DE602005004343T2

DE602005004343T2 - Schaltung mit geschalteten Kapazitäten und Pipeline-Analog-Digital-Wandler

Info

Publication number: DE602005004343T2
Application number: DE602005004343T
Authority: DE
Inventors: Masato Kawasaki-shi Yoshioka; Masahiro Kawasaki-shi Kudo
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2004-09-17
Filing date: 2005-02-24
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2025-02-25
Also published as: US7030804B2; DE602005004343D1; US20060061502A1; EP1638208A1; EP1638208B1; KR20060044441A; JP2006086981A; KR100799955B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung mit geschalteten Kondensatoren und einen A/D-Konverter in Pipeline-Struktur, der unter Verwendung der Anordnung mit geschalteten Kondensatoren konfiguriert ist.
Ein A/D-Konverter in Pipeline-Struktur ist ein Hochgeschwindigkeits-A/D-Konverter mit hoher Auflösung.
Ferner wird eine Anordnung mit geschalteten Kondensatoren verbreitet verwendet, um dem A/D-Konverter in Pipeline-Struktur das Ausführen einer Folge von Signalverarbeitungen mit einer einfachen Anordnung und mit hoher Genauigkeit zu ermöglichen. Beispiele für Anordnungen mit geschalteten Kondensatoren dieser Art sind in der ungeprüften Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2000-13189 und in der US6486820B1 offenbart.
Bei den Anordnungen mit geschalteten Kondensatoren, die in der JP-2000-13189 offenbart sind, weist eine Rückkopplungsverstärkung von einem Ausgang zu einem Eingang eines Verstärkers einen so geringen Wert wie 1/2 auf. Daher bestand das Problem, dass der Stromverbrauch des Verstärkers relativ hoch wird. Es bestand das Problem, dass eine Verringerung des Stromverbrauchs zu einer relativ geringen Betriebsgeschwindigkeit der Anordnung führt. Es bestand das weitere Problem eines unzulänglichen Signal-Rausch-Verhältnisses (SNR), da äquivalentes Eingangsrauschen des Verstärkers doppelt verstärkt wird.
Es ist wünschenswert, den Stromverbrauch einer Anordnung mit geschalteten Kondensatoren und eines A/D-Konverters in Pipeline-Struktur, der die Anordnung mit geschalteten Kondensatoren verwendet, zu verringern und ihre Betriebsgeschwindigkeit zu erhöhen.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Anordnung mit geschalteten Kondensatoren einen Eingangskondensator, erste bis n-te Referenzkondensatoren, einen Verstärker und eine Schalteranordnung. Der Eingangskondensator und der erste bis n-te Referenzkondensator tasten in einer ersten Periode jeweils eine Eingangsspannung und eine erste bis n-te Referenzspannung ab. Dies bedeutet, dass elektrische Ladungen, die den Spannungen entsprechen, jeweils in den Kondensatoren akkumuliert werden. In einer zweiten Periode, die sich an die erste Periode anschließt, verbindet die Schalteranordnung den Eingangskondensator zwischen einem Ausgang und einem Eingang des Verstärkers und verbindet gemäß einem Steuersignal wenigstens einen der ersten bis n-ten Referenzkondensatoren zwischen dem Ausgang und dem Eingang des Verstärkers.
Der Verstärker erzeugt entsprechend der elektrischen Ladung des mit dem Verstärker verbundenen Kondensators eine Ausgangsspannung, die der Eingangsspannung entspricht. Sowohl der Eingangskondensator als auch der Referenzkondensator werden in einer Halteperiode zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Verstärkers verbunden, so dass die Rückkopplungsverstärkung „1" ist. Wenn die Betriebsgeschwindigkeit an eine herkömmliche angeglichen wird, ist es dadurch möglich, den Stromverbrauch der Anordnung mit geschalteten Kondensatoren (des Verstärkers) zu verringern. Wird der Stromverbrauch an einen herkömmlichen angeglichen, ist es möglich, die Betriebsgeschwindigkeit der Anordnung mit geschalteten Kondensatoren zu verbessern. Zudem verringert die höhere Rückkopplungsverstärkung ein äquivalentes Eingangsrauschen des Verstärkers, was zu einem verbesserten SNR führt.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein A/D-Konverter in Pipeline-Struktur eine Vielzahl von Stufen auf, die kaskadiert verbunden sind. Mindestens eine der Stufen weist die gleiche Anordnung mit geschalteten Kondensatoren wie die gemäß der Ausführungsform gemäß dem vorstehend beschriebenen ersten Aspekt auf. Daher ist es möglich, einen A/D-Konverter in Pipeline-Struktur mit einem geringen Stromverbrauch zu konfigurieren. Oder es ist möglich, einen A/D-Konverter in Pipeline-Struktur mit einer hohen Betriebsgeschwindigkeit zu konfigurieren. Ferner ist es möglich, einen hoch genauen A/D-Konverter in Pipeline-Struktur mit einem hohen SNR zu konfigurieren.
Bei einem bevorzugten Beispiel der vorstehenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verbindet ein Eingangsschalter der Schalteranordnung beide Enden des Eingangskondensators mit einem Knoten der Eingangsspannung und einem Knoten einer Festspannung in der ersten Periode und mit dem Eingang und dem Ausgang des Verstärkers in der zweiten Periode. Ein Referenzschalter der Schalteranordnung verbindet beide Enden jedes der Eingangskondensatoren mit einem Knoten jeder der Referenzspannungen und einem Knoten der Festspannung in der ersten Periode und mit dem Eingang und dem Ausgang des Verstärkers gemäß dem Steuersignal in der zweiten Periode. Auf diese Weise ist es möglich, mit einfachen Schaltern und ohne jede Zunahme des Maßstabs der Anordnung eine Anordnung mit geschalteten Kondensatoren zu konfigurieren, die die vorstehend genannten Merkmale aufweist.
Bei einem bevorzugten Beispiel der vorstehenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verbindet ein Eingangsschalter der Schalteranordnung ein Ende des Eingangs kondensators mit einem Knoten der Eingangsspannung in der ersten Periode und dem Ausgang des Verstärkers in der zweiten Periode. Ein Referenzschalter der Schalteranordnung verbindet beide Enden jedes der Referenzkondensatoren mit einem Knoten jeder der Referenzspannungen und dem Eingang des Verstärkers in der ersten Periode und mit dem Eingang und dem Ausgang des Verstärkers gemäß dem Steuersignal in der zweiten Periode. Ein Kurzschlussschalter schließt den Ausgang und den Eingang des Verstärkers in der ersten Periode miteinander kurz. Ein Offset-Wert des Verstärkers kann durch den Kurzschlussschalter aufgehoben werden.
Bei einem bevorzugten Beispiel der vorstehenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist der Verstärker ein Differenzverstärker, der komplementäre Eingänge und komplementäre Ausgänge aufweist. Der Eingangskondensator und die Referenzkondensatoren sind für jedes Paar aus dem Eingang und dem Ausgang des Verstärkers gebildet. Bei einer Anordnung mit geschalteten Kondensatoren eines vollständigen Differenztyps können die vorstehend genannten Merkmale ebenso leicht realisiert werden.
Bei einem bevorzugten Beispiel der vorstehenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist jeder der ersten bis n-ten Referenzkondensatoren aus einer Vielzahl von Subkondensatoren gebildet, die parallel angeordnet sind. Die Schalteranordnung verbindet wenigstens zwei der Subkondensatoren zwischen dem Ausgang und dem Eingang des Verstärkers gemäß dem Steuersignal in der zweiten Periode. Bei der vorliegenden Erfindung kann abhängig von der Art und der Anzahl der in der zweiten Periode mit dem Verstärker verbundenen Subkondensatoren eine breite Vielfalt an Spannungen erzeugt werden. Daher ist es möglich, die Arten von Refe renzspannungen zur Zufuhr zur Anordnung mit geschalteten Kondensatoren zu verringern. Anders ausgedrückt ist es möglich, die Notwendigkeit mehrerer Anordnungen zu eliminieren, die die jeweiligen Referenzspannungen erzeugen. Dadurch ist es möglich, den Anordnungsmaßstab eines Systems zu verringern, auf dem die Anordnung mit geschalteten Kondensatoren montiert ist.
Bei einem bevorzugten Beispiel der vorstehenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vergleicht eine Vergleichsschaltung Größen der Eingangsspannung und einer Vergleichsspannung, um ein Vergleichsresultat als Steuersignal in einer dritten Periode auszugeben, die zwischen der ersten Periode und der zweiten Periode liegt. Dies bedeutet, dass die Vergleichsschaltung als A/D-Konverter fungiert, der die Eingangsspannung empfängt, um das Steuersignal auszugeben, das deren Größe angibt. Daher kann die Anordnung mit geschalteten Kondensatoren bei ihrer Anwendung auf einen A/D-Konverter in Pipeline-Struktur beispielsweise auch als Sub-A/D-Konverter fungieren. Dadurch ist es möglich, den A/D-Konverter in Pipeline-Struktur einfach zu konfigurieren.
Bei einem bevorzugten Beispiel der vorstehenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst der Vergleichsschalter einen Vergleichskondensator, einen Komparator und einen Vergleichsschalter. Der Komparator ist an seinem Eingang mit einem Ende des Vergleichskondensators verbunden und gibt das Steuersignal von einem Ausgang von sich aus. Der Vergleichsschalter verbindet beide Enden des Vergleichskondensators mit einem Knoten der Eingangsspannung und einem Knoten der Festspannung in der ersten Periode und mit einem Knoten der Vergleichsspannung und dem Eingang des Komparators in der dritten Periode. Dies bedeutet, dass der Vergleichskondensator und der Vergleichsschalter als Abtast- und Halteanordnung fungieren, die die Eingangsspannung hält. Daher kann beispielsweise bei einer Anwendung der Anordnung mit geschalteten Kondensatoren auf eine erste Stufe eines A/D-Konverters in Pipeline-Struktur die erfindungsgemäße Anordnung mit geschalteten Kondensatoren eine herkömmliche Eingangs-Front-End-Anordnung mit einer Abtast- und Halteanordnung ersetzen. Im Allgemeinen ist bei einem A/D-Konverter in Pipeline-Struktur eine Eingangs-Front-End-Anordnung eine Anordnung mit dem größten Einfluss auf die Leistung (die Umwandlungsgenauigkeit) des A/D-Konverters. Eine Abtast- und Halteanordnung in der Eingangs-Front-End-Anordnung wird unter Verwendung einer Anordnung mit einem hohen Stromverbrauch, wie eines Verstärkers, gebildet, um eine abgetastete Eingangsspannung mit hoher Genauigkeit an eine nachfolgende Stufe zu übertragen. Eine Anwendung der vorliegenden Erfindung macht es möglich, mit einem einfachen Schaltkreis eine Abtast- und Halteanordnung mit hoher Genauigkeit zu konfigurieren. Anders ausgedrückt ist es möglich, eine Front-End-Anordnung mit einem geringen Stromverbrauch und kleinen Anordnungsabmessungen zu konfigurieren.
