JP2009044379A - Switched capacitor integrator - Google Patents

Switched capacitor integrator Download PDF

Info

Publication number
JP2009044379A
JP2009044379A JP2007206301A JP2007206301A JP2009044379A JP 2009044379 A JP2009044379 A JP 2009044379A JP 2007206301 A JP2007206301 A JP 2007206301A JP 2007206301 A JP2007206301 A JP 2007206301A JP 2009044379 A JP2009044379 A JP 2009044379A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
input
switch
capacitor
switches
output
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2007206301A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tatsuyuki Araki
達之 荒木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Digian Tech Inc
Original Assignee
Digian Tech Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Digian Tech Inc filed Critical Digian Tech Inc
Priority to JP2007206301A priority Critical patent/JP2009044379A/en
Publication of JP2009044379A publication Critical patent/JP2009044379A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a switched capacitor integrator assuring smooth, stable, and high-speed operation with a low power source voltage. <P>SOLUTION: A pair of input capacitors 16a-16b are used and connected with an operational amplifier 17 having a feedback capacitor 18 via an input switch formed of switches 12a-12c in the input side and an output switch 15 in the output side. In addition, a first switch 13a is connected between the input side of the input capacitor 16a and the ground, a second switch 13b between the input side of the input capacitor 16b and the potential V<SB>DD</SB>, and a third switch between the output side of the input capacitors 16a-16b and the reference potential of the operational amplifier 17. Charges of the input capacitors 16a-16b are shifted to the feedback capacitor 18 for integration by alternately turning on and off the switches 13a-13b and 14 and the switches 12a-12c and 15. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は積分器に関し、特にアナログのオーディオ信号等のアナログ信号電圧を標本化(以下、サンプリングという)動作によってキャパシタに充電(チャージ)し、これによってクーロンの法則に基づき相当する電荷をキャパシタに蓄え、このキャパシタに蓄えられた電荷を積分することによってデジタル信号に変換するΔΣアナログデジタル変換器(ADC)等に応用されるスイッチドキャパシタ積分器に関する。   The present invention relates to an integrator, and in particular, charges a capacitor by sampling (hereinafter referred to as sampling) an analog signal voltage such as an analog audio signal, thereby storing the corresponding charge in the capacitor based on Coulomb's law. The present invention relates to a switched capacitor integrator that is applied to a ΔΣ analog-to-digital converter (ADC) or the like that converts the electric charge stored in the capacitor into a digital signal by integrating.

アナログ信号を対応するデジタル信号に変換するADCや信号サンプリング回路には、入力アナログ信号をサンプリングして、そのサンプリングされた信号電圧(即ち、サンプル電圧)の積分値を出力する積分器を使用する。斯かる積分器は、スイッチング回路、キャパシタ(コンデンサ)および演算増幅器(又はオペアンプ)により構成されるのが一般的である。   An ADC that converts an analog signal into a corresponding digital signal or a signal sampling circuit uses an integrator that samples an input analog signal and outputs an integrated value of the sampled signal voltage (that is, a sample voltage). Such an integrator is generally composed of a switching circuit, a capacitor, and an operational amplifier (or operational amplifier).

図3を参照して、代表的な従来のスイッチドキャパシタ積分器(以下、単に積分器という場合もある)の構成および動作を簡単に説明する。この積分器30は、入力端子31、電子スイッチ(以下、単にスイッチという)32〜35、入力キャパシタ36、オペアンプ37、帰還キャパシタ38および出力端子39により構成されている。   With reference to FIG. 3, the configuration and operation of a typical conventional switched capacitor integrator (hereinafter sometimes simply referred to as an integrator) will be briefly described. The integrator 30 includes an input terminal 31, electronic switches (hereinafter simply referred to as switches) 32-35, an input capacitor 36, an operational amplifier 37, a feedback capacitor 38, and an output terminal 39.

この積分器30において、入力端子31は、スイッチ32を介して入力キャパシタ36の一端(入力端)に接続されると共にスイッチ33を介して接地(SG:信号グランド)に接続されている。入力キャパシタ36の他端(出力端)は、スイッチ34を介して接地されると共にスイッチ35を介してオペアンプ37の反転入力端(−)に接続されている。オペアンプ37の非反転入力端(+)は接地され、出力端は出力端子39に接続されると共に帰還キャパシタ38を介してその反転入力端に接続されている。そして、スイッチ32およびスイッチ34には第1位相のスイッチ制御信号φ1が入力され、スイッチ33およびスイッチ35には第2位相の(第1位相と半サイクル位相がずれた)スイッチ制御信号φ2が入力されている。   In the integrator 30, the input terminal 31 is connected to one end (input end) of the input capacitor 36 via the switch 32 and connected to the ground (SG: signal ground) via the switch 33. The other end (output end) of the input capacitor 36 is grounded via the switch 34 and connected to the inverting input end (−) of the operational amplifier 37 via the switch 35. The non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 37 is grounded, and the output terminal is connected to the output terminal 39 and to the inverting input terminal via the feedback capacitor 38. A switch control signal φ1 of the first phase is input to the switch 32 and the switch 34, and a switch control signal φ2 of the second phase (which is shifted from the first phase by a half cycle phase) is input to the switch 33 and the switch 35. Has been.

