JP2003158434A - 擬似差動増幅回路及び擬似差動増幅回路を使用したa/d変換器 - Google Patents
擬似差動増幅回路及び擬似差動増幅回路を使用したa/d変換器Info
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Abstract
圧動作を行うことができる擬似差動増幅回路及びその擬
似差動増幅回路を使用したA/D変換器を得る。 【解決手段】 差動対を使用することなく、一対の入力
信号を対応して増幅する同一の2つの増幅器2,3を用
いて擬似的な差動増幅回路1を形成し、このような擬似
差動増幅回路1を並列パイプライン型A/D変換器10
におけるA/D変換回路AD1〜ADmの各演算回路2
5に使用するようにした。
Description
いて擬似的に差動増幅回路を形成してなる擬似差動増幅
回路と、該擬似差動増幅回路を使用したA/D変換器、
特にパイプライン型A/D変換器に関する。
で使用されている差動増幅回路の従来例を示した回路図
である。図10の差動増幅回路100において、各PM
OSトランジスタMP1のゲートにはそれぞれ所定の定
電圧Vp1が印加されており、NMOSトランジスタM
N4のゲートには所定の定電圧Vn1が印加されてい
る。差動対をなす2つのNMOSトランジスタMN3の
各ゲートは、差動増幅回路100の各入力端をなし、2
つの入力電圧ViA,ViBが対応して入力される。
OSトランジスタMN2との各接続部は、それぞれ差動
増幅回路100の出力端をなし、各出力電圧VoA,V
oBが対応して出力される。各NMOSトランジスタM
N1のゲートには、同相モードフィードバック回路CM
FBの出力信号がそれぞれ入力され、各出力電圧VoP
及びVoMの調整を行う。
タMN3に流れる電流をIoとすると、帰還回路を形成
している各反転増幅器A1,A2にはIo/4の電源電
流がそれぞれ流れ、PMOSトランジスタMP2、NM
OSトランジスタMN2及びMN1の各直列回路にはそ
れぞれIoの電流が流れる。各スイッチSW1,SW2
は、A/D変換器に入力される信号がサンプリングされ
るときはそれぞれオンして導通状態となり、A/D変換
器に入力される信号がホールドされるときはそれぞれオ
フして遮断状態となる。
ンターネットにおける通信速度の高速化、映像機器の高
精細化・高画質化、ディスクメディアの高速化に伴っ
て、A/D変換器への性能要求が加速度的に高まってい
る。特に、CMOS化を行って、高速化・高精度化と共
に低電圧化・低消費電力化を行うことがでできるA/D
変換器の実現が望まれている。
路100は完全差動型をなしており、得られる出力電流
に対して、大きなバイアス電流を流す必要があり、効率
が悪く消費電力も大きくなり、このような差動増幅回路
は、A/D変換器の低消費電力化を行うには不適格であ
った。また、完全差動型の差動増幅回路100は、電源
電圧VDDと接地との間にトランジスタを何段も直列接
続するため、低電圧動作に限界があり、A/D変換器の
低電圧化を行う上でも適格ではなかった。
めになされたものであり、差動増幅回路の代わりに、2
つのカスコード増幅器を用いて擬似的な差動増幅回路を
形成することによって、低消費電力化を行うことができ
ると共に低電圧動作を行うことができる擬似差動増幅回
路及びその擬似差動増幅回路を使用したA/D変換器を
得ることを目的とする。
増幅回路は、第1の入力信号を増幅して出力する第1の
増幅器と、該第1の入力信号に対して相反する信号レベ
ルをなす第2の入力信号を増幅して出力する第2の増幅
器とを備え、前記第1及び第2の各増幅器は、同一の回
路をなすと共に同一の特性を有し、入力された一対の第
1及び第2の各入力信号に対して、擬似的に差動増幅を
行って出力するものである。
るそれぞれの出力端との間に直列に接続された第1及び
第2の各コンデンサと、前記第1及び第2の各増幅器に
おけるそれぞれの入力端との間に直列に接続された第3
及び第4の各コンデンサと、前記第1及び第2の各コン
デンサの接続部の電圧を該第3及び第4の各コンデンサ
の接続部に伝達するバッファ回路部と、入力された制御
信号に応じて、前記第1及び第2の各コンデンサの接続
部に対して、所定の電圧の印加制御を行うスイッチ部と
を備えるようにした。
ンサは、スイッチ部から所定の電圧が印加されると、該
所定の電圧と前記第1及び第2の各増幅器から出力され
る2つの信号の平均値との電圧差をそれぞれ記憶し、前
記第3及び第4の各コンデンサは、一端にバッファ回路
部を介して該電圧差がそれぞれ印加されるようにした。
は、それぞれシングルエンド型増幅器をなすようにして
もよい。
対する電圧レベルをなす一対のアナログ信号をそれぞれ
サンプリングしてホールドするサンプルホールド回路
と、該サンプルホールド回路から出力される一対の出力
信号に対して、A/D変換を行うと共にそれぞれ所定の
方法で演算を行って次段のA/D変換回路における一対
の入力電圧として出力する複数のA/D変換回路とを有
するA/D変換器において、前記各A/D変換回路は、
入力された一対の入力電圧に対してA/D変換を行うサ
ブA/D変換器と、該サブA/D変換器でA/D変換さ
れたデータに対してD/A変換を行うサブD/A変換器
と、該サブD/A変換器でD/A変換された電圧を用い
て、前記入力された一対の入力電圧に対して所定の演算
をそれぞれ行う各演算器と、該各演算器で得られたそれ
ぞれの電圧に対して擬似的に差動増幅を行って出力す
