JP2000031826A - A/d conversion circuit - Google Patents

A/d conversion circuit

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JP2000031826A
JP2000031826A JP10194130A JP19413098A JP2000031826A JP 2000031826 A JP2000031826 A JP 2000031826A JP 10194130 A JP10194130 A JP 10194130A JP 19413098 A JP19413098 A JP 19413098A JP 2000031826 A JP2000031826 A JP 2000031826A
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Japan
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voltage
input terminal
output
input
stage
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JP10194130A
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Japanese (ja)
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Masahiko Taguchi
昌彦 田口
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Rohm Co Ltd
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Rohm Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To perform which precision conversion by means of a continuous conversion system by adding/subtracting k voltage having prescribed value of input analog voltage to/from reference voltage given to a binarizing circuit on the k-th stage in accordance with the output of the binarizing circuit of the k-th stage and giving it as reference voltage to the binarizing circuit on the (k+1)-th stage. SOLUTION: S1,...SN-1 are selectors and E2,...En-1 are exclusive OR inverted output gates. Voltage obtd. by adding/subtracting the central value (1/2)k of values which can be input analog voltages to/from applied voltage to an inverted input terminal (-) of a comparator Ck (k is a positive integer which is 1<=k<=N-1) in accordance with the output of the comparator Ck is produced by resistance partial pressure of resistance Rk1 and Rk2 and is applied to the inverted input terminal (-) of a comparator Ck+1. Input voltage is compared with MSB weight, comparison voltage is changed in accordance with the preceding comparison result, comparison operations are successively performed and input terminal analog voltage is subjected to A/D conversion with N bits and is outputted to output terminals OUTn,..., OUT1.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、縦続接続方式にて
アナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換回路
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an A / D conversion circuit for converting an analog signal into a digital signal in a cascade connection system.

【0002】[0002]

【従来の技術】アナログ信号をデジタル信号に変換する
方式として、縦続変換方式と呼ばれるものがある。この
縦続変換方式は、Nビットのデジタル信号へ変換を行う
場合、1ビットずつN段に分けて変換する方式であり、
この点では逐次変換方式と呼ばれる変換方式と同じであ
るが、逐次変換方式ではクロックに同期させて変換を行
うのに対して、縦続変換方式はクロックを必要とせず、
より高速な変換動作を実現するものである。
2. Description of the Related Art As a method of converting an analog signal into a digital signal, there is a method called a cascade conversion method. In the cascade conversion method, when converting into an N-bit digital signal, conversion is performed by dividing one bit at a time into N stages.
In this point, the conversion method is the same as the conversion method called the sequential conversion method. However, in the sequential conversion method, the conversion is performed in synchronization with the clock, whereas the cascade conversion method does not require a clock,
This realizes a higher-speed conversion operation.

【0003】縦続変換方式にてアナログ信号をデジタル
信号に変換するN=3の場合のA/D変換回路の従来の
一構成例を図6に示す。コンパレータC1、C2、及
び、C3の反転入力端子(−)は基準電圧VRが入力さ
れる端子Tに接続されている。また、基準電圧VRは、
入力端子Iに入力されるアナログ電圧が取り得る値の中
心値に設定される。
FIG. 6 shows an example of a conventional configuration of an A / D conversion circuit when N = 3 for converting an analog signal into a digital signal by the cascade conversion method. Comparator C1, C2, and, C3-inverting input terminal of the (-) is connected to the terminal T of the reference voltage V R is input. In addition, the reference voltage V R is,
The analog voltage input to the input terminal I is set to the center value of possible values.

【0004】尚、各コンパレータの出力電圧はハイレベ
ルが基準電圧VR、ローレベルが0となるように構成さ
れている。
The output voltage of each comparator is configured so that the high level is the reference voltage V R and the low level is 0.

【0005】コンパレータC1については、非反転入力
端子(+)が入力端子Iに接続されており、また、出力
側が出力端子O3に接続されている。減算回路D1は、
入力端子Iへの入力電圧とコンパレータC1の出力電圧
とが入力されるように接続されており、入力端子Iへの
入力電圧からコンパレータC1の出力電圧を減じた電圧
を出力する。減算回路D1の出力側は2倍の増幅度をも
つ増幅回路A1の入力側に接続されている。
[0005] For the comparator C1 has a non-inverting input terminal (+) is connected to the input terminal I, also, the output side is connected to the output terminal O 3. The subtraction circuit D1
It is connected so that the input voltage to the input terminal I and the output voltage of the comparator C1 are input, and outputs a voltage obtained by subtracting the output voltage of the comparator C1 from the input voltage to the input terminal I. The output side of the subtraction circuit D1 is connected to the input side of the amplification circuit A1 having a double amplification factor.

【0006】コンパレータC2については、非反転入力
端子(+)が増幅回路A1の出力側に接続されており、
また、出力側が出力端子O2に接続されている。減算回
路D2は、増幅回路A1の出力電圧とコンパレータC2
の出力電圧とを入力するように接続されており、増幅回
路A1の出力電圧からコンパレータC2の出力電圧を減
じた電圧を出力する。減算回路D2の出力側は2倍の増
幅度をもつ増幅回路A2の入力側に接続されている。
As for the comparator C2, the non-inverting input terminal (+) is connected to the output side of the amplifier circuit A1.
Further, the output side is connected to the output terminal O 2. The subtraction circuit D2 is connected to the output voltage of the amplification circuit A1 and the comparator C2.
And outputs a voltage obtained by subtracting the output voltage of the comparator C2 from the output voltage of the amplifier circuit A1. The output side of the subtraction circuit D2 is connected to the input side of the amplification circuit A2 having a double amplification factor.