次に、積分器30の全体動作を説明する。先ず、スイッチ制御信号φ1がスイッチ32および34をオンにする信号サンプリング動作時(他方のスイッチ制御信号φ2は、対応するスイッチ33および35をオフに維持している)には、入力端子31に入力されているアナログ信号(Vin)により入力キャパシタ36が充電される。この入力キャパシタ36に蓄えられた電荷は、実質的に入力電圧Vinと入力キャパシタ36のキャパシタンスCinの積(Vin*Cin)である。次に、スイッチ制御信号φ2がスイッチ33および35をオンにすると、オペアンプ37の反転入力端(−)は実質的に非反転入力端(+)と同電位、即ち仮想接地であるので、上述した入力キャパシタ36の電荷は、完全に帰還キャパシタ38へ移動され、この電荷を帰還キャパシタ38のキャパシタンスで除した値の出力電圧(Vout)を出力端子39に出力する。   Next, the overall operation of the integrator 30 will be described. First, the switch control signal φ1 is input to the input terminal 31 during the signal sampling operation for turning on the switches 32 and 34 (the other switch control signal φ2 keeps the corresponding switches 33 and 35 off). The input capacitor 36 is charged by the analog signal (Vin). The electric charge stored in the input capacitor 36 is substantially the product (Vin * Cin) of the input voltage Vin and the capacitance Cin of the input capacitor 36. Next, when the switch control signal φ2 turns on the switches 33 and 35, the inverting input terminal (−) of the operational amplifier 37 is substantially the same potential as the non-inverting input terminal (+), that is, the virtual ground. The charge of the input capacitor 36 is completely transferred to the feedback capacitor 38, and an output voltage (Vout) obtained by dividing the charge by the capacitance of the feedback capacitor 38 is output to the output terminal 39.

しかし、図3に示す積分器30では、スイッチ32〜35を構成する、一般にMOSトランジスタによる電子スイッチのオン/オフを理想的に行う、特にオン抵抗を充分に低い値にするには、その電源電圧(VDD)を高くする必要があり、低電圧化の要求を満足させることができない。 However, the integrator 30 shown in FIG. 3 ideally turns on and off the electronic switches that constitute the switches 32 to 35, generally MOS transistors, and in particular, in order to make the on-resistance sufficiently low, The voltage (V DD ) needs to be increased, and the demand for lowering the voltage cannot be satisfied.

低電圧化の要求を満足させるため種々の努力がなされている。これらの1つとして、0.6Vで動作する『スイッチドRC積分器を使用する0.6V、82dBのΔΣオーディオADC』(A 0.6V 82-dB Delta-Sigma Audio ADC Using Switched RC-Integrator)が提案されている(例えば、非特許文献1参照。)。この低電圧動作可能なオーディオ信号用のADCは、図4(A)および(B)に示す如く構成されている。
IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. 40, No. 12, December 2005pp.2358-2407
Various efforts have been made to satisfy the demand for lower voltage. One of these is “0.6V, 82dB ΔΣ Audio ADC Using Switched RC Integrator” (A 0.6V 82-dB Delta-Sigma Audio ADC Using Switched RC-Integrator) operating at 0.6V. (For example, refer nonpatent literature 1). The ADC for audio signals capable of operating at a low voltage is configured as shown in FIGS. 4 (A) and 4 (B).
IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. 40, No. 12, December 2005pp.2358-2407

先ず、図4(A)に示す低電圧化された積分器40は、入力端子41、スイッチ42〜45、入力キャパシタ46、オペアンプ47、帰還キャパシタ48および出力端子49に加えて、入力キャパシタ46の出力側に一端が接続された付加キャパシタ50およびその他端に接続されたスイッチ52および53により構成されている。   First, the low voltage integrator 40 shown in FIG. 4A includes an input terminal 41, switches 42 to 45, an input capacitor 46, an operational amplifier 47, a feedback capacitor 48, and an output terminal 49, in addition to the input capacitor 46. The additional capacitor 50 has one end connected to the output side and the switches 52 and 53 connected to the other end.

入力端子41は、スイッチ42を介して入力キャパシタ46の入力端に接続されると共に、スイッチ43を介して電位源VSSに接続されている。入力キャパシタ46の出力端は、スイッチ44を介して基準電位源Vrefに接続されると共に、スイッチ45を介してオペアンプ47の反転入力端に接続され、更に上述した付加キャパシタ50とスイッチ52を介してVSSへ、およびスイッチ53を介してVDDに接続されている。オペアンプ47の非反転入力端(+)は基準電位源Vrefに接続され、出力端は出力端子49に接続されると共に帰還キャパシタ48を介してその反転入力端(−)に接続されている。ここで、スイッチ42、44および52の制御端子には、一方のスイッチ制御信号φ1が入力され、スイッチ43および45にはスイッチ制御信号φ1と半サイクル位相のずれたスイッチ制御信号φ2が入力され、またスイッチ53には、スイッチ制御信号φ2と逆位相のスイッチ制御信号(/φ2)が入力されている。 Input terminal 41 is connected to an input terminal of the input capacitor 46 through the switch 42, is connected to a potential source V SS via the switch 43. The output terminal of the input capacitor 46 is connected to the reference potential source Vref through the switch 44, and is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier 47 through the switch 45, and further through the additional capacitor 50 and the switch 52 described above. V SS is connected to V DD via switch 53. The non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 47 is connected to the reference potential source Vref, and the output terminal is connected to the output terminal 49 and to the inverting input terminal (−) via the feedback capacitor 48. Here, one switch control signal φ1 is input to the control terminals of the switches 42, 44 and 52, and a switch control signal φ2 which is shifted from the switch control signal φ1 by a half cycle phase is input to the switches 43 and 45. The switch 53 is supplied with a switch control signal (/ φ2) having a phase opposite to that of the switch control signal φ2.

