JP2006509416A - フラッシュタイプａ／ｄ変換器における電圧ステップの非線形分配 - Google Patents

Abstract

入力電圧Ｖ_ＩＮをデジタル出力に変換するための方法、装置、及びシステムが開示される。一つ或いは複数のフラッシュタイプアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器内で、Ｖ_ＩＮと参照電圧とを比較することで、Ｖ_ＩＮを表すデジタル出力が生成される。１つのＡ／Ｄ変換器が用いられる場合は、そのＡ／Ｄ変換器は非線形とされる。１つより多くのＡ／Ｄ変換器が用いられる場合は、これらＡ／Ｄ変換器は互いに線形とされる。

Description

本発明は入力信号をデジタル出力に変換するための方法、装置、及びシステムに関する。

発明の背景

現在のフラッシュタイプアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器は、低入力電圧において高い相対誤差によって特徴付けられる。このため、フラッシュタイプアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器のデジタル出力内の相対誤差を低い入力電圧において効率的に低減できる方法、装置、及びシステムに対する必要性がある。

第一の実施例においては、本発明は、最低電圧Ｖ_ＲＥＦ−と最高電圧Ｖ_ＲＥＦ＋によって定義された動作電圧範囲内にある入力電圧Ｖ_ＩＮを、デジタル出力に変換するように適応されたフラッシュタイプアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器を提供し、
前記Ａ／Ｄ変換器は、Ｎが少なくとも３であるとき、
Ｖ_ＲＥＦ−とＶ_ＲＥＦ＋との間に非線形的に分配され、Ｖ_ＲＥＦ−＜Ｖ_１＜Ｖ_２＜．．．＜Ｖ_Ｎ＜Ｖ_ＲＥＦ＋に従って順序付けられたＮ個の参照電圧Ｖ_１，Ｖ_２，．．．，Ｖ_Ｎと、
前記Ｎ個の参照電圧と１対１の原理で関連付けられ、それぞれがＶ_ＩＮと、関連付けられた参照電圧との間の比較を行うように適応されて前記比較の結果を反映するバイナリビットを生成するためのビット生成手段を備えた、Ｎ個の比較器と、
前記ビット生成手段によって生成されたバイナリビットの解析からデジタル出力を生成する符号器手段と、
を備えている。

第二の実施例においては、本発明は、入力電圧Ｖ_ＩＮが最低電圧Ｖ_ＲＥＦ−と最高電圧Ｖ_ＲＥＦ＋との間に入るように、前記入力電圧Ｖ_ＩＮをデジタル出力に変換するための方法を提供し、この方法は、
Ｎが少なくとも３であるとき、Ｖ_ＲＥＦ−とＶ_ＲＥＦ＋との間に非線形的に分配され、Ｖ_ＲＥＦ−＜Ｖ_１＜Ｖ_２＜．．．＜Ｖ_Ｎ＜Ｖ_ＲＥＦ＋に従って順序付けられたＮ個の参照電圧Ｖ_１，Ｖ_２，．．．，Ｖ_Ｎを提供するステップと、
Ｖ_ＩＮを前記Ｎ個の参照電圧の各々と比較するステップと、
前記比較の各々に対して、前記比較のバイナリ結果を反映するバイナリビットを生成するステップと、
前記生成されたバイナリビットの解析から前記デジタル出力を生成するステップと、
を含む。

第三の実施例においては、本発明は、入力電圧Ｖ_ＩＮをデジタル出力に変換するためのシステムを提供し、このシステムは、
Ｋ≧２であるとき、それぞれが、△Ｖ_１＜△Ｖ_２＜．．．＜△Ｖ_Ｋである参照電圧ステップサイズ△Ｖ_１，△Ｖ_２，．．．，△Ｖ_Ｋによって特徴付けられ、それぞれが、Ｖ_ＩＮをマルチビットストリングＳ_１，Ｓ_２，．．．，Ｓ_Ｋに変換するために適応された、Ｋ個の線形フラッシュタイプアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器装置Ｚ_１，Ｚ_２，．．．，Ｚ_Ｋと、
Ｓ_１，Ｓ_２，．．．，Ｓ_Ｋ内に含まれる精度を保存するために十分なビット数を有する前記デジタル出力を生成するためにＳ_１，Ｓ_２，．．．Ｓ_Ｋを組み合わせるための符号器手段と、
を備えている。

第四の実施例においては、本発明は、入力電圧Ｖ_ＩＮをデジタル出力に変換するための方法を提供し、この方法は、
Ｋ≧２であるとき、△Ｖ_１＜△Ｖ_２＜．．．＜△Ｖ_Ｋである参照電圧ステップサイズ△Ｖ_１，△Ｖ_２，．．．，△Ｖ_Ｋによってそれぞれ特徴付けられたＫ個の線形フラッシュタイプアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器装置Ｚ_１，Ｚ_２，．．．，Ｚ_Ｋを提供するステップと、
変換器装置Ｚ_１，Ｚ_２，．．．，Ｚ_Ｋによって、Ｖ_ＩＮを、それぞれマルチビットストリングＳ_１，Ｓ_２，．．．Ｓ_Ｋに変換するステップと、
Ｓ_１，Ｓ_２，．．．，Ｓ_Ｋ内に含まれる精度を保存するために十分なビット数を有する前記デジタル出力を生成するためにＳ_１，Ｓ_２，．．．，Ｓ_Ｋを組み合わせるステップと
を含む。

本発明はフラッシュタイプアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器のデジタル出力における相対誤差を、低い入力電圧において効率的に低減するための方法、装置、及びシステムを提供する。

フラッシュタイプアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器は、あるアナログ入力電圧を一組の参照電圧と比較する比較器のアレイを備える。これら参照電圧の間には、電圧ステップ(voltage steps)の関連付けられた組が存在する。これら比較器からの出力は、アナログ入力電圧と直接の関係を有するデジタル値に組み合わせられる。線形フラッシュタイプのＡ／Ｄがあれば、これら参照電圧は、線形的に分配され、これら電圧ステップは、一定とされる。非線形フラッシュタイプＡ／Ｄがあれば、これら参照電圧は、非線形的に分配され、これら電圧ステップは、一定でない。

図１は、本発明の実施例に従って、各々が０或いは１なるバイナリビットを含む出力ビット１１及び１２から決定されるとき２ビットデジタル出力符号１３を有する線形アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１０を示す。この出力符号１３（ビット１１、ビット１２）は、左から右へのシーケンスとされる。例えば、ビット１１とビット１２がそれぞれ１と０を含む場合は、この出力符号１３は、１０ｂ（２進数）となり、これは、２ｄ（１０進数）と等価である。線形変換器であるので、このＡ／Ｄ変換器１０は、最低電圧Ｖ_ＲＥＦ−と最高電圧_{ＶＲＥＦ＋}との間に、各々が同一の抵抗値Ｒを有する、４つの等しい抵抗を直列に有する。従って、これら４つの抵抗は、最低電圧Ｖ_ＲＥＦ−と最高電圧Ｖ_ＲＥＦ＋との間に線形的に分配される。これは、３つの参照電圧Ｖ_１、Ｖ_２、及びＶ_３と、４つの電圧ステップとを、Ｖ_ＲＥＦ−＜Ｖ_１＜Ｖ_２＜．．．＜Ｖ_Ｎ＜Ｖ_ＲＥＦ＋となるように定義する。（Ｖ_１−Ｖ_ＲＥＦ−）、（Ｖ_２−Ｖ_１）、（Ｖ_３−Ｖ_２）、及び（Ｖ_ＲＥＦ＋−Ｖ_３）から成るこれら４つの電圧ステップは、このＡ／Ｄ変換器１０の線形性により互いに等しくされ、これら３つの参照電圧Ｖ_１、Ｖ_２、及びＶ_３は、最低電圧Ｖ_ＲＥＦ−と最高電圧Ｖ_ＲＥＦ＋との間に線形的に分配されるといわれる。

