JPH0149055B2 - - Google Patents

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JPH0149055B2
JPH0149055B2 JP58024361A JP2436183A JPH0149055B2 JP H0149055 B2 JPH0149055 B2 JP H0149055B2 JP 58024361 A JP58024361 A JP 58024361A JP 2436183 A JP2436183 A JP 2436183A JP H0149055 B2 JPH0149055 B2 JP H0149055B2
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JP
Japan
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capacitor
switch
output
circuit
input
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JP58024361A
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Japanese (ja)
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JPS59149418A (en
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Makoto Imamura
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12Analogue/digital converters
    • H03M1/34Analogue value compared with reference values
    • H03M1/38Analogue value compared with reference values sequentially only, e.g. successive approximation type
    • H03M1/40Analogue value compared with reference values sequentially only, e.g. successive approximation type recirculation type

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明はA/D変換回路、D/A変換回路、サ
ンプル・ホールド回路など、デイジタル回路の入
出力部分などに用いられるインタフエース回路の
改良に関するものである。
[Detailed description of the invention] [Technical field to which the invention pertains] The present invention relates to improvements in interface circuits used in input/output parts of digital circuits, such as A/D conversion circuits, D/A conversion circuits, and sample/hold circuits. It is related to.

〔従来技術〕[Prior art]

従来のインタフエース回路の例としてまずA/
D変換器の場合について説明する。第1図は従来
の縦続型A/D変換器に用いられる1ビツトの
A/D変換器である。入力信号VINが入力端子1
に加えられると、サンプル・ホールド回路(以下
S/H回路と呼ぶ)2でサンプル・ホールドさ
れ、この保持された電圧VH(=VIN)と基準電圧
VR/2は比較回路3で比較される。VH<VR/2
のとき比較回路3の出力VODはローレベルLとな
りスイツチS1を閉、S2を開とし演算増幅器4
からVOA=2VH=2VINを出力する。VH>VH/2の
とき比較回路3の出力VODはハイレベルHとな
り、スイツチS1を開、S2を閉とし演算増幅器
4からVOA=2VH−VR=2VIN−VRを出力する。第
2図は演算増幅器4からの剰余出力VOAと入力信
号VINとの関係を図示したものである。すなわち
入力信号VINを基準電圧VR/2と比較して1ビツ
トの変換を行なつた後、比較電圧との“剰余”を
出力している。第1図に示す1ビツトA/D変換
器を複数段縦続接続して前段の剰余出力を後段の
入力とすれば、各段からの1ビツト出力(比較出
力)の組合わせは複数ビツトのA/D変換出力を
構成する。
An example of a conventional interface circuit is A/
The case of a D converter will be explained. FIG. 1 shows a 1-bit A/D converter used in a conventional cascade type A/D converter. Input signal V IN is input terminal 1
is sampled and held by the sample and hold circuit (hereinafter referred to as S/H circuit) 2, and this held voltage V H (=V IN ) and the reference voltage
V R /2 is compared in comparison circuit 3. V H <V R /2
At this time, the output V OD of the comparator circuit 3 becomes low level L, and the switch S1 is closed and S2 is opened, and the operational amplifier 4
Outputs V OA = 2V H = 2V IN from. When V H > V H /2, the output V OD of the comparator circuit 3 becomes a high level H, the switch S1 is opened and the switch S2 is closed, and the operational amplifier 4 outputs V OA = 2V H −V R = 2V IN −V R. Output. FIG. 2 illustrates the relationship between the residual output V OA from the operational amplifier 4 and the input signal V IN . That is, after comparing the input signal V IN with the reference voltage V R /2 and performing 1-bit conversion, the "remainder" from the comparison voltage is output. If multiple stages of 1-bit A/D converters shown in Figure 1 are connected in cascade and the remainder output of the previous stage is used as the input of the latter stage, the combination of 1-bit outputs (comparison outputs) from each stage will be the A/D converter of multiple bits. Configure /D conversion output.

ところが第1図に示すような1ビツトA/D変
換器の場合、S/H回路2、比較回路3、演算増
幅器4のオフセツトおよびスイツチS1,S2の
オン抵抗などはすべてA/D変換器の精度を制限
する要因となる。このため複雑で高価なコンポー
ネントを用いなければ良い性能が得られないとい
う欠点もあり、IC化も難しい。
However, in the case of a 1-bit A/D converter as shown in Figure 1, the offsets of the S/H circuit 2, comparator circuit 3, and operational amplifier 4, and the on-resistances of switches S1 and S2 are all dependent on the A/D converter. This is a factor that limits accuracy. For this reason, it has the disadvantage that good performance cannot be obtained unless complex and expensive components are used, and it is difficult to integrate it into an IC.

また出力データのビツト数を増すにつれて構成
素子数が増えて構成が複雑になるという欠点もあ
る。
Another drawback is that as the number of bits of output data increases, the number of constituent elements increases and the configuration becomes complex.

A/D変換方式として最も一般的な逐次比較形
の場合も事情は同様で、サンプル・ホールド回路
や比較器にはオフセツトの少ないものが要求さ
れ、D/A変換部として用いるはしご形抵抗回路
や重み付電流源なども出力ビツト数が増えるにつ
れて、これらの数が増え、また高精度が要求され
るようになる。
The situation is similar in the case of the successive approximation type, which is the most common A/D conversion method.The sample-and-hold circuit and comparator are required to have small offsets, and the ladder-shaped resistor circuit and As the number of output bits increases, the number of weighted current sources increases, and high precision is required.

次に従来のインタフエース回路の2番目の例と
してD/A変換器の場合について説明する。
Next, a D/A converter will be described as a second example of a conventional interface circuit.

第3図は従来の電荷再分布形D/A変換器の1
例でカリフオルニア大が試作したものの原理を示
す原理説明図である。容量の等しい2つのキヤパ
シタC11,C12を初めは放電させておく。ま
ず全スイツチを開き、LSBから変換を始める。
LSBの状態d1=1のときスイツチS12を瞬間的
に閉じてキヤパシタC11を基準電圧VRまで充
電する。d1=0のときはスイツチS13を閉じ
る。次にスイツチS11だけを瞬間的に閉じて、
電荷を再分布させる。このときキヤパシタC1
1,C12の端子電圧V11(1),V12(1)は
d1VR/2となる。続いて、LSBの一つ上のビツ
トの状態d2によつてスイツチS12かS13を瞬
間的に閉じる。その後スイツチS11だけを閉じ
て電荷を再分布させると、キヤパシタC11,C
12の端子電圧V11(2),V12(2)は次のように
なる。
Figure 3 shows a conventional charge redistribution type D/A converter.
It is a principle explanatory diagram showing the principle of a prototype produced by the University of California as an example. Two capacitors C11 and C12 having the same capacity are initially discharged. First, open all switches and start converting from the LSB.
When the LSB state d 1 =1, the switch S12 is momentarily closed and the capacitor C11 is charged to the reference voltage VR . When d 1 =0, switch S13 is closed. Next, momentarily close only switch S11,
Redistribute the charge. At this time, capacitor C1
1, C12 terminal voltage V 11 (1), V 12 (1) is
d 1 V R /2. Subsequently, the switch S12 or S13 is momentarily closed depending on the state d2 of the bit above the LSB. After that, when only the switch S11 is closed to redistribute the charge, the capacitors C11 and C
12 terminal voltages V 11 (2) and V 12 (2) are as follows.

V11(2)=V12(2)=1/2(d2+1/2d1)VR(1)
上記のような動作を繰返し行なうと、k回目の
電荷再分布の終了後にキヤパシタC11,C12
の端子電圧V11(K),V12(K)は、 V11(K)=V12(K)=ki=1 2idi/2K-1VR (2) となり、kビツトのD/A変換が終わる。
V 11 (2) = V 12 (2) = 1/2 (d 2 + 1/2d 1 ) V R (1)
If the above operation is repeated, after the kth charge redistribution, capacitors C11 and C12
The terminal voltages V 11 (K) and V 12 (K) are V 11 (K)=V 12 (K)= ki=1 2 i di/2 K-1 V R (2), and k bits The D/A conversion of is completed.

上記のようなD/A変換器はキヤパシタ2個と
アナログ・スイツチから構成され、構成が簡単で
IC化に向くが、変換精度は2つのキヤパシタの
マツチングの精度によつて決定される。したがつ
てIC化した場合あまり高精度は期待できない。
またこのD/A変換器をA/D変換器(逐次比較
方式など)の一部に利用した場合には、比較器の
オフセツトが精度に影響して高精度用には適さな
い。
The D/A converter shown above consists of two capacitors and an analog switch, and is easy to configure.
Although it is suitable for IC implementation, the conversion accuracy is determined by the matching accuracy of the two capacitors. Therefore, high accuracy cannot be expected when integrated into an IC.
Furthermore, when this D/A converter is used as a part of an A/D converter (successive approximation method, etc.), the offset of the comparator affects accuracy, making it unsuitable for high precision.

