型DACと、
前記第1比較配線及び前記第2比較配線に接続され、前記逐次比較期間において前記第1比較電圧と前記第2比較電圧を比較して比較結果信号を生成するよう構成されるコンパレータと、
前記逐次比較期間において前記比較結果信号に基づき前記第1スイッチアレイ及び前記第2スイッチアレイの各状態を制御しつつ前記デジタル出力信号の値を決定するよう構成される制御回路と、
前記第1比較配線とグランドとの間に設けられる第1グランド短絡用スイッチと、
前記第1比較配線に接続された第1端を有する第1基準変更用キャパシタと、
前記第1基準変更用キャパシタの第2端に対し、所定の電源電圧又はグランド電圧を選択的に与えるよう構成された第1基準変更用スイッチと、
前記第2比較配線とグランドとの間に設けられる第2グランド短絡用スイッチと、
前記第2比較配線に接続された第1端を有する第2基準変更用キャパシタと、
前記第2基準変更用キャパシタの第2端に対し、前記電源電圧又は前記グランド電圧を選択的に与えるよう構成された第2基準変更用スイッチと、を備える
、逐次比較型AD変換回路。 In a successive approximation type AD conversion circuit configured to convert a difference signal between a first analog input signal and a second analog input signal into a digital output signal,
It has a first capacitor array and a first switch array connected to the first capacitor array, and a wiring to which the first analog input signal is applied during a sampling period is connected to the first capacitor array via the first switch array. By connecting, charges corresponding to the first analog input signal are accumulated in each capacitor in the first capacitor array, and a predetermined power supply voltage or ground voltage is applied to the first switch array in the successive approximation period after the sampling period. a first capacitor-type DAC configured to generate a first comparison voltage on a first comparison wiring based on the accumulated charge of the first capacitor array while being supplied to each capacitor in the first capacitor array through the first capacitor array;
a second capacitor array and a second switch array connected to the second capacitor array, and a wiring to which the second analog input signal is applied during the sampling period is connected to the second capacitor array through the second switch array. By connecting to the second analog input signal, charges corresponding to the second analog input signal are accumulated in each capacitor in the second capacitor array, and in the successive approximation period, the power supply voltage or the ground voltage is connected to the second switch array. a second capacitor type DAC configured to generate a second comparison voltage on a second comparison wiring based on the accumulated charge of the second capacitor array while being supplied to each capacitor in the second capacitor array;
a comparator connected to the first comparison wiring and the second comparison wiring and configured to compare the first comparison voltage and the second comparison voltage in the successive approximation period to generate a comparison result signal;
a control circuit configured to determine the value of the digital output signal while controlling each state of the first switch array and the second switch array based on the comparison result signal during the successive approximation period;
a first ground shorting switch provided between the first comparison wiring and ground;
a first reference changing capacitor having a first end connected to the first comparison wiring;
a first reference change switch configured to selectively apply a predetermined power supply voltage or ground voltage to a second end of the first reference change capacitor;
a second ground shorting switch provided between the second comparison wiring and ground;
a second reference changing capacitor having a first end connected to the second comparison wiring;
A successive approximation type AD conversion circuit, comprising: a second reference change switch configured to selectively apply the power supply voltage or the ground voltage to a second end of the second reference change capacitor.
前記制御回路は、前記第1基準変更用スイッチ及び第2基準変更用スイッチの制御を通じて、前記第1基準変更用キャパシタ及び前記第2基準変更用キャパシタの各第2端に対し、前記サンプリング期間にて前記グランド電圧を与え、前記逐次比較期間にて前記電源電圧を与える
、請求項8に記載の逐次比較型AD変換回路。 The control circuit applies the ground voltage to the first comparison wiring and the second comparison wiring by turning on the first ground shorting switch and the second ground shorting switch during the sampling period, and applies the ground voltage to the first comparison wiring and the second comparison wiring, and During the comparison period, the first ground shorting switch and the second ground shorting switch were turned off,
The control circuit controls each second end of the first reference change capacitor and the second reference change capacitor during the sampling period by controlling the first reference change switch and the second reference change switch. 9. The successive approximation type AD conversion circuit according to claim 8, wherein the ground voltage is applied during the successive approximation period, and the power supply voltage is applied during the successive approximation period.