【0007】コンパレータC3については、非反転入力
端子(+)が増幅回路A2の出力側に接続されており、
また、その出力側は出力端子O1に接続されている。
The comparator C3 has a non-inverting input terminal (+) connected to the output side of the amplifier circuit A2,
Also, its output is connected to the output terminal O 1.

【0008】以上の構成により、入力端子Iに入力され
たアナログ電圧は、まず、入力アナログ電圧が取り得る
値の中心値、すなわち、MSBの重みと比較される。次
に、入力アナログ電圧がMSBの重みより大きければ、
入力アナログ電圧のMSBの重みより大きい分を2倍し
た値が、一方、入力アナログ電圧がMSBの重みより小
さければ、入力アナログ電圧そのものを2倍した値が、
それぞれMSBの重みと比較される。これは、入力アナ
ログ電圧がMSBの重みより大きい場合は、入力アナロ
グ電圧が(MSBの重み)+(2ndMSBの重み)と
比較され、一方、入力アナログ電圧がMSBの重みより
小さい場合は、入力アナログ電圧が2ndMSBの重み
と比較されることと等価になる。
With the above configuration, the analog voltage input to the input terminal I is first compared with the center value of the possible values of the input analog voltage, that is, the MSB weight. Next, if the input analog voltage is greater than the MSB weight,
When the input analog voltage is smaller than the MSB weight, the value obtained by doubling the input analog voltage is greater than the MSB weight. On the other hand, when the input analog voltage is smaller than the MSB weight, the value obtained by doubling the input analog voltage itself is:
Each is compared with the MSB weight. This means that if the input analog voltage is greater than the MSB weight, the input analog voltage is compared to (MSB weight) + (2nd MSB weight), while if the input analog voltage is less than the MSB weight, This is equivalent to comparing the voltage with the weight of the 2nd MSB.

【0009】このようにして、MSBの重みと比較され
た値から、そのMSBの重みとの大小関係に応じて、M
SBの重み、あるいは、0のどちらか一方を引き、その
減算結果を2倍した値をMSBの重みと比較するという
処理を繰り返すことになり、図6に示した例では、入力
端子Iに入力されるアナログ電圧が3ビットのデジタル
電圧に変換されて出力端子O3、O2、O1(出力端子O3
がMSB、出力端子O1がLSB)から出力されること
になる。
In this way, from the value compared with the MSB weight, M is calculated according to the magnitude relationship with the MSB weight.
The process of subtracting one of the SB weight or 0 and subtracting the result of doubling the result is compared with the MSB weight is repeated. In the example shown in FIG. The converted analog voltage is converted into a 3-bit digital voltage and output terminals O 3 , O 2 , O 1 (output terminal O 3
Are output from the MSB and the output terminal O 1 is output from the LSB.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、縦続変
換方式による従来のA/D変換回路では、減算結果を2
倍し、この演算結果に基づいて減算を行い、2倍すると
いう処理を繰り返すことになるため、減算時の誤差が増
幅されて蓄積されることになり、下位のビットほど精度
が悪くなり、高精度な多ビットのA/D変換回路を実現
することができなかった。
However, in the conventional A / D conversion circuit using the cascade conversion method, the subtraction result is two times smaller.
Since the process of multiplying and subtracting based on the calculation result and doubling is repeated, the error at the time of the subtraction is amplified and accumulated. An accurate multi-bit A / D conversion circuit could not be realized.

【0011】一定の傾斜をもって増加する入力アナログ
電圧に対する、上記従来構成の4ビットのA/D変換回
路のLSB出力の推移の様子を図7に示しておく。同図
より、LSBが均等な幅で変化しておらず、A/D変換
の精度が低いことがわかる。4ビットのA/D変換でさ
え、このような状態なので、従来構成で更に多ビットの
A/D変換器を実現するのは無理である。
FIG. 7 shows the transition of the LSB output of the conventional 4-bit A / D conversion circuit with respect to the input analog voltage which increases with a constant slope. From the figure, it can be seen that the LSB does not change in a uniform width, and the accuracy of A / D conversion is low. Even in the case of 4-bit A / D conversion, it is impossible to realize a multi-bit A / D converter with the conventional configuration because of such a state.

【0012】また、コンパレータC2、C3の反転入力
端子(−)に入力される電圧をそれぞれコンパレータC
1の反転入力端子(−)に入力される電圧の1/2、1
/4とする回路を設けておけば、増幅回路は不要となる
が、多ビット化すれば、多くの種類の電圧が必要となり
(ビット数と同種類数の電圧が必要となる)、また、そ
れ以上に減算時の誤差の影響が大きくなる。
The voltages input to the inverting input terminals (-) of the comparators C2 and C3 are respectively applied to the comparators C2 and C3.
1/2 of the voltage input to the inverting input terminal (-) of 1
If a circuit of / 4 is provided, an amplifier circuit becomes unnecessary. However, if the number of bits is increased, many types of voltages are required (the same number of voltages as the number of bits are required). The influence of the error at the time of the subtraction becomes larger than that.