また電子通信学会論文誌’81/9、Vo1.J64−
C、No.9に掲載の井阪らによるスイツチドキヤパ
シタ形A/D変換器においても比較器、演算増幅
器のオフセツト誤差が問題となつている。
Also, Journal of the Institute of Electronics and Communication Engineers '81/9, Vo1.J64-
Also in the switched capacitor type A/D converter by Isaka et al., published in No. 9, offset errors of comparators and operational amplifiers are a problem.

上記の従来例で述べたように、インタフエース
回路にはそのキーコンポーネントに高精度で高価
なものが多数要求されることが多く、したがつて
IC化が難しいという問題点があつた。
As mentioned in the conventional example above, interface circuits often require many high-precision and expensive key components;
The problem was that it was difficult to convert it into an IC.

〔目 的〕〔the purpose〕

本発明は上記の問題点を解決するためになされ
たもので、使用する高精度部品が少なく、IC化
の容易なインタフエース回路を実現することを目
的とする。
The present invention has been made to solve the above problems, and aims to realize an interface circuit that uses fewer high-precision parts and can be easily integrated into an IC.

〔概 要〕〔overview〕

上記の目的を達成するために本発明の要旨とす
るところは、それぞれその一端が任意の電位に接
続する任意の数のスイツチからなる2つのスイツ
チ群と、このスイツチ群の他端がそれぞれその一
端に関連して接続する2つのキヤパシタと、この
2つのキヤパシタの他端がその入力端子に接続す
る反転増幅器と、この反転増幅器の出力端子に関
連してその一端が接続し前記入力端子にその他端
が接続するスイツチとを備えたことを特徴とする
インタフエース回路に存する。
In order to achieve the above object, the gist of the present invention is to provide two switch groups each consisting of an arbitrary number of switches each having one end connected to an arbitrary potential, and the other end of each switch group consisting of an arbitrary number of switches each having one end connected to an arbitrary potential. an inverting amplifier whose other ends are connected to its input terminal; and an inverting amplifier whose one end is connected to its output terminal and whose other end is connected to said input terminal. and a switch to which the interface circuit is connected.

〔実施例の説明〕[Explanation of Examples]

以下図面を用いて本発明を説明する。 The present invention will be explained below using the drawings.

第4図は本発明に係るインタフエース回路の実
施例を示す電気回路図である。主回路30におい
て、31は基準電圧VRが加えられる基準電圧端
子、S31はこの基準電圧端子31にその一端が
接続するスイツチ、32は入力信号VINが加えら
れる入力端子、S32はこの入力端子32にその
一端が接続するスイツチ、S33はその一端がコ
モンに接続するスイツチ、C1は第1のスイツチ
群を構成する前記各スイツチS31,S32,S
33の他端がその一端に接続するキヤパシタ、S
34はその一端がコモンに接続するスイツチ、C
2は第2のスイツチ群を構成するこのスイツチS
34の他端がその一端に接続するキヤパシタ、3
3は前記キヤパシタC1,C2の他端がその入力
端子に接続する反転増幅器で例えばインバータな
どを用いることができる。S35はこの反転増幅
器33の出力端子がその一端に接続し前記キヤパ
シタC1の一端がその他端に接続するスイツチ、
S36は前記反転増幅器33の出力端子にその一
端が接続し前記反転増幅器33の入力端子にその
他端が接続するスイツチ、S37は前記反転増幅
器33の出力端子がその一端に接続し前記キヤパ
シタC2の一端がその他端に接続するスイツチ、
34は前記反転増幅器33からの剰余出力VO
外部へ送出する出力端子である。35は外部から
のクロツク及び前記反転増幅器33からの比較出
力VCを入力して前記各スイツチS31〜S37
の開閉を制御するための制御信号を発生する制御
回路である。
FIG. 4 is an electrical circuit diagram showing an embodiment of the interface circuit according to the present invention. In the main circuit 30, 31 is a reference voltage terminal to which a reference voltage V R is applied, S31 is a switch whose one end is connected to this reference voltage terminal 31, 32 is an input terminal to which an input signal V IN is applied, and S32 is this input terminal. 32 is a switch whose one end is connected to common, S33 is a switch whose one end is connected to common, and C1 is each of the switches S31, S32, and S constituting the first switch group.
33, the other end of which connects to one end of the capacitor, S
34 is a switch whose one end is connected to common, C
2 is this switch S constituting the second switch group.
a capacitor to which the other end of 34 connects to one end thereof; 3;
Reference numeral 3 denotes an inverting amplifier whose other ends of the capacitors C1 and C2 are connected to its input terminal, and an inverter or the like may be used, for example. S35 is a switch to which the output terminal of the inverting amplifier 33 is connected to one end thereof and one end of the capacitor C1 is connected to the other end;
S36 is a switch whose one end is connected to the output terminal of the inverting amplifier 33 and the other end is connected to the input terminal of the inverting amplifier 33, and S37 is a switch to which the output terminal of the inverting amplifier 33 is connected and one end of the capacitor C2. a switch connected to the other end,
34 is an output terminal for sending out the residual output V O from the inverting amplifier 33 to the outside. Reference numeral 35 inputs an external clock and the comparison output V C from the inverting amplifier 33 to each of the switches S31 to S37.
This is a control circuit that generates a control signal to control the opening and closing of the

第5図は上記のような構成のインタフエース回
路を1ビツトA/D変換器として動作させる場合
の模様を示す動作説明図である。以下各動作ステ
ツプを示す第5図(A)〜(J)にもとづいて動作を説明
する。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing how the interface circuit having the above-mentioned structure is operated as a 1-bit A/D converter. The operation will be explained below based on FIGS. 5(A) to 5(J) showing each operation step.

(A) 最初にスイツチS32,S34,S36のみ
がオンとなる。反転増幅器33の入力電圧Va
は、反転増幅器33のオフセツト(またはしき
い電圧)VTと等しくなるので、キヤパシタC
1,C2の端子電圧V1,V2はそれぞれ次のよ
うに(充電されて)なる。
(A) Initially, only switches S32, S34, and S36 are turned on. Input voltage Va of inverting amplifier 33
is equal to the offset (or threshold voltage) V T of the inverting amplifier 33, so the capacitor C
The terminal voltages V 1 and V 2 of C1 and C2 are as follows (charged), respectively.

V1=VIN−VT V2=VT (B) 次にスイツチS33,S37のみがオンとな
る。V1が−VTとなるので電荷VIN・C1がキヤ
パシタC2に移送されV2=VT−VIC1/C2
となる。
V 1 =V IN -V T V 2 =V T (B) Next, only switches S33 and S37 are turned on. Since V 1 becomes -V T , charge V IN・C1 is transferred to capacitor C2 and V 2 =V T −V I C1/C2
becomes.

(C) スイツチS32,S36のみがオンとなる。
ここで再びキヤパシタC1に入力VINが加えら
れ、V1=VIN−VTとなる。キヤパシタC2はホ
ールド状態となり(B)における値をそのまま保持
する。
(C) Only switches S32 and S36 are turned on.
Here, the input V IN is applied to the capacitor C1 again, and V 1 =V IN -V T. Capacitor C2 enters a hold state and holds the value at (B) as it is.

(D) スイツチS34,S35のみがオンとなる。
V2は再びVTとなるので(B)で移送された電荷が
キヤパシタC1に戻り、V1=2VIN−VTとなる。
(D) Only switches S34 and S35 are turned on.
Since V 2 becomes V T again, the charge transferred in (B) returns to the capacitor C1, and V 1 =2V IN -V T.

(E) スイツチS31のみがオンとなる。このとき
反転増幅器Aは比較器として動作し、その入力
電圧Vaは Va=VR−V1=VR−2VIN+VT となる。オフセツト電圧VTよりもVaが大きい
とき、すなわちVIN<VR/2のとき出力VO(=
VC)はL、この逆のときは出力VO(=VC)は
Hとなつて、1ビツトのA/D変換出力が得ら
れる。
(E) Only switch S31 is turned on. At this time, the inverting amplifier A operates as a comparator, and its input voltage Va becomes Va=V R −V 1 =V R −2V IN +V T . When Va is larger than the offset voltage V T , that is, when V IN < V R /2, the output V O (=
V C ) is L, and in the opposite case, the output V O (=V C ) is H, and a 1-bit A/D conversion output is obtained.