る、同一回路で同一特性を有する一対の増幅器からなる
擬似差動増幅回路とを備えるものである。
対する電圧レベルをなす一対のアナログ信号をそれぞれ
サンプリングしてホールドするサンプルホールド回路
と、該サンプルホールド回路から出力される一対の出力
信号に対して、A/D変換を行うと共にそれぞれ所定の
方法で演算を行って次段のA/D変換回路における一対
の入力電圧として出力する複数のA/D変換回路とを有
するA/D変換器において、前記各A/D変換回路の少
なくとも1つのA/D変換回路は、入力された一対の入
力電圧に対してA/D変換を行うサブA/D変換器と、
該サブA/D変換器でA/D変換されたデータに対して
D/A変換を行うサブD/A変換器と、該サブD/A変
換器でD/A変換された電圧を用いて、前記入力された
一対の入力電圧に対して所定の演算をそれぞれ行う各演
算器と、該各演算器で得られたそれぞれの電圧に対して
擬似的に差動増幅を行って出力する、同一回路で同一特
性を有する一対の増幅器からなる擬似差動増幅回路とを
備えるものである。
他のA/D変換回路は、入力された一対の入力電圧に対
してA/D変換を行うサブA/D変換器と、該サブA/
D変換器でA/D変換されたデータに対してD/A変換
を行うサブD/A変換器と、該サブD/A変換器でD/
A変換された電圧を用いて、前記入力された一対の入力
電圧に対して所定の演算をそれぞれ行う各演算器と、該
各演算器で得られたそれぞれの電圧に対して差動増幅を
行って出力する差動増幅回路とを備えるようにした。
記各増幅器のそれぞれの出力端との間に直列に接続され
た第1及び第2の各コンデンサと、前記各増幅器のそれ
ぞれの入力端との間に直列に接続された第3及び第4の
各コンデンサと、第1及び第2の各コンデンサの接続部
の電圧を、第3及び第4の各コンデンサの接続部に伝達
するバッファ回路部と、入力された制御信号に応じて、
第1及び第2の各コンデンサの接続部に対して、所定の
電圧の印加制御を行うスイッチ部とを備えるようにし
た。
サは、スイッチ部から所定の電圧が印加されると、該所
定の電圧と各増幅器から出力される2つの信号の平均値
との電圧差をそれぞれ記憶し、前記第3及び第4の各コ
ンデンサは、一端にバッファ回路部を介して該電圧差が
それぞれ印加されるようにした。
幅器は、それぞれシングルエンド型増幅器をなすように
してもよい。
づいて、本発明を詳細に説明する。 第1の実施の形態.図1は、本発明の第1の実施の形態
における擬似差動増幅回路の例を示した回路図である。
なお、2つの増幅器を用いて差動増幅回路と同様の動作
を行うことができる回路を擬似差動増幅回路と呼ぶ。
グルエンド型の2つの増幅器2,3で形成されており、
各増幅器2,3は同じ回路構成をなし同じ特性を有する
ものである。図1では、増幅器2及び3に、電子情報通
信学会の会報(IEIC TRANS. FUNDAMENTALS, VOL.E82-A,
NO.2 FEBRUARY 1999)に記載されたシングルエンド型
増幅器を使用した場合を例にして示しており、増幅器2
及び3はそれぞれ同じものであることから、増幅器2を
例にして回路構成を説明する。
OSトランジスタMP1,MP2、NMOSトランジス
タMN1,MN2、スイッチSW1,SW2及びコンデ
ンサC1,C2で構成されている。電源電圧VDDと接
地との間には、PMOSトランジスタMP1、PMOS
トランジスタMP2、NMOSトランジスタMN2及び
NMOSトランジスタMN1の直列回路が接続されてい
る。PMOSトランジスタMP1のゲートには、所定の
定電圧Vp1が印加されている。NMOSトランジスタ
MN1のゲートは増幅器2の入力端をなし、PMOSト
ランジスタMP2とNMOSトランジスタMN2との接
続部は増幅器2の出力端をなす。
路は、PMOSトランジスタMP2の帰還回路を形成し
ており、反転増幅器A2とコンデンサC2の直列回路
は、NMOSトランジスタMN2の帰還回路を形成して
いる。スイッチSW1は、反転増幅器A1の出力端と入
力端との間に接続され、スイッチSW2は、反転増幅器
A2の出力端と入力端との間に接続されており、スイッ
チSW1及びSW2は、外部から入力される信号に応じ
てオン又はオフしてスイッチングを行う。擬似差動増幅
回路1がパイプライン型A/D変換器に使用される場
合、例えば各スイッチSW1,SW2は、該A/D変換
器に入力される信号がサンプリングされるときはそれぞ
れオンして導通状態となり、該A/D変換器に入力され
る信号がホールドされるときはそれぞれオフして遮断状
態となる。
路1は、図10で示した従来の差動増幅回路と比較し
て、差動対に流れる2×Ioの電流を削減することがで
きる。すなわち、擬似差動増幅回路1は、各反転増幅器
A1,A2に流れるそれぞれIo/4の電源電流と、P
MOSトランジスタMP2、NMOSトランジスタMN
2及びMN1の各直列回路における各Ioの電流からな
る3×Ioの電流を消費することになる。このように、
擬似差動増幅回路1の消費電流は、図10で示した従来
の差動増幅回路で消費する5×Ioの電流よりもかなり
小さくすることができる。
イプライン型A/D変換器に使用する場合について説明
する。図2は、図1の擬似差動増幅回路1を使用する並
列パイプライン型A/D変換器の構成例を示した概略の
ブロック図である。図2において、並列パイプライン型
A/D変換器10は、所定の電圧、例えば接地電圧を中
心として対象な電圧波形をなす2つのアナログ信号が入