Bei einem bevorzugten Beispiel der vorstehenden Ausführungsform des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung nimmt jeder Sub-A/D-Konverter eine A/D-Konversion einer von einer vorhergehenden Stufe ausgegebenen Spannung vor, um einen Bitwert auszugeben. Eine Codiereinheit codiert die Bitwerte, die von den jeweiligen Stufen ausgegeben werden, um dadurch einen digitalen Wert auszugeben, der eine Vielzahl von Bits umfasst. Die Sub-A/D-Konverter konvertieren die analoge Spannung der Reihe nach in die Bitwerte, so dass die Pipeline-Operation ausgeführt wird.
Bei einem bevorzugten Beispiel der vorstehenden Ausführungsformen des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung erzeugt eine Schaltersteueranordnung des A/D-Konverters in Pipeline-Struktur das Steuersignal zum Ein-/Ausschalten der Schalteranordnung gemäß dem Bitwert, der von einem Sub-A/D-Konverter ausgegeben wird, der mit einem Eingang der Anordnung mit geschalteten Kondensatoren verbunden ist. Daher kann das Steuersignal durch Verwenden eines Ausgangs des Sub-A/D-Konverters leicht erzeugt werden.
Die Natur, das Prinzip und die Nutzung der Erfindung gehen aus der folgenden beispielhaften Beschreibung der Erfindung bei der Lektüre im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen deutlicher hervor, in denen übereinstimmende Teile durch identische Bezugszeichen bezeichnet sind. Es zeigen:
1 ein Anordnungsdiagramm, das Einzelheiten einer Anordnung mit geschalteten Kondensatoren gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ein Blockdiagramm, das einen A/D-Konverter in Pipeline-Struktur gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 eine Zeitübersicht, die Operationen der in 1 gezeigten Anordnung mit geschalteten Kondensatoren zeigt;
4 eine Kennlinienübersicht, die eine Ausgangsspannung zeigt, die von einer Halteoperation der in 1 gezeigten Anordnung mit geschalteten Kondensatoren erzeugt wird;
5 ein Anordnungsdiagramm, das eine früher in Erwägung gezogene Anordnung mit geschalteten Kondensatoren zeigt;
6 eine Kennlinienübersicht, die eine Ausgangsspannung zeigt, die durch eine Halteoperation der in 5 gezeigten Anordnung mit geschalteten Kondensatoren erzeugt wird;
7 eine erläuternde Übersicht, die Kennlinien der Anordnung mit geschalteten Kondensatoren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
8 eine erläuternde Übersicht, die Operationen der Anordnung mit geschalteten Kondensatoren gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
9 ein Anordnungsdiagramm, das Einzelheiten einer Anordnung mit geschalteten Kondensatoren gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
10 ein Blockdiagramm, das einen A/D-Konverter in Pipeline-Struktur gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
11 ein Anordnungsdiagramm, das eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung mit geschalteten Kondensatoren und des erfindungsgemäßen A/D-Konverters in Pipeline-Struktur zeigt;
12 ein Anordnungsdiagramm, das eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung mit geschalteten Kondensatoren und des erfindungsgemäßen A/D-Konverters in Pipeline-Struktur zeigt;
13 ein Anordnungsdiagramm, das eine fünfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung mit geschalteten Kondensatoren und des erfindungsgemäßen A/D-Konverters in Pipeline-Struktur zeigt;
14 ein Anordnungsdiagramm, das eine sechste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung mit geschalte ten Kondensatoren und des erfindungsgemäßen A/D-Konverters in Pipeline-Struktur zeigt;
15 ein Anordnungsdiagramm, das Einzelheiten einer Anordnung mit geschalteten Kondensatoren gemäß der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
16 ein Blockdiagramm, das einen A/D-Konverter in Pipeline-Struktur gemäß der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
17 eine Zeitübersicht, die Operationen der in 15 gezeigten Anordnung mit geschalteten Kondensatoren zeigt;
18 ein Anordnungsdiagramm, das eine achte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung mit geschalteten Kondensatoren und des erfindungsgemäßen A/D-Konverters in Pipeline-Struktur zeigt;
19 eine Zeitübersicht, die Operationen einer in 18 gezeigten Vergleichsanordnung zeigt;
20 ein Anordnungsdiagramm, das eine weitere Ausführungsform der Anordnung mit geschalteten Kondensatoren zeigt;
21 ein Anordnungsdiagramm, das eine weitere Ausführungsform der Anordnung mit geschalteten Kondensatoren zeigt;
22 ein Anordnungsdiagramm, das eine weitere Ausführungsform der Anordnung mit geschalteten Kondensatoren zeigt;
23 ein Anordnungsdiagramm, das eine weitere Ausführungsform der Anordnung mit geschalteten Kondensatoren zeigt;
24 ein Blockdiagramm, das ein Beispiel eines A/D-Konverters in Pipeline-Struktur gemäß einer weiteren Ausfüh rungsform zeigt, auf die die in 23 gezeigte Anordnung mit geschalteten Kondensatoren angewendet wird;
25 ein Anordnungsdiagramm, das eine weitere Ausführungsform der Anordnung mit geschalteten Kondensatoren zeigt;
26 ein Anordnungsdiagramm, das eine weitere Ausführungsform der Anordnung mit geschalteten Kondensatoren zeigt;
27 ein Anordnungsdiagramm, das eine weitere Ausführungsform der Anordnung mit geschalteten Kondensatoren zeigt;
28 ein Anordnungsdiagramm, das eine weitere Ausführungsform der Anordnung mit geschalteten Kondensatoren zeigt;
29 ein Anordnungsdiagramm, das eine weitere Ausführungsform der Anordnung mit geschalteten Kondensatoren zeigt;
30 ein Anordnungsdiagramm, das eine weitere Ausführungsform der Anordnung mit geschalteten Kondensatoren zeigt;
31 ein Anordnungsdiagramm, das eine weitere Ausführungsform der Anordnung mit geschalteten Kondensatoren zeigt;
32 ein Anordnungsdiagramm, das eine weitere Ausführungsform der Anordnung mit geschalteten Kondensatoren zeigt;
33 ein Anordnungsdiagramm, das eine weitere Ausführungsform der Anordnung mit geschalteten Kondensatoren zeigt; und
34 ein Anordnungsdiagramm, das eine weitere Ausführungsform der Anordnung mit geschalteten Kondensatoren zeigt.
Nachstehend werden unter Verwendung der Zeichnungen Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. In der nachstehenden Beschreibung werden Signalleitungen und Knoten, über die Signale übertragen werden, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wie die Signalnamen. Ein nachstehend dargestellter A/D-Konverter 100 in Pipeline-Struktur wird beispielsweise auf einen analogen Front-End-Chip eines digitalen elektrischen Haushaltsgeräts, wie eines digitalen Fernsehers und eines Flüssigkristallprojektors angewendet. Der analoge Front-End-Chip wird beispielsweise durch die hauptsächliche Verwendung eines CMOS-Prozesses auf einem Siliciumsubstrat gebildet.
Die 1 bis 8 zeigen eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung mit geschalteten Kondensatoren und des erfindungsgemäßen A/D-Konverters in Pipeline-Struktur.
1 zeigt Einzelheiten einer Anordnung 200 mit geschalteten Kondensatoren. Hierbei repräsentieren eine Eingangsspannung VIN und eine Ausgangsspannung VOUT eine Eingangsspannung und eine Ausgangsspannung der Anordnung 200 mit geschalteten Kondensatoren. Die Anordnung 200 mit geschalteten Kondensatoren weist einen Eingangskondensator CIN, einen ersten und einen zweiten Referenzkondensator C1, C2, eine Schalteranordnung, die aus Schaltern S1 bis S10 besteht, und einen Differenzverstärker DAMP auf. Die Kapazitanz der Kondensatoren CIN, C1, C2 sind so eingestellt, dass sie miteinander übereinstimmen. Jeder der Schalter S1 bis S10 ist aus einem nMOS-Transistor, einem pMOS-Transistor oder einem CMOS-Übertragungsgate aufgebaut, das entsprechend einer Gate-Spannung ein-/ausgeschaltet wird. „S" und „H" repräsentieren bei den Schaltern S1 bis S6 eingeschaltete Seiten, wenn ein Abtastsignal S mit hohem Pegel und ein Haltesignal H mit hohem Pegel empfangen werden. „H1" repräsentiert bei den Schaltern S7, S8, dass sie beim Empfang eines Steuersignals H1 mit einem hohen Pegel eingeschaltet werden. „H2" repräsentiert bei den Schaltern S9, S10, dass sie beim Empfang eines Steuersignals H2 mit hohem Pegel eingeschaltet werden.
Ein Ende und das andere Ende des Kondensators CIN sind jeweils über Knoten H der Eingangsschalter S1, S2 mit einem Ausgang VOUT und einem Eingang" des Differenzverstärkers DAMP und jeweils über Knoten S der Schalter S1, S2 mit einer Eingangsspannungsleitung VIN und einer Erdspannungsleitung (eine feste Spannung) verbunden. Der Kondensator C1 ist jeweils über Knoten H der Referenzschalter S3, S4 und über die Referenzschalter S7, S8 mit dem Ausgang VOUT und dem „–Eingang" des Differenzverstärkers DAMP und über Knoten S der Schalter S3, S4 mit einer ersten Referenzspannungsleitung +VR und der Erdspannungsleitung verbunden. Ähnlich ist der Kondensator C2 jeweils über Knoten H der Referenzschalter S5, S6 und über Referenzschalter S9, S10 mit dem Ausgang VOUT und dem Eingang" des Differenzverstärkers DAMP und jeweils über Knoten S der Schalter S5, S6 mit einer zweiten Referenzspannungsleitung – VR und der Erdspannungsleitung verbunden. Ein „+Eingang" des Differenzverstärkers DAMP ist mit der Erdspannungsleitung verbunden.
