JP5210289B2 - Successive comparison type A / D converter - Google Patents
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Description
本発明は、デジタル機器の入力回路などに適用されるA/D変換器に係り、特に高速で動作する逐次比較型のA/D変換器(A/Dコンバータ)に関する。 The present invention relates to an A / D converter applied to an input circuit of a digital device, and more particularly to a successive approximation A / D converter (A / D converter) that operates at high speed.
従来の逐次比較型A/D変換器は、例えば以下の非特許文献1に示すようなものが提案されている。
図10は、この非特許文献1に記載された原理に基づく従来の逐次比較型A/D変換器の構成図である。
この逐次比較型A/D変換器は、アナログ入力信号Ainをnビット(n:3以上の自然数)のデジタル出力Voutに変換する。そのため、静電容量が基準容量Cに設定された1個のキャパシタ506_1を有している。更に、静電容量がそれぞれ、基準容量Cを2の累乗の逆数で段階的に重み付けした容量「C/2,・・・,C/2(n−2)」に設定された(n−2)個のキャパシタ506_2,・・・,506_(n−1)を有している。更に、静電容量が基準容量Cを「1/2(n−2)」で重み付けした容量「C/2(n−2)」に設定された1個のキャパシタ506_nを有している。
As a conventional successive approximation A / D converter, for example, the one shown in
FIG. 10 is a configuration diagram of a conventional successive approximation A / D converter based on the principle described in Non-Patent
The successive approximation A / D converter converts an analog input signal Ain into an n-bit (n: natural number of 3 or more) digital output Vout. Therefore, it has one capacitor 506_1 whose electrostatic capacitance is set to the reference capacitance C. Further, each of the capacitances is set to a capacitance “C / 2,..., C / 2 (n−2) ” in which the reference capacitance C is weighted stepwise by the reciprocal of the power of 2 (n−2). ) Capacitors 506_2,... 506_ (n−1). Further, the capacitor has one capacitor 506_n whose capacitance is set to a capacitance “C / 2 (n−2) ” obtained by weighting the reference capacitance C by “1/2 (n−2) ”.
また、キャパシタ506_1〜506_(n−1)と、キャパシタ506_nとの右端が、電荷を保存できるストレージノード(図10中のSN)に接続されている。
キャパシタ506_1〜506_(n−1)の左端は、それぞれスイッチ群505_1,505_2,・・・,505_(n−1)の端子Oに接続されている。
スイッチ群505_1,505_2,・・・,505_(n−1)は端子Oの他に端子C、P、Nを有し、制御部501からの切替信号CTRLによってスイッチ503d_k(kは1〜(n−1)の自然数)がオンした場合は端子Cと端子Oが短絡される。
In addition, the right ends of the capacitors 506_1 to 506_ (n−1) and the capacitor 506_n are connected to a storage node (SN in FIG. 10) that can store charges.
The left ends of the capacitors 506_1 to 506_ (n-1) are connected to the terminals O of the switch groups 505_1, 505_2, ..., 505_ (n-1), respectively.
The switch groups 505_1, 505_2,..., 505_ (n−1) have terminals C, P, and N in addition to the terminal O. The switch 503d_k (k is 1 to (n) according to the switching signal CTRL from the
また、スイッチ503e_kがオンした場合は端子Pと端子Oが短絡され、スイッチ503f_kがオンした場合は端子Nと端子Oが短絡される。
また、スイッチ503d_kと、スイッチ503e_kと、スイッチ503f_kは2つ以上が同時にオンすることはない。
スイッチ群505_1〜505_(n−1)の端子Cと、キャパシタ506_nの左端とは、スイッチ503bとスイッチ503cに接続されている。
Further, when the switch 503e_k is turned on, the terminal P and the terminal O are short-circuited, and when the switch 503f_k is turned on, the terminal N and the terminal O are short-circuited.
Two or more of the switches 503d_k, 503e_k, and 503f_k are not turned on at the same time.
The terminals C of the switch groups 505_1 to 505_ (n−1) and the left end of the capacitor 506_n are connected to the
そして、スイッチ503cがオンした場合は、スイッチ505_1〜505_(n−1)の端子Cと、キャパシタ506_nの左端とは、入力ノード(図7中のAin)に接続される。
また、スイッチ503bがオンした場合は、スイッチ505_1〜505_(n−1)の端子Cと、キャパシタ506_nの左端とは、アナログコモン電圧VC(便宜上VC=0V)に接続される。
Then, when the
Further, if the
スイッチ群505_1〜505_(n−1)の端子Pは、VCを基準にした正側のフルスケール基準電圧VRPに接続され、スイッチ群505_1〜505_(n−1)の端子Nは、VCを基準にした負側のフルスケール基準電圧VRNに接続される。
キャパシタ506_1〜506_(n−1)の右端と、キャパシタ506_nの右端とは、SNを介してスイッチ503a、及びコンパレータ504の反転入力端子に接続される。スイッチ503aがオンした場合、SNはVCに短絡される。また、コンパレータ504の出力をDOで表し、DOは制御部501、及び出力レジスタ502に入力される。
The terminals P of the switch groups 505_1 to 505_ (n−1) are connected to the positive-side full-scale reference voltage VRP with reference to VC, and the terminals N of the switch groups 505_1 to 505_ (n−1) are based on VC. To the negative full-scale reference voltage VRN.
The right ends of the capacitors 506_1 to 506_ (n−1) and the right end of the capacitor 506_n are connected to the
制御部501は、組み合わせ回路等で構成され、スイッチ群505_1〜505_(n−1)、およびスイッチ503a〜503cの切替を制御する制御信号CTRLを出力するものである。具体的に、制御部501は、判定信号DOに基づいて制御信号CTRLを生成してスイッチ群505_1〜505_(n−1)を順次切り替え、アナログ入力電圧Ainに対応する内部電圧VXが得られる制御信号CTRLの組み合わせを決定する。
The
また、制御部501からはトリガクロックCLKがコンパレータ504に出力されている。コンパレータ504ではこのCLKに同期してSNの電圧と正転入力ノード電圧VC(参照電圧)との大小を判定し、「SN<VC」の場合は「DO=H(1)」を出力し、「SN>VC」の場合は「DO=L(0)」を出力する。
また、制御部501からはトリガクロックCLKが出力レジスタ502に出力されており、コンパレータ504からは判定信号DOが出力レジスタ502に出力されている。
In addition, the
The
前記CLKによって出力レジスタ502では、判定信号「DO=1」のとき「DN=1」(N:Nは「1〜n」の自然数)が、また、判定信号「DO=0」のとき「DN=0」が、出力レジスタ502に保持される。そして、出力レジスタ502からは、コンパレータ504においてn個の出力値D1〜Dnまでが判定された後に、保持されたD1〜Dnが公知の方法によりデジタル出力信号Voutとして出力されるようになっている。
In the
次に、図11を参照しながら「n=6」の場合の回路の動作を説明する。
ここで、図11(a)は、被判定電圧である、ストレージノードSNの電圧の反転極性の電圧をプロットした一例を示す図である。図11(a)において、縦軸が電圧、横軸が時間を表し、コンパレータ504のMSB判定時刻を「t=0」としている。また、図11(b)は、制御部501から出力されるCLKの、時刻「t=0」以降の変化の一例を示す図であり、コンパレータ504の一定間隔の判定タイミングを表している。また、図11(c)は、コンパレータ504の出力判定信号DOの値の一例を示す図である。
Next, the operation of the circuit when “n = 6” will be described with reference to FIG.
Here, FIG. 11A is a diagram illustrating an example in which the voltage of the inversion polarity of the voltage of the storage node SN, which is the determination target voltage, is plotted. In FIG. 11A, the vertical axis represents voltage, the horizontal axis represents time, and the MSB determination time of the
また、図11では、一例として「VRP−VC=VC−VRN=VR」とし、「Ain=(10.8/16)×VR」の入力電圧Ainがサンプリングされた場合について表している。
初期状態としてキャパシタ506_1〜506_nの電圧がアナログ入力電圧Ainに追従している場合、スイッチ503a〜503c及びスイッチ群505_1〜505_(n−1)の状態は、スイッチ503a及びスイッチ503cがオンした状態となり、スイッチ503bがオフした状態となる。また、スイッチ群505_1〜505_(n−1)において、スイッチ503d_1〜503d_(n−1)がオンした状態となり、スイッチ503e_1〜503e_(n−1)及び503f_1〜503f_(n−1)がオフした状態となる。
FIG. 11 shows a case where “VRP−VC = VC−VRN = VR” as an example and the input voltage Ain of “Ain = (10.8 / 16) × VR” is sampled.
When the voltages of the capacitors 506_1 to 506_n follow the analog input voltage Ain as an initial state, the
アナログ入力電圧Ainをキャパシタ506_1〜506_nによってサンプリング(離散化)する時刻において、制御信号CTRLによってスイッチ503aがオフし、ただちにスイッチ503cがオフする。その後にスイッチ503bがオンすることにより、サンプリングされたAinの極性が反転して−Ain[V]としてストレージノードSNに現れる。ここで、スイッチ503bとスイッチ503cとは同時にオンしないノンオーバーラップの関係が成り立っている。
At the time when the analog input voltage Ain is sampled (discretized) by the capacitors 506_1 to 506_n, the
スイッチの切替後に電荷再分配が十分に行われ、便宜上、寄生容量を無視した場合、ストレージノードSNの電圧が「−Ain」に十分に収束した時刻に第1判定立ち上がりクロック(図11(b)中、t=0)が、コンパレータ504に入力される。そして、コンパレータ504において、第1判定立ち上がりクロックによってストレージノードSNの電圧と参照電圧VCとが比較される。コンパレータ504からは、「−Ain<VC」、すなわち「Ain>VC」の場合に「DO=1」が出力され、「−Ain>VC」、すなわち「Ain<VC」の場合に「DO=0」が出力される。
When the charge redistribution is sufficiently performed after the switch is switched and the parasitic capacitance is ignored for convenience, the first determination rising clock (FIG. 11B) is reached at the time when the voltage of the storage node SN sufficiently converges to “−Ain”. T = 0) is input to the
この第1判定結果が「DO=1」である場合、制御部501によってスイッチ群505_1が制御され、スイッチ503d_1がオフし、スイッチ503e_1がオンする。その結果、ストレージノードSNの電圧は電荷再分配により「−(Ain−VR/2)[V]」になる。
また、第1判定結果が「DO=0」である場合、制御部501によってスイッチ群505_1が制御され、スイッチ503d_1がオフし、スイッチ503f_1がオンする。その結果、ストレージノードSNの電圧は電荷再分配により「−(Ain+VR/2)[V]」になる。
When the first determination result is “DO = 1”, the
When the first determination result is “DO = 0”, the
同様に、第y番目(yは2〜(n−1)の自然数)の判定立ち上がりクロックである第y判定立ち上がりクロックが入力された時刻において、ストレージノードSNの電圧と参照電圧VCとを比較し、この判定結果に応じてスイッチ群505_yを制御する。
そして、第(n−1)判定立ち上がりクロックが入力された時刻においてストレージノードSNの電圧と参照電圧VCとを比較し、その結果に応じてスイッチ群505_(n−1)を制御した後に、第n判定立ち上がりクロックが入力された時刻においてストレージノードSNの電圧と参照電圧VCとが比較される。これにより、1〜nビットの逐次比較動作が完了し、出力レジスタ502からはnビットの出力データVoutが出力される。
Similarly, the voltage of the storage node SN is compared with the reference voltage VC at the time when the yth determination rising clock which is the yth determination rising clock (y is a natural number of 2 to (n-1)) is input. The
Then, the voltage of the storage node SN is compared with the reference voltage VC at the time when the (n−1) th determination rising clock is input, and the switch group 505_ (n−1) is controlled according to the result. At the time when the n determination rising clock is input, the voltage of the storage node SN and the reference voltage VC are compared. As a result, the 1-n bit successive approximation operation is completed, and n-bit output data Vout is output from the
図11(a)に一例として、「SN=−(10.8/16)×VR」がサンプリングされた場合の被判定信号の変遷が表わされている。第1判定立ち上がりクロックにおいて「−(10.8/16)×VR<VC」であるため、図11(c)に示すように、「D1=1」が出力される。その結果、スイッチ群505_1が制御され、ストレージノードSNの電位が、「SN=−(10.8/16)×VR+VR/2=−(2.8/16)×VR」となる。 As an example, FIG. 11A shows the transition of the determination target signal when “SN = − (10.8 / 16) × VR” is sampled. Since “− (10.8 / 16) × VR <VC” in the first determination rising clock, “D1 = 1” is output as shown in FIG. As a result, the switch group 505_1 is controlled, and the potential of the storage node SN becomes “SN = − (10.8 / 16) × VR + VR / 2 = − (2.8 / 16) × VR”.
