JP2006262001A - Ad converter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、フォールディング・インターポーレーティング(折り返し・補間)型のAD変換器に関するものである。 The present invention relates to a folding / interpolating (folding / interpolating) type AD converter.
図5にフォールディング・インターポーレーティング型のAD変換器の概略構成を示す(例えば、特許文献1〜3参照)。このAD変換器は、入力アナログ信号VINと基準電圧発生部10で発生した複数の基準電圧とをプリアンプ部20で増幅して折り返し部30に入力し、そこで折り返し信号F0P,F0M,F1P,F1Mを生成し、これをバッファ41〜44をもつバッファ部40でそれぞれ増幅して補間部50に入力して、ここで複数の補間信号を作成し、これを下位比較部60で比較し、その比較結果を下位エンコーダ70で符号化して下位ビットを作成する。また、入力アナログ信号VINと基準電圧発生部10で発生した複数の基準電圧とを上位比較部80で比較して、その比較結果を上位エンコーダ90で符号化して上位ビットを作成する。そして、下位エンコーダ70で作成した下位ビットと上位エンコーダ90で作成した上位ビットを出力部100で合わせることにより、変換されたデジタル信号が出力する。このフォールディング・インターポーレーティング型のAD変換器は、補間部50で補間信号を作成することで、比較器の入力ダイナミックレンジの要求が緩和され、結果として高速なAD変換が可能となる。
FIG. 5 shows a schematic configuration of a folding / interpolating AD converter (see, for example,
図6に6ビット(上位3ビット、下位3ビット)出力の場合の折り返し部30から出力する4個の折り返し信号F0P,F0M,F1P,F1Mと補間部50で得られる複数の補間信号の特性を示す。基準電圧発生部10で発生した基準電圧Vref1〜Vref8によって、入力電圧VINは、折り返し部30において、相補関係にある折り返し信号F0PとF0M、同様に相補関係にある折り返し信号F1P,F1Mに変換される。なお、折り返し信号F0PとF1Pは90度の位相差をもつ。
FIG. 6 shows characteristics of four return signals F0P, F0M, F1P, F1M output from the
各基準電圧Vref1〜Vref8間の各レンジ(1)〜(8)は、上位比較部80と上位エンコーダ90によって得られる上位3ビットによって識別される。この上位3ビットで識別された1つのレンジ内は、下位3ビットによって8レベルに識別されるが、これは次段の補間部50から出力する4個の折り返し信号F0P,F0M,F1P,F1Mと補間信号VR01P〜VR07P,VR11P〜VR17P,VR01M〜VR07M、VR11M〜VR17Mを下位比較部60で比較し、下位エンコーダ70で符号化することによって行われる。
The ranges (1) to (8) between the reference voltages Vref1 to Vref8 are identified by the upper 3 bits obtained by the
補間部50は、図7に示すように、リング状に接続された複数の抵抗Rからなり、その4個の接続点に折り返し信号F0P,F0M,F1P,F1Mを入力し、その折り返し信号F0P,F0M,F1P,F1Mと各抵抗Rの共通接続点の信号VR01M〜VR07M,VR11M〜VR17M,VR01P〜VR07P,VR11PM〜VR17Pを下位比較部60に入力する。下位比較部60においては、図8に示すように、16個の比較器601〜616により比較を行い、この比較結果が下位デコーダ70に入力されて、下位3ビットの変換データが得られる。
ところが、このフォールディング・インターポーレーティング型のAD変換器は、入力信号VINを内部で加工(折り返しと補間)するため、その内部の相対精度が低い場合には、変換結果に誤差が生じる。たとえば、補間部50に相対誤差がある場合、特定のコードに集中して変換誤差が生じてしまう。
However, since this folding / interpolating AD converter processes the input signal VIN internally (folding and interpolation), an error occurs in the conversion result when the internal relative accuracy is low. For example, when there is a relative error in the
図9は補間部50に誤差をもつ補間特性を示す図であり、3ビットで表される上位ビットのレンジ(1)、(2)、(4)、(5)、(6)、(8)の下位ビットの変換特性は理想的な特性であるが、レンジ(3)、(7)の変換特性に誤差がある場合を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing an interpolation characteristic having an error in the
上位ビットのレンジ(1)、(2)、(4)、(5)、(6)、(8)では、その下位ビットの入力電圧VINに対する変換特性は図10(a)に示すような線形性をもち、3ビットで表される下位ビットのすべてのコードのビット幅(=出現確率)は1/8の理想状態となる。しかし、上位ビットのレンジ(3)、(7)では、その下位ビットの入力電圧VINに対する変換特性は図10(b)に示すように、そのコード「011」のビット幅が極端に狭く1/32しかなく、コード「100」のビット幅が極端に広く7/32となっていて、このままでは、理想的なビット幅である1/8に対して±75%の誤差になる(図11参照)。AD変換器の直線性誤差で表せば、±0.75LSBに相当する。この結果、出力部100から出力するデジタル値のうち、コード「010011」、「010100」、「110011」、「110100」が、常に大きな変換誤差を持つことになる。
In the upper bit ranges (1), (2), (4), (5), (6), and (8), the conversion characteristics of the lower bits with respect to the input voltage VIN are linear as shown in FIG. The bit width (= appearance probability) of all the codes of the lower bits represented by 3 bits is an ideal state of 1/8. However, in the upper bit ranges (3) and (7), as shown in FIG. 10 (b), the conversion characteristics of the lower bits with respect to the input voltage VIN have an extremely narrow bit width of the code “011”. There is only 32, and the bit width of the code “100” is 7/32 which is extremely wide, and with this as it is, an error of ± 75% with respect to 1/8 which is an ideal bit width (see FIG. 11). ). When expressed in terms of linearity error of the AD converter, this corresponds to ± 0.75 LSB. As a result, among the digital values output from the
本発明の目的は、上記のように内部回路の相対誤差によって特定のコードに限って発生していた変換誤差を全体に分散させて、変換性能を向上させたフォールディング・インターポーレーティング型のAD変換器を提供することである。 An object of the present invention is a folding interpolating type AD conversion in which the conversion error generated only in a specific code due to the relative error of the internal circuit as described above is dispersed throughout to improve the conversion performance. Is to provide a vessel.