Bei der vorstehend beschriebenen Anordnung 200 mit geschalteten Kondensatoren werden in einer Abtastperiode (einer ersten Periode) die Enden der Kondensatoren CIN, C1, C2 auf einer Seite jeweils mit der Eingangsspannungsleitung VIN und den Referenzspannungsleitungen +VR, –VR verbunden, und ihre anderen Enden werden mit der Erdspannungsleitung verbunden. Eine Eingangsspannung VIN und Referenzspannungen +VR, –VR werden jeweils von den Kondensatoren CIN, C1, C2 abgetastet. Der Kondensator CIN, der die Eingangsspannung VIN abgetastet hat wird in einer auf die Abtastperiode folgenden Halteperiode (einer zweiten Periode) zwischen dem Eingang/Ausgang des Differenzverstärkers DAMP verbunden. Gleichzeitig wird eines der Steuersignale H1, H2 auf einen hohen Pegel aufgeladen, und einer unter dem Kondensator C1, der die Referenzspannung +VR abgetastet hat, und dem Kondensator C2, der die Referenzspannung –VR abgetastet hat, wird zwischen dem Eingang/Ausgang des Differenzverstärkers DAMP verbunden. Die Zeichnung zeigt ein Beispiel, bei dem das Steuersignal H1 auf einen hohen Pegel wechselt. In der Halteperiode arbeiten ein Subtrahierer SUB und ein Verstärker AMP, die in 2 gezeigt sind, gleichzeitig parallel, so dass die Halteoperation ausgeführt und eine Ausgangsspannung VOUT erzeugt werden.
2 zeigt den A/D-Konverter 100 in Pipeline-Struktur, bei dem die in 1 gezeigte Anordnung 200 mit geschalteten Kondensatoren auf eine Eingangs-Front-End-Anordnung (STG1) angewendet wird. Der A/D-Konverter 100 in Pipeline-Struktur weist eine A/D-Konversionseinheit 10, eine Betriebssteuereinheit 12 und eine Codiereinheit 14 auf. Der A/D-Konverter 100 in Pipeline-Struktur arbeitet synchron mit einem Taktgeber, der jedoch nicht gezeigt ist.
Die A/D-Konversionseinheit 10 weist mehrere kaskadiert verbundene Stufen STG1 bis STG4, einen Sub-A/D-Konverter ADC, der eine Ausgangsspannung der Stufe STG4 in einen digitalen Wert D5 umwandelt, und eine Schaltersteueranordnung 16 auf, die der Stufe STG1 entspricht. Die Stufe STG1 auf der ersten Stufe weist die Anordnung 200 mit geschalteten Kondensatoren, die eine Eingangsspannung AIN (eine in ein digitales Signal umzuwandelnde analoge Spannung) empfängt, und einen Sub-A/D-Konverter ADC auf, der die Analoge Spannung AIN in einen digitalen Wert umwandelt. Der Sub-A/D-Konverter ADC der Stufe STG1 wandelt die analoge Spannung AIN beispielsweise in einen digitalen Wert D1 von einem Bit um (a = 1 Bit). Der digitale Wert D1 wird einer Verstärkungsstufe 202 mit geschalteten Kondensatoren der Stufe STG2 und der Codiereinheit 14 zugeführt. Jede der Stufen STG2 bis STG4 weist eine bekannte Verstärkungsstufe 202 mit geschalteten Kondensatoren und einen Sub-A/D-Konverter ADC auf, der eine Ausgangsspannung der Verstärkungsstufe 202 mit geschalteten Kondensatoren in einen digitalen Wert umwandelt. Die Verstärkungsstufe 202 mit geschalteten Kondensatoren weist einen Sub-D/A-Konverter DAC, einen Subtrahierer SUB und einen Verstärker AMP auf.
Die Anordnung 200 mit geschalteten Kondensatoren fungiert auch als Abtast- und Halteschaltung der Eingangs-Front-End-Anordnung. Im Allgemeinen weist eine Abtast- und Halteanordnung einer Eingangs-Front-End-Anordnung einen eingebauten Verstärker mit hoher Genauigkeit auf, um den gesamten Bereich eines analogen Eingangs linear abzutasten und ein abgetastetes Signal mit hoher Genauigkeit an eine nachfolgende Stufe zu übertragen. Daher ist der Stromverbrauch der Abtast- und Halteanordnung relativ hoch. Bei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann der Stromverbrauch verringert werden, und das Rauschen kann aufgrund der Verwendung der Anordnung 200 mit geschalteten Kondensa toren als der Abtast- und Halteanordnung der ersten Stufe verringert werden, wie später beschrieben.
Der Sub-D/A-Konverter DAC der Verstärkungsstufe 202 mit geschalteten Kondensatoren der Stufe STG2 wandelt einen von dem Sub-A/D-Konverter ADC der vorhergehenden Stufe STG1 ausgegebenen digitalen Wert in eine analoge Spannung um. Der Subtrahierer SUB subtrahiert die vom Sub-D/A-Konverter DAC ausgegebene analoge Spannung von der von einer vorhergehenden Stufe STG1 ausgegebenen analogen Spannung, um die resultierende analoge Spannung an den Verstärker AMP auszugeben. Der Verstärker AMP multipliziert die vom Subtrahierer SUB ausgegebenen analoge Spannung mit der b-ten Potenz von 2 und gibt das Ergebnis an den Sub-A/D-Konverter ADC der gleichen Stufe und einen Subtrahierer SUB der nachfolgenden Stufe STG3 aus. Hierbei entspricht die Konstante b der Anzahl der Bits b eines von der Stufe STG2 ausgegebenen digitalen Werts D2. Die (nicht dargestellten) Verstärker AMP der Verstärkungsstufen 202 mit geschalteten Kondensatoren der Stufen STG3, STG4 multiplizieren von den Subtrahierern SUB ausgegebene analoge Spannungen jeweils mit der b-ten Potenz von 2 und mit der c-ten Potanz von 2. Bei diesem Beispiel betragen die Konstanten b, c, d alle 1 Bit. Dies bedeutet, dass jeder der Verstärker AMP eine Ausgangsspannung erzeugt, die doppelt so hoch ist, wie ein empfangener Spannungswert. Es ist zu beachten, dass die Konstanten a, e ebenfalls 1 Bit betragen.
Die Schaltersteueranordnung 16 erzeugt die Steuersignale H1, H2 zur Steuerung der in der in 1 beschriebenen Anordnung 200 mit geschalteten Kondensatoren enthaltenen Schalter S1 bis S10 entsprechend dem von dem Sub-A/D-Konverter ADC der Stufe STG1 ausgegebenen digitalen Wert. Die Steuersignale H1, H2 werden synchron mit einer Periode mit hohem Pegel eines Haltesignals H erzeugt. Die Betriebssteuereinheit 12 erzeugt in einem vorgegebenen Zyklus abwechselnd ein Abtastsignal S mit hohem Pegel und ein Haltesignal H mit hohem Pegel, die die Abtastperiode und die Halteperiode der Anordnung 200 mit geschalteten Kondensatoren bestimmen. Die Codiereinheit 14 codiert die digitalen Werte D1 bis D5, die von den Stufen STG1 bis STG4 der A/D-Konversionseinheit 10 und dem Sub-A/D-Konverter ADC der letzten Stufe nacheinander erzeugt werden, und gibt ein digitales Signal DOUT von beispielsweise 5 Bit aus. Dies bedeutet, dass der A/D-Konverter 100 in Pipeline-Struktur das analoge Signal AIN in das digitale Signal DOUT mit 5 Bit umwandelt. Hierbei ist der digitale Wert D1 das signifikanteste Bit, und der digitale Wert D5 ist das am wenigsten signifikante Bit.
3 zeigt Operationen der in 1 gezeigten Anordnung 200 mit geschalteten Kondensatoren. Die Anordnung 200 mit geschalteten Kondensatoren führt in der Abtastperiode und der Halteperiode eine Abtastoperation und eine Halteoperation aus, zwischen denen synchron mit Übergangskanten eines Taktgebers CLK jeweils abwechselnd umgeschaltet wird. Die Abtastperiode ist eine Periode mit hohem Pegel des Abtastsignals S, und die Halteperiode ist eine Periode mit hohem Pegel des Haltesignals H. Das Abtastsignal S und das Haltesignal H sind komplementäre Signale, deren Perioden mit hohem Pegel nicht zusammenfallen. In der Halteperiode wird eines der Steuersignale H1, H2 auf einem hohen Pegel gehalten, und die vorstehend erwähnte Halteoperation wird ausgeführt. Die Zeichnung zeigt ein Beispiel, bei dem das Steuersignal H1 auf einen hohen Pegel umgeschaltet wird, wenn die erste Halteperiode eintritt, und das Steuersignal H2 auf einen hohen Pegel umgeschaltet wird, wenn die nachfolgende Halteperiode eintritt.
4 zeigt die durch die Halteoperation der in 1 gezeigten Anordnung 200 mit geschalteten Kondensatoren erzeugte Ausgangsspannung VOUT. Die Ausgangsspannung VOUT wird gemäß den Ausdrücken (1), (2) erzeugt. 1/2·(VIN – VR) (bei VIN ≥ 0) (1) 1/2·(VIN + VR) (bei VIN < 0) (2)
5 zeigt eine früher in Betracht gezogene Anordnung mit geschalteten Kondensatoren. Diese Anordnung mit geschalteten Kondensatoren weist zwei Kondensatoren CA, CB, die in einer Abtastperiode eine Eingangsspannung VIN abtasten, und eine Schaltergruppe auf, die den Kondensator CA mit einer Eingangsspannungsleitung VIN, einer Erdspannungsleitung und einem Differenzverstärker DAMP und den Kondensator CB mit der Eingangsspannungsleitung VIN, den Referenzspannungsleitungen +VR, –VR und der Erdspannungsleitung verbindet. „S" und „H" repräsentieren bei jedem Schalter die eingeschalteten Seiten in der Abtastperiode und einer Halteperiode.
