JP6762733B2 - D / A conversion device and D / A conversion method - Google Patents

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この発明は、アナログデータをテント写像関数による演算を行って得られる演算結果と所定閾値との大小関係に応じてグレイコードを所定段で発生させるようにしたA/D変換によって発生される前記グレイコードを、アナログデータに変換するD/A変換装置及びD/A変換方法に関するものである。 The present invention is the gray generated by A / D conversion in which a gray code is generated in a predetermined stage according to the magnitude relationship between a calculation result obtained by performing an operation on analog data by a tent mapping function and a predetermined threshold value. It relates to a D / A conversion device and a D / A conversion method for converting a code into analog data.

従来のD/A変換装置として、例えば、抵抗ストリング型、抵抗ラダー型、容量アレイ型、ΔΣ(デルタ・シグマ)型、電流源スイッチ型(電流ソース型)などが知られている。 As a conventional D / A conversion device, for example, a resistance string type, a resistance ladder type, a capacitance array type, a ΔΣ (delta sigma) type, a current source switch type (current source type), and the like are known.

抵抗ストリング型は、分解能をNビットとした場合、抵抗素子を2−1個直列に接続し、アナログスイッチで必要な箇所を接続する形態をとる(特許文献1参照)。この抵抗ストリング型のD/A変換装置は、分解能を大きくするほど指数関数的に抵抗素子が増えるといったデメリットがある。 When the resolution is N bits, the resistance string type takes the form of connecting 2 N- 1 resistance elements in series and connecting the necessary parts with an analog switch (see Patent Document 1). This resistance string type D / A conversion device has a demerit that the number of resistance elements increases exponentially as the resolution is increased.

そこで、特許文献1に示すD/A変換装置では抵抗ストリング型はレイアウトパターン面積が大きくなる問題に対応するため、D/A変換処理を段数に分けることで抵抗素子とスイッチング素子を削減し、レイアウトパターン面積を削減するといった工夫が示されている。このように抵抗ストリング型のD/A変換装置では分解能ビットが増えることでスイッチング素子や抵抗素子が増え、レイアウトパターン面積が大きくなるといった問題が根本的に存在している。 Therefore, in the D / A conversion device shown in Patent Document 1, in order to deal with the problem that the layout pattern area becomes large in the resistance string type, the resistance element and the switching element are reduced by dividing the D / A conversion process into the number of stages, and the layout is performed. Ingenuity such as reducing the pattern area is shown. As described above, in the resistance string type D / A conversion device, there is a fundamental problem that the number of switching elements and resistance elements increases as the resolution bits increase, and the layout pattern area increases.

重み抵抗型D/Aコンバータ方式のD/A変換装置を図1に示す。このD/A変換装置は、nビットのD/Aコンバータを作る場合、R/2n−1〜Rという広範囲の抵抗値を持つ抵抗であって、精度良く2倍の抵抗値を有する抵抗が必要になるため、高精度のD/A変換には不向きとされている。 A D / A converter of the weight resistance type D / A converter type is shown in FIG. When making an n-bit D / A converter, this D / A converter is a resistor having a wide range of resistance values of R / 2 n-1 to R, and a resistor having twice the resistance value with high accuracy. Since it is necessary, it is not suitable for high-precision D / A conversion.

はしご型(ラダー型)D/A変換装置を図2に示す。この方式のD/A変換装置は、用いる抵抗値がRと2Rの2種類だけで構成できるため、高精度で温度特性も良好とされ、IC化し易いという特徴を備えていることから、多くのD/A変換用ICで採用されている。 A ladder type (ladder type) D / A conversion device is shown in FIG. Since this type of D / A conversion device can be configured with only two types of resistance values, R and 2R, it has the characteristics of high accuracy, good temperature characteristics, and easy IC conversion. It is used in D / A conversion ICs.

上記のように抵抗素子を接続する従来方式のD/A変換装置では、分解能を大きくするためには、より多くの抵抗素子が必要となるため回路規模が大きくなる問題点があった。また、上記D/A変換装置は、抵抗素子の不整合による精度ずれによる懸念も大きい、という問題がある。更に、分解能を変更したい場合には、素子を変更・追加するなどハードウェア上での変更が必要でありソフト的に柔軟な変更ができない。 In the conventional D / A conversion device for connecting the resistance elements as described above, there is a problem that the circuit scale becomes large because more resistance elements are required in order to increase the resolution. Further, the D / A conversion device has a problem that there is a great concern about accuracy deviation due to inconsistency of resistance elements. Furthermore, if it is desired to change the resolution, it is necessary to change the hardware such as changing or adding an element, and it is not possible to make a flexible change in terms of software.

上記に対し、特許文献2には、はしご型(ラダー型)D/A変換装置を改良したものが示されている。この特許文献2に開示のものは、各抵抗素子のばらつきを平均化する工夫が紹介されており、分解能を上げるにつれて抵抗素子を増加させる必要があるため、D/A変換の精度に影響することが問題となっている。 On the other hand, Patent Document 2 discloses an improved ladder type (ladder type) D / A conversion device. The one disclosed in Patent Document 2 introduces a device for averaging the variation of each resistance element, and it is necessary to increase the resistance element as the resolution is increased, which affects the accuracy of D / A conversion. Is a problem.

また、高速動作に向くのが電流源スイッチ(電流ソース)型のD/A変換装置である。このD/A変換装置は、重み付けした電流源(電流ソース)を並べ、入力されたディジタル値に応じてスイッチを駆動することでアナログ値に変換する構成を採用している。分解能は8〜16ビット、サンプリング速度は1Gサンプル/秒程度が得られる。ただし、回路規模や消費電力が大きくなるという問題を有している。 Further, a current source switch (current source) type D / A conversion device is suitable for high-speed operation. This D / A conversion device employs a configuration in which weighted current sources (current sources) are arranged and converted into analog values by driving a switch according to an input digital value. A resolution of 8 to 16 bits and a sampling rate of about 1 G sample / sec can be obtained. However, there is a problem that the circuit scale and power consumption increase.

また、高い分解能が必要な用途にはΔΣ型のD/A変換装置がある。このΔΣ型のD/A変換装置は、ΔΣ変調を利用したタイプで、18〜24ビットと高い分解能が得られる。ただし、サンプリング速度は低いという問題がある。 In addition, there is a delta-sigma type D / A conversion device for applications that require high resolution. This ΔΣ type D / A conversion device is a type that utilizes ΔΣ modulation, and can obtain a high resolution of 18 to 24 bits. However, there is a problem that the sampling speed is low.

上記のように、いずれのD/A変換装置も長所と短所があり、用途によって使い分ける必要がある。図3に各D/A変換装置の特徴を示す。 As described above, each D / A conversion device has advantages and disadvantages, and it is necessary to use them properly depending on the application. FIG. 3 shows the features of each D / A conversion device.

上記の通り、従来の一般的に用いられている抵抗ストリング型、抵抗ラダー型、容量アレイ型の、D/A変換回路は、抵抗素子もしくは容量素子を分解能に応じた数を用意してオペアンプによる加算を行いD/A変換を行う構成となっている。このため、高い分解能となるほど抵抗素子や容量素子を増加させる必要があるため回路規模が大きくなり、また、素子の不整合により分解能精度に影響するといった問題がある。 As described above, the conventional commonly used resistance string type, resistance ladder type, and capacitance array type D / A conversion circuits are prepared by preparing a number of resistance elements or capacitance elements according to the resolution and using an operational amplifier. It is configured to perform addition and D / A conversion. Therefore, the higher the resolution, the larger the circuit scale because it is necessary to increase the number of resistance elements and capacitive elements, and there is a problem that the resolution accuracy is affected by the mismatch of the elements.

特開2009−005051号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-005051 特開2012−23458号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-23458

ところで、本願発明者はテント写像の演算を用いたA/D変換装置の出願を行った(特願2014−159978)。このA/D変換装置は、次の事実に基づくものである。例えば、傾き2のテント写像において、ある初期値からテント写像演算を行い、写像が0.5以上の値を採ったときにビット“1”を取得し、0.5未満ではビット“0”を取得するものとする。このような取り決めの下で、取りうる初期値の範囲を均等に等分し、初期値を上記等分された各範囲内から始めてビット値を取得すると、各範囲に応じる上記グレイコードを出力することが知られている(例えば、「奥富秀俊、“テント写像から得られた疑似ランダムビット列に対する初期値推定法の性質について”、2012年1月30日発行、2012年暗号と情報セキュリティシンポジウム(SCIS2012)、予稿集CD-ROM[2F3-6]」)。 By the way, the inventor of the present application has filed an application for an A / D converter using a calculation of a tent map (Japanese Patent Application No. 2014-159978). This A / D converter is based on the following facts. For example, in a tent mapping with a slope of 2, a tent mapping operation is performed from a certain initial value, and when the mapping takes a value of 0.5 or more, bit "1" is acquired, and when it is less than 0.5, bit "0" is acquired. To do. Under such an agreement, the range of possible initial values is evenly divided, and when the initial value is started from within each of the above equally divided ranges and the bit value is acquired, the above gray code corresponding to each range is output. It is known (for example, "Hidetoshi Okutomi," About the nature of the initial value estimation method for pseudo-random bit strings obtained from tent maps, "published January 30, 2012, 2012 Cryptography and Information Security Symposium (SCIS2012). ), Proceedings CD-ROM [2F3-6] ").

上記のようなテント写像とグレイコードとの関係を用いたA/D変換装置から、本願発明者は、ディジタル値としてグレイコードの情報を基にテント写像を逆にたどる演算を行うことにより、初期値X0に相当するアナログ電圧値を導出するD/A変換装置を得ることができる、という結論を得た。 From the A / D converter using the relationship between the tent map and the Gray code as described above, the inventor of the present application performs an operation of reversing the tent map based on the information of the Gray code as a digital value. It was concluded that a D / A converter can be obtained that derives an analog voltage value corresponding to the value X 0 .

本発明は上記のような本願発明者の研究と努力によりなされたもので、その目的は、必要な素子数を減少させることができ、素子ばらつきによる精度低下の懸念を低く抑え、小さな回路実装面積にてディジタル値からのアナログ電圧値への変換が可能となるD/A変換装置を提供することである。 The present invention has been made by the research and efforts of the inventor of the present application as described above, and the purpose of the present invention is to reduce the number of required elements, reduce the concern about accuracy deterioration due to element variation, and reduce the circuit mounting area. It is an object of the present invention to provide a D / A conversion device capable of converting a digital value to an analog voltage value.

本発明に係るD/A変換装置は、アナログデータをテント写像関数による演算を行って得られる演算結果と所定閾値との大小関係に応じてグレイコードを所定段で発生させるようにしたA/D変換によって発生される前記グレイコードを、アナログデータに変換するD/A変換装置において、
前記演算毎に発生される上記グレイコードに基づき、当該グレイコードを発生させる際に用いたそれぞれの関数を特定する関数特定処理を行う制御手段と、
前記各段の演算結果に対し、前記制御手段により特定された関数に基づく逆演算を行って、その前段の演算結果を得るようにする逆演算処理を行う逆演算手段であって、第1及び第2の同じサイズのNMOSトランジスタを縦続接続し、前記第1のNMOSトランジスタのソースとゲートを接続してこのソースに回路の電源を与えると共に、前記第2のNMOSトランジスタのゲートを入力とし、前記2つのNMOSトランジスタのソースとドレインの接続点から出力を得るようにしたアナログ演算回路を含む逆演算手段と、
を具備し、
前記制御手段は、最終段から初段に向かって順次に関数を特定し、この特定した関数に応じて前記逆演算手段を、前記アナログ演算回路を含んだ演算を行う回路とするか前記アナログ演算回路を含まない演算を行う回路とするかの切り換えを行い、
前記逆演算手段は、前記制御手段により関数が最初に特定されると当該特定された関数に基づき第1段目の逆演算を最終段の演算結果に施して1段前の逆演算結果を得て、前記制御手段により関数が次に特定されると当該特定された関数に基づく第2段目の逆演算を第1段目の逆演算結果に施して更に1段前の逆演算結果を得て、以下同様に逆演算処理を繰り返して、最終的に得られた逆演算処理の結果をアナログデータとして出力するように制御することを特徴とする。
The D / A conversion device according to the present invention is an A / D that generates a Gray code at a predetermined stage according to the magnitude relationship between the calculation result obtained by performing an operation on analog data by a tent mapping function and a predetermined threshold value. In a D / A conversion device that converts the gray code generated by the conversion into analog data,
Based on the Gray code generated for each operation, a control means for performing a function specifying process for specifying each function used when generating the Gray code, and
The first and second inverse calculation means, which performs an inverse calculation based on a function specified by the control means on the calculation result of each stage and performs an inverse calculation process for obtaining the calculation result of the previous stage. A second MOSFET transistor of the same size is connected in cascade, a source and a gate of the first MOSFET transistor are connected to supply power to the circuit to this source, and the gate of the second MOSFET transistor is used as an input. Inverse arithmetic means including an analog arithmetic circuit that obtains output from the connection point of the source and drain of two NMOS transistors, and
Equipped with
The control means sequentially specifies a function from the final stage to the first stage, and the inverse calculation means is a circuit that performs a calculation including the analog calculation circuit according to the specified function, or the analog calculation circuit. Switch whether to use a circuit that does not include
When the function is first specified by the control means, the inverse operation means performs the inverse operation of the first stage on the operation result of the final stage based on the specified function to obtain the inverse operation result of the previous stage. Then, when the function is next specified by the control means, the inverse operation of the second stage based on the specified function is applied to the inverse operation result of the first stage to obtain the inverse operation result of the previous stage. Then, the reverse calculation process is repeated in the same manner as described below, and the final result of the reverse calculation process is controlled to be output as analog data.

本発明に係るD/A変換装置では、前記制御手段は、第n(1以上の整数)、n−1、・・・、1段目の演算より得られた第n、n−1、・・・、1段目演算結果から発生された第n、n−1、・・・、1段目グレイコードに基づき、当該第n、n−1、・・・、1段目グレイコードを発生させる際に用いた第n、n−1、・・・、1段目関数を特定する関数特定処理を行い、前記逆演算手段は、前記第n段目演算結果、n−1、・・・、1段目の逆演算結果を前記第n、n−1、・・・、1段目関数に基づく逆演算により第n−1、n−2、・・・、1段目逆演算結果を得るようにする逆演算処理を行うことを特徴とすることを特徴とする。 In the D / A conversion device according to the present invention, the control means is the nth (integer of 1 or more), n-1, ..., The nth, n-1, ... Obtained from the first-stage calculation. .. Generates the nth, n-1, ..., 1st stage gray code based on the 1st stage gray code generated from the 1st stage calculation result. The nth, n-1, ... Used when the first stage function is specified, the function specifying process is performed, and the inverse calculation means is the nth stage calculation result, n-1, ... The inverse calculation result of the first stage is obtained from the n-1, n-1, ... By the inverse calculation based on the first stage function, and the inverse calculation result of the first stage is obtained from the n-1, n-2, ... It is characterized in that it performs an inverse calculation process so as to obtain it.