この線形Ａ／Ｄ変換器１０は、更に、それぞれ、これら３つの参照電圧Ｖ_１、Ｖ_２、及びＶ_３と関連する３つの比較器Ｃ_１、Ｃ_２、及びＣ_３を備える。比較器Ｃ_１は、入力電圧Ｖ_ＩＮを参照電圧Ｖ_１と比較し、この比較の結果を反映するバイナリビットｂ_１（例えば、Ｖ_ＩＮ＜Ｖ_１の場合はｂ_１＝０、Ｖ_ＩＮ≧Ｖ_１の場合はｂ_１＝１）を出力する。比較器Ｃ_２は、入力電圧ＶＩＮを参照電圧Ｖ_２と比較し、この比較の結果を反映するバイナリビットｂ_２（例えば、Ｖ_ＩＮ＜Ｖ_２の場合はｂ_２＝０、Ｖ_ＩＮ≧Ｖ_２の場合はｂ_２＝１）を出力する。比較器Ｃ_３は、入力電圧Ｖ_ＩＮを参照電圧Ｖ_３と比較し、この比較の結果を反映するバイナリビットｂ_３（例えば、Ｖ_ＩＮ＜Ｖ_３の場合はｂ_３＝０、Ｖ_ＩＮ≧Ｖ_３の場合はｂ_３＝１）を出力する。

この線形Ａ／Ｄ変換器１０は、加えて、ビットｂ１、ｂ２、及びｂ３の解析から、ビット１１及び１２によって定義される出力符号１３を生成するための符号器１５を備える。この出力符号１３は、本発明の実施例に一致して、図２に示されるように、４つの可能な値、つまり、００ｂ、１０ｂ、０１ｂ、及び１１ｂ、の内の一つを有し、ここで、“ｂ”は二進数を表す。図２は、入力電圧Ｖ_ＩＮに対する出力符号１３の図であり、Ｖ_ＩＮは０から１の範囲に渡って（Ｖ_ＲＥＦ−＝０とＶ_ＲＥＦ＋＝１の間で）定義されるものと想定される。従って、図２は、０から１／４、１／４から１／２、１／２から３／４、及び３／４から１の間の、４つの等しい電圧ステップを示す。これら４つの出力符号がテーブル１に要約されるが、ここで、“出力符号”列内の“ｂ”及び“ｄ”は、それぞれ、二進数及び十進数を表す。
表１
出力符号 Ｖ_ＩＮの範囲 Ｖ_ＩＮの等価範囲
００ｂ＝０ｄ ０≦Ｖ_ｉｎ＜１／４ Ｖ_ｉｎ＝１／８±１／８
０１ｂ＝１ｄ １／４≦Ｖ_ＩＮ＜１／２ Ｖ_ＩＮ＝３／８±１／８
１０ｂ＝２ｄ １／２≦Ｖ_ＩＮ＜３／４ Ｖ_ＩＮ＝５／８±１／８
１１ｂ＝３ｄ ３／４≦Ｖ_ＩＮ＜１ Ｖ_ＩＮ＝７／８±１／８

図３は、本発明の実施例に一致する、１０個の出力ビットを用いる図１の線形Ａ／Ｄ変換器１０のための、入力電圧Ｖ_ＩＮに対する相対誤差を表現する。

図３からわかるように、相対誤差は、Ｖ_ＩＮが減少するにつれて、単調に増加し、Ｖ_ＩＮが０．１に接近すると、急激に増加する。この相対誤差は、Ｖ_ＩＮが０に接近すると、無限大となるが、これは、線形と非線形の両Ａ／Ｄ変換器の特性である。

図１乃至図３は、線形Ａ／Ｄ変換器１０と関連する２ビット出力符号を表現しているが、以下の議論では、一般的に、線形変換器のＸビット出力符号に関し、ここで、Ｘ≧２である。Ｎ＝２Ｘ−１と定義すると、各々が同一の抵抗値Ｒを有する２Ｘ個の抵抗が直列に存在し、これら２Ｘ個の抵抗は、Ｘ＝２の場合である図１に表現されているように、最低電圧Ｖ_ＲＥＦ−と最高電圧Ｖ_ＲＥＦ＋との間に直列に配置される。これら最低電圧Ｖ_ＲＥＦ−と最高電圧Ｖ_ＲＥＦ＋との間に線形的に分配されたＮ個の参照電圧Ｖ_１、Ｖ_２、．．．、Ｖ_Ｎが存在する。同様に、Ｎ個の比較器が存在する。Ｖ_ＲＥＦ−からＶ_ＲＥＦ＋の間には、電圧ステップの数が１＋比較器或いは参照電圧の数となるように、２Ｘ個の電圧ステップが存在する。任意の２つの連続する参照電圧間、或いはＶ_１とＶ_ＲＥＦ−の間、或いはＶ_ＲＥＦ＋とＶ_Ｎの間の電圧ステップは、（Ｖ_ＲＥＦ＋−Ｖ_ＲＥＦ−）／２Ｘとなる。絶対誤差は一定であり、（Ｖ_ＲＥＦ＋−Ｖ_ＲＥＦ−）／２Ｘ＋１である。相対誤差は（Ｖ_ＲＥＦ＋−Ｖ_ＲＥＦ−）／（Ｖ_ＩＮ＊２Ｘ＋１）として表されるが、これは、Ｖ_ＩＮが減少するにつれて増加し、Ｖ_ＩＮが０に接近すると無限大となる。この相対誤差のＶ_ＩＮに対する曲線の傾きは、１／Ｖ_ＩＮ ^２の割合で変化し、これによって、図３において、Ｖ_ＩＮが０．１に接近したとき、及び低い値のときに、相対誤差が極端に悪化する挙動を説明することができる。

Ｖ_ＩＮが低い値のときの相対誤差の減少することは、Ｘを増加させることで達成することもできるが、このことは、抵抗及び関連する参照電圧ならびに比較器の数を増加する。最大相対誤差εおよびＶ_ＭＩＮからＶ_ＭＡＸまでの入力範囲を、Ｖ_ＩＮに対して、０＜Ｖ_ＭＩＮ＜Ｖ_ＭＡＸ、かつ、Ｖ_ＭＩＮ≦Ｖ_ＩＮ≦Ｖ_ＭＡＸを満たすものと想定すると、必要となる出力ビット数Ｘを計算することができる。最もクリティカルなポイントにおいて（つまり、Ｖ_ＩＮがＶ_ＭＩＮに近いときに）、この最大誤差εが超えられないことを保証するためには、最大参照電圧ステップサイズは、２εＶ_ＭＩＮとなる。従って、要求される出力ビットの最小数Ｘ_ＭＩＮは

Ｘ_ＭＩＮ＝ｌｎ［（Ｖ_ＭＡＸ−Ｖ_ＭＩＮ）／（２εＶ_ＭＩＮ）／ｌｎ２ （１）

となる。

式（１）から計算されたとき、Ｘ_ＭＩＮが整数でない場合は、Ｘ_ＭＩＮは、次の整数値へ切り上げることが必要となる。一例として、０．１から１ボルトの入力範囲において、０．２％より大きな相対誤差を有することは許されない、線形フラッシュＡ／Ｄ変換器の場合は、少なくとも１２ビットデジタル出力を生成することを要求されるが、このためには、４０９５（つまり、２^１２−１）個の比較器或いは４０９６個の参照電圧ステップが要求される。つまり、Ｖ_ＭＩＮ＝Ｖ_ＲＥＦ−＝０．１ボルト、Ｖ_ＭＡＸ＝Ｖ_ＲＥＦ＋＝１ボルト、及びε＝０．００２なることが要求される。Ｖ_ＭＩＮ、Ｖ_ＭＡＸ、及びεのこれら値を、式（１）に代入すると、Ｘ_ＭＩＮ＝１１．１４が得られ、これは、切り上げられ、Ｘ_ＭＩＮ＝１２となる。図３に示されるように、最大相対誤差は、この切り上げのために概ね０．００１２となるが、これは指定される０．００２よりも低く、この相対誤差は要求されるそれよりも低くなる。Ｖ_ＩＮがＶ_ＭＡＸ＝１．０に近いときは、相対誤差は。概ね０．０００１１となり、これら要求されるそれよりもかなり低くなる。