力されるサンプルホールド回路部(以下、S/H回路部
と呼ぶ)11と、m(mは、m>0の整数)段のパイプ
ライン型A/D変換回路AD1〜ADmからなるA/D
変換回路部12と、該A/D変換回路部12から出力さ
れるデジタルデータの誤差補正を行う誤差補正回路部1
3とを備えている。
0は、複数の異なる基準電圧を生成して各A/D変換回
路AD1〜ADmに出力する基準電圧発生回路部14
と、外部からのクロック信号CLKから所定の各内部ク
ロック信号を生成して、S/H回路部11、A/D変換
回路部12及び誤差補正回路部13にそれぞれ出力する
内部クロック発生回路部15とを備えている。
A/D変換器10の入力をなす正側入力端子INPと負
側入力端子INMの2つの入力端を有し、正側入力端子
INPには正側のアナログ信号が、負側入力端子INM
には負側のアナログ信号がそれぞれ入力される。正側及
び負側の各アナログ信号は、それぞれ相反する信号レベ
ルをなす一対の信号である。S/H回路部11は、内部
クロック発生回路部15からの所定のクロック信号に基
づいて、入力されたアナログ信号に対するサンプリング
又はホールドを行って、A/D変換回路部12に出力す
る。
なすn段のパイプライン型A/D変換回路AD1〜AD
mからなり、該パイプライン型A/D変換回路AD1〜
ADmはそれぞれn(n>0)ビットのパイプライン型
A/D変換回路をなしている。A/D変換回路ADk
(k=1〜m)は、前段回路から出力された相反する信
号レベルをなす正側出力信号と負側出力信号の2つの信
号がそれぞれ入力される。すなわち、1段目のA/D変
換回路AD1は、S/H回路部11からの正側出力電圧
及び負側出力電圧がそれぞれ入力され、2段目以降のA
/D変換回路AD2〜ADmは、前段のA/D変換回路
における正側及び負側の各出力電圧がそれぞれ入力され
る。
例を示した概略のブロック図である。図3において、A
/D変換回路ADkは、nビットのA/D変換器をなす
サブA/D変換器21、nビットのD/A変換器をなす
サブD/A変換器22、演算器23a,23b、並びに
図1の増幅器2及び3からなる擬似差動増幅回路1を備
えている。サブA/D変換器21は、前段回路から出力
された1対の出力信号が、一対の正側入力電圧ViP,
負側入力電圧ViMとして入力される。サブA/D変換
器21は、該入力された正側入力電圧ViP,負側入力
電圧ViMをA/D変換しnビットデータに変換して誤
差補正回路部13に出力すると共に、該nビットデータ
に応じた信号をサブA/D変換器22に出力する。
Dmから出力された各nビットデータは一種の冗長表現
になっており、誤差補正回路部13は、A/D変換回路
AD1〜ADmから入力された各nビットデータを所定
のビットデータに変換して非冗長表現にし、A/D変換
を行ったデジタルデータとして出力端子OUTから出力
する。例えば、A/D変換回路AD1〜ADmから1.
5ビットデータがそれぞれ出力される場合、誤差補正回
路部13は、該各1.5ビットデータを1ビットデータ
に変換して、A/D変換を行ったデジタルデータとして
出力する。
2は、サブA/D変換器21から入力された信号に応じ
た電圧を演算器23a及び23bにそれぞれ出力し、演
算器23aは、正側入力電圧ViPとサブD/A変換器
22からの出力電圧とを所定の方法で演算して増幅器2
に出力する。また、演算器23bは、負側入力電圧Vi
MとサブD/A変換器22からの出力電圧とを所定の方
法で演算して増幅器3に出力する。増幅器2は、入力さ
れた電圧を増幅して正側出力電圧VoPとして出力し、
同様に、増幅器3は、入力された電圧を増幅して負側出
力電圧VoMとして出力する。
サブA/D変換器21が1.5ビットのA/D変換器で
あり、サブD/A変換器22が1.5ビットのD/A変
換器である場合を例にして説明する。サブA/D変換器
21は、入力された正側入力電圧ViPと負側入力電圧
ViMから、下記(1)式のように入力電圧Viを算出
する。 Vi=ViP−ViM ………………(1)
回路部14から各所定の基準電圧VrCP,VrCMが
入力されており、サブA/D変換器21は、前記(1)
式の入力電圧Viと、各基準電圧VrCP,VrCMと
を比較し、該比較結果に応じて下記(2)〜(4)式の
ようにデータDkを生成する。 Dk=1 (VrCP<Vi)………………(2) Dk=0 (VrCM≦Vi≦VrCP)………………(3) Dk=−1 (Vi<VrCM)………………(4)
圧発生回路部14から3種類の所定の基準電圧VrP,
Vcom,VrMがそれぞれ入力されており、VrCP
=VrP/4であり、VrCM=VrM/4である。例
えば、Vcom=0であり、VrP=VrとするとVr
M=−Vrであり、この場合、VrCP=Vr/4、V
rCM=−Vr/4となる。また、サブD/A変換器2
2、演算器23a,23b及び増幅器2,3は、演算回
路25を形成しており、サブD/A変換器22、演算器
23a及び増幅器2は、下記(5)式のような演算を行
って正側出力電圧VoPを生成し、サブD/A変換器2
2、演算器23b及び増幅器3は、下記(6)式のよう
な演算を行って負側出力電圧VoMを生成する。
のとき、RkP=VrP,RkM=VrMとなり、Dk
=0のとき、RkP=Vcom,RkM=Vcomとな
り、Dk=−1のとき、RkP=VrM,RkM=Vr
Pとなる。
圧ViP及び負側入力電圧ViMをそれぞれ2倍し、サ
ブA/D変換器21で生成されたデータDkに応じて所