本発明に係るD/A変換装置では、前記逆演算手段は、前記テント写像関数がN(2以上の整数)個の関数から構成されている場合に、前記N個の関数による演算とは逆の演算を行うN個の逆演算回路により構成されており、前記制御手段は、第n(1以上の整数)、n−1、・・・、1段目の演算より得られた第n、n−1、・・・、1段目演算結果から発生された第n、n−1、・・・、1段目グレイコードに基づき、前記N個の逆演算回路のいずれかを選択して、前記第n、n−1、・・・、1段目演算結果を前記選択した逆演算回路に適用することにより第n−1、n−2、・・・、1段目演算結果を得るように制御すると共に、この第n−1、n−2、・・・、1段目演算結果を前記N個の逆演算回路へ入力し、前記A/D変換の際に行われた演算回数nとなるまで繰り返し演算制御を行う制御手段を構成し、最終的に得られた逆演算処理の結果をアナログデータとして出力することを特徴とする。 In the D / A conversion device according to the present invention, when the tent mapping function is composed of N (two or more integers) functions, the inverse calculation means is opposite to the calculation by the N functions. The control means is composed of N inverse calculation circuits that perform the calculation of n (an integer of 1 or more), n-1, ..., The nth obtained from the calculation of the first stage. n-1, ... Based on the first-stage gray code generated from the first-stage calculation result, one of the N inverse calculation circuits is selected. , N-1, n-1, ... By applying the first-stage calculation result to the selected inverse calculation circuit, the first-stage calculation result is obtained. The number of calculations performed during the A / D conversion by inputting the first-stage calculation results to the N inverse calculation circuits. It is characterized in that a control means that repeatedly performs arithmetic control until n is configured, and the result of the finally obtained inverse arithmetic processing is output as analog data.

本発明に係るD/A変換装置では、前記N個の逆演算回路の出力を、最終出力とするか、前記N個の逆演算回路の入力へフィードバックするかを切り換えるスイッチを備え、前記制御手段が前記スイッチを切り換えることにより、前記A/D変換の際に行われた演算回数nだけ繰り返し演算制御を行うことを特徴とする。 The D / A conversion device according to the present invention includes a switch for switching between the output of the N inverse arithmetic circuits as the final output and the feedback to the input of the N inverse arithmetic circuits, and the control means. By switching the switch, the operation is repeatedly controlled by the number of operations n performed during the A / D conversion.

本発明に係るD/A変換装置では、前記N個の逆演算回路がn段カスケード接続され、前記制御手段は、各n段のN個の逆演算回路において該N個の逆演算回路のいずれかを選択するかの制御と、n段間の信号の送出制御とを行うことを特徴とする。 In the D / A conversion device according to the present invention, the N inverse arithmetic circuits are cascade-connected in n stages, and the control means is any of the N inverse arithmetic circuits in the N inverse arithmetic circuits of each n stages. It is characterized in that it controls whether or not to select, and controls the transmission of signals between n stages.

本発明に係るD/A変換装置では、前記N個の逆演算回路がk(n=k×m:k,mは、整数)段カスケード接続され、第k段目の前記N個の逆演算回路の出力を、最終出力とするか、第1段目の前記N個の逆演算回路の入力へフィードバックするか、を切り換えるスイッチを備え、前記制御手段は、各k段のN個の逆演算回路において該N個の逆演算回路のいずれかを選択するかの制御と、k段間の信号の送出制御とを行うと共に、前記スイッチを切り換えることにより、前記k段カスケード接続された前記N個の逆演算回路においてm回の繰り返し演算が行われるように制御を行うことを特徴とする。 In the D / A conversion device according to the present invention, the N inverse calculation circuits are cascaded in k (n = k × m: k, m is an integer) stage, and the N inverse calculation circuits in the kth stage are connected. The control means includes a switch for switching between the final output of the circuit and the feedback to the input of the N inverse arithmetic circuits in the first stage, and the control means has N inverse arithmetic in each k stage. By controlling whether to select any of the N inverse arithmetic circuits in the circuit and controlling the transmission of signals between k stages, and by switching the switch, the N pieces connected in cascade of the k stages. It is characterized in that control is performed so that m times of repetitive calculation are performed in the inverse calculation circuit of.

本発明に係るD/A変換装置では、Nが2であり、一方の逆演算回路がXi=Xi+1/2の計算を行う回路であり、他方の逆演算回路がXi=1−(Xi+1/2)の計算を行う回路であることを特徴とする。 In the D / A conversion device according to the present invention, N is 2, one inverse arithmetic circuit is a circuit that calculates X i = X i + 1/2 , and the other inverse arithmetic circuit is X i = 1. It is characterized in that it is a circuit that performs a calculation of − (X i + 1/2).

本発明に係るD/A変換装置では、前記N個の逆演算回路の出力端には、サンプルホールドアンプまたはコンデンサが設けられていることを特徴とする。 The D / A conversion device according to the present invention is characterized in that a sample hold amplifier or a capacitor is provided at the output ends of the N inverse arithmetic circuits.

本発明に係るD/A変換装置は、アナログデータをテント写像関数による演算を行って得られる演算結果と所定閾値との大小関係の不等式を用いてグレイコードを発生させるようにしたA/D変換によって発生される前記グレイコードを、アナログデータに変換するD/A変換装置において、第n(1以上の整数)段目の演算より得られた第n段目演算結果から発生された第n段目グレイコードに基づき、当該第n段目グレイコードを発生させる際に用いた第n段目関数を特定する関数特定処理を行い、前記第n段目演算結果を前記第n段目関数に基づく逆演算に適用することにより第n−1段目演算結果を得ると共に、前記第n段目演算結果が満たすべき不等式に基づき、前記第n−1段目演算結果が満たすべき不等式を得るようにする不等式検出処理を行い、次に、第n−1段目の演算より得られた第n−1段目演算結果から発生された第n−1段目グレイコードに基づき、当該第n−1段目グレイコードを発生させる際に用いた第n−1段目関数を特定する関数特定処理を行い、前記第n−1段目演算結果を前記第n−1段目関数に基づく逆演算に適用することにより第n−2段目演算結果を得ると共に、前記不等式検出処理に得られた不等式に基づき、前記第n−1段目演算結果が満たすべき不等式を得るようにする不等式検出処理を行い、以下、前記A/D変換の際に行われた演算回数nとなるまで、関数特定処理と不等式検出処理とを繰り返して、最終的に得られた不等式の範囲の値をアナログデータとして出力することを特徴とする。 The D / A conversion device according to the present invention generates a gray code by using an inequality of the magnitude relationship between the calculation result obtained by performing an operation on analog data by a tent mapping function and a predetermined threshold value. In the D / A conversion device that converts the gray code generated by the above to analog data, the nth stage generated from the nth stage calculation result obtained from the operation of the nth (1 or more integer) stage. Based on the eye gray code, a function specifying process for specifying the nth stage function used when generating the nth stage gray code is performed, and the nth stage operation result is based on the nth stage function. By applying it to the inverse calculation, the n-1st stage calculation result is obtained, and based on the inequality that the nth stage calculation result should satisfy, the inequality that the n-1st stage calculation result should satisfy is obtained. The inequality detection process is performed, and then, based on the n-1st stage gray code generated from the n-1st stage calculation result obtained from the n-1th stage calculation, the n-1th stage is concerned. A function specifying process for specifying the n-1st stage function used when generating the stage gray code is performed, and the n-1th stage operation result is converted into an inverse operation based on the n-1th stage function. By applying this, the n-2nd stage calculation result is obtained, and the inequality detection process is performed so that the inequality that the n-1st stage calculation result should satisfy is obtained based on the inequality obtained in the inequality detection process. Then, the function identification process and the inequality detection process are repeated until the number of operations n performed during the A / D conversion is reached, and the value in the finally obtained inequality range is output as analog data. It is characterized by doing.

本発明に係るD/A変換装置は、アナログデータをテント写像関数による演算を行って得られる演算結果と所定閾値との大小関係に応じてグレイコードを発生させるようにしたA/D変換によって発生される前記グレイコードを、アナログデータに変換するD/A変換装置において、第n(1以上の整数)段目の演算より得られた第n段目演算結果から発生された第n段目グレイコードに基づき、当該第n段目グレイコードを発生させる際に用いた第n段目関数を特定する関数特定処理を行い、前記第n段目演算結果を前記第n段目関数に基づく逆演算により第n−1段目演算結果を得るようにする逆演算処理を行い、次に、第n−1段目の演算より得られた第n−1段目演算結果から発生された第n−1段目グレイコードに基づき、当該第n−1段目グレイコードを発生させる際に用いた第n−1段目関数を特定する関数特定処理を行い、前記第n−1段目演算結果を前記第n−1段目関数に基づく逆演算により第n−2段目演算結果を得るようにする逆演算処理を行い、以下、前記A/D変換の際に行われた演算回数nとなるまで、関数特定処理と逆演算処理とを繰り返して、最終的に得られた逆演算処理の結果をアナログデータとして出力することを特徴とする。 The D / A conversion device according to the present invention is generated by A / D conversion in which a gray code is generated according to the magnitude relationship between the calculation result obtained by performing an operation on analog data by a tent mapping function and a predetermined threshold value. In the D / A conversion device that converts the gray code to be converted into analog data, the nth stage gray generated from the nth stage calculation result obtained from the operation of the nth (1 or more integer) stage. Based on the code, a function specifying process for specifying the nth stage function used when generating the nth stage Gray code is performed, and the nth stage calculation result is an inverse calculation based on the nth stage function. The inverse calculation process is performed so as to obtain the calculation result of the n-1st stage, and then the n-th generated from the calculation result of the n-1st stage obtained from the calculation of the n-1th stage. Based on the 1st stage Gray code, a function specifying process for specifying the n-1st stage function used when generating the n-1st stage Gray code is performed, and the n-1th stage calculation result is obtained. Inverse calculation processing is performed so that the n-2nd stage calculation result is obtained by the inverse calculation based on the n-1st stage function, and the number of operations n performed at the time of the A / D conversion is obtained below. It is characterized in that the function specifying process and the inverse operation process are repeated until the last obtained result of the inverse operation process is output as analog data.

本発明に係るD/A変換装置では、前記A/D変換によって、アナログデータをテント写像関数による演算を行って得られる演算結果と所定閾値との大小関係に応じてグレイコードが1ビット発生されることを特徴とする。 In the D / A conversion device according to the present invention, one bit of Gray code is generated by the A / D conversion according to the magnitude relationship between the calculation result obtained by calculating the analog data by the tent mapping function and the predetermined threshold value. It is characterized by that.

本発明に係るD/A変換方法は、アナログデータをテント写像関数による演算を行って得られる演算結果と所定閾値との大小関係に応じてグレイコードを所定段で発生させるようにしたA/D変換によって発生される前記グレイコードを、アナログデータに変換するD/A変換方法において、前記演算毎に発生される上記グレイコードに基づき、当該グレイコードを発生させる際に用いたそれぞれの関数を特定する関数特定処理を行う制御手段と、第1及び第2の同じサイズのNMOSトランジスタを縦続接続し、前記第1のNMOSトランジスタのソースとゲートを接続してこのソースに回路の電源を与えると共に、前記第2のNMOSトランジスタのゲートを入力とし、前記2つのNMOSトランジスタのソースとドレインの接続点から出力を得るようにしたアナログ演算回路を含み、前記各段の演算結果に対し、前記制御手段により特定された関数に基づく逆演算を行って、その前段の演算結果を得るようにする逆演算処理を行う逆演算手段とを用い、前記制御手段により、最終段から初段に向かって順次に関数を特定し、この特定した関数に応じて前記逆演算手段を、前記アナログ演算回路を含んだ演算を行う回路とするか前記アナログ演算回路を含まない演算を行う回路とするかの切り換えを行い、前記逆演算手段により、前記制御手段により関数が最初に特定されると当該特定された関数に基づき第1段目の逆演算を最終段の演算結果に施して1段前の逆演算結果を得て、前記制御手段により関数が次に特定されると当該特定された関数に基づく第2段目の逆演算を第1段目の逆演算結果に施して更に1段前の逆演算結果を得て、以下同様に逆演算処理を繰り返して、最終的に得られた逆演算処理の結果をアナログデータとして出力するように制御することを特徴とする。



The D / A conversion method according to the present invention is an A / D in which a gray code is generated at a predetermined stage according to the magnitude relationship between the calculation result obtained by performing an operation on analog data by a tent mapping function and a predetermined threshold value. In the D / A conversion method for converting the gray code generated by the conversion into analog data, each function used when generating the gray code is specified based on the gray code generated for each operation. The control means that performs the function identification process and the first and second analog transistors of the same size are connected in series, and the source and gate of the first analog transistor are connected to supply power to the circuit to this source. It includes an analog arithmetic circuit in which the gate of the second NMOS transistor is used as an input and an output is obtained from the connection point between the source and drain of the two NMOS transistors, and the arithmetic result of each stage is controlled by the control means. Using an inverse calculation means that performs an inverse calculation based on the specified function and performs an inverse calculation process that obtains the calculation result of the previous stage, the control means sequentially performs the function from the final stage to the first stage. It is specified, and the inverse calculation means is switched between a circuit that performs an calculation including the analog calculation circuit and a circuit that performs a calculation that does not include the analog calculation circuit according to the specified function. When the function is first specified by the control means by the inverse calculation means, the inverse calculation of the first stage is applied to the calculation result of the final stage based on the specified function to obtain the inverse calculation result of the previous stage. When the function is next specified by the control means, the inverse operation of the second stage based on the specified function is applied to the inverse operation result of the first stage to obtain the inverse operation result of the previous stage. , The following is characterized in that the inverse calculation process is repeated in the same manner and the finally obtained result of the inverse calculation process is controlled to be output as analog data.



本発明に係るD/A変換方法では、前記制御手段は、第n(1以上の整数)、n−1、・・・、1段目の演算より得られた第n、n−1、・・・、1段目演算結果から発生された第n、n−1、・・・、1段目グレイコードに基づき、当該第n、n−1、・・・、1段目グレイコードを発生させる際に用いた第n、n−1、・・・、1段目関数を特定する関数特定処理を行うものであり、前記逆演算手段は、前記第n、n−1、・・・、1段目演算結果を前記第n、n−1、・・・、1段目関数に基づく逆演算により第n−1、n−2、・・・、1段目演算結果を得るようにする逆演算処理を行うものであることを特徴とする。 In the D / A conversion method according to the present invention, the control means is the nth (integer of 1 or more), n-1, ..., The nth, n-1, ... Obtained from the first-stage calculation. .. Generates the nth, n-1, ..., 1st stage gray code based on the 1st stage gray code generated from the 1st stage calculation result. The nth, n-1, ..., Used for the operation, the function specifying process for specifying the first-stage function is performed, and the inverse calculation means is the n, n-1, ... The first-stage calculation result is obtained by the inverse operation based on the first-stage function of the n-, n-1, ..., 1st-stage operation. It is characterized in that it performs inverse arithmetic processing.