図４は、本発明の実施例にしたがった、各々が０或いは１なるバイナリビットを含む出力ビット２１及び２２から決定される、２ビットデジタル出力符号２３を有する非線形フラッシュタイプＡ／Ｄ変換器２０を表している。この出力符号２３（ビット２１、ビット２２）は、左から右へのシーケンスとされる。例えば、ビット２１とビット２２がそれぞれ１と０を含めば、このときこの出力符号２３は、１０ｂ（二進数）となり、これは、２ｄ（十進数）と等価である。非線形変換器であるため、このＡ／Ｄ変換器２０は、抵抗Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３、及びＲ_４を有する直列の４つの抵抗器を備え、ここで、Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３、及びＲ_４は全て等しい抵抗値を有することはない。こうして、これら抵抗Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３、及びＲ_４は、最低電圧Ｖ_ＲＥＦ−と最高電圧Ｖ_ＲＥＦ＋の間に、非線形的に分配され、これによって、３つの参照電圧Ｖ_１、Ｖ_２、及びＶ_３と、４つの電圧ステップが、Ｖ_ＲＥＦ−＜Ｖ_１＜Ｖ_２＜．．．＜Ｖ_Ｎ＜Ｖ_ＲＥＦ＋となるように定義される。（Ｖ_１−Ｖ_ＲＥＦ−）、（Ｖ_２−Ｖ_１）、（Ｖ_３−Ｖ_２）、及び（Ｖ_ＲＥＦ＋−Ｖ_３）から成るこれら４つの電圧ステップは、このＡ／Ｄ変換器２０が非線形であるために、全て同一の値を有することはなく、これら３つの参照電圧Ｖ_１、Ｖ_２、及びＶ_３は、最低電圧Ｖ_ＲＥＦ−と最高電圧Ｖ_ＲＥＦ＋の間に非線形的に分配されるといわれる。

この非線形Ａ／Ｄ変換器２０は、更に、それぞれ、これら３つの参照電圧Ｖ_１、Ｖ_２、及びＶ_３と関連する３つの比較器Ｃ_１、Ｃ_２、及びＣ_３を備える。比較器Ｃ_１は、入力電圧Ｖ_ＩＮを参照電圧Ｖ_１と比較し、この比較の結果を反映するバイナリビットｂ_１（例えば、Ｖ_ＩＮ＜Ｖ_１の場合はｂ_１＝０、Ｖ_ＩＮ≧Ｖ_１の場合はｂ_１＝１）を出力する。比較器Ｃ_２は、入力電圧Ｖ_ＩＮを参照電圧Ｖ_２と比較し、この比較の結果を反映するバイナリビットｂ_２（例えば、Ｖ_ＩＮ＜Ｖ_２の場合はｂ_２＝０、Ｖ_ＩＮ≧Ｖ_２の場合はｂ_２＝１）を出力する。比較器Ｃ_３は、入力電圧Ｖ_ＩＮを参照電圧Ｖ_３と比較し、この比較の結果を反映するバイナリビットｂ_３（例えば、Ｖ_ＩＮ＜Ｖ_３の場合はｂ_３＝０、Ｖ_ＩＮ≧Ｖ_３の場合はｂ_３＝１）を出力する。

この非線形Ａ／Ｄ変換器２０は、加えて、ｂ_１、ｂ_２、及びｂ_３の解析から、ビット２１及び２２によって定義される出力符号２３を生成する符号器２５を備える。この出力符号２３は、４つの可能な値、つまり、００ｂ、１０ｂ、０１ｂ、及び１１ｂ、の内の一つを有し、ここで、“ｂ”は二進数を意味する。

非線形Ａ／Ｄ変換器の一つの特定のタイプは、参照電圧の連続する値間の比が一定であることを特徴とする等比(geometric)Ａ／Ｄ変換器である（これは“対数(logarithmic)”Ａ／Ｄ変換器とも呼ばれる）。こうして、もし図４が等比Ａ／Ｄ変換器を表すものとすると、Ｖ_ＲＥＦ＋／Ｖ_３＝Ｖ_３／Ｖ_２＝Ｖ_２／Ｖ_１＝Ｖ_１／Ｖ_ＲＥＦ−＝Ｃ＝一定＝（Ｖ_ＲＥＦ＋／Ｖ_ＲＥＦ−）^１／４となる。図１乃至図３と関連して上述の数値例（つまり、Ｖ_ＭＩＮ＝Ｖ_ＲＥＦ−＝０．１ボルト、Ｖ_ＭＡＸ＝Ｖ_ＲＥＦ＋＝１ボルト、及びε＝０．００２）において、この等比Ａ／Ｄ変換器は、特性として、Ｃ＝（１．０／０．１）^１／４＝１．７７８、Ｖ_１＝Ｃ＊Ｖ_ＲＥＦ−＝０．１７７８、Ｖ_２＝Ｃ＊Ｖ_１＝０．３１６２、Ｖ_３＝Ｃ＊Ｖ＝０．５６２３を有することとなる。図５は、０から１の範囲内で（つまり、Ｖ_ＲＥＦ−＝０とＶ_ＲＥＦ＋＝１との間で）定義されるＶ_ＩＮを有する等比Ａ／Ｄ変換器に対して上述の数値例を想定し、入力電圧Ｖ_ＩＮに対して出力符号２３の図である。こうして、図５は、０．１０から０．１８、０．１８から０．３２、０．３２から０．５６、及び０．５６から１０の間の、４つの等しくない電圧ステップを示す。これら４つの出力符号がテーブル２に要約されるが、ここで、“出力符号”列の“ｂ”及び“ｄ”は、それぞれ、二進数及び十進数を表す。
表２
出力符号 Ｖ_ＩＮの範囲
００ｂ＝０ｄ ０．１０≦Ｖ_ＩＮ＜０．１８
０１ｂ＝１ｄ ０．１８≦Ｖ_ＩＮ＜０．３２
１０ｂ＝２ｄ ０．３２≦Ｖ_ＩＮ＜０．５６
１１ｂ＝３ｄ ０．５６≦Ｖ_ＩＮ＜１．０

図４及び図５は、非線形Ａ／Ｄ変換器２０と関連する２ビット出力符号を表現しているが、以下の議論は、一般的に、非線形変換器のＸ−ビット出力符号に関し、ここで Ｘ≧２である。Ｎ＝２Ｘ−１と定義すると、Ｘ＝２の場合に対する図４に表現されているように、最低電圧Ｖ_ＲＥＦ−と最高電圧Ｖ_ＲＥＦ＋の間に、直列の抵抗Ｒ_１、Ｒ_２、．．．、Ｒ_Ｎ＋１を有する２Ｘ個の抵抗器が存在することとなる。最低電圧Ｖ_ＲＥＦ−と最高電圧Ｖ_ＲＥＦ＋の間に非線形的に分配されたＮ個の参照電圧Ｖ_１、Ｖ_２、．．．、Ｖ_Ｎが存在する。同様にして、Ｎ個の比較器が存在する。Ｖ_ＲＥＦ−からＶ_ＲＥＦ＋の間には、２Ｘ個の電圧ステップが存在し、このため、電圧ステップの数は、１＋比較器或いは参照電圧の数となる。任意の２つの連続する参照電圧の間、或いはＶ_１とＶ_ＲＥＦ−の間、或いはＶ_ＲＥＦ＋とＶ_Ｎの間の電圧ステップは、これら電圧ステップの少なくとも１つは、これら電圧ステップの他の１つと異なるという意味において、可変(variable)である。もし、この非線形Ａ／Ｄ変換器２０が等比Ａ／Ｄ変換器である場合は、相対誤差Ｅは一定となり（つまり、Ｖ_ＩＮに独立であり）、
Ｅ＝（Ｃ−１）／２ （２）
によって与えられる。ここで
Ｃ＝（Ｖ_ＲＥＦ＋／Ｖ_ＲＥＦ−）１／Ｎ （３）
である。

しかし、Ｎは任意ではなく、最大相対誤差εが指定される場合は、
（Ｖ_ＲＥＦ＋／Ｖ_ＲＥＦ−）^１／Ｎ≦１＋２ε （４）
を満たすことが必要とされ、これからＮは
Ｎ＝ｌｎ（Ｖ_ＲＥＦ＋／Ｖ_ＲＥＦ−）／ｌｎ（１＋２ε） （５）
として計算される。