積分器40の動作を説明する。先ず、信号サンプリング動作時に、スイッチ制御信号φ1がスイッチ44および52をオンとし、入力キャパシタ46を入力端子41の入力信号Vinと基準電位Vrefの電位差で充電すると共に、上述した付加キャパシタ50をVSSと基準電位Vrefの電位差で充電する。次に、スイッチ制御信号φ2(および/φ2)がスイッチ43、45および53をオンにすると、入力キャパシタ46の電荷を帰還キャパシタ48へ移動させると共に付加キャパシタ50の上述した電荷およびスイッチ53がオンすることにより付加キャパシタ50に充電されるVDDとVrefの電位差による電荷を帰還キャパシタ48へ移動させる。これら移動された電荷による出力電圧をオペアンプ47の出力端子49に出力する。 The operation of the integrator 40 will be described. First, during the signal sampling operation, the switch control signal φ1 turns on the switches 44 and 52, charges the input capacitor 46 with the potential difference between the input signal Vin of the input terminal 41 and the reference potential Vref, and sets the additional capacitor 50 to V SS. And a reference potential Vref. Next, when the switch control signal φ2 (and / φ2) turns on the switches 43, 45, and 53, the charge of the input capacitor 46 is moved to the feedback capacitor 48 and the charge of the additional capacitor 50 and the switch 53 are turned on. As a result, the charge due to the potential difference between V DD and Vref charged in the additional capacitor 50 is moved to the feedback capacitor 48. An output voltage based on the moved charges is output to the output terminal 49 of the operational amplifier 47.

一方、図4(B)に示す低電圧化した積分器60は、入力端子61、1対の抵抗70a−70b、スイッチ63a、63b、64および65、1対の入力キャパシタ66a−66b、オペアンプ67、帰還キャパシタ68および出力端子69により構成されている。   On the other hand, the integrator 60 reduced in voltage shown in FIG. 4B includes an input terminal 61, a pair of resistors 70a-70b, switches 63a, 63b, 64 and 65, a pair of input capacitors 66a-66b, and an operational amplifier 67. A feedback capacitor 68 and an output terminal 69 are included.

低電圧化した積分器60において、入力端子61は、それぞれ抵抗70a−70bの一端に接続され、他端はそれぞれ入力キャパシタ66a−66bの入力端に接続されている。抵抗70aおよび入力キャパシタ66aの共通接続点は、スイッチ63aを介してVSSに接続されている。また、抵抗70bおよび入力キャパシタ66bの共通接続点は、スイッチ63bを介してVDDに接続されている。入力キャパシタ66a−66bの出力端は、スイッチ64を介して基準電位源Vrefに接続されると共にスイッチ65を介してオペアンプ67の反転入力端に接続されている。オペアンプ67の非反転入力端(+)には基準電位源Vrefが接続され、出力端は出力端子69に接続されると共に帰還キャパシタ68を介してその反転入力端へ接続されている。そして、スイッチ64には第1スイッチ制御信号φ1が入力されており、スイッチ63aおよび65には第1スイッチ制御信号φ1と半サイクル位相が異なるスイッチ制御信号φ2が入力されると共にスイッチ63bにはこのスイッチ制御信号φ2と逆位相のスイッチ制御信号(/φ2)が入力されている。 In the integrator 60 whose voltage has been lowered, the input terminal 61 is connected to one end of each of the resistors 70a to 70b, and the other end is connected to the input end of each of the input capacitors 66a to 66b. The common connection point of the resistors 70a and input capacitor 66a is connected to V SS through a switch 63a. The common connection point of the resistor 70b and the input capacitor 66b is connected to V DD via the switch 63b. The output terminals of the input capacitors 66 a-66 b are connected to the reference potential source Vref through the switch 64 and are connected to the inverting input terminal of the operational amplifier 67 through the switch 65. A reference potential source Vref is connected to the non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 67, and the output terminal is connected to the output terminal 69 and to the inverting input terminal via the feedback capacitor 68. The first switch control signal φ1 is input to the switch 64, the switch control signal φ2 having a half cycle phase different from that of the first switch control signal φ1 is input to the switches 63a and 65, and the switch 63b receives this switch control signal φ1. A switch control signal (/ φ2) having a phase opposite to that of the switch control signal φ2 is input.

次に、図4(B)に示す積分器60の動作を説明する。先ず、スイッチ制御信号φ1がスイッチ64をオンとすると、入力端子61の入力信号電圧Vinは、それぞれ抵抗70aおよび70bを介して入力キャパシタ66aおよび66bを入力信号電圧Vinおよび基準電位Vrefの電位差で充電する。次に、スイッチ制御信号φ2および/φによりスイッチ63aおよび63bがオンとなると共にスイッチ65もオンとなり、入力キャパシタ66aおよび66bの充電電荷をオペアンプ67に接続された帰還キャパシタ68へ移す。そして、オペアンプ67の出力端に接続された出力端子69から、これら移動された電荷に対応する出力電圧Voutを出力する。   Next, the operation of the integrator 60 shown in FIG. 4B will be described. First, when the switch control signal φ1 turns on the switch 64, the input signal voltage Vin at the input terminal 61 charges the input capacitors 66a and 66b with the potential difference between the input signal voltage Vin and the reference potential Vref via the resistors 70a and 70b, respectively. To do. Next, the switches 63 a and 63 b are turned on by the switch control signals φ 2 and / φ and the switch 65 is also turned on, and the charge charges of the input capacitors 66 a and 66 b are transferred to the feedback capacitor 68 connected to the operational amplifier 67. Then, an output voltage Vout corresponding to the moved charges is output from an output terminal 69 connected to the output terminal of the operational amplifier 67.