引き続き、第2判定立ち上がりクロックにおいて、「−(2.8/16)×VR<VC」であるため、図11(c)に示すように、「D2=1」が出力される。その結果、スイッチ群505_2が制御され、ストレージノードSNの電位が、「SN=−(2.8/16)×VR+VR/4=(1.2/16)×VR」となる。
引き続き、同様の処理が(n−1)回まで繰り返され、第n判定立ち上がりクロックによってDnが決定されnビットの逐次比較動作が完了すると、出力レジスタ502は、格納されたD1〜Dnに基づき、nビットの出力データVoutを出力する。
Subsequently, since “− (2.8 / 16) × VR <VC” in the second determination rising clock, “D2 = 1” is output as shown in FIG. As a result, the switch group 505_2 is controlled, and the potential of the storage node SN becomes “SN = − (2.8 / 16) × VR + VR / 4 = (1.2 / 16) × VR”.
Subsequently, the same processing is repeated up to (n−1) times. When Dn is determined by the nth determination rising clock and the n-bit successive approximation operation is completed, the
ここで、図12は、上位6ビットの判定結果D1〜D6に基づき出力されるVoutの一例を示す図である。図11(c)に示すように、上位6ビットの判定結果は、「D1=「1」、D2=「1」、D3=「0」、D4=「1」、D5=「0」、D6=「1」」となる。出力レジスタ502は、図12に示すように、これらを上位ビットから順番に並べ、Voutの上位6ビット「110101」を出力する。ここで、出力レジスタ502は、例えば、シフトレジスタなどで構成される。
Here, FIG. 12 is a diagram illustrating an example of Vout output based on the determination results D1 to D6 of the upper 6 bits. As shown in FIG. 11C, the determination result of the upper 6 bits is “D1 =“ 1 ”, D2 =“ 1 ”, D3 =“ 0 ”, D4 =“ 1 ”, D5 =“ 0 ”, D6 = “1” ”. As shown in FIG. 12, the
以上は、従来の逐次比較型A/D変換器の動作原理を説明した。
上記従来の逐次比較型A/D変換器において各ビット判定時間を必要最低限とすることにより高速化を実現する方法は、例えば以下の特許文献1に示すようなものが提案されている。
図13にこの非特許文献1に記載された発明の一実施例を示す。ここで、図13は、逐次比較型A/D変換器の各ビット判定時間を必要最低限とするための制御部501の内部構造を示す図である。
The operation principle of the conventional successive approximation A / D converter has been described above.
In the conventional successive approximation type A / D converter, for example, a method as shown in the following
FIG. 13 shows an embodiment of the invention described in
図13に示すように、制御部501は、シフトレジスタ701と、論理回路702_1〜702_(n−1)とを具備している。なお、図12の例では、「n=6」の場合について図示している。ここで、シフトレジスタ701には、十分に高速な発振器からの出力クロックが入力されている。
論理回路702_1〜702_5は、アンドゲートで実現され、論理回路702_1の出力がスイッチ群505_1の切替、及び該当ビットの判定時間の幅を決定する。
As illustrated in FIG. 13, the
The logic circuits 702_1 to 702_5 are realized by AND gates, and the output of the logic circuit 702_1 determines the switching time of the switch group 505_1 and the determination time width of the corresponding bit.
また、論理回路702_2の出力がスイッチ群505_2の切替、及び該当ビットの判定時間の幅を決定し、論理回路702_3の出力がスイッチ群505_3の切替、及び該当ビットの判定時間の幅を決定する。
また、論理回路702_4の出力がスイッチ群505_4の切替、及び該当ビットの判定時間の幅を決定し、論理回路702_5の出力がスイッチ群505_5の切替、及び該当ビットの判定時間の幅を決定する。
Further, the output of the logic circuit 702_2 determines the switching time of the switch group 505_2 and the determination time width of the corresponding bit, and the output of the logic circuit 702_2 determines the switching time of the switch group 505_3 and the determination time width of the corresponding bit.
The output of the logic circuit 702_4 determines the switching time of the switch group 505_4 and the determination time width of the corresponding bit, and the output of the logic circuit 702_5 determines the switching time of the switch group 505_5 and the determination time width of the corresponding bit.
スイッチ群502_1〜502_5の切替、及び該当ビットの判定時間の幅は、特許文献1に示される「必要最低限の時間」となるように、アンドゲートで構成される論理回路702_1〜702_5の入力幅(図13中のN1〜N5の数)が決定される。
ここで、図14は、十分に高速な発振器(高速発振器)の出力波形、図13の制御部501によって生成される論理回路702_1〜702_5の出力波形、並びに図10のコンパレータ504、及び出力レジスタ502を動作させるトリガクロックCLKの一例を示す図である。
The input widths of the logic circuits 702_1 to 702_5 configured by AND gates so that the switching time of the switch groups 502_1 to 502_5 and the width of the determination time of the corresponding bit become the “minimum necessary time” shown in
14 shows an output waveform of a sufficiently high-speed oscillator (high-speed oscillator), output waveforms of the logic circuits 702_1 to 702_5 generated by the
図14において、制御信号CTRL502_1〜502_5のH期間(信号がハイレベルの期間)は、それぞれスイッチ群502_1〜502_5へのCTRL制御期間を表す。また、CTRL制御期間は、スイッチ群502_1〜502_5の切替、及び該当ビットの判定時間を含む。また、CTRL制御期間は、スイッチの切替及びビットの判定に必要な最低限の時間となっている。 In FIG. 14, the H period (period in which the signal is at a high level) of the control signals CTRL 502_1 to 502_5 represents the CTRL control period for the switch groups 502_1 to 502_5, respectively. The CTRL control period includes switching of the switch groups 502_1 to 502_5 and the determination time of the corresponding bit. The CTRL control period is the minimum time required for switch switching and bit determination.
また、同様のCTRL制御を、高速発振器に代えて可変周波数発振器を用いて実現した場合の各出力信号のタイミングチャートの一例を図15に示す。
このように従来の逐次比較型A/D変換器において各ビットの判定時間を必要最低限とすることにより高速化を実現する方法においては、判定クロックに対して十分に早い高速発振器、又は可変周波数発振器を必要とする。
FIG. 15 shows an example of a timing chart of each output signal when similar CTRL control is realized using a variable frequency oscillator instead of a high-speed oscillator.
As described above, in the conventional successive approximation type A / D converter, in the method of realizing high speed by minimizing the determination time of each bit, a high-speed oscillator sufficiently fast with respect to the determination clock or a variable frequency Requires an oscillator.
例えば、出力レートが1MHzであり、分解能が14bitの逐次比較型A/D変換器の場合、その動作クロックは15MHzになる。この逐次比較型A/D変換器において、特許文献1で示される「必要最低限の時間T」によるスイッチ群の駆動制御を実現するために、例えば動作クロックの100倍のクロックが必要だとすれば、1.5GHzの発振周波数を有する高速な発振器が必要となる。しかしながら、逐次比較型A/D変換器において、1.5GHzもの高速な発振器を採用することは非現実的である。
For example, in the case of a successive approximation A / D converter with an output rate of 1 MHz and a resolution of 14 bits, the operation clock is 15 MHz. In this successive approximation A / D converter, in order to realize the drive control of the switch group based on the “minimum time T” shown in
また、発振周波数が1.5GHzにもなる高速な発振器を実現するために、例えばLC発振器などを用いた場合、半導体集積化した際のエリアの増大が避けて通れない。
一方、高速な発振器に代えて可変周波数発振器を採用する場合は、可変周波数発振器を実現するために、複雑な回路が必要となり、設計の困難化、半導体集積化した際のエリアの増大、駆動電力の増大が避けて通れない。
そこで、本発明は、これらの課題を解決するために案出されたものであり、簡易な回路構成で必要最低限の時間Tによるスイッチ群の駆動制御を実現するのに好適な逐次比較型A/D変換器を提供することを目的とする。
In order to realize a high-speed oscillator with an oscillation frequency as high as 1.5 GHz, for example, when an LC oscillator is used, an increase in the area when the semiconductor is integrated cannot be avoided.
On the other hand, when a variable frequency oscillator is used instead of a high-speed oscillator, a complicated circuit is required to realize the variable frequency oscillator, making the design difficult, increasing the area when semiconductors are integrated, and driving power. The increase of can not be avoided.
Therefore, the present invention has been devised to solve these problems, and is a successive approximation type A suitable for realizing drive control of a switch group with a minimum necessary time T with a simple circuit configuration. An object is to provide a / D converter.
〔発明1〕 上記目的を達成するために、発明1の逐次比較型A/D変換器は、
アナログ入力信号をnビット(nは3以上の自然数)のデジタル出力信号に変換する電荷比較方式の逐次比較型A/D変換器であって、
出力側の一端がそれぞれ共通接続され、静電容量がそれぞれ、基準容量Cに設定された第1のキャパシタと、合成容量が「C−C/2n-2」となるように前記基準容量Cを2の累乗値の逆数で段階的に重み付けした容量(C/2m(mは、1〜(n−2)の自然数))に設定された第2〜第(n−1)のキャパシタと、前記基準容量Cを「1/2n-2」で重み付けした容量に設定された第nのキャパシタとのn個のキャパシタと、
前記第1〜第(n−1)のキャパシタの他端にそれぞれ接続され、前記第1〜第(n−1)のキャパシタと、前記アナログ信号の入力部及び所定電位のノードとの接続を切り替える第1〜第(n−1)のスイッチ群と、
前記n個のキャパシタの保持電位に基づく入力電位と参照電位とを比較し、比較結果に応じた判定信号を出力する比較器と、
所定ビットから順に前記比較判定動作が逐次実行されるように、前記第1〜第(n−1)のスイッチ群のスイッチング動作及び前記比較器の比較判定動作を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
クロック信号をカウントするカウンタ回路と、
前記クロック信号を、前記カウンタ回路のカウント値に対応するスイッチ群の駆動時間に必要な遅延量だけ遅延させる遅延回路と、
前記遅延回路で遅延したクロック信号に基づき、前記第1〜第(n−1)のスイッチ群のスイッチング動作を制御する制御信号を生成する制御信号生成回路とを備え、
前記遅延したクロック信号を前記比較器に供給して該比較器の動作を制御し、前記生成した制御信号を前記(n−1)個のスイッチ群に供給して該スイッチ群のスイッチング動作を制御する。
[Invention 1] In order to achieve the above object, a successive approximation A / D converter according to
A charge comparison type successive approximation A / D converter that converts an analog input signal into a digital output signal of n bits (n is a natural number of 3 or more),
One end of each output side is commonly connected, and the reference capacitance C is set such that the capacitance is set to the reference capacitance C and the combined capacitance is “C−C / 2 n−2 ”. Second to (n-1) th capacitors set to a capacity (C / 2 m (m is a natural number of 1 to (n-2))) weighted stepwise by the reciprocal of the power of 2; N capacitors with the nth capacitor set to a capacitance weighted by “1/2 n−2 ” of the reference capacitance C;
The first to (n-1) th capacitors are connected to the other ends of the capacitors, respectively, and the connection between the first to (n-1) th capacitors, the analog signal input unit, and a node having a predetermined potential is switched. First to (n-1) switch groups;
A comparator that compares an input potential based on a holding potential of the n capacitors with a reference potential and outputs a determination signal according to the comparison result;
A control unit that controls a switching operation of the first to (n-1) th switch groups and a comparison determination operation of the comparator so that the comparison determination operation is sequentially performed in order from a predetermined bit;
The controller is
A counter circuit for counting clock signals;
A delay circuit that delays the clock signal by a delay amount necessary for a driving time of a switch group corresponding to a count value of the counter circuit;
A control signal generation circuit that generates a control signal for controlling the switching operation of the first to (n-1) th switch groups based on the clock signal delayed by the delay circuit;
The delayed clock signal is supplied to the comparator to control the operation of the comparator, and the generated control signal is supplied to the (n-1) switch groups to control the switching operation of the switch group. To do.