【0013】そこで、本発明は、縦続変換方式による高
精度な多ビットのA/D変換回路を提供することを目的
とする。
It is an object of the present invention to provide a highly accurate multi-bit A / D conversion circuit using a cascade conversion method.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明では、縦続接続方式にてアナログ信号をデジ
タル信号に変換するA/D変換回路において、入力アナ
ログ電圧を基準電圧と比較し、それらの大小関係に応じ
て二値出力を行うN段(Nは正の整数)の二値化回路
と、前記入力アナログ電圧が取り得る値の中心値を1段
目の二値化回路へ前記基準電圧として与える回路と、k
段目(kは1≦k≦N−1なる正の整数)の二値化回路
へ与えられる前記基準電圧に対して、前記入力アナログ
電圧が取り得る値の中心値の(1/2)kの電圧を、k
段目の二値化回路の二値出力に応じて加算あるいは減算
した電圧を、抵抗分圧により作り出し、(k+1)段目
の二値化回路へ前記基準電圧として与える回路とを有し
ている。
In order to achieve the above object, according to the present invention, in an A / D conversion circuit for converting an analog signal into a digital signal by a cascade connection method, an input analog voltage is compared with a reference voltage. An N-stage (N is a positive integer) binarization circuit for performing a binary output according to the magnitude relation between them, and a central value of a value that the input analog voltage can take to a first-stage binarization circuit. A circuit for providing the reference voltage, k
With respect to the reference voltage supplied to the binarization circuit at the stage (k is a positive integer satisfying 1 ≦ k ≦ N−1), (1 /) k of the central value of the possible value of the input analog voltage Voltage of k
A circuit that generates a voltage added or subtracted in accordance with the binary output of the binarization circuit of the stage by resistance division and supplies the reference voltage to the binarization circuit of the (k + 1) th stage. .

【0015】以上の構成により、減算回路及び増幅回路
は不要となるので、誤差の発生要因をなくすことができ
る。
According to the above configuration, the subtraction circuit and the amplification circuit become unnecessary, so that the cause of the error can be eliminated.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態を図面
を参照しながら説明する。図1は本発明の一実施形態で
ある縦続変換方式によるNビットのA/D変換回路の構
成を示す図である。各符号について説明する。C1
2、…、CNは非反転入力端子(+)と反転入力端子
(−)の2つの入力端子を有し、非反転入力端子(+)
に印加される電圧の方が反転入力端子(−)に印加され
る電圧よりも大きければハイレベルの電圧を出力し、一
方、反転入力端子(−)に印加される電圧の方が非反転
入力端子(+)に印加される電圧よりも大きければロー
レベルの電圧を出力するコンパレータである。尚、図6
の場合とは異なり、ハイレベルは電源電圧レベルであ
る。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an N-bit A / D conversion circuit according to a cascade conversion system according to an embodiment of the present invention. Each symbol will be described. C 1 ,
C 2 ,..., C N have two input terminals, a non-inverting input terminal (+) and an inverting input terminal (−), and the non-inverting input terminal (+)
If the voltage applied to the inverting input terminal (-) is higher than the voltage applied to the inverting input terminal (-), a high-level voltage is output, while the voltage applied to the inverting input terminal (-) is the non-inverting input. If the voltage is higher than the voltage applied to the terminal (+), the comparator outputs a low-level voltage. FIG.
Unlike the case of the above, the high level is the power supply voltage level.

【0017】S1、S2、…、SN-1は第1入力端子I1
第2入力端子I2の2つの入力端子と1つの出力端子O
と切り換え端子Kとを有し、切り換え端子Kへの入力が
ハイレベルのときには第1入力端子I1に印加される電
圧を出力し、一方、切り換え端子Kへの入力がローレベ
ルのときには第2入力端子I2に印加される電圧を出力
するセレクタであって、例えば、図2に示すように、第
1入力端子I1が並列接続されたNチャネルのMOS型
トランジスタQ1とPチャネルのMOS型トランジスタ
Q2とを介して、第2入力端子I2が並列接続されたN
チャネルのMOS型トランジスタQ3とPチャネルのM
OS型トランジスタQ4とを介して、それぞれ出力端子
Oに接続されており、NチャネルのMOS型トランジス
タQ1のゲートとPチャネルのMOS型トランジスタQ
4のゲートが切り換え端子Kに接続されており、Pチャ
ネルのMOS型トランジスタQ2のゲートとNチャネル
のMOS型トランジスタQ3のゲートが入力側が切り換
え端子Kに接続されている反転ゲートINVの出力側に
接続された構成となっている。
S 1 , S 2 ,..., S N-1 are two input terminals of a first input terminal I 1 and a second input terminal I 2 and one output terminal O.
And a switching terminal K. When the input to the switching terminal K is at a high level, the voltage applied to the first input terminal I 1 is output. On the other hand, when the input to the switching terminal K is at a low level, the second voltage is output. a selector for outputting a voltage applied to the input terminal I 2, for example, as shown in FIG. 2, the MOS transistor Q1 and the MOS type P-channel N-channel first input terminal I 1 are connected in parallel N is connected in parallel with the second input terminal I 2 via the transistor Q2.
Channel MOS transistor Q3 and P channel M
The gates of the N-channel MOS transistor Q1 and the P-channel MOS transistor Q1 are connected to the output terminal O via the OS transistor Q4, respectively.
4 is connected to the switching terminal K, and the gate of the P-channel MOS transistor Q2 and the gate of the N-channel MOS transistor Q3 are connected to the output side of the inverting gate INV whose input side is connected to the switching terminal K. It has a connected configuration.

【0018】E2、E3、…、EN-1は、2つの入力にハ
イレベルあるいはローレベルが揃えば、出力がハイレベ
ルとなり、一方、2つの入力にハイレベルあるいはロー
レベルが揃わなければ、出力がローレベルとなる、排他
的論理和反転出力ゲートである。B1、B2、…、BN-1
は演算増幅器により構成されたバッファである。
(1)1、R(1)2、R(2)1、R(2)2、…、R(N-1)1、R
(N-1)2は抵抗であって、抵抗値の関係は、抵抗の抵抗値
をそれぞれの符号で表すと、R(1)1=R(1)2、R(2)1
(2)2、…、R(N-1)1=R(N-1)2となっている。
E 2 , E 3 ,..., E N -1 are such that if the high level or the low level is aligned with the two inputs, the output is the high level, while the high level or the low level is aligned with the two inputs. For example, it is an exclusive OR inverted output gate whose output becomes low level. B 1 , B 2 , ..., B N-1
Is a buffer composed of an operational amplifier.
R (1) 1 , R (1) 2 , R (2) 1 , R (2) 2 , ..., R (N-1) 1 , R
(N-1) 2 is a resistor. The relationship between the resistance values is represented by R (1) 1 = R (1) 2 , R (2) 1 =
R (2) 2 , ..., R (N-1) 1 = R (N-1) 2 .