本発明に係るD/A変換方法は、アナログデータをテント写像関数による演算を行って得られる演算結果と所定閾値との大小関係の不等式を用いてグレイコードを発生させるようにしたA/D変換によって発生される前記グレイコードを、アナログデータに変換するD/A変換方法において、第n(1以上の整数)段目の演算より得られた第n段目演算結果から発生された第n段目グレイコードに基づき、当該第n段目グレイコードを発生させる際に用いた第n段目関数を特定する関数特定処理を行い、前記第n段目演算結果を前記第n段目関数に基づく逆演算に適用することにより第n−1段目演算結果を得ると共に、前記第n段目演算結果が満たすべき不等式に基づき、前記第n−1段目演算結果が満たすべき不等式を得るようにする不等式検出処理を行い、次に、第n−1段目の演算より得られた第n−1段目演算結果から発生された第n−1段目グレイコードに基づき、当該第n−1段目グレイコードを発生させる際に用いた第n−1段目関数を特定する関数特定処理を行い、前記第n−1段目演算結果を前記第n−1段目関数に基づく逆演算に適用することにより第n−2段目演算結果を得ると共に、前記不等式検出処理に得られた不等式に基づき、前記第n−1段目演算結果が満たすべき不等式を得るようにする不等式検出処理を行い、以下、前記A/D変換の際に行われた演算回数nとなるまで、関数特定処理と不等式検出処理とを繰り返して、最終的に得られた不等式の範囲の値をアナログデータとして出力することを特徴とする。 The D / A conversion method according to the present invention is an A / D conversion in which a gray code is generated by using an inequality of the magnitude relationship between the calculation result obtained by performing an operation on analog data by a tent mapping function and a predetermined threshold value. In the D / A conversion method for converting the gray code generated by the above into analog data, the nth stage generated from the nth stage calculation result obtained from the operation of the nth (1 or more integer) stage. Based on the eye gray code, a function specifying process for specifying the nth stage function used when generating the nth stage gray code is performed, and the nth stage operation result is based on the nth stage function. By applying it to the inverse calculation, the n-1st stage calculation result is obtained, and based on the inequality that the nth stage calculation result should satisfy, the inequality that the n-1st stage calculation result should satisfy is obtained. The inequality detection process is performed, and then, based on the n-1st stage gray code generated from the n-1st stage calculation result obtained from the n-1th stage calculation, the n-1th stage is concerned. A function specifying process for specifying the n-1st stage function used when generating the stage gray code is performed, and the n-1th stage operation result is converted into an inverse operation based on the n-1th stage function. By applying this, the n-2nd stage calculation result is obtained, and the inequality detection process is performed so that the inequality that the n-1st stage calculation result should satisfy is obtained based on the inequality obtained in the inequality detection process. Then, the function identification process and the inequality detection process are repeated until the number of operations n performed during the A / D conversion is reached, and the value in the finally obtained inequality range is output as analog data. It is characterized by doing.

本発明に係るD/A変換方法は、アナログデータをテント写像関数による演算を行って得られる演算結果と所定閾値との大小関係に応じてグレイコードを発生させるようにしたA/D変換によって発生される前記グレイコードを、アナログデータに変換するD/A変換方法において、第n(1以上の整数)段目の演算より得られた第n段目演算結果から発生された第n段目グレイコードに基づき、当該第n段目グレイコードを発生させる際に用いた第n段目関数を特定する関数特定処理を行い、前記第n段目演算結果を前記第n段目関数に基づく逆演算により第n−1段目演算結果を得るようにする逆演算処理を行い、次に、第n−1段目の演算より得られた第n−1段目演算結果から発生された第n−1段目グレイコードに基づき、当該第n−1段目グレイコードを発生させる際に用いた第n−1段目関数を特定する関数特定処理を行い、前記第n−1段目演算結果を前記第n−1段目関数に基づく逆演算により第n−2段目演算結果を得るようにする逆演算処理を行い、以下、前記A/D変換の際に行われた演算回数nとなるまで、関数特定処理と逆演算処理とを繰り返して、最終的に得られた逆演算処理の結果をアナログデータとして出力することを特徴とする。 The D / A conversion method according to the present invention is generated by A / D conversion in which a gray code is generated according to the magnitude relationship between the calculation result obtained by performing an operation on analog data by a tent mapping function and a predetermined threshold value. In the D / A conversion method for converting the Gray code to analog data, the nth stage gray generated from the nth stage calculation result obtained from the operation of the nth (1 or more integer) stage. Based on the code, a function specifying process for specifying the nth stage function used when generating the nth stage Gray code is performed, and the nth stage calculation result is an inverse calculation based on the nth stage function. The inverse calculation process is performed so as to obtain the calculation result of the n-1st stage, and then the n-th generated from the calculation result of the n-1st stage obtained from the calculation of the n-1th stage. Based on the 1st stage Gray code, a function specifying process for specifying the n-1st stage function used when generating the n-1st stage Gray code is performed, and the n-1th stage calculation result is obtained. Inverse calculation processing is performed so that the n-2nd stage calculation result is obtained by the inverse calculation based on the n-1st stage function, and the number of operations n performed at the time of the A / D conversion is obtained below. It is characterized in that the function specifying process and the inverse operation process are repeated until the last obtained result of the inverse operation process is output as analog data.

本発明に係るD/A変換装置によれば、テント写像を逆に遡る比較的簡単な演算により的確なD/A変換値を得ることができる。 According to the D / A conversion device according to the present invention, an accurate D / A conversion value can be obtained by a relatively simple calculation that traces back the tent map.

本発明に係るD/A変換装置によれば、必要な素子数を減少させることができ、素子ばらつきによる精度低下の懸念を低く抑え、小さな回路実装面積にてディジタル値からのアナログ電圧値への変換が可能となる。 According to the D / A conversion device according to the present invention, the number of required elements can be reduced, the concern about accuracy deterioration due to element variation can be suppressed to a low level, and a small circuit mounting area can be used to convert a digital value to an analog voltage value. Conversion is possible.

従来例に係る重み抵抗型D/Aコンバータ方式のD/A変換装置の構成図。The block diagram of the weight resistance type D / A converter type D / A conversion apparatus which concerns on a prior art example. 従来例に係るはしご型(ラダー型)D/A変換装置の構成図。The block diagram of the ladder type (ladder type) D / A conversion apparatus which concerns on a conventional example. 従来例に係る各D/A変換装置の特徴を記述した図。The figure which described the feature of each D / A conversion apparatus which concerns on a prior art example. テント写像の一例によるリターンマップを示す図。The figure which shows the return map by an example of a tent map. 図4に示すテント写像による演算の時系列グラフを示す図。The figure which shows the time series graph of the calculation by the tent mapping shown in FIG. 図4に示すテント写像において分解能を4ビットとした場合の初期値Xの範囲を示す図。The figure which shows the range of the initial value X 0 when the resolution is 4 bits in the tent map shown in FIG. 図6に対応する分解能4ビットにおけるテント写像の初期値Xの範囲とグレイコードを示す図。The figure which shows the range of the initial value X 0 of the tent map at the resolution 4 bit corresponding to FIG. 6, and the Gray code. 図4に示すテント写像から生成された4ビット分のビット列のグレイコード “0110” の計算過程を示す図。The figure which shows the calculation process of the Gray code "0110" of the bit string for 4 bits generated from the tent map shown in FIG. 本発明に係る第1の本実施形態のD/A変換装置或いはD/A変換方法の構成を示す図。The figure which shows the structure of the D / A conversion apparatus or D / A conversion method of 1st Embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第2の本実施形態のD/A変換装置或いはD/A変換方法の構成を示す図。The figure which shows the structure of the D / A conversion apparatus or D / A conversion method of the 2nd Embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る本実施形態のD/A変換装置において用いることが可能なバイナリコード/グレイコード変換回路の構成図。The block diagram of the binary code / Gray code conversion circuit which can be used in the D / A conversion apparatus of this embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第3の本実施形態のD/A変換装置の構成を示す図。The figure which shows the structure of the 3rd D / A conversion apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る第3の本実施形態のD/A変換装置に用いる逆演算手段の構成を示す図。The figure which shows the structure of the inverse calculation means used in the 3rd D / A conversion apparatus of this invention which concerns on this invention. 本発明に係る第3の本実施形態のD/A変換装置に用いる逆演算回路の要部構成を示す図。The figure which shows the main part structure of the inverse arithmetic circuit used in the 3rd D / A conversion apparatus of this invention which concerns on this invention. 図14の逆演算回路のDC解析を行った結果を示す図。The figure which shows the result of having performed DC analysis of the inverse calculation circuit of FIG. 本発明に係る第4の本実施形態のD/A変換装置の構成を示す図。The figure which shows the structure of the D / A conversion apparatus of the 4th Embodiment of this invention which concerns on this invention. 本発明に係る第4の本実施形態のD/A変換装置の動作を分解能4ビットでシミュレーションした結果の波形図。The waveform diagram of the result of simulating the operation of the 4th D / A conversion apparatus of this invention which concerns on this invention with a resolution of 4 bits. テント写像によるA/D変換からグレイコードを生成させて、グレイコードから逆演算を行うD/A変換回路によりアナログ信号を出力して元に戻すD/A変換装置の構成図。The block diagram of the D / A conversion apparatus which generates a gray code from the A / D conversion by a tent map, outputs an analog signal by the D / A conversion circuit which performs the inverse calculation from the gray code, and restores it. 図18のD/A変換装置の要部構成を示す図。The figure which shows the main part structure of the D / A conversion apparatus of FIG. 図18のD/A変換装置の動作を分解能6ビットでシミュレーションした結果の波形図。The waveform diagram of the result of simulating the operation of the D / A conversion apparatus of FIG. 18 with a resolution of 6 bits. 本発明に係る第5の本実施形態のD/A変換装置の構成を示す図。The figure which shows the structure of the 5th D / A conversion apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る第6の本実施形態のD/A変換装置の構成を示す図。The figure which shows the structure of the 6th D / A conversion apparatus which concerns on this invention. 本発明の実施形態に係るD/A変換装置に用いる逆演算手段の構成を示す図。The figure which shows the structure of the inverse calculation means used in the D / A conversion apparatus which concerns on embodiment of this invention. 図23の逆演算手段を用いて構成したD/A変換装置の動作を分解能4ビットでシミュレーションした結果の波形図。The waveform diagram of the result of simulating the operation of the D / A conversion apparatus configured by using the inverse calculation means of FIG. 23 with a resolution of 4 bits.

以下添付図面を参照して本発明に係るD/A変換装置の実施形態を説明する。各図において同一の構成要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the D / A conversion device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In each figure, the same components are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.

原理principle

テント写像について
テント写像の一例は、以下の式(1)で定義される。
上記のテント写像のリターンマップを図4に示し、式(1)による横軸をi、縦軸を Xi とした時系列グラフを図5に示す。
About the tent map An example of the tent map is defined by the following equation (1).
The return map of the above tent map is shown in FIG. 4, and a time series graph according to Eq. (1) with i on the horizontal axis and X i on the vertical axis is shown in FIG.

テント写像によるA/D変換A / D conversion by tent mapping

式(1)の実行をアナログ演算回路で構成することで、A/D変換が可能である。A/D変換のディジタル値は図5に示すように、演算結果が0.5以上の場合ビット“1”を取得し、演算結果が0.5未満の場合はビット“0”を取得する。このようなビット取得を連続して実行することで、初期値Xに対応するグレイコードが出力される。例として、分解能4ビットの場合、図6に示した「丸1」から「丸16」までの各範囲内の初期値Xに対応するグレイコードが図7に示すようにそれぞれ4ビットで出力される。出力される上記グレイコードをバイナリ変換することで、初期値Xをサンプリングする電圧値として見立てたディジタル値が得られる。テント写像によるA/D変換回路の詳細は、本願発明者の発明に係る“特願2014−159978”に示されている。 A / D conversion is possible by configuring the execution of equation (1) with an analog arithmetic circuit. As shown in FIG. 5, the digital value of the A / D conversion acquires bit “1” when the calculation result is 0.5 or more, and acquires bit “0” when the calculation result is less than 0.5. By continuously executing such bit acquisition, the gray code corresponding to the initial value X 0 is output. As an example, in the case of a resolution of 4 bits, the gray code corresponding to the initial value X 0 in each range from "circle 1" to "circle 16" shown in FIG. 6 is output with 4 bits as shown in FIG. Will be done. By binary-converting the output Gray code, a digital value that is regarded as a voltage value for sampling the initial value X 0 can be obtained. Details of the A / D conversion circuit based on the tent map are shown in "Japanese Patent Application No. 2014-159978" according to the invention of the inventor of the present application.

初期値X0範囲の算出方法Calculation method of initial value X0 range

テント写像の演算より出力される上記グレイコードの値を基にして、逆に写像をたどることで初期値Xの範囲を求めることができる。本実施形態では、例として、テント写像から生成された4ビット分のビット列のグレイコードを、“0110”であったとする。ここで取得したビット列からテント写像の計算過程は、図8のようである。 Based on the above Gray code value output from the calculation of the tent map, the range of the initial value X 0 can be obtained by tracing the map in reverse. In the present embodiment, as an example, it is assumed that the gray code of the bit string for 4 bits generated from the tent map is "0110". The calculation process of the tent map from the bit string acquired here is as shown in FIG.

テント写像から生成される上記グレイコードビット列が図8における右側の矢印に示すように、上から順に生成されたとする。そのときに選択された写像式は、“○”と“×”で表した、“○”側の式を必ず実行して遷移していることが分かる。テント写像の最後の解 “X”から考えると写像Xの値域は閉区間[0,1]のため、“0≦X≦1”の範囲のいずれかに必ず含まれている。 It is assumed that the Gray code bit strings generated from the tent map are generated in order from the top as shown by the arrow on the right side in FIG. It can be seen that the mapping expression selected at that time is transitioning by always executing the expression on the “○” side represented by “○” and “×”. Considering from the final solution "X 4 " of the tent map, the range of the map X i is a closed interval [0, 1], so it is always included in any of the ranges of "0 ≤ X 4 ≤ 1".

即ち、A/D変換は、アナログデータをテント写像関数による演算を行って得られる演算結果と所定閾値との大小関係の不等式を用いてグレイコードを発生させるようにしたものである。そして、本実施形態のD/A変換装置は、A/D変換によって発生される上記グレイコードを、アナログデータに変換するものである。 That is, in the A / D conversion, the gray code is generated by using the inequality of the magnitude relation between the calculation result obtained by performing the calculation by the tent mapping function on the analog data and the predetermined threshold value. Then, the D / A conversion device of the present embodiment converts the Gray code generated by the A / D conversion into analog data.

“X ”を生成した式(関数)は、グレイコードのビット列が“0”であることから、関数“X=2X”が実行されていることが特定され、“X”はどの範囲であるのか、不等式を得ると、
となり、この範囲から必ず“X”が計算されていることが判る。
Since the gray code bit string of the expression (function) that generated "X 4 " is "0", it is specified that the function "X 4 = 2X 3 " is being executed, and which is "X 3 "? Is it a range, or if you get an inequality,
Therefore, it can be seen that "X 3 " is always calculated from this range.

次に“X”について考察すると、グレイコードのビット列が“1”であるから、関数“X=2(1−X) ”が選択されたことが分かる。これを不等式“0≦X≦0.5”に代入すると、
から、“X”の範囲を絞ることができる。
Next, when considering "X 3 ", it can be seen that the function "X 3 = 2 (1-X 2 )" is selected because the bit string of the Gray code is "1". Substituting this into the inequality "0 ≤ X 3 ≤ 0.5"
Therefore, the range of "X 2 " can be narrowed down.

同様にして、次のグレイコードのビット列が“1”であるから、関数“X=2(1−X) ”が選択されたことが特定され、“ X1 ”の範囲は、
となる。
Similarly, since the bit string of the next Gray code is "1", it is specified that the function "X 2 = 2 (1-X 1 )" is selected, and the range of "X 1 " is
Will be.

最後に初期値“ X”の範囲は、グレイコードのビット列“0”より、関数“X=2X ”が選択されたことが特定され、“ X”の範囲は、
となる。
Finally, in the range of the initial value "X 0 ", it is specified that the function "X 1 = 2X 0 " is selected from the gray code bit string "0", and the range of "X 0 " is
Will be.