このような構成であれば、クロック信号が入力されると、カウンタ回路によって、クロック信号をカウントすることができる。また、クロック信号のカウントが開始されると、遅延回路によって、クロック信号を、カウンタ回路のカウント値に対応するスイッチ群の駆動時間に必要な遅延量だけ遅延させることができる。また、クロック信号が遅延(遅延量「0」も含む)されると、制御信号生成回路において、遅延されたクロック信号(以下、遅延クロック信号と称す)に基づき、第1〜第(n−1)のスイッチ群のスイッチング動作を制御する制御信号を生成することができる。例えば、該当のスイッチ群に対して、遅延クロック信号の立ち上がりエッジに応じて立ち上がり、次の遅延クロック信号の立ち上がりエッジに応じて立ち下がる制御信号を生成することができる。また、残りのスイッチ群に対しては、例えば、スイッチ群のオン・オフの現在の状態を維持させる制御信号を生成することができる。そして、遅延されたクロック信号を比較器に供給して比較器の比較判定動作を制御し、生成した制御信号を第1〜第(n−1)のスイッチ群に供給して第1〜第(n−1)のスイッチ群のスイッチング動作を制御することができる。 With such a configuration, when the clock signal is input, the clock signal can be counted by the counter circuit. Further, when the counting of the clock signal is started, the delay circuit can delay the clock signal by a delay amount necessary for the driving time of the switch group corresponding to the count value of the counter circuit. Further, when the clock signal is delayed (including the delay amount “0”), the control signal generation circuit performs the first to (n−1) th based on the delayed clock signal (hereinafter referred to as a delayed clock signal). ) Can generate a control signal for controlling the switching operation of the switch group. For example, a control signal that rises in response to the rising edge of the delayed clock signal and falls in response to the rising edge of the next delayed clock signal can be generated for the corresponding switch group. For the remaining switch groups, for example, a control signal that maintains the current state of on / off of the switch groups can be generated. Then, the delayed clock signal is supplied to the comparator to control the comparison determination operation of the comparator, and the generated control signal is supplied to the first to (n−1) th switch groups to provide the first to first ( The switching operation of the switch group n-1) can be controlled.
従って、制御信号がスイッチ群に供給されると、第1〜第(n−1)のスイッチ群のスイッチング動作が制御されて、カウント値に対応するスイッチ群を構成するスイッチのオン・オフの状態が切り替わる。また、残りのスイッチ群は、現在のオン・オフの状態を維持する。一方、遅延クロック信号が比較器に供給されると、比較器は、例えば、遅延クロック信号の立ち上がり又は立ち下がりエッジに応じて比較判定動作を行い判定信号を出力する。 Therefore, when the control signal is supplied to the switch group, the switching operation of the first to (n-1) th switch groups is controlled, and the on / off states of the switches constituting the switch group corresponding to the count value are controlled. Switches. The remaining switch groups maintain the current on / off state. On the other hand, when the delayed clock signal is supplied to the comparator, the comparator performs a comparison determination operation in accordance with, for example, the rising or falling edge of the delayed clock signal and outputs a determination signal.
例えば、該当するスイッチ群の駆動時間は、比較器における比較判定の時間と、判定結果に基づき該当のスイッチ群を構成する各スイッチのオン・オフの状態を切り替える時間と、切替後において、電荷再分配によって比較器への入力電位が安定するまでにかかる時間との合計時間となる。このうち、入力電位が安定するまでにかかる時間は、各スイッチ群を構成するスイッチのオン・オフの状態に応じて可変する。
また、この場合は、遅延クロックの次の立ち上がり又は立ち下がりに応じて、比較器が次の判定対象のビットに対する比較判定動作をすぐに行えるタイミングとなるようにスイッチ群のスイッチング動作が制御される。
For example, the driving time of the corresponding switch group includes the comparison determination time in the comparator, the time for switching the on / off state of each switch constituting the corresponding switch group based on the determination result, and the charge recycle after the switching. This is the total time taken to stabilize the input potential to the comparator due to the distribution. Among these, the time taken for the input potential to stabilize varies depending on the on / off state of the switches constituting each switch group.
In this case, the switching operation of the switch group is controlled in accordance with the next rising or falling edge of the delay clock so that the comparator can immediately perform the comparison determination operation for the next determination target bit. .
以上より、クロック信号をカウントするカウンタ回路と、クロック信号を遅延する遅延回路と、遅延クロック信号に基づき制御信号を生成する制御信号生成回路といった比較的簡易な構成の回路の組み合わせによって、該当のスイッチ群を必要な時間だけ駆動状態にする制御信号を生成することができる。
これにより、従来と比較して、エリアの増大、駆動電力の増大、設計の複雑化等の発生を抑制しつつ、上記課題の「必要最低限の時間T」を実現することができるという効果が得られる。
As described above, a corresponding switch can be obtained by combining a relatively simple circuit such as a counter circuit that counts a clock signal, a delay circuit that delays the clock signal, and a control signal generation circuit that generates a control signal based on the delayed clock signal. A control signal can be generated that brings the group into a drive state for the required time.
As a result, the “minimum required time T” of the above problem can be realized while suppressing the occurrence of an increase in area, an increase in driving power, a complicated design, and the like as compared with the conventional case. can get.
〔発明2〕 更に、発明2の逐次比較型A/D変換器は、発明1の逐次比較型A/D変換器において、
静電容量がC/2k(kは、k≦(n−2)の自然数)に重み付けされたキャパシタに対応する制御信号で規定される前記スイッチ群を駆動する時間と、静電容量がC/2k-1に重み付けされたキャパシタに対応する制御信号で規定される前記スイッチ群を駆動する時間との差の時間dが、自然対数「ln2」に比例する時間となるように前記遅延回路の遅延量を設定する。
[Invention 2] Further, the successive approximation A / D converter of
The time for driving the switch group defined by the control signal corresponding to the capacitor whose capacitance is weighted to C / 2 k (k is a natural number of k ≦ (n−2)), and the capacitance is C The delay circuit so that a time d which is a difference from a time for driving the switch group defined by the control signal corresponding to the capacitor weighted to / 2 k−1 becomes a time proportional to the natural logarithm “ln2”. Set the delay amount.
このような構成であれば、各スイッチ群の駆動時間に対応する遅延量として、適切な遅延量を設定することができるという効果が得られる。
具体的に、第1〜第nのキャパシタの共通接続部に接続された比較器の信号入力部の電圧変化量の時間変化は、例えば、信号入力部が電荷を保持可能な場合に、信号入力部の電圧の変化量をAで表すと、「A×(1−exp(−t/τ))」となる。ここで、τは、キャパシタの静電容量とスイッチ群を構成するスイッチのオン抵抗とに依存する値である。
With such a configuration, there is an effect that an appropriate delay amount can be set as the delay amount corresponding to the drive time of each switch group.
Specifically, the time change of the voltage change amount of the signal input unit of the comparator connected to the common connection unit of the first to nth capacitors is, for example, when the signal input unit can hold a charge. When the amount of change in voltage of the part is represented by A, “A × (1-exp (−t / τ))” is obtained. Here, τ is a value depending on the capacitance of the capacitor and the on-resistance of the switches constituting the switch group.
あるスイッチ群の駆動時間をT1とし、「t=T1」における信号入力部の電圧変化量と、目標の電圧変化量「A/2k−1」との差がΔV以下になるとすると、T1は、「τ×ln(A/ΔV)」より小さな値となる。
本発明では、第2〜第(n−1)のキャパシタの静電容量が、基準容量Cを2の累乗の逆数で重み付けした値に設定されているため、τを一定値とすると、「C/2k-1」のキャパシタから「C/2k」のキャパシタへの接続切替後の信号入力部の電圧変化量は「A/2」となる。従って、駆動時間T1に対する時間の変化量dは、自然対数で「τ×ln2」と表せる。
When the driving time of a certain switch group is T1, and the difference between the voltage change amount of the signal input unit at “t = T1” and the target voltage change amount “A / 2 k−1 ” is equal to or less than ΔV, T1 is , “Τ × ln (A / ΔV)”.
In the present invention, the capacitance of the second to (n−1) th capacitors is set to a value obtained by weighting the reference capacitance C by the reciprocal of a power of 2. Therefore, if τ is a constant value, “C The voltage change amount of the signal input section after the connection switching from the capacitor of “/ 2 k−1 ” to the capacitor of “C / 2 k ” is “A / 2”. Therefore, the amount of change d with respect to the driving time T1 can be expressed as “τ × ln2” in natural logarithm.
〔発明3〕 更に、発明3の逐次比較型A/D変換器は、発明1又は2の逐次比較型A/D変換器において、
前記nビットが2(m+1)ビット(mは自然数)の場合に、最上位ビットの比較判定時の前記クロック信号の立ち上がりエッジを第1立ち上がりエッジとして、第z(zは、2≦z≦2(m+1)の自然数)立ち上がりエッジに対して、下式(1)で算出される遅延量で前記クロック信号を遅延させる。
遅延量={(z−1)×m−(z−2)×(z−1)/2}×d ・・・(1)
このような構成であれば、nビットの逐次比較型A/D変換器において、各ビットの判定動作に必要な遅延量として、適切な遅延量を簡易に設定することができるという効果が得られる。
[Invention 3] Further, the successive approximation A / D converter of
When the n bits are 2 (m + 1) bits (m is a natural number), the rising edge of the clock signal at the time of comparing and determining the most significant bit is set as the first rising edge, and z (z is 2 ≦ z ≦ 2) (M + 1) (natural number) The clock signal is delayed by a delay amount calculated by the following equation (1) with respect to the rising edge.
Delay amount = {(z−1) × m− (z−2) × (z−1) / 2} × d (1)
With such a configuration, in the n-bit successive approximation A / D converter, it is possible to easily set an appropriate delay amount as a delay amount necessary for the determination operation of each bit. .
〔発明4〕 更に、発明4の逐次比較型A/D変換器は、発明1乃至3のいずれか1の逐次比較型A/D変換器において、
前記比較器は、前記n個のキャパシタの保持電位と当該比較器の信号入力部に形成された電荷を保持可能なストレージノードの保持電位との差の電位である入力電位と、参照電位とを比較するようになっている。
このような構成であれば、スイッチ群を切替後において、n個のキャパシタが電荷再分配後に、ストレージノードに、電荷再分配後のn個のキャパシタの保持電位と切替前のストレージノードの保持電位との差の電位を比較器の入力電位として保持することができる。
[Invention 4] Further, the successive approximation A / D converter according to
The comparator has an input potential which is a difference potential between a holding potential of the n capacitors and a holding potential of a storage node capable of holding a charge formed in a signal input portion of the comparator, and a reference potential. It comes to compare.
In such a configuration, after switching the switch group, after the n capacitors are redistributed, the storage node has the holding potential of the n capacitors after the charge redistribution and the holding potential of the storage node before the switching. Can be held as the input potential of the comparator.
以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。図1〜図9は、本発明に係る逐次比較型A/D変換器の実施形態を示す図である。
まず、本発明に係る逐次比較型A/D変換器の構成を図1に基づき説明する。図1は、本発明の逐次比較型A/D変換器1の構成を示す図である。
逐次比較型A/D変換器1は、アナログ入力信号Ainを、nビット(nは3以上の自然数)のデジタル出力信号VoutへとA/D変換するものであって、図1に示すように、制御部101と、出力レジスタ102と、コンパレータ104とを含んで構成される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 to 9 are diagrams showing an embodiment of a successive approximation A / D converter according to the present invention.
First, the configuration of the successive approximation A / D converter according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a successive approximation A /
The successive approximation A /
更に、逐次比較型A/D変換器1は、スイッチ103a〜103cと、スイッチ群105_1〜105_(n−1)と、キャパシタ106_1〜106_nと、ストレージノードSNとを含んで構成される。
キャパシタ106_1は、静電容量が基準容量Cに設定されたキャパシタである。また、キャパシタ106_2〜106_(n−1)は、静電容量がそれぞれ、基準容量Cを2の累乗の逆数で重み付けした容量(C/2,C/4,・・・,C/2n-2)に設定されたキャパシタである。また、キャパシタ106_nは、静電容量が、キャパシタ106_(n−1)と同じ、基準容量Cを「1/2n-2」で重み付けした容量「C/2n-2」に設定されたキャパシタである。
Further, the successive approximation A /
The capacitor 106_1 is a capacitor whose electrostatic capacity is set to the reference capacitance C. Capacitors 106_2 to 106_ (n−1) have capacitances (C / 2, C / 4,..., C / 2 n−) in which the capacitance is weighted by the reciprocal of the reference capacitance C to the power of 2, respectively. 2 ) Capacitor set to. Further, the capacitor 106_n has the same capacitance as the capacitor 106_ (n-1), and has a capacitance “C / 2 n-2 ” obtained by weighting the reference capacitance C by “1/2 n-2 ”. It is.