前記第2基準変更用キャパシタの第2端に与えられる電圧が前記グランド電圧から前記電源電圧に切り替えられることで前記第2比較配線の電圧が前記所定電圧量だけ上昇する
、請求項9に記載の逐次比較型AD変換回路。 The voltage applied to the second end of the first reference changing capacitor is switched from the ground voltage to the power supply voltage, so that the voltage of the first comparison wiring increases by a predetermined voltage amount,
10. The voltage of the second comparison wiring increases by the predetermined voltage amount by switching the voltage applied to the second end of the second reference changing capacitor from the ground voltage to the power supply voltage. Successive approximation type AD conversion circuit.
前記第2基準変更用スイッチは、前記電源電圧が加わる第1切替端子、前記グランド電圧が加わる第2切替端子及び前記第2基準変更用キャパシタの第2端に接続される共通端子を有し、
前記制御回路は、前記サンプリング期間から前記逐次比較期間へ遷移させる際、前記第1及び第2グランド短絡用スイッチをオンからオフに切り替える第1遷移切替動作と、前記第1及び第2基準変更用スイッチの夫々において前記共通端子の接続先を前記第2切替端子から前記第1切替端子に切り替える第2遷移切替動作とを同時行う、又は、前記第1遷移切替動作を行ってから前記第2遷移切替動作を行う
、請求項9に記載の逐次比較型AD変換回路。 The first reference changing switch has a first switching terminal to which the power supply voltage is applied, a second switching terminal to which the ground voltage is applied, and a common terminal connected to a second end of the first reference changing capacitor,
The second reference changing switch has a first switching terminal to which the power supply voltage is applied, a second switching terminal to which the ground voltage is applied, and a common terminal connected to a second end of the second reference changing capacitor,
The control circuit performs a first transition switching operation of switching the first and second ground shorting switches from on to off when transitioning from the sampling period to the successive approximation period, and the first and second reference changing switches. A second transition switching operation for switching the connection destination of the common terminal from the second switching terminal to the first switching terminal is performed simultaneously in each of the switches, or the first transition switching operation is performed and then the second transition is performed. The successive approximation type AD conversion circuit according to claim 9, which performs a switching operation.
、請求項8~11の何れかに記載の逐次比較型AD変換回路。 9. The control circuit determines the value of the digital output signal bit by bit while sequentially switching the states of the first and second switch arrays by binary search based on the comparison result signal in the successive approximation period. The successive approximation type AD conversion circuit according to any one of items 1 to 11.