定の基準電圧を加減算することにより正側出力電圧Vo
P及び負側出力電圧VoMをそれぞれ生成して、次段の
A/D変換回路に出力する。なお、最終段のA/D変換
回路ADmには、演算回路25はなくてもよい。
25の具体的な内部構成例を示し各部の動作について説
明する。図4は、サブA/D変換器21の構成例を示し
た図であり、図5は、演算回路25の回路例を示した図
である。また、図6は、サブA/D変換器21及び演算
回路25に入力される各内部クロック信号の例を示した
タイミングチャートである。図4において、サブA/D
変換器21は、2つの比較器31,32、及び該比較器
31,32からの各比較結果に応じて各制御信号Sp,
Sm,Szを生成してサブD/A変換器22に出力する
コントロールロジック回路からなる制御回路33で構成
されている。
CP−VrCM=ΔVRとすると、比較器31は、Vi
とΔVR/4との電圧比較を行い、該比較結果を示す出
力信号SUを制御回路33に出力する。また、比較器3
2は、Viと−ΔVR/4との電圧比較を行い、該比較
結果を示す出力信号SLを制御回路33に出力する。例
えば、ΔVR/4<Viのときは、出力信号SU及びS
Lは共にハイ(High)レベルとなり、−ΔVR/4
≦Vi≦ΔVR/4のときは、出力信号SUはロー(L
ow)レベル、出力信号SLはハイレベルとなり、Vi
<−ΔVR/4のときは、出力信号SU及びSLは共に
ローレベルとなる。
U,SLがΔVR/4<Viであることを示していると
きは、制御信号Spのみをハイレベルにして制御信号S
m,Szをそれぞれローレベルにし、入力された各出力
信号SU,SLが−ΔVR/4≦Vi≦ΔVR/4であ
ることを示しているときは、制御信号Szのみをハイレ
ベルにして制御信号Sp,Smをそれぞれローレベルに
する。更に、制御回路33は、入力された各出力信号S
U,SLがVi<−ΔVR/4であることを示している
ときは、制御信号Smのみをハイレベルにして制御信号
Sp,Szをそれぞれローレベルにする。
信号SU,SLがΔVR/4<Viであることを示して
いるときはDk=1のデータを、入力された各出力信号
SU,SLが−ΔVR/4≦Vi≦ΔVR/4であるこ
とを示しているときはDk=0のデータを、入力された
各出力信号SU,SLがVi<−ΔVR/4であること
を示しているときはDk=−1のデータを誤差補正回路
部13に出力する。
2は、NMOSトランジスタQ1〜Q6で構成されてお
り、演算器23aは、NMOSトランジスタQ11〜Q
14及びコンデンサC11,C12で構成されており、
演算器23bは、NMOSトランジスタQ21〜Q24
及びコンデンサC21,C22で構成されている。コン
デンサC11,C12,C21,C22は、それぞれ同
じ容量を有するものである。増幅器2及び3で擬似差動
増幅回路1を形成しており、増幅器2及び3の各スイッ
チSW1,SW2は、内部クロック発生回路部15から
出力された所定の内部クロック信号CK1oに応じてス
イッチングを行う。
トランジスタQ1及びQ6の各ゲートには、サブA/D
変換器21からの制御信号Spがそれぞれ入力され、N
MOSトランジスタQ2及びQ5の各ゲートには、サブ
A/D変換器21からの制御信号Szがそれぞれ入力さ
れている。また、NMOSトランジスタQ3及びQ4の
各ゲートには、サブA/D変換器21からの制御信号S
mがそれぞれ入力されている。NMOSトランジスタQ
1及びQ4は、基準電圧発生回路部14から基準電圧V
rPが印加されており、NMOSトランジスタQ1がオ
ンすると演算器23aのコンデンサC12に、NMOS
トランジスタQ4がオンすると演算器23bのコンデン
サC22にそれぞれ基準電圧VrPが印加される。
準電圧発生回路部14から基準電圧Vcomが印加され
ており、NMOSトランジスタQ2及びQ5がそれぞれ
オンすると、演算器23aのコンデンサC12及び演算
器23bのコンデンサC22に基準電圧Vcomがそれ
ぞれ印加される。同様に、NMOSトランジスタQ3及
びQ6は、基準電圧発生回路部14から基準電圧VrM
が印加されており、NMOSトランジスタQ3がオンす
ると演算器23aのコンデンサC12に、NMOSトラ
ンジスタQ6がオンすると演算器23bのコンデンサC
22にそれぞれ基準電圧VrMが印加される。
ランジスタQ11のゲートには、内部クロック発生回路
部15からの内部クロック信号CK1が入力され、NM
OSトランジスタQ12のゲートには、内部クロック発
生回路部15からの内部クロック信号CK2が入力され
ている。また、NMOSトランジスタQ13及びQ14
の各ゲートには、内部クロック信号CK2の信号レベル
を反転した反転信号CK2Bがそれぞれ入力されてい
る。NMOSトランジスタQ13及びQ14がオンする
と、コンデンサC11及びC12にそれぞれ正側入力電
圧ViPが印加される。
オンして、NMOSトランジスタQ12はオフしてお
り、増幅器2を短絡してコンデンサC11及びC12に
正側入力電圧ViPで充電し、正側入力電圧ViPのサ
ンプリングを行う。このような正側入力電圧ViPのサ
ンプリング動作を行っているときは、増幅器2は短絡さ
れているため、増幅器2は高い増幅率を必要としないこ
とから、増幅器2は、内部クロック信号CK1oによっ
て、図1で示した各スイッチSW1,SW2がそれぞれ
オンして各反転増幅器A1,A2を短絡させる。
3,Q14をそれぞれオフさせると共に、NMOSトラ