例えば、「n=6」の場合に、キャパシタ106_1〜106_6の静電容量はそれぞれ、「C,C/2,C/4,C/8,C/16,C/16」となる。
スイッチ群105_1〜105_(n−1)は、各々が、スイッチ103d_k(kは、1〜(n−1)の自然数)と、スイッチ103e_kと、スイッチ103f_kとの3つのスイッチを含んで構成される。
For example, when “n = 6”, the capacitances of the capacitors 106_1 to 106_6 are “C, C / 2, C / 4, C / 8, C / 16, C / 16”, respectively.
Each of the switch groups 105_1 to 105_ (n−1) includes three switches, which are a switch 103d_k (k is a natural number of 1 to (n−1)), a switch 103e_k, and a switch 103f_k. .
具体的に、スイッチ群105_1〜105_(n−1)は、各スイッチ群と末尾(1〜(n−1))が同じ番号となるスイッチ103d_k〜103f_kを含んで構成される。
例えば、スイッチ群105_1であれば、スイッチ103d_1、スイッチ103e_1及びスイッチ103f_1の3つを含んで構成される。また、スイッチ群105_(n−1)であれば、スイッチ103d_(n−1)、スイッチ103e_(n−1)及びスイッチ103f_(n−1)の3つを含んで構成される。
Specifically, the switch groups 105_1 to 105_ (n−1) are configured to include switches 103d_k to 103f_k having the same numbers at the end (1 to (n−1)) as the switch groups.
For example, the switch group 105_1 includes three switches, a switch 103d_1, a switch 103e_1, and a switch 103f_1. In addition, the switch group 105_ (n−1) includes the switch 103d_ (n−1), the switch 103e_ (n−1), and the switch 103f_ (n−1).
また、スイッチ103d_k〜103f_kは、MOSトランジスタなどのスイッチング素子から構成され、それぞれの右端が接続された共通端子Oを備えている。
スイッチ103d_1〜103d_(n−1)の左端には端子Cが形成され、スイッチ103e_1〜103e_(n−1)の左端には端子Pが形成され、スイッチ103f_1〜103f_(n−1)の左端には端子Nが形成されている。
スイッチ103d_k〜103f_kの共通端子Oは、それぞれ第kのキャパシタの左端と接続されている。
Further, the switches 103d_k to 103f_k are configured by switching elements such as MOS transistors, and include a common terminal O to which each right end is connected.
A terminal C is formed at the left end of the switches 103d_1 to 103d_ (n−1), a terminal P is formed at the left end of the switches 103e_1 to 103e_ (n−1), and a left end of the switches 103f_1 to 103f_ (n−1). Has a terminal N formed thereon.
The common terminals O of the switches 103d_k to 103f_k are each connected to the left end of the kth capacitor.
具体的に、スイッチ103d_1〜103f_1の共通端子Oは、キャパシタ106_1の左端に、スイッチ103d_2〜103f_2の共通端子Oは、キャパシタ106_2の左端に、・・・、スイッチ103d_(n−1)〜103f_(n−1)の共通端子Oは、キャパシタ106_(n−1)の左端に接続されている。
スイッチ103d_1〜103d_(n−1)の端子Cは、スイッチ103b及び103cの右端に接続されている。
Specifically, the common terminal O of the switches 103d_1 to 103f_1 is at the left end of the capacitor 106_1, the common terminal O of the switches 103d_2 to 103f_2 is at the left end of the capacitor 106_2,..., The switches 103d_ (n−1) to 103f_ ( The common terminal O of (n-1) is connected to the left end of the capacitor 106_ (n-1).
A terminal C of the switches 103d_1 to 103d_ (n−1) is connected to the right ends of the
また、スイッチ103e_1〜103e_(n−1)の端子Pは、電位VCを基準とした正側のフルスケール基準電位VRPの電源ノード(以下、電源ノードVRPと称す)に接続されている。
また、スイッチ103f_1〜103f_(n−1)の端子Nは、VCを基準とした負側のフルスケール基準電位VRNの電源ノード(以下、電源ノードVRNと称す)に接続されている。
つまり、本実施形態において、電位VC(本実施形態では0[V])を基準(中心)として、負側の電位VRN〜正側の電位VRPの範囲がフルスケール基準電位の範囲となる。
The terminals P of the switches 103e_1 to 103e_ (n-1) are connected to a power supply node (hereinafter referred to as a power supply node VRP) of the positive full-scale reference potential VRP with respect to the potential VC.
Further, the terminals N of the switches 103f_1 to 103f_ (n−1) are connected to a power supply node (hereinafter referred to as a power supply node VRN) of the negative full-scale reference potential VRN with reference to VC.
In other words, in the present embodiment, the range from the negative potential VRN to the positive potential VRP is the full scale reference potential range with the potential VC (0 [V] in the present embodiment) as the reference (center).
そして、スイッチ103d_1〜103d_(n−1)は、制御部101からの制御信号CTRLに応じてオン・オフの状態を切り替え、オン状態のときに、端子Cと端子Oとを短絡する。これにより、キャパシタ106_1〜106_(n−1)の左端を、キャパシタ106_nの左端と、スイッチ103b及び103cの右端とに接続する。
また、スイッチ103e_1〜103e_(n−1)は、制御部101からの制御信号CTRLに応じてオン・オフの状態を切り替え、オン状態のときに、端子Pと端子Oとを短絡する。これにより、キャパシタ106_1〜106_(n−1)の左端を、電源ノードVRPに接続する。
The switches 103d_1 to 103d_ (n−1) switch the on / off state in accordance with the control signal CTRL from the
Further, the switches 103e_1 to 103e_ (n−1) switch on / off according to the control signal CTRL from the
また、スイッチ103f_1〜103f_(n−1)は、制御部101からの制御信号CTRLに応じてオン・オフを切り替え、オン状態のときに、端子Nと端子Oとを短絡する。これにより、キャパシタ106_1〜106_(n−1)の左端を、電源ノードVRNに接続する。
ストレージノードSNは、キャパシタ106_1〜106_nの右端と、コンパレータ104の反転入力端子と、スイッチ103aの上端との接続点に形成された、電荷を保存可能なノードである。
The switches 103f_1 to 103f_ (n−1) are switched on / off according to the control signal CTRL from the
The storage node SN is a node that can store charges, formed at a connection point between the right ends of the capacitors 106_1 to 106_n, the inverting input terminal of the
スイッチ103aは、MOSトランジスタなどのスイッチング素子から構成され、上端がストレージノードSNに接続され、下端が電位VCの電源ノード(以下、電源ノードVCと称す)に接続されている。そして、制御部101からの制御信号CTRLに応じてオン・オフの状態を切り替え、オン状態のときに、ストレージノードSNを電源ノードVCに接続する。
The
スイッチ103cは、MOSトランジスタなどのスイッチング素子から構成され、右端がスイッチ103bの右端と、スイッチ103d_1〜103d_(n−1)の端子Cとにそれぞれ接続され、左端がアナログ入力信号Ainの入力ノードに接続されている。そして、制御部101からの制御信号CTRLに応じてオン・オフの状態を切り替え、オン状態のときに、スイッチ103d_1〜103d_(n−1)の端子Cをアナログ入力信号Ainの入力ノードに接続する。
Switch 103 c is composed of switching elements such as MOS transistors, and the right end of the
スイッチ103bは、MOSトランジスタなどのスイッチング素子から構成され、右端がスイッチ103cの右端とスイッチ103d_1〜103d_(n−1)の端子Cとに接続され、左端が電源ノードVCに接続されている。そして、制御部101からの制御信号CTRLに応じてオン・オフを切り替え、オン状態のときに、スイッチ103d_1〜103d_(n−1)の端子Cを電源ノードVCに接続する。
Switch 103 b is composed of switching elements such as MOS transistors, the right end is connected to the terminal C of the right and the switch 103d_1~
なお、スイッチ103bとスイッチ103cとは同時にオン状態とならないようにスイッチング動作が制御(ノンオーバーラップ制御)される。
制御部101は、スイッチ103a〜103c、及びスイッチ群105_1〜105_(n−1)を構成する各スイッチのスイッチング動作を制御する制御信号CTRL105_1〜105_(n−1)を生成する機能を有している。更に、制御部101は、コンパレータ104及び出力レジスタ102の動作を制御する遅延クロック信号DCLKを生成する機能を有している。
Note that the switching operation is controlled (non-overlap control) so that the
The
出力レジスタ102は、コンパレータ104の出力する比較判定結果を示す信号の値(DO1〜DOn)を保持する機能と、保持した判定結果DO1〜DOnに基づき公知の方法を用いてnビットのデジタル出力信号Voutを出力する機能とを有している。
コンパレータ104は、制御部101からの遅延クロック信号DCLKの立ち上がりエッジに応じて、反転入力端子の入力電位VSNと参照電位VCとを比較する。そして、「VSN<VC」のときは、判定出力DON(Nは1〜nの自然数)として、ハイレベルの信号(「DON=1」)を出力する。また、「VSN≧VC」のときは、判定出力DONとして、ローレベルの信号(「DON=0」)を出力する。
The output register 102 holds a value (DO1 to DOn) of a signal indicating the comparison determination result output from the
The
次に、図2に基づき、制御部101からスイッチ群105_1〜105_(n−1)に供給される制御信号CTRL105_1〜105_(n−1)について説明する。
ここで、図2(a)は、各ビット判定時間に必要な最小時間を説明するための図であり、(b)は、各ビット判定毎の制御期間の差を説明するための図である。
図2(a)に示す波形は、制御信号CTRL105_1〜105_(n−1)のハイレベルの区間を含む一部分を示す波形である。このハイレベルの区間(H区間)は、スイッチ群105_1〜105_(n−1)の制御期間を表す。
図2(a)に示すように、制御期間(H区間)の時間をTkとすると、時間Tkの区間は、時間Tcと、時間Tlと、時間Ts_kとの3つの時間区間に分類することができる。
Next, the control signals CTRL 105_1 to 105_ (n−1) supplied from the
Here, FIG. 2A is a diagram for explaining the minimum time required for each bit determination time, and FIG. 2B is a diagram for explaining a difference in control period for each bit determination. .
The waveform shown in FIG. 2A is a waveform showing a part including a high level section of the control signals CTRL 105_1 to 105_ (n−1). This high level section (H section) represents the control period of the switch groups 105_1 to 105_ (n−1).
As shown in FIG. 2A, when the time of the control period (H section) is Tk, the section of time Tk can be classified into three time sections of time Tc, time Tl, and time Ts_k. it can.
時間Tcは、コンパレータ104の判定にかかる有限の時間である。
なお、時間Tcは、上位ビットから順に、第1ビットから第nビットまでのコンパレータ104の各比較判定動作である第1判定から第n判定までの各判定時において全て同じ時間となる。
また、時間Tlは、コンパレータ104の判定結果を受けて制御部101が、切替対象のスイッチ群105_kを制御する制御信号CTRL105_kを出力し、制御信号CTRL105_kがスイッチ群105_kに反映されそのスイッチ切替が行われるまでの有限の時間である。なお、時間Tlは、第1判定から第n判定までの各判定時において全て同じ時間となる。
The time Tc is a finite time required for the determination by the
Note that the time Tc is the same for all the determinations from the first determination to the nth determination, which are the comparison determination operations of the
In response to the determination result of the
また、時間Ts_kは、スイッチ群105_kの切替に伴い、キャパシタ106_kの左端の接続先が変更され電荷再分配によりストレージノードSNの電圧が十分にセトリングするまでの有限の時間である。
なお、時間Ts_kは、第1ビットから第nビットまでの各ビット判定毎に再分配される電荷量が変化するため、各ビット判定毎に差が生じる。
The time Ts_k is a finite time until the connection destination at the left end of the capacitor 106_k is changed with the switching of the switch group 105_k and the voltage of the storage node SN is sufficiently settled by charge redistribution.
Note that the amount of charge redistributed for each bit determination from the 1st bit to the nth bit changes in the time Ts_k, and therefore a difference occurs for each bit determination.
例えば、制御信号CTRL105_1に応じて、時間Tlの区間において、スイッチ群105_1におけるスイッチ103d_1がオフに切り替わり、スイッチ103e_1又は103f_1がオンに切り替わったとする。この切替処理によって、キャパシタ106_1の左端が、電源ノードVRP又はVRNのいずれか一方に接続される。
この場合に、スイッチ103d_1〜103f_1の前記切替によって生じる電荷再分配により、ストレージノードSNの電圧が「+VR/2」又は「−VR/2」だけ変化する。つまり、電荷再分配によって、電位の変位分「+VR/2」又は「−VR/2」に応じた電荷量の電荷の移動が発生する。
For example, it is assumed that the switch 103d_1 in the switch group 105_1 is turned off and the switch 103e_1 or 103f_1 is turned on in the period of time Tl in accordance with the control signal CTRL105_1. By this switching process, the left end of the capacitor 106_1 is connected to either the power supply node VRP or VRN.