式（５）から得られるＮが整数でない場合は、Ｎは次の整数に切り上げる必要がある。現在の例に対して、式（５）を用いると、Ｎ＝ｌｎ（１．０／０．１）／ｌｎ（１＋２＊０．００２）＝５７６．８となり、これはＮ＝５７７に切り上げられ、式（３）からＣ＝（１／０．１）／５７７＝１．００４が得られる。チェックとして、式（２）は、Ｅ＝０．００２を生じる。図６には、このＥ＝０．００２なる一定の相対誤差がプロットされている。等比Ａ／Ｄ変換器は、式（５）から推論できるように、Ｖ_ＲＥＦ−が０に接近すると必要な参照電圧ステップの数Ｎが無限大となるために、Ｖ_ＲＥＦ−＝０は処理できないことに注意する。

等比Ａ／Ｄ変換器は、この結果として、実用的でない分数出力値を有し、このため、符号器２５の複雑さが増す。より実用的なアプローチにおいては、線形フラッシュＡ／Ｄ変換器の設計が用いられ、必要とされない電圧の比較は省かれ、これによって、例えば、とりわけ、抵抗器或いは比較器或いは両方を省くことが可能となる。ある比較は、その比較を省略しても、相対誤差が、ある与えられた最大相対誤差εを超えることがない場合は、省くことができる。比較を省略するための任意のアルゴリズムを、もしそのようなアルゴリズムが当業者において知られている或いは明らかである場合は、用いることができる。現在用いられている１つのこのようなアルゴリズムは、図１乃至図３の例の条件（つまり、Ｖ_ＭＩＮ＝Ｖ_ＲＥＦ−＝０．１ボルト、Ｖ_ＭＡＸ＝Ｖ_ＲＥＦ＋＝１ボルト、及びε＝０．００２）を満たすために、たった６５９ステップを必要とするのみである。これは、図１乃至図３との関連で上で議論された純粋の線形Ａ／Ｄ変換器において要求される４０９６個の参照電圧ステップと比較してかなり優れている。図７には、このアルゴリズムが相対誤差に与える影響が、入力電圧Ｖ_ＩＮの関数として示されている。図７において、相対誤差は、Ｖ_ＲＥＦ−≦Ｖ_ＩＮ≦Ｖ_ＲＥＦ＋の範囲のＶ_ＩＮの区分的連続関数である。Ｖ_ＩＮのこの区分的連続関数は、複数の区分を有し、これら複数の区分の各々の２つの連続する区分は互いに不連続に結合される。この各々の区分内の相対誤差は、Ｖ_ＩＮの単調減少関数である。図７において、これら複数の区分のこれら各部分は、概ね同一の最大相対誤差、つまり、約０．００２を有する。

図７と関連するアルゴリズムを用いた場合、結果として得られる非線形Ａ／Ｄ変換器は、１２ビット線形Ａ／Ｄ変換器のそれと匹敵するダイナミック電圧範囲を有する一方、複雑さは、１０ビット変換器のそれと概ね匹敵することとなる（つまり、６５９ステップは、２９と２１０ステップの間にあり、このため、６５９は２１０に切り上げられ）。ここでは考慮されてない点は、比較器からの６５８個の出力ビットを１２ビット出力値に変換することを要求されるデジタル符号器２５（図４参照）の機能が若干複雑になることと、類似の要件が、１２ビット線形Ａ／Ｄ変換器のそれに匹敵する参照電圧と比較器に当てはまることである。

他の実施例においては、図４の非線形Ａ／Ｄ変換器２０が、複数の線形範囲を有するように構成される。例えば、１＜Ｍ＜Ｎなる範囲内の正の整数Ｍが与えられ、Ｎはこの非線形Ａ／Ｄ変換器２０内の参照電圧ステップの総数を表すものとすると、参照電圧Ｖ_１，Ｖ_２，．．．，Ｖ_Ｍ−１は、Ｖ_ＲＥＦ−とＶ_Ｍとの間に、参照電圧ステップサイズ△Ｖ_１にて、線形的に分配され、参照電圧Ｖ_Ｍ＋１，．．．，Ｖ_Ｎは、Ｖ_ＭとＶ_ＲＥＦ＋との間に、参照電圧ステップサイズ△Ｖ_２にて、線形的に分配させる。ここで、△Ｖ_１＜△Ｖ_２である。より一般的な例として、これら複数の線形範囲は、Ｌ≧２であるような、Ｌ個の線形範囲を含み、これらＬ個の線形範囲は、Ｖ_ＲＥＦ−からＶ_ＲＥＦ＋に向かって、参照電圧ステップサイズ△Ｖ_１，△Ｖ_２，．．．，△Ｖ_Ｌにて、△Ｖ_１＜△Ｖ_２，．．．，△Ｖ_Ｌなる条件下で、昇順に並べられる。これら他の例においても、不必要な電圧の比較を、図７との関連で上で説明されたように、これら線形範囲の幾つか或いは全てから、省くこともできる。

もう一つの実施例においては、参照電圧Ｖ_１，Ｖ_２，．．．，Ｖ_Ｍ−１は、_{ＶＲＥＦ−}とＶ_Ｍとの間に、参照電圧ステップサイズ△Ｖにて、線形的に分配され、参照電圧Ｖ_Ｍ＋１，．．．，Ｖ_Ｎは、Ｖ_ＭとＶ_ＲＥＦ＋との間に非線形的に（例えば、等比的に）分配され、ここで、１＜Ｍ＜Ｎとされる。このもう一つの実施例においても、不必要な電圧の比較を、図７と関連して説明したように、これら線形及び／或いは非線形範囲から、省くこともできる。

上述の様々な非線形Ａ／Ｄ変換器の実施例の説明は以下のように要約することができる。フラッシュタイプＡ／Ｄ変換器はある入力電圧Ｖ_ＩＮをあるデジタル出力に変換するように適応され、ここで、Ｖ_ＩＮはそのＡ／Ｄ変換器の動作電圧範囲内とされる。この動作電圧範囲は最低電圧Ｖ_ＲＥＦ−と最高電圧Ｖ_ＲＥＦ＋によって定義される。このＡ／Ｄ変換器は、Ｎ（Ｎ≧３）個の参照電圧と、Ｎ個の比較器と、１つの符号器とを備える。これらＮ個の参照電圧はＶ_１，Ｖ_２，．．．，Ｖ_Ｎと表記され、Ｖ_ＲＥＦ−とＶ_ＲＥＦ＋の間に非線形的に分配され、Ｖ_ＲＥＦ−＜Ｖ_１＜Ｖ_２＜．．．＜Ｖ_Ｎ＜Ｖ_ＲＥＦ＋に順序付けられ。これらＮ個の比較器はこれらＮ個の参照電圧と１対１のベースにて関連付けられる。各比較器は、Ｖ_ＩＮと、その比較器と関連する参照電圧との間の比較を行うように適応され、各比較器はこの比較のバイナリ結果を反映するバイナリビットを生成するためのビット生成手段を備える。符号器手段は、このビット生成手段によって生成されたバイナリビットの解析からデジタル出力を生成する。

図８乃至図１３は、本発明の実施例による、複数の線形フラッシュタイプＡ／Ｄ変換器の使用を示す。図８および図９は、このタイプの第一の実施例を示す。図１０および図１１は、このタイプの第二の実施例を示す。図１２および図１３は、このタイプの第三の実施例を示す。

図８は、本発明の実施例による、線形フラッシュタイプＡ／Ｄ変換器３１、３２を備えるシステム３０を表現している。これらＡ／Ｄ変換器３１、３２は、各々、入力電圧の異なる範囲を処理するが、しかし、各々、同一の動作電圧範囲を有する。演算ユニット４５は入力電圧Ｖ_ＩＮを電圧Ｖ_ＩＮ１に線形的に変換し、Ａ／Ｄ変換器３１はこの電圧Ｖ_ＩＮ１を、マルチビットストリングＳ_１に変換する。演算ユニット４５は減算器４６と乗算器４７とを備える。このＡ／Ｄ変換器３１と演算ユニット４５との組合せは、ここではＡ／Ｄ変換器装置Ｚ_１と呼ばれる。演算ユニット４０は入力電圧Ｖ_ＩＮを電圧Ｖ_ＩＮ２に線形的に変換し、Ａ／Ｄ変換器３２はこの電圧Ｖ_ＩＮ２をマルチビットストリングＳ_２に変換する。演算ユニット４５は減算器４１と乗算器４２とを備える。このＡ／Ｄ変換器３２と演算ユニット４０との組合せは、ここではＡ／Ｄ変換器装置Ｚ_２と呼ばれる。これらストリングＳ_１とＳ_２とは、各々、同一のビット数を有することも、或いは代わりに異なるビット数を有することもできる。