各キャパシタアレイは、第1~第N番目のビットに対応し、各々に第1端及び第2端を有する第1~第Nキャパシタを有し、
各スイッチアレイは、第1~第Nキャパシタに対応する第1~第Nスイッチを有し、
前記第1比較配線は前記第1キャパシタアレイにおける前記第1~第Nキャパシタの各第1端側に設けられ、
前記第2比較配線は前記第2キャパシタアレイにおける前記第1~第Nキャパシタの各第1端側に設けられ、
各スイッチアレイにおいて、第iスイッチは、第1切替端子、第2切替端子、第3切替端子及び第iキャパシタの第2端に接続される共通端子を有し、
前記第1スイッチアレイにおける前記第1~第Nスイッチの夫々において、前記第1切替端子に前記第1アナログ入力信号が加わり、前記第2切替端子及び前記第3切替端子の何れか一方に前記電源電圧が加わり且つ他方に前記グランド電圧が加わり、
前記第2スイッチアレイにおける前記第1~第Nスイッチの夫々において、前記第1切替端子に前記第2アナログ入力信号が加わり、前記第2切替端子及び前記第3切替端子の何れか一方に前記電源電圧が加わり且つ他方に前記グランド電圧が加わり、
前記制御回路は、前記サンプリング期間において各スイッチアレイの前記第1~第Nスイッチの夫々における前記共通端子に前記第1切替端子を接続させ、その後の前記逐次比較期間において、各スイッチアレイの前記第1~第Nスイッチの夫々における前記共通端子に前記第2又は第3切替端子を選択的に接続させた状態での前記比較結果信号に基づき、バイナリサーチにより前記デジタル出力信号の各ビットの値を決定し、
Nは2以上の整数を表し、iはN以下の自然数を表す
、請求項12に記載の逐次比較型AD変換回路。 The digital output signal is an N-bit digital signal having first to Nth bits,
Each capacitor array has first to Nth capacitors corresponding to first to Nth bits, each having a first end and a second end,
Each switch array has first to Nth switches corresponding to first to Nth capacitors,
The first comparison wiring is provided at each first end side of the first to Nth capacitors in the first capacitor array,
The second comparison wiring is provided at each first end side of the first to Nth capacitors in the second capacitor array,
In each switch array, the i-th switch has a first switching terminal, a second switching terminal, a third switching terminal, and a common terminal connected to the second end of the i-th capacitor;
In each of the first to Nth switches in the first switch array, the first analog input signal is applied to the first switching terminal, and the power source is applied to one of the second switching terminal and the third switching terminal. voltage is applied and the ground voltage is applied to the other side,
In each of the first to Nth switches in the second switch array, the second analog input signal is applied to the first switching terminal, and the power source is applied to either the second switching terminal or the third switching terminal. voltage is applied and the ground voltage is applied to the other side,
The control circuit connects the first switching terminal to the common terminal of each of the first to Nth switches of each switch array in the sampling period, and connects the first switching terminal to the common terminal of each of the first to Nth switches of each switch array in the subsequent successive approximation period. Based on the comparison result signal in a state where the second or third switching terminal is selectively connected to the common terminal of each of the first to Nth switches, the value of each bit of the digital output signal is determined by binary search. decided,
13. The successive approximation type AD conversion circuit according to claim 12, wherein N represents an integer greater than or equal to 2, and i represents a natural number less than or equal to N.
前記第1キャパシタアレイにおける前記第1~第Nキャパシタの内、一部のキャパシタの第1端は前記第1比較配線に接続される一方で残りのキャパシタの第1端と前記第1比較配線との間にスケーリングキャパシタが直列に設けられ、且つ、前記第2キャパシタアレイにおける前記第1~第Nキャパシタの内、一部のキャパシタの第1端は前記第2比較配線に接続される一方で残りのキャパシタの第1端と前記第2比較配線との間に他のスケーリングキャパシタが直列に設けられる
、請求項13に記載の逐次比較型AD変換回路。 The first ends of the first to Nth capacitors in the first capacitor array are all connected to the first comparison wiring, and the first ends of the first to Nth capacitors in the second capacitor array are all connected to the first comparison wiring. connected to the second comparison wiring, or
Among the first to Nth capacitors in the first capacitor array, first ends of some of the capacitors are connected to the first comparison wiring, while first ends of the remaining capacitors are connected to the first comparison wiring. scaling capacitors are provided in series between them, and among the first to Nth capacitors in the second capacitor array, first ends of some of the capacitors are connected to the second comparison wiring, while the remaining 14. The successive approximation type AD conversion circuit according to claim 13, wherein another scaling capacitor is provided in series between the first end of the capacitor and the second comparison wiring.
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JP2022129975A Pending JP2024027292A (en) | 2022-08-17 | 2022-08-17 | Successive approximation type AD conversion circuit |
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2022
- 2022-08-17 JP JP2022129975A patent/JP2024027292A/en active Pending
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