JP2009177278A - A/d converter - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an A/D converter capable of simplifying a circuit configuration. <P>SOLUTION: Each of comparison operation circuits CP1-CP4 serially connected in four stages has a function of comparing a supplied input voltage with reference voltages R1-R4 in order, and outputs a bit 00 when the reference voltage supplied at the point of time at which the size relation of both changes is R1, a bit 01 when it is R2, a bit 10 when it is R3 and a bit 11 when it is R4. The voltage of analog signals to be a conversion object is supplied as the input voltage of the comparison operation circuit CP1 of the first stage. In each comparison operation circuit, a voltage 4×e, where a difference voltage e of the reference voltage supplied at the point of time at which the size relation changes and the input voltage is multiplied by four, is supplied as the input voltage of the comparison operation circuit of the next stage, and cascade operations are successively performed in the comparison operation circuits CP1-CP4 of four stages. After inverting the bits output from the comparison operation circuits CP2 and CP4 of the even-numbered stages, respective bit streams are output as the value of 8 bits expressing a digital value after conversion. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、A/D変換器に関し、特に、変換対象となるアナログ信号電圧を、ステップ状に電圧が増加してゆくアナログ参照信号と順次比較してゆき、比較結果に応じたビット列を出力する比較演算回路を多段接続して用いる方式のA/D変換器に関する。   The present invention relates to an A / D converter, and in particular, sequentially compares an analog signal voltage to be converted with an analog reference signal whose voltage increases stepwise, and outputs a bit string corresponding to the comparison result. The present invention relates to an A / D converter that uses a comparison arithmetic circuit connected in multiple stages.

情報をデジタルデータとして取り扱う技術の普及に伴い、アナログデータをデジタルデータに変換する役割を果たすA/D変換器は、様々な技術分野で利用されるに至っている。たとえば、固体撮像装置では、イメージセンサを構成する個々の画素から、当該画素位置における受光強度を示すアナログ信号が出力されるが、これらのアナログ信号に基づいて撮像データを作成するには、各アナログ信号をデジタル信号に変換する必要があり、このような変換を行うために、一般的な固体撮像装置はA/D変換器を内蔵している。   With the spread of technology for handling information as digital data, A / D converters that play a role in converting analog data into digital data have come to be used in various technical fields. For example, in a solid-state imaging device, an analog signal indicating the received light intensity at the pixel position is output from each pixel constituting the image sensor. To create imaging data based on these analog signals, each analog signal is generated. It is necessary to convert the signal into a digital signal, and in order to perform such conversion, a general solid-state imaging device includes an A / D converter.

一般的なA/D変換器は、入力電圧と参照電圧との大小関係を比較する比較演算回路を備えており、この比較演算回路に与える参照電圧をステップ状に増加させてゆきながら、大小関係が変化するタイミングを認識し、当該変化タイミングに応じたビット列を変換後のデジタルデータとして出力する方式を採る。たとえば、下記の特許文献1,2には、このような比較演算回路を利用した基本的なA/D変換器が開示されている。   A general A / D converter includes a comparison operation circuit that compares the magnitude relationship between an input voltage and a reference voltage. While increasing the reference voltage applied to the comparison operation circuit stepwise, the magnitude relationship is increased. The method of recognizing the change timing of the signal and outputting a bit string corresponding to the change timing as converted digital data is adopted. For example, Patent Documents 1 and 2 below disclose basic A / D converters using such a comparison operation circuit.

通常は、このような比較演算回路を多段接続することにより、変換精度の向上が図られる。すなわち、前段の比較演算回路における「入力電圧と参照電圧との差に相当する残差成分(ステップ状の参照電圧のステップ幅に満たない成分)」を増幅回路を介して増幅し、これを後段の比較演算回路に入力電圧として与える方式が採られる。下記の特許文献3,4には、複数の比較演算回路を増幅回路を介してカスケード接続したA/D変換器が開示されている。また、下記の特許文献5には、比較演算回路から出力された残差成分を増幅した後、再び同一の比較演算回路に入力信号として与えるようにし、信号を同一の比較演算回路に巡回させることにより、1台の比較演算回路により実質的に多段の比較演算回路を用いた装置と同等の処理の実行が可能になる巡回型A/D変換器が開示されている。
特開平6−77830号公報 特開平8−213908号公報 特開平11−214997号公報 特開2000−78011号公報 特開2007−36580号公報
Usually, the conversion accuracy is improved by connecting such comparison operation circuits in multiple stages. That is, the “residual component corresponding to the difference between the input voltage and the reference voltage (a component that does not satisfy the step width of the step-like reference voltage)” in the preceding comparison operation circuit is amplified via the amplifier circuit, A method of applying as an input voltage to the comparison operation circuit is employed. Patent Documents 3 and 4 below disclose A / D converters in which a plurality of comparison operation circuits are cascade-connected via an amplifier circuit. Further, in Patent Document 5 below, after the residual component output from the comparison operation circuit is amplified, it is again provided as an input signal to the same comparison operation circuit, and the signal is circulated to the same comparison operation circuit. Thus, a cyclic A / D converter is disclosed in which a single comparison operation circuit can execute processing equivalent to that of a device using substantially multiple stages of comparison operation circuits.
Japanese Patent Laid-Open No. 6-77830 JP-A-8-213908 Japanese Patent Laid-Open No. 11-214997 JP 2000-78011 A JP 2007-36580 A

比較演算回路を多段接続して用いる従来の一般的なA/D変換器は、上述したように、参照電圧をステップ状に増加させてゆき、入力信号との大小関係が変化するタイミングを認識し、当該変化タイミングに応じたビット列を出力するとともに、残差成分となる差電圧を後段へと出力する。しかしながら、この後段へと出力される差電圧は、「大小関係が変化したタイミングにおける参照電圧」との差ではなく、「大小関係が変化する直前のタイミングにおける参照電圧」との差であるため、大小関係の判定のために求めた差電圧をそのまま利用することはできない。このため、従来のA/D変換器では、後段へ差電圧を出力するための回路構成が複雑にならざるを得ない。   As described above, the conventional general A / D converter using the comparison arithmetic circuit connected in multiple stages increases the reference voltage stepwise and recognizes the timing when the magnitude relationship with the input signal changes. In addition, a bit string corresponding to the change timing is output, and a difference voltage serving as a residual component is output to the subsequent stage. However, the difference voltage output to the subsequent stage is not the difference from the “reference voltage at the timing when the magnitude relationship changes” but the difference from the “reference voltage at the timing immediately before the magnitude relationship changes”. The difference voltage obtained for the determination of the magnitude relationship cannot be used as it is. For this reason, in the conventional A / D converter, the circuit configuration for outputting the differential voltage to the subsequent stage has to be complicated.

そこで本発明は、より回路構成を単純化することが可能なA/D変換器を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an A / D converter that can further simplify the circuit configuration.

(1) 本発明の第1の態様は、
入力電圧と所定の参照電圧との大小関係を比較し、比較結果を示すビットを出力するとともに、入力電圧と参照電圧との差電圧を出力する比較演算回路と、
比較演算回路が出力する差電圧を増幅する増幅回路と、
を備え、
前段の比較演算回路から出力された差電圧が増幅回路で増幅された後に後段の比較演算回路に入力されるように、比較演算回路は、増幅回路を介挿した状態で複数段がカスケード接続され、
変換対象となるアナログ信号を第1段目の比較演算回路に与えると、各段の比較演算回路からのビット出力列として、変換後のデジタルデータが得られるA/D変換器において、
比較演算回路が、入力電圧と参照電圧との大小関係が変化した時点に与えられていた参照電圧に関する差電圧を出力するようにし、
偶数段目の比較演算回路からのビット出力に対して論理反転を行うビット反転手段を更に設けるようにしたものである。
(1) The first aspect of the present invention is:
A comparison operation circuit that compares the magnitude relationship between the input voltage and a predetermined reference voltage, outputs a bit indicating the comparison result, and outputs a difference voltage between the input voltage and the reference voltage;
An amplifier circuit for amplifying the differential voltage output from the comparison operation circuit;
With
The comparison operation circuit is cascaded in a plurality of stages with the amplification circuit interposed so that the differential voltage output from the comparison operation circuit of the previous stage is amplified by the amplification circuit and then input to the comparison operation circuit of the subsequent stage. ,
When an analog signal to be converted is supplied to the first-stage comparison operation circuit, an A / D converter that obtains converted digital data as a bit output string from each comparison operation circuit,
The comparison operation circuit outputs a difference voltage related to the reference voltage that was given when the magnitude relationship between the input voltage and the reference voltage changed,
Bit inversion means for performing logic inversion on the bit output from the even-numbered comparison operation circuit is further provided.

(2) 本発明の第2の態様は、上述の第1の態様に係るA/D変換器において、
電圧を徐々に増加させることにより、複数通りの参照電圧を順番に発生させ、これを比較演算回路に所定タイミングで与える参照電圧発生回路を設け、
比較演算回路が、入力電圧と参照電圧との大小関係が変化したタイミングを認識し、当該変化タイミングに対応づけられた特定のビットを出力するようにしたものである。
(2) According to a second aspect of the present invention, in the A / D converter according to the first aspect described above,
By gradually increasing the voltage, a plurality of reference voltages are generated in order, and a reference voltage generation circuit is provided that gives this to the comparison operation circuit at a predetermined timing,
The comparison operation circuit recognizes the timing when the magnitude relationship between the input voltage and the reference voltage has changed, and outputs a specific bit associated with the change timing.

(3) 本発明の第3の態様は、上述の第2の態様に係るA/D変換器において、
比較演算回路が、入力電圧と参照電圧との差電圧を求める差分回路と、差電圧を一時的に保持する記憶回路と、差電圧の符号を判定する符号判定回路と、符号判定回路の判定結果が変化したタイミングに基づいて特定のビットを出力する制御回路と、を有し、記憶回路が、符号判定回路の判定結果が変化したときに保持している差電圧を出力するようにしたものである。
(3) According to a third aspect of the present invention, in the A / D converter according to the second aspect described above,
The comparison operation circuit obtains a difference voltage between the input voltage and the reference voltage, a storage circuit that temporarily holds the difference voltage, a sign determination circuit that determines the sign of the difference voltage, and a determination result of the sign determination circuit And a control circuit that outputs a specific bit based on the timing at which the signal changes, and the storage circuit outputs a difference voltage that is held when the determination result of the sign determination circuit changes. is there.

(4) 本発明の第4の態様は、上述の第2または第3の態様に係るA/D変換器において、
比較演算回路には、フルレンジの電圧幅0〜Vmaxまでの入力電圧が与えられるように構成され、
参照電圧発生回路が、フルレンジを2分割することにより得られる(2+1)通りの電圧R(0),R(1),R(2),...,R(2)のうち(但し、R(0)=0、R(2)=Vmax)、2通りの参照電圧R(1),R(2),...,R(2)をこの順序で発生させ、
比較演算回路が、入力電圧と第i番目の参照電圧R(i)との比較時において大小関係が変化したときに(i=1,2,...,2)、入力電圧と第i番目の参照電圧R(i)との差電圧を出力するとともに、値(i−1)の二進表現に対応するnビットのビット列を出力し、
増幅回路が、差電圧を2倍に増幅するようにしたものである。
(4) According to a fourth aspect of the present invention, in the A / D converter according to the second or third aspect described above,
The comparison operation circuit is configured to be provided with an input voltage from 0 to Vmax in the full range of voltage width,
Of the (2 n +1) voltage R (0), R (1), R (2),..., R (2 n ) obtained by dividing the full range by 2 n (However, R (0) = 0, R (2 n ) = Vmax), 2n reference voltages R (1), R (2),..., R (2 n ) are generated in this order. ,
When the comparison operation circuit changes the magnitude relationship (i = 1, 2,..., 2 n ) when comparing the input voltage with the i-th reference voltage R (i) (i = 1, 2,..., 2 n ), A differential voltage with respect to the th reference voltage R (i) and an n-bit bit string corresponding to the binary representation of the value (i−1),
The amplifier circuit amplifies the differential voltage by 2n times.

(5) 本発明の第5の態様は、上述の第1〜第4の態様に係るA/D変換器において、
K組(Kは2以上の自然数)の比較演算回路と、(K−1)組の増幅回路と、を設け、第k番目(k=1〜K−1)の比較演算回路が出力する差電圧が、第k番目の増幅回路で増幅された後に第(k+1)番目の比較演算回路に入力されるように、比較演算回路と増幅回路とを交互に接続し、
ビット反転手段を、偶数段目の比較演算回路からのビット出力線に設けられたインバータ回路によって構成したものである。
(5) According to a fifth aspect of the present invention, in the A / D converter according to the first to fourth aspects described above,
K sets (K is a natural number of 2 or more) comparison operation circuits and (K-1) sets of amplification circuits are provided, and the difference output from the k-th (k = 1 to K-1) comparison operation circuits is provided. The comparison operation circuit and the amplification circuit are alternately connected so that the voltage is amplified by the kth amplification circuit and then input to the (k + 1) th comparison operation circuit,
The bit inversion means is constituted by an inverter circuit provided on the bit output line from the even-numbered comparison operation circuit.