In this case, the charge redistribution caused by the switching of the switches 103d_1 to 103f_1 changes the voltage of the storage node SN by “+ VR / 2” or “−VR / 2”. In other words, the charge redistribution causes the movement of the charge amount corresponding to the potential displacement “+ VR / 2” or “−VR / 2”.
引き続き、スイッチ群105_1のスイッチの状態をそのままに、制御信号CTRL105_2に応じて、時間Tlの区間において、スイッチ群105_2におけるスイッチ103d_2がオフに切り替わり、スイッチ103e_2又は103f_2がオンに切り替わったとする。この切替処理によって、キャパシタ106_2の左端が、電源ノードVRP又はVRNのいずれか一方に接続される。 Subsequently, it is assumed that the switch 103d_2 in the switch group 105_2 is turned off and the switch 103e_2 or 103f_2 is turned on in the section of the time Tl in accordance with the control signal CTRL 105_2 while keeping the switch state of the switch group 105_1. By this switching process, the left end of the capacitor 106_2 is connected to either the power supply node VRP or VRN.
この場合に、スイッチ103d_2〜103f_2の前記切替によって生じる電荷再分配によりストレージノードSNの電圧が更に「+VR/4」又は「−VR/4」だけ変化する。つまり、電荷再分配によって、電位の変位分「+VR/4」又は「−VR/4」に応じた電荷量の電荷の移動が発生する。
このように、スイッチの切替によって移動する電荷の量が変化するため、ストレージノードSNの電位がセトリングするまでにかかる時間も変化する。
In this case, the voltage of the storage node SN further changes by “+ VR / 4” or “−VR / 4” due to the charge redistribution caused by the switching of the switches 103d_2 to 103f_2. In other words, the charge redistribution causes the movement of the charge amount corresponding to the potential displacement “+ VR / 4” or “−VR / 4”.
As described above, since the amount of the electric charge that moves is changed by switching the switch, the time taken for the potential of the storage node SN to settle also changes.
ここで、第(p−1)判定時刻から第p判定時刻までの時間をT(p−1)と表すと(pは2〜nの自然数)、例えば、「p=2」の場合は、第1判定時刻から第2判定時刻までの時間T1となる。また、「p=n」の場合は、第(n−1)判定時刻から第n判定時刻までの時間T(n−1)となる。この場合に、T1=Tc+Tl+Ts_1、T(n−1)=Tc+Tl+Ts_(n−1)となる。 Here, when the time from the (p−1) th determination time to the pth determination time is expressed as T (p−1) (p is a natural number of 2 to n), for example, when “p = 2”, It is a time T1 from the first determination time to the second determination time. Further, in the case of “p = n”, it is a time T (n−1) from the (n−1) th determination time to the nth determination time. In this case, T1 = Tc + Tl + Ts_1 and T (n-1) = Tc + Tl + Ts_ (n-1).
次に、図2(b)に基づき、時間Ts_kにおける電荷再分配によるストレージノードSNの電位のセトリングに必要な時間について説明する。図2(b)において、横軸が時間を表し、縦軸がストレージノードSNの電圧の変化量を表す。本実施形態では、各ビット判定時において要求されるセトリング精度は一定であり、ここでは一例としてΔVとする。 Next, based on FIG. 2B, the time required for settling the potential of the storage node SN by charge redistribution at time Ts_k will be described. In FIG. 2B, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the amount of change in the voltage of the storage node SN. In the present embodiment, the settling accuracy required at the time of each bit determination is constant, and here is ΔV as an example.
第1判定後、Ts_1においてスイッチ群105_1によって切り替えられるキャパシタ106_1の容量はCであり、その変化量に対するストレージノードSNの電圧の変化量をAで表すと、ストレージノードSNの電圧変化量の時間変化は次式で表される。
Vsn=A×{1−exp(−t/τ)} ・・・(2)
ここで、上式(2)において、VsnはストレージノードSNの電圧変化量、τはキャパシタ106_1〜106_(n−1)とスイッチ群105_1〜105_(n−1)を構成するスイッチのオン抵抗に依存し、ここでは便宜上常に一定値とする。
After the first determination, the capacitance of the capacitor 106_1 that is switched by the switch group 105_1 at Ts_1 is C. When the amount of change in the voltage of the storage node SN with respect to the amount of change is represented by A, the time change of the amount of change in the voltage of the storage node SN Is expressed by the following equation.
Vsn = A × {1-exp (−t / τ)} (2)
Here, in the above equation (2), Vsn is the voltage change amount of the storage node SN, and τ is the on resistance of the switches constituting the capacitors 106_1 to 106_ (n−1) and the switch groups 105_1 to 105_ (n−1). Here, it is always a constant value for convenience.
図2(b)に示すように、「t=Ts_1(k=1)」におけるストレージノードSNの電圧の変化量と、目標値「A/2(k−1)」との差がΔV以下となることから、必要とされる最低のTs_1は次式(3)で表される。
ΔV≧A−A×{1−exp(−Ts_1/τ)}
A−ΔV≦A×{1−exp(−Ts_1/τ)}
Ts_1≧τ×ln(A/ΔV) ・・・(3)
上式(3)において、「τ×ln(A/ΔV)=Tx」とおくと、下式(4)が得られる。
Ts_1≧Tx ・・・(4)
As shown in FIG. 2B, the difference between the amount of change in the voltage of the storage node SN at “t = Ts_1 (k = 1)” and the target value “A / 2 (k−1) ” is ΔV or less. Therefore, the minimum required Ts_1 is expressed by the following equation (3).
ΔV ≧ A−A × {1-exp (−Ts — 1 / τ)}
A−ΔV ≦ A × {1−exp (−Ts — 1 / τ)}
Ts_1 ≧ τ × ln (A / ΔV) (3)
In the above equation (3), when “τ × ln (A / ΔV) = Tx” is set, the following equation (4) is obtained.
Ts_1 ≧ Tx (4)
第2判定後、Ts_2においてスイッチ群105_2によって切り替えられるキャパシタ106_2の容量は「C/2」であり、その変化量に対するSNの電圧の変化量は「A/2」で表されるので、ストレージノードSNの電圧変化量の時間変化は次式(5)で表される。
Ts_2≧τ×{ln(A/ΔV)−ln2} ・・・(5)
上式(5)において、「τ×ln2=d」とおくと、下式(6)が得られる。
Ts_2≧Tx−d ・・・(6)
After the second determination, the capacitance of the capacitor 106_2 switched by the switch group 105_2 at Ts_2 is “C / 2”, and the change amount of the SN voltage with respect to the change amount is represented by “A / 2”. The time change of the voltage change amount of SN is expressed by the following equation (5).
Ts_2 ≧ τ × {ln (A / ΔV) −ln2} (5)
In the above equation (5), when “τ × ln2 = d” is set, the following equation (6) is obtained.
Ts_2 ≧ Tx−d (6)
同様に、第(n−1)判定後、Ts_(n−1)においてスイッチ群105_(n−1)によって切替られるキャパシタ106_(n−1)の容量は「C/2(n−2)」である。従って、その変化量に対するストレージノードSNの電圧の変化量は「A/2(n−2)」で表されるので、ストレージノードSNの電圧変化量の時間変化は次式(7)で表される。
Ts_(n−1)>Tx−(n−2)×d ・・・(7)
以上より、時間Tkは、その判定ビットが1ビット下がると、時間Ts_kが一定の時間dだけ短くなる。すなわち、時間Tkが一定の時間dだけ短くなる。
Similarly, after the (n−1) th determination, the capacitance of the capacitor 106_ (n−1) switched by the switch group 105_ (n−1) in Ts_ (n−1) is “C / 2 (n−2) ”. It is. Therefore, since the change amount of the voltage of the storage node SN with respect to the change amount is represented by “A / 2 (n−2) ”, the time change of the voltage change amount of the storage node SN is represented by the following equation (7). The
Ts_ (n−1)> Tx− (n−2) × d (7)
As described above, the time Tk is shortened by the constant time d when the determination bit is lowered by one bit. That is, the time Tk is shortened by a certain time d.
次に、図3〜図7に基づき、制御部101の詳細な構成を説明する。
ここで、図3は、制御部101の内部構成を示すブロック図である。また、図4は、遅延量制御回路301の内部構成を示すブロック図である。また、図5は、カウンタ値と付加遅延量との関係の一例を示す図である。また、図6は、任意遅延回路302の回路構成の一例を示す図である。また、図7は、カウンタ値と遅延量制御信号φ1〜φ4との関係の一例を示す図である。また、図8は、制御信号生成回路303の内部構成を示すブロック図である。
Next, a detailed configuration of the
Here, FIG. 3 is a block diagram showing an internal configuration of the
図3に示すように、制御部101は、遅延量制御回路301と、任意遅延回路302と、制御信号生成回路303とを含んで構成され、遅延量制御回路301と任意遅延回路302とには、外部の発振器からクロック信号MCLKが供給されている。
遅延量制御回路301は、図4に示すように、カウンタ301aと、制御回路301bとを含んで構成される。
カウンタ301aは、発振器から供給されるクロック信号MCLKの立ち上がりエッジをカウントし、初期値「0」から「1」ずつアップカウントし、カウント値(n−1)で初期値「0」にリセットするカウントアップ動作を繰り返し行うものである。
As shown in FIG. 3, the
As shown in FIG. 4, the delay
The
制御回路301bは、カウンタ301aから出力されるカウント値(以下、カウンタ値と称す)に基づき、任意遅延回路302の遅延量が、カウンタ値に対応して予め設定された遅延量となるように任意遅延回路302の動作を制御する遅延量制御信号φ1〜φL(Lは自然数であり、任意遅延回路の構成に依存した数となる)を生成するものである。
Based on a count value (hereinafter referred to as a counter value) output from the
本実施形態においては、nビットの逐次比較型A/D変換器1において、「n=2×(m+1)(mは自然数)」として、図5に示すように、カウンタ301aのカウンタ値に対して、クロック信号MCLKに付加する付加遅延量が設定される。
具体的に、図5に示すように、カウンタ値「0」のときは付加遅延量「0」、カウンタ値「1」のときは付加遅延量「m×d」、カウント値「2」のときは付加遅延量「(m+(M−1))×d」、・・・、カウンタ値「2×(m+1)」のときは付加遅延量「0」といったように設定される。
なお、図5の関係は、下式(8)で表すことができる。
付加遅延量={(Z−1)×m−(Z−2)×(Z−1)/2}×d ・・・(8)
上式(8)において、Zはカウンタ301aのカウンタ値であって、「0〜2×(m+1)」の自然数である。
In the present embodiment, in the n-bit successive approximation A /
Specifically, as shown in FIG. 5, when the counter value is “0”, the additional delay amount is “0”, when the counter value is “1”, the additional delay amount is “m × d”, and when the count value is “2”. Is set such that the additional delay amount is “(m + (M−1)) × d”,..., And when the counter value is “2 × (m + 1)”, the additional delay amount is “0”.
The relationship of FIG. 5 can be expressed by the following formula (8).
Additional delay amount = {(Z−1) × m− (Z−2) × (Z−1) / 2} × d (8)
In the above equation (8), Z is a counter value of the
次に、図6に基づき、ビット数nを6ビット(m=2)とした場合の逐次比較型A/D変換器1に対応する任意遅延回路302の構成例を説明する。
任意遅延回路302は、図6に示すように、遅延回路として各々が入力信号に対して遅延量dを付加して正転出力するバッファ回路304_1〜304_3と、MOSトランジスタ等から構成されるスイッチ305_1〜305_5とを含んで構成される。なお、遅延回路として、入力信号を遅延して正転出力するバッファ回路に限らず、入力信号を遅延して反転出力するインバータ回路など他の回路を用いてもよい。
Next, a configuration example of the
As shown in FIG. 6, the
バッファ回路304_1の入力端は、スイッチ305_2の右端に接続され、バッファ回路304_1の出力端は、バッファ回路304_2の入力端に接続されている。
バッファ回路304_2の出力端は、スイッチ305_3及び305_5の左端に接続され、スイッチ305_3の右端は、バッファ回路304_3の入力端に接続されている。
バッファ回路304_3の出力端は、スイッチ305_4の左端に接続され、スイッチ305_4の右端は、スイッチ305_1及び305_5の右端に接続され、スイッチ305_1の左端は、クロック信号MCLKの入力ノードと、スイッチ305_2の左端とに接続されている。
The input end of the buffer circuit 304_1 is connected to the right end of the switch 305_2, and the output end of the buffer circuit 304_1 is connected to the input end of the buffer circuit 304_2.