VIN<VR/2のときは下記の(F)のステツプを
実行し、VINVR/2のときは(G)〜(J)の各ステ
ツプを実行する。
When V IN <V R /2, execute step (F) below; when V IN V R /2, execute steps (G) to (J).

(F) VIN<VR/2の場合で、スイツチS35のみ
オンとなる。この結果出力VO=VT+V1=2VIN
の剰余出力が得られる。
(F) In the case of V IN <V R /2, only switch S35 is turned on. The resulting output V O =V T +V 1 =2V IN
The remainder output is obtained.

(G) VINVR/2の場合に(J)まで続行するプロセ
スで、まずスイツチS33,S37のみオンと
なる。V1=VTとなるので、キヤパシタC1の
電荷2VINC1はキヤパシタC2に移送され、
V2=VT−2VINC1/C2となる。
(G) In the case of V IN V R /2, the process continues until (J), and first only switches S33 and S37 are turned on. Since V 1 =V T , the charge 2V IN C1 of capacitor C1 is transferred to capacitor C2,
V 2 =V T −2V IN C1/C2.

(H) 次にスイツチS31,S37のみオンとな
る。V1=VR−VTとなるので電荷C1VRがキヤ
パシタC2から移送される。この結果V2=VT
−(2VIN−VR)C1/C2となる。
(H) Next, only switches S31 and S37 are turned on. Since V 1 =V R −V T , charge C1V R is transferred from capacitor C2. As a result, V 2 =V T
-(2V IN -V R )C1/C2.

(I) スイツチS33,S36のみをオンする。キ
ヤパシタC1がリセツトされV1=−VTとなる。
キヤパシタC2はホールド状態となり(H)におけ
る電荷をそのまま保持する。
(I) Turn on only switches S33 and S36. Capacitor C1 is reset and V 1 =-V T .
The capacitor C2 enters a hold state and holds the charge at (H) as it is.

(J) スイツチS34,S35のみをオンする。
V2=VTとなるので、キヤパシタC2の電荷−
(2VIN−VR)C1がキヤパシタC1に移送され
る。この結果、出力VOは、VO=VT+V1=VT
2VIN−VR−VT=2VIN−VRとなる。すなわち、
VINVR/2の場合には2VIN−VRの剰余出力が
得られる。
(J) Turn on only switches S34 and S35.
Since V 2 =V T , the charge of capacitor C2 -
(2V IN -V R )C1 is transferred to capacitor C1. As a result, the output V O is V O =V T +V 1 =V T +
2V IN −V R −V T =2V IN −V R. That is,
In the case of V IN V R /2, a residual output of 2V IN -V R is obtained.

このような構成の1ビツトA/D変換器におい
て、反転増幅器のオフセツト(またはしきい電
圧)は原理的に、出力の精度に影響しないので、
インバータのように簡単なものを用いることがで
きる。また(高精度)抵抗を全く用いずに剰余出
力を得ることができる。さらにキヤパシタC1,
C2の値は原理的に精度に影響せずマツチングは
不要である。キヤパシタを用いた方式なので平衡
状態では電流が流れないため、スイツチのオン抵
抗による誤差も生じない。また1つの反転増幅器
で、ホールド・アンプ、比較器を兼用でき、回路
構成が簡単で高精度部品が不要なのでIC化に向
くという利点もある。
In a 1-bit A/D converter with such a configuration, the offset (or threshold voltage) of the inverting amplifier does not in principle affect the accuracy of the output, so
Something as simple as an inverter can be used. It is also possible to obtain the residual output without using any (high precision) resistors. Furthermore, capacitor C1,
In principle, the value of C2 does not affect accuracy and matching is unnecessary. Since this method uses a capacitor, no current flows in a balanced state, so there is no error caused by the on-resistance of the switch. Another advantage is that a single inverting amplifier can serve as both a hold amplifier and a comparator, making the circuit configuration simple and requiring no high-precision components, making it suitable for IC implementation.

なおキヤパシタC1の前(点P)にバツフアを
挿入することにより入力部分に接続する外部回路
からの充電時間を短かくすることができる(入力
インピーダンスの改善)。
Note that by inserting a buffer in front of the capacitor C1 (point P), the charging time from an external circuit connected to the input portion can be shortened (improvement of input impedance).

第6図は本発明の第2の実施例を示すブロツク
図で、第4図の1ビツトA/D変換回路を循環的
に繰返し動作させることにより複数ビツトのA/
D変換器を構成したものである。図において41
は入力信号VINが加えられる入力端子、S41は
この入力端子41にその一端が接続するスイツ
チ、42はこのスイツチS41の他端がその入力
端子に接続するサンプル・ホールド回路、30は
このS/H回路42の出力をその入力とする1ビ
ツトA/D変換回路の主回路(第3図参照)、S
42はこの主回路30からの剰余出力VOがその
一端に加わりその他端が前記S/H回路42の入
力に接続するスイツチ、43は前記主回路30か
らの比較出力VCおよび外部からのクロツクを入
力してS41,S42を含む各スイツチへの制御
信号および複数ビツトのデータ出力D0〜Do-1(n
ビツトの場合)を発生する制御回路である。
FIG. 6 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention, in which the 1-bit A/D conversion circuit shown in FIG.
This is a D converter. 41 in the figure
is an input terminal to which the input signal V IN is applied, S41 is a switch whose one end is connected to this input terminal 41, 42 is a sample and hold circuit whose other end is connected to the input terminal of this switch S41, and 30 is this S/ The main circuit of the 1-bit A/D conversion circuit whose input is the output of the H circuit 42 (see Fig. 3), S
42 is a switch to which the residual output V O from the main circuit 30 is connected at one end and the other end is connected to the input of the S/H circuit 42; 43 is the comparison output V C from the main circuit 30 and the external clock. is input to output control signals to each switch including S41 and S42 and multiple bit data output D 0 to D o-1 (n
This is a control circuit that generates bits (in the case of bits).

このような構成のA/D変換器の動作は次のよ
うになる。スイツチS41のオン動作によりまず
入力信号VINがS/H回路42に保持される。次
に入力VINは主回路30に加えられ第1ビツト
(MSB)のA/D変換出力および剰余出力を発生
する。この剰余出力はスイツチS42のオン動作
によりS/H回路42に保持され、以下同様に必
要ビツト数(n)だけ上記の手順を繰り返してデ
ータ出力(A/D変換出力)D0〜Do-1を得る。
但し第2ビツト目以降では第4図の(A)のステツプ
は不要(前回の変換の最終ステツプでキヤパシタ
C1に保持された電圧をそのまま用いればよいか
ら)となり、S/H回路42からの値は(C)のステ
ツプにおいてのみ用いられる。
The operation of the A/D converter having such a configuration is as follows. The input signal V IN is first held in the S/H circuit 42 by turning on the switch S41. The input V IN is then applied to the main circuit 30 to generate an A/D conversion output of the first bit (MSB) and a remainder output. This residual output is held in the S/H circuit 42 by turning on the switch S42, and the above procedure is repeated for the required number of bits (n) to output data (A/D conversion output) D 0 to D o- Get 1 .
However, from the second bit onward, the step (A) in FIG. 4 is unnecessary (the voltage held in capacitor C1 in the final step of the previous conversion can be used as is), and the value from the S/H circuit 42 is is used only in step (C).

このような構成のA/D変換器は、前記第1の
実施例の各特徴を備えるとともに、高精度・複数
ビツトのA/D変換器を簡単な構成で実現できる
という利点を有する。また手順の繰返しを増やす
だけでビツト数を容易に拡張することができる。
The A/D converter having such a structure has the advantage of not only having the features of the first embodiment but also being able to realize a high-precision, multi-bit A/D converter with a simple structure. Furthermore, the number of bits can be easily expanded by simply increasing the number of repetitions of the procedure.