上記課題を解決するために、請求項1にかかる発明は、基準電圧発生部と、該基準電圧発生部で発生した複数の基準電圧と入力電圧を比較して複数の折り返し信号を作成する折り返し部と、該折り返し部で作成した各折り返し信号をそれぞれ同時に入力して補間信号を作成する補間部と、該補間部で作成した補間信号および前記各折り返し信号を相互比較する下位比較部と、該下位比較部の比較結果を符号化する下位エンコーダと、前記基準電圧発生部で発生した複数の基準電圧と前記入力電圧を比較する上位比較部と、該上位比較部の比較結果を符号化する上位エンコーダと、該上位エンコーダの出力と前記下位エンコーダの出力を合成して所定ビットのデジタル信号を出力する出力部とを具備するフォールディング・インターポーレーティング型のAD変換において、前記折り返し部と前記補間部の間に、前記折り返し部で作成した前記各折り返し信号を切り替えて前記補間部に入力させる切替部を設けたことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to
請求項2にかかる発明は、請求項1に記載のAD変換器において、前記切替部は、前記各折り返し信号を所定周期で順次巡回的に切り替えることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the AD converter according to the first aspect of the present invention, the switching unit sequentially switches the return signals cyclically at a predetermined cycle.
請求項3にかかる発明は、請求項1又は2に記載のAD変換器において、前記切替部と前記補間部との間に各折り返し信号を増幅するバッファ部を設けたことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the AD converter according to the first or second aspect, a buffer unit for amplifying each folding signal is provided between the switching unit and the interpolation unit.
本発明によれば、回路の相対誤差に起因する、特定のコードで規則的に起こりやすい変換誤差を全体に分散させるので、AD変換器の性能を向上させることができる。 According to the present invention, since conversion errors that are likely to occur regularly in a specific code due to the relative error of the circuit are dispersed throughout, the performance of the AD converter can be improved.
以下、本発明のフォールディング・インターポーレーティング型のAD変換器の実施例について説明する。図1はその一つの実施例を示すブロック図であり、10は基準電圧発生部、20は基準電圧と入力電圧VINをサンプリングして個々に増幅する複数のプリアンプを有するプリアンプ部、30は複数の基準電圧と入力信号VINから折り返し信号F0P,F0M,F1P,F1Mを生成する折り返し部、40は折り返し信号F0P,F0M,F1P,F1Mを増幅するバッファ41〜44からなるバッファ部、50は折り返し信号F0P,F0M,F1P,F1Mから補間信号を作成する補間部、60は補間部50で得られた補間信号および前記折り返し信号を相互比較する下位比較部、70は下位比較部60の比較結果を符号化する下位エンコーダ、80は基準電圧発生部10で発生する基準電圧と入力信号を入力して比較する上位比較部、90は上位比較部80の比較結果を符号化する上位エンコーダ、100は下位エンコーダ70と上位エンコーダ90の出力コードを合成して出力する出力部である。
Embodiments of the folding / interpolating AD converter of the present invention will be described below. FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, in which 10 is a reference voltage generator, 20 is a preamplifier having a plurality of preamplifiers for sampling and amplifying the reference voltage and the input voltage VIN, and 30 is a plurality of A folding unit that generates folding signals F0P, F0M, F1P, and F1M from the reference voltage and the input signal VIN, 40 is a buffer unit that includes
本実施例では、このような基本的な構成に対して、折り返し信号を切り替える切替部110を折り返し部30とバッファ部40の間に新たに設けている。この切替部110は4つの折り返し信号F0P,F0M,F1P,F1Mを入力して、切替信号に応じてその内の1つを出力するセレクタ(MUX)111〜114からなる。
In the present embodiment, a
図2はこの切替部110の切り替え動作の説明図であり、切替信号S1が入力するときは、バッファ41〜44から出力する信号VA,VB,VC,VDは、そのまま折り返し信号F0P,F0M,F1P,F1Mとなるが、切替信号S2が入力するときは折り返し信号F1M,F0P,F0M,F1Pとなり、切替信号S3が入力するときは折り返し信号F1P,F1M,F0P,F0Mとなり、切替信号S4が入力するときは折り返し信号F0M,F1P,F1M,F0Pとなる。
FIG. 2 is an explanatory diagram of the switching operation of the
したがって、切替信号をS1→S2→S3→S4→S1→S2→・・・のように、順次巡回的に切り替える(例えば、入力信号VINをサンプリングするサンプリングクロック毎に切り替える)と、上位3ビット、下位3ビットで変換を行う場合では、補間部50において図9〜図11で説明したように、例えば、図9のレンジ(3)、(7)において変換誤差が発生している場合でも、この変換誤差が他のレンジに拡散され、図10(b)に示した下位ビットのコード「011」、「100」の変換特性(B)の状態となる確率が、各レンジにおいて1/4になる。
Therefore, when the switching signal is cyclically switched in the order of S1 → S2 → S3 → S4 → S1 → S2 →... (For example, switching for each sampling clock for sampling the input signal VIN), the upper 3 bits, In the case of performing conversion with the lower 3 bits, as described with reference to FIGS. 9 to 11 in the