上述の如き従来の積分器は、それぞれ解決するべき課題を有する。即ち、図3に示す如き代表的な積分器30は、上述の如くスイッチの動作電源電圧が高く、低電圧(例えば、約1V)で安定的且つ円滑に動作させることができない。また、図4(A)に示す如き積分器40は、低電圧動作が可能であるが、キャパシタ50によるノイズが増加すると共に所定のキャパシタンス(静電容量)を得るために広い基板面積を必要とするのでIC(集積回路)の小型化を困難にする。また、図4(B)に示す如き積分器60は、低電圧動作が可能であるが、入力信号のサンプリング動作時に、抵抗70を介して入力キャパシタ66に充電するので、CR時定数により充電速度が制限されてサンプリングされる信号に波形歪が生じ、高速のサンプリング動作ができないのみならず抵抗による熱雑音(ノイズ)を生じるという課題を有する。   Each of the conventional integrators as described above has problems to be solved. That is, the typical integrator 30 as shown in FIG. 3 has a high operating power supply voltage of the switch as described above, and cannot be operated stably and smoothly at a low voltage (for example, about 1 V). Further, the integrator 40 as shown in FIG. 4A can be operated at a low voltage, but noise due to the capacitor 50 increases and a large substrate area is required to obtain a predetermined capacitance (capacitance). Therefore, it is difficult to reduce the size of the IC (integrated circuit). Further, the integrator 60 as shown in FIG. 4B can operate at a low voltage, but charges the input capacitor 66 through the resistor 70 during the sampling operation of the input signal. However, there is a problem in that waveform distortion occurs in a signal sampled with a limited number of signals, and not only a high-speed sampling operation cannot be performed but also thermal noise (noise) due to resistance.

本発明は、従来技術の上述した課題に鑑みなされたものであり、低電圧でしかも高速且つ安定的に動作するスイッチドキャパシタ積分器を提供することを主たる目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and has as its main object to provide a switched capacitor integrator that operates at a low voltage and at high speed and stably.

上述した目的を達成するために、本発明によるスイッチドキャパシタ積分器は、次のような特徴的な構成を採用している。   In order to achieve the above-described object, the switched capacitor integrator according to the present invention employs the following characteristic configuration.

(1)入力キャパシタ、その入力側に接続された入力スイッチ、入力キャパシタの出力側に接続された出力スイッチ、この出力スイッチの出力側が入力端に接続されたオペアンプ及びこのオペアンプの入力端および出力端間に接続された帰還キャパシタを含むスイッチドキャパシタ積分器であって、入力キャパシタは出力側が共通接続された1対の入力キャパシタよりなり、入力スイッチは入力信号が入力される入力端子と1対の入力キャパシタの入力側にそれぞれ接続された1対のスイッチおよび1対の入力キャパシタの入力端間に接続されたスイッチの3個のスイッチを有し、1対の入力キャパシタの一方の入力キャパシタの入力側と接地間に接続された第1スイッチ、1対の入力キャパシタの他方の入力キャパシタの入力側とVDD電源間に接続された第2スイッチおよび1対の入力キャパシタの出力側とオペアンプの入力端の基準電位間に接続された第3スイッチを更に有し、第1乃至第3スイッチと、入力スイッチおよび出力スイッチとを交互にオンオフ動作させることを特徴とする。 (1) An input capacitor, an input switch connected to the input side thereof, an output switch connected to the output side of the input capacitor, an operational amplifier whose output side is connected to the input end, and an input end and an output end of the operational amplifier A switched-capacitor integrator including a feedback capacitor connected between the input capacitor and the input capacitor is composed of a pair of input capacitors connected in common on the output side, and the input switch is paired with an input terminal to which an input signal is input. A pair of switches each connected to the input side of the input capacitor and three switches connected between the input ends of the pair of input capacitors, each having the input of one input capacitor of the pair of input capacitors A first switch connected between the first side and the ground, the input side of the other input capacitor of the pair of input capacitors and the V DD voltage And a second switch connected between the sources and a third switch connected between the output side of the pair of input capacitors and the reference potential of the input terminal of the operational amplifier, the first to third switches, the input switch, The output switch is alternately turned on and off.

(2)1対の入力キャパシタは、相互に等しいキャパシタンス(静電容量)を有することを特徴とする(1)に記載のスイッチドキャパシタ積分器。   (2) The switched capacitor integrator according to (1), wherein the pair of input capacitors have a capacitance (capacitance) equal to each other.

(3)第1スイッチ、第3スイッチおよび出力スイッチはnチャネルMOSトランジスタ、第2スイッチはpチャネルMOSトランジスタ、および入力スイッチは相補MOSトランジスタにより形成されることを特徴とする(1)又は(2)に記載のスイッチドキャパシタ積分器。   (3) The first switch, the third switch and the output switch are formed by n-channel MOS transistors, the second switch is formed by a p-channel MOS transistor, and the input switch is formed by a complementary MOS transistor. (1) or (2 Switched capacitor integrator as described in).

(4)オペアンプをそれぞれ入出力端間に帰還キャパシタが接続された差動型のオペアンプとし、(1)に記載の1対の入力キャパシタ、入出力スイッチおよび第1乃至第3スイッチよりなる回路を差動型オペアンプのそれぞれの入力端に接続し、それぞれ差動入力信号を積分する完全差動型とすることを特徴とするスイッチドキャパシタ積分器。   (4) The operational amplifier is a differential operational amplifier in which a feedback capacitor is connected between the input and output terminals, and the circuit comprising the pair of input capacitors, input / output switches, and first to third switches according to (1). A switched-capacitor integrator that is connected to each input terminal of a differential operational amplifier and is a fully differential type that integrates differential input signals.

