KR100867546B1 - Analog to digital converter - Google Patents
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Abstract
본 발명은 시그마 델타 변조 방식에서 피드백 루프의 지연시간을 단축하여 고속 변환 동작을 제공하는 고속 변환기능을 갖는 아날로그 디지털 변환기에 관한 것이다.
본 발명은 아날로그 신호 및 피드백된 아날로그 신호를 복수의 스위칭 신호에 따라 스위칭하여 저장하고, 저장된 아날로그 신호를 적분하는 적분부와, 상기 적분부로부터의 적분된 아날로그 신호를 복수의 비트로 이루어진 디지털 신호로 양자화하는 양자화부와, 상기 양자화부로부터의 디지털 신호를 소정의 기준신호에 따라 다단계 비트 쉬프팅 과정을 통해 평균화하는 데이터 가중 평균화부와, 상기 데이터 가중 평균화부로부터의 디지털 신호의 전류 레벨을 소정의 기준신호에 따라 사전에 설정된 전류 레벨로 변환하는 제1 레지스터부와, 상기 제1 레지스터부로부터의 디지털 신호를 스위칭 신호에 따라 스위칭하여 상기 피드백 아날로그 신호로 변환하는 DA변환부를 포함한다.
아날로그 디지털 컨버터(Analog to Digital Converter:ADC), 시그마-델타 변조(Sigma-Delta Modulation)
The present invention relates to an analog-to-digital converter having a high-speed conversion function to provide a high-speed conversion operation by reducing the delay time of the feedback loop in the sigma delta modulation scheme.
The present invention switches and stores an analog signal and a feedback analog signal according to a plurality of switching signals, and quantizes an integrated unit for integrating the stored analog signal, and an integrated analog signal from the integrated unit with a plurality of bits of digital signals. A quantization unit, a data weighted averaging unit for averaging the digital signal from the quantization unit according to a predetermined reference signal through a multi-step bit shifting process, and a current level of the digital signal from the data weighted averaging unit. And a DA converter converting the digital signal from the first register into a feedback analog signal by switching the digital signal from the first register according to a switching signal.
Analog to Digital Converter (ADC), Sigma-Delta Modulation
Description
도 1은 종래의 아날로그 디지털 변환기를 나타내는 구성도.1 is a block diagram showing a conventional analog-to-digital converter.
도 2는 본 발명에 따른 아날로그 디지털 변환기를 나타내는 구성도.2 is a block diagram showing an analog-to-digital converter according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 아날로그 디지털 변환기에 채용된 적분부 및 DA변환부의 세부구성도.3 is a detailed configuration diagram of the integrating unit and the DA conversion unit employed in the analog-digital converter according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 아날로그 디지털 변환기에 채용된 데이터 가중 평균화부의 비트열을 나타내는 도면.4 is a diagram showing a bit string of a data weighted averaging unit employed in an analog-digital converter according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 아날로그 디지털 변환기의 신호 타이밍을 나타내는 그래프.5 is a graph showing signal timing of an analog to digital converter according to the present invention;
<도면의 주요부호에 대한 상세한 설명><Detailed description of the major symbols in the drawings>
100...아날로그 디지털 변환기 110..적분부100 ... Analog Digital Converter 110..Integral
111...제1 스위치그룹 112...제2 스위치그룹111 ...
113...203 스위치그룹 114...캐패시터그룹113 ... 203
115...적분기 120...양자부115.
130...데이터 가중 평균화부 131...쉬프트부130 Data weighted averaging
131a...제1 쉬프터 131b...제2 쉬프터131a ... the
131c...제3 쉬프터 132...인코딩부131c ...
133...덧셈부 134...딜레이부133.Adding
135...제2 레지스터부 140...제1 레지스터부135 ...
150...DA변환부 151...제4 스위치그룹150 ... DA
s1...제1 스위칭신호 s1d...제2 스위칭신호s1 ... first switching signal s1d ... second switching signal
s2...제3 스위칭신호 s2d...제4 스위칭신호s2 ... third switching signal s2d ... fourth switching signal
ss1...제 기준신호 ss2...제2 기준신호ss1 ... second reference signal ss2 ... second reference signal
C0...제1 이동신호 C1...제2 이동신호C0 ... 1st movement signal C1 ... 2nd movement signal
C2...제3 이동신호C2 ... Third travel signal
본 발명은 고속 변환기능을 갖는 아날로그 디지털 변환기에 관한 것으로 보다 상세하게는 시그마 델타 변조 방식에서 피드백 루프의 지연시간을 단축하여 고속 변환 동작을 제공하는 고속 변환기능을 갖는 아날로그 디지털 변환기에 관한 것이다.The present invention relates to an analog-to-digital converter having a high-speed conversion function, and more particularly, to an analog-to-digital converter having a high-speed conversion function to provide a high-speed conversion operation by reducing the delay time of the feedback loop in the sigma delta modulation.