ンジスタQ12をオンさせることによって、コンデンサ
C11を増幅器2に接続させる。このような場合、増幅
器2が高い増幅率を必要とすることから、増幅器2は、
内部クロック信号CK1oによって、図1で示した各ス
イッチSW1,SW2がそれぞれオフして各反転増幅器
A1,A2を動作させるようにする。
制御回路33から、各制御信号Sp,Sz,Smがそれ
ぞれ出力され、NMOSトランジスタQ1〜Q3の内、
選択されたトランジスタがオンして基準電圧VrP,V
com,VrMのいずれか1つがコンデンサC12に印
加される。このようにして、演算器23aは所定の演算
動作を行い、増幅器2で増幅して正側出力電圧VoPを
得ることができる。
トランジスタQ21のゲートには、内部クロック発生回
路部15からの内部クロック信号CK1が入力され、N
MOSトランジスタQ22のゲートには、内部クロック
発生回路部15からの内部クロック信号CK2が入力さ
れている。また、NMOSトランジスタQ23及びQ2
4の各ゲートには、反転信号CK2Bがそれぞれ入力さ
れている。NMOSトランジスタQ23及びQ24がオ
ンすると、コンデンサC21及びC22にそれぞれ負側
入力電圧ViMが印加される。
オンして、NMOSトランジスタQ22はオフしてお
り、増幅器3を短絡してコンデンサC21及びC22に
負側入力電圧ViMで充電し、負側入力電圧ViMのサ
ンプリングを行う。このような負側入力電圧ViMのサ
ンプリング動作を行っているときは、増幅器3は短絡さ
れているため、増幅器3は高い増幅率を必要としないこ
とから、増幅器3は、内部クロック信号CK1oによっ
て、図1で示した各スイッチSW1,SW2がそれぞれ
オンして各反転増幅器A1,A2を短絡させる。
3,Q24をそれぞれオフさせると共に、NMOSトラ
ンジスタQ22をオンさせることによって、コンデンサ
C21を増幅器3に接続させる。このような場合、増幅
器3が高い増幅率を必要とすることから、増幅器3は、
内部クロック信号CK1oによって、図1で示した各ス
イッチSW1,SW2がそれぞれオフして各反転増幅器
A1,A2を動作させるようにする。
制御回路33から、各制御信号Sp,Sz,Smがそれ
ぞれ出力され、NMOSトランジスタQ4〜Q6の内、
選択されたトランジスタがオンして基準電圧VrP,V
com,VrMのいずれか1つがコンデンサC22に印
加される。このようにして、演算器23bは所定の演算
動作を行い、増幅器3で増幅して負側出力電圧VoMを
得ることができる。
換器10のA/D変換回路AD1〜ADmにおける各演
算回路25に、図1で示した擬似差動増幅回路1をそれ
ぞれ使用することによって、並列パイプライン型A/D
変換器10の低消費電力化及び低電圧化を図ることがで
きる。
1〜ADmにそれぞれ擬似差動増幅回路1を使用した場
合について説明したが、擬似差動増幅回路1の各増幅器
2及び3の特性が異なると、各A/D変換回路AD1〜
ADmにおいて、正側出力電圧VoPと負側出力電圧V
oMを加算して1/2倍したコモンモードの電圧、すな
わち正側出力電圧VoPと負側出力電圧VoMの平均値
が変動する場合が考えられる。A/D変換回路AD1〜
ADmの数が多くなるほど、このような変動は大きくな
り、並列パイプライン型A/D変換器10としての性能
低下につながる。
Dmにおいて、例えば2段おき又は3段おきといったよ
うに所定の箇所のA/D変換回路を、図7で示すよう
に、擬似差動増幅回路1の代わりに通常の差動増幅回路
41を使用したA/D変換回路40に置き換えるように
する。該差動増幅回路41には、例えば図10で示した
差動増幅回路100のような従来の差動増幅回路を使用
すればよい。このようにすることにより、発生した前記
コモンモードの電圧変動はA/D変換回路40でなくす
ことができ、並列パイプライン型A/D変換器10とし
ての性能低下を防止することができる。このことから、
増幅器2と増幅器3の特性が異なった場合においても、
性能を低下させることなく並列パイプライン型A/D変
換器10の低消費電力化及び低電圧化を図ることができ
る。
擬似差動増幅回路は、差動対を使用することなく、一対
の入力信号を対応して増幅する同一の2つの増幅器2,
3を用いて擬似的な差動増幅回路1を形成するようにし
た。このことから、低消費電力化を行うことができると
共に低電圧動作を行うことができる、差動増幅機能を有
した回路を得ることができる。また、このような擬似差
動増幅回路1を並列パイプライン型A/D変換器10に
おけるA/D変換回路AD1〜ADmの各演算回路25
に使用するようにした。このことから、A/D変換器の
低消費電力化及び低電圧化を図ることができる。
では、擬似差動増幅回路1の増幅器2及び3の特性が同
一でなくなると、該擬似差動増幅回路1を使用したA/
D変換回路において、コモンモードの電圧変動が生じる
可能性があったが、擬似差動増幅回路にコモンモードの
電圧変動を補正する回路を設けるようにしてもよく、こ
のようにしたものを本発明の第2の実施の形態とする。
る擬似差動増幅回路の構成例を示した図である。なお、
図8では、図1と同じものは同じ符号で示し、ここでは
その説明を省略すると共に図1との相違点のみ説明す
る。図8における図1との相違点は、図1の擬似差動増
幅回路1に、コンデンサC51〜C54、バッファ回路
55及びスイッチ56を設けたことにあり、これに伴っ
て、図1の擬似差動増幅回路1を擬似差動増幅回路50
とした。なお、スイッチ56はスイッチ部をなす。