上述の如き特徴的な構成を採用する本発明によるスイッチドキャパシタ積分器は、次の如き特有の効果を奏する。即ち、例えば1V程度の低電源電圧で円滑且つ安定的に動作するスイッチドキャパシタ積分器が実現可能である。低電源電圧でもオン抵抗が低いスイッチを介して信号をサンプリングするので、スイッチのオン抵抗と入力キャパシタからなるCR時定数により充電速度が制限されることがなく、高速でサンプリング動作させることが可能である。また、1対の入力キャパシタは、並列接続されるので、各キャパシタのキャパシタンスは(1個の入力キャパシタを使用する)従来の入力キャパシタの半分でよく、ICの小型化を損なうことがない。更に、入力キャパシタの前段に抵抗を接続しないので、この抵抗による熱雑音に起因するパフォーマンスの劣化を生じることがない。   The switched-capacitor integrator according to the present invention that employs the characteristic configuration as described above has the following specific effects. That is, it is possible to realize a switched capacitor integrator that operates smoothly and stably with a low power supply voltage of, for example, about 1V. Since the signal is sampled through the switch with low on-resistance even at low power supply voltage, the charging speed is not limited by the CR time constant consisting of the on-resistance of the switch and the input capacitor, and it is possible to perform sampling operation at high speed is there. Also, since the pair of input capacitors are connected in parallel, the capacitance of each capacitor may be half that of a conventional input capacitor (using one input capacitor), and does not impair the miniaturization of the IC. Furthermore, since no resistor is connected in front of the input capacitor, performance degradation due to thermal noise due to this resistor does not occur.

以下、本発明によるスイッチドキャパシタ積分器の好適な実施例の構成および動作を、添付図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, the configuration and operation of a preferred embodiment of the switched capacitor integrator according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

先ず、図1は、本発明によるスイッチドキャパシタンス積分器(以下、単に積分器ということもある)の第1実施例の構成を示す一部ブロックで示す回路図である。この積分器10は、入力端子11、電子スイッチ(以下、単にスイッチという)12a〜12c、13a、13b、14および15、オペアンプ17、相互に等しいキャパシタンス(静電容量)を有する1対の入力キャパシタ16a−16b、帰還キャパシタ18および出力端子19により構成されている。   First, FIG. 1 is a circuit diagram showing in partial block form the configuration of a first embodiment of a switched capacitance integrator (hereinafter also simply referred to as an integrator) according to the present invention. The integrator 10 includes an input terminal 11, electronic switches (hereinafter simply referred to as switches) 12a to 12c, 13a, 13b, 14 and 15, an operational amplifier 17, and a pair of input capacitors having the same capacitance (capacitance). 16a-16b, a feedback capacitor 18 and an output terminal 19.

入力端子11は、入力信号電圧inが入力される端子であり、それぞれスイッチ12aおよび12bを介して入力キャパシタ16aおよび16bの入力端に接続されている。入力キャパシタ16aの入力端はスイッチ13aを介して接地(GND)に接続され、他方の入力キャパシタ16bの入力端はスイッチ13bを介してVDDに接続されている。また、これら1対の入力キャパシタ16aおよび16bの入力端間には別のスイッチ12cが接続されている。 The input terminal 11 is a terminal to which the input signal voltage in is input, and is connected to the input terminals of the input capacitors 16a and 16b via the switches 12a and 12b, respectively. The input terminal of the input capacitor 16a is connected to the ground (GND) through the switch 13a, and the input terminal of the other input capacitor 16b is connected to V DD through the switch 13b. Further, another switch 12c is connected between the input terminals of the pair of input capacitors 16a and 16b.

一方、上述した1対の入力キャパシタ16aおよび16bの出力端は、共通接続されスイッチ14を介して基準電位源Vrefに接続されると共にスイッチ15を介してオペアンプ17の反転入力端(−)に接続されている。オペアンプ17の非反転入力端(+)は上述した基準電位源Vrefに接続され、その出力端は出力端子19に接続されると共に帰還キャパシタ18を介して反転入力端に接続されている。   On the other hand, the output terminals of the pair of input capacitors 16a and 16b described above are connected in common and connected to the reference potential source Vref through the switch 14 and to the inverting input terminal (−) of the operational amplifier 17 through the switch 15. Has been. The non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 17 is connected to the above-described reference potential source Vref, and the output terminal thereof is connected to the output terminal 19 and is connected to the inverting input terminal via the feedback capacitor 18.

上述した積分器10において、スイッチ13aおよび14には第1位相のスイッチ制御信号φ1が入力され、スイッチ13bには第1位相のスイッチ制御信号φ1の反転信号/φ1が入力されている。また、スイッチ12a〜12cおよび15には上述した第1位相のスイッチ制御信号φ1と半サイクル位相がずれた第2位相のスイッチ制御信号φ2が入力されている。   In the integrator 10 described above, the switch control signal φ1 of the first phase is input to the switches 13a and 14, and the inverted signal / φ1 of the switch control signal φ1 of the first phase is input to the switch 13b. The switches 12a to 12c and 15 are supplied with a switch control signal φ2 having a second phase which is shifted from the above-described first phase switch control signal φ1 by a half cycle phase.

積分器10において、スイッチ12a〜12cはCMOS(相補MOS)トランジスタスイッチ、スイッチ13a、14および15はnMOS(nチャネルMOS)トランジスタスイッチ、スイッチ13bはpMOS(pチャネルMOS)トランジスタスイッチで構成されるのが好ましい。   In the integrator 10, the switches 12a to 12c are CMOS (complementary MOS) transistor switches, the switches 13a, 14 and 15 are nMOS (n channel MOS) transistor switches, and the switch 13b is a pMOS (p channel MOS) transistor switch. Is preferred.