광대역 유무선 통신 분야에서 전송되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 처리하기 위해서는 필수적으로 아날로그 디지털 변환기(Analog Digital Converter;ADC)가 사용된다. 이러한 아날로그 디지털 변환기는 광대역의 신호를 처리하기 위해 시 그마 델타 변조(Sigma-Delta modulation)방식을 채용한다. In the field of broadband wired and wireless communication, an analog digital converter (ADC) is used to process an analog signal transmitted as a digital signal. These analog-to-digital converters employ Sigma-Delta modulation to process wideband signals.
시그마 델타 변조 방식을 채용한 아날로그 디지털 변환기는 신호대잡음비(Signal to Noise Ratio;SNR)를 효과적으로 개선할 수 있지만, 출력하는 디지털신호를 피드백하는 내부의 DA변환기(Digital Analog Converter)의 비선형성에 의해 신호대잡음비의 손실이 커지기 때문에 상기한 비선형 특성을 개선하기 위해 데이터 가중 평균화(Data Weighted Averaging;DWA)회로를 채용한다.Analog-to-digital converters employing sigma delta modulation can effectively improve the signal-to-noise ratio (SNR), but the signal-to-noise ratio is due to the nonlinearity of the internal DA converter that feeds back the output digital signal. Since the loss is increased, a data weighted averaging (DWA) circuit is employed to improve the nonlinear characteristics described above.
도 1은 데이터 가중 평균화회로를 채용한 종래의 아날로그 디지털 변환기의 구성을 나타내는 구성도이다.1 is a configuration diagram showing the configuration of a conventional analog-to-digital converter employing a data weighted averaging circuit.
도 1을 참조하면, 종래의 아날로그 디지털 변환기는 아날로그 신호를 소정 전압범위로 적분하는 적분부(10) 및 적분부로부터 적분된 아날로그 신호를 소정 레벨로 양자화하는 양자화부(20)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a conventional analog-to-digital converter includes an
양자화부(20)로부터 양자화된 디지털신호는 그 전압레벨을 조정하기 위해 상기 디지털 신호의 일부가 궤환(Feedback)되어 DA변환부(40)를 통해 다시 적분부(10)에 입력되는데, 이때 DA변환부(40)에 의해 발생되는 비선형 특성을 개선하기 위해, 데이터 가중 평균화 회로(30)가 채용된다.The digital signal quantized from the
데이터 가중 평균화 회로(30)는 제1 래치부(31), 쉬프트부(32), 엔코더부(33), 덧셈부(34) 및 제2 래치부(35)를 포함하여 양자화부(20)로부터의 디지털 신호를 평균화하여 DA변환부(40)에 전달하며, 이를 통해 DA변환부(40)의 비선형 특성을 개선한다.The data weighted
그러나, 종래의 아날로그 디지털 변환기는 양자화부(20)로부터의 디지털 신호를 데이터 가중 평균화 회로(30)를 거쳐 DA변환부(40)를 통해 적분부(10)에 궤환하여 전달하는 피드백 지연시간이 길어서 고속 동작을 수행하기에는 용이하지 않다는 문제점이 있다.However, the conventional analog-to-digital converter has a long feedback delay time for feeding back the digital signal from the
상술한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 목적은 시그마 델타 변조 방식에서 피드백 루프의 지연시간을 단축하여 고속 변환 동작을 제공하는 고속 변환기능을 갖는 아날로그 디지털 변환기를 제공하는 것이다.In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide an analog-to-digital converter having a high-speed conversion function to provide a high-speed conversion operation by reducing the delay time of the feedback loop in the sigma delta modulation scheme.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 고속 변환기능을 갖는 아날로그 디지털 변환기는 아날로그 신호 및 피드백된 아날로그 신호를 복수의 스위칭 신호에 따라 스위칭하여 저장하고, 저장된 아날로그 신호를 적분하는 적분부와, 상기 적분부로부터의 적분된 아날로그 신호를 복수의 비트로 이루어진 디지털 신호로 양자화하는 양자화부와, 상기 양자화부로부터의 디지털 신호를 소정의 기준신호에 따라 다단계 비트 쉬프팅 과정을 통해 평균화하는 데이터 가중 평균화부와, 상기 데이터 가중 평균화부로부터의 디지털 신호의 전류 레벨을 소정의 기준신호에 따라 사전에 설정된 전류 레벨로 변환하는 제1 레지스터부와, 상기 제1 레지스터부로부터의 디지털 신호를 스위칭 신호에 따라 스위칭하여 상기 피드백 아날로그 신호로 변환하는 DA변환부를 포함하는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the analog-to-digital converter having a high-speed conversion function of the present invention is to switch and store the analog signal and the feedback analog signal in accordance with a plurality of switching signals, the integral unit for integrating the stored analog signal, and A quantization unit for quantizing the integrated analog signal from the integrator into a digital signal composed of a plurality of bits, a data weighted averaging unit for averaging the digital signal from the quantization unit through a multi-step bit shifting process according to a predetermined reference signal; A first register unit for converting the current level of the digital signal from the data weighted averaging unit to a preset current level according to a predetermined reference signal, and switching the digital signal from the first register unit according to a switching signal to DA converter converts feedback analog signal It is characterized by including.