(6) 本発明の第6の態様は、上述の第1〜第4の態様に係るA/D変換器において、
1組の比較演算回路と、1組の増幅回路と、を設け、この1組の比較演算回路から出力された差電圧が増幅回路で増幅された後に、再び同じ比較演算回路に入力されるように巡回させることにより、1組の比較演算回路自身によって複数段のカスケード接続が実現されるようにし、
ビット反転手段が、この比較演算回路からの偶数回目のビット出力に対して論理反転を行うようにしたものである。
(6) According to a sixth aspect of the present invention, in the A / D converter according to the first to fourth aspects described above,
A set of comparison operation circuits and a set of amplification circuits are provided so that the differential voltage output from the set of comparison operation circuits is amplified by the amplification circuit and then input to the same comparison operation circuit again. In order to realize a cascade connection of a plurality of stages by a set of comparison operation circuits themselves,
Bit inversion means performs logic inversion on the even-numbered bit output from the comparison operation circuit.

(7) 本発明の第7の態様は、上述の第6の態様に係るA/D変換器において、
第1の入力端に与えられた信号と第2の入力端に与えられた信号とを選択的に出力するセレクタを設け、このセレクタの第1の入力端には、変換対象となるアナログ信号を供給する信号線を接続し、セレクタの出力端を比較演算回路の入力電圧用の入力端に接続し、比較演算回路の差電圧用の出力端を増幅回路の入力端に接続し、増幅回路の出力端をセレクタの第2の入力端に接続し、セレクタは、変換対象となるアナログ信号が与えられた当初は第1の入力端に与えられた信号を選択的に出力し、増幅回路から巡回した信号が与えられた後は第2の入力端に与えられた信号を選択的に出力するようにしたものである。
(7) According to a seventh aspect of the present invention, in the A / D converter according to the sixth aspect described above,
A selector that selectively outputs a signal applied to the first input terminal and a signal applied to the second input terminal is provided, and an analog signal to be converted is input to the first input terminal of the selector. Connect the signal line to be supplied, connect the output terminal of the selector to the input terminal for the input voltage of the comparison operation circuit, connect the output terminal for the differential voltage of the comparison operation circuit to the input terminal of the amplification circuit, The output terminal is connected to the second input terminal of the selector, and the selector selectively outputs the signal given to the first input terminal at the beginning when the analog signal to be converted is given, and the circuit is circulated from the amplifier circuit. After the signal is given, the signal given to the second input terminal is selectively outputted.

本発明に係るA/D変換器は、比較演算回路を多段接続して用いる点においては従来のA/D変換器と同様であるが、後段へと出力される差電圧として、「大小関係が変化したタイミングにおける参照電圧」との差を用いるようにしたため、大小関係の判定のために求めた差電圧をそのまま後段へと出力することができるようになり、回路構成を単純化することが可能になる。また、「大小関係が変化したタイミングにおける参照電圧」との差を後段へと出力することにより生じる問題は、偶数段目の比較演算回路からのビット出力に対して論理反転を行うことにより解決されるので、正しい変換結果が得られる点においては、従来のA/D変換器と全く変わりはない。   The A / D converter according to the present invention is the same as the conventional A / D converter in that the comparison operation circuit is connected in multiple stages, but the difference voltage output to the subsequent stage is “ Since the difference from the “reference voltage at the changed timing” is used, the difference voltage obtained for determining the magnitude relation can be output to the subsequent stage as it is, and the circuit configuration can be simplified. become. In addition, the problem caused by outputting the difference from the “reference voltage at the timing when the magnitude relationship changes” to the subsequent stage is solved by performing logical inversion on the bit output from the even-numbered comparison operation circuit. Therefore, it is completely the same as the conventional A / D converter in that a correct conversion result can be obtained.

以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。   Hereinafter, the present invention will be described based on the illustrated embodiments.

<<< §1.従来のA/D変換器の基本構成(その1) >>>
ここでは、説明の便宜上、比較演算回路を多段接続して用いる従来の一般的なA/D変換器の基本構成とその動作原理を簡単に説明する。図1は、このような従来のA/D変換器の基本構成を示すブロック図である。
<<< §1. Basic Configuration of Conventional A / D Converter (Part 1) >>>
Here, for convenience of explanation, the basic configuration and operation principle of a conventional general A / D converter using a comparison arithmetic circuit connected in multiple stages will be briefly described. FIG. 1 is a block diagram showing the basic configuration of such a conventional A / D converter.

図において、CP1〜CP4は、それぞれ同一の構成をもった比較演算回路であり、入力電圧Vinと参照電圧Rとの大小関係を比較し、比較結果に基づいて1ビットの出力を行うとともに、両電圧の差を出力電圧Voutとして出力する機能を有する。たとえば、比較演算回路CP1は、入力電圧Vin(1)と参照電圧Rとの大小関係を比較し、比較結果に基づいて1ビットの出力B1を行うとともに、差電圧(Vin(1)とRとの差)を出力電圧Vout(1)として出力する。   In the figure, CP1 to CP4 are comparison operation circuits each having the same configuration, compare the magnitude relationship between the input voltage Vin and the reference voltage R, and output 1 bit based on the comparison result. It has a function of outputting a voltage difference as an output voltage Vout. For example, the comparison operation circuit CP1 compares the magnitude relationship between the input voltage Vin (1) and the reference voltage R, performs a 1-bit output B1 based on the comparison result, and outputs the difference voltage (Vin (1) and R). Is output as the output voltage Vout (1).

一方、A1〜A3は、いずれも入力電圧を2倍に増幅する増幅回路であり(符号X2は、増幅倍率が2倍であることを示す)、図示のとおり、比較演算回路CP1〜CP4の間に介挿されている。各増幅回路の入力端は、前段に位置する比較演算回路の差電圧用の出力端に接続されており、各増幅回路の出力端は、後段に位置する比較演算回路の入力電圧用の入力端に接続されている。したがって、たとえば、増幅回路A1は、前段に位置する比較演算回路CP1からの出力電圧Vout(1)を2倍に増幅し、増幅した電圧を後段に位置する比較演算回路CP2に対して、入力電圧Vin(2)として供給する機能を果たす。   On the other hand, each of A1 to A3 is an amplifier circuit that amplifies the input voltage by a factor of two (reference symbol X2 indicates that the amplification factor is two), and as illustrated, between the comparison operation circuits CP1 to CP4. Is inserted. The input terminal of each amplifier circuit is connected to the output terminal for the differential voltage of the comparison operation circuit located in the previous stage, and the output terminal of each amplification circuit is the input terminal for the input voltage of the comparison operation circuit located in the subsequent stage. It is connected to the. Therefore, for example, the amplifier circuit A1 doubles the output voltage Vout (1) from the comparison operation circuit CP1 located in the previous stage, and the amplified voltage is input to the comparison operation circuit CP2 located in the subsequent stage. It fulfills the function of supplying as Vin (2).

同様に、増幅回路A2は、前段に位置する比較演算回路CP2からの出力電圧Vout(2)を2倍に増幅し、増幅した電圧を後段に位置する比較演算回路CP3に対して、入力電圧Vin(3)として供給する機能を果たし、増幅回路A3は、前段に位置する比較演算回路CP3からの出力電圧Vout(3)を2倍に増幅し、増幅した電圧を後段に位置する比較演算回路CP4に対して、入力電圧Vin(4)として供給する機能を果たす。   Similarly, the amplifier circuit A2 doubles the output voltage Vout (2) from the comparison operation circuit CP2 located in the previous stage, and the amplified voltage is compared with the input voltage Vin to the comparison operation circuit CP3 located in the subsequent stage. The amplifier circuit A3 performs the function of supplying as (3), and the amplifier circuit A3 amplifies the output voltage Vout (3) from the comparison operation circuit CP3 located in the previous stage by a factor of 2, and the comparison operation circuit CP4 located in the subsequent stage. In contrast, the function of supplying the input voltage Vin (4) is achieved.

図2は、図1に示す各比較演算回路CP1〜CP4の一般的な処理動作を示す図である。ここでは、「第k番目の比較演算回路」という意味で、この比較演算回路にCPkなる符号を付すことにする。上述したとおり、この比較演算回路CPkの第1の機能は、入力電圧Vin(k)と所定の参照電圧Rとの大小関係を比較し、比較結果を示すビットBを出力することであり、第2の機能は、入力電圧Vin(k)と参照電圧Rとの差電圧を、出力電圧Vout(k)として出力することである。なお、図1では、参照電圧を符号Rで示しているが、実際には、この参照電圧Rは、時間とともに変化し、複数通りの電圧値をとる。ここに示す例の場合、図2に示すとおり、参照電圧は、R0,R1の2通りの値をとることになり、入力電圧Vin(k)は、この2通りの参照電圧R0,R1と比較されることになる。   FIG. 2 is a diagram showing a general processing operation of each of the comparison operation circuits CP1 to CP4 shown in FIG. Here, in order to mean “kth comparison operation circuit”, the comparison operation circuit is denoted by a symbol CPk. As described above, the first function of the comparison operation circuit CPk is to compare the magnitude relationship between the input voltage Vin (k) and the predetermined reference voltage R and to output the bit B indicating the comparison result. The second function is to output the difference voltage between the input voltage Vin (k) and the reference voltage R as the output voltage Vout (k). In FIG. 1, the reference voltage is indicated by a symbol R, but actually, the reference voltage R changes with time and takes a plurality of voltage values. In the example shown here, as shown in FIG. 2, the reference voltage takes two values R0 and R1, and the input voltage Vin (k) is compared with the two reference voltages R0 and R1. Will be.

もっとも、通常は、参照電圧R0は接地電位に設定され、入力電圧Vin(k)は、接地電位以上に設定されるため、参照電圧R0との大小関係についての比較処理は省略することができる。したがって、実際には、比較演算回路CPkにおける大小関係の比較は、参照電圧R1について行えば足りる。図2の右半分には、この比較結果に基いて実行される比較演算回路CPkの具体的な処理内容が示されている。すなわち、Vin(k)<R1の場合は、出力ビットB=0が出力され(第1の機能)、Vout(k)=Vin(k)−R0なる差電圧が出力される(第2の機能)。一方、Vin(k)≧R1の場合は、出力ビットB=1が出力され(第1の機能)、Vout(k)=Vin(k)−R1なる差電圧が出力される(第2の機能)。   However, normally, since the reference voltage R0 is set to the ground potential and the input voltage Vin (k) is set to be equal to or higher than the ground potential, the comparison process regarding the magnitude relationship with the reference voltage R0 can be omitted. Therefore, in practice, the comparison of the magnitude relationship in the comparison operation circuit CPk only needs to be performed for the reference voltage R1. The right half of FIG. 2 shows specific processing contents of the comparison operation circuit CPk executed based on the comparison result. That is, when Vin (k) <R1, the output bit B = 0 is output (first function), and the difference voltage Vout (k) = Vin (k) −R0 is output (second function). ). On the other hand, when Vin (k) ≧ R1, the output bit B = 1 is output (first function), and a differential voltage Vout (k) = Vin (k) −R1 is output (second function). ).

図3は、このような比較演算回路CPkの具体的な処理動作を例示する図である。図のR0は接地電位、R2はフルレンジVmaxの電圧値、R1はその中間の電位を示しており、棒グラフは、入力電圧Vin(k)の大きさを示す。上述したように、比較演算回路CPkの処理動作は、入力電圧Vin(k)と参照電圧R1との大小関係に基づいて2通りに分かれる。   FIG. 3 is a diagram illustrating a specific processing operation of such a comparison operation circuit CPk. In the figure, R0 is the ground potential, R2 is the voltage value of the full range Vmax, R1 is an intermediate potential, and the bar graph indicates the magnitude of the input voltage Vin (k). As described above, the processing operation of the comparison operation circuit CPk is divided into two types based on the magnitude relationship between the input voltage Vin (k) and the reference voltage R1.

図3(a) は、Vin(k)<R1の場合の処理動作を示している。この場合、出力ビットB=0が出力され(枠内の「0」は、この出力ビットBの値を示す)、Vout(k)=Vin(k)−R0なる差電圧が出力される。ここで、R0は接地電位であり、電圧値としては0であるから、Vout(k)=Vin(k)となり、図示のとおり、入力電圧Vin(k)がそのまま差電圧Vout(k)として出力されることになる。   FIG. 3A shows the processing operation when Vin (k) <R1. In this case, output bit B = 0 is output (“0” in the frame indicates the value of this output bit B), and a differential voltage of Vout (k) = Vin (k) −R0 is output. Here, since R0 is the ground potential and the voltage value is 0, Vout (k) = Vin (k), and as shown in the figure, the input voltage Vin (k) is output as the differential voltage Vout (k) as it is. Will be.