6 zeigt eine durch eine Halteoperation der in 5 gezeigten Anordnung mit geschalteten Kondensatoren erzeugte Ausgangsspannung VOUT. Die Ausgangsspannung VOUT wird gemäß den Ausdrücken (3), (4) erzeugt. 2VIN – VR (bei VIN ≥ 0) (3) 2(VIN + VR) (bei VIN < 0) (4)
Wenn bei den vorstehenden Ausdrücken (1), (2), die die Kennlinien der Anordnung 200 mit geschalteten Kondensatoren gemäß der vorliegenden Ausführungsform repräsentieren, eine Eingangsspannung VIN4·VIN ist, eine Referenzspannung VR2·VR ist, und eine Referenzspannung –VR2·(–VR) ist, stimmen die Ausdrücke (1), (2) mit den Ausdrücken (3), (4) überein. Wenn bei dem in 2 gezeigten A/D-Konverter 100 in Pipeline-Struktur doppelte Referenzspannungen VR, –VR zugeführt werden und die Eingangsspannung am Eingang der Stufe STG1 vervierfacht wird, ist es möglich, einen A/D-Konverter in Pipeline-Struktur mit den gleichen Charakteristika wie denen eines unter Verwendung der in 5 gezeigten Anordnung mit geschalteten Kondensatoren konfigurierten A/D-Konverters in Pipeline-Struktur zu konfigurieren.
7 zeigt die Charakteristika der Anordnung mit geschalteten Kondensatoren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. gm repräsentiert die gegenseitige Konduktanz. Eine Ausgangsspannung Vn2(out) des Differenzverstärkers DAMP wird nicht in den Kondensatoren CIN, C1 geteilt, sondern wird über die Kondensatoren CIN, C1 unverändert eine Eingangsspannung Vn2(in) des Differenzverstärkers DAMP. Andererseits wird bei der in 5 gezeigten Anordnung mit geschalteten Kondensatoren eine Ausgangsspannung Vnl(out) eines Differenzverstärkers DAMP in den Kondensatoren CA, CB geteilt, so dass eine Eingangsspannung Vnl(in) kleiner als die Ausgangsspannung Vnl(out) wird (wobei der Verstärkungsfaktor das Zweifache ist). Daher beträgt die Rückkopplungsverstärkung β der Anordnung mit geschalteten Kondensatoren das Doppelte der Rückkopplungsverstärkung β der in 4 gezeigten Anordnung mit geschalteten Kondensatoren.
Ferner werden die Kondensatoren C1, C2 nicht als auf den Differenzverstärker DAMP einwirkende Lasten erkannt. Daher ist ein GBW-Produkt (gain bandwidth product, Verstärkungsbandbreitenprodukt) beim Haltebetrieb der Anordnung 200 mit geschalteten Kondensatoren größer oder gleich dem Dop pelten eines GBW-Produkts der in 4 gezeigten Anordnung mit geschalteten Kondensatoren. Wenn die Anordnung 200 mit geschalteten Kondensatoren und der A/D-Konverter 100 in Pipeline-Struktur so konstruiert sind, dass sie die gleiche Betriebsgeschwindigkeit wie herkömmliche aufweisen, kann daher der Stromverbrauch auf die Hälfte oder weniger verringert werden. Sind sie so konstruiert, dass sie in etwa den gleichen Stromverbrauch wie herkömmliche aufweisen, kann die Betriebsgeschwindigkeit (die Umwandlungsgeschwindigkeit) erheblich verbessert werden. Überdies wird ein äquivalentes Eingangsrauschen der Anordnung 200 mit geschalteten Kondensatoren und des A/D-Konverters 100 in Pipeline-Struktur im Vergleich zu dem der in 5 gezeigten Anordnung mit geschalteten Kondensatoren aus dem gleichen Grund für die Rückkopplungsverstärkung β halbiert. Da ein SNR verbessert werden kann, kann ein A/D-Konverter in Pipeline-Struktur mit hoher Genauigkeit konfiguriert werden.
8 zeigt eine Veränderung der Ausgangsspannung VOUT, wenn die Anordnung 200 mit geschalteten Kondensatoren in Betrieb ist. Die Ausgangsspannung VOUT wird in der Halteperiode so eingestellt, dass sie einen Endwert Vfinal erreicht. Zu diesem Zeitpunkt ist es zur Erhöhung der Genauigkeit der Ausgangsspannung wesentlich, die Ausgangsspannung VOUT auf eine Spannung in Bezug auf den Endwert Vfinal mit einer gewünschten Genauigkeit einzustellen. Insbesondere erfordert bei einem A/D-Konverter in Pipeline-Struktur eine Anordnung mit geschalteten Kondensatoren, die sich näher an einem analogen Eingang der ersten Stufe befindet, eine genauere Einstellung.
Wird davon ausgegangen, dass die Anordnung 200 mit geschalteten Kondensatoren in der Halteperiode eine lineare Übertragungskennlinie aufweist, wird eine Ausgangsspannung VOUT(t) durch einen Ausdruck (5) repräsentiert. Hierbei repräsentiert GBW ein GBW-Produkt (gemäß 7 GBWsc) in der Halteperiode der Anordnung 200 mit geschalteten Kondensatoren. VOUT(t) = Vfinal·(1 – e–GBW·t) (5)
Eine Zeitspanne ts, die in der Halteperiode zum Einstellen von n Bit der Ausgangsspannung VOUT erforderlich ist, wird durch einen Ausdruck (6) repräsentiert. Wird davon ausgegangen, dass ein Belegungsverhältnis der Zeitspanne ts in einem Umwandlungszyklus (= einem Reziproken der Konversionsgeschwindigkeit) der gesamten Anordnung 200 mit geschalteten Kondensatoren α ist, gibt ein Ausdruck (7) den maximalen Wert der Konversionsgeschwindigkeit fs der Anordnung 200 mit geschalteten Kondensatoren an, bei der das Einstellen von n Bit erforderlich ist. Hierbei gilt in vielen Fällen α = 0,5. Gemäß dem Ausdruck (7) ist die Konversionsgeschwindigkeit der Anordnung 200 mit geschalteten Kondensatoren proportional zum GBW-Produkt, und daher kann die Konversionsgeschwindigkeit umso höher sein, je größer das GBW-Produkt ist. ts = (n/GBW)·In2 (6) fs = α/ts = (α·GBW)/(n·In2) (7)
Bei der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform ist es, wie in 7 gezeigt, möglich, die Rückkopplungsverstärkung des Differenzverstärkers DAMP gering zu halten, so dass das GBW-Produkt hoch eingestellt werden kann. Das äquivalente Eingangsrauschen des Differenzverstärkers DAMP kann gering eingestellt werden. Daher kann der Stromverbrauch des Differenzverstärkers DAMP verringert werden. Wird der Stromverbrauch mit einem herkömmlichen in Übereinstimmung gebracht, kann die Betriebsgeschwindigkeit des Differenzverstärkers DAMP verbessert werden. Wenn die Betriebsgeschwindigkeit mit einer herkömmlichen in Übereinstimmung gebracht wird, kann dadurch der Stromverbrauch der Anordnung 200 mit geschalteten Kondensatoren auf die Hälfte oder weniger verringert werden. Wird der Stromverbrauch mit einem herkömmlichen in Übereinstimmung gebracht, kann die Betriebsgeschwindigkeit der Anordnung 200 mit geschalteten Kondensatoren erheblich verbessert werden. Da die Rückkopplungsverstärkung des Verstärkers niedrig gehalten werden kann, kann überdies das äquivalente Eingangsrauschen des Verstärkers verringert werden, um ein SNR zu verbessern. Die Verwendung der Anordnung 200 mit geschalteten Kondensatoren ermöglicht eine Konfiguration des A/D-Konverters 100 in Pipeline-Struktur mit einem geringeren Stromverbrauch. Oder es ist möglich, den A/D-Konverter 100 in Pipeline-Struktur mit einer hohen Betriebsgeschwindigkeit zu konfigurieren. Zudem ist es möglich, den A/D-Konverter 100 in Pipeline-Struktur mit hoher Genauigkeit mit einem hohen SNR zu konfigurieren. Die Anordnung 200 mit geschalteten Kondensatoren kann aus den Kondensatoren CIN, C1, C2 und den einfachen Schaltern S1 bis S10 aufgebaut sein, wie in 1 gezeigt, so dass es möglich ist, die Anordnung 200 mit geschalteten Kondensatoren und den A/D-Konverter 100 in Pipeline-Struktur ohne jede Vergrößerung des Maßstabs der Anordnung zu konfigurieren.
Die 9 und 10 zeigen eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung mit geschalteten Kondensatoren und des erfindungsgemäßen A/D-Konverters in Pipeline-Struktur. Die gleichen Bezugszeichen oder Symbole werden zur Bezeichnung der mit den im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschriebenen Elementen übereinstimmenden Elemente verwendet, und auf ihre genaue Beschreibung wird verzichtet.
9 zeigt Einzelheiten einer Anordnung 200A mit geschalteten Kondensatoren. Die Anordnung 200A mit geschalteten Kondensatoren ist so konfiguriert, dass die Schalter S7 bis S10 aus der Anordnung 200 mit geschalteten Kondensatoren entfernt werden. Die Verbindungsbeziehung eines Eingangskondensators CIN und von Schaltern S1, S2 ist die Gleiche, wie bei der ersten Ausführungsform. Ein Referenzkondensator C1 ist jeweils über „H1-Knoten" von Schaltern S3, S4 (von Referenzschaltern) mit einem Ausgang VOUT und einem „–Eingang" eines Differenzverstärkers DAMP und jeweils über Knoten S der Schalter S3, S4 mit einer Referenzspannungsleitung +VR (einer ersten Referenzspannungsleitung) und einer Erdspannungsleitung verbunden. Ähnlich ist ein Referenzkondensator C2 jeweils über „H2-Knoten" der Schalter S5, S6 (von Referenzschaltern) mit dem Ausgang VOUT und dem „–Eingang" des Differenzverstärkers DAMP und jeweils über Knoten S der Schalter S5, S6 mit einer Referenzspannungsleitung –VR (einer zweiten Referenzspannungsleitung) und der Erdspannungsleitung verbunden. Das Betriebstiming der Anordnung 200A mit geschalteten Kondensatoren stimmt mit dem gemäß der ersten Ausführungsform überein (3).