이에 더하여, 본 발명의 고속 변환기능을 갖는 아날로그 디지털 변환기는 상기 아날로그 신호 및 피드백된 아날로그 신호를 스위칭하는 제1 내지 제3 스위칭 신호를 상기 적분부에 제공하고, 상기 제1 레지스터부로부터의 디지털 신호를 스위칭하는 제4 스위칭 신호를 상기 DA변환부에 제공하며, 상기 제1 및 제2 스위칭 신호를 반전시킨 상기 제1 및 제2 기준신호를 각각 제1 레지스터부 및 데이터 가중 평균화부에 제공하는 클럭부를 더 포함할 수 있다.In addition, the analog-to-digital converter having a high-speed conversion function of the present invention provides the integrating unit with first to third switching signals for switching the analog signal and the fed back analog signal, and the digital signal from the first register unit. A clock for providing a fourth switching signal to switch the DA and the first and second reference signals inverting the first and second switching signals to a first register unit and a data weighted averaging unit, respectively. It may further include wealth.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 제1 내지 제3 스위칭 신호에 따라 상기 아날로그 신호를 각각 온 오프 스위칭하는 복수의 스위치를 갖는 제1 내지 제3 스위치 그룹과, 상기 제1 및 제2 스위치 그룹의 온 스위칭에 따라 상기 아날로그 신호 및 피드백된 아날로그 신호를 각각 충전하고, 상기 제1 및 제2 스위치 그룹의 오프 스위칭 및 상기 제3 스위치 그룹의 온 스위칭에 따라 상기 충전된 아날로그 신호를 각각 방전하는 복수의 캐패시터를 갖는 캐패시터 그룹과, 상기 캐패시터 그룹으로부터 방전된 아날로그신호를 적분하는 적분기를 포함할 수 있다.According to one embodiment of the invention, the first to third switch group having a plurality of switches each of the on and off switching of the analog signal in accordance with the first to third switching signal, and the first and second switch group A plurality of charging the analog signal and the fed back analog signal according to the on-switching, and discharging the charged analog signal according to the off-switching of the first and second switch groups and the on-switching of the third switch group, respectively And a capacitor group having a capacitor and an integrator for integrating the analog signal discharged from the capacitor group.
또한, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 제1 레지스터부는 상기 제1 기준신호가 상승하는 상승구간 이후에 상기 변환동작을 수행할 수 있다.In addition, according to one embodiment of the present invention, the first register unit may perform the conversion operation after a rising section in which the first reference signal rises.
이에 더하여 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 DA변환부는 상기 제4 스위칭신호에 따라 온 오프 스위칭하여 상기 제1 레지스터부로부터의 디지털 신호를 상기 피드백 아날로그 신호로 변환하는 복수의 스위치를 갖는 제4 스위치 그룹을 포함할 수 있으며, 상기 양자화부는 상기 아날로그 신호를 8비트로 이루어진 디지털 신호로 양자화할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the DA conversion unit has a fourth switch having a plurality of switches that are turned on and off according to the fourth switching signal to convert the digital signal from the first register unit into the feedback analog signal. The quantization unit may quantize the analog signal into an 8-bit digital signal.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 데이터 가중 평균화부는 상기 양자화부로부터의 디지털 신호의 각 비트를 쉬프팅시키는 쉬프트부와, 상기 양자화로부터의 디지털 신호를 2진수 디지털신호로 인코딩하는 인코딩부와, 상기 제2 기준신호에 따라 상기 쉬프트부의 쉬프팅을 제어하는 제1 내지 제3 이동신호를 전송하는 제2 레지스터부와, 상기 인코딩부의 2진수 디지털신호와 상기 제2 레지스터부의 제1 내지 제3 이동신호를 더하는 덧셈부와, 상기 덧셈부로부터의 신호와 상기 제2 기준신호의 전송 시간차를 보정하는 딜레이부를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the data weighted averaging unit shifts each bit of the digital signal from the quantization unit, an encoding unit encoding the digital signal from the quantization into a binary digital signal, and A second register unit for transmitting first to third movement signals for controlling shifting of the shift unit according to a second reference signal, a binary digital signal of the encoding unit, and first to third movement signals of the second register unit; An adder may include an adder and a delayer configured to correct a transmission time difference between the signal from the adder and the second reference signal.