符号器３５はこれらマルチビットストリングＳ_１とＳ_２とをデジタル出力３６に結合する。符号化器３５は、これらマルチビットストリングＳ_１とＳ_２とを、結果として演算ユニット４５と４０との数値演算が反転されるように変換する。そして、Ｓ_１の反転は、４．６２５による除算と、これに続く０．１の加算を伴う。Ｓ_２の反転は、１．４６２による除算と、これに続く０．３１６２の加算を伴う。デジタル出力３６は、Ｓ_１とＳ_２との各々に含まれる精度を保存するために十分な数を有する。こうして、デジタル出力３６はＳ_１とＳ_２とのいずれよりも多くのビットを含む。

図８に示される実施例においては、０から１ボルトのＶ_ＩＮの範囲は、２つの電圧部分範囲δＶ_１とδＶ_２に分割される。Ａ／Ｄ変換器３１と３２とはそれら自身身、この実施例においては、０から１ボルトの動作電圧範囲を有する。部分範囲δＶ_１は０．１０から０．３１６２ボルトであり、部分範囲δＶ_２は０．３１６２から１ボルトである。δＶ_１とδＶ_２とに対する先行する数値は最適値であり、部分範囲δＶ_１の最大相対誤差ε_１が、部分範囲δＶ_２の最大相対誤差ε_２のそれと同一の値を有するように拘束する。Ｘは部分範囲δＶ_１とδＶ_２内の同数の電圧ステップ数を表し、部分範囲δＶ_１とδＶ_２とがインタフェースする遮断電圧Ｖ_Ｃとして定義するものとすると、［（Ｖ_Ｃ−０．１）／０．１］／２Ｘ＋１及びε_２＝［（１−Ｖ_Ｃ）／Ｖ_Ｃ］２Ｘ＋１なる関係が得られることに注意する。ε_１＝ε_２と設定し、Ｖ_Ｃに関して解くと、Ｖ_Ｃ＝１／１０^１／２＝０．３１６２が得られ、この値から上述の部分範囲δＶ_１とδＶ_２とに対する数値が定義される。図８において、演算ユニット４５は、Ｖ_ＩＮ１＝（Ｖ_ＩＮ−０．１）＊４．６２５を実行するが、この結果として、０．１０から０．３１６２ボルトの部分範囲δＶ_１がＡ／Ｄ変換器３１の０から１ボルトの動作電圧範囲に変換される。これも図８において、演算ユニット４０は、Ｖ_ＩＮ２＝（Ｖ_ＩＮ−０．３１６２）＊１．４６２４を実行するが、この結果として、０．３１６２から１ボルトの部分範囲δＶ_２がＡ／Ｄ変換器３２の０から１ボルトの動作電圧範囲に変換される。

図９は、部分範囲δＶ_１とδＶ_２との各々に対して０．００２なる最大相対誤差を想定する前述の実施例を用いる、図８のシステム３０に対する、デジタル出力３６の相対誤差を入力電圧に対して表現したものである。図９に示されるように、デジタル出力３６の最大相対誤差は、たった０．００１であり、これは、１つのＡ／Ｄの代わりに２つのＡ／Ｄ変換器を用いることで得られる（０．００２と比較しての）改善を示す。δＶ_１とδＶ_２との各々が０．００２なる最大相対誤差を有する場合は、マルチビットストリングＳ_１とＳ_２は、各々、少なくとも１０ビットを有することが必要である。符号器３５は、デジタル出力３６に対して１２ビットの結果を生成する。前述のように、Ｖ_ＩＮがＶ_ＩＮ１とＶ_ＩＮ２とに変換される結果として、部分範囲δＶ_１とδＶ_２とは、△Ｖ_１と△Ｖ_２とからなる有効参照電圧ステップサイズを有することとなるが、これは、概ね、△Ｖ_１／△Ｖ_２＝０．３１６２／（１−０．３１６２）＝０．４６なる比を有し、この比は△Ｖ_１＜△Ｖ_２なる一般的関係を満たす。

図８および図９の実施例は、一般的に、それぞれ、参照電圧ステップサイズ△Ｖ_１，△Ｖ_２，．．．，△Ｖ_Ｋを有することを特徴とし、それぞれ、Ｖ_ＩＮをマルチビットストリングスＳ_１，Ｓ_２，．．．，Ｓ_Ｋに変換するように適応された、Ｋ個の線形フラッシュタイプＡ／Ｄ変換器装置Ｚ_１，Ｚ_２，．．．，Ｚ_Ｋにも当てはまり、ここで、△Ｖ_１＜△Ｖ_２＜．．．＜△Ｖ_Ｋ、及びＫ≧２である。符号器はＳ_１，Ｓ_２，．．．，及びＳ_Ｋを組み合わせることでデジタル出力を生成するが、ここでこのデジタル出力は、Ｓ_１，Ｓ_２，．．．，及びＳ_Ｋ内に含まれる精度を保存するために十分なビット数を有する。ｋ＝１，２，．．．，Ｋに対して、このＡ／Ｄ変換器装置Ｚ_ｋは、１つの演算ユニットＡ_ｋとこれと直列に接続された１つのＡ／Ｄ変換器Ｂ_ｋとを備える。これらＡ／Ｄ変換器は、同一の動作電圧範囲を有し、Ｖ_ＩＮは、この動作電圧範囲内とされる。この動作電圧範囲は、低い電圧値から高い電圧値の順のδＶ_１，δＶ_２，．．．，δＶ_Ｋと表記されるＫ個の連続する電圧部分範囲を含む。ｋ＝１，２，．．．，Ｋに対して、演算ユニットＡ_ｋは、Ｖ_ＩＮを、δＶ_ｋを動作電圧範囲に変換することで、新たな入力電圧Ｖ_ＩＮ，ｋに変換するように適応され、Ａ／Ｄ変換器Ｂ_ｋは、Ｖ_ＩＮ，ｋをマルチビットストリングＳ_ｋに変換するように適応される。

図８および図９の実施例においては、部分範囲δＶ_１とδＶ_２とは、最適化アルゴリズムに基づいて生成されたが、部分範囲δＶ_１とδＶ_２とは、図１０乃至図１３に示される本発明の実施例によって図解されるように、相対誤差の観点からは最適ではないが、しかし、符号器が大幅に簡素化される電圧の分割に基づくこともできる。図１０乃至図１３は、同一のアイデアに基づく２つのバリエーション、つまり、図１０および図１１の実施例と、図１２および図１３の実施例を含む。

図１０は本発明の実施例による、線形フラッシュタイプＡ／Ｄ変換器５１、５２を備えるシステム５０を表現している。これらＡ／Ｄ変換器５１、５２は、各々、入力電圧の異なる範囲を処理するが、しかし、各々、同一の動作電圧範囲を有する。演算ユニット５１は、入力電圧Ｖ_ＩＮを、２^２なる係数にて、電圧Ｖ_Ｉ１に増幅し、Ａ／Ｄ変換器５１はこの電圧Ｖ_Ｉ１をマルチビットストリングＳ_１Ａに変換する。Ａ／Ｄ変換器５２は入力電圧Ｖ_ＩＮをマルチビットストリングＳ_２Ａに変換する。Ａ／Ｄ変換器５１と演算ユニット５３の組合せは、ここではＡ／Ｄ変換器装置と呼ばれる。これらストリングＳ_１ＡとＳ_２Ａとは、各々、示されるように同数のビットを有することも、或いは代替として異なるビット数を有することもできる。