次に、図1に示す積分器10の動作を説明する。入力端子11に入力される入力信号電圧Vinは、中心電圧VCOMがVDDの半分、即ちVDD/2である。先ず、スイッチ制御信号φ1によりスイッチ13a、13bおよび14がオンになる。そこで、入力キャパシタ16aは、それぞれスイッチ13aおよび14の下端に接続される接地電位GNDおよび基準電位Vrefの電位差により充電される。他方、入力キャパシタ16bは、電源電位VDDおよび基準電位Vrefの電位差により充電される。 Next, the operation of the integrator 10 shown in FIG. 1 will be described. The input signal voltage Vin input to the input terminal 11 is such that the center voltage V COM is half V DD , that is, V DD / 2. First, the switches 13a, 13b and 14 are turned on by the switch control signal φ1. Therefore, the input capacitor 16a is charged by the potential difference between the ground potential GND and the reference potential Vref connected to the lower ends of the switches 13a and 14, respectively. On the other hand, the input capacitor 16b is charged by the potential difference between the power supply potential V DD and the reference potential Vref.

その半サイクル後にスイッチ制御信号φ2によりスイッチ12a〜12cおよび15がオンになると、1対の入力キャパシタ16aおよび16bの入力端はスイッチ12cにより短絡され、これら入力キャパシタ16aおよび16bを並列接続する。そこで、入力キャパシタ16bの充電電荷の一部を入力キャパシタ16aへ移し、両入力キャパシタ16aおよび16bの充電電荷を等しくすると共にスイッチ12aおよび12bを介して入力キャパシタ16aおよび16bに入力信号電圧Vinで充電する。そして、これら入力キャパシタ16aおよび16bの充電電荷をオペアンプ17の作用により、帰還キャパシタ18へ移動させる。尚、当業者には周知の如く、オペアンプ17の反転入力端(−)の電位は、非反転入力端(+)に印加されている基準電位Vrefと等しい電位に維持されている。そして、帰還キャパシタ18へ移動された電荷に応じた出力電圧Voutが出力端子19から出力される。   When the switches 12a to 12c and 15 are turned on by the switch control signal φ2 after the half cycle, the input terminals of the pair of input capacitors 16a and 16b are short-circuited by the switch 12c, and the input capacitors 16a and 16b are connected in parallel. Therefore, a part of the charge of the input capacitor 16b is transferred to the input capacitor 16a, the charge charges of both the input capacitors 16a and 16b are made equal, and the input capacitors 16a and 16b are charged with the input signal voltage Vin via the switches 12a and 12b. To do. Then, the charge charges of the input capacitors 16 a and 16 b are moved to the feedback capacitor 18 by the operation of the operational amplifier 17. As is well known to those skilled in the art, the potential of the inverting input terminal (−) of the operational amplifier 17 is maintained equal to the reference potential Vref applied to the non-inverting input terminal (+). Then, an output voltage Vout corresponding to the charge transferred to the feedback capacitor 18 is output from the output terminal 19.

上述の如く、入力キャパシタ16aおよび16bは、充電された信号電荷の転送時には並列接続されることに注目されたい。本発明の積分器10は、等しいキャパシタンスを有する1対(2個)の入力キャパシタ16aおよび16bを使用するが、これらのキャパシタ16aおよび16bは並列接続されると、合成キャパシタンスは2倍になる。従って、キャパシタ16aおよび16bのキャパシタンスは、例えば図3に示す従来の積分器30の入力キャパシタ36のキャパシタンスの半分の大きさでよく、IC基板上に大きな面積を占有することはなく、ICの小型化を損なうこともない。   Note that, as described above, the input capacitors 16a and 16b are connected in parallel when transferring the charged signal charge. The integrator 10 of the present invention uses a pair (two) of input capacitors 16a and 16b having equal capacitance, but when these capacitors 16a and 16b are connected in parallel, the combined capacitance is doubled. Therefore, the capacitances of the capacitors 16a and 16b may be, for example, half the capacitance of the input capacitor 36 of the conventional integrator 30 shown in FIG. 3, and do not occupy a large area on the IC substrate, so that the size of the IC can be reduced. There is no loss of conversion.

以下、上述したスイッチ制御信号φ1によるスイッチ13a、13bおよび14のオンと、スイッチ制御信号φ2によるスイッチ12a〜12cおよび15のオンとを、スイッチ制御信号の半サイクル毎に反復する。そして、入力信号電圧Vinの異なる時点における瞬時値を順次サンプリングして帰還キャパシタ18に保持する。ここで、これらのスイッチのオンオフ反復動作の周波数について説明する。例えば、帯域幅が20kHzのオーディオ信号をアナログ入力信号とし、これを対応するデジタル信号に変換するΔΣアナログデジタル変換器(ADC)にこの積分器を使用してサンプリングレートfs=48kHzのデジタル信号を得る場合を想定する。この場合には、このΔΣADCのオーバーサンプリングレシオ(OSR)を例えば64とすると、48kHz×64=3,072MHzの周波数でこれらのスイッチのオンオフ反復動作が行われる。   Hereinafter, the turning on of the switches 13a, 13b and 14 by the switch control signal φ1 and the turning on of the switches 12a to 12c and 15 by the switch control signal φ2 are repeated every half cycle of the switch control signal. Then, instantaneous values at different time points of the input signal voltage Vin are sequentially sampled and held in the feedback capacitor 18. Here, the frequency of the on / off repeated operation of these switches will be described. For example, an audio signal having a bandwidth of 20 kHz is used as an analog input signal, and this integrator is used in a ΔΣ analog-digital converter (ADC) that converts the audio signal into a corresponding digital signal, thereby obtaining a digital signal having a sampling rate fs = 48 kHz. Assume a case. In this case, assuming that the oversampling ratio (OSR) of the ΔΣ ADC is 64, for example, these switches are repeatedly turned on and off at a frequency of 48 kHz × 64 = 3,072 MHz.