第7図は本発明の第3の実施例を示すブロツク
図で、第4図の1ビツトA/D変換回路を複数個
縦続接続することにより複数ビツトのA/D変換
器を構成したものである。入力端子51に加えら
れる入力信号VINはS/H回路52でホールドさ
れた後1ビツトA/D変換回路の主回路30(第
4図)の入力となる。主回路30の剰余出力は次
段の主回路30の入力となり以下同様に必要なビ
ツト数に対応した個数の主回路30に接続する。
各主回路30からの比較出力Vc0〜Vco-1および
外部からのクロツクは制御回路53に加えられ、
各スイツチへの制御出力およびデータ出力(A/
D変換出力)D0〜Do-1を発生する。この場合に
第5図(E)の比較結果によつて各段の処理ステツプ
長が異ならないように、例えばVIN<VR/2なら
(F)のステツプの状態を(J)のタイミングまで保持す
ることが必要である。
FIG. 7 is a block diagram showing a third embodiment of the present invention, in which a plurality of 1-bit A/D converters shown in FIG. 4 are connected in series to form a multi-bit A/D converter. be. The input signal V IN applied to the input terminal 51 is held by the S/H circuit 52 and then input to the main circuit 30 (FIG. 4) of the 1-bit A/D conversion circuit. The remainder output of the main circuit 30 becomes an input to the next stage main circuit 30, and is similarly connected to the number of main circuits 30 corresponding to the required number of bits.
The comparison outputs Vc 0 to V co-1 from each main circuit 30 and an external clock are applied to the control circuit 53.
Control output and data output (A/
D conversion output) D 0 to D o-1 are generated. In this case, in order to prevent the processing step length of each stage from differing depending on the comparison result shown in FIG. 5(E), for example , if V
It is necessary to maintain the state of step (F) until timing (J).

第7図の縦続型A/Dは第6図の循環型A/D
に比べて構成は複雑になるが、サンプル・レート
を大きくとれるという利点がある。
The cascade type A/D in Figure 7 is the circulating type A/D in Figure 6.
The configuration is more complex than that, but it has the advantage of allowing a higher sample rate.

第8図は第4図のインタフエース回路を差動サ
ンプル・ホールド回路として動作させる、本発明
に係る第4の実施例の動作を示す動作説明図であ
る。第5図の1ビツトA/D変換器の各動作ステ
ツプから(C)〜(G)のステツプを飛ばしたものが第8
図の(A)〜(E)の各ステツプに対応する。すなわち最
終ステツプ(E)で2つの入力VINとVRの差動出力VO
=VIN−VRを得ることができる。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing the operation of a fourth embodiment of the present invention in which the interface circuit of FIG. 4 is operated as a differential sample-and-hold circuit. Step 8 is obtained by skipping steps (C) to (G) from each operation step of the 1-bit A/D converter in Figure 5.
This corresponds to steps (A) to (E) in the figure. That is, in the final step (E), the differential output V O of the two inputs V IN and V R
= V IN − V R can be obtained.

上記の手順を適当に組み合わせることにより、
VO=±mVIN±nVR(m、nは整数)の演算も実現
できる。またスイツチS31,S32や端子3
1,32と同様にスイツチおよび端子を増やすこ
とにより上記の式の項数も任意に増加できる。ま
た出力部分に抵抗分圧回路を用いて帰還すること
によりゲインを得ることもできる。
By appropriately combining the above steps,
The calculation of V O =±mV IN ±nV R (m and n are integers) can also be realized. Also, switches S31, S32 and terminal 3
Similarly to 1 and 32, the number of terms in the above equation can be increased arbitrarily by increasing the number of switches and terminals. Also, gain can be obtained by feedback using a resistive voltage divider circuit in the output section.

なお上記の差動あるいは演算サンプル・ホール
ド回路の出力にS/H回路を設けることにより中
間ステツプにおける不要な出力信号を外部から遮
へいし、必要な最終ステツプからの出力のみを外
部へ出力することができる。
By providing an S/H circuit at the output of the above-mentioned differential or arithmetic sample/hold circuit, unnecessary output signals at intermediate steps can be shielded from the outside, and only the necessary output from the final step can be output to the outside. can.

第9図は本発明に係るインタフエース回路の第
5の実施例を示す電気回路図で、D/A変換回路
として働くものである。主回路60において61
は基準電圧VRが加わる基準入力端子、S61は
この基準入力端子61にその一端が接続するスイ
ツチ、C61はこのスイツチS61の他端がその
一端に接続する第1のキヤパシタ、S62はその
一端が前記第1のキヤパシタC61の前記一端に
接続しその他端がコモンに接続するスイツチ、S
64はその一端が前記基準入力端子61に接続す
るスイツチ、C62はその一端が前記スイツチ6
4の他端に接続しその他端が前記第1のキヤパシ
タC61の他端に接続する第2のキヤパシタ、S
65はその一端が前記第2のキヤパシタC62の
前記一端に接続し他端がコモンに接続するスイツ
チ、S63はその一端が前記第1のキヤパシタC
61の前記一端に接続しその他端が前記第2のキ
ヤパシタC62の前記一端に接続するスイツチ、
62はその入力端子に前記キヤパシタC61とC
62の接続点が接続する反転増幅器でインバータ
などの簡単なもの、S68はその一端が前記反転
増幅器62の出力端子に接続しその他端がその入
力端子に接続するスイツチ、C63とC64はそ
の一端が前記反転増幅器62の前記入力端子に接
続して電圧保持手段を構成するキヤパシタ、S6
6とS67はその一端が前記キヤパシタC63,
C64の他端にそれぞれ接続しその他端がコモン
に接続するスイツチ、S69,S70はその一端
が前記キヤパシタC63,C64の他端にそれぞ
れ接続し他端が前記反転増幅器62の出力端子に
接続するスイツチ、S71はその一端が前記反転
増幅器62の出力端子に接続し、その他端が前記
キヤパシタC61の一端および帰還入力端子63
に接続するスイツチ、64は前記反転増幅器62
からの出力が加わる主回路の出力端子である。ス
イツチS73、キヤパシタC65、バツフア65
は主回路60からの出力VAを入力とする公知の
サンプル・ホールド回路を形成しており、S72
は前記バツフア65(ソース・フオロワなどの簡
単なものでよい)の出力端子にその一端が接続し
他端が前記帰還端子63に接続するスイツチであ
る。66はバツフア65の出力を外部へ送る出力
端子である。67は外部からのクロツクおよび2
値の入力データを入力し、上記の各スイツチへ制
御信号を送る制御回路である。
FIG. 9 is an electrical circuit diagram showing a fifth embodiment of the interface circuit according to the present invention, which functions as a D/A conversion circuit. 61 in the main circuit 60
is a reference input terminal to which the reference voltage V R is applied, S61 is a switch whose one end is connected to this reference input terminal 61, C61 is a first capacitor whose other end is connected to this switch S61, and S62 is a first capacitor whose one end is connected to the reference input terminal 61. a switch S connected to the one end of the first capacitor C61 and the other end connected to common;
64 is a switch whose one end is connected to the reference input terminal 61, and C62 is a switch whose one end is connected to the switch 6.
a second capacitor S, the other end of which is connected to the other end of the first capacitor C61;
65 is a switch whose one end is connected to the one end of the second capacitor C62 and the other end is connected to the common, and S63 is a switch whose one end is connected to the first capacitor C
a switch connected to the one end of the capacitor C61 and the other end connected to the one end of the second capacitor C62;
62 connects the capacitors C61 and C to its input terminals.
S68 is a switch whose one end connects to the output terminal of the inverting amplifier 62 and the other end connects to its input terminal, and C63 and C64 have one end connected to a simple inverter such as an inverter. a capacitor S6 connected to the input terminal of the inverting amplifier 62 to constitute voltage holding means;
6 and S67, one end of which is connected to the capacitor C63,
Switches S69 and S70 have one end connected to the other end of the capacitor C63 and C64, respectively, and the other end connected to the output terminal of the inverting amplifier 62. , S71 has one end connected to the output terminal of the inverting amplifier 62, and the other end connected to one end of the capacitor C61 and the feedback input terminal 63.
a switch 64 connected to the inverting amplifier 62;
This is the output terminal of the main circuit to which the output from is applied. Switch S73, capacitor C65, buffer 65
forms a known sample-and-hold circuit that receives the output V A from the main circuit 60, and S72
is a switch whose one end is connected to the output terminal of the buffer 65 (which may be a simple one such as a source follower) and whose other end is connected to the feedback terminal 63. 66 is an output terminal for sending the output of the buffer 65 to the outside. 67 is an external clock and 2
This is a control circuit that inputs value input data and sends control signals to each of the above switches.

なおスイツチS61,S62,S63,S72
はキヤパシタC61の一端に接続する第1のスイ
ツチ群を構成し、スイツチS64,S65はキヤ
パシタC62の一端に接続する第2のスイツチ群
を構成している。
In addition, switches S61, S62, S63, S72
constitutes a first switch group connected to one end of capacitor C61, and switches S64 and S65 constitute a second switch group connected to one end of capacitor C62.

第10図は上記のような構成のD/A変換器の
動作の模様を示す動作説明図である。以下各動作
ステツプを第10図(A)〜(H)にもとづいて説明す
る。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing the operation of the D/A converter configured as described above. Each operation step will be explained below based on FIGS. 10(A) to 10(H).

