JP2002512469A - 順次近似によるアナログ−デジタル変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明はアナログ信号値をデジタル信号値に変換する順次近似形式のアナログ−デジタル変換の方法及び装置に関し、各検査間隔に少なくとも３つの領域を画定し、前記領域が全検査間隔をカバーし、各領域が少なくとも１つの他の領域と重なるようにすること、最後の検査間隔が予め設定した値に到達するまで、各領域を新しいより小さな検査間隔に画定すること、１つの検査間隔のＮ個の領域がＮ−１個の基準レベルを与えるように、各冗長部分に基準レベルを画定すること、各検査間隔に少なくとも１つの基準レベルを、少なくとも他の１つの基準レベルと一致するように画定し、少なくとも１つのそのように一致する基準レベルが最も近接するより大きな検査間隔の領域により形成される２つの検査間隔に属するようにすること、前記デジタル信号値を求めるため、未知のサンプルされた値を１つの検査間隔の全ての基準レベルと比較し、それにより前記検査間隔の少なくとも２つの領域を消去できるようにすること、及び、続行する順次近似の処理において、前記未知のサンプルされた値を新しいより小さな検査間隔の全ての基準レベルと比較し、比較する基準レベルの各選択は最も近接する先行工程における結果とは無関係とし、前記未知のサンプルされた値が予め設定された精度で決められるまで続行すること、の各工程を含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 （発明の属する技術分野） 本発明はアナログ−デジタル変換の方法及びアナログ−デジタル変換（ＡＤＣ
）の装置に関し、好ましくは順次近似の原則（ＳＡ−ＡＤＣ）を用いたアナログ
−デジタル変換の方法に関する。

【０００２】 （従来の技術） デジタル信号処理においては、アナログ信号をデジタル信号に変換できること
が必要である。アナログ−デジタル変換器には実質的に費用と性能の異なる３つ
の異なる形式がある。費用はアナログ−デジタル変換器の回路の複雑性と、その
回路複雑性をもった回路要素を組み立てるのに必要な技術により決められる。性
能は代表的に変換の速度、分解度及び電力消費の点から評価される。

【０００３】 順次近似の原則（ＳＡ−ＡＤＣ）を用いたアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ
）は２進検査のようなアルゴリズムにより制御される。アナログ−デジタル変換
器は、原則的に入力信号の瞬時値を格納するサンプリングユニット、既知の複数
の基準値を発生するデジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）、前記格納された値と
基準値とを比較する比較器を含む。アルゴリズムは基準値の順序を、格納された
値が通常２進数により表される整数である測定スケ−ルにより決められるように
制御する。この原則は、アルゴリズムが次の比較に用いられるべき基準値を決定
する前に比較が終了しなければならない、という因果関係を有する要求により制
限される。このサイクルはＳＡ−ＡＤＣの最大速度を限定する。

【０００４】 他の問題は基準値の正確度である。電気回路において、値は指数曲線により設
定され、従って利用される時間が長いほど、値がより正確になる。これが動的誤
差を生じ、速度に依存する問題となる。この問題は、冗長コ−ドにより解決でき
る。エム．ピ−．ブイ．コウリ（M. P. V. Kolluri) ”１２ビット、５００ＮＳ
、サブレンジＡＤＣ（A 12-BIT 500NS Subrange ADC)" 固体回路ジャ−ナル (Jo
urnal of Solid State Circuits), Vol.24, no.6, p.p. 1498-1506, 1989, 12月
を参照せよ。または、複数の比較器と複数の基準値を使用できる。Ｐ−Ｅダニエ
ルソン（Danielsson) の "二重比較器をもった順次近似を用いるＡ／Ｄ変換(A/D
conversion employing successive approximation with dual comparators" 、 報告番号 LITH-ISY-R-1796,951004, リンクオピングス大学( Linkopings Uni
versitet) を参照されたい。

【０００５】 （発明の開示） 順次近似の原理を用いたアナログ信号値のデジタル信号値への変換についての
問題は、従来技術による方法がその近似の方法に依存する速度制限の要素を含む
ことである。本発明の目的は、検査の間隔の分割の改良とそこで準備される基準
レベルとにより近似処理の速度を増加することにある。