The output end of the buffer circuit 304_2 is connected to the left ends of the switches 305_3 and 305_5, and the right end of the switch 305_3 is connected to the input end of the buffer circuit 304_3.
The output end of the buffer circuit 304_3 is connected to the left end of the switch 305_4. The right end of the switch 305_4 is connected to the right ends of the switches 305_1 and 305_5. The left end of the switch 305_1 is the input node of the clock signal MCLK and the left end of the switch 305_2. And connected to.
また、図6に示すように、スイッチ305_1は、遅延量制御信号φ1により制御され、スイッチ305_2は、遅延量制御信号φ2により制御され、スイッチ305_5は、遅延量制御信号φ3により制御される。また、スイッチ305_3及び305_4は、遅延量制御信号φ4により制御される。
従って、任意遅延回路302が図6に示す構成である場合に、遅延量制御回路301は、遅延量制御信号φ1〜φ4(L=4)を生成する。
また、ビット数nを6とした場合に、カウンタ値と、スイッチ305_1〜305_5のオン・オフと、付加遅延量との関係は図7に示すようになる。
Further, as shown in FIG. 6, the switch 305_1 is controlled by a delay amount control signal φ1, the switch 305_2 is controlled by a delay amount control signal φ2, and the switch 305_5 is controlled by a delay amount control signal φ3. The switches 305_3 and 305_4 are controlled by a delay amount control signal φ4.
Therefore, when the
When the number of bits n is 6, the relationship between the counter value, the on / off of the switches 305_1 to 305_5, and the additional delay amount is as shown in FIG.
ここで、遅延量制御回路301は、nが6の場合に、カウンタ値0を初期値として、カウンタ値「5」まで1ずつアップカウントし、カウンタ値「5」で「0」にリセットするカウントアップ動作を繰り返し行う。
そして、図7に示すように、カウンタ値が「0」及び「5」のときに、付加遅延量が「0」となるように、スイッチ305_1をオン状態にする遅延量制御信号φ1と、スイッチ305_2〜305_5をオフ状態にする遅延量制御信号φ2〜φ4とを生成する。
Here, when n is 6, the delay
Then, as shown in FIG. 7, when the counter value is “0” and “5”, the delay amount control signal φ1 for turning on the switch 305_1 so that the additional delay amount becomes “0”, and the switch Delay amount control signals φ2 to φ4 that turn off 305_2 to 305_5 are generated.
また、カウンタ値が「1」及び「4」のときに、付加遅延量が「2d」となるように、スイッチ305_1をオフ状態にする遅延量制御信号φ1と、スイッチ305_2及び305_5をオン状態にする遅延量制御信号φ2及びφ3と、スイッチ305_3及び305_4をオフにする遅延量制御信号φ4とを生成する。
また、カウンタ値が「2」及び「3」のときに、付加遅延量が「3d」となるように、スイッチ305_1をオフ状態にする遅延量制御信号φ1と、スイッチ305_5をオフ状態にする遅延量制御信号φ3と、スイッチ305_2、305_3及び305_4をオン状態にする遅延量制御信号φ2及びφ4とを生成する。
Further, when the counter value is “1” and “4”, the delay amount control signal φ1 for turning off the switch 305_1 and the switches 305_2 and 305_5 are turned on so that the additional delay amount becomes “2d”. The delay amount control signals φ2 and φ3 to be generated and the delay amount control signal φ4 to turn off the switches 305_3 and 305_4 are generated.
Further, when the counter value is “2” and “3”, the delay amount control signal φ1 for turning off the switch 305_1 and the delay for turning off the switch 305_5 so that the additional delay amount becomes “3d”. An amount control signal φ3 and delay amount control signals φ2 and φ4 that turn on the switches 305_2, 305_3, and 305_4 are generated.
次に、図8に基づき、制御信号生成回路303の内部構成を説明する。
図8に示すように、制御信号生成回路303は、制御回路303aと、遅延クロック信号DCLKの伝送経路303bとを含んで構成される。
制御回路303aは、コンパレータ104からの比較判定結果Dkと、遅延クロック信号DCLKとに基づき、スイッチ群105_1〜105_(n−1)のスイッチング動作を制御する制御信号CTRL105_1〜105_(n−1)を生成する。
Next, the internal configuration of the control
As shown in FIG. 8, the control
The
なお、制御信号CTRL105_1〜105_(n−1)はそれぞれ、末尾の番号が同じスイッチ群105_1〜105_(n−1)を構成する各スイッチのスイッチング動作を制御する信号となる。
伝送経路303bは、任意遅延回路302から供給される遅延クロック信号DCLKを、そのまま出力レジスタ102及びコンパレータ104に供給するための経路である。
Note that the control signals CTRL 105_1 to 105_ (n−1) are signals for controlling the switching operation of the switches constituting the switch groups 105_1 to 105_ (n−1) having the same suffix number.
The
具体的に、制御回路303aは、切替対象のスイッチ群105_kに対しては、遅延クロック信号DCLKの立ち上がりエッジで立ち上がり、遅延クロック信号DCLKの次の立ち上がりエッジで立ち下がる制御信号CTRL105_kを生成する。
また、カウンタ値「1」〜「n−1」はそれぞれ、末尾の番号が同じスイッチ群105_1〜105_(n−1)に対応している。
Specifically, for the switch group 105_k to be switched, the
Further, the counter values “1” to “n−1” respectively correspond to the switch groups 105_1 to 105_ (n−1) having the same end number.
例えば、カウンタ値が「1」のときに、切替対象のスイッチ群はスイッチ群105_1となる。
そして、制御回路303aは、任意遅延回路302から供給される遅延クロック信号DCLKの第1立ち上がりエッジで立ち上がり、第2立ち上がりエッジで立ち下がる制御信号CTRL105_1を生成する。つまり、制御信号CTRL105_1は、遅延クロック信号DCLKの第1立ち上がりエッジから第2立ち上がりエッジまでの期間(時間Tk)においてハイレベルとなる信号波形を有する。
For example, when the counter value is “1”, the switch group to be switched is the switch group 105_1.
Then, the
また、遅延クロック信号DCLKは、カウンタ値によって遅延量が異なるため、制御信号CTRL105_1〜105_(n−1)はそれぞれ、ハイレベルの時間Tkの長さが予め設定された遅延量に応じた長さとなる。
具体的に、ビット数nが6の場合に、制御信号CTRL105_1〜CTRL105_5(カウンタ値1〜5)に対する遅延クロック信号DCLKの遅延量は、図7に示すように、「2×d」、「3×d」、「3×d」、「2×d」、「0」となる。
Further, since the delay amount of the delayed clock signal DCLK varies depending on the counter value, the control signals CTRLs 105_1 to 105_ (n−1) have a length corresponding to the delay amount in which the length of the high level time Tk is set in advance. Become.
Specifically, when the number of bits n is 6, the delay amount of the delayed clock signal DCLK with respect to the control signals CTRL105_1 to CTRL105_5 (counter values 1 to 5) is “2 × d”, “3” as shown in FIG. × d ”,“ 3 × d ”,“ 2 × d ”,“ 0 ”.
次に、図9に基づき、本実施形態の動作を説明する。
ここで、図9は、制御部101の各種入出力信号のタイミングチャートの一例である。
以下、ビット数nを6(m=2)として、6ビットの逐次比較型A/D変換器1について動作を説明する。なお、アナログ入力信号Ainをキャパシタ106_1〜106_6においてサンプリングした後であって、スイッチ103a及び103cがオフ状態、スイッチ103bがオン状態になった後の動作から説明する。
Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIG.
Here, FIG. 9 is an example of a timing chart of various input / output signals of the
The operation of the 6-bit successive approximation A /
このとき、カウンタ301aのカウンタ値は「0」であり、遅延クロック信号DCLKの第1立ち上がりエッジ(遅延量0)に応じて、コンパレータ104において、ストレージノードSNの電位「−Vin」と参照電位「VC」とが比較判定される。そして、この比較判定結果D1が、制御部101及び出力レジスタ102にそれぞれ出力される。
一方、遅延量制御回路301は、発振器からのクロック信号MCLKの立ち上がりエッジに応じて、カウント値を1カウントアップし、カウンタ値「1」の状態に遷移する。これにより、カウンタ値「1」に対応するスイッチ群105_1に対して予め設定された遅延量「2d」でMCLKを遅延させる遅延量制御信号φ1〜φ4を生成する。
At this time, the counter value of the
On the other hand, the delay
具体的に、図9に示すように、カウンタ値「1」において、ローレベルとなる遅延量制御信号φ1及びφ4と、ハイレベルとなる遅延量制御信号φ2及びφ3とを生成し、生成した遅延量制御信号φ1〜φ4を任意遅延回路302に供給する。
ここでは、遅延量制御信号φ1〜φ4がハイレベルのときに対応するスイッチをオン状態にし、ローレベルのときに対応するスイッチをオフ状態にすることとする。
Specifically, as shown in FIG. 9, delay amount control signals φ1 and φ4 that are low level and delay amount control signals φ2 and φ3 that are high level are generated at the counter value “1”, and the generated delay is generated. The quantity control signals φ1 to φ4 are supplied to the
Here, the corresponding switch is turned on when the delay amount control signals φ1 to φ4 are at the high level, and the corresponding switch is turned off when the delay amount control signals φ1 to φ4 are at the low level.
一方、任意遅延回路302は、カウンタ値「0」において、スイッチ305_1がオン状態で、スイッチ305_2〜305_5がオフ状態となっている。つまり、遅延量「0」の遅延クロック信号DCLKを出力している。
そして、カウンタ値「1」において、遅延量制御回路301から図9に示す遅延量制御信号φ1〜φ4が供給されると、スイッチ305_1をオフ状態に切り替え、スイッチ305_2及び305_5をオン状態に切り替える。
On the other hand, in the
When the delay value control signals φ1 to φ4 shown in FIG. 9 are supplied from the delay
これにより、任意遅延回路302は、スイッチ305_1、305_3及び305_4がオフ状態となり、スイッチ305_2及び305_5がオン状態となり、クロック信号MCLKは、バッファ回路304_1及び304_2の2つのバッファ回路を通って出力される。
つまり、図9に示すように、遅延クロック信号DCLKの第2立ち上がりエッジは、クロック信号MCLKに対して、遅延量「2d」だけ遅延して立ち上がる。
Accordingly, in the
That is, as shown in FIG. 9, the second rising edge of the delayed clock signal DCLK rises with a delay of “2d” from the clock signal MCLK.
そして、この遅延クロック信号DCLKの第2立ち上がりエッジに応じて、コンパレータ104において、ストレージノードSNの電位「−(Vin−VR/2)」又は「−(Vin+VR/2)」と参照電位「VC」とが比較判定される。そして、この比較判定結果D2が、制御部101及び出力レジスタ102にそれぞれ出力される。
一方、制御信号生成回路303は、任意遅延回路302から遅延クロック信号DCLK信号を受けると、制御回路303aにおいて、図9に示すように、遅延クロック信号の第1立ち上がりエッジに応じて立ち上がり、第2立ち上がりエッジで立ち下がる制御信号CTRL105_1を生成する。
Then, in response to the second rising edge of the delayed clock signal DCLK, the
On the other hand, when the control
具体的に、制御信号CTRL105_1は、図9に示すように、クロック信号MCLKの1周期の時間に対して、遅延量「2d」が付加された時間においてハイレベルとなる信号となる。
この比較判定動作は、制御信号CTRL105_1のハイレベル期間T1におけるTcの時間区間内において行われる。
また、図示しないが、制御回路303aは、コンパレータ104から比較判定結果D1を受けると、「D1=0」の場合は、スイッチ群105_1のスイッチ103d_1をオンからオフに切り替え、スイッチ103eをオフからオンに切り替える制御信号CTRLを生成する。
Specifically, as shown in FIG. 9, the control signal CTRL 105_1 becomes a signal that becomes a high level during the time when the delay amount “2d” is added to the time of one cycle of the clock signal MCLK.
This comparison and determination operation is performed within the time interval Tc in the high level period T1 of the control signal CTRL105_1.