„H1" bedeutet bei den Schaltern S3, S4, dass sie beim Empfang eines Steuersignals H1 mit hohem Pegel eingeschaltet werden. „H2" bedeutet bei den Schaltern S5, S6, dass sie beim Empfang eines Steuersignals H2 mit hohem Pegel eingeschaltet werden. Bei dieser Ausführungsform kann jeder der Kondensatoren C1, C2 und der Differenzverstärker DAMP durch eine Gruppe der Schalter C3, C4 (oder C5, C6) verbunden werden. Da die Anzahl der Schalter verringert werden kann, kann die Anordnung 200A mit geschalteten Kondensatoren einfach konfiguriert sein.
10 zeigt einen A/D-Konverter 100A in Pipeline-Struktur, bei dem die Anordnung 200A mit geschalteten Kondensatoren auf eine Eingangs-Front-End-Anordnung (STG1) angewendet wird. Bei dem A/D-Konverter 100A in Pipeline-Struktur unterscheiden sich die Anordnung 200A mit geschalteten Kondensatoren und die Schaltersteueranordnung 16A von dem A/D-Konverter 200 in Pipeline-Struktur und der Schaltsteueranordnung 16 des A/D-Konverters 100 gemäß der ersten Ausführungsform. Die übrige Konfiguration stimmt mit der des A/D-Konverters 100 in Pipeline-Struktur überein. Die Schaltersteueranordnung 16A fügt eine Logik eines Haltesignals H zu einer Logik eines von einem Sub-A/D-Konverter ADC einer Stufe STG1 ausgegebenen digitalen Werts hinzu, um Steuersignale H1, H2 zu erzeugen.
Die vorstehend beschriebene zweite Ausführungsform kann ebenfalls die gleichen Wirkungen bieten, wie die zuvor beschriebene erste Ausführungsform. Zudem ist es bei dieser Ausführungsform möglich, die Anordnung 200A mit geschalteten Kondensatoren und den A/D-Konverter 100A in Pipeline-Struktur mit einem kleinen Maßstab der Anordnung zu konfigurieren.
11 zeigt eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung mit geschalteten Kondensatoren und des erfindungsgemäßen A/D-Konverters in Pipeline-Struktur. Die gleichen Bezugszeichen bzw. Symbole werden verwendet, um die mit den im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschriebenen Elementen übereinstimmenden Elemente zu be zeichnen, und auf ihre genaue Beschreibung wird verzichtet. Bei einem A/D-Konverter 100B in Pipeline-Struktur gemäß dieser Ausführungsform unterscheidet sich eine Anordnung 200B mit geschalteten Kondensatoren von der Anordnung 200 mit geschalteten Kondensatoren des A/D-Konverters 100 in Pipeline-Struktur gemäß der ersten Ausführungsform. Die übrige Konfiguration stimmt mit der des A/D-Konverters 100 in Pipeline-Struktur überein.
Die Anordnung 200B mit geschalteten Kondensatoren ist so konfiguriert, dass der Eingangsschalter S2 aus der Anordnung 200 mit geschalteten Kondensatoren gemäß der ersten Ausführungsform entfernt und ein Kurzschluss S11 zu ihr hinzugefügt wird. Knoten S der Referenzschalter S4, S6 sind nicht mit einer Erdspannungsleitung, sondern mit einem „–Eingang" eines Differenzverstärkers DAMP verbunden. In einer Abtastperiode verbindet der Kurzschluss S11 einen Ausgang VOUT und den Eingang" des Differenzverstärkers DAMP, um einen virtuellen Erdspannungsknoten zu erzeugen. Daher kann ein Offset-Wert des Differenzverstärkers DAMP in der Abtastperiode aufgehoben werden. Das Betriebstiming der Anordnung 200B mit geschalteten Kondensatoren stimmt mit dem der ersten Ausführungsform überein (3).
Die vorstehend beschriebene dritte Ausführungsform kann ebenfalls die gleichen Wirkungen bieten, wie die zuvor beschriebene erste Ausführungsform. Zudem ist es bei dieser Ausführungsform möglich, den Offset-Wert des Differenzverstärkers DAMP aufzuheben, da der Kurzschluss S11 gebildet wird, so dass die Genauigkeit einer Ausgangsspannung der Anordnung 200B mit geschalteten Kondensatoren verbessert werden kann.
12 zeigt eine vierte Ausführungsform der Anordnung mit geschalteten Kondensatoren und des A/D-Konverters in Pipeline-Struktur. Die gleichen Bezugszeichen oder Symbole werden verwendet, um die mit den im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschriebenen Elementen übereinstimmenden Elemente zu bezeichnen, und auf ihre genaue Beschreibung wird verzichtet. Bei einem A/D-Konverter 100C in Pipeline-Struktur gemäß dieser Ausführungsform unterscheidet sich eine Anordnung 200C mit geschalteten Kondensatoren von der Anordnung 200 mit geschalteten Kondensatoren des A/D-Konverters 100 in Pipeline-Struktur gemäß der ersten Ausführungsform. Die übrige Konfiguration stimmt mit der des A/D-Konverters 100 in Pipeline-Struktur überein.
Die Anordnung 200C mit geschalteten Kondensatoren ist aus einem vollständigen Differenztyp mit Differenzeingängen und Differenzausgängen aufgebaut. Daher umfasst die Anordnung 200C mit geschalteten Kondensatoren: eine Abtast- und Halteeinheit (gemäß der Zeichnung eine obere Hälfte ausschließlich eines Differenzverstärkers DAMP; Schalter und Kondensatoren, deren Bezugszeichen mit einem „a" enden), die eine Eingangsspannung VIN+ und Referenzspannungen VR+, VR– empfängt, und eine Abtast- und Halteeinheit (gemäß der Zeichnung eine untere Hälfte ausschließlich des Differenzverstärkers DAMP, Schalter und Kondensatoren, deren Bezugszeichen mit einem „b" enden), die eine Eingangsspannung VIN– und die Referenzspannungen VR+, VR– empfängt. Eine Anordnungskonfiguration der oberen Abtast- und Halteeinheit stimmt mit der der Abtast- und Halteeinheit der Anordnung 200 mit geschalteten Kondensatoren (einem Abschnitt mit Ausnahme des Differenzverstärkers DAMP) überein. Eine Anordnungskonfiguration der unteren Abtast- und Halteeinheit stimmt mit der Ausnahme, dass statt dessen die den Referenzspannungen VR+, VR– entsprechenden Kondensatoren C1b, C2b und die Schalter S3b bis S10b vorgesehen sind, mit der der Abtast- und Halteeinheit der Anordnung 200 mit geschalteten Kondensatoren (dem Abschnitt mit Ausnahme des Differenzverstärkers DAMP) überein. Hierbei bezeichnet ein mit der „Eingangsspannung VIN+", von der die „Eingangsspannung VIN–„ subtrahiert wird, übereinstimmender Wert die Eingangsspannung VIN gemäß der ersten Ausführungsform. Ein mit der „Referenzspannung VR+", von der die „Referenzspannung VR–„ subtrahiert wird, übereinstimmender Wert bezeichnet die Referenzspannung +VR gemäß der ersten Ausführungsform. Ein mit der „Referenzspannung VR–", von der die „Referenzspannung VR+„ subtrahiert wird, übereinstimmender Wert bezeichnet die Referenzspannung –VR gemäß der ersten Ausführungsform.
In einer Halteperiode hat eine Ausgangsspannung „VOUT⁺ – VOUT^–" die folgenden Werte, wenn sich ein Steuersignal H1 auf einem hohen Pegel befindet und wenn sich das Steuersignal H2 auf einem hohen Pegel befindet. 1/2((VIN+ – VIN–) + (VR+ – VR–)) ... (H1 = „H") 1/2((VIN+ – VIN–) – (VR+ – VR–)) ... (H2 = „H")
Die vorstehend beschriebene vierte Ausführungsform kann ebenfalls die gleichen Wirkungen bieten, wie die zuvor beschriebene erste Ausführungsform. Insbesondere ist es bei der Anordnung 200C mit geschalteten Kondensatoren von einem vollständigen Differenztyp und dem A/D-Konverter 100C in Pipeline-Struktur, der die Anordnung 200C mit geschalteten Kondensatoren verwendet, auch möglich, den Stromverbrauch zu verringern oder die Betriebsgeschwindigkeit zu verbessern.
13 zeigt eine fünfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung mit geschalteten Kondensatoren und dem erfindungsgemäßen A/D-Konverter in Pipeline-Struktur. Die gleichen Bezugszeichen oder Symbole werden verwendet, um mit den im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschriebenen Elementen übereinstimmende Elemente zu bezeichnen, und auf ihre genaue Beschreibung wird verzichtet. Bei einem A/D-Konverter 100D in Pipeline-Struktur gemäß dieser Ausführungsform unterscheidet sich eine Anordnung 200D mit geschalteten Kondensatoren von der Anordnung 200 mit geschalteten Kondensatoren des A/D-Konverters 100 in Pipeline-Struktur gemäß der ersten Ausführungsform. Der übrige Aufbau stimmt mit der Ausnahme, dass eine (nicht gezeigte) Schaltersteueranordnung nicht nur Steuersignale H1, H2, sondern auch ein Steuersignal H0 ausgibt und dass die Anordnung 200D mit geschalteten Kondensatoren nicht nur Referenzspannungen +VR, –VR, sondern auch VR0 empfängt, mit dem des A/D-Konverters 100 in Pipeline-Struktur (2) überein.