このため、変換特性(B)の状態になる確率が、下位3ビットのコード「010」のビット幅は13/128まで上り、コード「100」のビット幅は19/128まで下がる。これは、理想的なビット幅1/8に対して、±18.75%の誤差、つまり、±0.1875LSBまで直線性誤差が改善されたことになる。
For this reason, the probability that the conversion characteristic (B) is in the state increases to the bit width of the code “010” of the lower 3 bits up to 13/128 and the bit width of the code “100” down to 19/128. This means that the linearity error is improved to an error of ± 18.75%, that is, ± 0.1875 LSB with respect to the
この実施例では、バッファ部40の各バッファ41〜44についても切り替えられることになるので、バッファ部40に相対誤差が発生している場合でも、これを緩和できる。
In this embodiment, since the
図4は本発明のフォールディング・インターポーレーティング型のAD変換器の別の実施例を示すブロック図である。ここでは、バッファ部40と補間部50の間に切替部110を挿入して、折り返し信号F0P,F0M,F1P,F1Mが順次巡回的に切り替わって補間部50に入力するようにしている。
FIG. 4 is a block diagram showing another embodiment of the folding interpolating AD converter of the present invention. Here, the
このように、バッファ部40と補間部50の間に切替部110を挿入しても、補間部50に相対誤差が発生している場合、これを緩和することができる。
Thus, even if the
10:基準電圧発生部
20:プリアンプ部
30:折り返し部
40:バッファ部
50:補間部
60:下位比較部
70:下位エンコーダ
80:上位比較部
90:上位エンコーダ
100:出力部
110:切替部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10: Reference voltage generation part 20: Preamplifier part 30: Loop-back part 40: Buffer part 50: Interpolation part 60: Lower order comparison part 70: Lower order encoder 80: High order comparison part 90: High order encoder 100: Output part 110: Switching part
Claims (3)
前記折り返し部と前記補間部の間に、前記折り返し部で作成した前記各折り返し信号を切り替えて前記補間部に入力させる切替部を設けたことを特徴とするAD変換器。 A reference voltage generation unit, a folding unit that creates a plurality of folding signals by comparing a plurality of reference voltages generated by the reference voltage generating unit and an input voltage, and each folding signal created by the folding unit are simultaneously input. An interpolation unit that creates an interpolation signal, a lower comparison unit that mutually compares the interpolation signal created by the interpolation unit and each folding signal, a lower encoder that encodes the comparison result of the lower comparison unit, and the reference voltage A high-order comparison unit that compares the input voltage with a plurality of reference voltages generated by the generation unit, a high-order encoder that encodes the comparison result of the high-order comparison unit, and an output of the high-order encoder and an output of the low-order encoder In a folding interpolating AD conversion comprising an output unit that outputs a digital signal of a predetermined bit
An AD converter characterized in that a switching unit is provided between the folding unit and the interpolating unit to switch the respective folding signals created by the folding unit and input the signals to the interpolation unit.
前記切替部は、前記各折り返し信号を所定周期で順次巡回的に切り替えることを特徴とするAD変換器。 The AD converter according to claim 1,
The AD converter is characterized in that the switching unit sequentially and cyclically switches the return signals at a predetermined cycle.
前記切替部と前記補間部との間に各折り返し信号を増幅するバッファ部を設けたことを特徴とするAD変換器。 The AD converter according to claim 1 or 2,
An AD converter comprising a buffer unit for amplifying each folding signal between the switching unit and the interpolation unit.
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KR101200942B1 (en) | 2011-10-10 | 2012-11-13 | 동국대학교 산학협력단 | Analog-digital converter and method thereof |
CN107171671A (en) * | 2017-05-12 | 2017-09-15 | 中国科学院上海高等研究院 | A kind of two-stage multiple position quantizer and analog-digital converter |
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