【０００６】 本発明は上記の問題を解決するため、各検査間隔に少なくとも３つの領域を画
定し、上記領域が全検査間隔をカバーし、各領域が少なくとも１つの他の領域を
カバーし、また各領域は最後の検査間隔が予め設定した値に到達するまで、新し
いより小さい検査間隔に画定され、検査間隔内のＮ領域がＮ−１個の基準値を与
えるように各冗長部分内に基準値が画定され、各検査間隔における少なくとも１
つの基準レベルは、少なくとも１つの他の基準レベルと一致するように画定され
、少なくとも１つのそのように一致する基準レベルが最も近接したより大きな検
査間隔の領域により形成される２つの検査間隔に属するようにする。

【０００７】 上記デジタル信号値を得るために、未知のサンプルされた値が検査間隔におい
て全ての基準レベルと比較され、それにより上記検査間隔の少なくとも１つの領
域は除去することができ、続行する順次近似の処理において、未知のサンプルさ
れた値は新しいより小さい検査間隔内の全ての基準値と比較され、そこでは比較
する基準レベルの選択は直前の先行する工程の結果とは無関係であり、前記未知
のサンプルされた値が予め設定された正確度をもって決定されるまで、続行され
る。

【０００８】 上述の方法は好適にアナログ−デジタル変換器に構成される。

【０００９】 本発明の利点は、近似方法が収斂性に関する大きな要求なしに実行できること
である。 本発明の他の利点は、ただ１つの比較器が用いられることである。 本発明の更に他の利点は、高速の実行を容易にすることである。 本発明を好ましい実施例により、添付の図面を参照して更に説明する。

【００１０】 （好ましい実施例） 図１に値Ｘから値Ｙ迄の検査間隔が示され、この検査間隔は未知のアナログ信
号値がデジタル信号値に変換されるときの値の間隔を表すことができる。上記検
査間隔は複数のより小さい検査間隔、すなわち好ましいデジタル信号値まで繰り
返される順次近似方法を用いるための、異なる領域に分割される。

【００１１】 この実施例において、検査間隔Ｘ−Ｙは最初３つの領域ａ，ｂ，ｃに分割され
る。これらの領域は絶対値において等しい。領域ａはＸレベルで始まり、Ｙレベ
ルの前の何処かで終わる。領域ｂはＸまたはＹの何れの端末値からも始まらない
が、Ｘ−Ｙ間隔の中間点と共通の中間点をもつ。領域ｃはＸ−Ｙ間隔内の何処か
のレベルから始まり、Ｙレベルで終わる。領域ａ，ｂ，ｃの各領域は同じ検査間
隔内にある少なくとも他の１つの領域と一部重なる。すなわち領域ａは少なくと
も領域ｂと一部重なり、領域ｃは少なくとも領域ｂと一部重なる。領域ａとｃは
図１の実施例によれば互いに一部重なっている。上記の領域の構成がいわゆる冗
長性を与える部分を形成する。従って、図１の実施例においては、ｂ領域全体に
冗長性が存在する。

【００１２】 この冗長部分に基準レベルが設けられる。検査間隔に３つの領域を用いる場合
は、恰も領域ａと領域ｃが互いに重ならず、同じ点で終わりまた始まり、２つの
異なる冗長部分、すなわち領域ｃ，ｂにより形成される１つの冗長部分と、領域
ａ，ｂにより形成される他の冗長部分が形成されるように見ることができる。各
冗長部分に基準レベルが設けられ、すなわち３つの領域については２つの基準レ
ベルが設けられ、４つの領域については３つの基準レベルが設けられ、Ｎ領域に
ついてはＮ−１の基準レベルが設けられる。かくして、図１の実施例においては
、２つの基準レベルが冗長部分に設けられる。

【００１３】 図２は、図１の実施例においてこれらの基準レベルがどのようにして冗長部分
に設けられるか、の例を示す。どのように基準レベルが配置されるかに応じて、
実行される検査処理がより効率的、または非効率的になる。

【００１４】 次の工程において、領域ａ，ｂ，ｃはそれぞれ検査間隔に分割され、領域ａは
領域ａ１，Ａ２，Ａ３を含む新しい検査間隔を形成し、領域ｂは領域ｂ１，ｂ２
，ｂ３を含む新しい検査間隔を形成し、領域ｃは領域ｃ１，ｃ２，ｃ３を含む新
しい検査間隔を形成する。この実施例において、新しい小さな検査間隔の各々は
、最も近接する上位の検査間隔の縮小されたコピーである。すなわち、領域ａ１
，ａ２，ａ３を含む検査間隔は領域ａ，ｂ，ｃを含む検査間隔の縮小されたコピ
ーである。