ある与えられた入力電圧ＶＩＮに対して、そのＶ_ＩＮの大きさに基づいて、Ａ／Ｄ変換器５１を用いてマルチビットストリングＳ_１Ａが生成されるか、或いはＡ／Ｄ変換器５２を用いてマルチビットストリングＳ_２Ａが生成される。両方のＶ_ＩＮが０から１ボルトの入力範囲を有し、Ａ／Ｄ変換器５１と５２とはそれら自身、各々、０から１ボルトの動作電圧範囲を有するものと想定すると、Ｖ_ＩＮ＜１／２^２のときはＡ／Ｄ変換器５１が用いられ、Ｖ_ＩＮ≧１／２^２のときはＡ／Ｄ変換器５２が用いられる。Ｖ_ＩＮ＜１／２^２のときはＶ_ＩＮに２^２を乗ずることの効果として、Ｖ_ＩＮ＜１／２^２の場合の相対誤差が２^２の係数だけ低減される。

符号化器５４は、Ａ／Ｄ変換器５１或いは５２のいずれが用いられたかに依存して、マルチビットストリングＳ_１Ａ或いはＳ_２Ａのどちらかを選択し、デジタル出力５５を生成するする。符号器５５は、マルチビットストリングＳ_１Ａについては、結果として、演算ユニット５３の数値演算が反転されるように変換する。こうして、Ｓ_１Ａの反転は、図１０に示されるように２^２による除算を伴う。デジタル出力５５は、Ｓ_１とＳ_２の各々に含まれる精度を保存するために十分なビット数を有する。

図１１は、解説された数値例を用いる、図１０の実施例に対するデジタル出力５５の相対誤差をＶ_ＩＮに対して示す。図１１からわかるように、Ｖ_ＩＮが０から１に変化すると、相対誤差は、Ｖ_ＩＮ＝１／２^２の所で、上述のように、Ａ／Ｄ変換器５１の使用からＡ／Ｄ変換器５２の使用への遷移が行なわれるために、期待される約２^２の係数だけ増加する。

図１０においては、演算ユニット５３は、Ｖ_ＩＮに２^２を乗ずるが、演算ユニット５３或いはこの同等物は、Ｖ_ＩＮに２^Ｊを乗ずることもでき、ここで、Ｊは正の整数を表す。一般に、演算ユニット５３或いはこの同等物は、Ｖ_ＩＮに、符号器５４がその実数Ｒに関してＶ_ＩＮの反転を正しく実行できる限り、１より大きな任意の実数Ｒを乗ずることができる。この乗算に２^Ｊ（Ｊは正の整数を表す）とは異なる実数Ｒが用いられる場合は、符号器５４がより複雑となる。上述の処理の結果として、Ａ／Ｄ変換器５１と５２とは、それぞれ、△Ｖ_１＜△Ｖ_２であるような、△Ｖ_１と△Ｖ_２とからなる参照電圧ステップサイズを有することとなる。

図１２は、本発明の実施例による、第一の線形フラッシュタイプＡ／Ｄ変換器６１と第二の線形フラッシュタイプＡ／Ｄ６２を備えるシステム６０を表現している。図１２のシステム６０は、図１０のシステム５０によって生成されるそれと同一の、図１１に示されるような相対誤差曲線を生成する。Ａ／Ｄ変換器６１と６２は、それぞれ、δ_１とδ_２なる動作電圧範囲を有し、ここでδ_１／δ_２＝１／２^２ボルトなる関係を有する。こうして、Ａ／Ｄ変換器６２が０から１ボルトの電圧を処理する場合は、δ_２＝１ボルト、δ_１＝１／２^２ボルトとされる。入力電圧Ｖ_ＩＮはＡ／Ｄ変換器６１と６２との両方によって処理される。Ａ／Ｄ変換器６１はＶ_ＩＮをマルチビットストリングＳ_１Ｂに変換する。Ａ／Ｄ変換器６２は、入力電圧Ｖ_ＩＮをマルチビットストリングＳ_２Ｂに変換する。これらストリングＳ_１Ｂ及びＳ_２Ｂは、各々、図示されるように同一のビット数を有することも、或いは代替として異なるビット数を有することもできる。

符号化器６４は、Ｓ_２Ｂの値に基づいて、マルチビットストリングＳ_１Ｂ或いはＳ_２Ｂのいずれかを選択し、デジタル出力６５を生成する。Ｓ_２Ｂがδ_１内にないときは、符号器６４はＳ_２Ｂを選択し、そうでない場合は、符号器６４は、Ｓ_１Ｂを選択する。符号器６５は、マルチビットストリングＳ_１Ｂには、δ_２／δ_１を乗ずる。デジタル出力６５は、Ｓ_１とＳ_２との各々に含まれる精度を保存するために十分なビット数を有する。Ａ／Ｄ変換器６１の動作電圧範囲をＡ／Ｄ変換器６２のそれに対して低減することの効果として、Ｖ_ＩＮ＜１／２^２の場合の相対誤差が２^２なる係数だけ低減される。

図１３は、本発明による、図１２のシステム６０の動作を示す流れ図である。ステップ７１と７２において、それぞれ、（動作電圧範囲δ_１を有する）第一のＡ／Ｄ変換器６１と（動作電圧範囲δ_２を有する）第二の線形Ａ／Ｄ変換器６２が提供される。ステップ７３において、Ｖ_ＩＮが第一のＡ／Ｄ変換器６１によってＳ_１Ｂに変換される。ステップ７４において、Ｖ_ＩＮが第二のＡ／Ｄ変換器６２によってＳ_２Ｂに変換される。ステップ７５において、Ｓ_２Ｂがδ_１内であるか否か照会される。ＮＯの場合は、符号器６４は、ステップ７６において、Ｓ_２Ｂからデジタル出力６５を生成する。ＹＥＳの場合は、符号器６４は、ステップ７７において、Ｓ_１Ｂ×（δ_２／δ_１）からデジタル出力６５を生成する。

図１１は、図１０のシステム５０に対しても当てはまるが、同様に、システム６０にも当てはまり、これは、説明の数値例を用いた場合の、デジタル出力６５の相対誤差をＶ_ＩＮに対して示すものと見ることもできる。図１２および図１３との関連で、図１１からわかるように、Ｖ_ＩＮが０から１へと変化すると、相対誤差は、Ｖ_ＩＮ＝１／２^２（＝０．２５ボルト）の所で、δ_１内のＳ_１Ｂからδ_２内のＳ_２Ｂへの遷移が行なわれるために、期待される約２^２の係数だけ増加することを示す。

図１２および図１３における数値例においては、δ_１／δ_２＝約１／２^２とされたが、δ_１／δ_２は、１／２^Ｊなる形式であってもよく、ここでＪは正の整数を表す。一般に、δ_１／δ_２は、符号器６４がＳ_１ＢにＲを効果的に乗算できる限り、１より大きな任意の実数Ｒであり得る。δ_１／δ_２が２^Ｊ（ここでＪは正の整数を表す）とは異なる実数Ｒとされた場合は、符号器６４はより複雑となる。上述の処理の結果として、Ａ／Ｄ変換器６１と６２とは、それぞれ、△Ｖ_１＜△Ｖ_２であるような、△Ｖ_１と△Ｖ_２なる参照電圧ステップサイズを有することとなる。

図８乃至図１３の実施例は、一般的に、それぞれ、参照電圧ステップサイズ△Ｖ_１，△Ｖ_２，．．．，△Ｖ_Ｋを有することを特徴とし、それぞれ、Ｖ_ＩＮをマルチビットストリングスＳ_１，Ｓ_２，．．．，Ｓ_Ｋに変換するように適応された、Ｋ個の線形フラッシュタイプＡ／Ｄ変換器装置Ｚ_１，Ｚ_２，．．．，Ｚ_Ｋにも当てはまり、ここで、△Ｖ_１＜△Ｖ_２＜．．．＜△Ｖ_Ｋ、及びＫ≧２である。符号器はＳ_１，Ｓ_２，．．．，及びＳ_Ｋを組み合わせることでデジタル出力を生成するが、ここでこのデジタル出力は、Ｓ_１，Ｓ_２，．．．，及びＳ_Ｋ内に含まれる精度を保存するために十分なビット数を有する。

上では本発明の実施例が解説の目的で説明されたが、当業者においては多くの修正及び変更が明らかであると思われる。従って、添付のクレームは、これら全ても修正及び変更も、本発明の精神及び範囲内に入るものとして、包含するものと解されるべきである。