以上により、初期値“X”は0.25から0.3125の範囲内のいずれから始まっていたことが分かり、これは図7の「丸5」の範囲に該当し、この範囲内の初期値“X”について、テント写像式(1)を実行しグレイコードを生成すると必ず、“0110”が得られることを示している。なお、初期値Xの境界については、厳密には上限の値を含まず、図7「丸5」のように“0.25≦X<0.3125”となる。D/A変換装置として、不等式の範囲の値をアナログデータとして出力することになる。 From the above, it can be seen that the initial value "X 0 " started from any of the range of 0.25 to 0.3125, which corresponds to the range of "circle 5" in FIG. 7, and the initial value within this range. For the value "X 0 ", it is shown that "0110" is always obtained by executing the tent mapping equation (1) and generating the Gray code. Strictly speaking, the boundary of the initial value X 0 does not include the upper limit value, and “0.25 ≦ X 0 <0.3125” as shown in FIG. 7 “Circle 5”. As a D / A conversion device, the values in the range of the inequality will be output as analog data.

上記の通り、第1の本実施形態のD/A変換装置は、まず、第n(1以上の整数であり、この実施形態では4である。)段目の演算より得られた第n段目演算結果から発生された第n段目グレイコードに基づき、当該第n段目グレイコードを発生させる際に用いた第n段目関数を特定する関数特定処理(図9のA1)を行う。 As described above, the D / A conversion device of the first embodiment first obtains the nth stage obtained from the calculation of the nth stage (an integer of 1 or more, which is 4 in this embodiment). Based on the nth stage Gray code generated from the result of the eye calculation, a function specifying process (A1 in FIG. 9) for specifying the nth stage function used when generating the nth stage Gray code is performed.

次に、上記第n段目演算結果を上記第n段目関数に基づく逆演算に適用することにより第n−1段目演算結果を得ると共に、上記第n段目演算結果が満たすべき不等式に基づき、上記第n−1段目演算結果が満たすべき不等式を得るようにする不等式検出処理(図9のA2)を行う。 Next, by applying the nth stage operation result to the inverse operation based on the nth stage function, the n-1st stage operation result is obtained, and the inequality that the nth stage operation result should satisfy is obtained. Based on this, an inequality detection process (A2 in FIG. 9) is performed so that the inequality to be satisfied by the calculation result of the first stage n-1 is obtained.

次に、第n−1段目の演算より得られた第n−1段目演算結果から発生された第n−1段目グレイコードに基づき、当該第n−1段目グレイコードを発生させる際に用いた第n−1段目関数を特定する関数特定処理(図9のA3)を行う。 Next, the n-1st stage gray code is generated based on the n-1th stage gray code generated from the n-1th stage calculation result obtained from the n-1th stage calculation. The function specifying process (A3 in FIG. 9) for specifying the n-1st stage function used in the case is performed.

更に、上記第n−1段目演算結果を上記第n−1段目関数に基づく逆演算に適用することにより第n−2段目演算結果を得ると共に、上記不等式検出処理に得られた不等式に基づき、上記第n−1段目演算結果が満たすべき不等式を得るようにする不等式検出処理(図9のA4)を行う。 Further, by applying the n-1st stage calculation result to the inverse calculation based on the n-1th stage function, the n-2nd stage calculation result is obtained, and the inequality obtained in the inequality detection process is obtained. Based on the above, the inequality detection process (A4 in FIG. 9) is performed so that the inequality to be satisfied by the calculation result of the first stage n-1 is obtained.

以下、上記A/D変換の際に行われた演算回数nとなるまで、関数特定処理と不等式検出処理とを繰り返して、最終的に得られた不等式の範囲の値をアナログデータとして出力(図9のA5)する。 Hereinafter, the function identification process and the inequality detection process are repeated until the number of operations n performed during the above A / D conversion is reached, and the value in the finally obtained inequality range is output as analog data (Fig.). 9 A5).

上記の実施形態を、式(1)の写像関数の逆演算という考え方による実施形態として説明する。これらを式(1)の写像をさかのぼるイメージを数式化すると、グレイコードのビット列を
{b,b,…,b,…,bn−1}として、以下の式(2)で表現できる。
The above embodiment will be described as an embodiment based on the idea of inverse operation of the mapping function of the equation (1). When these are formulas the image back in mapping of the formula (1), the bit sequence of Gray code {b 0, b 1, ... , b i, ..., b n-1} as, expressed by the following equation (2) it can.

ここで、グレイコードのビット数はnで、“X”の最小値と最大値は“0≦X≦1”から始められるため、最初(i=n−1)で、上記不等式の“X ”の右辺は“X=1 ”とし、左辺は“X=0 ”として別々に計算を行ってゆき最終的に“X ”の最小値と最大値の範囲として算出できる。 Here, the number of bits of the Gray code is n, because the minimum and maximum values of "X n" is initiated from the "0 ≦ X n ≦ 1" , the first (i = n-1), the inequality ""the right side of the" X n "and the left side is" X n = 1 can be calculated as a range of minimum and maximum values for "finally Yuki performed as computed separately" X n = 0 X 0 " .

D/A変換として式(2)の演算をアナログ演算回路で行うことを考えた場合、最終的な“X”の最小値と最大値の中間値を出力すればD/A変換後のアナログ電圧値とすることができるが、あらかじめ最大値“1.0”と最小値“0.0”の中間値である“0.5”から始めれば別々に演算を行うことなく中間の値を得ることができる。 When considering that the calculation of equation (2) is performed by an analog calculation circuit as D / A conversion, if the intermediate value between the final minimum value and maximum value of "X 0 " is output, the analog after D / A conversion It can be a voltage value, but if you start with "0.5", which is an intermediate value between the maximum value "1.0" and the minimum value "0.0", you can obtain an intermediate value without performing separate calculations. be able to.

本実施形態では、上記グレイコードのビット列4ビット分 “0110”を考え、
“X=0.5 “から始めてグレイコードのビット列“0”の情報から関数“X=2X”が実行されているため“X”は
となる。
In the present embodiment, considering “0110” for 4 bits of the gray code bit string,
Starting from "X 4 = 0.5", the function "X 4 = 2X 3 " is executed from the information of the gray code bit string "0", so "X 3 " is
Will be.

次に“X”を考えると、グレイコードのビット列“1”の情報から、関数“X=2(1−X) ”が選択されたことが分かるため、これを“X=0.25”に代入することにより、
となる。
Next, when considering "X 3 ", it can be seen from the information of the gray code bit string "1" that the function "X 3 = 2 (1-X 2 )" is selected, so this is "X 3 = 0". By substituting for .25 "
Will be.

以下、同様にして、グレイコードのビット列“1”のため、関数“X=2(1−X)”が選択されたことが分かるため、“X”は
となる。
Hereinafter, in the same manner, since it is known that the function “X 2 = 2 (1-X 1 )” is selected because of the gray code bit string “1”, “X 1 ” is
Will be.

最後に、グレイコードのビット列“0”より、関数“X=2X”が選択されたことが分かるため、初期値“X”は
上記、初期値“X”の範囲の解“0.25≦X≦0.3125”の中間値となっていることが確かめられる。
Finally, since it can be seen that the function "X 1 = 2X 0 " is selected from the gray code bit string "0", the initial value "X 0 " is
It can be confirmed that the value is an intermediate value of the solution “0.25 ≦ X 0 ≦ 0.3125” in the range of the initial value “X 0 ”.

式(2)の処理は、ディジタル値としてグレイコードを基にし、アナログ演算回路を構成して行うことでアナログ電圧値として出力させることができる。 The processing of the equation (2) can be output as an analog voltage value by constructing an analog arithmetic circuit based on the Gray code as a digital value.

本実施形態に係るD/A変換装置は、以上の説明から明らかなように、グレイコードを、アナログデータに変換するD/A変換装置である。グレイコードは、アナログデータをテント写像関数による演算を行って得られる演算結果と所定閾値との大小関係に応じてグレイコードを発生させるようにしたA/D変換によって発生させることができる。本実施形態に係るD/A変換装置は、上記グレイコードを、アナログデータに変換するD/A変換装置であり、次のように構成されている。 As is clear from the above description, the D / A conversion device according to the present embodiment is a D / A conversion device that converts a Gray code into analog data. The Gray code can be generated by A / D conversion in which the Gray code is generated according to the magnitude relationship between the calculation result obtained by performing the calculation by the tent mapping function on the analog data and the predetermined threshold value. The D / A conversion device according to the present embodiment is a D / A conversion device that converts the Gray code into analog data, and is configured as follows.

本実施形態に係るD/A変換装置は、まず、第n(1以上の整数)段目の演算より得られた第n段目演算結果から発生された第n段目グレイコードに基づき、当該第n段目グレイコードを発生させる際に用いた第n段目関数を特定する関数特定処理(図10のA11)を行う。 First, the D / A conversion device according to the present embodiment is based on the nth stage Gray code generated from the nth stage calculation result obtained from the operation of the nth stage (integer of 1 or more). A function specifying process (A11 in FIG. 10) for specifying the nth stage function used when generating the nth stage Gray code is performed.

次に、上記第n段目演算結果を上記第n段目関数に基づく逆演算により第n−1段目演算結果を得るようにする逆演算処理(図10のA12)を行う。 Next, an inverse calculation process (A12 in FIG. 10) is performed so that the nth stage calculation result is obtained by the inverse calculation based on the nth stage function to obtain the n-1th stage calculation result.

次に、第n−1段目の演算より得られた第n−1段目演算結果から発生された第n−1段目グレイコードに基づき、当該第n−1段目グレイコードを発生させる際に用いた第n−1段目関数を特定する関数特定処理(図10のA13)を行う。 Next, the n-1st stage gray code is generated based on the n-1th stage gray code generated from the n-1th stage calculation result obtained from the n-1th stage calculation. A function specifying process (A13 in FIG. 10) for specifying the n-1st stage function used in the case is performed.

更に、上記第n−1段目演算結果を上記第n−1段目関数に基づく逆演算により第n−2段目演算結果を得るようにする逆演算処理(図10のA14)を行う。 Further, an inverse calculation process (A14 in FIG. 10) is performed so that the n-1st stage calculation result is obtained by the inverse calculation based on the n-1th stage function to obtain the n-2nd stage calculation result.

以下、上記A/D変換の際に行われた演算回数nとなるまで、関数特定処理と逆演算処理とを繰り返して、最終的に得られた逆演算処理の結果をアナログデータとして出力(図10のA15)する。 Hereinafter, the function specifying process and the inverse operation process are repeated until the number of operations performed during the A / D conversion is n, and the finally obtained result of the inverse operation process is output as analog data (Fig.). 10 A15).

また、D/A変換対象とするディジタル値がバイナリコードである場合、変換対象とするディジタル値のバイナリコードをグレイコード変換してから、式(2)の手続きを行えば良い。 When the digital value to be D / A converted is a binary code, the binary code of the digital value to be converted may be converted to Gray code, and then the procedure of the equation (2) may be performed.

グレイコードは、以下の式(3)によりバイナリコードを変換することにより得ることができる。ここでディジタル値とする“b”は2進数ビット列である。
式(3)は、図11のB/G変換回路10にて実現される。バイナリコードをグレイコードへ変換するB/G変換回路10は、図9ではA1の前段に設けられ、図10ではA11の前段に設けられる。
The Gray code can be obtained by converting the binary code by the following equation (3). Here, the digital value "b" is a binary bit string.
Equation (3) is realized by the B / G conversion circuit 10 of FIG. The B / G conversion circuit 10 that converts a binary code into a Gray code is provided in front of A1 in FIG. 9, and is provided in front of A11 in FIG.

次に、式(2)を実現する逆演算回路を用いた第3の実施形態に係るD/A変換装置の構成図を図12に示す。この実施形態のD/A変換装置は、関数特定処理を行う制御手段40と、逆演算処理を行う逆演算手段20とを主な構成要素としている。本実施形態では、制御手段40のグレイコード入力端子13に、図11に示したB/G変換回路10の出力を接続しているが、グレイコードを用いた処理を行っている回路からグレイコードを直接に取り込む構成であれば、上記B/G変換回路10は不要である。 Next, FIG. 12 shows a configuration diagram of a D / A conversion device according to a third embodiment using an inverse calculation circuit that realizes the equation (2). The D / A conversion device of this embodiment has a control means 40 that performs a function specifying process and an inverse calculation means 20 that performs an inverse calculation process as main components. In the present embodiment, the output of the B / G conversion circuit 10 shown in FIG. 11 is connected to the Gray code input terminal 13 of the control means 40, but the gray code is obtained from the circuit performing the processing using the Gray code. The B / G conversion circuit 10 is unnecessary if the configuration directly captures.

このD/A変換装置は、アナログデータをテント写像関数による演算を行って得られる演算結果と所定閾値との大小関係に応じてグレイコードを発生させるようにしたA/D変換によって発生される前記グレイコードを、アナログデータに変換する。 This D / A conversion device is generated by the A / D conversion in which a gray code is generated according to the magnitude relationship between the calculation result obtained by performing an operation on analog data by a tent mapping function and a predetermined threshold value. Convert Gray code to analog data.

制御手段40は、第n(1以上の整数)、n−1、・・・、1段目の演算より得られた第n、n−1、・・・、1段目演算結果から発生された第n、n−1、・・・、1段目グレイコードに基づき、当該第n、n−1、・・・、1段目グレイコードを発生させる際に用いた第n、n−1、・・・、1段目関数を特定する関数特定処理を行う。 The control means 40 is generated from the first-stage calculation results of the nth n (integer of 1 or more), n-1, ... Nth, n-1, ... Based on the first-stage Gray code, the nth, n-1, ..., Nth, n-1 used to generate the first-stage Gray code. , ... Performs a function specifying process for specifying the first-stage function.

逆演算手段20は、上記第n、n−1、・・・、1段目演算結果を上記第n、n−1、・・・、1段目関数に基づく逆演算により第n−1、n−2、・・・、1段目演算結果を得るようにする逆演算処理を行う。 The inverse calculation means 20 obtains the first-stage calculation results of the n-, n-1, ..., The first-stage calculation result by the inverse calculation based on the first-stage function, n-1, ... n-2, ... Performs an inverse calculation process for obtaining the first-stage calculation result.

制御手段40は、第n段目グレイコードに基づく処理のときには、第n段目関数を特定すると共に、上記第n段目演算結果を上記第n段目関数に基づく逆演算により第n−1段目演算結果を得るように逆演算手段を制御し、第n−1段目グレイコードに基づく処理のときには、第n−1段目関数を特定すると共に、上記第n−1段目演算結果を上記第n−1段目関数に基づく逆演算により第n−2段目演算結果を得るように逆演算手段を制御し、以下、上記A/D変換の際に行われた演算回数nとなるまで、関数特定処理と逆演算処理の制御を繰り返して、最終的に得られた逆演算処理の結果をアナログデータとして出力するように制御する。 When the control means 40 performs the process based on the nth stage gray code, the control means 40 specifies the nth stage function, and the nth stage operation result is the n-1th stage n-1 by the inverse operation based on the nth stage function. The inverse calculation means is controlled so as to obtain the calculation result of the first stage, and when the processing is based on the gray code of the n-1th stage, the function of the n-1th stage is specified and the calculation result of the n-1th stage is described above. The inverse operation means is controlled so as to obtain the n-2nd stage operation result by the inverse operation based on the n-1st stage function, and hereinafter, the number of operations n performed at the time of the A / D conversion is defined as Until then, the control of the function specifying process and the inverse operation process is repeated, and the finally obtained result of the inverse operation process is controlled to be output as analog data.

図13に、逆演算手段20の具体的な構成を示す。逆演算手段20は、テント写像関数がN(2以上の整数)個の関数から構成されている場合に上記N個の関数による演算とは逆の演算を行うN個の逆演算回路により構成される。この逆演算手段20は、式(2)を実現するものであるため、N=2である。 FIG. 13 shows a specific configuration of the inverse calculation means 20. The inverse calculation means 20 is composed of N inverse calculation circuits that perform an operation opposite to the operation by the above N functions when the tent mapping function is composed of N (integer of 2 or more) functions. To. Since the inverse calculation means 20 realizes the equation (2), N = 2.