Although not illustrated, when the
また、制御回路303aは、「D1=1」の場合は、スイッチ群105_1のスイッチ103d_1をオンからオフに切り替え、スイッチ103fをオフからオンに切り替える制御信号CTRLを生成する。つまり、「D1=0」なら、キャパシタ106_1の左端を電源ノードVRNに接続し、「D1=1」なら、キャパシタ106_1の左端を電源ノードVRPに接続する制御信号を生成する。
Further, when “D1 = 1”, the
これらの制御信号によって、スイッチ群105_1が切り替えられると、キャパシタ106_1の左端の接続先が変更される。この切替は、制御信号CTRL105_1のハイレベル期間T1におけるTlの期間に行われる。そして、スイッチの切替後において、電荷再分配によって、ストレージノードSNの電位が変化し、一定電位に安定するまでの時間(セトリング時間)が、制御信号CTRL105_1のハイレベル期間T1におけるTs_1の期間となる。 When the switch group 105_1 is switched by these control signals, the connection destination at the left end of the capacitor 106_1 is changed. This switching is performed during the period Tl in the high level period T1 of the control signal CTRL105_1. After the switch is switched, the time until the potential of the storage node SN changes due to charge redistribution and stabilizes to a constant potential (settling time) becomes the period of Ts_1 in the high level period T1 of the control signal CTRL105_1. .
引き続き、遅延量制御回路301は、クロック信号MCLKの次の立ち上がりエッジに応じて、カウンタ301aが1カウントアップして、カウンタ値「2」の状態に遷移する。これにより、カウンタ値「2」に対応するスイッチ群105_2に対して予め設定された遅延量「3d」でMCLKを遅延させる遅延量制御信号φ1〜φ4を生成する。
具体的に、図9に示すように、カウンタ値「2」において、ローレベルとなる遅延量制御信号φ1及びφ3と、ハイレベルとなる遅延量制御信号φ2及びφ4とを生成し、生成した遅延量制御信号φ1〜φ4を任意遅延回路302に供給する。
Subsequently, in the delay
Specifically, as shown in FIG. 9, the delay amount control signals φ1 and φ3 that are low level and the delay amount control signals φ2 and φ4 that are high level are generated at the counter value “2”, and the generated delay is generated. The quantity control signals φ1 to φ4 are supplied to the
また、任意遅延回路302は、カウンタ値「1」において、スイッチ305_1、305_3及び305_4がオフ状態となり、スイッチ305_2及び305_5がオン状態となっている。
そして、カウンタ値「2」において、遅延量制御回路301から図9に示す遅延量制御信号φ1〜φ4が供給されると、スイッチ305_5をオフ状態に切り替え、スイッチ305_3及び305_4をオン状態に切り替える。
In the
When the delay amount control signal φ1 to φ4 shown in FIG. 9 is supplied from the delay
これにより、任意遅延回路302は、スイッチ305_1及び305_5がオフ状態となり、スイッチ305_2、305_3及び305_4がオン状態となり、クロック信号MCLKは、バッファ回路304_1〜304_3の3つのバッファ回路を通って出力される。
つまり、図9に示すように、遅延クロック信号DCLKの第3立ち上がりエッジは、クロック信号MCLKに対して、遅延量「3d」だけ遅延して立ち上がる。
Accordingly, in the
That is, as shown in FIG. 9, the third rising edge of the delayed clock signal DCLK rises with a delay amount “3d” from the clock signal MCLK.
そして、この遅延クロック信号DCLKの第3立ち上がりエッジに応じて、コンパレータ104において、ストレージノードSNの電位(略)と参照電位「VC」とが比較判定される。そして、この比較判定結果D3が、制御部101及び出力レジスタ102にそれぞれ出力される。
一方、制御信号生成回路303は、任意遅延回路302から遅延クロック信号DCLK信号を受けると、制御回路303aにおいて、図9に示すように、遅延クロック信号の第2立ち上がりエッジに応じて立ち上がり、第3立ち上がりエッジに応じて立ち下がる制御信号CTRL105_2を生成する。
Then, in accordance with the third rising edge of the delayed clock signal DCLK, the
On the other hand, when the control
具体的に、制御信号CTRL105_2は、図9に示すように、クロック信号MCLKの1周期の時間に対して、遅延量「3d」が付加された時間においてハイレベルとなる信号となる。
また、制御信号CTRLによって、スイッチ群105_2が切り替えられると、キャパシタ106_2の左端の接続先が変更される。この切替は、制御信号CTRL105_2のハイレベル期間T2におけるTlの期間に行われる。そして、スイッチの切替後において、電荷再分配によって、ストレージノードSNの電位が変化し、一定電位に安定するまでの時間(セトリング時間)が、制御信号CTRL105_2のハイレベル期間T2におけるTs_2の期間となる。
Specifically, as shown in FIG. 9, the control signal CTRL 105_2 is a signal that becomes a high level during the time when the delay amount “3d” is added to the time of one cycle of the clock signal MCLK.
Further, when the switch group 105_2 is switched by the control signal CTRL, the connection destination at the left end of the capacitor 106_2 is changed. This switching is performed during the period T1 in the high level period T2 of the control signal CTRL105_2. After the switch is switched, the time until the potential of the storage node SN changes due to charge redistribution and stabilizes to a constant potential (settling time) becomes the period of Ts_2 in the high level period T2 of the control signal CTRL105_2. .
引き続き、遅延量制御回路301は、クロック信号MCLKの次の立ち上がりエッジに応じて、カウンタ301aが1カウントアップして、カウンタ値「3」の状態に遷移する。これにより、カウンタ値「3」に対応するスイッチ群105_3に対して予め設定された遅延量「3d」でMCLKを遅延させる遅延量制御信号φ1〜φ4を生成する。
カウンタ値「3」においては、カウンタ値「2」のときと同様に付加遅延量が「3d」となるので、図9に示すように、カウンタ値「2」のときと同様の遅延量制御信号φ1〜φ4を任意遅延回路302に供給する。
Subsequently, in the delay
In the counter value “3”, the additional delay amount is “3d” as in the case of the counter value “2”. Therefore, as shown in FIG. 9, the same delay amount control signal as in the case of the counter value “2” is obtained. φ1 to φ4 are supplied to the
これにより、図9に示すように、遅延クロック信号DCLKの第4立ち上がりエッジは、クロック信号MCLKに対して、遅延量「3d」だけ遅延して立ち上がる。
そして、この遅延クロック信号DCLKの第4立ち上がりエッジに応じて、コンパレータ104において、ストレージノードSNの電位(略)と参照電位「VC」とが比較判定される。そして、この比較判定結果D4が、制御部101及び出力レジスタ102にそれぞれ出力される。
As a result, as shown in FIG. 9, the fourth rising edge of the delayed clock signal DCLK rises with a delay of “3d” from the clock signal MCLK.
Then, in accordance with the fourth rising edge of the delayed clock signal DCLK, the
一方、制御信号生成回路303は、任意遅延回路302から遅延クロック信号DCLK信号を受けると、制御回路303aにおいて、図9に示すように、遅延クロック信号の第3立ち上がりエッジに応じて立ち上がり、第4立ち上がりエッジに応じて立ち下がる制御信号CTRL105_3を生成する。
具体的に、制御信号CTRL105_3は、図9に示すように、クロック信号MCLKの1周期の時間に対して、遅延量「3d」が付加された時間においてハイレベルとなる信号となる。
On the other hand, when the control
Specifically, as shown in FIG. 9, the
また、制御信号CTRLによって、スイッチ群105_3が切り替えられると、キャパシタ106_3の左端の接続先が変更される。この切替は、制御信号CTRL105_3のハイレベル期間T3におけるTlの期間に行われる。そして、スイッチの切替後において、電荷再分配によって、ストレージノードSNの電位が変化し、一定電位に安定するまでの時間(セトリング時間)が、制御信号CTRL105_3のハイレベル期間T3におけるTs_3の期間となる。 Further, when the switch group 105_3 is switched by the control signal CTRL, the connection destination at the left end of the capacitor 106_3 is changed. This switching is performed during the period T1 in the high level period T3 of the control signal CTRL105_3. After the switch is switched, the time until the potential of the storage node SN changes due to charge redistribution and stabilizes to a constant potential (settling time) becomes the period of Ts_3 in the high level period T3 of the control signal CTRL105_3. .
引き続き、遅延量制御回路301は、クロック信号MCLKの次の立ち上がりエッジに応じて、カウンタ301aが1カウントアップして、カウンタ値「4」の状態に遷移する。これにより、カウンタ値「4」に対応するスイッチ群105_4に対して予め設定された遅延量「2d」でMCLKを遅延させる遅延量制御信号φ1〜φ4を生成する。
具体的に、図9に示すように、カウンタ値「4」において、ローレベルとなる遅延量制御信号φ1及びφ4と、ハイレベルとなる遅延量制御信号φ2及びφ3とを生成し、生成した遅延量制御信号φ1〜φ4を任意遅延回路302に供給する。
Subsequently, in the delay
Specifically, as shown in FIG. 9, delay amount control signals φ1 and φ4 that are low level and delay amount control signals φ2 and φ3 that are high level are generated at the counter value “4”, and the generated delay is generated. The quantity control signals φ1 to φ4 are supplied to the
これにより、任意遅延回路302は、スイッチ305_1、305_3及び305_4がオフ状態となり、スイッチ305_2及び305_5がオン状態となり、クロック信号MCLKは、バッファ回路304_1及び304_2の2つのバッファ回路を通って出力される。
つまり、図9に示すように、遅延クロック信号DCLKの第3立ち上がりエッジは、クロック信号MCLKに対して、遅延量「2d」だけ遅延して立ち上がる。
Accordingly, in the
That is, as shown in FIG. 9, the third rising edge of the delayed clock signal DCLK rises with a delay of “2d” with respect to the clock signal MCLK.
そして、この遅延クロック信号DCLKの第5立ち上がりエッジに応じて、コンパレータ104において、ストレージノードSNの電位(略)と参照電位「VC」とが比較判定される。そして、この比較判定結果D5が、制御部101及び出力レジスタ102にそれぞれ出力される。
一方、制御信号生成回路303は、任意遅延回路302から遅延クロック信号DCLK信号を受けると、制御回路303aにおいて、図9に示すように、遅延クロック信号の第4立ち上がりエッジに応じて立ち上がり、第5立ち上がりエッジに応じて立ち下がる制御信号CTRL105_4を生成する。
Then, in response to the fifth rising edge of the delayed clock signal DCLK, the
On the other hand, when the control
具体的に、制御信号CTRL105_4は、図9に示すように、クロック信号MCLKの1周期の時間に対して、遅延量「2d」が付加された時間においてハイレベルとなる信号となる。
また、制御信号CTRLによって、スイッチ群105_4が切り替えられると、キャパシタ106_4の左端の接続先が変更される。この切替は、制御信号CTRL105_4のハイレベル期間T4におけるTlの期間に行われる。そして、スイッチの切替後において、電荷再分配によって、ストレージノードSNの電位が変化し、一定電位に安定するまでの時間(セトリング時間)が、制御信号CTRL105_4のハイレベル期間T4におけるTs_4の期間となる。
Specifically, as shown in FIG. 9, the control signal CTRL105_4 becomes a signal that becomes a high level during the time when the delay amount “2d” is added to the time of one cycle of the clock signal MCLK.
Further, when the switch group 105_4 is switched by the control signal CTRL, the connection destination at the left end of the capacitor 106_4 is changed. This switching is performed during the period Tl in the high level period T4 of the control signal CTRL105_4. After the switch is switched, the time (settling time) until the potential of the storage node SN changes due to charge redistribution and stabilizes to a constant potential (settling time) is the period of Ts_4 in the high level period T4 of the control signal CTRL105_4. .
引き続き、遅延量制御回路301は、クロック信号MCLKの次の立ち上がりエッジに応じて、カウンタ301aが1カウントアップして、カウンタ値「5」の状態に遷移する。これにより、カウンタ値「5」に対応するスイッチ群105_5に対して予め設定された遅延量「0」でMCLKを遅延させる遅延量制御信号φ1〜φ4を生成する。
具体的に、図9に示すように、カウンタ値「5」において、ハイレベルとなる遅延量制御信号φ1と、ローレベルとなる遅延量制御信号φ2〜φ4とを生成し、生成した遅延量制御信号φ1〜φ4を任意遅延回路302に供給する。
Subsequently, in the delay
Specifically, as shown in FIG. 9, at the counter value “5”, a delay amount control signal φ1 that becomes high level and delay amount control signals φ2 to φ4 that become low level are generated, and the generated delay amount control is generated. Signals φ1 to φ4 are supplied to the
これにより、任意遅延回路302は、スイッチ305_1がオン状態となり、スイッチ305_2〜305_5がオフ状態となり、クロック信号MCLKは、バッファ回路304_1〜304_3を1つも通らずに出力される。
つまり、図9に示すように、遅延クロック信号DCLKの第6立ち上がりエッジは、クロック信号MCLKに対して、遅延量「0」で立ち上がる。
Accordingly, in the
That is, as shown in FIG. 9, the sixth rising edge of the delayed clock signal DCLK rises with a delay amount “0” with respect to the clock signal MCLK.