이에 따라 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 쉬프트부는 상기 제2 레지스터부의 제1 이동신호에 따라 상기 양자화로부터의 디지털신호의 각 비트를 각각 1자리씩 이동시키는 제1 쉬프터와, 상기 제2 레지스터부의 제2 이동신호에 따라 상기 제1 쉬프터로부터의 디지털신호의 각 비트를 각각 2자리씩 이동시키는 제2 쉬프터와, 상기 제2 레지스터부의 제3 이동신호에 따라 상기 제2 쉬프터로부터의 디지털신호의 각 비트를 각각 4자리씩 이동시키는 제3 쉬프터를 포함할 수 있다.Accordingly, according to an embodiment of the present invention, the shift unit comprises: a first shifter for shifting each bit of the digital signal from the quantization by one digit according to the first shifting signal of the second register; A second shifter for shifting each bit of the digital signal from the first shifter by two digits in accordance with a negative second shift signal, and a digital shift signal from the second shifter in accordance with a third shift signal of the second register unit. It may include a third shifter for shifting each bit by four digits.
또한, 상기 제2 레지스터부는 상기 제2 기준신호의 신호가 상승하는 상승구 간에서 동작할 수 있다.The second register unit may operate in a rising section in which the signal of the second reference signal rises.
이하, 도면을 첨부하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하도록 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 아날로그 디지털 변환기를 나타내는 구성도이다.2 is a block diagram showing an analog-to-digital converter according to the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 아날로그 디지털 변환기(100)는 적분부(110), 양자화부(120), 데이터 가중 평균화부(130), 제1 레지스터부(140) 및 DA변환부(150)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the analog-to-
먼저, 적분부(110)는 아날로그 신호를 입력받아 스위칭신호에 따라 상기 아날로그 신호를 스위칭하여 적분한다. 이에 따라 적분부(110)는 복수의 스위치, 복수의 캐패시터 및 적분기를 포함할 수 있다. 적분부(110)에 대한 상세한 구성은 이후, 도 3을 참조하여 설명하도록 한다.First, the
양자화부(120)는 적분부(110)로부터 적분된 아날로그 신호를 소정 레벨의 디지털 신호로 변환한다. 양자화부(120)는 상기 적분된 아날로그 신호를 복수의 비트로 이루어진 디지털 신호로 양자화할 수 있으며, 바람직하게는 상기 적분된 아날로그 신호를 8비트로 이루어진 디지털 신호로 양자화할 수 있다. 이에 따라, 양자화부(120)는 9레벨 양자화부일 수 있다. 상기 디지털신호는 통칭 '온도계코드'로 불리우는 8비트로 이루어진 디지털 신호일 수 있다. 여기서 '온도계코드'는 온도계가 올라가는 것과 같이 순차적으로 비트자리를 채워나가는 디지털 신호라는 의미이다.The
데이터 가중 평균화(Data Weighted Averiging;DWA)부(130)는 양자화부(120)로부터 8비트로 이루어진 디지털 신호를 피드백(feedback)받아 상기 디지털 신호의 각 비트를 쉬프팅시켜 평균화한다. 이에 따라, 데이터 가중 평균화부(130)는 쉬프트부(131), 인코딩부(132), 뎃셈부(133), 딜레이부(134) 및 제2 레지스터부(135)를 포함할 수 있다.The data weighted averiging (DWA)