Die Anordnung 200D mit geschalteten Kondensatoren ist so konfiguriert, dass ein Referenzkondensator C0 und Schalter S12 bis S15 zu der Anordnung 200 mit geschalteten Kondensatoren gemäß der ersten Ausführungsform hinzugefügt werden. Ähnlich wie die Referenzkondensatoren C1, C2 ist der Referenzkondensator C0 jeweils über Knoten H von Referenzschaltern S13, S14 und über Referenzschalter S12, S15 mit einem Ausgang VOUT und einem Eingang" eines Differenzverstärkers DAMP und jeweils über Knoten S der Schalter S13, S14 mit einer dritten Referenzspannungsleitung VR0 und einer Erdspannungsleitung verbunden. Die Referenzspannung VR0 ist auf einen Mittelwert der Referenzspannungen +VR, –VR eingestellt.
Bei dieser Ausführungsform bestimmt jede der Stufen STG1 bis STG4 (siehe 2) des A/D-Konverters 100 in Pipeline-Struktur 1,5 Bit. In einer Halteperiode wird die Anordnung 200D mit geschalteten Kondensatoren von einer Schaltersteueranordnung gesteuert, um einen Kondensator C1, in dem die Referenzspannung +VR akkumuliert wird, mit dem Differenzverstärker DAMP zu verbinden, wenn ein Sub-A/D-Konverter ADC einer vorhergehenden Stufe einen digitalen Wert „11" ausgibt (der einen logischen Wert von „1" angibt). Die Ausgangsspannung VOUT zu diesem Zeitpunkt wird durch einen Ausdruck (8) repräsentiert. Ähnlich wird, wenn der Sub-A/D-Konverter ADC der vorhergehenden Stufe einen digitalen Wert „00" ausgibt (der einen logischen Wert von „0" angibt), ein Kondensator C2, in dem die Referenzspannung –VR akkumuliert wird, mit dem Differenzverstärker DAMP verbunden. Die Ausgangsspannung VOUT zu diesem Zeitpunkt wird durch einen Ausdruck (9) repräsentiert. Wenn der Sub-A/D-Konverter ADC der vorhergehenden Stufe einen digitalen Wert „01" (der einen logischen Wert „unbestimmt" angibt) ausgibt, wird ein Kondensator C0, in dem die Referenzspannung VR0 (beispielsweise eine Erdspannung) akkumuliert wird, mit dem Differenzverstärker DAMP verbunden. Die Ausgangsspannung VOUT zu diesem Zeitpunkt wird durch einen Ausdruck (10) repräsentiert. VOUT = 1/2(VIN + VR) (8) VOUT = 1/2VIN (9) VOUT = 1/2(VIN – VR) (10)
Die vorstehend beschriebene fünfte Ausführungsform kann ebenfalls die gleichen Wirkungen bieten, wie die zuvor beschriebene erste Ausführungsform. Zudem ist es, wenn die vorliegende Ausführungsform auf die Anordnung 200D mit geschalteten Kondensatoren, die 1,5 Bit bestimmt, und den A/D-Konverter 100D in Pipeline-Struktur mit der Anordnung 200D mit geschalteten Kondensatoren angewendet wird, möglich, den Stromverbrauch des A/D-Konverters 100D in Pipeline-Struktur mit hoher Genauigkeit zu reduzieren oder seine Betriebsgeschwindigkeit zu verbessern.
14 zeigt eine sechste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung mit geschalteten Kondensatoren und des erfindungsgemäßen A/D-Konverters in Pipeline-Struktur. Die gleichen Bezugszeichen oder Symbole werden verwendet, um mit den im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschriebenen Elementen übereinstimmende Elemente zu bezeichnen, und auf ihre genaue Beschreibung wird verzichtet. Bei dem A/D-Konverter 100E in Pipeline-Struktur gemäß dieser Ausführungsform unterscheidet sich eine Anordnung 200E mit geschalteten Kondensatoren von der Anordnung 200 mit geschalteten Kondensatoren des A/D-Konverters 100 in Pipeline-Struktur gemäß der ersten Ausführungsform. Die übrige Konfiguration stimmt mit der des A/D-Konverters 100 in Pipeline-Struktur überein.
Bei der Anordnung 200E mit geschalteten Kondensatoren bildet jeder der Kondensatoren CIN, C1, C2 ein Paar mit einem Sub-Kondensator. Schalter, die die Kondensatoren CIN, C1, C2 mit Spannungsleitungen VIN, +VR, –VR, einer Erdspannungsleitung und einem Differenzverstärker DAMP verbinden, sind so ausgebildet, dass sie jeweils den Sub-Kondensatoren entsprechen. Bei dieser Ausführungsform bestimmt jede der Stufen STG1 bis STG4 (siehe 2) des A/D-Konverter 100E in Pipeline-Struktur 1,5 Bit, wie bei der fünften Ausführungsform.
Der A/D-Konverter 100E in Pipeline-Struktur wird von einer Schaltersteueranordnung 16 (siehe 2) gesteuert und schaltet den Status von Schaltern A, B, C, D auf den in der Zeichnung in der Zeile von „+VR" gezeigten Status, wenn ein Sub-A/D-Konverter ADC einer vorhergehenden Stufe einen digitalen Wert „11" (der einen logischen Wert von „1" angibt) ausgibt. Eine Ausgangsspannung VOUT zu diesem Zeitpunkt wird von einem Ausdruck (11) repräsentiert (den gleichen Wert, wie den des Ausdrucks (8)). Ähnlich wird, wenn der Sub-A/D-Konverter ADC der vorhergehenden Stufe einen digitalen Wert „01" ausgibt (der einen logischen Wert „unbestimmt" angibt), der Status der Schalter A, B, C, D auf den in der Zeichnung in der Zeile von „VR0" gezeigten Status umgeschaltet. Die Ausgangsspannung VOUT zu diesem Zeitpunkt wird durch einen Ausdruck (12) repräsentiert (den gleichen Wert, wie den des Ausdrucks (9)). Wenn der Sub-A/D-Konverter ADC der vorhergehenden Stufe einen digitalen Wert „00" ausgibt (der einen logischen Wert „0" angibt), wird der Status der Schalter A, B, C, D auf den in der Zeichnung in der Zeile von „–VR" gezeigten Status umgeschaltet. Die Ausgangsspannung VOUT zu diesem Zeitpunkt wird durch einen Ausdruck (13) repräsentiert (den gleichen Wert, wie den des Ausdrucks (10)). VOUT = 1/4(2·VIN + VR + VR) = 1/2(VIN + VR) (11) VOUT = 1/4(2·VIN + VR – VR) = 1/2VIN (12) VOUT = 1/4(2·VIN – VR – VR) = 1/2(VIN – VR) (13)
Die vorstehend beschriebene sechste Ausführungsform kann ebenfalls die gleichen Wirkungen bieten, wie die zuvor beschriebene erste und fünfte Ausführungsform. Da die Referenzspannung VR0 nicht erforderlich ist, erübrigt sich überdies die Notwendigkeit eines Spannungsgenerators zur Erzeugung der Referenzspannung VR0. Dadurch ist es möglich, den Maßstab der Anordnung und den Stromverbrauch eines Systems zu verringern, an dem der A/D-Konverter 100E in Pipeline-Struktur montiert ist.
Die 15 und 16 zeigen eine siebte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung mit geschalteten Kondensatoren und des erfindungsgemäßen A/D-Konverters in Pipeline-Struktur. Die gleichen Bezugszeichen oder Symbole werden verwendet, um mit den im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschriebenen Elementen übereinstimmende Elemente zu bezeichnen, und auf ihre genaue Beschreibung wird verzichtet.
Gemäß 15 ist eine Anordnung 200F mit geschalteten Kondensatoren so konfiguriert, dass eine Vergleichsschaltung 18F zu der Anordnung 200 mit geschalteten Kondensatoren gemäß der ersten Ausführungsform hinzugefügt wird. Die Vergleichsschaltung 18F weist einen Vergleichskondensator CQ auf, der Schalter S16, S17 und einen Komparator CMP vergleicht. Ein Ende und das andere Ende des Vergleichskondensators CQ sind jeweils über Knoten Q der Vergleichsschalter S16, S17 mit einer Vergleichsspannungsleitung VRC und einem Eingang des Komparators CMP und jeweils über Knoten S der Schalter S16, S17 mit einer Eingangsspannungsleitung VIN und einer Erdspannungsleitung verbunden. Der Vergleichskondensator CQ und die Vergleichsschalter S16, S17 arbeiten als Abtast- und Halteanordnung, die eine Eingangsspannung VIN abtastet/hält. Der Komparator CMP arbeitet als Sub-A/D-Konverter ADC, der die abgetastete Eingangsspannung VIN in einen digitalen Wert umwandelt.
Bei der Vergleichsschaltung 18F wird der Vergleichskondensator CQ in einer Abtastperiode (einer ersten Periode) an seinem einen Ende mit der Eingangsspannungsleitung VIN und an seinem anderen Ende mit der Erdspannungsleitung verbunden, so dass die Eingangsspannung VIN von dem Vergleichskondensator CQ abgetastet wird. In einer Vergleichsperiode (einer dritten Periode), die auf die Abtastperiode folgt, wird der Vergleichskondensator CQ an seinem einen Ende mit der Vergleichsspannungsleitung VRC und an seinem anderen Ende mit dem Eingang des Komparators CMP verbunden. Dann wird in der Vergleichsperiode ein digitaler Wert QO erzeugt, der der Eingangsspannung VIN entspricht. Der digitale Wert QO der Anordnung 200F mit geschalteten Kondensatoren entspricht in 16 gezeigten digitalen Werten D1 bis D4. In einer auf die Vergleichsperiode folgenden Halteperiode gibt eine in 16 gezeigte Schaltersteueranordnung 16F entsprechend dem digitalen Wert QO eines der Steuersignale H1, H2 aus.
16 zeigt einen A/D-Konverter 100F in Pipeline-Struktur, bei dem die in 15 gezeigte Anordnung 200F mit geschalteten Kondensatoren auf eine Eingangs-Front-End-Anordnung (STG1) angewendet wird. Die Anordnung 200F mit geschalteten Kondensatoren des A/D-Konverters 100F in Pipeline-Struktur umfasst den in 2 gezeigten Sub-A/D-Konverter ADC der Stufe STG1. Wie im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschrieben, weist eine Abtast- und Halteanordnung einer Eingangs-Front-End-Anordnung im Allgemeinen einen eingebauten Verstärker mit einem hohen Strom verbrauch und einem großen Maßstab der Anordnung auf, um die Genauigkeit zu verbessern. Bei dieser Ausführungsform ist es auch möglich, eine Abtast- und Halteanordnung einer Eingangs-Front-End-Anordnung einfach zu konfigurieren, wie in 15 gezeigt. Daher ist es möglich, den Stromverbrauch und den Maßstab der Anordnung im Vergleich zu denen einer herkömmlichen Abtast- und Halteanordnung erheblich zu verringern.