【0019】以下、接続関係について説明する。各コン
パレータC1、C2、…、CNの非反転入力端子(+)は
アナログ電圧が入力される入力端子INに共通に接続さ
れており、出力側はそれぞれ出力端子OUTN、OUT
N-1、…、OUT1に接続されている。
The connection relationship will be described below. The non-inverting input terminals (+) of the comparators C 1 , C 2 ,..., C N are commonly connected to an input terminal IN to which an analog voltage is input, and the output sides are output terminals OUT N , OUT, respectively.
N-1, ..., are connected to the OUT 1.

【0020】コンパレータC1の反転入力端子(−)は
入力端子INに入力されるアナログ電圧が取り得る電圧
の中心値(以下、「入力アナログ電圧の中心値」と呼
ぶ)となる中心電位点Mに接続されている。
The inverting input terminal of the comparator C 1 (-) is the central value of the voltage that can be taken analog voltage input to the input terminal IN (hereinafter, referred to as "central value of the input analog voltage") and a central potential point M It is connected to the.

【0021】セレクタS1に関しては、入力アナログ電
圧が取り得る値の最大値(以下、「入力アナログ電圧の
最大値」と呼ぶ)となる最大電位点Hに第1入力端子I
1が接続されており、入力アナログ電圧が取り得る値の
最小値(以下、「入力アナログ電圧の最小値」と呼ぶ)
となる最小電位点Lに第2入力端子I2が接続されてお
り、切り換え端子KがコンパレータC1の出力側に接続
されている。
[0021] With respect to the selector S 1, the input maximum value of the analog voltage can assume values (hereinafter, referred to as "input analog maximum value of the voltage") and a maximum potential point H to the first input terminal I
1 is connected, and the minimum value that the input analog voltage can take (hereinafter referred to as "minimum value of the input analog voltage")
Second input and terminal I 2 is connected, switching terminal K is connected to the output side of the comparator C 1 to minimize potential point L to be.

【0022】尚、最大電位点H、最小電位点L、及び、
中心電位点Mについては、具体的には、図3に示すよう
に、電源電圧VDD側から抵抗R1、R2、R3、R4(但
し、抵抗R2の抵抗値=抵抗R3の抵抗値)の順に、電源
電圧VDDとグランド電位点GNDとの間に直列に接続さ
れた抵抗R1、R2、R3、R4に関して、抵抗R1、抵抗
2同士の接続点にその入力側が接続されたバッファBH
の出力側を電位点H、抵抗R3、抵抗R4同士の接続点に
その入力側が接続されたバッファBLの出力側を電位点
L、抵抗R2、抵抗R3同士の接続点にその入力側が接続
されたバッファBMの出力側を中心電位点Mとしてお
り、また、抵抗R2の抵抗値と抵抗R3の抵抗値が等しい
という条件を満足した上で、各抵抗値を調整することが
できるようになっており、A/D変換可能なアナログ電
圧の範囲が可変となっている。
The maximum potential point H, the minimum potential point L, and
The center potential point M, specifically, as shown in FIG. 3, the resistor R 1 from the power supply voltage V DD side, R 2, R 3, R 4 (where the resistance value of the resistor R 2 = the resistance R 3 of the order of the resistance value) with respect to the supply voltage V resistor R 1 connected in series between the DD and the ground potential point GND, R 2, R 3, R 4, resistor R 1, resistor R 2 a connection point between the B H whose input side is connected to
As the output-side potential point H, the resistor R 3, the resistor R 4 potential point on the output side of the buffer B L whose input side is connected to a connection point between the L, the resistance R 2, a connection point between the resistor R 3 The output side of the buffer B M to which the input side is connected is set as the center potential point M, and the respective resistance values are adjusted under the condition that the resistance value of the resistor R 2 is equal to the resistance value of the resistor R 3. The range of the analog voltage that can be A / D converted is variable.

【0023】勿論、抵抗R1の抵抗値=0として、最大
電位点Hを電源電圧VDDとすることや、抵抗R4の抵抗
値=0として、最小電位点Lをグランドとすることもで
きる。
Of course, the maximum potential point H can be set to the power supply voltage V DD with the resistance value of the resistor R 1 = 0, or the minimum potential point L can be set to the ground with the resistance value of the resistor R 4 = 0. .

【0024】セレクタSm(mは2≦m≦N−1なる正
の整数)に関しては、第1入力端子I1がセレクタSm-1
の出力端子O側に接続されており、第2入力端子I2
コンパレータCm-1の反転入力端子(−)側に接続され
ており、切り換え端子Kが排他的論理和反転出力ゲート
mの出力側に接続されている。
For the selector S m (m is a positive integer satisfying 2 ≦ m ≦ N−1), the first input terminal I 1 is connected to the selector S m−1
, The second input terminal I 2 is connected to the inverting input terminal (−) of the comparator C m−1 , and the switching terminal K is connected to the exclusive OR inverted gate E m. Is connected to the output side.