(A) まずiビツト目の入力データdiが1のときス
イツチS61,S66,S68diが0のときス
イツチS62,S66,S68をONとしてキ
ヤパシタC61をV61=diVR−VTに充電する。
LSB(i=1)以外のときキヤパシタC62に
は前回の変換結果に対応した電圧V62=VOi-1
VTが保持されている。LSB(i=1)のときは
スイツチS65がオンとなつてV62=0Vとな
る。
(A) First, when the i-th input data di is 1 and the switches S61, S66, and S68 di are 0, the switches S62, S66, and S68 are turned on to charge the capacitor C61 to V 61 =diV R −V T .
When other than LSB (i=1), capacitor C62 receives voltage V 62 =V O i -1 − corresponding to the previous conversion result.
V T is maintained. When LSB (i=1), switch S65 is turned on and V 62 =0V.

(B) スイツチS63,S68,S66をONとし
電荷をキヤパシタC61,C62に再分布す
る。再分布後のキヤパシタの端子電圧(第1の
電圧)V61は、 V61=C61diVR+C62VOi-1/C61+C62 (3) となる(LSBのときは(3)式においてVOi-1=0
とする)。
(B) Turn on switches S63, S68, and S66 to redistribute charges to capacitors C61 and C62. The capacitor terminal voltage (first voltage) V 61 after redistribution is V 61 = C61diV R +C62V O i -1 /C61+C62 (3) (For LSB, V O i -1 in equation (3) =0
).

(C) スイツチS62,S69をONにして(B)でキ
ヤパシタC61に保持された電荷をキヤパシタ
C63に移送する。このときのキヤパシタの一
端の電圧は VA=VT−V61C61/C63 (4) となる。
(C) Switches S62 and S69 are turned ON to transfer the charge held in capacitor C61 in (B) to capacitor C63. The voltage at one end of the capacitor at this time is V A =V T −V 61 C61/C63 (4).

(D) 再びdiVRの充電を今度はキヤパシタC62
に行なう(スイツチS64またはS65と、S
62,S68がON)。
(D) Charge diV R again, this time using capacitor C62.
(Switch S64 or S65 and S
62, S68 is ON).

(E) スイツチS63,S67,S71をONに
し、キヤパシタC64に保持されている、前回
の変換結果に対応した電荷をキヤパシタC6
1,C62に移送し、(D)でキヤパシタC62に
保持された電荷とともに、再分布を行なう。再
分布後のキヤパシタの端子電圧(第2の電圧)
V62は、 V62=C61VOi-1+C62diVR/C61+C62 (5) となる(LSBのときは(5)式においてVOi-1=0
とする)。
(E) Turn on switches S63, S67, and S71, and transfer the charge corresponding to the previous conversion result held in capacitor C64 to capacitor C6.
1, transferred to C62, and redistributed together with the charge held in capacitor C62 in (D). Capacitor terminal voltage after redistribution (second voltage)
V 62 is as follows: V 62 = C61V O i -1 + C62diV R /C61+C62 (5) (For LSB, V O i -1 = 0 in equation (5)
).

(F) スイツチS62,S68をONとしキヤパシ
タC61の電荷をリセツトする。キヤパシタC
62には(E)の再分布後の電圧が保持されてい
る。
(F) Turn on switches S62 and S68 to reset the charge on capacitor C61. Capacitor C
62 holds the voltage after redistribution (E).

(G) MSBでないときはスイツチS63,S66,
S71がONとなり、(C)でキヤパシタC63に
保持された第1の電圧V61に対応した電荷と、
キヤパシタC62に保持された第2の電圧V62
に対応した電荷とで再分布を行なうと再分布後
のキヤパシタの端子電圧すなわちiビツト目の
D/A変換出力VOiは、 VOi=
(C612+C622)diVR+2C61C62VOi-1/(C61+C62)2(6)
となる。
(G) If not MSB, switch S63, S66,
S71 turns ON, and the charge corresponding to the first voltage V61 held in the capacitor C63 in (C),
Second voltage V 62 held in capacitor C62
When redistribution is performed with the charge corresponding to
(C61 2 +C62 2 ) diV R +2C61C62V O i -1 / (C61+C62) 2 (6)
becomes.

MSBのときはスイツチS71のかわりにス
イツチS72,S73がONとなつて、D/A
変換出力VOnに対応した電圧はキヤパシタC
65に保持され、バツフア65を介して出力端
子66からVOとして出力される。
When it is MSB, switches S72 and S73 are turned on instead of switch S71, and D/A
The voltage corresponding to the conversion output V O n is the capacitor C
65 and is output as V O from the output terminal 66 via the buffer 65.

(H) MSBでないときはスイツチS62,S70
がONとなつて、(G)でキヤパシタC61に保持
されたVOiに対応した電荷をキヤパシタC6
4に移送して次のビツトの変換に備える。
(H) If not MSB, switch S62, S70
turns ON, and the charge corresponding to V O i held in capacitor C61 at (G) is transferred to capacitor C6.
4 to prepare for the next bit conversion.

MSBのときはS67,S68をオンとする。 When it is MSB, S67 and S68 are turned on.

以上のような動作をLSB(i=1)からMSB
(i=n:入力データのビツト数)まで繰り返す
ことにより、nビツトの入力データについての
D/A変換を行なうことができる。
The above operation is performed from LSB (i = 1) to MSB.
By repeating the process until (i=n: number of bits of input data), it is possible to perform D/A conversion on n-bit input data.

このような構成のD/A変換器において2つの
キヤパシタのマツチング精度がD/A変換出力精
度に与える影響は次のように示される。(6)式にお
いてC61とC62はほぼ等しいのでC61=C、
C62=C+ΔCとおくと VOi=diVR{C2+(C+ΔC)2+2VOi-1C(C+ΔC)/
(C+C+ΔC)2 =1/2(diVR+VOi-1)−(VOi-1−diVR)ΔC2/2
(4C2+4CΔC+ΔC2)(7) となる。(7)式の第2項は誤差項を示すが、これは
第3図に示すような従来方式の場合の誤差項(計
算略) (VOi-1−diVR)ΔC/2(2C+ΔC)(8) よりはるかに小さい値をとる。例えばキヤパシタ
のマツチング精度が1%の場合にはΔC/C=
0.01であるから、(7)式による誤差項のΔC2/2
(4C2+4CΔC+ΔC2)の値は0.0012%、(8)式によ
る誤差項のΔC/2(2C+ΔC)の値は0.25%とな
る。
In a D/A converter having such a configuration, the influence of the matching accuracy of the two capacitors on the D/A conversion output accuracy is shown as follows. In equation (6), C61 and C62 are almost equal, so C61=C,
If C62=C+ΔC, then V O i=diV R {C 2 +(C+ΔC) 2 +2V O i -1 C(C+ΔC)/
(C+C+ΔC) 2 = 1/2 (diV R +V O i -1 )−(V O i -1 −diV R )ΔC 2 /2
(4C 2 +4CΔC+ΔC 2 )(7). The second term in equation (7) indicates the error term, which is the error term (calculation omitted ) in the case of the conventional method as shown in Figure 3. )(8) takes a much smaller value. For example, if the capacitor matching accuracy is 1%, ΔC/C=
Since it is 0.01, the error term ΔC 2 /2 according to equation (7)
The value of (4C 2 +4CΔC+ΔC 2 ) is 0.0012%, and the value of the error term ΔC/2 (2C+ΔC) according to equation (8) is 0.25%.

このように上記のような構成のD/A変換器に
おいて、2つのキヤパシタのマツチング精度が出
力精度に与える影響は非常に小さい、すなわちキ
ヤパシタのマツチング精度があまり良くなくても
比較的容易に高精度を得ることができる。
In this way, in a D/A converter with the above configuration, the effect of the matching accuracy of the two capacitors on the output accuracy is very small.In other words, even if the matching accuracy of the capacitors is not very good, high accuracy can be achieved relatively easily. can be obtained.

またキヤパシタを用いた方式なので平衡状態で
は電流が流れないため、スイツチのオン抵抗によ
る誤差もない。
Furthermore, since the system uses a capacitor, no current flows in a balanced state, so there is no error caused by the on-resistance of the switch.