Eine Betriebssteuereinheit 12F weist zusätzlich zur Funktion der Betriebssteuereinheit 12 die Funktion der Ausgabe eines Vergleichsperiodensignals Q auf, das die Vergleichsperiode bestimmt, die zwischen der Abtastperiode und der Halteperiode eingestellt ist. Die Schaltersteueranordnung 16F hat die Funktion, eines der Steuersignale H1, H2 in der Halteperiode entsprechend dem von dem in der Anordnung 200F mit geschalteten Kondensatoren enthaltenen Sub-A/D-Konverter ADC ausgegebenen digitalen Wert D1 (der mit dem vorstehend genannten QO gemäß 15 übereinstimmt) auf einem hohen Pegel zu halten. Die übrige Konfiguration stimmt mit der des A/D-Konverters 100 in Pipeline-Struktur überein.
17 zeigt Operationen der in 15 gezeigten Anordnung 200F mit geschalteten Kondensatoren. Auf eine genaue Beschreibung der mit denen gemäß der ersten Ausführungsform (3) übereinstimmenden Operationen wird verzichtet. Die Anordnung 200F mit geschalteten Kondensatoren führt in der Abtastperiode, der Vergleichsperiode und der Halteperiode, zwischen denen synchron mit Übergangskanten eines Taktgebers CLK nacheinander umgeschaltet wird, jeweils eine Abtastoperation, eine Vergleichsoperation und eine Halteoperation aus. Die Abtastperiode und die Halteperiode stimmen mit denen gemäß der ersten Ausführungsform überein. Die Vergleichsperiode ist eine Periode mit einem hohen Pegel des Vergleichsperiodensignals Q. In der Halteperiode wird eines der Steuersignale H1, H2 entsprechend dem in der Vergleichsperiode bestimmten digitalen Wert QO auf einem hohen Pegel gehalten, und die Halteoperation wird ausgeführt.
Die vorstehend beschriebene siebte Ausführungsform kann ebenfalls die gleichen Wirkungen wie die vorstehend beschriebene erste und sechste Ausführungsform bieten. Da die Anordnung 200F mit geschalteten Kondensatoren die darin ausgebildete Vergleichsschaltung 18F aufweist, kann die Anordnung 200F mit geschalteten Kondensatoren zudem die Funktionen einer Abtast- und Halteanordnung und eines Sub-A/D-Konverters ADC aufweisen. Wird die Anordnung 200F mit geschalteten Kondensatoren auf die erste Stufe STG1 des A/D-Konverters 100F in Pipeline-Struktur angewendet, ist es daher möglich, eine Abtast- und Halteanordnung einer Eingangs-Front-End-Anordnung einfach zu konfigurieren, um den Stromverbrauch und den Maßstab der Anordnung im Vergleich zu herkömmlichen erheblich zu reduzieren.
18 zeigt eine achte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung mit geschalteten Kondensatoren und des erfindungsgemäßen A/D-Konverters in Pipeline-Struktur. Die gleichen Bezugszeichen oder Symbole werden verwendet, um mit den im Zusammenhang mit der ersten, der fünften und der siebten Ausführungsform beschriebenen Elementen übereinstimmende Elemente zu bezeichnen, und auf ihre genaue Beschreibung wird verzichtet. Eine Anordnung 200G mit geschalteten Kondensatoren eines A/D-Konverters 100G in Pipeline-Struktur gemäß dieser Ausführungsform ist so konfiguriert, dass eine Vergleichsschaltung 18G zu der Anordnung 200D mit geschalte ten Kondensatoren gemäß der fünften Ausführungsform hinzugefügt wird. Die übrige Konfiguration stimmt mit der Ausnahme, dass eine (nicht gezeigte) Schaltersteueranordnung nicht nur Steuersignale H1, H2, sondern auch ein Steuersignal H0 ausgibt und dass die Anordnung 200G mit geschalteten Kondensatoren nicht nur Referenzspannungen +VR, –VR, sondern auch eine Referenzspannung VR0 empfängt, mit der des A/D-Konverters 100F in Pipeline-Struktur (15) überein.
Die Vergleichsanordnung 18G weist Vergleichskondensatoren CQ+, CQ–, die Schalter S16 bis S19 vergleichen, und Komparatoren CMP1, CMP2 auf, die jeweils den Vergleichskondensatoren CQ+, CQ– entsprechen. Ein Ende und das andere Ende des Vergleichskondensators CQ+ sind jeweils über Knoten Q der Vergleichsschalter S16, S17 mit einer Vergleichsspannungsleitung +VRC und einem Eingang des Komparators CMP1 und jeweils über Knoten S der Schalter S16, S17 mit einer Eingangsspannungsleitung VIN und einer Erdspannungsleitung S verbunden. Ein Ende und das andere Ende des Vergleichskondensators CQ– sind jeweils über Knoten Q der Vergleichsschalter S18, S19 mit einer Vergleichsspannungsleitung –VRC und einem Eingang des Komparators CMP2 und jeweils über Knoten S der Schalter S18, S19 mit der Eingangsspannungsleitung VIN und der Erdspannungsleitung verbunden. Der Vergleichskondensator CQ+ und die Vergleichsschalter S16, S17 und der Vergleichskondensator CQ– und die Vergleichsschalter S18, S19 arbeiten als Abtast- und Halteanordnung, die die Eingangsspannung VIN abtastet/hält. Die Komparatoren CMP1, CMP2 arbeiten als Sub-A/D-Konverter ADC, die die abgetastete Eingangsspannung VIN in digitale Werte QOH, QOL umwandeln.
19 zeigt Operationen der Vergleichsanordnung 18G in einer Vergleichsperiode. Vergleichsspannungen +VRC, –VRC sind jeweils auf 1/4 von Referenzspannungen +VR, –VR eingestellt. Die Vergleichsanordnung 18G gibt die digitalen Werte QOH, QOL = „00" aus, wenn die Eingangsspannung VIN größer als die Vergleichsspannung +VRC ist, die digitalen Werte QOH, QOL = „11", wenn die Eingangsspannung VIN kleiner als die Vergleichsspannung –VRC ist, und die digitalen Werte QOH, QOL = „10", wenn die Eingangsspannung VIN zwischen den Vergleichsspannungen –VRC und +VRC liegt. Daher fungiert die Vergleichsanordnung 18G als Abtast- und Halteanordnung und als Sub-A/D-Konverter ADC, der 1,5 Bit bestimmt. Bei der Anordnung 200G mit geschalteten Kondensatoren verändern die Schalter den Betriebszustand entsprechend den von der Vergleichsanordnung 18G ausgegebenen digitalen Werten QOH, QOL, und das Betriebstiming der Anordnung 200G mit geschalteten Kondensatoren stimmt mit der gemäß der siebten Ausführungsform überein (17).
Die vorstehend beschriebene achte Ausführungsform kann ebenfalls die gleichen Wirkungen bieten, wie die vorstehend beschriebene erste, fünfte und siebte Ausführungsform. Insbesondere bei der Anwendung der vorliegenden Ausführungsform auf eine Anordnung mit geschalteten Kondensatoren, die 1,5 Bit bestimmt, und einen A/D-Konverter in Pipeline-Struktur ist es möglich, eine Abtast- und Halteanordnung einer Eingangs-Front-End-Anordnung einfach zu konfigurieren, so dass ein Stromverbrauch und ein Maßstab der Anordnung im Vergleich zu herkömmlichen erheblich reduziert werden können.
Gleichzeitig haben die vorstehenden Ausführungsformen die Beispiele beschrieben, bei denen die erfindungsgemäße Anordnung mit geschalteten Kondensatoren auf die Eingangs-Front-End-Anordnung (STG1) des A/D-Konverters in Pipeline- Struktur angewendet wird. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf derartige Ausführungsformen beschränkt. Wenn die Anordnung mit geschalteten Kondensatoren beispielsweise auf mehrere Stufen STG1 eines A/D-Konverters in Pipeline-Struktur angewendet wird, können der Stromverbrauch und der Maßstab der Anordnung erheblich reduziert werden.
Die vorstehenden Ausführungsformen haben die Beispiele beschrieben, bei denen die erfindungsgemäße Anordnung mit geschalteten Kondensatoren auf einen A/D-Konverter in Pipeline-Struktur angewendet wird, bei dem jede Stufe STG 1 Bit oder 1,5 Bit bestimmt. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf derartige Ausführungsformen beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann beispielsweise auf einen A/D-Konverter in Pipeline-Struktur angewendet werden, bei dem jede Stufe STG 2 Bit oder mehr bestimmt.
Die erfindungsgemäße Anordnung mit geschalteten Kondensatoren ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Beispiele beschränkt, sondern kann die in den 20 bis 33 gezeigten Anordnungen 200H bis 200U mit geschalteten Kondensatoren umfassen. Die Anordnung 200H mit geschalteten Kondensatoren gemäß 20 ist ein Beispiel, bei dem die Anordnung 200A mit geschalteten Kondensatoren gemäß der zweiten Ausführungsform (10) in einen vollständigen Differenztyp umgewandelt wird. Die Anordnung 200I mit geschalteten Kondensatoren gemäß 21 ist ein Beispiel, bei dem die Anordnung 200B mit geschalteten Kondensatoren gemäß der dritten Ausführungsform (11) in einen vollständigen Differenztyp umgewandelt wird. Die Anordnung 200J mit geschalteten Kondensatoren gemäß 22 ist ein Beispiel, bei dem die Anordnung 200A mit geschalteten Kondensatoren gemäß der zweiten Ausführungsform (10) in einen virtuellen Erdtyp und ferner in einen vollständigen Differenztyp umgewandelt wird.