増幅器2,3、コンデンサC51〜C54、ソースフォ
ロワをなすバッファ回路55及びスイッチ56で構成さ
れている。増幅器2の出力端と増幅器3の出力端との間
には、コンデンサC51とC52が直列に接続されてお
り、増幅器2の入力端と増幅器3の入力端との間には、
コンデンサC53とC54が直列に接続されている。コ
ンデンサC51とC52との接続部には、バッファ回路
55の入力端が接続され、コンデンサC53とC54と
の接続部にバッファ回路55の出力端が接続されてい
る。また、コンデンサC51とC52との接続部は、ス
イッチ56を介して基準電圧Vcomが印加される。
1及びC52の容量は同じであり、スイッチ56をオン
してコンデンサC51及びC52にそれぞれ基準電圧V
comを印加すると、コンデンサC51及びC52は、
それぞれ基準電圧Vcomに対する、増幅器2の出力電
圧である正側出力電圧VoPと増幅器3の出力電圧であ
る負側出力電圧VoMの平均値(VoP+VoM)/2
との電圧差をそれぞれ記憶する。次にスイッチ56をオ
フして遮断状態にすると、コンデンサC51及びC52
に記憶された電圧差がバッファ回路55を介してコンデ
ンサC53及びC54に印加され、増幅器2及び3の入
力電圧を変化させる。
器3の出力電圧VoMの平均値(VoP+VoM)/2
が基準電圧Vcomよりも大きくなると、バッファ回路
55の入力電圧ViBは基準電圧Vcomよりも大きく
なる。このような変化がバッファ回路55の出力端に伝
達され、コンデンサC53とC54に印加される電圧を
上昇させ、該電圧上昇に相当する電荷がコンデンサC5
3及びC54に転送される。このときの極性は、増幅器
2及び3の各入力電圧を共に低下させる方向になる。す
なわち、擬似差動増幅回路50は、正側出力電圧VoP
と負側出力電圧VoMの平均値が変動しようとすると、
該変動を抑制するように動作する。なお、増幅器2の出
力電圧VoPと増幅器3の出力電圧VoMの平均値(V
oP+VoM)/2が小さくなる場合も、該平均値が大
きくなる場合と同様であるのでその説明を省略する。
を図5の演算回路25に使用した場合について、図9を
用いて説明する。なお、図9では、図5と同じものは同
じ符号で示しており、ここではその説明を省略し、擬似
差動増幅回路50の動作について説明する。図9におい
て、スイッチ56は、内部クロック発生回路部15から
の内部クロック信号CK1に応じてスイッチングを行
う。前記第1の実施の形態で説明したように、演算回路
25は、正側入力電圧ViP及び負側入力電圧ViMに
対して、それぞれサンプリングして2倍に増幅し、更に
サブA/D変換器21からの制御信号に応じて、基準電
圧VrP,Vcom,VrMのいずれかを引く演算をそ
れぞれ行う。
ViPを対応する2つのコンデンサC11及びC12
に、負側入力電圧ViMを対応する2つのコンデンサC
21及びC22にそれぞれサンプリングするフェーズ
と、該サンプリングした正側入力電圧ViP及び負側入
力電圧ViMを擬似差動増幅回路でそれぞれ2倍に増幅
するフェーズがある。演算回路25は、このような2つ
のフェーズを1クロック周期で繰り返し実行する。
Mをサンプリングするフェーズでは、増幅器2の入力端
と出力端との間をNMOSトランジスタQ11で、増幅
器3の入力端と出力端との間をNMOSトランジスタQ
21でそれぞれ短絡する。このとき、擬似差動増幅回路
50のスイッチ56をオンさせて導通状態にし、バッフ
ァ回路55の入力端、コンデンサC51及びC52にそ
れぞれ基準電圧Vcomを印加させる。このとき、コン
デンサC51が、下記(7)式で示した電圧Vc1に充
電され、コンデンサC52が、下記(8)式で示した電
圧Vc2に充電される。
2はコンデンサC52の両端の電圧をそれぞれ示し、V
oSは、増幅器2の入力端と出力端を短絡させたときの
正側出力電圧VoP及び増幅器3の入力端と出力端を短
絡させたときの負側出力電圧VoMを示す。
にすると、バッファ回路55の入力端の電荷Qは、コン
デンサC51及びC52の各容量をそれぞれCとした場
合、下記(9)式のようになる。 Q=C×(Vc1+Vc2)………………(9)
21がオフして遮断状態になり、増幅器2の出力端から
前記(5)式で示した正側出力電圧VoPが、増幅器3
の出力端から前記(6)式で示した負側出力電圧VoM
がそれぞれ出力される。このときのバッファ回路55の
入力端の電圧をV1とすると、バッファ回路55の入力
端に電荷保存則が成り立つことから、電荷Qは下記(1
0)式のようになる。 Q=C×(V1−VoP)+C×(V1−VoM)………………(10)
記(11)式が成り立つ。 V1−Vcom=(VoP+VoM)/2−VoS………………(11) (11)式は、正側出力電圧VoPと負側出力電圧Vo
Mの平均値がVoSから変動すると、該変動した分だけ
V1が基準電圧Vcomから変動することを示してい
る。V1は、バッファ回路55によって、コンデンサC
53及びC54の各一端にそれぞれ伝達される。
21がオフして遮断状態になった場合について説明す
る。ここで、何らかの影響、例えば正側入力電圧ViP
及び負側入力電圧ViMに共通のオフセット電圧が加わ
って、正側出力電圧VoPと負側出力電圧VoMの平均
値がVoSよりも大きくなったとする。この場合、V1
は、該変動分だけ基準電圧Vcomよりも大きくなり、
該V1の変動がバッファ回路55の出力端に伝わり、コ
ンデンサC53及びC54に印加される電圧を上昇させ