一方、図3(b) は、Vin(k)≧R1の場合の処理動作を示している。この場合、出力ビットB=1が出力され(枠内の「1」は、この出力ビットBの値を示す)、Vout(k)=Vin(k)−R1なる差電圧が出力される。図示のとおり、入力電圧Vin(k)から、参照電圧R1を差し引いた残差に相当する差電圧が、Vout(k)として出力されることになる。   On the other hand, FIG. 3B shows the processing operation when Vin (k) ≧ R1. In this case, output bit B = 1 is output (“1” in the frame indicates the value of this output bit B), and a differential voltage of Vout (k) = Vin (k) −R1 is output. As shown in the drawing, a difference voltage corresponding to the residual obtained by subtracting the reference voltage R1 from the input voltage Vin (k) is output as Vout (k).

続いて、図4を参照しながら、図1に示すA/D変換器に含まれる4組の比較演算回路を連携させた具体的な処理動作を説明しよう。図4に示すCP1〜CP4は、図1に示す比較演算回路CP1〜CP4に対応しており、それぞれの比較演算回路における具体的な処理動作が示されている。ここでは、便宜上、接地電位R0=0,フルレンジR2=100,参照電圧R1=50という具体的な電圧値(無名数)を想定して以下の説明を行うことにする。   Next, a specific processing operation in which four sets of comparison operation circuits included in the A / D converter shown in FIG. 1 are linked will be described with reference to FIG. CP1 to CP4 shown in FIG. 4 correspond to the comparison operation circuits CP1 to CP4 shown in FIG. 1, and specific processing operations in the respective comparison operation circuits are shown. Here, for the sake of convenience, the following description will be made assuming specific voltage values (anonymous number) of ground potential R0 = 0, full range R2 = 100, and reference voltage R1 = 50.

いま、変換対象となるアナログ信号として、電圧値「66」に相当する電圧をもった信号が、このA/D変換器に与えられたものとする。この場合、第1段目の比較演算回路CP1に与えられる入力電圧は、Vin(1)=66ということになる。参照電圧R1=50であるから、比較演算回路CP1では、図2に示す「Vin(k)≧R1の場合の処理動作」が実行されることになり、出力ビットB1=1が出力され、Vout(1)=Vin(1)−R1なる演算式に基づいて、d=66−50=16なる差電圧dが、出力電圧Vout(1)として出力される。この差電圧dは、増幅回路A1で2倍に増幅され、第2段目の比較演算回路CP2に入力電圧Vin(2)として与えられることになる。図示の例の場合、d=16であるから、2・d=32が第2段目の比較演算回路CP2へ与えられることになる(図の一点鎖線は、差電圧dの2倍が後段に送られることを示している)。   Now, it is assumed that a signal having a voltage corresponding to the voltage value “66” is given to the A / D converter as an analog signal to be converted. In this case, the input voltage supplied to the first-stage comparison operation circuit CP1 is Vin (1) = 66. Since the reference voltage R1 = 50, the comparison operation circuit CP1 executes the “processing operation in the case of Vin (k) ≧ R1” shown in FIG. 2, the output bit B1 = 1 is output, and Vout Based on the equation (1) = Vin (1) −R1, a differential voltage d of d = 66−50 = 16 is output as the output voltage Vout (1). This difference voltage d is amplified twice by the amplifier circuit A1, and is supplied as the input voltage Vin (2) to the second comparison operation circuit CP2. In the example shown in the figure, since d = 16, 2 · d = 32 is given to the comparison operation circuit CP2 in the second stage (the dashed line in the figure indicates that twice the difference voltage d is in the subsequent stage. Indicating that it will be sent).

こうして、第2段目の比較演算回路CP2に与えられる入力電圧は、Vin(2)=32ということになる。参照電圧R1=50であるから、比較演算回路CP2では、図2に示す「Vin(k)<R1の場合の処理動作」が実行されることになり、出力ビットB2=0が出力され、Vout(2)=Vin(2)−R0なる演算式に基づいて、Vin(2)=32なる差電圧dが、そのまま出力電圧Vout(2)として出力される。この差電圧dは、増幅回路A2で2倍に増幅され、第3段目の比較演算回路CP3に入力電圧Vin(3)として与えられることになる。図示の例の場合、d=32であるから、2・d=64が第3段目の比較演算回路CP3へ与えられることになる。   Thus, the input voltage applied to the second-stage comparison operation circuit CP2 is Vin (2) = 32. Since the reference voltage R1 = 50, the comparison operation circuit CP2 executes the “processing operation when Vin (k) <R1” shown in FIG. 2, and the output bit B2 = 0 is output. Based on the equation (2) = Vin (2) −R0, the difference voltage d of Vin (2) = 32 is output as it is as the output voltage Vout (2). The difference voltage d is amplified twice by the amplifier circuit A2, and is supplied as the input voltage Vin (3) to the third-stage comparison operation circuit CP3. In the example shown in the figure, since d = 32, 2 · d = 64 is given to the third-stage comparison operation circuit CP3.

続いて、第3段目の比較演算回路CP3には、Vin(3)=64なる入力電圧が与えられる。参照電圧R1=50であるから、比較演算回路CP3では、図2に示す「Vin(k)≧R1の場合の処理動作」が実行されることになり、出力ビットB3=1が出力され、Vout(3)=Vin(3)−R1なる演算式に基づいて、d=64−50=14なる差電圧dが、出力電圧Vout(3)として出力される。この差電圧dは、増幅回路A3で2倍に増幅され、第4段目の比較演算回路CP4に入力電圧Vin(4)として与えられることになる。図示の例の場合、d=14であるから、2・d=28が第4段目の比較演算回路CP4へ与えられることになる。   Subsequently, an input voltage Vin (3) = 64 is applied to the third-stage comparison operation circuit CP3. Since the reference voltage R1 = 50, the comparison operation circuit CP3 executes the “processing operation in the case of Vin (k) ≧ R1” shown in FIG. 2, the output bit B3 = 1 is output, and Vout Based on the equation (3) = Vin (3) −R1, a differential voltage d of d = 64−50 = 14 is output as the output voltage Vout (3). The difference voltage d is amplified twice by the amplifier circuit A3, and is supplied as the input voltage Vin (4) to the fourth comparison operation circuit CP4. In the example shown in the figure, since d = 14, 2 · d = 28 is supplied to the fourth-stage comparison operation circuit CP4.

こうして、第4段目の比較演算回路CP4に与えられる入力電圧は、Vin(4)=28ということになる。参照電圧R1=50であるから、比較演算回路CP4では、図2に示す「Vin(k)<R1の場合の処理動作」が実行されることになり、出力ビットB4=0が出力され、Vout(4)=Vin(4)−R0なる演算式に基づいて、Vin(4)=28なる差電圧dが、そのまま出力電圧Vout(4)として出力される。ここに示す例は、第4段目の比較演算回路CP4が最終段となるが、更に第5段目の比較演算回路が続く場合には、この差電圧dは、増幅回路で2倍に増幅され、第5段目の比較演算回路に与えられることになる。   Thus, the input voltage supplied to the fourth-stage comparison operation circuit CP4 is Vin (4) = 28. Since the reference voltage R1 = 50, the comparison operation circuit CP4 executes the “processing operation in the case of Vin (k) <R1” shown in FIG. 2, the output bit B4 = 0 is output, and Vout Based on the arithmetic expression (4) = Vin (4) −R0, the differential voltage d of Vin (4) = 28 is output as it is as the output voltage Vout (4). In the example shown here, the fourth-stage comparison operation circuit CP4 is the final stage. However, when the fifth-stage comparison operation circuit continues, this difference voltage d is amplified twice by the amplification circuit. And supplied to the fifth-stage comparison operation circuit.

かくして、このA/D変換器からのデジタル出力としては、出力ビットB1,B2,B3,B4をこの順番で羅列したビット列「1010」が得られることになる。これは、フルレンジR2=100としたときのアナログ電圧値「66」に相当するデジタル値である。   Thus, as a digital output from the A / D converter, a bit string “1010” in which output bits B1, B2, B3, and B4 are arranged in this order is obtained. This is a digital value corresponding to the analog voltage value “66” when the full range R2 = 100.

<<< §2.従来のA/D変換器の基本構成(その2) >>>
以上、§1では、図1に示すA/D変換器の基本動作を説明した。この図1に示すA/D変換器は、1つの比較演算回路から1ビット単位の比較結果が出力される構成をとる非常に単純な例であり、通常は、1つの比較演算回路から複数ビット単位の比較結果が出力される構成をとるのが一般的である。図5は、1つの比較演算回路から2ビット単位で比較結果を出力する形式の従来の一般的なA/D変換器の基本構成を示すブロック図である。比較演算回路CP1〜CP4は、入力電圧Vinと参照電圧Rとの大小関係を比較し、比較結果に基づいて2ビットの出力を行うとともに、両電圧の差を出力電圧Voutとして出力する機能を有する。たとえば、比較演算回路CP1は、入力電圧Vin(1)と参照電圧Rとの大小関係を比較し、比較結果に基づいて2ビットの出力B1,B2を行うとともに、差電圧(Vin(1)とRとの差)を出力電圧Vout(1)として出力する。同様に、比較演算回路CP2からは2ビットの出力B3,B4が得られ、比較演算回路CP3からは2ビットの出力B5,B6が得られ、比較演算回路CP4からは2ビットの出力B7,B8が得られる。
<<< §2. Basic configuration of conventional A / D converter (2) >>
As described above, in §1, the basic operation of the A / D converter shown in FIG. 1 has been described. The A / D converter shown in FIG. 1 is a very simple example in which a comparison result in 1-bit units is output from one comparison operation circuit. Usually, a plurality of bits are output from one comparison operation circuit. In general, a unit comparison result is output. FIG. 5 is a block diagram showing a basic configuration of a conventional general A / D converter that outputs a comparison result in units of 2 bits from one comparison operation circuit. The comparison operation circuits CP1 to CP4 have a function of comparing the magnitude relationship between the input voltage Vin and the reference voltage R, outputting 2 bits based on the comparison result, and outputting the difference between the two voltages as the output voltage Vout. . For example, the comparison operation circuit CP1 compares the magnitude relationship between the input voltage Vin (1) and the reference voltage R, performs 2-bit outputs B1 and B2 based on the comparison result, and compares the difference voltage (Vin (1) with (Difference from R) is output as the output voltage Vout (1). Similarly, 2-bit outputs B3 and B4 are obtained from the comparison operation circuit CP2, 2-bit outputs B5 and B6 are obtained from the comparison operation circuit CP3, and 2-bit outputs B7 and B8 are obtained from the comparison operation circuit CP4. Is obtained.

一方、A1〜A3は、いずれも入力電圧を4倍に増幅する増幅回路である(符号X4は、増幅倍率が4倍であることを示す)。各増幅回路A1〜A3が、各比較演算回路CP1〜CP4の間に介挿されている点は、前述の例と同様である。たとえば、増幅回路A1は、前段に位置する比較演算回路CP1からの出力電圧Vout(1)を4倍に増幅し、増幅した電圧を後段に位置する比較演算回路CP2に対して、入力電圧Vin(2)として供給する機能を果たす。   On the other hand, each of A1 to A3 is an amplifying circuit that amplifies the input voltage by 4 times (reference X4 indicates that the amplification magnification is 4 times). The points where the respective amplifier circuits A1 to A3 are interposed between the respective comparison operation circuits CP1 to CP4 are the same as in the above example. For example, the amplifier circuit A1 amplifies the output voltage Vout (1) from the comparison operation circuit CP1 located in the preceding stage by a factor of 4, and the amplified voltage is compared with the input voltage Vin ( 2) fulfills the function of supplying.

図6は、図5に示す各比較演算回路CP1〜CP4の一般的な処理動作を示す図である。ここでは、「第k番目の比較演算回路」という意味で、この比較演算回路にCPkなる符号を付すことにする。上述したとおり、この比較演算回路CPkの第1の機能は、入力電圧Vin(k)と所定の参照電圧Rとの大小関係を比較し、比較結果を2ビットのデータとして出力することであり、第2の機能は、入力電圧Vin(k)と参照電圧Rとの差電圧を、出力電圧Vout(k)として出力することである。図では、第1の機能によって出力される2ビットのデータを、左出力ビットBLおよび右出力ビットBRとして示してある。このように、比較結果を2ビットのデータとして出力するためには、4通りの異なる比較結果が得られなければならない。   FIG. 6 is a diagram showing a general processing operation of each of the comparison operation circuits CP1 to CP4 shown in FIG. Here, in order to mean “kth comparison operation circuit”, the comparison operation circuit is denoted by a symbol CPk. As described above, the first function of the comparison operation circuit CPk is to compare the magnitude relationship between the input voltage Vin (k) and the predetermined reference voltage R, and to output the comparison result as 2-bit data. The second function is to output the difference voltage between the input voltage Vin (k) and the reference voltage R as the output voltage Vout (k). In the figure, 2-bit data output by the first function is shown as a left output bit BL and a right output bit BR. Thus, in order to output the comparison result as 2-bit data, four different comparison results must be obtained.