また反転増幅器のオフセツト(またはしきい電
圧)は原理的に出力の精度に影響しないので、イ
ンバータのように簡単なものを用いることができ
る。またサンプル・ホールド回路はループの中に
入つているので、そのバツフア65はソース・フ
オロワなどの簡単なものでよい。また高精度部品
が不用なのでIC化に向く。
Furthermore, since the offset (or threshold voltage) of the inverting amplifier does not affect the accuracy of the output in principle, something as simple as an inverter can be used. Further, since the sample and hold circuit is included in the loop, the buffer 65 may be a simple one such as a source follower. Also, since high-precision parts are not required, it is suitable for IC implementation.

第11図と第12図は本発明の第6の実施例を
示すための部分回路図およびブロツク図である。
第11図Aは第9図の実施例が循環式であるのに
対し、これを縦続式のD/A変換器に利用する場
合に、その主回路に加えるべき変形を示すための
部分回路図である。すなわち80は第9図の主回
路60においてスイツチS81,S82を加える
ことにより、前段の変換結果を次段に保持させる
ようにして1ビツトD/A変換器を構成したもの
である。81は前段の変換結果を入力する変換入
力端子である。また第11図Bのような接続でも
同様の働きをする。
FIGS. 11 and 12 are a partial circuit diagram and a block diagram showing a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 11A is a partial circuit diagram showing modifications to be made to the main circuit when this embodiment is used in a cascade type D/A converter, whereas the embodiment in FIG. 9 is a circulation type. It is. That is, 80 is a 1-bit D/A converter constructed by adding switches S81 and S82 to the main circuit 60 of FIG. 9 so that the conversion result of the previous stage is held in the next stage. 81 is a conversion input terminal for inputting the conversion result of the previous stage. Also, a connection like that shown in FIG. 11B works in the same way.

第12図は縦続形とした場合の接続を示すブロ
ツク図である。91は基準電圧が加わる基準入力
端子、90は前記第9図において第11図の変形
を加えた主回路で、各段の出力VAは次段の変換
入力端子(第11図の81)に加えられている。
スイツチS90、キヤパシタC90、バツフア9
2は最終段(データ入力がnビツトの場合のn段
目)からの出力VAを保持するサンプル・ホール
ド回路を構成し、93はバツフア92からのD/
A変換出力VOを外部へ送出する出力端子である。
94はデータ入力d1〜doのそれぞれに対応した遅
れを発生する遅れ回路、95は外部からのクロツ
クおよび前記遅れ回路94を介してデータ入力d1
〜doを入力し、前記主回路およびサンプル・ホー
ルド回路の各スイツチの制御信号を発生する制御
回路である。
FIG. 12 is a block diagram showing connections in a cascaded configuration. 91 is a reference input terminal to which a reference voltage is applied, 90 is a main circuit obtained by adding the modification shown in FIG. 11 to the above-mentioned FIG. has been added.
Switch S90, capacitor C90, buffer 9
2 constitutes a sample and hold circuit that holds the output V A from the final stage (the nth stage when the data input is n bits), and 93 constitutes the D/H circuit from the buffer 92.
This is an output terminal that sends the A conversion output V O to the outside.
94 is a delay circuit that generates a delay corresponding to each of data inputs d 1 to d o ; 95 is an external clock and data input d 1 via the delay circuit 94;
This is a control circuit which inputs .about.d o and generates control signals for each switch of the main circuit and sample/hold circuit.

データ入力d1〜doが加えられると各主回路90
は制御回路95からの制御信号によつて順番にデ
ータ入力d1〜doの各ビツトに対応した変換を行な
う。すなわち1段目の主回路90でデータ入力d1
についての変換を行ない、その変換出力VAを次
段に加えた後2段目でデータ入力d2に関する変換
を行ない以下これをn段目まで繰り返すことによ
り出力端子93からは前記循環形のときと同様の
D/A変換出力を得ることができる。
When data inputs d 1 to d o are applied, each main circuit 90
In response to the control signal from the control circuit 95, the converter sequentially performs conversion corresponding to each bit of the data inputs d 1 to d o . In other words, the data input d 1 in the first stage main circuit 90
After applying the conversion output V A to the next stage, converting the data input d 2 in the second stage, and repeating this process up to the nth stage, outputs from the output terminal 93 in the above-mentioned circular form. A D/A conversion output similar to that can be obtained.

上記のような構成のD/A変換器は、構成は若
干複雑になるが、循環式に比べてD/A変換のサ
ンプル・レートが約n倍速くなるという利点があ
る。
Although the D/A converter configured as described above has a slightly more complicated configuration, it has the advantage that the sample rate of D/A conversion is approximately n times faster than that of the cyclic type.

第13図は本発明に係るインタフエース回路の
第7の実施例を示す電気回路図でA/D変換器と
して働くものである。
FIG. 13 is an electrical circuit diagram showing a seventh embodiment of the interface circuit according to the present invention, which functions as an A/D converter.

主回路120において、121は入力信号VI
が加えられる入力信号端子、S121,S123
はこの入力信号端子121にその一端が接続する
スイツチ、122は基準電圧VRが加えられる基
準電圧端子、S122はこの基準電圧端子122
にその一端が接続するスイツチ、S124はコモ
ンにその一端が接続するスイツチ、C121は前
記スイツチS121,S122の他端がその一端
に接続する第1のキヤパシタ、C122はこの第
1のキヤパシタC121と容量がほぼ同じで、前
記スイツチS123,S124の他端がその一端
に接続する第2のキヤパシタ、123は前記キヤ
パシタC121,C122の他端がその入力端子
に接続する反転増幅器、S125はこの反転増幅
器123の出力端子がその一端に接続し前記キヤ
パシタC121の前記一端がその他端に接続する
スイツチ、S126は前記反転増幅器123の前
記出力端子がその一端に接続し前記反転増幅器1
23の前記入力端子にその他端が接続するスイツ
チ、124は前記反転増幅器123の出力が加わ
る出力端子、125はこの出力端子124からの
剰余出力に関連する帰還信号FBを入力する帰還
入力端子、S127はこの帰還入力端子125に
その一端が接続し前記キヤパシタC122の前記
一端にその他端が接続するスイツチ、126は前
記キヤパシタC121の前記一端に接続する循環
入力端子(循環形とする場合のみ必要)である。
127は上記の主回路120からの比較出力VC
および外部からのクロツクを入力して、上記主回
路120の各スイツチS121〜S127への制
御信号を発生する制御回路である。
In the main circuit 120, 121 is an input signal V I
Input signal terminals to which S121 and S123 are added
is a switch whose one end is connected to this input signal terminal 121, 122 is a reference voltage terminal to which the reference voltage V R is applied, and S122 is this reference voltage terminal 122.
S124 is a switch whose one end is connected to common, C121 is a first capacitor to which the other ends of the switches S121 and S122 are connected, and C122 is a capacitor connected to this first capacitor C121. are substantially the same, and the other ends of the switches S123 and S124 are connected to one end of a second capacitor, 123 is an inverting amplifier to which the other ends of the capacitors C121 and C122 are connected to its input terminal, and S125 is this inverting amplifier 123. S126 is a switch to which the output terminal of the inverting amplifier 123 is connected to one end, and the one end of the capacitor C121 is connected to the other end;
124 is an output terminal to which the output of the inverting amplifier 123 is added; 125 is a feedback input terminal to which a feedback signal FB related to the residual output from the output terminal 124 is input; S127 is a switch whose one end is connected to this feedback input terminal 125 and whose other end is connected to the one end of the capacitor C122, and 126 is a circulation input terminal (necessary only when using the circulation type) connected to the one end of the capacitor C121. be.
127 is the comparison output V C from the main circuit 120 above.
This is a control circuit which inputs an external clock and generates control signals to each of the switches S121 to S127 of the main circuit 120.

なおスイツチS121,S122,S125は
キヤパシタC121の一端に接続する第1のスイ
ツチ群を形成し、スイツチS123,S124,
S127はキヤパシタC122の一端に接続する
第2のスイツチ群を形成している。
Note that the switches S121, S122, and S125 form a first switch group connected to one end of the capacitor C121, and the switches S123, S124,
S127 forms a second switch group connected to one end of capacitor C122.

第14図は上記のような構成の1ビツトA/D
変換器の動作を説明するための動作説明図であ
る。以下第14図(A)〜(D)の各ステツプにしたがつ
て動作を説明する。
Figure 14 shows a 1-bit A/D with the above configuration.
FIG. 3 is an operation explanatory diagram for explaining the operation of the converter. The operation will be explained below according to each step of FIGS. 14(A) to 14(D).

(A) 最初にスイツチS121,S123,S12
6のみをONとして入力電圧VIをキヤパシタC
121,C122に保持させる。反転増幅器1
23の入力端子は仮想接地となるがオフセツト
(またはしきい電圧)VTにより電位はVTとな
る。
(A) First switch S121, S123, S12
With only 6 ON, input voltage V I is connected to capacitor C.
121 and C122 are held. Inverting amplifier 1
The input terminal of 23 becomes virtual ground, but the potential becomes V T due to the offset (or threshold voltage) V T .