次に、図2を参照して、本発明による積分器の第2実施例について説明する。この積分器20は、完全差動構成にされた積分器であり、実質的に図1に示す積分器10を1対使用して中心電位がVCOM(=VDD/2)である差動(又は相補)型の入力信号をそれぞれサンプリング回路SApおよびSAnでサンプリングして、差動型のオペアンプ17の1対の入力端に入力している。この差動型のオペアンプ17の1対の出力端は、それぞれ差動型(逆位相)の出力信号VoutpおよびVoutnを出力する出力端子19aおよび19bと、これら出力端から入力端に接続された1対の帰還キャパシタ18aおよび18bを含んでいる。これらの帰還キャパシタ18aおよび18bには、それぞれのサンプリング回路22aおよび22bでサンプリングされた入力信号による電荷が移され、対応する差動型の出力電圧を出力する。 Next, a second embodiment of the integrator according to the present invention will be described with reference to FIG. The integrator 20 is an integrator having a fully differential configuration, and is substantially a differential whose center potential is V COM (= V DD / 2) using a pair of integrators 10 shown in FIG. (Or complementary) type input signals are sampled by the sampling circuits SAp and SAn, respectively, and input to a pair of input terminals of the differential type operational amplifier 17. A pair of output terminals of the differential operational amplifier 17 are output terminals 19a and 19b that output differential (antiphase) output signals Voutp and Voutn, respectively, and 1 connected to the input terminal from these output terminals. A pair of feedback capacitors 18a and 18b is included. Charges due to the input signals sampled by the respective sampling circuits 22a and 22b are transferred to the feedback capacitors 18a and 18b, and corresponding differential output voltages are output.

以上、本発明によるスイッチドキャパシタ積分器の好適な実施例について詳述した。しかし、斯かる実施例は、本発明の単なる例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではないことに留意されたい。本発明の要旨や精神を逸脱することなく、特定用途に応じて種々の変形変更が可能であること、当業者には容易に理解できよう。   The preferred embodiment of the switched capacitor integrator according to the present invention has been described in detail above. However, it should be noted that such examples are merely illustrative of the invention and do not limit the invention in any way. Those skilled in the art will readily understand that various modifications and changes can be made in accordance with a specific application without departing from the gist and spirit of the present invention.

本発明によるスイッチドキャパシタ積分器の第1実施例の構成を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a configuration of a first embodiment of a switched capacitor integrator according to the present invention; FIG. 本発明によるスイッチドキャパシタ積分器の第2実施例の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of 2nd Example of the switched capacitor integrator by this invention. 従来の代表的なスイッチドキャパシタ積分器の回路図である。It is a circuit diagram of the conventional typical switched capacitor integrator. 従来の低電圧化されたスイッチドキャパシタ積分器の基本回路図を示し、(A)は第1例であり、(B)は第2例である。The basic circuit diagram of the conventional switched capacitor integrator by which voltage reduction was carried out is shown, (A) is a 1st example, (B) is a 2nd example.

符号の説明Explanation of symbols

10、20 スイッチドキャパシタ積分器
11 入力端子
12a〜12c 入力スイッチ
13a 第1スイッチ
13b 第2スイッチ
14 第3スイッチ
15 出力スイッチ
16a、16b 入力キャパシタ
17 オペアンプ
18 帰還キャパシタ
19 出力端子
φ1、φ2 スイッチ制御信号
10, 20 Switched Capacitor Integrator 11 Input Terminals 12a-12c Input Switch 13a First Switch 13b Second Switch 14 Third Switch 15 Output Switch 16a, 16b Input Capacitor 17 Op Amp 18 Feedback Capacitor 19 Output Terminals φ1, φ2 Switch Control Signal

Claims (4)