そこで、ここに示す例では、参照電圧Rとして、4通りの電圧R0,R1,R2,R3を用いている。後述するように、参照電圧Rは、時間とともにステップ状に電圧が増加する信号によって与えられることになる。図6の比較演算回路CPkのブロック内に示されたステップ状の信号は、このような参照信号の波形を示している。したがって、比較演算回路CPkに与えられた入力電圧Vin(k)は、まず、参照電圧R0と比較され(実際には、R0は接地電位なので、Vin(k)<R0の場合は有り得ないため、この比較動作は省略可能である)、続いて参照電圧R1と比較され、次に参照電圧R2と比較され、最後に参照電圧R3と比較されることになる。もっとも、いずれかの参照電圧との比較において、大小関係の変化が生じたら、それ以後の比較動作は不要になる。   Therefore, in the example shown here, four voltages R0, R1, R2, and R3 are used as the reference voltage R. As will be described later, the reference voltage R is given by a signal whose voltage increases stepwise with time. The step-like signal shown in the block of the comparison operation circuit CPk in FIG. 6 shows the waveform of such a reference signal. Therefore, the input voltage Vin (k) given to the comparison operation circuit CPk is first compared with the reference voltage R0 (in fact, since R0 is the ground potential, it is impossible that Vin (k) <R0. This comparison operation can be omitted), followed by comparison with the reference voltage R1, then with the reference voltage R2, and finally with the reference voltage R3. However, if there is a change in the magnitude relationship in comparison with any of the reference voltages, the subsequent comparison operation becomes unnecessary.

図6の下半分に示す(1)〜(4)には、各比較結果に基いて実行される比較演算回路CPkの具体的な処理内容が示されている。上述したように、接地電位R0との比較処理を省略すると、第1の比較処理としては、参照電圧R1との比較が行われる。その結果、図6(1)に示すように、Vin(k)<R1であった場合は、出力ビットBL=0,BR=0が出力され(第1の機能)、Vout(k)=Vin(k)−R0なる差電圧が出力される(第2の機能)。この場合、参照電圧R1との比較において、大小関係の変化が生じたことになる。したがって、以後、参照電圧R2,R3との比較動作は不要である。   (1) to (4) shown in the lower half of FIG. 6 show specific processing contents of the comparison operation circuit CPk executed based on each comparison result. As described above, if the comparison process with the ground potential R0 is omitted, the comparison with the reference voltage R1 is performed as the first comparison process. As a result, as shown in FIG. 6A, when Vin (k) <R1, output bits BL = 0 and BR = 0 are output (first function), and Vout (k) = Vin A differential voltage of (k) −R0 is output (second function). In this case, the magnitude relationship changes in comparison with the reference voltage R1. Therefore, thereafter, the comparison operation with the reference voltages R2 and R3 is unnecessary.

さて、参照電圧R1との比較によって、大小関係の変化が生じていない場合は(すなわち、R1≦Vin(k)の場合は)、第2の比較処理として、参照電圧R2との比較が行われる。その結果、図6(2)に示すように、R1≦Vin(k)<R2であった場合は、出力ビットBL=0,BR=1が出力され(第1の機能)、Vout(k)=Vin(k)−R1なる差電圧が出力される(第2の機能)。この場合、参照電圧R2との比較において、大小関係の変化が生じたことになる。したがって、以後、参照電圧R3との比較動作は不要である。   When no change in the magnitude relationship has occurred by comparison with the reference voltage R1 (that is, when R1 ≦ Vin (k)), comparison with the reference voltage R2 is performed as the second comparison process. . As a result, as shown in FIG. 6 (2), when R1 ≦ Vin (k) <R2, output bits BL = 0 and BR = 1 are output (first function), and Vout (k) = A difference voltage of Vin (k) -R1 is output (second function). In this case, the magnitude relationship changes in comparison with the reference voltage R2. Therefore, thereafter, the comparison operation with the reference voltage R3 is unnecessary.

参照電圧R2との比較によっても、大小関係の変化が生じていない場合は(すなわち、R2≦Vin(k)の場合は)、第3の比較処理として、参照電圧R3との比較が行われる。その結果、図6(3)に示すように、R2≦Vin(k)<R3であった場合は、出力ビットBL=1,BR=0が出力され(第1の機能)、Vout(k)=Vin(k)−R2なる差電圧が出力される(第2の機能)。この場合、参照電圧R3との比較において、大小関係の変化が生じたことになる。   If no change in the magnitude relationship has occurred by comparison with the reference voltage R2 (that is, when R2 ≦ Vin (k)), comparison with the reference voltage R3 is performed as a third comparison process. As a result, as shown in FIG. 6 (3), when R2 ≦ Vin (k) <R3, output bits BL = 1 and BR = 0 are output (first function), and Vout (k) = A difference voltage Vin (k) -R2 is output (second function). In this case, the magnitude relationship changes in comparison with the reference voltage R3.

最後に、参照電圧R3との比較によっても、大小関係の変化が生じていない場合、すなわち、R3≦Vin(k)の場合は、入力電圧Vin(k)は、電圧R3以上、フルレンジVmax以下の範囲内の電圧ということになる。したがって、図6(4)に示すように、出力ビットBL=1,BR=1が出力され(第1の機能)、Vout(k)=Vin(k)−R3なる差電圧が出力される(第2の機能)。   Finally, when no change in the magnitude relationship occurs even by comparison with the reference voltage R3, that is, when R3 ≦ Vin (k), the input voltage Vin (k) is not less than the voltage R3 and not more than the full range Vmax. That is the voltage within the range. Accordingly, as shown in FIG. 6 (4), output bits BL = 1 and BR = 1 are output (first function), and a differential voltage Vout (k) = Vin (k) −R3 is output ( Second function).

図7は、このような比較演算回路CPkの具体的な処理動作を例示する図である。図のR0は接地電位、R4はフルレンジVmaxの電圧値、R1〜R3は、R0〜R4間を4等分した各中間位置の電位を示しており、棒グラフは、入力電圧Vin(k)の大きさを示す。上述したように、比較演算回路CPkの処理動作は、入力電圧Vin(k)と参照電圧R1,R2,R3との大小関係に基づいて4通りに分かれる。   FIG. 7 is a diagram illustrating a specific processing operation of such a comparison operation circuit CPk. In the figure, R0 is a ground potential, R4 is a voltage value of the full range Vmax, R1 to R3 are potentials at intermediate positions obtained by dividing R0 to R4 into four equal parts, and the bar graph indicates the magnitude of the input voltage Vin (k). It shows. As described above, the processing operation of the comparison operation circuit CPk is divided into four types based on the magnitude relationship between the input voltage Vin (k) and the reference voltages R1, R2, and R3.

図7(a) は、Vin(k)<R1の場合の処理動作を示している。この場合、出力ビットBL=0,BR=0が出力され、Vout(k)=Vin(k)−R0なる差電圧が出力される。ここで、R0は接地電位であり、電圧値としては0であるから、Vout(k)=Vin(k)となり、図示のとおり、入力電圧Vin(k)がそのまま差電圧Vout(k)として出力されることになる。   FIG. 7A shows the processing operation when Vin (k) <R1. In this case, output bits BL = 0 and BR = 0 are output, and a difference voltage Vout (k) = Vin (k) −R0 is output. Here, since R0 is the ground potential and the voltage value is 0, Vout (k) = Vin (k), and as shown in the figure, the input voltage Vin (k) is output as the differential voltage Vout (k) as it is. Will be.

一方、図7(b) は、R1≦Vin(k)<R2の場合の処理動作を示している。この場合、BL=0,BR=1が出力され、Vout(k)=Vin(k)−R1なる差電圧が出力される。図示のとおり、入力電圧Vin(k)から、参照電圧R1を差し引いた残差に相当する差電圧が、Vout(k)として出力されることになる。   On the other hand, FIG. 7B shows the processing operation when R1 ≦ Vin (k) <R2. In this case, BL = 0 and BR = 1 are output, and a differential voltage Vout (k) = Vin (k) −R1 is output. As shown in the drawing, a difference voltage corresponding to the residual obtained by subtracting the reference voltage R1 from the input voltage Vin (k) is output as Vout (k).

また、図7(c) は、R2≦Vin(k)<R3の場合の処理動作を示している。この場合、BL=1,BR=0が出力され、Vout(k)=Vin(k)−R2なる差電圧が出力される。図示のとおり、入力電圧Vin(k)から、参照電圧R2を差し引いた残差に相当する差電圧が、Vout(k)として出力されることになる。   FIG. 7C shows the processing operation when R2 ≦ Vin (k) <R3. In this case, BL = 1 and BR = 0 are output, and a differential voltage Vout (k) = Vin (k) −R2 is output. As shown in the drawing, a difference voltage corresponding to the residual obtained by subtracting the reference voltage R2 from the input voltage Vin (k) is output as Vout (k).

最後の図7(d) は、R3≦Vin(k)≦R4の場合の処理動作を示している。この場合、BL=1,BR=1が出力され、Vout(k)=Vin(k)−R3なる差電圧が出力される。図示のとおり、入力電圧Vin(k)から、参照電圧R3を差し引いた残差に相当する差電圧が、Vout(k)として出力されることになる。   FIG. 7D shows the processing operation when R3 ≦ Vin (k) ≦ R4. In this case, BL = 1 and BR = 1 are output, and a differential voltage Vout (k) = Vin (k) −R3 is output. As shown in the drawing, a difference voltage corresponding to the residual obtained by subtracting the reference voltage R3 from the input voltage Vin (k) is output as Vout (k).

続いて、図8を参照しながら、図5に示すA/D変換器に含まれる4組の比較演算回路を連携させた具体的な処理動作を説明しよう。図8に示すCP1〜CP4は、図5に示す比較演算回路CP1〜CP4に対応しており、それぞれの比較演算回路における具体的な処理動作が示されている。ここでは、便宜上、接地電位R0=0,フルレンジR4=100,参照電圧R1=25,参照電圧R2=50,参照電圧R3=75という具体的な電圧値(無名数)を想定して以下の説明を行うことにする。   Next, a specific processing operation in which four sets of comparison operation circuits included in the A / D converter shown in FIG. 5 are linked will be described with reference to FIG. CP1 to CP4 shown in FIG. 8 correspond to the comparison operation circuits CP1 to CP4 shown in FIG. 5, and specific processing operations in the respective comparison operation circuits are shown. Here, for the sake of convenience, the following explanation is made assuming specific voltage values (anonymous number) of ground potential R0 = 0, full range R4 = 100, reference voltage R1 = 25, reference voltage R2 = 50, and reference voltage R3 = 75. To do.

いま、変換対象となるアナログ信号として、電圧値「66」に相当する電圧をもった信号が、このA/D変換器に与えられたものとする。この場合、第1段目の比較演算回路CP1に与えられる入力電圧は、Vin(1)=66ということになる。このため、参照電圧R1,R2との比較では、「入力電圧>参照電圧」という大小関係を維持しているが、参照電圧R3との比較によって、「入力電圧<参照電圧」という大小関係の変化(逆転)が生じることになる。したがって、比較演算回路CP1では、図7(c) に示す処理動作が実行されることになり、B1=1,B2=0が出力され、Vout(1)=Vin(1)−R2なる差電圧が出力される。具体的には、d=66−50=16なる差電圧dが、出力電圧Vout(1)として出力される。この差電圧dは、増幅回路A1で4倍に増幅され、第2段目の比較演算回路CP2に入力電圧Vin(2)として与えられることになる。図示の例の場合、d=16であるから、4・d=64が第2段目の比較演算回路CP2へ与えられることになる(図の一点鎖線は、差電圧dの4倍が後段に送られることを示している)。   Now, it is assumed that a signal having a voltage corresponding to the voltage value “66” is given to the A / D converter as an analog signal to be converted. In this case, the input voltage supplied to the first-stage comparison operation circuit CP1 is Vin (1) = 66. For this reason, in the comparison with the reference voltages R1 and R2, the magnitude relationship of “input voltage> reference voltage” is maintained, but by the comparison with the reference voltage R3, the change in magnitude relationship of “input voltage <reference voltage” is maintained. (Reverse) will occur. Therefore, in the comparison operation circuit CP1, the processing operation shown in FIG. 7C is executed, B1 = 1 and B2 = 0 are output, and the difference voltage Vout (1) = Vin (1) −R2 is output. Is output. Specifically, a differential voltage d of d = 66−50 = 16 is output as the output voltage Vout (1). The difference voltage d is amplified four times by the amplifier circuit A1, and is supplied as the input voltage Vin (2) to the second comparison operation circuit CP2. In the example shown in the figure, since d = 16, 4 · d = 64 is given to the second-stage comparison operation circuit CP2 (the one-dot chain line in the figure indicates that four times the difference voltage d is in the subsequent stage. Indicating that it will be sent).