(B) 次にスイツチS124,S125のみをON
とし、キヤパシタC122の電荷をC121へ
移送する。キヤパシタC122の端子間電圧は
VI−VTから−VTになるので電荷C122VI
キヤパシタC121に移る。この結果キヤパシ
タC121の端子間電圧U21は (1+C122/C121)VI−VT となる。
(B) Next, turn ON only switches S124 and S125.
and transfers the charge of capacitor C122 to C121. The voltage between the terminals of capacitor C122 is
Since V I -V T becomes -V T , charge C122V I moves to capacitor C121. As a result, the voltage U 21 between the terminals of the capacitor C121 becomes (1+C122/C121)V I -V T.

(C) スイツチS122のみをONとすると反転増
幅器123はしきい値VTの比較器として動作
し、その入力電位Vは V=VR−(1+C122/C121)VI+VT となる。この結果入力電圧VIは C121/C121+C122VR≒VR/2 と比較されることになる。
(C) When only the switch S122 is turned on, the inverting amplifier 123 operates as a comparator with a threshold value V T , and its input potential V becomes V=V R −(1+C122/C121)V I +V T . As a result, the input voltage V I will be compared with C121/C121+C122V R ≈V R /2.

VI<C121/C121+C122VR のときは反転増幅器123からの比較出力はL
(論理0のデータ出力に対応)となり次のD1ス
テツプへ進む。
When V I <C121/C121+C122V R , the comparison output from the inverting amplifier 123 is L.
(corresponds to data output of logic 0), and proceeds to the next step D1.

VIC121/C121+C122VR のときは反転増幅器123からの比較力はH
(論理1のデータ出力に対応)となり次のD2ス
テツプへ進む。
When V I C121/C121+C122V R , the comparative power from the inverting amplifier 123 is H
(corresponds to data output of logic 1) and proceeds to the next step D2.

(D1) スイツチS125のみをONとし、反転増
幅器123からの剰余出力として VO=VI(1+C122/C121) ≒2VI を得る。
(D1) Only switch S125 is turned ON, and V O =V I (1+C122/C121) ≈2V I is obtained as the residual output from the inverting amplifier 123.

(D2) スイツチS122,S127のみをONと
して、キヤパシタC121の電荷をキヤパシ
タC122に移送して剰余出力 VO=(1+C121/C122)VI−C121/C122VR≒2VI−VR を得る。
(D2) Only switches S122 and S127 are turned ON, and the charge of capacitor C121 is transferred to capacitor C122 to obtain a residual output V O = (1 + C121/C122) V I - C121/C122 V R ≈2V I - V R.

第15図に上記の回路の入出力特性を示す特性
曲線図を示す。
FIG. 15 shows a characteristic curve diagram showing the input/output characteristics of the above circuit.

このような構成の1ビツトA/D変換器におい
て、反転増幅器のオフセツト(またはしきい電
圧)は原理的に、出力の精度に影響しないので、
インバータのように簡単なものを用いることがで
きる。また動作ステツプ数も4と比較的少ないの
で変換速度も比較的速い。また、スイツチドキヤ
パシタ形なので平衡状態では電流が流れないた
め、スイツチのオン抵抗による誤差を生じない。
In a 1-bit A/D converter with such a configuration, the offset (or threshold voltage) of the inverting amplifier does not in principle affect the accuracy of the output, so
Something as simple as an inverter can be used. Furthermore, since the number of operation steps is relatively small at 4, the conversion speed is also relatively fast. Furthermore, since it is a switched capacitor type, no current flows in the balanced state, so errors due to the on-resistance of the switch do not occur.

第13図の1ビツトA/D変換回路をサンプ
ル・ホールド回路と組み合わせれば第6図と同様
にして循環形の複数ビツトA/D変換器を実現で
きる。また第7図と同様に構成して縦続形の複数
ビツトA/D変換器を得ることもできる。
If the 1-bit A/D conversion circuit shown in FIG. 13 is combined with a sample-and-hold circuit, a circular multiple-bit A/D converter can be realized in the same manner as shown in FIG. Further, it is also possible to obtain a cascade type multi-bit A/D converter by constructing the same as that shown in FIG.

なお第13図においてキヤパシタC121,C
122の前記一端にバツフアを挿入することによ
り、外部からの入力電圧でキヤパシタC121,
C122を充電する際に要する時間を大幅に短縮
することができる。
In addition, in Fig. 13, capacitors C121 and C
By inserting a buffer into the one end of the capacitor C122, the capacitor C121,
The time required to charge the C122 can be significantly reduced.

第16図は本発明に係るインタフエース回路の
第8の実施例を示す電気回路図である。主回路2
20において、221は基準電圧VRが加えられ
る基準入力端子、S221はこの基準入力端子2
21にその一端が接続するスイツチ、C221は
このスイツチS221の他端にその一端が接続す
るキヤパシタ、S222はこのキヤパシタC22
1の前記一端にその一端が接続しその他端がコモ
ンに接続するスイツチ、222はコモン電圧(縦
続接続のLSB以外の場合は前段からの変換出力)
が加わる入力端子、S223はこの入力端子22
2にその一端が接続するスイツチ、C222はこ
のスイツチS223の他端がその一端に接続する
キヤパシタ、S224はその一端が前記キヤパシ
タC221の前記一端と接続し、その他端が前記
キヤパシタC222の前記一端と接続するスイツ
チ、223はその入力端子に前記キヤパシタC2
21およびC222の他端が接続する反転増幅器
で例えばインバータなどの簡単なもの、S225
はその一端がこの反転増幅器223の出力端子に
接続しその他端が前記反転増幅器223の前記入
力端子に接続するスイツチ、224は前記反転増
幅器223の出力端子が接続する変換出力端子、
225はこの変換出力端子224からの変換出力
VAに関連する信号FB(VAそのものまたはサンプ
ル・ホールド回路を介した信号)を帰還して加え
る帰還入力端子、S226はこのその一端が帰還
入力端子225に接続し他端が前記キヤパシタC
222の前記一端に接続するスイツチである。2
26は外部からのクロツクおよび2値入力データ
d1〜doにもとづいて、上記主回路のスイツチ手段
を形成する各スイツチの制御信号を発生する制御
回路である。
FIG. 16 is an electrical circuit diagram showing an eighth embodiment of the interface circuit according to the present invention. Main circuit 2
20, 221 is a reference input terminal to which the reference voltage V R is applied, and S221 is this reference input terminal 2.
C221 is a capacitor whose one end is connected to the other end of this switch S221, and S222 is this capacitor C22.
A switch whose one end is connected to the one end of 1 and the other end is connected to common, and 222 is the common voltage (if it is not LSB in cascade connection, it is the conversion output from the previous stage)
The input terminal to which S223 is added is this input terminal 22
2, C222 is a capacitor to which the other end of switch S223 is connected, S224 is a switch whose one end is connected to the one end of the capacitor C221, and the other end is connected to the one end of the capacitor C222. The switch 223 to be connected has the capacitor C2 at its input terminal.
21 and the other end of C222 are connected to an inverting amplifier, such as a simple inverter, S225
is a switch whose one end is connected to the output terminal of the inverting amplifier 223 and the other end is connected to the input terminal of the inverting amplifier 223; 224 is a conversion output terminal to which the output terminal of the inverting amplifier 223 is connected;
225 is the conversion output from this conversion output terminal 224
A feedback input terminal S226 feeds back and adds a signal FB related to V A (V A itself or a signal via a sample-and-hold circuit), and one end of S226 is connected to the feedback input terminal 225 and the other end is connected to the capacitor C.
This is a switch connected to the one end of 222. 2
26 is an external clock and binary input data
This is a control circuit that generates control signals for each switch forming the switch means of the main circuit based on d 1 to d o .

なおスイツチS221,S222,S224は
キヤパシタC221の一端に接続する第1のスイ
ツチ群を形成し、スイツチS223,S226は
キヤパシタC222の一端に接続する第2のスイ
ツチ群を形成している。
Note that the switches S221, S222, and S224 form a first switch group connected to one end of the capacitor C221, and the switches S223 and S226 form a second switch group connected to one end of the capacitor C222.

第17図はこのような構成のD/A変換回路を
1ビツト分D/A変換動作させる場合の模様を示
す動作説明図である。以下第17図A〜Cにもと
づいて各動作ステツプを説明する。
FIG. 17 is an explanatory diagram showing the operation when the D/A conversion circuit having such a configuration performs a D/A conversion operation for one bit. Each operation step will be explained below based on FIGS. 17A to 17C.