入力キャパシタ、該入力キャパシタの入力側に接続される入力スイッチ、前記入力キャパシタの出力側に接続された出力スイッチ、該出力スイッチの出力側が入力端に接続されたオペアンプ、該オペアンプの前記入力端および出力端間に接続された帰還キャパシタを含むスイッチドキャパシタ積分器において、
前記入力キャパシタは出力側が共通接続された1対の入力キャパシタよりなり、前記入力スイッチは、入力信号が入力される入力端子と前記1対の入力キャパシタの入力側にそれぞれ接続された1対のスイッチおよび前記1対の入力キャパシタのそれぞれ入力端側間に接続された3個のスイッチを有し、
前記1対の入力キャパシタの一方の入力キャパシタの入力側と接地間に接続された第1スイッチ、前記1対の入力キャパシタの他方の入力キャパシタの入力側とVDD電源間に接続された第2スイッチおよび前記1対の入力キャパシタの出力側と前記オペアンプの入力端の基準電位間に接続された第3スイッチを更に有し、
前記第1乃至第3スイッチと前記入力スイッチおよび前記出力スイッチとを交互にオンオフ動作させることを特徴とするスイッチドキャパシタ積分器。
An input capacitor connected to the input side of the input capacitor, an output switch connected to the output side of the input capacitor, an operational amplifier with the output side of the output switch connected to the input end, the input end of the operational amplifier, and In a switched capacitor integrator including a feedback capacitor connected between the outputs,
The input capacitor is composed of a pair of input capacitors whose outputs are commonly connected, and the input switch is a pair of switches connected to an input terminal to which an input signal is input and an input side of the pair of input capacitors, respectively. And three switches connected between the input end sides of the pair of input capacitors,
A first switch connected between the input side of one input capacitor of the pair of input capacitors and the ground, and a second switch connected between the input side of the other input capacitor of the pair of input capacitors and the VDD power supply And a third switch connected between a reference potential of an output side of the pair of input capacitors and an input end of the operational amplifier,
A switched capacitor integrator, wherein the first to third switches, the input switch, and the output switch are alternately turned on and off.
前記1対の入力キャパシタは相互に等しいキャパシタンス(静電容量)を有することを特徴とする請求項1に記載のスイッチドキャパシタ積分器。   The switched capacitor integrator according to claim 1, wherein the pair of input capacitors have capacitances equal to each other. 前記第1スイッチ、前記第3スイッチおよび前記出力スイッチはnチャネルMOSトランジスタ、前記第2スイッチはpチャネルMOSトランジスタ、および前記入力スイッチは相補MOSトランジスタにより形成されることを特徴とする請求項1又は2に記載のスイッチドキャパシタ積分器。   2. The first switch, the third switch, and the output switch are formed by n-channel MOS transistors, the second switch is formed by a p-channel MOS transistor, and the input switches are formed by complementary MOS transistors. The switched capacitor integrator according to 2. 前記オペアンプをそれぞれ入出力端間に帰還キャパシタが接続された差動型のオペアンプとし、前記請求項1に記載の1対の入力キャパシタ、前記入出力スイッチおよび前記第1乃至第3スイッチよりなる回路を前記差動型オペアンプのそれぞれの入力端に接続し、それぞれ差動入力信号を積分する完全差動型とすることを特徴とするスイッチドキャパシタ積分器。
2. The circuit comprising a pair of input capacitors, the input / output switches, and the first to third switches according to claim 1, wherein each of the operational amplifiers is a differential operational amplifier in which a feedback capacitor is connected between input and output terminals. Are connected to the respective input terminals of the differential operational amplifier, and each of them is of a fully differential type that integrates a differential input signal.
JP2007206301A 2007-08-08 2007-08-08 Switched capacitor integrator Pending JP2009044379A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007206301A JP2009044379A (en) 2007-08-08 2007-08-08 Switched capacitor integrator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007206301A JP2009044379A (en) 2007-08-08 2007-08-08 Switched capacitor integrator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2009044379A true JP2009044379A (en) 2009-02-26

Family

ID=40444652

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007206301A Pending JP2009044379A (en) 2007-08-08 2007-08-08 Switched capacitor integrator

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2009044379A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009044391A (en) * 2007-08-08 2009-02-26 Digian Technology Inc Ad converter
JP2011114618A (en) * 2009-11-27 2011-06-09 New Japan Radio Co Ltd Switched capacitor type integrator
KR20120122901A (en) * 2011-04-28 2012-11-07 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 Semiconductor circuit

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009044391A (en) * 2007-08-08 2009-02-26 Digian Technology Inc Ad converter
JP2011114618A (en) * 2009-11-27 2011-06-09 New Japan Radio Co Ltd Switched capacitor type integrator
KR20120122901A (en) * 2011-04-28 2012-11-07 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 Semiconductor circuit
JP2012239167A (en) * 2011-04-28 2012-12-06 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Semiconductor circuit
KR101919056B1 (en) * 2011-04-28 2018-11-15 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 Semiconductor circuit

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100794310B1 (en) Switched capacitor circuit and amplifing method thereof
US7746253B2 (en) Semiconductor integrated circuit
US9667194B2 (en) Differential switched capacitor circuits having voltage amplifiers, and associated methods
KR101087246B1 (en) Switched capacitor circuit
US8232905B2 (en) Sequentially configured analog to digital converter
US6573785B1 (en) Method, apparatus, and system for common mode feedback circuit using switched capacitors
JP5565859B2 (en) Delta Sigma AD converter
US9214912B2 (en) Switched capacitor circuits having level-shifting buffer amplifiers, and associated methods
JP2010213042A (en) Amplifier circuit and analog/digital conversion circuit
WO2013156846A2 (en) Method and apparatus for separating the reference current from the input signal in sigma-delta converter
JP2009260605A (en) DeltaSigma MODULATOR AND DeltaSigma TYPE A/D CONVERTER
JP2009044379A (en) Switched capacitor integrator
JP2011015248A (en) Differential chopper comparator and a/d converter circuit including the same
JP5198427B2 (en) Sigma delta modulator
WO2015098057A1 (en) Integrator, delta-sigma modulator, and communication device
Liu et al. A low-voltage low-power sigma-delta modulator for bio-potential signals
JP3907633B2 (en) NIC circuit and ADC circuit
JP4939497B2 (en) ΔΣ type analog-digital converter
KR102012504B1 (en) Switched-capacitor integrator circuit for compensating pole-error of integrator-transfer function
JP2009044391A (en) Ad converter
JP2005260307A (en) Operational amplifier and analog/digital converter using the same
JP2008060978A (en) Switched capacitor circuit, correlation double sampling circuit, and electronic device using the same
JP5087103B2 (en) Fully differential switched capacitor filter circuit and A / D converter
KR101951572B1 (en) Rc integrator used in a continuous time delta sigma analog-digital converter and having enhanced output swing
JP2008099225A (en) Amplifier and filter

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Effective date: 20100201

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110628

A131 Notification of reasons for refusal

Effective date: 20110705

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

A02 Decision of refusal

Effective date: 20111101

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02