【0025】排他的論理和反転出力ゲートEmにはコン
パレータCm-1の出力電圧とコンパレータCmの出力電圧
とが入力されている。抵抗R(m)1、R(m)2はコンパレー
タCmの反転入力端子(−)側とセレクタSmの出力端子
O側との間に直列に接続されている。抵抗R(m)1、R
(m)2同士の接続点にバッファBmの入力側が接続されて
いる。バッファBmの出力側にコンパレータCm+1の反転
入力端子(−)が接続されている。
The output voltage of the comparator C m-1 of the output voltage and the comparator C m is input to the exclusive OR inverted output gate E m. Resistance R (m) 1, R ( m) 2 is the inverting input terminal of the comparator C m - are connected in series between the side and the output terminal O of the selector S m (). Resistance R (m) 1 , R
(m) input of buffer B m to a connection point 2 are connected to each other. Inverting input terminal of the comparator C m + 1 on the output side of the buffer B m (-) is connected.

【0026】以上の構成により、入力アナログ電圧は、
まず、コンパレータC1により、入力アナログ電圧が取
り得る値の中心値、すなわち、MSBの重みと比較され
る。この比較の結果、入力アナログ電圧がMSBの重み
より大きければ、コンパレータC1の出力電圧はハイレ
ベルとなって、セレクタS1の出力は入力アナログ電圧
の最大値となるので、抵抗R(1)1と抵抗R(1)2との抵抗
分圧により、コンパレータC1の反転入力端子(−)に
印加される電圧に対して入力アナログ電圧の中心値の
(1/2)1の電圧が加算された電圧、すなわち、(M
SBの重み)+(2ndMSBの重み)が作り出され、
一方、入力アナログ電圧がMSBの重みより小さけれ
ば、コンパレータC1の出力電圧はローレベルとなっ
て、セレクタS1の出力は入力アナログ電圧の最小値と
なるので、抵抗R(1)1と抵抗R(1)2との抵抗分圧によ
り、コンパレータC1の反転入力端子(−)に印加され
る電圧に対して入力アナログ電圧の中心値の(1/2)
1の電圧が減算された電圧、すなわち、2ndMSBの
重みが作り出され、コンパレータC2の反転入力端子
(−)に印加される。
With the above configuration, the input analog voltage is
First, the comparator C 1, the center value of the possible values input analog voltage, that is, compared to the weight of the MSB. The result of this comparison, if the input analog voltage is greater than the weight of the MSB, the output voltage of the comparator C 1 is at a high level, the output of the selector S 1 is the maximum value of the input analog voltage, resistance R (1) The voltage of (中心) 1 of the central value of the input analog voltage is added to the voltage applied to the inverting input terminal (−) of the comparator C 1 by the voltage division of the resistor 1 and the resistor R (1) 2. Voltage, ie, (M
SB weight) + (2nd MSB weight) is created,
On the other hand, if the input analog voltage is less than the weight of the MSB, the output voltage of the comparator C 1 is at the low level, the output of the selector S 1 is the minimum value of the input analog voltage, resistance R (1) 1 and the resistor Due to the resistance voltage division with R (1) 2 , the voltage applied to the inverting input terminal (−) of the comparator C 1 is (1 /) of the center value of the input analog voltage.
A voltage from which the voltage of 1 is subtracted, that is, a weight of 2nd MSB is created and applied to the inverting input terminal (-) of the comparator C2.

【0027】そして、入力アナログ電圧がMSBの重み
よりも大きい場合は、コンパレータC2により、入力ア
ナログ電圧は(MSBの重み)+(2ndMSBの重
み)と比較されるが、この比較の結果、入力電圧の方が
(MSBの重み)+(2ndMSBの重み)よりも大き
ければ、コンパレータC2の出力電圧はハイレベルとな
って、排他的論理和反転出力ゲートE2の入力にはハイ
レベルが揃うので、その出力はハイレベルとなり、セレ
クタS2の出力は第1入力端子I1に入力されるセレクタ
1の出力、すなわち、今の場合は、入力アナログ電圧
の最大値となるので、抵抗R(2)1と抵抗R(2)2との抵抗
分圧により、コンパレータC2の反転入力端子(−)に
印加される電圧に対して入力アナログ電圧の中心値の
(1/2)2の電圧が加算された電圧、すなわち、(M
SBの重み)+(2ndMSBの重み)+(3rdMS
Bの重み)が作り出され、一方、入力電圧の方が(MS
Bの重み)+(2ndMSBの重み)よりも小さけれ
ば、コンパレータC2の出力電圧はローレベルとなっ
て、排他的論理和反転出力ゲートE2の入力にはハイレ
ベルあるいはローレベルが揃わないので、その出力はロ
ーレベルとなり、セレクタS2の出力は第2入力端子I2
に入力される、コンパレータC1の反転入力端子(−)
に印加される電圧、すなわち、入力アナログ電圧の中心
値となるので、抵抗R(2)1と抵抗R(2)2との抵抗分圧に
より、コンパレータC2の反転入力端子(−)に印加さ
れる電圧に対して入力アナログ電圧の中心値の(1/
2)2の電圧が減算された電圧、すなわち、(MSBの
重み)+(3rdMSBの重み)が作り出され、コンパ
レータC3の反転入力端子(−)に印加される。
When the input analog voltage is greater than the weight of the MSB, the comparator C 2 compares the input analog voltage with (weight of MSB) + (weight of 2nd MSB). is greater than the direction of the voltage (weight MSB) + (weight of 2NdMSB), the output voltage of the comparator C 2 is at a high level, a high level is aligned to the input of the exclusive OR-inverted output gate E 2 since, the output becomes a high level, the output of the selector S 1 output from the selector S 2 is input to the first input terminal I 1, that is, in this case, since the maximum value of the input analog voltage, resistance R the resistor divider (2) 1 and the resistance R (2) 2, the inverting input terminal of the comparator C 2 (-) to the input analog voltage to a voltage applied to the central value (1/2) 2 Voltage is added Voltage, ie, (M
SB weight) + (2nd MSB weight) + (3rdMS
B weight), while the input voltage is (MS
Is smaller than the weight of B) + (weight of 2NdMSB), the output voltage of the comparator C 2 is at a low level, since the input of the exclusive OR-inverted output gate E 2 not aligned is high level or low level , Its output becomes low level, and the output of the selector S 2 becomes the second input terminal I 2
Is input to the inverting input terminal of the comparator C 1 (-)
Applied voltage, i.e., because the center value of the input analog voltage into, by resistance voltage division between the resistor R (2) 1 and a resistor R (2) 2, the inverting input terminal of the comparator C 2 - applied () (1/1 / the center value of the input analog voltage)
2) voltage 2 of the voltage is subtracted, i.e., (the weight of the MSB) + (weight of 3RdMSB) is created, the inverting input terminal of the comparator C 3 (- applied to).