本発明の実施例に従う、線形フラッシュタイプアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器を示す図である。 本発明の実施例に従う、図１の線形Ａ／Ｄ変換器に対するデジタル出力と入力電圧を示す図である。 本発明の実施例に従う、図１の線形Ａ／Ｄ変換器に対する、１０個の出力ビット数を用いた場合の、相対誤差と入力電圧を示す図である。 本発明の実施例に従う、非線形フラッシュタイプアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器を示す図である。 本発明の実施例に従う、等比Ａ／Ｄ変換器に対するデジタル出力と入力電圧を示す図である。 本発明の実施例に従う、図５の等比Ａ／Ｄ変換器に対する相対誤差と入力電圧を示す図である。 本発明の実施例に従う、図１の線形Ａ／Ｄ変換器に対する、不必要な参照電圧ステップを省いた場合の、相対誤差と入力電圧を示す図である。 本発明の実施例に従う、２つの線形フラッシュタイプＡ／Ｄ変換器を備える第一のシステムを示す図である。 本発明の実施例に従う、図８の第一のシステムに対する、相対誤差と入力電圧の関係を示す図である。 本発明の実施例に従う、２つのフラッシュタイプ線形Ａ／Ｄ変換器を備える第二のシステムを示す図である。 本発明の実施例に従う、図１０の第二のシステムに対する、相対誤差と入力電圧を示す図である。 本発明の実施例に従う、２つのフラッシュタイプ線形Ａ／Ｄ変換器を備える第三のシステムを示す図である。 本発明の実施例に従う、図１２の第三のシステムによる、入力電圧のデジタル出力への変換を示す流れ図である。

Claims (28)