쉬프트부(131)는 상기 8비트로 이루어진 디지털신호의 각 비트 자리를 이동시키는 제1 내지 제3 쉬프터(131a, 131b, 131c)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 제1 쉬프터(131a)는 상기 8비트로 이루어진 디지털신호의 각 비트를 각각 한자리씩 이동시키고, 제2 쉬프터(131b)는 제1 쉬프터(131a)로부터의 상기 8비트로 이루어진 디지털신호의 각 비트를 각각 두자리씩 이동시키며, 제3 쉬프터(131c)는 제2 쉬프터(131b)로부터의 상기 8비트로 이루어진 디지털신호의 각 비트를 각각 네자리씩 이동시킨다.The
제2 레지스터부(135)는 제2 기준신호(ss2)에 따라 제1 내지 제3 쉬프터(131a, 131b, 131c)를 각각 제어하는 제1 내지 제3 이동신호(C0, C1, C2)를 제공한다. 즉, 제1 쉬프터(131a)는 제1 이동신호(C0)에 따라 8비트로 이루어진 디지털신호의 각 비트 자리를 각각 한자리씩 이동시키고, 제2 쉬프터(131b)는 제2 이동신호(C1)에 따라 제1 쉬프터(131a)로부터의 8비트로 이루어진 디지털신호의 각 비트 자리를 각각 두자리씩 이동시키며, 제3 쉬프터(131c)는 제3 이동신호(C2)에 따라 제2 쉬프터(131c)로부터의 8비트로 이루어진 디지털신호의 각 비트 자리를 각각 네자리씩 이동시킨다. The
인코딩부(132)는 양자화부(120)로부터의 8비트로 이루어진 디지털신호를 2진수 디지털신호로 인코딩한다.The
덧셈부(133)는 인코딩부(132)로부터의 2진수 디지털신호와 제2 레지스터부(135)부터의 제1 내지 제3 이동신호를 가산한다.The
딜레이부(134)는 덧셈부(133)로부터 가산된 신호와 상기 제2 기준신호(ss2)의 전송 시간차를 보정한다. 딜레이부(134)는 바람직하게는 상기 가산된 신호 및 제2 기준신호(ss2)의 전송 시간차를 보정하는 상호 직렬 연결된 복수의 인버터로 구성될 수 있으며, 보다 바람직하게는 단일 IC칩으로 구성될 수 있다. The
제1 레지스터부(140)는 제1 기준신호(ss1)에 따라 데이터 가중 평균화부(130)로부터 평균화된 디지털 신호를 DA변환부(150) 및 적분부(110)를 구동할 수 있는 소정 전류 레벨을 갖는 디지털 신호로 변환하여 DA변환부(150)에 전달한다. 바람직하게는 데이터 가중 평균화부(130)로부터 평균화된 디지털 신호를 변환하는 상호 직렬 연결된 복수의 인버터로 구성될 수 있으며, 보다 바람직하게는 단일 IC칩으로 구성될 수 있다. The
DA변환부(150)는 제4 스위칭신호(s2d)에 따라 제1 레지스터부(140)로부터의 디지털신호를 스위칭하여 아날로그 신호로 변환한다. 변환된 아날로그 신호는 적분 부(110)에 피드백된다. 이에 따라 DA변환부(150)는 상기 제1 레지스터부(140)로부터의 디지털신호를 스위칭하는 복수의 스위치를 포함할 수 있으며, 이에 대한 상세한 구성은 이후, 도 3을 참조하여 설명하도록 한다. The
적분부(110) 및 변환부(150)는 각각 제1 내지 제3 스위칭신호(s1, s1d, s2) 및 제4 스위칭신호(s2d)에 따라 동작하고, 제1 레지스터부(140) 및 제2 레지스터부(135)는 각각 제1 기준신호(ss1) 및 제2 기준신호(ss2)에 따라 동작한다.The integrating
이에 따라, 본 발명의 아날로그 디지털 변환기(100)는 제1 내지 제4 스위칭신호(s1, s1d, s2, s2d) 및 상기 제1 및 제2 기준신호(ss1, ss2)를 제공하는 클럭부(160)를 더 포함할 수 있다.Accordingly, the analog-to-
도 3은 본 발명에 따른 아날로그 디지털 변환기에 채용된 적분부 및 DA변환부의 세부구성도이다.3 is a detailed configuration diagram of the integrating unit and the DA converting unit employed in the analog-digital converter according to the present invention.