グレイコードが“1”でも“0”でも、“Xi+1/2 ”の計算が必ず行われるため、電圧レベル“Xi+1”を抵抗素子R1、R2で半分に分圧する構成を採用しており、この部分が1個目の逆演算回路である。電圧レベル“Xi+1”の最大は1.0[V]のため、抵抗素子で分圧された後は必ず“(Xi+1/2)≦0.5”になる。 But Gray code is "1" or "0", since the calculation of "X i + 1/2" is always performed, employs a configuration which divides in half the voltage level "X i + 1" by the resistance element R1, R2, This part is the first inverse calculation circuit. Since the maximum voltage level “X i + 1 ” is 1.0 [V], it always becomes “(X i + 1/2) ≦ 0.5” after the voltage is divided by the resistance element.

グレイコードが“1”の場合、 “1−(Xi+1/2)”が選択されるため、これについては電圧レベル“Xi+1”[V]に対して、上記抵抗素子R1、R2にて半分に分圧された電圧値“Xi+1/2 ”を引き算する回路を2つのNMOSトランジスタで構成された逆演算回路21により行う。この部分が2個目の逆演算回路である。 When the gray code is "1", "1- (X i + 1/2)" is selected, so that the resistance elements R1 and R2 are half of the voltage level "X i + 1 " [V]. A circuit for subtracting the voltage value "X i + 1/2" divided into two is performed by an inverse arithmetic circuit 21 composed of two NMOS transistors. This part is the second inverse calculation circuit.

逆演算回路21は、図14に示すように、同じサイズのNMOSトランジスタでダイオード接続したNMOSトランジスタ22a、22bから構成される。NMOSトランジスタ22aのゲートとソースの接続部の電圧値をVgsとした場合、出力Voutの電圧レベルは、ゲートがVinに接続され、ソースがVsに接続されたNMOSトランジスタ22bのVinとVsに対して、“Vout=Vgs−Vin+Vs(但し、Vin≦Vgs/2) ”の関係にある。 As shown in FIG. 14, the inverse operation circuit 21 is composed of NMOS transistors 22a and 22b connected by diodes with NMOS transistors of the same size. When the voltage value at the connection between the gate and the source of the NMOS transistor 22a is Vgs, the voltage level of the output Vout is relative to the Vin and Vs of the NMOS transistor 22b whose gate is connected to Vin and whose source is connected to Vs. , "Vout = Vgs-Vin + Vs (however, Vin≤Vgs / 2)".

図15は、図14の2つのNMOSトランジスタ22a、22bにより構成される逆演算回路21のDC解析を行った結果である。この図15では、Vinを0.0[V]〜1.0[V]まで変化させた場合のVoutの電圧レベルを示している。“Vin≦Vgs/2(=0.5[V])”の範囲(NMOSトランジスタ22a、22bの静特性五極管(飽和)領域)では、Voutは0.5[V]を境に、Vinの電圧レベルに対して、リニアにVgs=1.0[V]からの引き算を行っている。なお、DC解析の電圧条件についてVgs=1.0[V]、Vs=0.0[V]としている。 FIG. 15 shows the result of DC analysis of the inverse arithmetic circuit 21 composed of the two NMOS transistors 22a and 22b of FIG. FIG. 15 shows the voltage level of Vout when Vin is changed from 0.0 [V] to 1.0 [V]. In the range of "Vin ≤ Vgs / 2 (= 0.5 [V])" (static characteristic pentode (saturated) region of the NMOS transistors 22a and 22b), Vout is Vin at 0.5 [V]. The voltage level of is linearly subtracted from Vgs = 1.0 [V]. The voltage conditions for DC analysis are Vgs = 1.0 [V] and Vs = 0.0 [V].

図13に示すように、抵抗素子R1、R2の接続点はスイッチSW0を介してサンプルホールドアンプ23の非反転端子へ接続されている。また、逆演算回路21の出力端子VoutはスイッチSW1を介してサンプルホールドアンプ23の非反転端子へ接続されている。スイッチSW0、SW1はグレイコードに基づき関数特定を行う制御手段40によりオンオフ制御される。すなわち、グレイコートが“0”の場合、スイッチSW0がオン(導通)状態に、スイッチSW1がオフ(断線)状態とされる。グレイコードが“1”の場合はスイッチSW0がオフ(断線)状態に、スイッチSW1がオン(導通)状態にされる。これによりグレイコードに応じ、式(2)がアナログ演算にて1回分実行される。 As shown in FIG. 13, the connection points of the resistance elements R1 and R2 are connected to the non-inverting terminal of the sample hold amplifier 23 via the switch SW0. Further, the output terminal Vout of the inverse calculation circuit 21 is connected to the non-inverting terminal of the sample hold amplifier 23 via the switch SW1. The switches SW0 and SW1 are on / off controlled by the control means 40 that specifies the function based on the Gray code. That is, when the gray coat is "0", the switch SW0 is in the on (conducting) state and the switch SW1 is in the off (disconnecting) state. When the Gray code is "1", the switch SW0 is turned off (disconnected) and the switch SW1 is turned on (conducted). As a result, the equation (2) is executed once by the analog operation according to the Gray code.

このように、アナログデータをテント写像関数による演算を行って得られる演算結果と所定閾値との大小関係に応じてグレイコードを所定段で発生させるようにしたA/D変換によって発生される上記グレイコードを、アナログデータに変換するD/A変換装置である。上記制御手段40は、A/D変換を行う場合のテント写像関数による演算毎に発生される上記グレイコードに基づき、当該グレイコードを発生させる際に用いたそれぞれの関数を特定する関数特定処理を行う。また、逆演算手段20は、上記各段の演算結果に対し、前記制御手段により特定された関数に基づく逆演算を行って、その前段の演算結果を得るようにする逆演算処理を行う。 In this way, the gray code generated by the A / D conversion in which the gray code is generated in a predetermined stage according to the magnitude relationship between the calculation result obtained by performing the calculation of the analog data by the tent mapping function and the predetermined threshold value. It is a D / A conversion device that converts a code into analog data. The control means 40 performs a function specifying process for specifying each function used when generating the Gray code based on the Gray code generated for each operation by the tent mapping function when performing A / D conversion. Do. Further, the inverse calculation means 20 performs an inverse calculation based on the function specified by the control means on the calculation result of each of the above stages, and performs an inverse calculation process for obtaining the calculation result of the previous stage.

スイッチSW0またはスイッチSW1を介して出力された電圧値のレベルはサンプルホールドアンプ23で保存され、再び図13と同一の回路に入力されることで式(2)の反復演算が行われる。つまり、A/D変換の際に行われた演算回数nとなるまで、関数特定処理と逆演算処理の制御を繰り返す。演算回数nの繰り返しは分解能分行うことを意味し、最終的にはサンプルホールドアンプ23がD/A変換結果のアナログ電圧として出力される。 The level of the voltage value output via the switch SW0 or the switch SW1 is stored in the sample hold amplifier 23, and is input to the same circuit as in FIG. 13 again to perform the iterative calculation of the equation (2). That is, the control of the function specifying process and the inverse operation process is repeated until the number of operations n performed during the A / D conversion is reached. The repetition of the number of operations n means that the calculation is performed for the resolution, and finally the sample hold amplifier 23 is output as the analog voltage of the D / A conversion result.

別言するならば、上記制御手段40は、最終段から初段に向かって順次に関数を特定し、上記逆演算手段20は、上記制御手段40により関数が最初に特定されると当該特定された関数に基づき第1段目の逆演算を最終段の演算結果に施して1段前の逆演算結果を得て、次に、上記制御手段40により関数が次に特定されると当該特定された関数に基づく第2段目の逆演算を第1段目の逆演算結果に施して更に1段前の逆演算結果を得て、以下同様に逆演算処理を繰り返して、最終的に得られた逆演算処理の結果をアナログデータとして出力するように制御する。 In other words, the control means 40 sequentially specifies the function from the final stage to the first stage, and the inverse calculation means 20 is specified when the function is first specified by the control means 40. Based on the function, the inverse operation of the first stage is applied to the operation result of the final stage to obtain the inverse operation result of the previous stage, and then the function is specified next by the control means 40. The inverse operation of the second stage based on the function is applied to the inverse operation result of the first stage to obtain the inverse operation result of the previous stage, and the inverse operation process is repeated in the same manner as follows, and finally obtained. Control so that the result of the inverse operation processing is output as analog data.

図16に第4の実施形態に係るD/A変換装置100の構成を示す。このD/A変換装置100は、1クロックに同期して式(2)の演算を1回ずつ行う反復型の装置である。本D/A変換装置100は、上記N個の逆演算回路の出力を、最終出力とするか、上記N個の逆演算回路の入力へフィードバックするかを切り換えるスイッチSWnext、SWoutを備え、上記制御手段40の制御回路41が上記スイッチSWnext、SWoutを切り換えることにより、上記A/D変換の際に行われた演算回数nだけ繰り返し演算制御を行う。 FIG. 16 shows the configuration of the D / A conversion device 100 according to the fourth embodiment. The D / A conversion device 100 is an iterative device that performs the calculation of the equation (2) once in synchronization with one clock. The D / A conversion device 100 includes switches SWnext and SWout for switching between the final output of the output of the N inverse arithmetic circuits and the feedback to the input of the N inverse arithmetic circuits, and the control thereof. By switching the switches SWnext and SWout, the control circuit 41 of the means 40 repeatedly performs arithmetic control by the number of arithmetic operations n performed during the A / D conversion.

フィードバックの経路には、サンプルホールドアンプ42が設けられている。このサンプルホールドアンプ42の非反転端子にはスイッチSWinを介して定常電圧0.5Vが与えられる。スイッチSWinは制御手段40の制御回路41がオンオフ制御する。この反復型D/A変換装置100は、制御回路41からの分解能分のクロックパルス回数を与えることで1回分のD/A変換処理を行う。図13に示した逆演算手段20を1つだけ備えて1回の演算結果を再び入力電圧として与え反復して演算し、分解能分の回数(A/D変換の際に行われた演算回数n)を演算した後に最終的にアナログ電圧として出力を行う。 A sample hold amplifier 42 is provided in the feedback path. A steady-state voltage of 0.5 V is applied to the non-inverting terminal of the sample hold amplifier 42 via the switch SWin. The control circuit 41 of the control means 40 controls the switch SWin on and off. The iterative D / A conversion device 100 performs one D / A conversion process by giving the number of clock pulses corresponding to the resolution from the control circuit 41. With only one inverse calculation means 20 shown in FIG. 13, the result of one calculation is given as an input voltage again and the calculation is repeated, and the number of times for the resolution (the number of calculations performed during the A / D conversion n). ) Is calculated and finally output as an analog voltage.

演算の開始の際には、スイッチSWinがオン状態とされ、サンプルホールドアンプ42に0.5[V]が与えられて電圧値が保持される。次に、制御回路41からクロックCLKgrayがHigh状態で与えられることで関数特定処理が可能状態となり、最初のグレイコードの情報によりAND回路を介して図13のスイッチSW0かスイッチSW1がオンとされ、逆演算手段20において式(2)の演算を行われ、図13のサンプルホールドアンプ23に逆演算結果が電圧値として保持される。この電圧値は図16の出力“X”となり、グレイコードが“0”である場合に式(2)の関数は“Xi+1/2”であり、その演算結果は0.25[V]となる。 At the start of the calculation, the switch SWin is turned on, 0.5 [V] is given to the sample hold amplifier 42, and the voltage value is held. Next, when the clock CLK gray is given from the control circuit 41 in the High state, the function identification process becomes possible, and the switch SW0 or the switch SW1 in FIG. 13 is turned on via the AND circuit according to the information of the first Gray code. The calculation of the equation (2) is performed by the inverse calculation means 20, and the inverse calculation result is held as a voltage value in the sample hold amplifier 23 of FIG. This voltage value becomes the output “X i ” in FIG. 16, and when the Gray code is “0”, the function of the equation (2) is “X i + 1/2”, and the calculation result is 0.25 [V]. It becomes.

図17に、上記D/A変換装置100の構成にて分解能4ビットでD/A変換のシミュレーションを行った結果の波形を示す。図16に示されている信号Grayが図17における最上位欄の値として示されている。即ち、D/A変換対象とするディジタル値としてグレイコードがシリアルに入力されていることを示している。上記第1段目の演算で得られた演算結果である0.25[V]は、図17の波形ではXとして示されている。 FIG. 17 shows the waveform of the result of simulating the D / A conversion with a resolution of 4 bits in the configuration of the D / A conversion device 100. The signal Gray shown in FIG. 16 is shown as the value in the top column in FIG. That is, it indicates that the Gray code is serially input as the digital value to be D / A converted. A calculation result obtained by the calculation of the first stage 0.25 [V], in the waveform of FIG. 17 are shown as X i.

次に、制御回路41からクロックCLKgrayがLow状態で出力され、スイッチSW0とスイッチSW1がオフとされた僅かの時間差後に、スイッチSWnextにHighの信号CLKnextが与えられてオン状態とされる。このとき、スイッチSWinを制御する信号CLKinは、LowでスイッチSWinはオフ状態である。この結果、0.25[V]が図16のサンプルホールドアンプ42へ転送保持される。 Next, the clock CLKgray is output from the control circuit 41 in the Low state, and after a slight time difference between the switch SW0 and the switch SW1 being turned off, the High signal CLKnext is given to the switch SWnext to turn it on. At this time, the signal CLKin that controls the switch SWin is Low, and the switch SWin is in the off state. As a result, 0.25 [V] is transferred and held to the sample hold amplifier 42 of FIG.

再びクロックCLKgrayがHigh状態とされ、次のグレイコードの情報によってAND回路を介してスイッチSW0とスイッチSW1が制御される。ここで、グレイコードが“1”であるため、式(2)の関数“1−(Xi+1/2)”を演算する逆演算回路21が選択されて逆演算が行われ、その演算結果である電圧値0.875[V]が図13のサンプルホールドアンプ23に保持される。 The clock CLK gray is set to the High state again, and the switch SW0 and the switch SW1 are controlled via the AND circuit according to the information of the next Gray code. Here, since the Gray code is "1", the inverse operation circuit 21 that calculates the function "1- (X i + 1/2)" of the equation (2) is selected, the inverse operation is performed, and the calculation result is used. A certain voltage value of 0.875 [V] is held by the sample hold amplifier 23 of FIG.

また、スイッチSWnextに対する制御信号CLKnextがHighとされて、スイッチSWnextがオン状態になり、サンプルホールドアンプ23に保持された電圧値は、図16のサンプルホールドアンプ42に転送される。このような動作が繰り返されることで所望の分解能ビット回数(A/D変換の際に行われた演算回数n)の演算が行われ、最終的にスイッチSWoutに対する制御信号CLKoutがHighにされてスイッチSWoutがオン状態なることによりアナログ電圧が出力される。 Further, the control signal CLKnext for the switch SWnext is set to High, the switch SWnext is turned on, and the voltage value held by the sample hold amplifier 23 is transferred to the sample hold amplifier 42 of FIG. By repeating such an operation, the desired number of resolution bits (the number of operations n performed during A / D conversion) is calculated, and finally the control signal CLKout for the switch SWout is set to High to switch. An analog voltage is output when SWout is turned on.