1. 最低電圧Ｖ_ＲＥＦ−と最高電圧Ｖ_ＲＥＦ＋によって定義された動作電圧範囲内にある入力電圧Ｖ_ＩＮを、デジタル出力に変換するように適応されたフラッシュタイプアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器であって、
   前記Ａ／Ｄ変換器は、Ｎが少なくとも３であるとき、
   Ｖ_ＲＥＦ−とＶ_ＲＥＦ＋との間に非線形的に分配され、Ｖ_ＲＥＦ−＜Ｖ_１＜Ｖ_２＜．．．＜Ｖ_Ｎ＜Ｖ_ＲＥＦ＋に従って順序付けられたＮ個の参照電圧Ｖ_１，Ｖ_２，．．．，Ｖ_Ｎと、
   前記Ｎ個の参照電圧と１対１の原理で関連付けられ、それぞれがＶ_ＩＮと、関連付けられた参照電圧との間の比較を行うように適応されて前記比較の結果を反映するバイナリビットを生成するためのビット生成手段を備えた、Ｎ個の比較器と、
   前記ビット生成手段によって生成されたバイナリビットの解析からデジタル出力を生成する符号器手段と、
   を備えているＡ／Ｄ変換器。
2. Ｍが１＜Ｍ＜Ｎであるとき、前記参照電圧Ｖ_１，Ｖ_２，．．．，Ｖ_Ｍ−１は、Ｖ_ＲＥＦ−とＶ_Ｍの間に線形的に分配されている請求項１記載のＡ／Ｄ変換器。
3. Ｍが１＜Ｍ＜Ｎであるとき、前記参照電圧Ｖ_１，Ｖ_２，．．．，Ｖ_Ｍ−１は、Ｖ_ＲＥＦ−とＶ_Ｍとの間に一定の参照電圧ステップサイズ△Ｖ_１で線形的に分配され、前記参照電圧Ｖ_Ｍ＋１，．．．，Ｖ_Ｎは、Ｖ_ＭとＶ_ＲＥＦ＋との間に一定の参照電圧ステップサイズ△Ｖ_２で線形的に分配され、△Ｖ_１＜△Ｖ_２である請求項１記載のＡ／Ｄ変換器。
4. Ｍが１＜Ｍ＜Ｎであるとき、前記参照電圧Ｖ_１，Ｖ_２，．．．，Ｖ_Ｍ−１は、Ｖ_ＲＥＦ−とＶ_Ｍとの間に線形的に分配され、前記参照電圧Ｖ_Ｍ＋１，．．．，Ｖ_Ｎは、Ｖ_ＭとＶ_ＲＥＦ＋との間に等比的に分配される請求項１記載のＡ／Ｄ変換器。
5. 前記参照電圧Ｖ_１，Ｖ_２，．．．，Ｖ_Ｎは、Ｖ_ＲＥＦ−とＶ_ＲＥＦ＋との間に等比的に分配される請求項１記載のＡ／Ｄ変換器。
6. マルチビットストリング内のＶ_ＩＮに対する誤差（相対誤差）は、Ｖ_ＲＥＦ−≦Ｖ_ＩＮ≦Ｖ_ＲＥＦ＋の範囲のＶ_ＩＮの区分的連続関数であり、前記Ｖ_ＩＮの区分的連続関数は複数の区分を有し、前記複数の区分の各２つの連続する区分は互いに不連続に連結され、前記区分それぞれの範囲内の前記相対誤差はＶ_ＩＮの単調減少関数である請求項１記載のＡ／Ｄ変換器。
7. 前記複数の区分の各区分は、概ね同一の最大相対誤差を有する請求項６記載のＡ／Ｄ変換器。
8. 入力電圧Ｖ_ＩＮが最低電圧Ｖ_ＲＥＦ−と最高電圧Ｖ_ＲＥＦ＋との間に入るように、前記入力電圧Ｖ_ＩＮをデジタル出力に変換する方法であって、
   Ｎが少なくとも３であるとき、Ｖ_ＲＥＦ−とＶ_ＲＥＦ＋との間に非線形的に分配され、Ｖ_ＲＥＦ−＜Ｖ_１＜Ｖ_２＜．．．＜Ｖ_Ｎ＜Ｖ_ＲＥＦ＋に従って順序付けられたＮ個の参照電圧Ｖ_１，Ｖ_２，．．．，Ｖ_Ｎを提供するステップと、
   Ｖ_ＩＮを前記Ｎ個の参照電圧の各々と比較するステップと、
   前記比較の各々に対して、前記比較のバイナリ結果を反映するバイナリビットを生成するステップと、
   前記生成されたバイナリビットの解析から前記デジタル出力を生成するステップと、
   を含む方法。
9. Ｍが１＜Ｍ＜Ｎであるとき、前記参照電圧Ｖ_１，Ｖ_２，．．．，Ｖ_Ｍ−１は、Ｖ_ＲＥＦ−とＶ_Ｍの間に線形的に分配される請求項８記載の方法。
10. Ｍが１＜Ｍ＜Ｎであるとき、前記参照電圧Ｖ_１，Ｖ_２，．．．，Ｖ_Ｍ−１は、Ｖ_ＲＥＦ−とＶ_Ｍとの間に一定の参照電圧ステップサイズ△Ｖ_１で線形的に分配され、前記参照電圧Ｖ_Ｍ＋１，．．．，Ｖ_Ｎは、Ｖ_ＭとＶ_ＲＥＦ＋との間に一定の参照電圧ステップサイズ△Ｖ_２で線形的に分配され、△Ｖ_１＜△Ｖ_２である請求項８記載の方法。
11. Ｍが１＜Ｍ＜Ｎであるとき、前記参照電圧Ｖ_１，Ｖ_２，．．．，Ｖ_Ｍ−１は、Ｖ_ＲＥＦ−とＶ_Ｍとの間に線形的に分配され、前記参照電圧Ｖ_Ｍ＋１，．．．，Ｖ_Ｎは、Ｖ_ＭとＶ_ＲＥＦ＋との間に等比的に分配される請求項８記載の方法。
12. 前記参照電圧Ｖ_１，Ｖ_２，．．．，Ｖ_Ｎは、Ｖ_ＲＥＦ−とＶ_ＲＥＦ＋との間に等比的に分配される請求項８記載の方法。
13. マルチビットストリング内のＶ_ＩＮに対する誤差（相対誤差）は、Ｖ_ＲＥＦ−≦Ｖ_ＩＮ≦Ｖ_ＲＥＦ＋の範囲のＶ_ＩＮの区分的連続関数であり、前記Ｖ_ＩＮの区分的連続関数は複数の区分を有し、前記複数の区分の各２つの連続する区分は互いに不連続に連結され、前記各区分内の前記相対誤差はＶ_ＩＮの単調減少関数である請求項８記載の方法。
14. 前記複数の区分の各区分は、概ね同一の最大相対誤差を有する請求項１３記載の方法。
15. 入力電圧Ｖ_ＩＮをデジタル出力に変換するためのシステムであって、
    Ｋ≧２であるとき、それぞれが、△Ｖ_１＜△Ｖ_２＜．．．＜△Ｖ_Ｋである参照電圧ステップサイズ△Ｖ_１，△Ｖ_２，．．．，△Ｖ_Ｋによって特徴付けられ、それぞれが、Ｖ_ＩＮをマルチビットストリングＳ_１，Ｓ_２，．．．，Ｓ_Ｋに変換するために適応された、Ｋ個の線形フラッシュタイプアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器装置Ｚ_１，Ｚ_２，．．．，Ｚ_Ｋと、
    Ｓ_１，Ｓ_２，．．．，Ｓ_Ｋ内に含まれる精度を保存するために十分なビット数を有する前記デジタル出力を生成するためにＳ_１，Ｓ_２，．．．Ｓ_Ｋを組み合わせるための符号器手段と、
    を備えているシステム。
16. Ｓ_１，Ｓ_２，．．．，Ｓ_Ｋは、おのおの同一のビット数を有する請求項１５記載のシステム。
17. Ｓ_１，Ｓ_２，．．．，Ｓ_Ｋは、おのおの同一のビット数を有さない請求項１５記載のシステム。
18. ｋ＝１，２，．．．，Ｋに対して、前記Ａ／Ｄ変換器装置Ｚ_ｋは、Ａ／Ｄ変換器Ｂ_ｋに直列な演算ユニットＡ_ｋを備え、前記Ａ／Ｄ変換器は同一の動作電圧範囲を有し、Ｖ_ＩＮは前記動作電圧範囲内に入り、前記動作電圧範囲は、低い電圧から高い電圧に整列されたδＶ_１，δＶ_２，．．．，δＶ_Ｋと表記されるＫ個の連続する電圧部分範囲を含み、
    ここで、ｋ＝１，２，．．．，Ｋに対して、前記演算ユニットＡ_ｋは、δＶ_ｋの前記動作電圧範囲への変換に従ってＶ_ＩＮを新たな入力電圧Ｖ_ＩＮ，ｋに変換するように適応され、Ａ／Ｄ変換器Ｂ_ｋはＶ_ＩＮ，ｋを前記マルチビットストリングＳ_ｋに変換するように適応される請求項１５記載のシステム。
19. δＶ_１，δＶ_２，．．．，δＶ_Ｋは、前記デジタル出力の相対誤差が前記動作電圧範囲内のＶ_ＩＮの区分的連続関数となるような値を有し、前記Ｖ_ＩＮの区分的連続関数はＫ個の区分を有し、前記Ｋ個の区分の各２個の連続する区分は互いに不連続に連結され、前記Ｋ個の区分の前記各区分内の相対誤差はＶ_ＩＮの単調減少関数であり、前記Ｋ個の区分の各区分は概ね同一の相対誤差を有する請求項１８記載のシステム。
20. Ｋ＝２であり、前記Ａ／Ｄ変換器装置Ｚ_１およびＺ_２は、δ_２がδ_１の部分集合であって、δ_２／δ_１が、δ_２／δ_１＞１となるような整数である動作電圧範囲δ_１およびδ_２をそれぞれ有するＡ／Ｄ変換器Ｂ_１およびＢ_２を備え、前記Ａ／Ｄ変換器Ｂ_１およびＢ_２は、それぞれ、Ｖ_ＩＮをＳ_１およびＳ_２に変換するように適応され、前記符号器手段は、Ｓ_２が前記電圧範囲δ_１内にないときは前記デジタル出力をＳ_２として生成するように適合化され、そうでない場合は、前記符号器手段は、前記デジタル出力をＳ_１×δ_２／δ_１として生成するように適応される請求項１５記載のシステム。
21. δ_２／δ_１＝２^Ｊであり、Ｊは正の整数である請求項２０記載のシステム。
22. 入力信号Ｖ_ＩＮをデジタル出力に変換するための方法であって、
    Ｋ≧２であるとき、△Ｖ_１＜△Ｖ_２＜．．．＜△Ｖ_Ｋである参照電圧ステップサイズ△Ｖ_１，△Ｖ_２，．．．，△Ｖ_Ｋによってそれぞれ特徴付けられたＫ個の線形フラッシュタイプアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器装置Ｚ_１，Ｚ_２，．．．，Ｚ_Ｋを提供するステップと、
    変換器装置Ｚ_１，Ｚ_２，．．．，Ｚ_Ｋによって、Ｖ_ＩＮを、それぞれマルチビットストリングＳ_１，Ｓ_２，．．．Ｓ_Ｋに変換するステップと、
    Ｓ_１，Ｓ_２，．．．，Ｓ_Ｋ内に含まれる精度を保存するために十分なビット数を有する前記デジタル出力を生成するためにＳ_１，Ｓ_２，．．．，Ｓ_Ｋを組み合わせるステップと
    を含む方法。
23. Ｓ_１，Ｓ_２，．．．，Ｓ_Ｋは、おのおの同一のビット数を有する請求項２２記載の方法。
24. Ｓ_１，Ｓ_２，．．．，Ｓ_Ｋは、おのおの同一のビット数を有さない請求項２２記載の方法。
25. ｋ＝１，２，．．．，Ｋに対して、前記Ａ／Ｄ変換器装置Ｚ_ｋは、Ａ／Ｄ変換器Ｂ_ｋに直列な演算ユニットＡ_ｋを備え、前記Ａ／Ｄ変換器は同一の動作電圧範囲を有し、Ｖ_ＩＮは前記動作電圧範囲内に入り、前記動作電圧範囲は、低い電圧から高い電圧に整列されたδＶ_１，δＶ_２，．．．，δＶ_Ｋと表記されるＫ個の連続する電圧部分範囲を含み、
    前記方法はさらに、
    ｋ＝１，２，．．．，Ｋに対して、δＶ_ｋの前記動作電圧範囲への変換に従って、前記演算ユニットＡ_ｋによって、Ｖ_ＩＮを新たな入力電圧Ｖ_ＩＮ，ｋに変換するステップと、
    前記Ａ／Ｄ変換器Ｂ_ｋによって、Ｖ_ＩＮ，ｋを前記マルチビットストリングＳ_ｋに変換するステップと、
    を含む請求項２２記載の方法。
26. δＶ_１，δＶ_２，．．．，δＶ_Ｋは、前記デジタル出力の相対誤差が前記動作電圧範囲内のＶ_ＩＮの区分的連続関数となるような値を有し、前記Ｖ_ＩＮの区分的連続関数はＫ個の区分を有し、前記Ｋ個の区分の各２個の連続する区分は互いに不連続に連結され、前記Ｋ個の区分の前記各区分内の相対誤差はＶ_ＩＮの単調減少関数であり、前記Ｋ個の区分の各区分は概ね同一の相対誤差を有する請求項２５記載の方法。
27. Ｋ＝２であり、前記Ａ／Ｄ変換器装置Ｚ_１およびＺ_２は、δ_２がδ_１の部分集合であり、δ_２／δ_１が、δ_２／δ_１＞１となるような整数である動作電圧範囲δ_１およびδ_２をそれぞれ有するＡ／Ｄ変換器Ｂ_１およびＢ_２を備え、前記Ａ／Ｄ変換器Ｂ_１およびＢ_２は、Ｖ_ＩＮをＳ_１およびＳ２にそれぞれ変換するように適応され、前記組み合わせるステップは、Ｓ_２が前記電圧範囲δ_１内にないときは前記デジタル出力を本質的にＳ_２として生成するステップを含み、そうでない場合は、前記組み合わせるステップは、前記デジタル出力を本質的にＳ_１×δ_２／δ_１として生成するステップを含む請求項２２記載の方法。
28. δ_２／δ_１＝２^Ｊであり、Ｊは正の整数である請求項２７記載の方法。

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