도 3을 참조하면, 적분부(110)는 제1 스위칭신호(s1)에 따라 아날로그 신호를 온 오프 스위칭하는 복수의 스위치를 갖는 제1 스위칭그룹(111), 제2 스위칭신호(s1d)에 따라 제1 스위칭그룹(111)과 연동하여 온 오프 스위칭하는 복수의 스위치를 갖는 제2 스위치그룹(112) 및 제3 스위칭신호(s2)에 따라 제1 및 제2 스위칭그룹(111, 112)과 상보적으로 스위칭하는 복수의 스위치를 갖는 제3 스위치그룹(113)을 포함한다.Referring to FIG. 3, the
이에 더하여, 제1 및 제2 스위치그룹(111, 112)의 온(on) 스위칭에 따라 상 기 아날로그 신호를 충전하고 제3 스위치그룹(113)의 온(on) 스위칭에 따라 충전된 아날로그 신호를 방전하는 복수의 캐패시터를 갖는 캐패시터그룹(114)를 포함하며, 또한 방전된 아날로그 신호를 적분하는 적분기(115)를 더 포함한다.In addition, the analog signal is charged according to the on switching of the first and
적분기(115)는 차동구조의 적분기일 수 있으며, 이에 따라 제1 내지 제3 스위치그룹(111, 112, 113)은 아날로그 신호(Vin+) 및 아날로그 신호(Vin-)를 각각 스위칭한다. The
DA변환부(150)는 제4 스위칭신호(s2d)에 따라 상기 디지털신호를 스위칭하는 복수의 스위치를 갖는 제4 스위치그룹(151)으로 구성될 수 있다.The
도 4는 본 발명에 따른 아날로그 디지털 변환기에 채용된 데이터 가중 평균화부의 비트열을 나타내는 도면이다.4 is a diagram illustrating a bit string of a data weighted averaging unit employed in an analog-digital converter according to the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 아날로그 디지털 변환기(100)에 채용된 데이터 가중 평균화부(130)의 쉬프트부(131)에 의해 처리되는 8비트로 이루어진 디지털신호의 자리이동을 나타낸다.Referring to FIG. 4, the shift of the digital signal consisting of 8 bits processed by the
도 5는 본 발명에 따른 아날로그 디지털 변환기의 신호 타이밍을 나타내는 그래프이다.5 is a graph showing signal timing of an analog-to-digital converter according to the present invention.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 아날로그 디지털 변환기(100)의 제1 내지 제4 스위칭신호(s1, s1d, s2, s2d) 및 이에 따른 쉬프트부(131), 제1 레지스터 부(140) 및 제2 레지스터부(135)의 동작신호를 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5, the first to fourth switching signals s1, s1d, s2, and s2d of the analog-to-
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 작용 및 효과에 대하여 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, with reference to the drawings will be described in detail the operation and effect of the present invention.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 아날로그 디지털 변환기(100)는 먼저, 적분부(110)가 아날로그 신호를 적분한다. 2 to 5, in the analog-to-
보다 상세하게는 도 3을 참조하면, 적분부(110)의 제1 스위치그룹(111)은 제1 스위칭신호(s1)에 따라 스위칭하여 양의 아날로그신호(Vin+)를 스위칭 온(on)한다. More specifically, referring to FIG. 3, the
이후, 제2 스위치그룹(112) 또한 제1 스위치그룹(111)과 마찬가지로 스위칭 온(on)한다. 제2 스위치그룹(112)은 제2 스위칭신호(s1d)에 따라 스위칭하며, 제2 스위칭신호(s1d)는 제1 스위칭신호(s1)를 지연시킨 신호이다. Thereafter, the
이는 제1 스위치그룹(111)과 제2 스위치그룹(112)이 동시에 오프하면 각각의 스위치에 스파이크(spike) 등의 손실이 발생하기 때문이다.This is because when the
스위칭된 아날로그 신호는 각각 캐패시터그룹(114)의 각 캐패시터(Cs1 내지Cs8)에 충전된다(도 5의 A 구간). 이때를 샘플링(sampling) 구간이라 한다. The switched analog signals are respectively charged in the capacitors Cs1 to Cs8 of the capacitor group 114 (section A in FIG. 5). This is called a sampling section.
충전된 아날로그 신호는 제1 및 제2 스위치그룹(111, 112)의 오프(off) 스위칭 및 제3 스위치그룹(113)의 온 스위칭에 따라 방전된다(도 5의 B 구간). 이때를 적분 구간이라 한다.The charged analog signal is discharged according to the off switching of the first and
방전된 아날로그 신호는 적분기(115)에 의해 적분된다. The discharged analog signal is integrated by the
음의 아날로그 신호(Vin-) 또한 상술한 바와 같이 마찬가지로 적분된다.The negative analog signal Vin- is also integrated as described above.