図17の波形に示すように、スイッチSWoutに対し制御信号CLKoutがHigh状態とされて出力され、同時にスイッチSWinに対する制御信号CLKinもHigh状態とされると、図16に示すサンプルホールドアンプ42に次のラウンドとなる式(2)の演算を行うための初期電圧値0.5[V]がセットされ、ここから再び前述の通りの処理が繰り返されてD/A変換が進行される。 As shown in the waveform of FIG. 17, when the control signal CLKout is output to the switch SWout in the High state and at the same time the control signal CLKin to the switch SWin is also set to the High state, the sample hold amplifier 42 shown in FIG. The initial voltage value of 0.5 [V] for performing the calculation of the equation (2), which is the round of the above, is set, and the process as described above is repeated again from here to proceed with the D / A conversion.

図17では、2サンプルの処理を示しており、第1ラウンドでグレイコード列“0110”の処理を行い、第2ラウンドではグレイコード列“1101”の処理を行っている。それぞれの計算結果であるテント写像の初期値Xに相当する電圧レベル“0.28125[V]” と“0.84375[V]”がそれぞれ出力されている。なお、シミュレーションはフリーのアナログ回路シミュレータとして知られるリニアテクノロジー社が提供する“LTspice IV”を用いた。 FIG. 17 shows the processing of two samples. In the first round, the gray code string “0110” is processed, and in the second round, the gray code string “1101” is processed. The voltage levels "0.28125 [V]" and "0.84375 [V]" corresponding to the initial value X 0 of the tent map, which are the calculation results, are output, respectively. For the simulation, "LTspice IV" provided by Linear Technology Co., Ltd., which is known as a free analog circuit simulator, was used.

図17では反復型のD/A変換の詳細な流れを示したが、更に大域的に検証するためにアナログ入力信号の電圧レベルよりテント写像によるA/D変換からグレイコードを生成させて、グレイコードから式(2)の演算を行うD/A変換装置によりアナログ信号を出力して元に戻すシミュレーションを分解能6ビットにて行った。このシミュレーションに用いた回路図を図18に、シミュレーション結果波形を図20に示す。 FIG. 17 shows the detailed flow of the iterative D / A conversion, but in order to further verify it globally, a Gray code is generated from the A / D conversion by the tent mapping from the voltage level of the analog input signal, and the gray code is generated. A simulation was performed with a resolution of 6 bits to output an analog signal by a D / A converter that performs the calculation of equation (2) from the code and restore it. The circuit diagram used for this simulation is shown in FIG. 18, and the simulation result waveform is shown in FIG.

図18の回路は、アナログ信号をサンプルホールドアンプ3に保持し、保持したアナログ信号を5段カスケード接続されたテント写像演算回路4−0〜4−4及びコンパレータ5へ送出し、一括型の回路構成にてA/D変換を行ってグレイコードを得ている。更に、この回路は、上記において得られる上記グレイコードをレジスタ(D−FF)群6−0〜6−5に格納するA/D変換部を備えている。テント写像演算回路4−0〜4−4のそれぞれは、図19に示す構成を採用している。なお、図19に示したテント写像演算回路については、特願2014−159978の図18に示したものであり、ここでは、その詳細な説明を省略する。 The circuit of FIG. 18 holds an analog signal in the sample hold amplifier 3 and sends the held analog signal to a tent mapping calculation circuit 4-0 to 4-4 and a comparator 5 connected in a 5-stage cascade, and is a batch type circuit. A gray code is obtained by performing A / D conversion in the configuration. Further, this circuit includes an A / D conversion unit that stores the Gray code obtained in the above in the register (D-FF) groups 6-0 to 6-5. Each of the tent mapping calculation circuits 4-0 to 4-4 adopts the configuration shown in FIG. The tent mapping calculation circuit shown in FIG. 19 is shown in FIG. 18 of Japanese Patent Application No. 2014-159978, and detailed description thereof will be omitted here.

レジスタ(D−FF)群6−0〜6−5に保持される上記グレイコードは、パラレル/シリアル変換部8のアンド回路7−0〜7−5に送られる。このアンド回路7−0〜7−5に対して制御回路9からHighの制御信号を与えてオア回路8Aによりシリアルにグレイコードを取り出し、図18に示した反復型D/A変換装置100に与える構成となっている。制御回路9は、図16に示した制御回路41のクロックCLKgrayに同期するようにHighの制御信号をアンド回路7−0〜7−5に順番にそれぞれ1パルスずつ送出する。 The Gray code held in the register (D-FF) group 6-0 to 6-5 is sent to the AND circuit 7-0 to 7-5 of the parallel / serial conversion unit 8. A high control signal is given from the control circuit 9 to the AND circuits 7-0 to 7-5, and the gray code is serially taken out by the or circuit 8A and given to the iterative D / A converter 100 shown in FIG. It is composed. The control circuit 9 sends a high control signal to the AND circuits 7-0 to 7-5 in order of one pulse each so as to synchronize with the clock CLK gray of the control circuit 41 shown in FIG.

図18のクロックCLKtentにパルスを1回発生させる毎に、アナログ信号のサンプリングと同時にそのアナログ電圧値に対応するA/D変換が一括で行われてグレイコード生成がされる。図20に示すようにクロックCLKtentと同期して入力アナログ信号の電圧レベルに応じたグレイコードが生成されレジスタ(D−FF)群6−0〜6−5に保存される。図20のV(q0)〜V(q5)が、図18のレジスタ(D−FF)群6−0〜6−5の出力信号Q0〜Q5に対応している。レジスタ(D−FF)群6−0〜6−5に保存されたグレイコードはパラレル/シリアル変換部8にて連続的に1列のグレイコードの信号に変換され、D/A変換装置100へ送出されることにより式(2)の演算が分解能6ビットで行われ、アナログ電圧レベルが出力される。 Every time a pulse is generated in the clock CLKtent of FIG. 18, A / D conversion corresponding to the analog voltage value is collectively performed at the same time as sampling the analog signal to generate a Gray code. As shown in FIG. 20, a gray code corresponding to the voltage level of the input analog signal is generated in synchronization with the clock CLKtent and stored in the register (D-FF) group 6-0 to 6-5. V (q0) to V (q5) in FIG. 20 correspond to the output signals Q0 to Q5 of the register (D-FF) group 6-0 to 6-5 in FIG. The Gray code stored in the register (D-FF) groups 6-0 to 6-5 is continuously converted into a single row of Gray code signals by the parallel / serial conversion unit 8 and sent to the D / A conversion device 100. By being transmitted, the calculation of equation (2) is performed with a resolution of 6 bits, and the analog voltage level is output.

上記の処理過程において、テント写像A/D変換より生成されたグレイコードは生成された順に図18のレジスタ(D−FF)群6−0〜6−5に保持され、シリアルに出力される。この出力のときには、レジスタ(D−FF)群6−5〜6−0の出力値Q5からQ4⇒Q3⇒Q2⇒Q1⇒Q0の順番にD/A変換装置100に与えられ、初期値Xが求められる。即ち、レジスタ(D−FF)群6−0〜6−5におけるデータの処理順は、LIFO(Last In First Out)の形式をとる。 In the above processing process, the Gray code generated by the tent map A / D conversion is held in the register (D-FF) group 6-0 to 6-5 of FIG. 18 in the order of generation, and is output serially. At the time of this output, the output values Q5 to Q4 ⇒ Q3 ⇒ Q2 ⇒ Q1 ⇒ Q0 of the register (D-FF) group 6-5 to 6-0 are given to the D / A converter 100 in this order, and the initial value X 0. Is required. That is, the data processing order in the register (D-FF) groups 6-0 to 6-5 takes the form of LIFO (Last In First Out).

図20に示すように、正弦波でA/D変換器へ入力されたアナログ信号V(ain)がD/A変換装置100によって元のアナログ電圧レベルV(out)に戻されて出力されている。出力アナログ信号V(out)の波形が矩形にガタガタとしているが、この波形は一般的なD/A変換装置で行われているように、平滑化回路でフィルタリングすることで滑らかな波形にすることができる。 As shown in FIG. 20, the analog signal V (ain) input to the A / D converter by a sine wave is returned to the original analog voltage level V (out) by the D / A converter 100 and output. .. The waveform of the output analog signal V (out) is rattling in a rectangular shape, but this waveform should be made smooth by filtering with a smoothing circuit as is done with a general D / A converter. Can be done.

以上説明した第4の実施形態はメリットとして、式(2)の反復演算を図13の演算回路である逆演算手段20を1つ用意し、繰り返し使用することで素子数を増加することなく任意のディジタルのビット長分のD/A変換が可能となる。このため小型化に適した方式であり、同じ素子を用いて幾度も演算を行う構成のため、異なる多数の素子によるD/A変換装置と異なり、各素子の不整合によって演算精度が左右される懸念を低くでき、演算精度が高く保たれることが期待できる。 As a merit, the fourth embodiment described above is arbitrary without increasing the number of elements by preparing one inverse calculation means 20 which is the calculation circuit of FIG. 13 for the iterative calculation of the equation (2) and using it repeatedly. D / A conversion for the digital bit length of is possible. For this reason, it is a method suitable for miniaturization, and because it is configured to perform calculations many times using the same element, unlike a D / A conversion device using a large number of different elements, the calculation accuracy depends on the inconsistency of each element. It can be expected that the concern can be lowered and the calculation accuracy can be kept high.

次に、第5の実施形態として、一括型のD/A変換装置を図21に示す。本実施形態に係るD/A変換装置は、図13に示した逆演算手段20を、必要な分解能に応じた数だけ直列にカスケード接続して構成したもので、それぞれが逆演算手段20と同一構成の逆演算手段20−1〜20−4が備えられている。また、逆演算手段20−1〜20−4のそれぞれに、2つのAND回路とインバータにより構成される回路を制御手段40内に備え、これらを制御回路41Aにより制御することで、図16に示した制御手段40の機能(関数特定の機能)を実現する。このD/A変換装置は、第4の実施形態として示した反復型のD/A変換装置よりも高速にD/A変換を実現することが可能である。 Next, as a fifth embodiment, a batch type D / A conversion device is shown in FIG. The D / A conversion device according to the present embodiment is configured by cascading the inverse arithmetic means 20 shown in FIG. 13 in series in a number corresponding to the required resolution, and each of them is the same as the inverse arithmetic means 20. Inverse calculation means 20-1 to 20-4 having a configuration are provided. Further, each of the inverse calculation means 20-1 to 20-4 is provided with a circuit composed of two AND circuits and an inverter in the control means 40, and these are controlled by the control circuit 41A, as shown in FIG. The function of the control means 40 (function specific function) is realized. This D / A conversion device can realize D / A conversion at a higher speed than the iterative D / A conversion device shown as the fourth embodiment.

この第5の実施形態に係るD/A変換装置では、制御回路41Aから同期信号GCTRLがHighレベルとして出力されるとき、D/A変換の対象とするグレイコードの情報が2つのAND回路とインバータにより構成される回路により論理演算される。論理演算の結果は、逆演算手段20−1〜20−4のそれぞれ対応するスイッチSW0とスイッチSW1にパラレルにオンオフ制御信号として伝達される。逆演算手段20−1〜20−4は、前段から送られる信号に対し式(2)の演算を行う。これにより、所要の分解能分が一括で計算される。この計算の後、制御回路41AからスイッチSWOUTに対する制御信号がHighレベルとして出力される。これにより、最終段の逆演算手段20−4で生成されたアナログ電圧レベルを出力し、1個のクロックパルスでD/A変換を行う。反復型のD/A変換装置と比較して素子数は増加するが、高速にD/A変換できるというメリットがある。 In the D / A conversion device according to the fifth embodiment, when the synchronization signal GCTRL is output as the High level from the control circuit 41A, the gray code information to be D / A converted is the two AND circuits and the inverter. A logical operation is performed by a circuit composed of. The result of the logical operation is transmitted as an on / off control signal in parallel to the switch SW0 and the switch SW1 corresponding to the inverse operation means 20-1 to 20-4, respectively. The inverse calculation means 20-1 to 20-4 perform the calculation of the equation (2) on the signal sent from the previous stage. As a result, the required resolution is calculated in a batch. After this calculation, the control circuit 41A outputs a control signal for the switch SWOUT as a high level. As a result, the analog voltage level generated by the inverse calculation means 20-4 in the final stage is output, and D / A conversion is performed with one clock pulse. Although the number of elements is increased as compared with the iterative D / A conversion device, there is an advantage that D / A conversion can be performed at high speed.

次に、第6の実施形態として反復型と一括型の組み合わせに係るD/A変換装置を図22に示す。本実施形態に係るD/A変換装置は、図13に示した逆演算手段20を、所要数(ここでは2)だけ直列にカスケード接続して構成したもので、逆演算手段20−1、20−2が備えられている。また、逆演算手段20−1、20−2のそれぞれに、2つのAND回路とインバータにより構成される図21と同様の機能を有する回路を備え、これらを制御回路41Bにより制御することで、図16に示した制御手段40の機能を実現する。 Next, FIG. 22 shows a D / A conversion device according to a combination of an iterative type and a batch type as a sixth embodiment. The D / A conversion device according to the present embodiment is configured by cascading the inverse arithmetic means 20 shown in FIG. 13 in series by the required number (2 in this case), and the inverse arithmetic means 20-1 and 20. -2 is provided. Further, each of the inverse calculation means 20-1 and 20-2 is provided with a circuit having the same function as that of FIG. 21 composed of two AND circuits and an inverter, and these are controlled by the control circuit 41B. The function of the control means 40 shown in 16 is realized.

更に、逆演算手段20−2の出力信号Xを初段の逆演算手段20−1の入力信号Xi+1としてフィードバックする経路を備えている。このフィードバック経路には、逆演算手段20−2の出力信号Xを保持してフィードバックするためのサンプルホールドアンプ25が設けられている。逆演算手段20−2の出力とサンプルホールドアンプ25の間には、フィードバックするか所定分解能のD/A変換結果のアナログ信号として出力するかを選択するスイッチSWnext、SWoutが備えられ、これらのスイッチSWnext、SWoutは制御回路41Bによりオンオフ制御される。 Further, a path for feeding back the output signal X i of the inverse calculation unit 20-2 as the input signal X i + 1 of the first-stage reverse calculation means 20-1. The feedback in the path, the sample and hold amplifier 25 for feedback to hold the output signal X i of the inverse calculation unit 20-2 are provided. Between the output of the inverse calculation means 20-2 and the sample hold amplifier 25, switches SWnext and SWout for selecting whether to feed back or output as an analog signal of the D / A conversion result of a predetermined resolution are provided, and these switches are provided. SWnext and SWout are on / off controlled by the control circuit 41B.

この実施形態は、一般的には、N個の逆演算回路がn段カスケード接続され、上記制御手段は、各n段のN個の逆演算回路において該N個の逆演算回路のいずれかを選択するかの制御と、n段間の信号の送出制御とを行うものである。本実施形態は、1個のクロックパルスで2ビットのD/A変換を行う。反復型では分解能4ビットのD/A変換の場合にクロックパルス数を4個必要とするのに対し、2つカスケード接続した本実施形態ではクロックパルス数が2個で済む。このため応答時間(レイテンシ)が速くなるといったメリットがある。このように反復型と一括型を組み合わせた本実施形態のD/A変換装置は、回路面積と変換速度に合わせることが可能なトレードオフな構成が選択できる。 In this embodiment, in general, N inverse arithmetic circuits are connected in an n-stage cascade, and the control means connects any of the N inverse arithmetic circuits in the N inverse arithmetic circuits of each n stages. It controls whether to select and controls the transmission of signals between n stages. In this embodiment, 2-bit D / A conversion is performed with one clock pulse. In the iterative type, four clock pulses are required for D / A conversion with a resolution of 4 bits, whereas in the present embodiment in which two are cascaded, the number of clock pulses is only two. Therefore, there is an advantage that the response time (latency) becomes faster. In the D / A conversion device of the present embodiment in which the iterative type and the batch type are combined in this way, a trade-off configuration that can be matched with the circuit area and the conversion speed can be selected.