(A) 入力データのサンプル スイツチS225をONとして、反転増幅器
223の入力端子電圧を反転増幅器223のオ
フセツト(またはしきい電圧)VTに保つ。変
換しようとするiビツト目のデータ入力diが1
のときはスイツチS221をdi=0のときはス
イツチS222をONとしてキヤパシタC22
1の端子間電圧V31を定電圧 V31=VRdi−VT に充電する。入力データがLSBの場合(i=
1)はスイツチS223をONとしてキヤパシ
タC222の端子間電圧V32を V32=−VT に充電する。入力データがLSBでない場合
(i≠1)はスイツチS223はオープンでキ
ヤパシタC22は前回(循環式)または前段
(縦続式)の変換結果 V32=VOi-1−VT を保持したままとなる。
(A) Sample input data Turn on the switch S225 to keep the input terminal voltage of the inverting amplifier 223 at the offset (or threshold voltage) V T of the inverting amplifier 223. The i-th data input di to be converted is 1
When di=0, switch S222 is turned on and capacitor C22 is turned on.
The terminal-to-terminal voltage V 31 of 1 is charged to a constant voltage V 31 =V R di−V T . If the input data is LSB (i=
1) turns on the switch S223 and charges the voltage V 32 between the terminals of the capacitor C222 to V 32 =-V T . If the input data is not LSB (i≠1), switch S223 is open and capacitor C22 holds the previous (circulation type) or previous stage (cascade type) conversion result V 32 =V O i -1 −V T. Become.

(B) 電荷再分布 次にスイツチS224,S225をオンとし
て(A)でキヤパシタC221,C222に保持し
た電荷を再分布させる。再分布後のキヤパシタ
C221,C222の端子電圧すなわち変換電
圧VOiは、 VOi=C221VRdi+C222VOi-1/C221+C222 (9) となる。キヤパシタC221とC222の値は
ほぼ等しくとつてあるので(9)式は、 VOi≒1/2(VRdi+VOi-1 (10) となる。(10)式は電荷再分布形D/A変換の一般
式を表わしている。循環形の場合にはこのとき
のV32=VOi−VTかキヤパシタC222に保持
されたまま次のビツト変換に用いられる。
(B) Charge redistribution Next, switches S224 and S225 are turned on to redistribute the charges held in the capacitors C221 and C222 in (A). The terminal voltage of the capacitors C221 and C222 after redistribution, that is, the converted voltage V O i becomes V O i=C221V R di+C222V O i −1 /C221+C222 (9). Since the values of capacitors C221 and C222 are approximately equal, equation (9) becomes V O i≒1/2 (V R di + V O i -1 (10). Equation (10) is based on the charge redistribution type D /A conversion.In the case of a cyclic type, V 32 =V O i-V T at this time is held in the capacitor C222 and used for the next bit conversion.

(C) 変換出力 これは縦続形の場合で、スイツチS226を
ONとして上記の変換電圧VOiをバツフアとし
て、反転増幅器223を介して出力電圧VA
して出力し、次段の入力VIとなる。
(C) Conversion output This is the case of cascade type, when switch S226 is
When turned on, the converted voltage V O i is output as a buffer through the inverting amplifier 223 as an output voltage V A , and becomes the input V I of the next stage.

このような構成の1ビツトD/A変換器におい
て、反転増幅器のオフセツト(またはしきい電
圧)は原理的に出力の精度に影響しないので、イ
ンバータのように簡単なものを用いることができ
る。また動作ステツプ数も少ないので変換速度も
比較的速い。またスイツチドキヤパシタ形なので
平衡状態では電流が流れないため、スイツチのオ
ン抵抗による誤差を生じない。
In a 1-bit D/A converter having such a configuration, the offset (or threshold voltage) of the inverting amplifier does not affect the accuracy of the output in principle, so something as simple as an inverter can be used. Furthermore, since the number of operation steps is small, the conversion speed is relatively fast. Also, since it is a switched capacitor type, no current flows in the balanced state, so errors due to the on-resistance of the switch do not occur.

第16図の1ビツトD/A変換器の場合も第9
図、第12図の場合と同様に複数ビツトのD/A
変換器を循環形もしくは縦続形で構成できる。
In the case of the 1-bit D/A converter shown in FIG.
As in the case of Fig. 12, multiple bit D/A
The transducers can be configured in a circular or cascade configuration.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上述べたように本発明によれば、使用する高
精度部品が少なく、IC化の容易なインタフエー
ス回路を実現できる。
As described above, according to the present invention, it is possible to realize an interface circuit that uses fewer high-precision parts and can be easily integrated into an IC.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来のインタフエース回路の一例を示
す電気回路図、第2図は第1図の回路の入出力特
性を示す特性曲線図、第3図は従来のインタフエ
ース回路の第2の例を示す原理回路図、第4図は
本発明の一実施例を示す電気回路図、第5図は第
4図の回路の動作を説明するための動作説明図、
第6図は本発明の第2の実施例を示すブロツク
図、第7図は本発明の第3の実施例を示すブロツ
ク図、第8図は本発明の第4の実施例の動作を説
明するための動作説明図、第9図は本発明の第5
の実施例を示す電気回路図、第10図は第9図の
回路の動作を説明するための動作説明図、第11
図は本発明の第6の実施例を示すための部分回路
図、第12図は同ブロツク図、第13図は本発明
の第7の実施例を示す電気回路図、第14図は第
13図の回路の動作を説明するための動作説明
図、第15図は第13図の回路の入出力特性を示
す特性曲線図、第16図は本発明の第8の実施例
を示す電気回路図、第17図は第16図の回路の
動作を説明するための動作説明図である。 S31〜S37,S61〜S65,S68,S
83,S84,S121〜S127,S221〜
S226…スイツチ、C1,C2,C61,C6
2,C121,C122,C221,C222…
キヤパシタ、33,62,123,223…反転
増幅器。
Figure 1 is an electric circuit diagram showing an example of a conventional interface circuit, Figure 2 is a characteristic curve diagram showing the input/output characteristics of the circuit in Figure 1, and Figure 3 is a second example of a conventional interface circuit. 4 is an electric circuit diagram showing an embodiment of the present invention; FIG. 5 is an operation explanatory diagram for explaining the operation of the circuit shown in FIG. 4;
FIG. 6 is a block diagram showing the second embodiment of the invention, FIG. 7 is a block diagram showing the third embodiment of the invention, and FIG. 8 explains the operation of the fourth embodiment of the invention. FIG. 9 is an explanatory diagram of the operation for
FIG. 10 is an operation explanatory diagram for explaining the operation of the circuit in FIG. 9;
12 is a partial circuit diagram showing a sixth embodiment of the present invention, FIG. 12 is a block diagram thereof, FIG. 13 is an electric circuit diagram showing a seventh embodiment of the present invention, and FIG. 15 is a characteristic curve diagram showing the input/output characteristics of the circuit shown in FIG. 13, and FIG. 16 is an electric circuit diagram showing the eighth embodiment of the present invention. , FIG. 17 is an operation explanatory diagram for explaining the operation of the circuit of FIG. 16. S31-S37, S61-S65, S68, S
83, S84, S121~S127, S221~
S226...Switch, C1, C2, C61, C6
2, C121, C122, C221, C222...
Capacitor, 33, 62, 123, 223...inverting amplifier.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 その一端が基準電圧に接続する第1のスイツ
チと、この第1のスイツチの他端がその一端に関
連して接続する第1のキヤパシタと、その一端が
コモンに接続する第2のスイツチと、この第2の
スイツチの他端がその一端に接続する第2のキヤ
パシタと、前記第1および第2のキヤパシタの他
端がその入力端子に接続する反転増幅器と、この
反転増幅器の出力に関連する信号を前記反転増幅
器の入力端子に加えるスイツチと、前記反転増幅
器の出力に関連する信号を前記第2のキヤパシタ
の一端に加える第3のスイツチとを備えたことを
特徴とするインタフエース回路。
1 A first switch, one end of which is connected to a reference voltage, a first capacitor, the other end of which is connected in relation to one end of the first switch, and a second switch, one end of which is connected to a common. , a second capacitor to which the other end of the second switch is connected to one end; an inverting amplifier to which the other ends of the first and second capacitors are connected to its input terminal; and an inverting amplifier connected to the output of the inverting amplifier. and a third switch that applies a signal related to the output of the inverting amplifier to one end of the second capacitor.
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