Die Anordnung 200K mit geschalteten Kondensatoren gemäß 23 ist ein Beispiel, bei dem die Anordnung 200D mit geschalteten Kondensatoren gemäß der fünften Ausführungsform (13) in einen vollständigen Differenztyp umgewandelt wird. 24 zeigt einen A/D-Konverter 100K in Pipeline-Struktur, bei dem die in 23 gezeigte Anordnung 200K mit geschalteten Kondensatoren auf eine Eingangs-Front-End-Anordnung (STG1) angewendet wird. Die Anordnung 200L mit geschalteten Kondensatoren gemäß 25 ist ein Beispiel, bei dem die Anordnung 200A mit geschalteten Kondensatoren gemäß der zweiten Ausführungsform (10) in einen Typ, der 1,5 Bit bestimmt, und ferner in einen vollständigen Differenztyp umgewandelt wird. In den 23 und 25 hat eine Ausgangsspannung „VOUT⁺ – VOUT^–" in einer Halteperiode jeweils die folgenden Werte, wenn ein Steuersignal H1 einen hohen Pegel aufweist, wenn ein Steuersignal H0 einen hohen Pegel aufweist und wenn ein Steuersignal H2 einen hohen Pegel aufweist. 1/2((VIN+ – VIN–) + (VR+ – VR–)) ... (H1 = „H") 1/2(VIN+ – VIN–) ... (H0 = „H") 1/2((VIN+ – VIN–) – (VR+ – VR–)) ... (H2 = „H")
Die Anordnung 200M mit geschalteten Kondensatoren gemäß 26 ist ein Beispiel, bei dem die Anordnung 200E mit geschalteten Kondensatoren gemäß der sechsten Ausführungsform (14) in einen vollständigen Differenztyp umgewandelt wird. Die Anordnung 200N mit geschalteten Kondensatoren gemäß 27 ist ein Beispiel, bei dem ein Teil der Schalter der Anordnung 200E mit geschalteten Kondensatoren gemäß der sechsten Ausführungsform (14) auf die gleiche Weise gelöscht werden, wie bei der zweiten Ausführungsform, und die Anordnung 200E mit geschalteten Kondensatoren ferner in einen vollständigen Differenztyp umgewandelt wird.
Die Anordnung 200O mit geschalteten Kondensatoren gemäß 28 ist ein Beispiel, bei dem die Anordnung 200F mit geschalteten Kondensatoren gemäß der siebten Ausführungsform (15) in einen vollständigen Differenztyp umgewandelt wird. Die Anordnung 200P mit geschalteten Kondensatoren gemäß 29 ist ein Beispiel, bei dem ein Teil der Schalter der Anordnung 200O mit geschalteten Kondensatoren gemäß 28 auf die gleiche Weise wie bei der zweiten Ausführungsform gelöscht wird.
Die Anordnungen 200Q, 200R, 200S, 200T gemäß den 30 bis 33 mit geschalteten Kondensatoren sind Beispiele, bei denen eine Vergleichsschaltung 18P zu den Anordnungen 200K, 200L, 200M, 200N mit geschalteten Kondensatoren hinzugefügt wird. Die Anordnung 200U mit geschalteten Kondensatoren gemäß 34 ist ein Beispiel, bei dem die Vergleichsschaltung 18G gemäß der achten Ausführungsform (18) zu der Anordnung 200E mit geschalteten Kondensatoren gemäß der sechsten Ausführungsform (14) hinzugefügt wird.

Claims

Anordnung (200) mit geschalteten Kondensatoren, die umfasst: einen Eingangskondensator (CIN) zum Abtasten einer Eingangsspannung (VIN) in einer ersten Periode; einen Verstärker (DAMP) zum Erzeugen einer Ausgangsspannung (VOUT) entsprechend der Eingangsspannung (VIN) in einer zweiten Periode, die sich an die erste Periode anschließt; und eine Schalteranordnung (S1 bis S10), die in der zweiten Periode betriebsfähig ist, um den Eingangskondensator (CIN) zwischen einem Ausgang und einem Eingang des Verstärkers (DAMP) zu verbinden; gekennzeichnet durch erste bis n-te Referenzkondensatoren (C1, C2, ...), wobei n eine ganze Zahl gleich oder größer als 2 ist, zum Abtasten von jeweiligen ersten bis n-ten Referenzspannungen (±VR) in der ersten Periode, wobei die Schalteranordnung (S1 bis S10) in der zweiten Periode betriebsfähig ist, um wenigstens einen der ersten bis n-ten Referenzkondensatoren (C1, C2, ...) zwischen dem Ausgang und dem Eingang des Verstärkers (DAMP) gemäß einem Steuersignal zu verbinden.
Anordnung (200) mit geschalteten Kondensatoren nach Anspruch 1, bei der die Schalteranordnung (S1 bis S10) enthält: einen Eingangsschalter (S1, S2), der betriebsfähig ist, um beide Enden des Eingangskondensators (CIN) mit einem Knoten der Eingangsspannung (VIN) und einem Knoten einer Festspannung in der ersten Periode und mit dem Eingang und dem Ausgang des Verstärkers (DAMP) in der zweiten Periode zu verbinden; und einen Referenzschalter (S3 bis S10), der betriebsfähig ist, um beide Enden von jedem der Referenzkondensatoren (C1, C2, ...) mit einem Knoten von jeder der Referenzspannungen (±VR) und einem Knoten der Festspannung in der ersten Periode und mit dem Eingang und dem Ausgang des Verstärkers (DAMP) gemäß dem Steuersignal in der zweiten Periode zu verbinden.
Anordnung (200B) mit geschalteten Kondensatoren nach Anspruch 1, bei der die Schalteranordnung (S1, S3 bis S11) enthält: einen Eingangsschalter (S1), der betriebsfähig ist, um ein Ende des Eingangskondensators (CIN) mit einem Knoten der Eingangsspannung (VIN) in der ersten Periode und mit dem Ausgang des Verstärkers (DAMP) in der zweiten Periode zu verbinden; einen Referenzschalter (S3 bis S10), der betriebsfähig ist, um beide Enden von jedem der Referenzkondensatoren (C1, C2, ...) mit einem Knoten von jeder der Referenzspannungen (±VR) und dem Eingang des Verstärkers (DAMP) in der ersten Periode und mit dem Eingang und dem Ausgang des Verstärkers (DAMP) gemäß dem Steuersignal in der zweiten Periode zu verbinden; und einen Kurzschlussschalter (S11), der betriebsfähig ist, um den Ausgang und den Eingang des Verstärkers (DAMP) in der ersten Periode miteinander kurzzuschließen.
Anordnung (200C) mit geschalteten Kondensatoren nach Anspruch 1, bei der: der Verstärker (DAMP) ein Differenzverstärker ist, der komplementäre Eingänge und komplementäre Ausgänge hat; und der Eingangskondensator (CINa; CINb) und die Referenzkondensatoren (C1a, C1b; C2a, C2b, ...) für jedes Paar aus dem Eingang und dem Ausgang des Verstärkers (DAMP) gebildet sind.
Anordnung (200E) mit geschalteten Kondensatoren nach Anspruch 1, bei der: jeder der ersten bis n-ten Referenzkondensatoren (C1, C2, ...) aus einer Vielzahl von Subkondensatoren gebildet ist, die parallel angeordnet sind; und die Schalteranordnung (S1 bis S10) betriebsfähig ist, um wenigstens zwei der Subkondensatoren zwischen dem Ausgang und dem Eingang des Verstärkers (DAMP) gemäß dem Steuersignal in der zweiten Periode zu verbinden.
Anordnung (200F) mit geschalteten Kondensatoren nach Anspruch 1, ferner mit einer Vergleichsschaltung (18F), die betriebsfähig ist, um Größen der Eingangsspannung (VIN) und einer Vergleichsspannung (VRC) zu vergleichen, um ein Vergleichsresultat als Steuersignal in einer dritten Periode auszugeben, die zwischen der ersten Periode und der zweiten Periode liegt.
Anordnung (200F) mit geschalteten Kondensatoren nach Anspruch 6, bei der die Vergleichsschaltung (18F) enthält: einen Vergleichskondensator (CQ) zum Abtasten der Eingangsspannung (VIN); einen Komparator (CMP), dessen Eingang mit einem Ende des Vergleichskondensators (CQ) verbunden ist und der betriebsfähig ist, um das Steuersignal von einem Ausgang von sich auszugeben; und einen Vergleichsschalter (S16, S17), der betriebsfähig ist, um beide Enden des Vergleichskondensators (CQ) mit einem Knoten der Eingangsspannung (VIN) und einem Knoten der Festspannung in der ersten Periode und mit einem Knoten der Vergleichsspannung (VRC) und dem Eingang des Komparators (CMP) in der dritten Periode zu verbinden.
A/D-Konverter (100) in Pipeline-Struktur, der umfasst: eine Vielzahl von Stufen (STG1 bis STG4), die kaskadiert verbunden sind und betriebsfähig sind, um eine analoge Spannung in einen digitalen Wert der Reihe nach von einer höherwertigen Ziffer zu konvertieren; dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Stufen (STG1 bis STG4) eine Anordnung (200) mit geschalteten Kondensatoren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch hat.
A/D-Konverter (100) in Pipeline-Struktur nach Anspruch 8, ferner mit einer Codiereinheit (14), die betriebsfähig ist, um Bitwerte zu codieren, die jeweilig von Sub-A/D-Konvertern (ADC) ausgegeben werden, die in den Stufen (STG1 bis STG4) gebildet sind, um dadurch einen digitalen Wert auszugeben, der eine Vielzahl von Bits umfasst.
A/D-Konverter (100) in Pipeline-Struktur nach Anspruch 8, ferner mit einer Schaltersteueranordnung (16) zum Erzeugen des Steuersignals zum Ein-/Ausschalten der Schalteranordnung (S1 bis S10) der Anordnung (200) mit geschalteten Kondensatoren, bei dem jede der Stufen (STG1 bis STG4) einen Sub-A/D-Konverter (ADC) zum Erzeugen eines Bitwertes des digitalen Wertes enthält; und die Schaltersteueranordnung (16) betriebsfähig ist, um das Steuersignal gemäß dem Bitwert zu erzeugen, der durch den Sub-A/D-Konverter (ADC) ausgegeben wird, der mit einem Eingang der Anordnung (200) mit geschalteten Kondensatoren verbunden ist.