도 2 및 도 3을 참조하면, 이후, 적분된 아날로그 신호(Vop, Vom)는 양자화부(120)에 의해 소정 레벨의 디지털 신호로 양자화된다. 2 and 3, the integrated analog signals Vo and Vom are then quantized by the
이때, 양자화부(120)는 제2 스위칭신호(s1d) 및 제4 스위칭신호(s4d)에 따라 상기 적분된 아날로그 신호를 디지털 신호로 양자화한다. In this case, the
바람직하게는 상기 적분된 아날로그 신호는 9레벨의 디지털신호로 양자화되며, 이에 따라 상기 디지털 신호는 8비트로 이루어진 디지털 신호일 수 있다.Preferably, the integrated analog signal is quantized into a 9-level digital signal. Accordingly, the digital signal may be a 8-bit digital signal.
상기 8비트로 이루어진 디지털 신호는 외부로 출력되고, 또한 데이터 가중 평균화부(130)에 궤한(feedback)된다. 보다 상세하게는 상기 8비트로 이루어진 디지털 신호는 쉬프트부(131) 및 인코딩부(132)에 각각 궤환(feedback)된다.The 8-bit digital signal is output to the outside and fed back to the data weighted averaging
다음으로, 쉬프트부(131)는 제2 레지스터부(135)로부터의 제1 내지 제3 이동신호(C0, C1, C2)에 따라 상기 8비트로 이루어진 디지털 신호의 각 비트 자리를 이동시킨다.Next, the
도 4 및 도 5를 참조하면, 먼저 도 5의 쉬프팅구간에서 쉬프트부(131)는 상기 8비트로 이루어진 디지털 신호의 각 비트 자리를 이동시킨다.4 and 5, first, in the shifting section of FIG. 5, the
도 4를 참조하면, 예를 들어 '00000111'의 디지털 신호는 순차적으로 각 비트를 1,2,3번째 자리에 채운다. Referring to FIG. 4, for example, a digital signal of '00000111' sequentially fills each bit in 1,2,3 places.
이후, '00001111'의 디지털 신호가 입력되면 이전의 '00000111'이 차지한 비트 자리 다음부터 자리를 이동하여 채운다. 즉, 4,5,6,7번째의 비트 자리에 '00001111'의 각 비트를 순차적으로 채운다. After that, when the digital signal of '00001111' is input, the digit is shifted and filled after the bit position occupied by the previous '00000111'. That is, each bit of '00001111' is sequentially filled in the fourth, fifth, sixth and seventh bit positions.
다음으로, '00000111'의 디지털 신호가 입력되면 8,1,2번째의 비트 자리에 '00000111'의 각 비트를 순차적으로 채운다. Next, when the digital signal of '00000111' is input, each bit of '00000111' is sequentially filled in the 8th, 1st, and 2nd bit positions.
마찬가지로, '00000001' 및 '00011111'의 디지털 신호를 상술한 방법으로 각 비트의 자리를 채운다.Similarly, the digital signals of '00000001' and '00011111' are filled in for each bit by the above-described method.
다음으로, 도 5를 참조하면, 적분부(110)의 적분구간(B)에서 쉬프트부(131)는 각 쉬프터(131a, 131b, 131c)는 초기화한다. 이때, 상기 초기화는 각 쉬프터(131a, 131b, 131c)는 각각의 비트 자리를 '1'로 채운다.Next, referring to FIG. 5, the
이후, 상기 8비트로 이루어진 디지털 신호는 인코딩부(132)를 통해 2진수의 디지털 신호로 변환된다.Thereafter, the 8-bit digital signal is converted into a binary digital signal through the
상기 2진수의 디지털 신호는 덧셈부(133)를 통해 상기 제1 내지 제3 이동신호(C0, C1, C2)와 가산된다.The binary digital signal is added to the first to third moving signals C0, C1, and C2 through an
가산된 신호는 다시 제2 레지스터부(135)에 궤환(feedback)되는데 이때 레지스터부(135)로부터의 제1 내지 제3 이동신호(C0, C1, C2)의 전송시간과 상기 가산신호를 동기화시키기 위해서 상기 가산된 신호를 딜레이부(134)를 통하여 지연시킨다.The added signal is fed back to the
다음으로, 상기 지연된 신호는 제2 레지스터부(135)에 궤환된다. 제2 레지스터부(135)는 제2 기준신호(ss2)에 따라 상기 지연된 신호에 기초하여 제1 내지 제3 쉬프터(131a, 131b, 131c)를 각각 제어하는 제1 내지 제3 이동신호(C0, C1, C2)를 제공한다. Next, the delayed signal is fed back to the
이때, 제2 레지스터부(135)는 제2 기준신호(ss2)의 상승구간(②)이후에 동작을 수행(④)한다. At this time, the