こうして、第2段目の比較演算回路CP2に与えられる入力電圧は、Vin(2)=64ということになる。このため、参照電圧R1,R2との比較では、「入力電圧>参照電圧」という大小関係を維持しているが、参照電圧R3との比較によって、「入力電圧<参照電圧」という大小関係の変化(逆転)が生じることになる。したがって、比較演算回路CP2では、図7(c) に示す処理動作が実行されることになり、B3=1,B4=0が出力され、Vout(2)=Vin(2)−R2なる差電圧が出力される。具体的には、d=64−50=14なる差電圧dが、出力電圧Vout(2)として出力される。この差電圧dは、増幅回路A2で4倍に増幅され、第3段目の比較演算回路CP3に入力電圧Vin(3)として与えられることになる。図示の例の場合、d=14であるから、4・d=56が第3段目の比較演算回路CP3へ与えられることになる。   Thus, the input voltage applied to the second-stage comparison operation circuit CP2 is Vin (2) = 64. For this reason, in the comparison with the reference voltages R1 and R2, the magnitude relationship of “input voltage> reference voltage” is maintained, but by the comparison with the reference voltage R3, the change in magnitude relationship of “input voltage <reference voltage” is maintained. (Reverse) will occur. Therefore, in the comparison operation circuit CP2, the processing operation shown in FIG. 7C is executed, B3 = 1 and B4 = 0 are output, and the difference voltage Vout (2) = Vin (2) −R2 is output. Is output. Specifically, a differential voltage d of d = 64−50 = 14 is output as the output voltage Vout (2). The difference voltage d is amplified four times by the amplifier circuit A2, and is supplied as the input voltage Vin (3) to the third-stage comparison operation circuit CP3. In the example shown in the figure, since d = 14, 4 · d = 56 is supplied to the third-stage comparison operation circuit CP3.

こうして、第3段目の比較演算回路CP3には、Vin(3)=56なる入力電圧が与えられる。このため、参照電圧R1,R2との比較では、「入力電圧>参照電圧」という大小関係を維持しているが、参照電圧R3との比較によって、「入力電圧<参照電圧」という大小関係の変化(逆転)が生じることになる。したがって、比較演算回路CP3では、図7(c) に示す処理動作が実行されることになり、B5=1,B6=0が出力され、Vout(3)=Vin(3)−R2なる差電圧が出力される。具体的には、d=56−50=6なる差電圧dが、出力電圧Vout(3)として出力される。この差電圧dは、増幅回路A3で4倍に増幅され、第4段目の比較演算回路CP4に入力電圧Vin(4)として与えられることになる。図示の例の場合、d=6であるから、4・d=24が第4段目の比較演算回路CP4へ与えられることになる。   Thus, the input voltage Vin (3) = 56 is applied to the third-stage comparison operation circuit CP3. For this reason, in the comparison with the reference voltages R1 and R2, the magnitude relationship of “input voltage> reference voltage” is maintained, but by the comparison with the reference voltage R3, the change in magnitude relationship of “input voltage <reference voltage” is maintained. (Reverse) will occur. Therefore, in the comparison operation circuit CP3, the processing operation shown in FIG. 7C is executed, B5 = 1 and B6 = 0 are output, and the difference voltage Vout (3) = Vin (3) −R2 is output. Is output. Specifically, a differential voltage d of d = 56−50 = 6 is output as the output voltage Vout (3). The difference voltage d is amplified four times by the amplifier circuit A3, and is supplied as the input voltage Vin (4) to the fourth comparison operation circuit CP4. In the illustrated example, since d = 6, 4 · d = 24 is given to the fourth-stage comparison operation circuit CP4.

最後の第4段目の比較演算回路CP4に、Vin(4)=24なる入力電圧が与えられると、参照電圧R1との比較において、「入力電圧<参照電圧」という大小関係の変化が生じることになる。なお、ここに示す例では、参照電圧R0との比較動作は省略されているが、各段の比較演算回路における初期状態を「入力電圧>参照電圧」とする設定を行っておけば、参照電圧R1との比較動作が比較演算回路CP4における最初の比較動作であっても、「入力電圧<参照電圧」という結果が得られれば、大小関係の変化が生じたことになる。したがって、比較演算回路CP4では、図7(a) に示す処理動作が実行されることになり、B7=0,B8=0が出力され、Vout(4)=Vin(4)−R0なる差電圧が出力される。具体的には、d=24−0=24なる差電圧dが、出力電圧Vout(4)として出力される。ここに示す例は、第4段目の比較演算回路CP4が最終段となるが、更に第5段目の比較演算回路が続く場合には、この差電圧dは、増幅回路で4倍に増幅され、第5段目の比較演算回路に与えられることになるので、その場合は、4・d=96が第5段目の比較演算回路へ与えられることになる。   When an input voltage of Vin (4) = 24 is applied to the final fourth comparison operation circuit CP4, a change in the magnitude relationship of “input voltage <reference voltage” occurs in comparison with the reference voltage R1. become. In the example shown here, the comparison operation with the reference voltage R0 is omitted. However, if the initial state in the comparison operation circuit at each stage is set to “input voltage> reference voltage”, the reference voltage is set. Even if the comparison operation with R1 is the first comparison operation in the comparison operation circuit CP4, if the result of “input voltage <reference voltage” is obtained, the magnitude relationship has changed. Therefore, in the comparison operation circuit CP4, the processing operation shown in FIG. 7A is executed, B7 = 0 and B8 = 0 are output, and the difference voltage Vout (4) = Vin (4) −R0. Is output. Specifically, a differential voltage d of d = 24−0 = 24 is output as the output voltage Vout (4). In the example shown here, the fourth-stage comparison operation circuit CP4 is the final stage. However, when the fifth-stage comparison operation circuit continues, this difference voltage d is amplified by a factor of 4 by the amplification circuit. In this case, 4 · d = 96 is supplied to the fifth-stage comparison operation circuit.

かくして、このA/D変換器からのデジタル出力としては、出力ビットB1〜B8をこの順番で羅列したビット列「10101000」が得られることになる。これは、フルレンジR4=100としたときのアナログ電圧値「66」に相当するデジタル値である。   Thus, as a digital output from the A / D converter, a bit string “10101000” in which output bits B1 to B8 are arranged in this order is obtained. This is a digital value corresponding to the analog voltage value “66” when the full range R4 = 100.

このように、図5に示すA/D変換器は、1つの比較演算回路から2ビット単位の比較結果が出力される構成をとる例であるが、もちろん、3ビット単位以上の比較結果が出力される構成をとるA/D変換器も利用されている。   As described above, the A / D converter shown in FIG. 5 is an example in which a comparison result in units of 2 bits is output from one comparison operation circuit. Of course, a comparison result in units of 3 bits or more is output. An A / D converter having such a configuration is also used.

<<< §3.従来のA/D変換器の基本構成(その3) >>>
ここでは、前掲の特許文献5に開示されているような巡回型A/D変換器の従来例を簡単に説明しておく。§1および§2で述べた例では、4組の比較演算回路CP1〜CP4を多段接続する構成をとっていた。ここで、4組の比較演算回路CP1〜CP4は、いずれも物理的に別個独立した構成要素である。ただ、いずれもその処理動作は全く同じであるから、このような多段接続を1台の比較演算回路を使い回すことにより実現しよう、という発想のもとに提案された装置が巡回型A/D変換器である。この巡回型A/D変換器では、比較演算回路から出力された残差成分を増幅した後、再び同一の比較演算回路に入力信号として与えるようにし、信号を同一の比較演算回路に巡回させることにより、1台の比較演算回路により実質的に多段の比較演算回路を用いた装置と同等の処理の実行が可能になる。
<<< §3. Basic configuration of conventional A / D converter (Part 3) >>>
Here, a conventional example of a cyclic A / D converter as disclosed in Patent Document 5 will be briefly described. In the example described in §1 and §2, four sets of comparison operation circuits CP1 to CP4 are connected in multiple stages. Here, the four sets of comparison operation circuits CP1 to CP4 are all physically separate and independent components. However, since the processing operations are the same in all cases, the apparatus proposed based on the idea of realizing such multi-stage connection by using a single comparison operation circuit is a cyclic A / D. It is a converter. In this cyclic A / D converter, after the residual component output from the comparison operation circuit is amplified, it is again supplied to the same comparison operation circuit as an input signal, and the signal is made to cycle through the same comparison operation circuit. As a result, it is possible to execute processing equivalent to that of a device using a multistage comparison operation circuit by a single comparison operation circuit.

図9は、従来の一般的な2ビット単位で比較結果を出力する形式の巡回型A/D変換器の基本構成を示すブロック図である。別言すれば、図5に示すカスケード接続型のA/D変換器を巡回型に変えたものが、図9に示すA/D変換器ということになる。図9において、比較演算回路CPkは、単一の比較演算回路であるが、図5に示す4組の比較演算回路CP1〜CP4を兼用する機能を果たす。比較演算回路CPkそれ自身の機能は、図5に示す4組の比較演算回路CP1〜CP4と全く同じであり、入力電圧Vin(k)と参照電圧R(時間とともにステップ状に、電圧R0,R1,R2,R3と変化してゆく)との大小関係を比較し、図6(1)〜(4)に示す式に従って、比較結果を示す2ビットのデータBL,BRを出力するとともに、所定の差電圧を出力電圧Vout(k)として出力する処理を行う。同様に、図9における増幅回路Akも、図5に示す3組の増幅回路A1〜A3を兼用する機能を果たし、比較演算回路CPkからの出力電圧Vout(k)を4倍に増幅する処理を行う。   FIG. 9 is a block diagram showing a basic configuration of a conventional cyclic A / D converter that outputs a comparison result in a general 2-bit unit. In other words, the A / D converter shown in FIG. 9 is obtained by replacing the cascade-connected A / D converter shown in FIG. 5 with a cyclic type. In FIG. 9, the comparison operation circuit CPk is a single comparison operation circuit, but fulfills the function of combining the four sets of comparison operation circuits CP1 to CP4 shown in FIG. The function of the comparison operation circuit CPk itself is exactly the same as that of the four sets of comparison operation circuits CP1 to CP4 shown in FIG. 5, and the input voltage Vin (k) and the reference voltage R (the voltages R0, R1 stepwise with time). , R2 and R3), and outputs 2-bit data BL and BR indicating the comparison results according to the equations shown in FIGS. A process of outputting the differential voltage as the output voltage Vout (k) is performed. Similarly, the amplifier circuit Ak in FIG. 9 also functions as the three sets of amplifier circuits A1 to A3 shown in FIG. 5, and performs a process of amplifying the output voltage Vout (k) from the comparison operation circuit CPk by four times. Do.

この図9に示す巡回型A/D変換器では、増幅回路Akの出力電圧は、セレクタSに与えられる。セレクタSは、2つの入力端を備えており、第1の入力端に与えられた信号と第2の入力端に与えられた信号とを選択的に出力する機能を有する。図示のとおり、セレクタSの第1の入力端には、変換対象となるアナログ信号(電圧V)を供給する信号線が接続されており、第2の入力端には、増幅回路Akの出力端から巡回した増幅信号が与えられる。   In the cyclic A / D converter shown in FIG. 9, the output voltage of the amplifier circuit Ak is applied to the selector S. The selector S includes two input terminals, and has a function of selectively outputting a signal given to the first input terminal and a signal given to the second input terminal. As shown in the figure, a signal line for supplying an analog signal (voltage V) to be converted is connected to the first input terminal of the selector S, and the output terminal of the amplifier circuit Ak is connected to the second input terminal. Amplified signal circulated from is provided.

比較演算回路CPkの入力電圧Vin(k)は、セレクタSの選択動作により、2通りに切り替えることができる。したがって、変換対象となるアナログ信号が与えられた当初は、セレクタSが第1の入力端に与えられた信号を選択的に出力するようにすれば、比較演算回路CPkの入力電圧Vin(k)は、変換対象となるアナログ信号の電圧Vになり、比較演算回路CPkは、図5に示す第1段目の比較演算回路CP1として機能する。一方、増幅回路Akから巡回した信号が供給された後は、セレクタSが第2の入力端に与えられた信号を選択的に出力するようにすれば、比較演算回路CPkは、図5に示す第2段目以降の比較演算回路CP2〜として機能する。   The input voltage Vin (k) of the comparison operation circuit CPk can be switched in two ways by the selection operation of the selector S. Therefore, at the beginning when the analog signal to be converted is given, if the selector S selectively outputs the signal given to the first input terminal, the input voltage Vin (k) of the comparison operation circuit CPk. Is the voltage V of the analog signal to be converted, and the comparison operation circuit CPk functions as the first comparison operation circuit CP1 shown in FIG. On the other hand, after the cyclic signal is supplied from the amplifier circuit Ak, if the selector S selectively outputs the signal given to the second input terminal, the comparison operation circuit CPk is shown in FIG. It functions as a comparison operation circuit CP2 for the second and subsequent stages.