る。該電圧上昇に相当する電荷がコンデンサC11及び
C21にそれぞれ転送され、増幅器2及び3の各出力電
圧を共に引き下げるように作用する。
ADmにおいて、正側出力電圧VoPと負側出力電圧V
oMの平均値がVoSから変動しようとした際に、該変
動を抑制することができ、正側出力電圧VoPと負側出
力電圧VoMの平均値が所定の基準電圧Vcomで一定
になるようにすることができる。このため、A/D変換
回路AD1〜ADmのいくつかに、従来の差動増幅回路
を使用したA/D変換回路40を使用する必要がなく、
高性能で更に低消費電力化を行うことができる並列パイ
プライン型A/D変換器を得ることができる。
擬似差動増幅回路は、基準電圧Vcomに対する、増幅
器2の出力電圧VoPと増幅器3の出力電圧VoMの平
均値(VoP+VoM)/2との電圧差をコンデンサC
51及びC52に記憶させ、バッファ回路55を介して
該電圧差をコンデンサC53及びC54にそれぞれ印加
し、該電圧差がなくなるように増幅器2及び3の入力電
圧を変化させるようにした。このことから、低消費電力
化及び低電圧化を図ることができる高性能な擬似差動増
幅回路を得ることができる。
おけるスイッチSW1,SW2及び前記第2の実施の形
態におけるスイッチ56は、電子デバイスで形成された
スイッチを示しているが、可能であるならば機械的接点
を有するスイッチであってもよい。
の擬似差動増幅回路によれば、差動対を使用することな
く、一対の入力信号を対応して増幅する同一回路で同一
特性の2つの第1及び第2の各増幅器を用いて擬似的な
差動増幅回路を形成するようにした。このことから、低
消費電力化を行うことができると共に低電圧動作を行う
ことができる、差動増幅機能を有した回路を得ることが
できる。
に直列に接続された第1及び第2の各コンデンサと、各
増幅器のそれぞれの入力端との間に直列に接続された第
3及び第4の各コンデンサと、第1及び第2の各コンデ
ンサの接続部の電圧を第3及び第4の各コンデンサの接
続部に伝達するバッファ回路部と、入力された制御信号
に応じて第1及び第2の各コンデンサの接続部に対して
所定の電圧の印加制御を行うスイッチ部とを備え、第1
及び第2の各コンデンサは、スイッチ部から所定の電圧
が印加されると、該所定の電圧と前記第1及び第2の各
増幅器から出力される2つの信号の平均値との電圧差を
それぞれ記憶し、前記第3及び第4の各コンデンサは、
一端にバッファ回路部を介して該電圧差がそれぞれ印加
されるようにした。このことから、擬似差動増幅回路に
おける各増幅器の出力電圧の平均値が変動することを防
止でき、低消費電力化及び低電圧化を図ることができる
高性能な擬似差動増幅回路を得ることができる。
が、それぞれシングルエンド型増幅器をなすようにした
ことから、更に一層、低消費電力化及び低電圧化を図る
ことができる。
ホールド回路から出力される一対の出力信号に対して、
A/D変換を行うと共にそれぞれ所定の方法で演算を行
って次段のA/D変換回路における一対の入力電圧とし
て出力する各A/D変換回路に、擬似差動増幅回路を使
用するようにした。このことから、A/D変換器の低消
費電力化及び低電圧化を図ることができる。
ホールド回路から出力される一対の出力信号に対して、
A/D変換を行うと共にそれぞれ所定の方法で演算を行
って次段のA/D変換回路における一対の入力電圧とし
て出力する各A/D変換回路の少なくとも1つのA/D
変換回路に、擬似差動増幅回路を使用し、他のA/D変
換回路には通常の差動増幅回路を使用するようにした。
このことから、A/D変換器の低消費電力化及び低電圧
化を図ることができると共に、擬似差動増幅回路におけ
る各増幅器の出力電圧の平均値が変動することによって
生じる性能の低下を防止することができ、低消費電力化
及び低電圧化を図ることができる高性能なA/D変換器
を得ることができる。
に、各増幅器のそれぞれの出力端との間に直列に接続さ
れた第1及び第2の各コンデンサと、各増幅器のそれぞ
れの入力端との間に直列に接続された第3及び第4の各
コンデンサと、第1及び第2の各コンデンサの接続部の
電圧を第3及び第4の各コンデンサの接続部に伝達する
バッファ回路部と、入力された制御信号に応じて第1及
び第2の各コンデンサの接続部に対して所定の電圧の印
加制御を行うスイッチ部とを備え、第1及び第2の各コ
ンデンサは、スイッチ部から所定の電圧が印加される
と、該所定の電圧と前記第1及び第2の各増幅器から出
力される2つの信号の平均値との電圧差をそれぞれ記憶
し、前記第3及び第4の各コンデンサは、一端にバッフ
ァ回路部を介して該電圧差がそれぞれ印加されるように
した。このことから、擬似差動増幅回路における各増幅
器の出力電圧の平均値が変動することを防止でき、低消
費電力化及び低電圧化を図ることができる高性能なA/
D変換器を得ることができる。
幅器が、それぞれシングルエンド型増幅器をなすように
したことから、更に一層、低消費電力化及び低電圧化を
図ることができる。
増幅回路の例を示した回路図である。
イプライン型A/D変換器の構成例を示した概略のブロ
ック図である。
示した概略のブロック図である。
を示した図である。
図である。
及び演算回路25に入力される各内部クロック信号の例
を示したタイミングチャートである。
差動増幅回路を使用した場合の例を示した図である。
増幅回路の構成例を示した図である。
路50を使用した場合の例を示した図である。
いる差動増幅回路の従来例を示した回路図である。