そして、この遅延クロック信号DCLKの第6立ち上がりエッジに応じて、コンパレータ104において、ストレージノードSNの電位(略)と参照電位「VC」とが比較判定される。そして、この比較判定結果D6が、制御部101及び出力レジスタ102にそれぞれ出力される。
一方、制御信号生成回路303は、任意遅延回路302から遅延クロック信号DCLK信号を受けると、制御回路303aにおいて、図9に示すように、遅延クロック信号の第5立ち上がりエッジに応じて立ち上がり、第6立ち上がりエッジに応じて立ち下がる制御信号CTRL105_5を生成する。
Then, in response to the sixth rising edge of the delayed clock signal DCLK, the
On the other hand, when receiving the delayed clock signal DCLK signal from the
具体的に、制御信号CTRL105_5は、図9に示すように、クロック信号MCLKの1周期の時間と同じ時間においてハイレベルとなる信号となる。
また、制御信号CTRLによって、スイッチ群105_5が切り替えられると、キャパシタ106_5の左端の接続先が変更される。この切替は、制御信号CTRL105_5のハイレベル期間T5におけるTlの期間に行われる。そして、スイッチの切替後において、電荷再分配によって、ストレージノードSNの電位が変化し、一定電位に安定するまでの時間(セトリング時間)が、制御信号CTRL105_5のハイレベル期間T5におけるTs_5の期間となる。
Specifically, as shown in FIG. 9, the control signal CTRL105_5 is a signal that becomes a high level at the same time as the time of one cycle of the clock signal MCLK.
Further, when the switch group 105_5 is switched by the control signal CTRL, the connection destination at the left end of the capacitor 106_5 is changed. This switching is performed during the period T1 in the high level period T5 of the control signal CTRL105_5. After the switch is switched, the time until the potential of the storage node SN changes due to charge redistribution and stabilizes to a constant potential (settling time) is the period of Ts_5 in the high level period T5 of the control signal CTRL105_5. .
ここで、上記T1に必要な時間は「T1=Tc+Tl+Ts_1」であり、上式(4)より、「T1≧Tc+Tl+Tx」である。
また、上記T2に必要な時間は、上式(6)より、「T2≧Tc+Tl+Tx−d」である。
また、上記T3、T4、T5に必要な時間は、上式(7)より、「T3≧Tc+Tl+Tx−2d」、「T4≧Tc+Tl+Tx−3d」、「T5≧Tc+Tl+Tx−4d」である。
Here, the time required for T1 is “T1 = Tc + Tl + Ts_1”, and “T1 ≧ Tc + Tl + Tx” from the above equation (4).
Further, the time required for T2 is “T2 ≧ Tc + Tl + Tx−d” from the above equation (6).
Also, the time required for T3, T4, and T5 is “T3 ≧ Tc + Tl + Tx−2d”, “T4 ≧ Tc + Tl + Tx−3d”, and “T5 ≧ Tc + Tl + Tx−4d” from the above equation (7).
ここで、発振器の発振周期を「Tc+Tl+Tx−2d」とした場合、図9より、「T1≧Tc+Tl+Tx」、「T2≧Tc+Tl+Tx−d」、「T3≧Tc+Tl+Tx−2d」、「T4≧Tc+Tl+Tx−3d」、「T5≧Tc+Tl+Tx−4d」が実現できる。
引き続き、遅延量制御回路301は、クロック信号MCLKの次の立ち上がりエッジに応じて、カウンタ値「5」をリセットして、カウンタ値「0」の状態に遷移する。
Here, when the oscillation cycle of the oscillator is “Tc + Tl + Tx−2d”, “T1 ≧ Tc + Tl + Tx”, “T2 ≧ Tc + Tl + Tx−d”, “T3 ≧ Tc + Tl + Tx−2d”, “T4 ≧ Tc + Tl + Tx−3d” are shown in FIG. “T5 ≧ Tc + Tl + Tx−4d” can be realized.
Subsequently, in response to the next rising edge of the clock signal MCLK, the delay
また、カウンタ値「0」の期間においては、キャパシタ106_1〜106_6において、アナログ入力信号Vinを追従してサンプリングするため、制御信号生成回路303においては、そのための制御信号CTRLを生成する。
そして、アナログ入力信号Vinの新たなポイントをサンプリング後は、上記一連の動作を実行する。
Further, in the period of the counter value “0”, the capacitors 106_1 to 106_6 sample the analog input signal Vin following the sampling, so the control
Then, after sampling a new point of the analog input signal Vin, the above series of operations is executed.
なお、出力レジスタ102の動作は、上記図10の出力レジスタ502と同様となり、図12に示すように、レジスタに格納されたD1〜D6の判定結果「0」又は「1」を上位ビットから順に並べて、デジタル出力信号Voutとして出力する。
以上、本実施形態の逐次比較型A/D変換器1は、回路構成の簡易なカウンタ301aと、カウンタ値に基づき任意遅延回路302のスイッチを制御する制御回路301bとを含む遅延量制御回路301によって、上位ビットから順に各ビット判定における任意遅延回路302の遅延量を制御することができる。
The operation of the output register 102 is the same as that of the
As described above, the successive approximation A /
更に、任意遅延回路302によって、発振器からのクロック信号MCLKを遅延し、遅延したクロック信号DCLKに基づき制御信号CTRL105_1〜CTRL105_(n−1)を生成し、これら制御信号CTRLによって、スイッチ群105_1〜105_(n−1)の制御期間Tkとして、必要最低限の時間を設定することができる。
これにより、従来と比較して、発振器の発信周波数を低く抑えることができるため、半導体集積化した場合のエリアや消費電力の増大を抑制することができる。また、簡易な構成の回路で実現できるため、半導体集積化におけるデザイン設計を容易に行うことができる。
Further, the
Thereby, compared with the past, the oscillation frequency of the oscillator can be kept low, so that an increase in area and power consumption in the case of semiconductor integration can be suppressed. In addition, since the circuit can be realized with a simple configuration, design design in semiconductor integration can be easily performed.
上記実施形態において、キャパシタ106_1〜106_nは、発明1に記載の第1〜第nのキャパシタに対応し、スイッチ群105_1〜105_(n−1)は、発明1に記載の第1〜第(n−1)のスイッチ群に対応する。
また、上記実施形態において、コンパレータ104は、発明1又は4に記載の比較器に対応し、制御部101は、発明1に記載の制御部に対応する。
In the above embodiment, the capacitors 106_1 to 106_n correspond to the first to nth capacitors described in the
In the above embodiment, the
また、上記実施形態において、カウンタ301aは、発明1に記載のカウンタ回路に対応し、制御回路301b及び任意遅延回路302は、発明1に記載の遅延回路に対応し、制御信号生成回路303は、発明1に記載の制御信号生成回路に対応する。
なお、上記実施形態において、任意遅延回路302の構成として、図6に示す構成を例に挙げて説明したが、任意遅延回路の構成はこれに限らず、付加遅延量の種類等に応じて他の構成としてもよい。
In the above embodiment, the
In the above embodiment, the configuration of the
また、上記実施形態は、本発明の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、上記の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。また、上記の説明で用いる図面は、図示の便宜上、部材ないし部分の縦横の縮尺は実際のものとは異なる模式図である。
また、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
The above embodiments are preferable specific examples of the present invention, and various technically preferable limitations are given. However, the scope of the present invention is described in particular in the above description to limit the present invention. As long as there is no, it is not restricted to these forms. In the drawings used in the above description, for convenience of illustration, the vertical and horizontal scales of members or parts are schematic views different from actual ones.
Further, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications, improvements, and the like within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
1…逐次比較型A/D変換器、101…制御部、102…出力レジスタ、104…コンパレータ、103a〜103c,103d_1〜103d_(n−1),103e_1〜103e_(n−1),103f_1〜103f_(n−1),305_1〜305_5…スイッチ、301…遅延量制御回路、302…任意遅延回路、303…制御信号生成回路、301a…カウンタ、301b…制御回路、303a…制御回路、303b…伝送経路、304_1〜304_3…バッファ回路
DESCRIPTION OF
Claims (4)
出力側の一端がそれぞれ共通接続され、静電容量がそれぞれ、基準容量Cに設定された第1のキャパシタと、合成容量が「C−C/2n-2」となるように前記基準容量Cを2の累乗値の逆数で段階的に重み付けした容量(C/2m(mは、1〜(n−2)の自然数))に設定された第2〜第(n−1)のキャパシタと、前記基準容量Cを「1/2n-2」で重み付けした容量に設定された第nのキャパシタとのn個のキャパシタと、
前記第1〜第(n−1)のキャパシタの他端にそれぞれ接続され、前記第1〜第(n−1)のキャパシタと、前記アナログ信号の入力部及び所定電位のノードとの接続を切り替える第1〜第(n−1)のスイッチ群と、
前記n個のキャパシタの保持電位に基づく入力電位と参照電位とを比較し、比較結果に応じた判定信号を出力する比較器と、
所定ビットから順に前記比較判定動作が逐次実行されるように、前記第1〜第(n−1)のスイッチ群のスイッチング動作及び前記比較器の比較判定動作を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
クロック信号をカウントするカウンタ回路と、
前記クロック信号を、前記カウンタ回路のカウント値に対応するスイッチ群の駆動時間に必要な遅延量だけ遅延させる遅延回路と、
前記遅延回路で遅延したクロック信号に基づき、前記第1〜第(n−1)のスイッチ群のスイッチング動作を制御する制御信号を生成する制御信号生成回路とを備え、
前記遅延したクロック信号を前記比較器に供給して該比較器の動作を制御し、前記生成した制御信号を前記(n−1)個のスイッチ群に供給して該スイッチ群のスイッチング動作を制御することを特徴とする逐次比較型A/D変換器。 A charge comparison type successive approximation A / D converter that converts an analog input signal into a digital output signal of n bits (n is a natural number of 3 or more),
One end of each output side is commonly connected, and the reference capacitance C is set such that the capacitance is set to the reference capacitance C and the combined capacitance is “C−C / 2 n−2 ”. Second to (n-1) th capacitors set to a capacity (C / 2 m (m is a natural number of 1 to (n-2))) weighted stepwise by the reciprocal of the power of 2; N capacitors with the nth capacitor set to a capacitance weighted by “1/2 n−2 ” of the reference capacitance C;
The first to (n-1) th capacitors are connected to the other ends of the capacitors, respectively, and the connection between the first to (n-1) th capacitors, the analog signal input unit, and a node having a predetermined potential is switched. First to (n-1) switch groups;
A comparator that compares an input potential based on a holding potential of the n capacitors with a reference potential and outputs a determination signal according to the comparison result;
A control unit that controls a switching operation of the first to (n-1) th switch groups and a comparison determination operation of the comparator so that the comparison determination operation is sequentially performed in order from a predetermined bit;
The controller is
A counter circuit for counting clock signals;
A delay circuit that delays the clock signal by a delay amount necessary for a driving time of a switch group corresponding to a count value of the counter circuit;
A control signal generation circuit that generates a control signal for controlling the switching operation of the first to (n-1) th switch groups based on the clock signal delayed by the delay circuit;
The delayed clock signal is supplied to the comparator to control the operation of the comparator, and the generated control signal is supplied to the (n-1) switch groups to control the switching operation of the switch group. A successive approximation A / D converter characterized in that:
遅延量={(z−1)×m−(z−2)×(z−1)/2}×d ・・・(1) When the n bits are 2 (m + 1) bits (m is a natural number), the rising edge of the clock signal at the time of comparing and determining the most significant bit is set as the first rising edge, and z (z is 2 ≦ z ≦ 2) 3. The successive approximation A / D converter according to claim 2, wherein the clock signal is delayed by a delay amount calculated by the following equation (1) with respect to a rising edge of a natural number (m + 1).
Delay amount = {(z−1) × m− (z−2) × (z−1) / 2} × d (1)
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