【0028】このようにして、コンパレータCk(kは
1≦k≦N−1なる正の整数)の反転入力端子(−)に
印加される電圧に対して、入力アナログ電圧が取り得る
値の中心値の(1/2)kの電圧が、コンパレータCk
出力に応じて加算あるいは減算された電圧が、抵抗R
(k)1と抵抗R(k)2との抵抗分圧により作り出され、コン
パレータCk+1の反転入力端子(−)に印加されること
になる。
In this manner, the voltage applied to the inverting input terminal (-) of the comparator C k (k is a positive integer satisfying 1 ≦ k ≦ N−1) is set to a value that can be taken by the input analog voltage. The voltage obtained by adding or subtracting the voltage of (1 /) k of the center value according to the output of the comparator C k is the resistance R
It is created by the voltage division of the resistor (k) 1 and the resistor R (k) 2 and applied to the inverting input terminal (-) of the comparator Ck + 1 .

【0029】したがって、まず、入力アナログ電圧は、
MSBの重みとの大小関係が比較され、次に、MSBの
重みよりも大きければ、(MSBの重み)+(2ndM
SBの重み)と比較され、一方、MSBの重みよりを小
さければ、2ndMSBの重みと比較され、…というよ
うにして、前の比較結果に応じて比較電圧を変化させて
比較動作が順次行われることになり、入力端子INに入
力されるアナログ電圧がNビットのデジタル電圧に変換
され、出力端子OUTN、OUTN-1、…、OUT1(出
力端子OUTNがMSB、出力端子OUT1がLSB)か
ら出力される。
Therefore, first, the input analog voltage is
The magnitude relation with the weight of the MSB is compared. If the magnitude relation is larger than the weight of the MSB, (MSB weight) + (2ndM)
If the weight is smaller than the weight of the MSB, the weight is compared with the weight of the second MSB, and so on. The comparison operation is sequentially performed by changing the comparison voltage according to the previous comparison result. That is, the analog voltage input to the input terminal IN is converted into an N-bit digital voltage, and the output terminals OUT N , OUT N−1 ,..., OUT 1 (the output terminal OUT N is MSB, the output terminal OUT 1 is LSB).

【0030】例えば、入力アナログ電圧の最大値が3
[V]、最小値が0[V]で、入力端子INに2.5[V]が入
力された場合を見てみると、入力アナログ電圧2.5
[V]は、まず、図4の(イ)に示すように、入力アナロ
グ電圧の中心値1.5[V]と比較される。入力アナログ
電圧の方が比較電圧1.5[V]よりも大きいので、MS
Bは1になるとともに、次は、図4の(ロ)に示すよう
に、前の比較電圧1.5[V]に対して入力アナログ電圧
の中心値1.5[V]の(1/2)1=0.75[V]が加算
された2.25[V]と比較される。入力アナログ電圧の
方が比較電圧2.25[V]よりも大きいので、2ndM
SBは1になるとともに、次は、図4の(ハ)に示すよ
うに、前の比較電圧2.25[V]に対して入力アナログ
電圧の中心値1.5[V]の(1/2)2=0.375[V]
が加算された2.625[V]と比較される。入力アナロ
グ電圧の方が比較電圧2.625[V]よりも小さいの
で、3rdMSBは0になるとともに、次は、図4の
(ニ)に示すように、前の比較電圧2.625[V]に対
して入力アナログ電圧の中心値1.5[V]の(1/2)3
=0.1875[V]が減算された2.4375[V]と比較
される。入力アナログ電圧の方が比較電圧2.4375
[V]よりも大きいので、4thMSBは1となる。以
下、同様にして、入力アナログ電圧を順次比較電圧を変
化させながら比較し、トータルでN回の比較動作が行わ
れる。
For example, if the maximum value of the input analog voltage is 3
[V], when the minimum value is 0 [V] and 2.5 [V] is input to the input terminal IN, the input analog voltage 2.5
[V] is first compared with the center value 1.5 [V] of the input analog voltage as shown in FIG. Since the input analog voltage is larger than the comparison voltage 1.5 [V], MS
B becomes 1 and next, as shown in FIG. 4B, with respect to the previous comparison voltage 1.5 [V], the center value 1.5 [V] of the input analog voltage is (1/1). 2) It is compared with 2.25 [V] to which 1 = 0.75 [V] is added. Since the input analog voltage is larger than the comparison voltage 2.25 [V], 2ndM
SB becomes 1, and then, as shown in (c) of FIG. 4, the center value of the input analog voltage is 1.5 [V] (1/1) with respect to the previous comparison voltage of 2.25 [V]. 2) 2 = 0.375 [V]
Is compared with 2.625 [V] to which is added. Since the input analog voltage is smaller than the comparison voltage 2.625 [V], the 3rd MSB becomes 0, and the next comparison voltage 2.625 [V] as shown in FIG. (1/2) 3 of the center value of the input analog voltage 1.5 [V]
= 0.1875 [V] is compared with 2.4375 [V] obtained by subtraction. The input analog voltage is the comparison voltage 2.4375
Since it is larger than [V], the 4th MSB is 1. Hereinafter, similarly, the input analog voltages are compared while sequentially changing the comparison voltage, and a total of N comparison operations are performed.