図13に示した逆演算手段20は、式(2)の結果をサンプルホールドアンプ23に与えて電圧レベルを保持する構成を備えている。これに対し、図23に示すように電圧レベルを保持するサンプルホールドアンプ23を、コンデンサ28に保持するタイプの逆演算手段20Aに置き換えることができる。 The inverse calculation means 20 shown in FIG. 13 has a configuration in which the result of the equation (2) is given to the sample hold amplifier 23 to hold the voltage level. On the other hand, as shown in FIG. 23, the sample hold amplifier 23 that holds the voltage level can be replaced with the inverse calculation means 20A of the type that holds the voltage level in the capacitor 28.

図24に、図16の逆演算手段20を、上記図23の逆演算手段20Aに置き換えて、図17に示したものと同じグレイコード(ディジタル値)のパターンでシミュレーションした結果を示す。 FIG. 24 shows the result of simulating the inverse calculation means 20 of FIG. 16 with the reverse calculation means 20A of FIG. 23 and the same gray code (digital value) pattern as shown in FIG.

コンデンサは時間経過により電荷漏れが生じてしまうため、図23の逆演算手段20Aにおいては、CR(容量・抵抗)時定数と電荷漏れを考慮したスイッチング素子の切り替えや、サンプルホールドアンプ23の代用とするコンデンサ28の静電容量を大きくし、その他のコンデンサは影響を軽減させるため静電容量を小さくするなどのチューニングを行う。シミュレーションでは図16のコンデンサCoutの静電容量は20f[F]、コンデンサCsampleの静電容量は0.5p[F]としている。ここに、fはフェムト(10−15)であり、pはピコ(10−12)を表している。 Since the capacitor causes charge leakage with the passage of time, in the inverse calculation means 20A of FIG. 23, switching of the switching element in consideration of the CR (capacitance / resistance) time constant and charge leakage, or a substitute for the sample hold amplifier 23. The capacitance of the capacitor 28 to be used is increased, and the other capacitors are tuned to reduce the capacitance in order to reduce the influence. In the simulation, the capacitance of the capacitor Cout in FIG. 16 is 20f [F], and the capacitance of the capacitor Csample is 0.5p [F]. Here, f is a femto ( 10-15 ) and p is a pico ( 10-12 ).

サンプルホールドアンプ23を図23のようにコンデンサ28に置き換える構成の逆演算手段20Aは、図13のようにサンプルホールドアンプ23で電圧レベルを保持する構成と比較してD/A変換の精度が落ちるといったデメリットがある。しかしながら、この構成の逆演算手段20Aは、サンプルホールドアンプ23を用いなくともよいため、簡単な回路構成となり回路面積を縮小できるといったメリットがある。 The inverse calculation means 20A having a configuration in which the sample hold amplifier 23 is replaced with a capacitor 28 as shown in FIG. 23 has lower D / A conversion accuracy than the configuration in which the sample hold amplifier 23 holds the voltage level as shown in FIG. There are disadvantages such as. However, since the inverse calculation means 20A having this configuration does not need to use the sample hold amplifier 23, it has an advantage that the circuit configuration can be simplified and the circuit area can be reduced.

以上説明した式(2)を実行することでD/A変換を実現する反復型のD/A変換装置は、所定値の抵抗素子や容量素子を複数用意しなくとも、固定の素子数で反復回数を多くすることで分解能を変更してD/A変換が行えるため小さい回路面積でも高い分解能のD/A変換装置を実現できる。また、同じ物理条件の抵抗とトランジスタなどによる回路を反復使用する構成であるため、素子ばらつきの影響が少ない高精度なD/A変換が期待できる。 A repetitive D / A conversion device that realizes D / A conversion by executing the above-described equation (2) repeats with a fixed number of elements without preparing a plurality of resistance elements or capacitive elements having a predetermined value. Since D / A conversion can be performed by changing the resolution by increasing the number of times, a D / A conversion device having high resolution can be realized even with a small circuit area. Further, since the circuit is repeatedly used with resistors and transistors under the same physical conditions, highly accurate D / A conversion can be expected with little influence of element variation.

従来のD/A変換装置は分解能を変更したい場合には素子を変更・追加するなどハードウェア上での変更が必要であったのに対し、本実施形態に係るD/A変換装置では素子の変更は不要であるため、反復回数の制御というソフト的手法により柔軟に変更が可能である。 In the conventional D / A conversion device, if it is desired to change the resolution, it is necessary to change the hardware such as changing or adding an element, whereas in the D / A conversion device according to the present embodiment, the element Since no change is required, it can be changed flexibly by a soft method of controlling the number of iterations.

本実施形態に係るD/A変換装置は、グレイコードをD/A変換する構成であるため、ディジタルデータとしてグレイコードを採用し処理を行っているシステム等に適用する場合には、バイナリ変換の構成が不要であり、回路規模を大きくすることなくD/A変換が行える利点がある。 Since the D / A conversion device according to the present embodiment has a configuration for D / A conversion of the Gray code, when it is applied to a system or the like that adopts the Gray code as digital data and performs processing, the binary conversion is performed. There is an advantage that D / A conversion can be performed without increasing the circuit scale because no configuration is required.

アナログ回路設計において必要な中間電位を生成したい場合、抵抗ストリング型で分圧して所望の参照電圧を生成し、アナログ回路に供給するシーンがある。本実施形態に係るD/A変換装置では必要最小限な素子を用いて制御回路から制御パルスを与えることで所望の分解能にて参照電圧を生成できるため、このようなシーンに好適である。 When it is desired to generate the intermediate potential required in analog circuit design, there is a scene in which a resistance string type voltage is divided to generate a desired reference voltage and supplied to the analog circuit. The D / A conversion device according to the present embodiment is suitable for such a scene because a reference voltage can be generated with a desired resolution by applying a control pulse from a control circuit using the minimum necessary elements.

なお、上記に示した実施形態では、テント写像を図4に示すものとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、特願2014−159978の図14に示すようなテント写像を用いる場合にも適用可能である。この場合には、一度の演算で2ビットのグレイコードに基づき関数特定を行い、テント写像関数が4個の関数から構成されている場合であり、上記4個の関数による演算とは逆の演算を行う4個の逆演算回路により逆演算手段が構成されることになる。 In the embodiment shown above, the tent map is shown in FIG. 4, but the present invention is not limited to this. For example, it is also applicable when a tent map as shown in FIG. 14 of Japanese Patent Application No. 2014-159978 is used. In this case, the function is specified based on the 2-bit gray code in one operation, and the tent mapping function is composed of four functions, which is the opposite of the operation by the above four functions. The inverse arithmetic means is configured by the four inverse arithmetic circuits that perform the above.

3 サンプルホールドアンプ
4−0〜4−4 テント写像演算回路
5 コンパレータ
6−0〜6−5 レジスタ(D−FF)群
7−0〜7−5 アンド回路
8 パラレル/シリアル変換部
8A オア回路
9 制御回路
10 B/G変換回路
20、20A 逆演算手段
21 逆演算回路
23、25 サンプルホールドアンプ
40 制御手段
41、41A、41B 制御回路
42 サンプルホールドアンプ
100 D/A変換装置



3 Sample hold amplifier 4-0-4-4 Tent mapping calculation circuit 5 Comparator 6-0-6-5 Register (D-FF) group 7-0-7-5 AND circuit 8 Parallel / serial converter 8A Or circuit 9 Control circuit 10 B / G conversion circuit 20, 20A Inverse calculation means 21 Inverse calculation circuit 23, 25 Sample hold amplifier 40 Control means 41, 41A, 41B Control circuit 42 Sample hold amplifier 100 D / A conversion device



Claims (13)