このようにして、比較演算回路CPkを用いて4回の巡回処理を行えば、実質的に図5に示すA/D変換器と同等の処理を実行することができる。この場合、比較演算回路CPkからは、毎巡回時に2ビットずつのデータが出力されるので、これを4回分羅列して8ビットのデータを構成すれば、当該データは、変換対象となるアナログ信号の電圧Vに対応したデジタルデータになる。   In this way, if the cyclic processing is performed four times using the comparison operation circuit CPk, processing substantially equivalent to the A / D converter shown in FIG. 5 can be executed. In this case, since the comparison operation circuit CPk outputs 2-bit data at each cycle, if this is arranged four times to form 8-bit data, the data is converted into an analog signal to be converted. The digital data corresponding to the voltage V.

図10は、図9に示す巡回型A/D変換器を、3ビット単位で比較結果を出力する形式のA/D変換器に拡張した例を示すブロック図である。比較演算回路CPkは、毎巡回時に、比較結果を3ビット単位のデータB1,B2,B3として出力する機能を有する。そのために、参照電圧Rとして、8通りの電圧R0〜R7を用いている。図10の比較演算回路CPkのブロック内に示されたステップ状の信号は、このような参照信号の波形を示している。ここで、R0は接地電位であり、R1〜R7は、フルレンジVmax(=R8)を8等分した各中間電位である(フルレンジR8に対する比較は不要であるため、参照電圧はR7までとなっている)。また、増幅回路Akは、比較演算回路CPkからの出力電圧Vout(k)を8倍に増幅する処理を実行する。   FIG. 10 is a block diagram showing an example in which the cyclic A / D converter shown in FIG. 9 is extended to an A / D converter that outputs a comparison result in units of 3 bits. The comparison operation circuit CPk has a function of outputting the comparison result as data B1, B2, B3 in units of 3 bits at every cycle. Therefore, eight voltages R0 to R7 are used as the reference voltage R. The step-like signal shown in the block of the comparison operation circuit CPk in FIG. 10 shows the waveform of such a reference signal. Here, R0 is a ground potential, and R1 to R7 are intermediate potentials obtained by dividing the full range Vmax (= R8) into eight equal parts (the comparison with the full range R8 is unnecessary, so the reference voltage is up to R7). ) Further, the amplifier circuit Ak executes a process of amplifying the output voltage Vout (k) from the comparison operation circuit CPk by 8 times.

図11は、図9,図10に示す巡回型A/D変換器を、任意の数nを用いて表現されるnビット単位で比較結果を出力する形式のA/D変換器に拡張した例を示すブロック図である。比較演算回路CPkは、毎巡回時に、比較結果をnビット単位のデータB1,B2,...,Bnとして出力する機能を有する。そのために、参照電圧Rとして、2通りの電圧R(0)〜R(2−1)を用いている。ここで、R(0)は接地電位であり、R(1)〜R(2−1)は、フルレンジVmax(=R(2))を2等分した各中間電位である(フルレンジR(2)に対する比較は不要であるため、参照電圧はR(2−1)までとなっている)。また、増幅回路Akは、比較演算回路CPkからの出力電圧Vout(k)を2倍に増幅する処理を実行する。なお、ここでは符号表記の便宜上、第i番目の参照電圧を括弧付きの符号R(i)で示すことにするが、R(0),R(1),R(2),...等は、これまで述べてきた参照電圧R0,R1,R2,...等と同じものである。 FIG. 11 shows an example in which the cyclic A / D converter shown in FIGS. 9 and 10 is extended to an A / D converter that outputs a comparison result in units of n bits expressed by an arbitrary number n. FIG. The comparison operation circuit CPk has a function of outputting the comparison result as data B1, B2,. For this purpose, 2 n kinds of voltages R (0) to R (2 n −1) are used as the reference voltage R. Here, R (0) is a ground potential, and R (1) to R (2 n −1) are intermediate potentials obtained by equally dividing the full range Vmax (= R (2 n )) by 2 n (full range). Since no comparison with R (2 n ) is required, the reference voltage is up to R (2 n −1)). The amplifier circuit Ak executes a process of amplifying the output voltage Vout (k) from the comparison operation circuit CPk by 2n times. Here, for convenience of reference, the i-th reference voltage is indicated by parenthesized reference R (i), but R (0), R (1), R (2),... Is the same as the reference voltages R0, R1, R2,.

図12は、従来の一般的なA/D変換器に含まれる比較演算回路の具体的な構成例を示すブロック図である。これまでの説明では、比較演算回路CPkを1つのブロックとして示したが、実際には、この比較演算回路CPkは、たとえば、図12に示すような構成で実現されている。すなわち、図示の例の場合、比較演算回路CPkは、差分回路10、記憶回路11、符号判定回路12、制御回路13によって構成されている。また、図12に示す参照電圧発生回路20は、これまでステップ状に増加してゆく電圧として述べてきた参照電圧Rを発生させるための回路である。   FIG. 12 is a block diagram showing a specific configuration example of a comparison operation circuit included in a conventional general A / D converter. In the description so far, the comparison operation circuit CPk is shown as one block. However, in actuality, the comparison operation circuit CPk is realized, for example, with a configuration as shown in FIG. That is, in the illustrated example, the comparison operation circuit CPk is configured by the difference circuit 10, the storage circuit 11, the sign determination circuit 12, and the control circuit 13. A reference voltage generation circuit 20 shown in FIG. 12 is a circuit for generating a reference voltage R that has been described as a voltage that increases stepwise.

差分回路10は、入力電圧Vin(k)と参照電圧Rとの差電圧を求める回路であり、求められた差電圧は、記憶回路11および符号判定回路12に与えられる。記憶回路11は、この差電圧を一時的に保持する。また、符号判定回路12は、差電圧の符号を判定する(別言すれば、入力電圧Vin(k)と参照電圧Rとの大小関係を判定することになる)。制御回路13は、参照電圧発生回路20が発生した参照電圧Rを差分回路10へ与えるとともに、符号判定回路12によって、判定結果が変化したタイミングに基づいて特定のビットB1,B2,B3,...を出力する。どのタイミングで変化した場合にどのようなビットを出力するかは、既にいくつかの例について述べたとおりである。また、記憶回路11は、符号判定回路12による判定結果に応じて、保持していた差電圧を出力電圧Vout(k)として出力する。   The difference circuit 10 is a circuit for obtaining a difference voltage between the input voltage Vin (k) and the reference voltage R, and the obtained difference voltage is given to the storage circuit 11 and the sign determination circuit 12. The memory circuit 11 temporarily holds this differential voltage. The sign determination circuit 12 determines the sign of the difference voltage (in other words, the magnitude relationship between the input voltage Vin (k) and the reference voltage R is determined). The control circuit 13 supplies the reference voltage R generated by the reference voltage generation circuit 20 to the difference circuit 10 and also specifies specific bits B1, B2, B3,... Based on the timing when the determination result is changed by the sign determination circuit 12. Is output. What bits are output when the timing changes are as already described in some examples. Further, the storage circuit 11 outputs the held differential voltage as the output voltage Vout (k) according to the determination result by the sign determination circuit 12.

<<< §4.従来技術の問題点と本発明の基本的な技術思想 >>>
ここでは、§1〜§3で述べた従来のA/D変換器の問題点を述べるとともに、当該問題点を解決するために有効な本発明の基本的な技術思想について説明する。既に述べたとおり、比較演算回路CPkには、ステップ状に増加してゆく参照電圧Rが与えられ、入力電圧Vin(k)との大小関係が変化したか否かが判定される。ここでは、この大小関係の変化判定のプロセスを、もう少し詳しく見てみよう。
<<< §4. Problems of the prior art and basic technical idea of the present invention >>>
Here, the problems of the conventional A / D converter described in §1 to §3 will be described, and the basic technical idea of the present invention effective for solving the problems will be described. As described above, the comparison operation circuit CPk is supplied with the reference voltage R that increases stepwise, and it is determined whether or not the magnitude relationship with the input voltage Vin (k) has changed. Let's take a closer look at the process of determining the change in magnitude.

図13は、このような変化判定プロセスの一例を示すタイムチャートである。図の横軸は時間tを示す軸、縦軸は電圧Vを示す軸となっており、ステップ状の波形は、参照電圧発生回路20で発生した参照電圧Rを示している。ここでは、参照電圧Rは、所定の時間間隔でステップ状に増加してゆくものとし、電圧のステップ(図の縦方向のステップ幅)は一定であるものとする。また、大小関係の比較判定は所定周期で実行されるものとし、時間軸上に示されたt(i−3),t(i−2),...などは、この比較判定のタイミングを示すものとする。   FIG. 13 is a time chart showing an example of such a change determination process. In the figure, the horizontal axis indicates the time t, the vertical axis indicates the voltage V, and the step-like waveform indicates the reference voltage R generated by the reference voltage generation circuit 20. Here, the reference voltage R is assumed to increase stepwise at a predetermined time interval, and the voltage step (vertical step width in the figure) is assumed to be constant. Also, the comparison determination of the magnitude relationship is executed at a predetermined cycle, and t (i-3), t (i-2), etc. shown on the time axis indicate the timing of this comparison determination. Shall be shown.

図示の例では、時刻t(i−3)において、参照電圧R(i−3)と入力電圧Vin(k)との大小関係の判定が行われる。具体的には、時刻t(i−3)における黒丸と×印との比較が行われる。この場合の判定結果は、Vin(k)>R(i−3)であるから、大小関係の変化はまだ生じていない。続く時刻t(i−2)では、参照電圧R(i−2)と入力電圧Vin(k)との大小関係の判定が行われるが、Vin(k)>R(i−2)であるから、大小関係の変化はまだ生じていない。更に、時刻t(i−1)では、参照電圧R(i−1)と入力電圧Vin(k)との大小関係の判定が行われるが、Vin(k)>R(i−1)であるから、この時点でも大小関係の変化はまだ生じていない。ところが、時刻t(i)では、参照電圧R(i)と入力電圧Vin(k)との大小関係の判定が行われ、このときは、Vin(k)<R(i)と逆転しているから、この時点で大小関係の変化が生じることになる。   In the illustrated example, the magnitude relationship between the reference voltage R (i-3) and the input voltage Vin (k) is determined at time t (i-3). Specifically, a comparison between the black circle and the x mark at time t (i-3) is performed. Since the determination result in this case is Vin (k)> R (i-3), the change in the magnitude relationship has not yet occurred. At the subsequent time t (i-2), the magnitude relationship between the reference voltage R (i-2) and the input voltage Vin (k) is determined. However, Vin (k)> R (i-2). No change in the magnitude relationship has yet occurred. Further, at time t (i−1), the magnitude relationship between the reference voltage R (i−1) and the input voltage Vin (k) is determined, but Vin (k)> R (i−1). Therefore, the change in the magnitude relationship has not yet occurred at this point. However, at time t (i), the magnitude relationship between the reference voltage R (i) and the input voltage Vin (k) is determined. At this time, Vin (k) <R (i) is reversed. Therefore, the magnitude relationship changes at this point.

このようなプロセスにおいて、図12に示す比較判定回路CPkがどのような動作を行うかを考えてみる。まず、時刻t(iー3)の時点の動作を考える。この場合、差分回路10は、「R(i−3)−Vin(k)」に相当する差電圧を出力するので、差電圧は負の値となる。図示の例では、符号判定回路12は、与えられる差電圧が正の値となった場合に、大小関係の変化が生じたものと判定するので、この時点では、まだ変化判定はなされない。同様に、時刻t(i−2),時刻t(i−1)の判定タイミングにおいても、差電圧は負の値をとるので、まだ変化判定はなされない。ところが、次の時刻t(i)の判定タイミングでは、差分回路10は、「R(i)−Vin(k)」に相当する差電圧eを出力するので、差電圧eは正の値となり、変化判定がなされることになる。   Let us consider how the comparison / determination circuit CPk shown in FIG. 12 performs in such a process. First, consider the operation at the time t (i-3). In this case, the difference circuit 10 outputs a difference voltage corresponding to “R (i−3) −Vin (k)”, and thus the difference voltage has a negative value. In the example shown in the figure, the sign determination circuit 12 determines that a change in the magnitude relationship has occurred when the applied difference voltage becomes a positive value, so at this point in time, no change determination is made. Similarly, at the determination timings at time t (i-2) and time t (i-1), since the difference voltage takes a negative value, change determination is not yet made. However, since the difference circuit 10 outputs the difference voltage e corresponding to “R (i) −Vin (k)” at the determination timing of the next time t (i), the difference voltage e becomes a positive value. A change determination is made.