【0031】このように、本実施形態のA/D変換回路
では、減算回路及び増幅回路は存在しないので、各セレ
クタを構成するトランジスタのON抵抗の抵抗値を抵抗
分圧用の抵抗R(k)1、R(k)2の抵抗値に比して十分小さ
くしておき、抵抗R(k)1と抵抗R(k)2とのペア性を高く
しておき、バッファBkのオフセットを十分小さくして
おきさえすれば、誤差の発生要因はなくなり、高精度な
A/D変換が可能となる。
As described above, in the A / D conversion circuit of this embodiment, since there is no subtraction circuit and amplification circuit, the resistance value of the ON resistance of the transistor constituting each selector is determined by the resistance R (k) for dividing the resistance. 1 , the resistance value of R (k) 2 is made sufficiently small, the pairing between the resistance R (k) 1 and the resistance R (k) 2 is made high, and the offset of the buffer B k is sufficiently reduced. As long as it is kept small, the cause of the error is eliminated, and highly accurate A / D conversion becomes possible.

【0032】一定の傾斜をもって増加する入力アナログ
電圧に対する、本実施形態の構成による4ビットのA/
D変換回路のLSB出力の推移の様子を図5に示してお
く。同図より、LSBがほぼ均等な幅で変化しており、
A/D変換の精度が高いことがわかる。
For the input analog voltage increasing at a constant slope, the 4-bit A /
FIG. 5 shows the transition of the LSB output of the D conversion circuit. From the figure, the LSB changes with a substantially uniform width.
It can be seen that the accuracy of the A / D conversion is high.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
減算回路及び増幅回路は不要となるので、誤差の発生要
因をなくすことができ、したがって、縦続変換方式によ
る高精度な多ビットのA/D変換回路を実現することが
できる。
As described above, according to the present invention,
Since a subtraction circuit and an amplification circuit are not required, an error generation factor can be eliminated. Therefore, a highly accurate multi-bit A / D conversion circuit using a cascade conversion method can be realized.

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

【図1】 本発明の一実施形態である縦続変換方式によ
るA/D変換回路の構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an A / D conversion circuit using a cascade conversion method according to an embodiment of the present invention.

【図2】 セレクタの一構成例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of a selector.

【図3】 最大電位点、最小電位点、及び、中心電位点
の具体例を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing specific examples of a maximum potential point, a minimum potential point, and a central potential point.

【図4】 図1に示した構成のA/D変換回路による比
較動作を示す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a comparison operation by the A / D conversion circuit having the configuration illustrated in FIG. 1;

【図5】 一定の傾斜で入力を増加させたときの、本実
施形態の構成による4ビットのA/D変換回路のLSB
出力の推移の様子を示す図である。
FIG. 5 shows the LSB of the 4-bit A / D conversion circuit according to the configuration of the present embodiment when the input is increased at a constant slope.
It is a figure showing a situation of transition of output.

【図6】 縦続変換方式による従来のA/D変換回路の
構成を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a conventional A / D conversion circuit using a cascade conversion method.

【図7】 一定の傾斜で入力を増加させたときの、従来
構成の4ビットのA/D変換回路のLSB出力の推移の
様子を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a transition of an LSB output of a conventional 4-bit A / D conversion circuit when an input is increased at a constant slope.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、C2、…、CN コンパレータ S1、S2、…、SN セレクタ E2、E3、…、EN-1 排他的論理和反転出力ゲート R(1)1、R(1)2、R(2)1、R(2)2、…、R(N-1)1、R
(N-1)2 抵抗 B1、B2、…、BN-1 バッファ Q1、Q3 NチャネルのMOS型トランジスタ Q2、Q4 PチャネルのMOS型トランジスタ INV 反転ゲート R1、R2、R3、R4 抵抗 BH、BM、BL バッファ
C 1, C 2, ..., C N comparators S 1, S 2, ..., S N selector E 2, E 3, ..., E N-1 exclusive inverted output gate R (1) 1, R ( 1 ) 2 , R (2) 1 , R (2) 2 , ..., R (N-1) 1 , R
(N-1) 2 resistor B 1, B 2, ..., MOS -type transistor INV inverting gate R 1 of B N-1 buffer Q1, Q3 N channel MOS transistor Q2, Q4 P channel, R 2, R 3, R 4 resistance B H , B M , B L buffer