【００１５】 １つの検査間隔が３つの領域をもち、他の検査間隔が３つまたはそれ以上の領
域をもつことができる。従って、領域ａ１，ａ２，ａ３を含む検査間隔が、領域
ｂまたはｃから形成される検査領域と同じ数の領域を含むという制限は無く、大
きな検査間隔は小さな検査間隔よりも多数の領域に分割されなければならない、
という制限も無い。１つの検査間隔に含まれる領域の長さが異なっても良い。各
領域ａ１，ａ２，ａ３は異なる長さでも良く、他の検査間隔の領域としても役立
つ。

【００１６】 このように、図１において領域ａ，ｂ，ｃはそれぞれ、新しい領域ａ１，ａ２
，ａ３；ｂ１，ｂ２，ｂ３；ｃ１，ｃ２，ｃ３を含む新しい検査間隔を形成して
いる。

【００１７】 そのような新しい小さな検査間隔の各々において、前述のように含まれる領域
の数に従って２つまたはそれ以上の基準レベルが設けられる。前記新しい小さな
検査間隔の各々における基準レベルの少なくとも１つは、少なくとも１つの他の
基準レベルと共通であり、その場合前記少なくとも１つの他の基準レベルは同じ
分割工程の検査間隔に属する。すなわち、例えば領域ａから形成される検査間隔
は、領域ｂから形成される検査間隔と共通の基準レベルをもち、領域ｃから形成
される検査間隔に属する基準レベルは、領域ｂから形成される検査間隔と共通の
基準レベルをもつ。図２には、領域ａ１，ａ２，ａ３；ｂ１，ｂ２，ｂ３；ｃ１
，ｃ２，ｃ３をもった検査間隔に属するＲ４，Ｒ５のような共通基準レベルの例
を示す。図２に示される実施例において、検査間隔の両方の基準レベルが他の基
準レベルと共通である。

【００１８】 次の工程において、領域ａ１，ａ２，ａ３；ｂ１，ｂ２，ｂ３；ｃ１，ｃ２，
ｃ３は異なる検査間隔に分割され、領域ａ１は領域ａ１１，ａ１２，ａ１３を含
む新しい検査間隔を形成し、領域ａ２は領域ａ２１，ａ２２，ａ２３を含む新し
い検査間隔を形成し、領域ａ３は領域ａ３１，ａ３２，ａ３３を含む新しい検査
間隔を形成し、領域ｂ１は領域ｂ１１，ｂ１２，ｂ１３を含む新しい検査間隔を
形成し、領域ｂ２は領域ｂ２１，ｂ２２，ｂ２３を含む新しい検査間隔を形成し
、領域ｂ３は領域ｂ３１，ｂ３２，ｂ３３を含む新しい検査間隔を形成し、領域
ｃ１は領域ｃ１１，ｃ１２，ｃ１３を含む新しい検査間隔を形成し、領域ｃ２は
領域ｃ２１，ｃ２２，ｃ２３を含む新しい検査間隔を形成し、領域ｃ３は領域ｃ
３１，ｃ３２，ｃ３３を含む新しい検査間隔を形成する。この実施例において、
新しい小さな検査間隔の各々は、最も近接する上記検査間隔の縮小されたコピー
に作られる。すなわち、例えば領域ａ１１，ａ１２，ａ１３を含む検査間隔は領
域ａ１，ａ２，ａ３を含む検査間隔の縮小されたコピーである。

【００１９】 基準レベルの構成に関して前に説明したように、これらの検査間隔は、該検査
間隔のＮ領域についてＮ−１の基準レベルを含む。また、各検査間隔の少なくと
も１つの基準レベルは、少なくとも１つの他の基準レベルと共通である。すなわ
ち、例えば領域ａ１から形成される検査間隔は、領域ａ２から形成される検査間
隔と共通の基準レベルをもち、領域ａ３から形成される検査間隔に属する基準レ
ベルは領域ａ２から形成される検査間隔と共通の基準レベルをもつ。図２におい
てＲ８，Ｒ９，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１６，Ｒ１７は共通基準レベルの例である。
図示されていないが、例えば共通基準レベルＲ１３と共に共通基準レベルＲ５を
形成し、同じ方法で共通基準レベルＲ９が共通基準レベルＲ４と共に形成される
、ことが理解されるであろう。