このように、時刻t(i)の判定タイミングで変化判定がなされると、制御回路13は、このタイミングに応じたビット出力を行うことができる。すなわち、入力電圧Vin(k)の大きさに関して、R(i−1)≦Vin(k)<R(i)なる判定結果が得られたことになるので、たとえば、図6に示すように、Vin(k)の大きさに応じて所定のビット出力を行うように定めておけば、比較判定回路CPkは、R(i−1)≦Vin(k)<R(i)なる判定結果に対応した特定のビット出力を行うことができる(比較判定回路CPkの第1の機能)。   In this way, when the change determination is made at the determination timing at time t (i), the control circuit 13 can perform bit output according to this timing. That is, regarding the magnitude of the input voltage Vin (k), a determination result of R (i−1) ≦ Vin (k) <R (i) is obtained. For example, as shown in FIG. If it is determined that predetermined bit output is performed according to the magnitude of Vin (k), the comparison / determination circuit CPk corresponds to the determination result of R (i−1) ≦ Vin (k) <R (i). The specific bit output can be performed (first function of the comparison determination circuit CPk).

一方、比較判定回路CPkは、第2の機能として、後段へ送るための残差電圧を出力する処理を行う必要がある。ここで留意すべき点は、従来のA/D変換器の場合、この後段へ送るための残差電圧は、時刻t(i)の判定タイミングにおける差電圧e(絶対値e=R(i)−Vin(k))ではなく、1つ前の判定タイミングである時刻t(i−1)における差電圧d(絶対値d=Vin(k)−R(i−1))にする必要がある点である。別言すれば、比較判定回路CPkが出力する残差電圧は、「Vin(k)以下の参照電圧のうちの最大のもの」と「Vin(k)」との差である必要がある。これは、たとえば、図8に示すように、残差電圧を順次後段に送って処理するプロセスを考えれば、容易に理解できよう。   On the other hand, the comparison determination circuit CPk needs to perform a process of outputting a residual voltage to be sent to the subsequent stage as a second function. It should be noted here that in the case of a conventional A / D converter, the residual voltage to be sent to the subsequent stage is the difference voltage e (absolute value e = R (i)) at the determination timing at time t (i). It is necessary to set the difference voltage d (absolute value d = Vin (k) −R (i−1)) at time t (i−1), which is the previous determination timing, instead of −Vin (k)). Is a point. In other words, the residual voltage output by the comparison / determination circuit CPk needs to be the difference between “the maximum of the reference voltages equal to or lower than Vin (k)” and “Vin (k)”. This can be easily understood by considering, for example, a process in which the residual voltage is sequentially sent to the subsequent stage and processed as shown in FIG.

しかしながら、図12に示す回路構成では、変化判定がなされた時刻t(i)の判定タイミングには、既に、差分回路10からは「R(i)−Vin(k)」に相当する差電圧eが出力されており、記憶回路11にも、当該差電圧eが一時保存された状態となっている。このため、従来のA/D変換器では、記憶回路11から、1つ前の判定タイミングである時刻t(i−1)における差電圧dを出力させるための工夫が必要になる。   However, in the circuit configuration shown in FIG. 12, the difference voltage e corresponding to “R (i) −Vin (k)” has already been obtained from the difference circuit 10 at the determination timing at time t (i) when the change determination is made. Is output, and the difference voltage e is also temporarily stored in the memory circuit 11. For this reason, in the conventional A / D converter, the device for outputting the difference voltage d at the time t (i−1) that is the previous determination timing is required from the memory circuit 11.

たとえば、時刻t(i)の判定タイミングにおいて、符号判定回路12から制御回路13に対して変化判定がなされた旨の信号が与えられた場合に、制御回路13が、参照電圧発生回路20から与えられている本来の参照電圧の代わりに、1つ前の判定タイミングである時刻t(i−1)の時点で供給した参照電圧R(i−1)を比較判定回路CPkに供給すればよい。図13に示す参照電圧Rの波形は、このような制御を行った場合のものである。すなわち、参照電圧発生回路20から供給される本来の参照電圧Rは、時刻t(i+1)においては、R(i)よりも更に1ステップ増加させた電圧R(i+1)になっているが、制御回路13は、逆に1ステップ減少させた電圧R(i−1)を比較判定回路CPkに供給するのである。そうすれば、時刻(i+1)のタイミングでは、記憶回路11には、差電圧dに相当する電圧値が保持されることになり、これをVout(k)として出力することができる。   For example, when the signal indicating that the change determination is made from the sign determination circuit 12 to the control circuit 13 at the determination timing at time t (i), the control circuit 13 provides the reference voltage generation circuit 20. The reference voltage R (i−1) supplied at time t (i−1), which is the previous determination timing, may be supplied to the comparison determination circuit CPk instead of the original reference voltage. The waveform of the reference voltage R shown in FIG. 13 is obtained when such control is performed. That is, the original reference voltage R supplied from the reference voltage generation circuit 20 is a voltage R (i + 1) that is increased by one step from R (i) at time t (i + 1). Conversely, the circuit 13 supplies the voltage R (i−1) decreased by one step to the comparison / determination circuit CPk. Then, at the timing of time (i + 1), the memory circuit 11 holds a voltage value corresponding to the difference voltage d, and this can be output as Vout (k).

従来のA/D変換器は、このような工夫を施すことにより、差電圧dを残差電圧として後段に送る処理を行っている。しかしながら、このような工夫を施すためには、制御回路13に、上述したような特別な処理を行うための機能を設ける必要がある。また、符号判定回路12においても、時刻t(i)で大小関係の逆転判定がなされた後、時刻t(i+1)において再度逆転の判定がなされる事態が生じるため、支障が生じないような対策を施す必要がある。このため、実際の回路構成は複雑にならざるを得ない。   The conventional A / D converter performs a process of sending the difference voltage d as a residual voltage to the subsequent stage by applying such a device. However, in order to apply such a device, it is necessary to provide the control circuit 13 with a function for performing the special processing as described above. In the sign determination circuit 12 as well, there is a situation in which the reverse rotation determination is made again at the time t (i + 1) after the magnitude reverse rotation determination is made at the time t (i). It is necessary to apply. For this reason, the actual circuit configuration must be complicated.

本発明のそもそもの着眼点は、このような非効率的な処理を省き、回路構成をより単純化することができないだろうか、という発想に基づくものである。本願発明者は、図13に示す判定プロセスにおいて、大小関係の逆転判定が行われた時刻t(i)のタイミングにおいて、折角、差電圧eが得られているのであるから、差電圧dの代わりに、差電圧eをそのまま残差電圧として後段に送るような処理を行うことはできないだろうか、という着想を得た。   The focus of the present invention is based on the idea that such inefficient processing can be omitted and the circuit configuration can be further simplified. The inventor of the present application obtains the folding angle and the difference voltage e at the time t (i) when the magnitude reversal determination is performed in the determination process shown in FIG. In addition, the inventors have come up with the idea that it would be possible to perform a process in which the difference voltage e is sent as a residual voltage to the subsequent stage.

すなわち、従来、比較判定回路CPkが後段へ送るために出力する残差電圧は、「Vin(k)以下の参照電圧のうちの最大のもの」と「Vin(k)」との差電圧dである必要がある、と考えられていたが、本発明では、「Vin(k)を超える参照電圧のうちの最小のもの」と「Vin(k)」との差電圧eを、後段へ送るために出力する残差電圧として利用するのである。   That is, conventionally, the residual voltage output for the comparison determination circuit CPk to send to the subsequent stage is the difference voltage d between “the maximum of the reference voltages equal to or lower than Vin (k)” and “Vin (k)”. In the present invention, the difference voltage e between “the minimum of the reference voltages exceeding Vin (k)” and “Vin (k)” is sent to the subsequent stage. It is used as the residual voltage output to the.

もっとも、差電圧dの代わりに、差電圧eを用いることにすると、一部、処理動作に修正を加える必要が生じる。図13を見れば明らかなように、差電圧dは、電圧R(i−1)を床と考えた場合に、「床から上方に測定した長さ」に相当するものであり、床に相当する電圧R(i−1)に加算すべき残差というべきものである。これに対して、差電圧eは、電圧R(i)を天井と考えた場合に、「天井から下方に測定した長さ」に相当するものであり、天井に相当する電圧R(i)から減算すべき負の残差というべきものである。   However, if the difference voltage e is used instead of the difference voltage d, it is necessary to partially modify the processing operation. As is apparent from FIG. 13, the difference voltage d corresponds to “the length measured upward from the floor” when the voltage R (i−1) is considered as the floor, and corresponds to the floor. This is the residual to be added to the voltage R (i-1). On the other hand, the difference voltage e corresponds to “a length measured downward from the ceiling” when the voltage R (i) is considered as a ceiling, and is derived from the voltage R (i) corresponding to the ceiling. It should be a negative residual to be subtracted.

このような点を考慮すれば、後段の比較判定回路から出力されたデジタルデータは、前段の比較判定回路から出力されたデジタルデータに対して、符号を逆転させた負のデータとして取り扱えばよいことがわかる。好都合なことに、2進数からなるデジタルデータの場合、正負を逆転させるには、単に、各ビットを論理反転させる処理を施すだけでよい。結局、差電圧dの代わりに、差電圧eを用いるのであれば、偶数段目の比較演算回路からのビット出力に対して論理反転を行うようにすれば、何ら支障は生じないことになる。   Considering these points, the digital data output from the subsequent comparison judgment circuit should be handled as negative data with the sign reversed relative to the digital data output from the previous comparison judgment circuit. I understand. Conveniently, in the case of digital data composed of binary numbers, in order to reverse the sign, it is only necessary to perform a process of logically inverting each bit. In the end, if the difference voltage e is used instead of the difference voltage d, no trouble will occur if the logic inversion is performed on the bit output from the even-numbered comparison operation circuit.

結局、本発明の適用対象となるA/D変換器は、入力電圧Vin(k)と所定の参照電圧Rとの大小関係を比較し、比較結果を示すビットBを出力するとともに、入力電圧Vin(k)と参照電圧Rとの差電圧を出力する比較演算回路CPkと、この比較演算回路CPkが出力する差電圧を増幅する増幅回路Akと、を備え、前段の比較演算回路CPkから出力された差電圧が増幅回路Akで増幅された後に後段の比較演算回路CP(k+1)に入力されるように、比較演算回路が増幅回路を介挿した状態で複数段がカスケード接続され、変換対象となるアナログ信号を第1段目の比較演算回路CP1に与えると、各段の比較演算回路からのビット出力列として、変換後のデジタルデータが得られるA/D変換器ということになる。そして、本発明の特徴は、各比較演算回路が、入力電圧Vin(k)と参照電圧Rとの大小関係が変化した時点に与えられていた参照電圧Rに関する差電圧eを出力する機能を有しており(別言すれば、「Vin(k)を超える参照電圧Rのうちの最小のもの」と「Vin(k)」との差電圧eを出力する機能を有しており)、偶数段目の比較演算回路からのビット出力に対して論理反転を行うビット反転手段を更に設けるようにした点にある。   Eventually, the A / D converter to which the present invention is applied compares the magnitude relationship between the input voltage Vin (k) and a predetermined reference voltage R, outputs a bit B indicating the comparison result, and also inputs the input voltage Vin. A comparison operation circuit CPk that outputs a difference voltage between (k) and the reference voltage R, and an amplification circuit Ak that amplifies the difference voltage output from the comparison operation circuit CPk, and is output from the comparison operation circuit CPk in the previous stage. A plurality of stages are cascaded with the comparison operation circuit interposed in the amplification circuit so that the difference voltage is amplified by the amplification circuit Ak and then input to the subsequent comparison operation circuit CP (k + 1). When an analog signal is supplied to the first-stage comparison operation circuit CP1, it is an A / D converter that can obtain converted digital data as a bit output string from the comparison operation circuit at each stage. A feature of the present invention is that each comparison operation circuit has a function of outputting a difference voltage e related to the reference voltage R given when the magnitude relation between the input voltage Vin (k) and the reference voltage R changes. (In other words, it has a function of outputting a difference voltage e between “the minimum of the reference voltages R exceeding Vin (k)” and “Vin (k)”), even number A bit inversion means for performing logic inversion on the bit output from the comparison operation circuit at the stage is further provided.

より具体的には、本発明に係るA/D変換器は、電圧を徐々に増加させることにより、複数通りの参照電圧Rを順番に発生させ、これを比較演算回路に所定タイミングで与える参照電圧発生回路20を備えており、比較演算回路CPkは、入力電圧Vin(k)と参照電圧Rとの大小関係が変化したタイミングを認識し、当該変化タイミングに対応づけられた特定のビットを出力する機能を有していることになる。   More specifically, the A / D converter according to the present invention generates a plurality of reference voltages R in order by gradually increasing the voltage, and supplies them to the comparison operation circuit at a predetermined timing. The generation circuit 20 is provided, and the comparison operation circuit CPk recognizes the timing at which the magnitude relationship between the input voltage Vin (k) and the reference voltage R changes, and outputs a specific bit associated with the change timing. It has a function.

以下、このような基本的な技術思想に基づいた本発明に係るA/D変換器の具体的な実施例をいくつか説明する。   Several specific embodiments of the A / D converter according to the present invention based on such a basic technical idea will be described below.