Claims (10)
- 【請求項1】 第1の入力信号を増幅して出力する第1
の増幅器と、 該第1の入力信号に対して相反する信号レベルをなす第
2の入力信号を増幅して出力する第2の増幅器と、を備
え、 前記第1及び第2の各増幅器は、同一の回路をなすと共
に同一の特性を有し、入力された一対の第1及び第2の
各入力信号に対して、擬似的に差動増幅を行って出力す
ることを特徴とする擬似差動増幅回路。 - 【請求項2】 前記第1及び第2の各増幅器におけるそ
れぞれの出力端との間に直列に接続された第1及び第2
の各コンデンサと、 前記第1及び第2の各増幅器におけるそれぞれの入力端
との間に直列に接続された第3及び第4の各コンデンサ
と、 前記第1及び第2の各コンデンサの接続部の電圧を該第
3及び第4の各コンデンサの接続部に伝達するバッファ
回路部と、 入力された制御信号に応じて、前記第1及び第2の各コ
ンデンサの接続部に対して、所定の電圧の印加制御を行
うスイッチ部と、を備えることを特徴とする請求項1記
載の擬似差動増幅回路。 - 【請求項3】 前記第1及び第2の各コンデンサは、ス
イッチ部から所定の電圧が印加されると、該所定の電圧
と前記第1及び第2の各増幅器から出力される2つの信
号の平均値との電圧差をそれぞれ記憶し、前記第3及び
第4の各コンデンサは、一端にバッファ回路部を介して
該電圧差がそれぞれ印加されることを特徴とする請求項
2記載の擬似差動増幅回路。 - 【請求項4】 前記第1及び第2の各増幅器は、それぞ
れシングルエンド型増幅器をなすことを特徴とする請求
項1、2又は3記載の擬似差動増幅回路。 - 【請求項5】 相対する電圧レベルをなす一対のアナロ
グ信号をそれぞれサンプリングしてホールドするサンプ
ルホールド回路と、該サンプルホールド回路から出力さ
れる一対の出力信号に対して、A/D変換を行うと共に
それぞれ所定の方法で演算を行って次段のA/D変換回
路における一対の入力電圧として出力する複数のA/D
変換回路とを有するA/D変換器において、 前記各A/D変換回路は、 入力された一対の入力電圧に対してA/D変換を行うサ
ブA/D変換器と、 該サブA/D変換器でA/D変換されたデータに対して
D/A変換を行うサブD/A変換器と、 該サブD/A変換器でD/A変換された電圧を用いて、
前記入力された一対の入力電圧に対して所定の演算をそ
れぞれ行う各演算器と、 該各演算器で得られたそれぞれの電圧に対して擬似的に
差動増幅を行って出力する、同一回路で同一特性を有す
る一対の増幅器からなる擬似差動増幅回路と、を備える
ことを特徴とするA/D変換器。 - 【請求項6】 相対する電圧レベルをなす一対のアナロ
グ信号をそれぞれサンプリングしてホールドするサンプ
ルホールド回路と、該サンプルホールド回路から出力さ
れる一対の出力信号に対して、A/D変換を行うと共に
それぞれ所定の方法で演算を行って次段のA/D変換回
路における一対の入力電圧として出力する複数のA/D
変換回路とを有するA/D変換器において、 前記各A/D変換回路の少なくとも1つのA/D変換回
路は、 入力された一対の入力電圧に対してA/D変換を行うサ
ブA/D変換器と、 該サブA/D変換器でA/D変換されたデータに対して
D/A変換を行うサブD/A変換器と、 該サブD/A変換器でD/A変換された電圧を用いて、
前記入力された一対の入力電圧に対して所定の演算をそ
れぞれ行う各演算器と、 該各演算器で得られたそれぞれの電圧に対して擬似的に
差動増幅を行って出力する、同一回路で同一特性を有す
る一対の増幅器からなる擬似差動増幅回路と、を備える
ことを特徴とするA/D変換器。 - 【請求項7】 前記各A/D変換回路における他のA/
D変換回路は、 入力された一対の入力電圧に対してA/D変換を行うサ
ブA/D変換器と、 該サブA/D変換器でA/D変換されたデータに対して
D/A変換を行うサブD/A変換器と、 該サブD/A変換器でD/A変換された電圧を用いて、
前記入力された一対の入力電圧に対して所定の演算をそ
れぞれ行う各演算器と、 該各演算器で得られたそれぞれの電圧に対して差動増幅
を行って出力する差動増幅回路と、を備えることを特徴
とする請求項6記載のA/D変換器。 - 【請求項8】 前記擬似差動増幅回路は、 前記各増幅器のそれぞれの出力端との間に直列に接続さ
れた第1及び第2の各コンデンサと、 前記各増幅器におけるそれぞれの入力端との間に直列に
接続された第3及び第4の各コンデンサと、 第1及び第2の各コンデンサの接続部の電圧を、第3及
び第4の各コンデンサの接続部に伝達するバッファ回路
部と、 入力された制御信号に応じて、第1及び第2の各コンデ
ンサの接続部に対して、所定の電圧の印加制御を行うス
イッチ部と、を備えることを特徴とする請求項5、6又
は7記載のA/D変換器。 - 【請求項9】 前記第1及び第2の各コンデンサは、ス
イッチ部から所定の電圧が印加されると、該所定の電圧
と各増幅器から出力される2つの信号の平均値との電圧
差をそれぞれ記憶し、前記第3及び第4の各コンデンサ
は、一端にバッファ回路部を介して該電圧差がそれぞれ
印加されることを特徴とする請求項8記載のA/D変換
器。 - 【請求項10】 前記擬似差動増幅回路の各増幅器は、
それぞれシングルエンド型増幅器をなすことを特徴とす
る請求項5、6、7、8又は9記載のA/D変換器。
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