제2 기준신호(ss2)는 내부의 용량성 소자(미도시)에 의해 하강구간에 이르는 시간보다 상승구간에 이르는 시간이 수배이상 빠르므로, 제2 레지스터부(135)는 제2 기준신호(ss2)가 상승한 이후에 동작하여 고속으로 상기한 동작을 수행할 수 있다.Since the second reference signal ss2 is several times faster than the time of reaching the falling section by the internal capacitive element (not shown), the
이후, 쉬프트부(131)에 의해 자리이동된 8비트로 이루어진 디지털 신호는 제1 레지스터부(140)에 전달된다.Thereafter, the 8-bit digital signal shifted by the
제1 레지스터부(140)는 상기 8비트로 이루어진 디지털 신호에 DA변환부(150)에 포함된 제4 스위치 그룹을 구동할 수 있을 정도로 소정 크기의 전류를 더하여 DA변환부(150)에 전달한다. The
이때, 제1 레지스터부(140)는 제1 기준신호(ss1)에 따라 동작하는데 제1 기준신호(ss1)가 상승구간(①)에 도달한 이후에 동작을 수행(③)한다. At this time, the
제2 레지스터부(135)의 동작과 마찬가지로 제1 기준신호(ss1)는 상승구간에 도달하는 시간이 하강구간에 도달하는 시간보다 수배 빠르므로, 제1 레지스터 부(140)는 제1 기준신호(ss1)가 상승한 이후에 상기한 동작을 수행하여 고속으로 동작을 수행할 수 있다.Similarly to the operation of the
마지막으로, 제1 레지스터부(140)로부터의 디지털 신호는 DA변환부(150)에 의해 아날로그 신호로 변환된다. Finally, the digital signal from the
이때 DA변환부(150)는 아날로그 신호의 입력범위(Vr+, Vr-)내에서 제1 레지스터부(140)로부터의 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환한다. In this case, the
상술한 변환동작을 도 3을 참조하여 자세히 살펴보면, DA변환부(150)에 포함된 제4 스위치 그룹(151)은 제4 스위칭신호(s2d)에 따라 스위칭 동작을 수행하게 되는데, 이때 제4 스위칭신호(s2d)와 상기 버퍼링된 디지털 신호의 AND 논리 곱에 의한 논리신호(sw1 내지 sw8 및 ssw1 내지 ssw8)에 따라 스위칭 동작을 수행한다.3, the
즉, 제4 스위칭신호(s2d) 및 제1 레지스터부(140)로부터의 디지털 신호가 모두 '1'일때 스위칭 온(on)하고, 제4 스위칭신호(s2d) 및 제1 레지스터부(140)로부터의 디지털 신호 중 어느 하나가 '0'일때는 스위칭 오프(off)한다.That is, when the fourth switching signal s2d and the digital signal from the
제4 스위치 그룹(151)은 상기 디지털 신호가 8비트이고, 아날로그 입력범위가 Vr+, Vr-로 존재하며, 적분부(110)의 적분기(115)가 차동 구조이기 때문에 바람직하게는 32개의 스위치로 구성될 수 있다.The
이에 따라, 제4 스위치 그룹(151)은 각각 제1 레지스터부(140)로부터의 디지털 신호를 스위칭하여 적분부(110)의 캐패시터그룹(114)에 전달한다. 이때, 제3 스위치그룹(113)은 제4 스위치 그룹(151)보다 먼저 스위칭 오프하여 스파이크(spike) 등의 스위칭 손실을 저감시킨다. 전달된 아날로그 신호는 적분기(115)에 의해 적분 되어 양자화부(120)에 전달된다.Accordingly, the
이후, 상술한 동작을 반복하여 지속적으로 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다.Thereafter, the above-described operation is repeated to continuously convert analog signals to digital signals.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성의 다양한 변경 및 개조가 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다. The present invention described above is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, but is defined by the claims below, and the configuration of the present invention may be modified in various ways without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that modifications and variations are possible.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 아날로그 디지탈 변환기의 각 동작신호를 동기화시키고, 특히 제1 레지스터부 및 제2 레지스터부를 제1 및 제2 기준신호의 상승구간에 동작시킴으로써 변환된 디지털 신호의 피드백 지연시간을 단축하여 고속 변환기능을 제공할 수 있는 효과가 있다. As described above, according to the present invention, the feedback delay of the digital signal converted by synchronizing each operation signal of the analog digital converter, in particular, by operating the first register section and the second register section in the rising interval of the first and second reference signals. It is possible to provide a high speed conversion function by reducing the time.
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