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 縦続接続方式にてアナログ信号をデジタ
ル信号に変換するA/D変換回路において、 入力アナログ電圧を基準電圧と比較し、それらの大小関
係に応じて二値出力を行うN段(Nは正の整数)の二値
化回路と、前記入力アナログ電圧が取り得る値の中心値
を1段目の二値化回路へ前記基準電圧として与える回路
と、k段目(kは1≦k≦N−1なる正の整数)の二値
化回路へ与えられる前記基準電圧に対して、前記入力ア
ナログ電圧が取り得る値の中心値の(1/2)kの電圧
を、k段目の二値化回路の二値出力に応じて加算あるい
は減算した電圧を、抵抗分圧により作り出し、(k+
1)段目の二値化回路へ前記基準電圧として与える回路
とを有することを特徴とするA/D変換回路。
An A / D conversion circuit for converting an analog signal into a digital signal by a cascade connection method, wherein an N-stage (N-stage) which compares an input analog voltage with a reference voltage and performs a binary output according to the magnitude relation between the reference voltages. N is a positive integer, a binarization circuit, a circuit for providing a center value of values that can be taken by the input analog voltage to the first-stage binarization circuit as the reference voltage, and a k-th stage (k is 1 ≦ With respect to the reference voltage supplied to the binarization circuit of (k ≦ N−1), a voltage of (1 /) k of a central value of a value that can be taken by the input analog voltage is set to a k-th stage. The voltage added or subtracted according to the binary output of the binarization circuit of (1) is created by resistance division, and (k +
1) a circuit for applying the reference voltage to the binarization circuit of the stage.
【請求項2】 前記二値化回路が、非反転入力端子と反
転入力端子の2つの入力端子を有し、非反転入力端子に
印加される電圧の方が反転入力端子に印加される電圧よ
りも大きければハイレベルの電圧を出力し、一方、反転
入力端子に印加される電圧の方が非反転入力端子に印加
される電圧よりも大きければローレベルの電圧を出力す
るコンパレータであって、各コンパレータの非反転入力
端子には入力アナログ電圧が印加されているとともに、
1段目のコンパレータの反転入力端子には入力アナログ
電圧が取り得る値の中心値が印加されており、また、第
1入力端子と第2入力端子の2つの入力端子と切り換え
端子とを有し、切り換え端子への入力がハイレベルのと
きには第1入力端子に印加される電圧を出力し、一方、
切り換え端子への入力がローレベルのときには第2入力
端子に印加される電圧を出力する(N−1)段のセレク
タを有し、1段目のセレクタについては、入力アナログ
電圧が取り得る値の最大値が前記第1入力端子に、入力
アナログ電圧が取り得る値の最小値が前記第2入力端子
に、それぞれ印加されているとともに、1段目のコンパ
レータの出力側が前記切り換え端子に接続されており、
m段目(mは2≦m≦N−1なる正の整数)のセレクタ
については、(m−1)段目のコンパレータの出力電圧
とm段目のコンパレータの出力電圧とを入力する排他的
論理和ゲートの出力側が前記切り換え端子に接続されて
おり、前記排他的論理和ゲートの入力にハイレベルある
いはローレベルが揃えば、(m−1)段目のセレクタの
出力電圧が出力され、一方、前記排他的論理和ゲートの
入力にハイレベルあるいはローレベルが揃わなければ、
(m−1)段目のコンパレータの反転入力端子に印加さ
れる電圧が出力されるように、(m−1)段目のセレク
タの出力電圧及び(m−1)段目のコンパレータの反転
入力端子に印加される電圧が第1入力端子及び第2入力
端子に印加されており、さらに、k段目のコンパレータ
の反転入力端子側とk段目のセレクタの出力側との間に
直列に接続された抵抗値が等しい2つの抵抗、及び、該
2つの抵抗同士の接続点にその入力側が接続されたバッ
ファを有し、該バッファの出力側に(k+1)段目のコ
ンパレータの反転入力端子が接続された構成であること
を特徴とする請求項1に記載のA/D変換回路。
2. The binarizing circuit has two input terminals, a non-inverting input terminal and an inverting input terminal, and a voltage applied to the non-inverting input terminal is higher than a voltage applied to the inverting input terminal. Is higher, the comparator outputs a high-level voltage.On the other hand, if the voltage applied to the inverting input terminal is higher than the voltage applied to the non-inverting input terminal, the comparator outputs a low-level voltage. The input analog voltage is applied to the non-inverting input terminal of the comparator.
The center value of the possible value of the input analog voltage is applied to the inverting input terminal of the first-stage comparator, and has two input terminals, a first input terminal and a second input terminal, and a switching terminal. Output the voltage applied to the first input terminal when the input to the switching terminal is at a high level,
When the input to the switching terminal is at a low level, there are (N-1) -stage selectors that output a voltage applied to the second input terminal. The first-stage selector has a value that can be taken by the input analog voltage. A maximum value is applied to the first input terminal, and a minimum value of values that the input analog voltage can take is applied to the second input terminal, and an output side of a first-stage comparator is connected to the switching terminal. Yes,
For the selector at the m-th stage (m is a positive integer satisfying 2 ≦ m ≦ N−1), an exclusive input that inputs the output voltage of the (m−1) -th stage comparator and the output voltage of the m-th stage comparator The output side of the OR gate is connected to the switching terminal, and if the high level or the low level is aligned with the input of the exclusive OR gate, the output voltage of the (m-1) -th stage selector is output. If the input of the exclusive OR gate does not have a high level or a low level,
The output voltage of the (m-1) th stage selector and the inverting input of the (m-1) th stage comparator are output so that the voltage applied to the inverting input terminal of the (m-1) th stage comparator is output. The voltage applied to the terminals is applied to the first input terminal and the second input terminal, and is further connected in series between the inverting input terminal side of the k-th stage comparator and the output side of the k-th stage selector. And a buffer whose input side is connected to a connection point between the two resistors, and an inverting input terminal of the (k + 1) -th stage comparator is provided on the output side of the buffer. 2. The A / D conversion circuit according to claim 1, wherein the A / D conversion circuit is connected.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US11400735B2 (en) 2019-12-02 2022-08-02 Seiko Instruments Inc. Printing unit and thermal printer

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