【００２０】 上述の分割は、最終の検査間隔が予め設定された所定の最終値に達するまで実
行される。

【００２１】 図３に、近似方法を如何に実行するかのフローチャートの例を示す。図３の全
ての参照数字は図１、図２に関連する。

【００２２】 第１の工程において、未知のサンプルされた値Ｖが前記検査間隔の基準レベル
の１つと比較される。ここでは、検査間隔はＸ−Ｙであり、基準レベルはＲ２で
ある。比較の第１の工程は図１、２に示される最初の間隔から開始しなければな
らないことはないことに注意すべきである。

【００２３】 前記検査間隔はより大きな検査間隔の部分であり得る。すなわち、図１、２の
検査間隔Ｘ−Ｙは、最初のより大きな検査間隔の部分であり得る。換言すれば近
似方法は、未知のサンプルされた値がその検査間隔に含まれることが画定される
なら、任意の検査間隔において開始できる。

【００２４】 近似方法の次の工程は、未知のサンプルされた値Ｖを基準レベルＲ１と比較す
ることである。もし最初の結果で、サンプルされた値Ｖが基準値Ｒ２より小さい
なら、図３の左の分岐を進む。もし反対に、その結果が未知のサンプルされた値
Ｖが基準値Ｒ２より大であれば、図３の右の分岐を進む。もし、Ｖ＜Ｒ２なら、
領域ａまたはｂが関係し、領域ｃは消去できる。もし、Ｖ＞Ｒ２なら、領域ｃが
関係し、領域ａとｂは消去できる。もし図３のフローチャートの左の分岐にある
とすれば、すなわち未知のサンプルされた値が基準値Ｒ２より小さく、領域ａま
たはｂが関係するとすると、未知のサンプルされた値Ｖと基準値Ｒ１の間の比較
の結果に関係なく、次の工程において未知のサンプルされた値ＶとＲ４が比較さ
れるべきである。これは、各検査間隔における少なくとも１つの基準値を他の検
査間隔における少なくとも１つの他の基準レベルと共通に構成し、前記他の検査
間隔の少なくとも１つが、最も近接したより大きな検査間隔の領域から形成され
るとき、未知のサンプルされた値Ｖを何れの次の基準値と比較すべきかを予測で
きる、ということによる。我々は今、図３のフローチャートの左の分岐にあって
、未知のサンプルされた値を基準レベルＲ１と比較せんとしているが、Ｒ１との
比較の結果と無関係に次の比較は未知のサンプルされた値とＲ４との間で行われ
るべきであるとして、該次の比較を予め準備することができることが理解できる
。

【００２５】 従って、次の工程において、未知のサンプルされた値Ｖは基準値Ｒ４と比較さ
れるべきである。未知のサンプルされた値Ｖが基準値Ｒ１より小さいか、大きい
かによって、左または右の分岐、それぞれＲ４との比較をする分岐に進む。我々
が今左の分岐にある、すなわちＲ１との比較において未知のサンプルされた値Ｖ
が基準値Ｒ１より小さく、領域ａが関係あり、領域ｂは消去されるとする。次の
工程において、未知のサンプルされた値ＶはＲ３に比較されるべきである。その
理由は、与えられた検査間隔、ここでは領域ａにより形成される検査間隔につい
て、未知のサンプルされた値Ｖをその検査間隔の各基準値と比較すべきであるか
らである。例えば、検査間隔が４つの領域を含む場合、未知のサンプルされた値
Ｖは上記検査間隔の３つの基準レベルに比較される。

【００２６】 従って次の工程において、前の工程の結果に関係なく未知のサンプルされた値
Ｖを基準値Ｒ３と比較すべきである。また、Ｒ４との比較の左の分岐にあると分
かったとき既に、Ｒ３との比較を準備することができる。続行する工程は常にそ
の前の工程の結果に無関係であるので、２つの比較を同じ繰返しループで行うこ
とができる。換言すれば、未知のサンプルされた値と基準値の間の比較の結果を
待つことなく、その結果が与えられる前に次の工程を準備することができる。こ
のように２つの比較が同じ繰返し処理においてなされるので、近似方法の速度を
高くすることができる。未知のサンプルされた値と基準値Ｒ４との比較において
、結果がＶ＜Ｒ４とする。我々は再び左の分岐を進み、領域ａ１とａ２が関係し
、領域ａ３は消去できることを知る。Ｒ３との比較において、次の工程において
は、Ｒ３との比較の結果に関係なくＶはＲ８に比較されるべきであることを知る
。

【００２７】 上述の処理は、未知のサンプルされた値Ｖが予め設定された精度により決定さ
れるまで続けられる。

【００２８】 図３において、前の結果に関係のない比較は点線で囲まれている。例えば、図
３においてＲ４との比較の左の分岐は、未知のサンプルされた値がＲ１と比較さ
れる前の工程の結果に無関係である。