アナログデータをテント写像関数による演算を行って得られる演算結果と所定閾値との大小関係に応じてグレイコードを所定段で発生させるようにしたA/D変換によって発生される前記グレイコードを、アナログデータに変換するD/A変換装置において、
前記演算毎に発生される上記グレイコードに基づき、当該グレイコードを発生させる際に用いたそれぞれの関数を特定する関数特定処理を行う制御手段と、
前記各段の演算結果に対し、前記制御手段により特定された関数に基づく逆演算を行って、その前段の演算結果を得るようにする逆演算処理を行う逆演算手段であって、第1及び第2の同じサイズのNMOSトランジスタを縦続接続し、前記第1のNMOSトランジスタのソースとゲートを接続してこのソースに回路の電源を与えると共に、前記第2のNMOSトランジスタのゲートを入力とし、前記2つのNMOSトランジスタのソースとドレインの接続点から出力を得るようにしたアナログ演算回路を含む逆演算手段と、
を具備し、
前記制御手段は、最終段の演算から初段の演算に向かって各段毎の演算に際し順次に関数を特定し、この特定した関数に応じて前記逆演算手段が、当該段のA/D変換において発生されたグレイコードが1のときに前記アナログ演算回路を含んだ演算を行う回路を実現するように制御し、また、前記発生されたグレイコードが0のときに前記アナログ演算回路を含まない演算を行う回路を実現するように制御するものであり、
前記逆演算手段は、前記制御手段により関数が最初に特定されると当該特定された関数に基づき第1段目の逆演算を最終段の演算結果に施して1段前の逆演算結果を得て、前記制御手段により関数が次に特定されると当該特定された関数に基づく第2段目の逆演算を第1段目の逆演算結果に施して更に1段前の逆演算結果を得て、以下同様に逆演算処理を繰り返して、最終的に得られた逆演算処理の結果をアナログデータとして出力するように動作することを特徴とするD/A変換装置。
The gray code generated by the A / D conversion in which the gray code is generated in a predetermined stage according to the magnitude relationship between the calculation result obtained by performing the calculation of the analog data by the tent mapping function and the predetermined threshold is analog. In the D / A conversion device that converts data
Based on the Gray code generated for each operation, a control means for performing a function specifying process for specifying each function used when generating the Gray code, and
The first and second inverse calculation means, which performs an inverse calculation based on a function specified by the control means on the calculation result of each stage and performs an inverse calculation process for obtaining the calculation result of the previous stage. A second MOSFET transistor of the same size is connected in cascade, a source and a gate of the first MOSFET transistor are connected to supply power to the circuit to this source, and the gate of the second MOSFET transistor is used as an input. Inverse arithmetic means including an analog arithmetic circuit that obtains output from the connection point of the source and drain of two NMOS transistors, and
Equipped with
The control means sequentially specifies a function in each stage of the operation from the final stage operation to the first stage operation, and the inverse calculation means performs the A / D conversion of the stage according to the specified function . When the generated gray code is 1, control is performed so as to realize a circuit that performs an operation including the analog arithmetic circuit, and when the generated gray code is 0, an operation that does not include the analog arithmetic circuit. It controls to realize the circuit that performs
When the function is first specified by the control means, the inverse operation means performs the inverse operation of the first stage on the operation result of the final stage based on the specified function to obtain the inverse operation result of the previous stage. Then, when the function is next specified by the control means, the inverse operation of the second stage based on the specified function is applied to the inverse operation result of the first stage to obtain the inverse operation result of the previous stage. Te, and so repeat the inverse operation processing, and finally the results of the inverse processing to operate to output the analog data D / a converter according to claim.
前記制御手段は、第n(1以上の整数)、n−1、・・・、1段目の演算より得られた第n、n−1、・・・、1段目演算結果から発生された第n、n−1、・・・、1段目グレイコードに基づき、当該第n、n−1、・・・、1段目グレイコードを発生させる際に用いた第n、n−1、・・・、1段目関数を特定する関数特定処理を行い、
前記逆演算手段は、前記第n段目演算結果、n−1、・・・、1段目の逆演算結果を前記第n、n−1、・・・、1段目関数に基づく逆演算により第n−1、n−2、・・・、1段目逆演算結果を得るようにする逆演算処理を行う
ことを特徴とする請求項1に記載のD/A変換装置。
The control means is generated from the first-stage calculation results of the n-th (integer of 1 or more), n-1, ... Nth, n-1, ... Based on the first-stage Gray code, the nth, n-1, ..., Nth, n-1 used to generate the first-stage Gray code. , ... Performs function identification processing to specify the first stage function,
The inverse calculation means performs an inverse calculation based on the nth-stage calculation result, n-1, ..., The first-stage inverse calculation result, and the n-th, n-1, ..., 1st-stage function. The D / A conversion device according to claim 1, wherein the inverse calculation process is performed so as to obtain the first-stage inverse calculation result.
前記逆演算手段は、前記テント写像関数がN(2以上の整数)個の関数から構成されている場合に、前記N個の関数による演算とは逆の演算を行うN個の逆演算回路により構成されており、
前記制御手段は、第n(1以上の整数)、n−1、・・・、1段目の演算より得られた第n、n−1、・・・、1段目演算結果から発生された第n、n−1、・・・、1段目グレイコードに基づき、前記N個の逆演算回路のいずれかを選択して、前記第n、n−1、・・・、1段目演算結果を前記選択した逆演算回路に適用することにより第n−1、n−2、・・・、1段目演算結果を得るように制御すると共に、この第n−1、n−2、・・・、1段目演算結果を前記N個の逆演算回路へ入力し、前記A/D変換の際に行われた演算回数nとなるまで繰り返し演算制御を行う制御手段を構成し、
最終的に得られた逆演算処理の結果をアナログデータとして出力することを特徴とする請求項2に記載のD/A変換装置。
When the tent mapping function is composed of N (integer of 2 or more) functions, the inverse calculation means is provided by N inverse calculation circuits that perform operations opposite to those by the N functions. It is composed and
The control means is generated from the results of the first-stage calculation of n, n-1, ..., Obtained from the first-stage calculation of n (an integer of 1 or more), n-1, ... N, n-1, ..., 1st stage Based on the gray code, any one of the N inverse arithmetic circuits is selected, and the n, n-1, ..., 1st stage By applying the calculation result to the selected inverse calculation circuit, the first-stage calculation results are controlled to be obtained, and the n-1, n-2, ... ..., A control means is configured which inputs the first-stage calculation result to the N inverse calculation circuits and repeatedly performs calculation control until the number of calculations performed during the A / D conversion is n.
The D / A conversion device according to claim 2, wherein the finally obtained result of the inverse arithmetic processing is output as analog data.
前記N個の逆演算回路の出力を、最終出力とするか、前記N個の逆演算回路の入力へフィードバックするかを切り換えるスイッチを備え、
前記制御手段が前記スイッチを切り換えることにより、前記A/D変換の際に行われた演算回数nだけ繰り返し演算制御を行うことを特徴とする請求項3に記載のD/A変換装置。
It is provided with a switch for switching between the output of the N inverse arithmetic circuits as the final output and the feedback to the input of the N inverse arithmetic circuits.
The D / A conversion device according to claim 3, wherein the control means repeatedly performs operation control by the number of operations n performed during the A / D conversion by switching the switch.
前記N個の逆演算回路がn段カスケード接続され、
前記制御手段は、各n段のN個の逆演算回路において該N個の逆演算回路のいずれかを選択するかの制御と、n段間の信号の送出制御とを行うことを特徴とする請求項3に記載のD/A変換装置。
The N inverse arithmetic circuits are connected in an n-stage cascade,
The control means is characterized in that it controls whether to select any of the N inverse arithmetic circuits in each of the n inverse arithmetic circuits and controls the transmission of signals between the n stages. The D / A conversion device according to claim 3.
前記N個の逆演算回路がk(n=k×m:k,mは、整数)段カスケード接続され、
第k段目の前記N個の逆演算回路の出力を、最終出力とするか、第1段目の前記N個の逆演算回路の入力へフィードバックするか、を切り換えるスイッチを備え、
前記制御手段は、各k段のN個の逆演算回路において該N個の逆演算回路のいずれかを選択するかの制御と、k段間の信号の送出制御とを行うと共に、前記スイッチを切り換えることにより、前記k段カスケード接続された前記N個の逆演算回路においてm回の繰り返し演算が行われるように制御を行うことを特徴とする請求項3に記載のD/A変換装置。
The N inverse arithmetic circuits are connected in a k (n = k × m: k, m is an integer) stage cascade.
It is provided with a switch for switching between the output of the N inverse arithmetic circuits in the kth stage as the final output and the feedback to the input of the N inverse arithmetic circuits in the first stage.
The control means controls whether to select any of the N inverse arithmetic circuits in each k-stage N inverse arithmetic circuits, controls the transmission of signals between the k-stages, and controls the switch. The D / A conversion device according to claim 3, wherein the D / A conversion device is controlled so that m times of repetitive calculation are performed in the N inverse calculation circuits connected in a k-stage cascade by switching.
Nが2であり、
一方の逆演算回路がXi=Xi+1/2の計算を行う回路であり、
他方の逆演算回路がXi=1−(Xi+1/2)の計算を行う回路であることを特徴とする請求項3乃至5のいずれか1項に記載のD/A変換装置。
N is 2
One inverse operation circuit is a circuit that calculates Xi = Xi + 1/2.
The D / A conversion device according to any one of claims 3 to 5, wherein the other inverse calculation circuit is a circuit that performs calculation of Xi = 1- (Xi + 1/2).
前記N個の逆演算回路の出力端には、サンプルホールドアンプまたはコンデンサが設けられていることを特徴とする請求項3乃至6のいずれか1項に記載のD/A変換装置。 The D / A conversion device according to any one of claims 3 to 6, wherein a sample hold amplifier or a capacitor is provided at the output terminal of the N inverse arithmetic circuits. アナログデータをテント写像関数による演算を行って得られる演算結果と所定閾値との大小関係に応じてグレイコードを発生させるようにしたA/D変換によって発生された前記グレイコードを、アナログデータに変換するD/A変換装置において、
第n(1以上の整数)段目の演算より得られた第n段目演算結果から発生された第n段目グレイコードに基づき、当該第n段目グレイコードを発生させる際に用いた第n段目関数を特定する関数特定処理を行い、
前記第n段目演算結果を前記第n段目関数に基づく逆演算により第n−1段目演算結果を得るようにする逆演算処理を行い、
次に、第n−1段目の演算より得られた第n−1段目演算結果から発生された第n−1段目グレイコードに基づき、当該第n−1段目グレイコードを発生させる際に用いた第n−1段目関数を特定する関数特定処理を行い、
前記第n−1段目演算結果を前記第n−1段目関数に基づく逆演算により第n−2段目演算結果を得るようにする逆演算処理を行い、
以下、前記A/D変換の際に行われた演算回数nとなるまで、関数特定処理と逆演算処理とを繰り返して、最終的に得られた逆演算処理の結果をアナログデータとして出力するD/A変換装置であり、
前記n段目から前記n−1段、・・・と続く各段の逆演算処理においては、前記各段の演算結果に対し、前記制御手段により特定された関数に基づく逆演算を行って、その前段の演算結果を得るようにする逆演算処理を行う逆演算手段であって、第1及び第2の同じサイズのNMOSトランジスタを縦続接続し、前記第1のNMOSトランジスタのソースとゲートを接続してこのソースに回路の電源を与えると共に、前記第2のNMOSトランジスタのゲートを入力とし、前記2つのNMOSトランジスタのソースとドレインの接続点から出力を得るようにしたアナログ演算回路を含む逆演算手段を用い、
前記n段目から前記n−1段、・・・と続く各段毎の演算に際し順次に関数を特定し、この特定した関数に応じて前記逆演算手段が、当該段のA/D変換において発生されたグレイコードが1のときに前記アナログ演算回路を含んだ演算を行う回路を実現するように制御し、また、前記発生されたグレイコードが0のときに前記アナログ演算回路を含まない演算を行う回路を実現するように制御する制御手段を、
具備することを特徴とするD/A変換装置。
The gray code generated by the A / D conversion that generates the gray code according to the magnitude relationship between the calculation result obtained by performing the calculation by the tent mapping function and the predetermined threshold value is converted into analog data. In the D / A conversion device
The nth stage gray code used when generating the nth stage gray code based on the nth stage gray code generated from the nth stage calculation result obtained from the operation of the nth stage (integer of 1 or more). Perform function identification processing to specify the nth stage function,
An inverse calculation process is performed so that the nth stage calculation result is obtained by the inverse calculation based on the nth stage function to obtain the n-1th stage calculation result.
Next, the n-1st stage gray code is generated based on the n-1th stage gray code generated from the n-1th stage calculation result obtained from the n-1th stage calculation. Perform the function identification process to specify the n-1st stage function used in the case,
An inverse calculation process is performed so that the n-1st stage calculation result is obtained by the inverse calculation based on the n-1st stage function to obtain the n-2nd stage calculation result.
Hereinafter, the until operation number n performed in the A / D conversion, by repeating the functions specific processing and reverse processing, and outputs the result of the finally obtained inverse operation processing as analog data D / A converter,
In the inverse calculation process of each stage from the nth stage to the n-1 stage, ..., The calculation result of each stage is subjected to an inverse calculation based on the function specified by the control means. It is an inverse arithmetic means that performs inverse arithmetic processing to obtain the arithmetic result of the previous stage, and connects the first and second NMOS transistors of the same size in cascade, and connects the source and gate of the first NMOS transistor. An inverse operation including an analog arithmetic circuit in which the gate of the second NMOS transistor is used as an input and an output is obtained from the connection point between the source and the drain of the two NMOS transistors while supplying the power of the circuit to this source. By means,
A function is sequentially specified in each stage of calculation from the nth stage to the n-1 stage, ..., And the inverse calculation means is used in the A / D conversion of the stage according to the specified function. When the generated Gray code is 1, control is performed so as to realize a circuit that performs an operation including the analog arithmetic circuit, and when the generated Gray code is 0, an operation that does not include the analog arithmetic circuit. A control means that controls to realize a circuit that performs
A D / A conversion device characterized by being provided.
前記A/D変換によって、アナログデータをテント写像関数による演算を行って得られる演算結果と所定閾値との大小関係に応じてグレイコードが1ビット発生されることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載のD/A変換装置。 Claims 1 to 9 are characterized in that, by the A / D conversion, one bit of Gray code is generated according to the magnitude relationship between the calculation result obtained by performing an operation on analog data by a tent mapping function and a predetermined threshold value. The D / A conversion device according to any one of the above items. アナログデータをテント写像関数による演算を行って得られる演算結果と所定閾値との大小関係に応じてグレイコードを所定段で発生させるようにしたA/D変換によって発生される前記グレイコードを、アナログデータに変換するD/A変換方法において、
前記演算毎に発生される上記グレイコードに基づき、当該グレイコードを発生させる際に用いたそれぞれの関数を特定する関数特定処理を行う制御手段と、
第1及び第2の同じサイズのNMOSトランジスタを縦続接続し、前記第1のNMOSトランジスタのソースとゲートを接続してこのソースに回路の電源を与えると共に、前記第2のNMOSトランジスタのゲートを入力とし、前記2つのNMOSトランジスタのソースとドレインの接続点から出力を得るようにしたアナログ演算回路を含み、前記各段の演算結果に対し、前記制御手段により特定された関数に基づく逆演算を行って、その前段の演算結果を得るようにする逆演算処理を行う逆演算手段と
を用い、
前記制御手段により、最終段の演算から初段の演算に向かって各段毎の演算に際し順次に関数を特定し、この特定した関数に応じて前記逆演算手段を制御し、当該段のA/D変換において発生されたグレイコードが1のときに前記アナログ演算回路を含んだ演算を行う回路を実現し、また、前記発生されたグレイコードが0のときに前記アナログ演算回路を含まない演算を行う回路を実現し、
前記逆演算手段により、前記制御手段により関数が最初に特定されると当該特定された関数に基づき第1段目の逆演算を最終段の演算結果に施して1段前の逆演算結果を得て、前記制御手段により関数が次に特定されると当該特定された関数に基づく第2段目の逆演算を第1段目の逆演算結果に施して更に1段前の逆演算結果を得て、以下同様に逆演算処理を繰り返して、最終的に得られた逆演算処理の結果をアナログデータとして出力するように動作することを特徴とするD/A変換方法。
The gray code generated by the A / D conversion in which the gray code is generated in a predetermined stage according to the magnitude relationship between the calculation result obtained by performing the calculation of the analog data by the tent mapping function and the predetermined threshold is analog. In the D / A conversion method for converting to data
Based on the Gray code generated for each operation, a control means for performing a function specifying process for specifying each function used when generating the Gray code, and
The first and second MOSFET transistors of the same size are connected in series, and the source and gate of the first MOSFET transistor are connected to supply the power of the circuit to this source, and the gate of the second MOSFET transistor is input. An analog arithmetic circuit that obtains an output from the connection point between the source and drain of the two NMOS transistors is included, and the inverse arithmetic based on the function specified by the control means is performed on the arithmetic result of each stage. Then, using an inverse arithmetic means that performs inverse arithmetic processing to obtain the arithmetic result of the previous stage,
The control means sequentially specifies a function in each stage of the operation from the final stage operation to the first stage operation , controls the inverse calculation means according to the specified function, and A / D of the stage. When the gray code generated in the conversion is 1, a circuit that includes the analog calculation circuit is realized, and when the generated Gray code is 0, the calculation that does not include the analog calculation circuit is performed. Realize the circuit,
When a function is first specified by the control means by the inverse calculation means, the inverse calculation of the first stage is applied to the calculation result of the final stage based on the specified function to obtain the inverse calculation result of the previous stage. Then, when the function is next specified by the control means, the inverse operation of the second stage based on the specified function is applied to the inverse operation result of the first stage to obtain the inverse operation result of the previous stage. Te, following repeat the inverse operation processing, D / a conversion method, wherein a result of the finally obtained inverse processing operates to output as analog data.
前記制御手段は、第n(1以上の整数)、n−1、・・・、1段目の演算より得られた第n、n−1、・・・、1段目演算結果から発生された第n、n−1、・・・、1段目グレイコードに基づき、当該第n、n−1、・・・、1段目グレイコードを発生させる際に用いた第n、n−1、・・・、1段目関数を特定する関数特定処理を行うものであり、
前記逆演算手段は、前記第n、n−1、・・・、1段目演算結果を前記第n、n−1、・・・、1段目関数に基づく逆演算により第n−1、n−2、・・・、1段目演算結果を得るようにする逆演算処理を行うものであることを特徴とする請求項11に記載のD/A変換方法。
The control means is generated from the first-stage calculation results of the n-th (integer of 1 or more), n-1, ... Nth, n-1, ... Based on the first-stage Gray code, the nth, n-1, ..., Nth, n-1 used to generate the first-stage Gray code. , ... Performs function identification processing to specify the first stage function,
The inverse calculation means obtains the first-stage calculation result of the n-, n-1, ..., The n-th, n-1, ... By the inverse calculation based on the first-stage function. n-2, ... The D / A conversion method according to claim 11 , wherein the inverse calculation process is performed so as to obtain the first-stage calculation result.
アナログデータをテント写像関数による演算を行って得られる演算結果と所定閾値との大小関係に応じてグレイコードを発生させるようにしたA/D変換によって発生される前記グレイコードを、アナログデータに変換するD/A変換方法において、
第n(1以上の整数)段目の演算より得られた第n段目演算結果から発生された第n段目グレイコードに基づき、当該第n段目グレイコードを発生させる際に用いた第n段目関数を特定する関数特定処理を行い、
前記第n段目演算結果を前記第n段目関数に基づく逆演算により第n−1段目演算結果を得るようにする逆演算処理を行い、
次に、第n−1段目の演算より得られた第n−1段目演算結果から発生された第n−1段目グレイコードに基づき、当該第n−1段目グレイコードを発生させる際に用いた第n−1段目関数を特定する関数特定処理を行い、
前記第n−1段目演算結果を前記第n−1段目関数に基づく逆演算により第n−2段目演算結果を得るようにする逆演算処理を行い、
以下、前記A/D変換の際に行われた演算回数nとなるまで、関数特定処理と逆演算処理とを繰り返して、最終的に得られた逆演算処理の結果をアナログデータとして出力するD/A変換方法であり、
前記n段目から前記n−1段、・・・と続く各段の逆演算処理においては、前記各段の演算結果に対し、前記制御手段により特定された関数に基づく逆演算を行って、その前段の演算結果を得るようにする逆演算処理を行う逆演算手段であって、第1及び第2の同じサイズのNMOSトランジスタを縦続接続し、前記第1のNMOSトランジスタのソースとゲートを接続してこのソースに回路の電源を与えると共に、前記第2のNMOSトランジスタのゲートを入力とし、前記2つのNMOSトランジスタのソースとドレインの接続点から出力を得るようにしたアナログ演算回路を含む逆演算手段を用い、
前記n段目から前記n−1段、・・・と続く各段毎の演算に際し順次に関数を特定し、この特定した関数に応じて前記逆演算手段が、当該段のA/D変換において発生されたグレイコードが1のときに前記アナログ演算回路を含んだ演算を行う回路を実現するように制御し、また、前記発生されたグレイコードが0のときに前記アナログ演算回路を含まない演算を行う回路を実現するように制御する
ことを特徴とするD/A変換方法。
The gray code generated by the A / D conversion that generates a gray code according to the magnitude relationship between the calculation result obtained by performing the calculation by the tent mapping function and the predetermined threshold value is converted into analog data. In the D / A conversion method
The nth stage gray code used when generating the nth stage gray code based on the nth stage gray code generated from the nth stage calculation result obtained from the operation of the nth stage (integer of 1 or more). Perform function identification processing to specify the nth stage function,
An inverse calculation process is performed so that the nth stage calculation result is obtained by the inverse calculation based on the nth stage function to obtain the n-1th stage calculation result.
Next, the n-1st stage gray code is generated based on the n-1th stage gray code generated from the n-1th stage calculation result obtained from the n-1th stage calculation. Perform the function identification process to specify the n-1st stage function used in the case,
An inverse calculation process is performed so that the n-1st stage calculation result is obtained by the inverse calculation based on the n-1st stage function to obtain the n-2nd stage calculation result.
Hereinafter, the function specifying process and the inverse operation process are repeated until the number of operations n performed during the A / D conversion is reached, and the finally obtained result of the inverse operation process is output as analog data. / A conversion method,
In the inverse calculation process of each stage from the nth stage to the n-1 stage, ..., The calculation result of each stage is subjected to an inverse calculation based on the function specified by the control means. It is an inverse arithmetic means that performs inverse arithmetic processing to obtain the arithmetic result of the previous stage, and connects the first and second NMOS transistors of the same size in cascade, and connects the source and gate of the first NMOS transistor. An inverse operation including an analog arithmetic circuit in which the gate of the second NMOS transistor is used as an input and an output is obtained from the connection point between the source and the drain of the two NMOS transistors while supplying the power of the circuit to this source. By means,
A function is sequentially specified in each stage of calculation from the nth stage to the n-1 stage, ..., And the inverse calculation means is used in the A / D conversion of the stage according to the specified function. When the generated Gray code is 1, control is performed so as to realize a circuit that performs an operation including the analog arithmetic circuit, and when the generated Gray code is 0, an operation that does not include the analog arithmetic circuit. A D / A conversion method characterized by controlling so as to realize a circuit that performs the above .
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