【００２９】 本発明の近似方法は、アナログ−デジタル変換器の一部である。そのようなア
ナログ−デジタル変換器は、その機能と構造と共に従来技術において良く知られ
ており、かつ本発明の一部でないので、詳しい説明は行わない。

【００３０】 本発明は上述の実施例に限定されることなく、添付の特許請求の範囲において
変更が可能であることが理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明により値Ｘから値Ｙまでの検査間隔が如何に分割されるかを説明する実
施例を示す。

【図２】 図１と同様の検査間隔の分割の実施例であり、基準レベルが参照数字で示され
る。

【図３】 本発明による近似方法のフローチャートを示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ， ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，Ｇ Ｅ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ， ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ， ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，Ｚ Ｗ 【要約の続き】 し、比較する基準レベルの各選択は最も近接する先行工 程における結果とは無関係とし、前記未知のサンプルさ れた値が予め設定された精度で決められるまで続行する こと、の各工程を含む。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アナログ信号値をデジタル信号値に変換する順次近似形式の
   アナログ−デジタル変換の方法であって、 各検査間隔に少なくとも３つの領域を画定し、前記領域が全検査間隔をカバー
   し、各領域が少なくとも１つの他の領域と重なるようにすること、 最後の検査間隔が予め設定した値に到達するまで、各領域を新しいより小さな
   検査間隔へ画定すること、 １つの検査間隔のＮ個の領域がＮ−１個の基準レベルを与えるように、各冗長
   部分に基準レベルを画定すること、 各検査間隔に少なくとも１つの基準レベルを、少なくとも１つの他の基準レベ
   ルと一致するように画定し、少なくとも１つのそのように一致する基準レベルが
   最も近接するより大きな検査間隔の領域により形成される２つの検査間隔に属す
   るようにすること、 前記デジタル信号値を求めるため、未知のサンプルされた値を１つの検査間隔
   の全ての基準レベルと比較し、それにより前記検査間隔の少なくとも２つの領域
   を消去できるようにすること、及び、 続行する順次近似の処理において、前記未知のサンプルされた値を新しいより
   小さな検査間隔の全ての基準レベルと比較し、比較する基準レベルの各選択は最
   も近接する先行工程における結果とは無関係とし、前記未知のサンプルされた値
   が予め設定された精度で決められるまで、続行すること、 の各工程を含むアナログ−デジタル変換の方法。
2. 【請求項２】 各新しいより小さな検査間隔が最も近接するより大きな検査
   間隔の縮小であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 各検査間隔の前記領域がその絶対値において等しいことを特
   徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 【請求項４】 アナログ信号値をデジタル信号値に変換する順次近似形式の
   アナログ−デジタル変換装置において、 各検査間隔に少なくとも３つの領域が画定され、前記領域が全検査間隔をカバ
   ーし、各領域が少なくとも１つの他の領域に重なるようにし、最後の検査間隔が
   予め設定した値に到達するまで、各領域を新しいより小さな検査間隔に画定し、
   １つの検査間隔のＮ個の領域がＮ−１個の基準レベルを与えるように、各冗長部
   分に基準レベルを画定し、各検査間隔に少なくとも１つの基準レベルを、少なく
   とも他の１つの基準レベルと一致するように画定し、少なくとも１つのそのよう
   に一致する基準レベルが最も近接するより大きな検査間隔の領域により形成され
   る２つの検査間隔に属するようにし、前記デジタル信号値を求めるため、未知の
   サンプルされた値を１つの検査間隔の全ての基準レベルと比較し、前記検査間隔
   の少なくとも２つの領域を消去できるようにし、さらに、前記続行される順次近
   似の処理において、前記未知のサンプルされた値を新しいより小さな検査間隔の
   全ての基準レベルと比較し、比較する基準レベルの各選択は直前の先行工程にお
   ける結果とは無関係とし、前記未知のサンプルされた値が予め設定された精度に
   達するまで続行する、ことを特徴とする前記アナログ−デジタル変換装置。
5. 【請求項５】 各新しいより小さな検査間隔が、最も近接するより大きな検
   査間隔を縮小するように構成されることを特徴とする、請求項４に記載のアナロ
   グ−デジタル変換装置。
6. 【請求項６】 各検査間隔の前記領域がその絶対値において互いに等しくな
   るように構成される、ことを特徴とする請求項５に記載のアナログ−デジタル変
   換装置。