<<< §5.本発明に係るA/D変換器の第1の実施例 >>>
ここで述べる実施例の基本構成は、図1に示す従来のA/D変換器の基本構成とほぼ同じである。すなわち、本発明に係る実施例においても、比較演算回路CP1〜CP4は、それぞれ同一の構成をもった比較演算回路であり、入力電圧Vinと参照電圧Rとの大小関係を比較し、比較結果に基づいて1ビットの出力を行うとともに、両電圧の差を出力電圧Voutとして出力する機能を有する。また、増幅回路A1〜A3は、いずれも入力電圧を2倍に増幅する増幅回路であり、比較演算回路CP1〜CP4の間に介挿されている。
<<< §5. First embodiment of A / D converter according to the present invention >>>
The basic configuration of the embodiment described here is almost the same as the basic configuration of the conventional A / D converter shown in FIG. That is, also in the embodiment according to the present invention, the comparison operation circuits CP1 to CP4 are comparison operation circuits each having the same configuration, and the magnitude relation between the input voltage Vin and the reference voltage R is compared, and the comparison result is obtained. Based on this, it has a function of outputting 1 bit and outputting a difference between both voltages as an output voltage Vout. Each of the amplifier circuits A1 to A3 is an amplifier circuit that amplifies the input voltage twice, and is interposed between the comparison operation circuits CP1 to CP4.

ただし、本発明に係る実施例の場合、比較演算回路CP1〜CP4の処理動作が若干異なってくる。すなわち、§1で述べた従来のA/D変換器の場合、比較演算回路CPkの処理動作は、図2に示すようなものであったが、本発明に係る第1の実施例の場合、比較演算回路CPkの処理動作は、図14に示すようになる。図14の右半分には、この比較結果に基いて実行される比較演算回路CPkの具体的な処理内容が示されている。図示のとおり、この図14に示す例では、Vin(k)<R1の場合は、出力ビットB=0が出力され(第1の機能)、Vout(k)=R1−Vin(k)なる差電圧が出力される(第2の機能)。一方、Vin(k)≧R1の場合は、出力ビットB=1が出力され(第1の機能)、Vout(k)=R2−Vin(k)なる差電圧が出力される(第2の機能)。いずれの場合も、差電圧は、図13に示す差電圧eに相当するものであり、この点が、図2に示す従来例と異なっている。   However, in the embodiment according to the present invention, the processing operations of the comparison operation circuits CP1 to CP4 are slightly different. That is, in the case of the conventional A / D converter described in §1, the processing operation of the comparison operation circuit CPk was as shown in FIG. 2, but in the case of the first embodiment according to the present invention, The processing operation of the comparison operation circuit CPk is as shown in FIG. The right half of FIG. 14 shows the specific processing contents of the comparison operation circuit CPk executed based on the comparison result. As shown in the figure, in the example shown in FIG. 14, when Vin (k) <R1, the output bit B = 0 is output (first function), and the difference Vout (k) = R1−Vin (k) A voltage is output (second function). On the other hand, when Vin (k) ≧ R1, the output bit B = 1 is output (first function), and a differential voltage Vout (k) = R2−Vin (k) is output (second function). ). In any case, the difference voltage corresponds to the difference voltage e shown in FIG. 13, and this point is different from the conventional example shown in FIG.

図15は、このような比較演算回路CPkの具体的な処理動作を例示する図である。図のR0は接地電位、R2はフルレンジVmaxの電圧値、R1はその中間の電位を示しており、棒グラフは、入力電圧Vin(k)の大きさを示す。上述したように、比較演算回路CPkの処理動作は、入力電圧Vin(k)と参照電圧R1との大小関係に基づいて2通りに分かれる。   FIG. 15 is a diagram illustrating a specific processing operation of such a comparison operation circuit CPk. In the figure, R0 is the ground potential, R2 is the voltage value of the full range Vmax, R1 is an intermediate potential, and the bar graph indicates the magnitude of the input voltage Vin (k). As described above, the processing operation of the comparison operation circuit CPk is divided into two types based on the magnitude relationship between the input voltage Vin (k) and the reference voltage R1.

図15(a) は、Vin(k)<R1の場合の処理動作を示している。この場合、出力ビットB=0が出力され(枠内の「0」は、この出力ビットBの値を示す)、Vout(k)=R1−Vin(k)なる差電圧が出力される。図示のとおり、入力電圧Vout(k)を超える参照電圧R1から入力電圧Vin(k)を差し引いた残差に相当する差電圧が、Vout(k)として出力されることになる。   FIG. 15A shows the processing operation when Vin (k) <R1. In this case, the output bit B = 0 is output (“0” in the frame indicates the value of the output bit B), and a differential voltage Vout (k) = R1−Vin (k) is output. As illustrated, a difference voltage corresponding to a residual obtained by subtracting the input voltage Vin (k) from the reference voltage R1 exceeding the input voltage Vout (k) is output as Vout (k).

一方、図15(b) は、Vin(k)≧R1の場合の処理動作を示している。この場合、出力ビットB=1が出力され(枠内の「1」は、この出力ビットBの値を示す)、Vout(k)=R2−Vin(k)なる差電圧が出力される。図示のとおり、入力電圧Vout(k)を超える参照電圧R2から入力電圧Vin(k)を差し引いた残差に相当する差電圧が、Vout(k)として出力されることになる。   On the other hand, FIG. 15B shows the processing operation when Vin (k) ≧ R1. In this case, the output bit B = 1 is output (“1” in the frame indicates the value of the output bit B), and a differential voltage Vout (k) = R2−Vin (k) is output. As illustrated, a difference voltage corresponding to a residual obtained by subtracting the input voltage Vin (k) from the reference voltage R2 exceeding the input voltage Vout (k) is output as Vout (k).

続いて、図16を参照しながら、本発明の第1の実施例に係るA/D変換器に含まれる4組の比較演算回路を連携させた具体的な処理動作を説明しよう。図16に示すCP1〜CP4は、図1に示す比較演算回路CP1〜CP4に対応しており、それぞれの比較演算回路における具体的な処理動作が示されている。ここでは、§1で述べた従来例と同様に、接地電位R0=0,フルレンジR2=100,参照電圧R1=50という具体的な電圧値(無名数)を想定して以下の説明を行うことにする。   Next, a specific processing operation in which four sets of comparison operation circuits included in the A / D converter according to the first embodiment of the present invention are linked will be described with reference to FIG. CP1 to CP4 shown in FIG. 16 correspond to the comparison operation circuits CP1 to CP4 shown in FIG. 1, and specific processing operations in the respective comparison operation circuits are shown. Here, as in the conventional example described in §1, the following explanation will be made assuming specific voltage values (anonymous number) of ground potential R0 = 0, full range R2 = 100, and reference voltage R1 = 50. To.

いま、変換対象となるアナログ信号として、電圧値「66」に相当する電圧をもった信号が、このA/D変換器に与えられたものとする。この場合、第1段目の比較演算回路CP1に与えられる入力電圧は、Vin(1)=66ということになる。参照電圧R1=50であるから、比較演算回路CP1では、図14に示す「Vin(k)≧R1の場合の処理動作」が実行されることになり、出力ビットB1=1が出力され、Vout(1)=R2−Vin(1)なる演算式に基づいて、e=100−66=34なる差電圧eが、出力電圧Vout(1)として出力される。この差電圧eは、増幅回路A1で2倍に増幅され、第2段目の比較演算回路CP2に入力電圧Vin(2)として与えられることになる。図示の例の場合、e=34であるから、2・e=68が第2段目の比較演算回路CP2へ与えられることになる(図の一点鎖線は、差電圧eの2倍が後段に送られることを示している)。   Now, it is assumed that a signal having a voltage corresponding to the voltage value “66” is given to the A / D converter as an analog signal to be converted. In this case, the input voltage supplied to the first-stage comparison operation circuit CP1 is Vin (1) = 66. Since the reference voltage R1 = 50, the comparison operation circuit CP1 executes the “processing operation in the case of Vin (k) ≧ R1” shown in FIG. 14, the output bit B1 = 1 is output, and Vout Based on the arithmetic expression (1) = R2−Vin (1), a differential voltage e of e = 100−66 = 34 is output as the output voltage Vout (1). The difference voltage e is amplified twice by the amplifier circuit A1, and is supplied as the input voltage Vin (2) to the second comparison operation circuit CP2. In the example shown in the figure, since e = 34, 2 · e = 68 is given to the second-stage comparison operation circuit CP2 (the one-dot chain line in FIG. Indicating that it will be sent).

こうして、第2段目の比較演算回路CP2に与えられる入力電圧は、Vin(2)=68ということになる。参照電圧R1=50であるから、比較演算回路CP2では、図14に示す「Vin(k)≧R1の場合の処理動作」が実行されることになり、出力ビットB1=1が出力され、Vout(2)=R2−Vin(2)なる演算式に基づいて、e=100−68=32なる差電圧eが、出力電圧Vout(2)として出力される。この差電圧eは、増幅回路A2で2倍に増幅され、第3段目の比較演算回路CP3に入力電圧Vin(3)として与えられることになる。図示の例の場合、e=32であるから、2・e=64が第3段目の比較演算回路CP3へ与えられることになる。   Thus, the input voltage applied to the second-stage comparison operation circuit CP2 is Vin (2) = 68. Since the reference voltage R1 = 50, the comparison operation circuit CP2 executes the “processing operation in the case of Vin (k) ≧ R1” shown in FIG. 14, the output bit B1 = 1 is output, and Vout Based on the equation (2) = R2−Vin (2), a differential voltage e of e = 100−68 = 32 is output as the output voltage Vout (2). The difference voltage e is amplified twice by the amplifier circuit A2, and is supplied as the input voltage Vin (3) to the third-stage comparison operation circuit CP3. In the illustrated example, since e = 32, 2 · e = 64 is given to the third-stage comparison operation circuit CP3.

続いて、第3段目の比較演算回路CP3にVin(3)=64なる入力電圧が与えられると、参照電圧R1=50であるから、比較演算回路CP3では、図14に示す「Vin(k)≧R1の場合の処理動作」が実行されることになり、出力ビットB1=1が出力され、Vout(3)=R2−Vin(3)なる演算式に基づいて、e=100−64=36なる差電圧eが、出力電圧Vout(3)として出力される。この差電圧eは、増幅回路A3で2倍に増幅され、第4段目の比較演算回路CP4に入力電圧Vin(4)として与えられることになる。図示の例の場合、e=36であるから、2・e=72が第4段目の比較演算回路CP4へ与えられることになる。   Subsequently, when the input voltage Vin (3) = 64 is applied to the third-stage comparison operation circuit CP3, the reference voltage R1 = 50. Therefore, in the comparison operation circuit CP3, “Vin (k ) ≧ R1 ”, the output bit B1 = 1 is output, and e = 100−64 = based on the arithmetic expression Vout (3) = R2−Vin (3). A difference voltage e of 36 is output as the output voltage Vout (3). The difference voltage e is amplified twice by the amplifier circuit A3, and is supplied as the input voltage Vin (4) to the fourth comparison operation circuit CP4. In the example shown in the figure, since e = 36, 2 · e = 72 is given to the fourth-stage comparison operation circuit CP4.

こうして、第4段目の比較演算回路CP4にVin(4)=72なる入力電圧が与えられると、参照電圧R1=50であるから、比較演算回路CP4では、図14に示す「Vin(k)≧R1の場合の処理動作」が実行されることになり、出力ビットB1=1が出力され、Vout(4)=R2−Vin(4)なる演算式に基づいて、e=100−72=28なる差電圧eが、出力電圧Vout(4)として出力される。ここに示す例は、第4段目の比較演算回路CP4が最終段となるが、更に第5段目の比較演算回路が続く場合には、この差電圧eは、増幅回路で2倍に増幅され、第5段目の比較演算回路に与えられることになる。   Thus, when the input voltage Vin (4) = 72 is applied to the fourth-stage comparison calculation circuit CP4, the reference voltage R1 = 50. Therefore, the comparison calculation circuit CP4 displays “Vin (k)” shown in FIG. The processing operation when ≧ R1 ”is executed, the output bit B1 = 1 is output, and e = 100−72 = 28 based on the arithmetic expression Vout (4) = R2−Vin (4). The differential voltage e is output as the output voltage Vout (4). In the example shown here, the fourth-stage comparison operation circuit CP4 is the final stage. However, when the fifth-stage comparison operation circuit continues, this difference voltage e is amplified twice by the amplification circuit. And supplied to the fifth-stage comparison operation circuit.

かくして、このA/D変換器からのデジタル出力としては、出力ビットB1,B2,B3,B4をこの順番で羅列したビット列「1111」が得られることになるが、ここで、ビット反転手段により、偶数段目の比較演算回路CP2,CP4からのビット出力に対して論理反転を行う処理を施せば、最終的にビット列「1010」を得ることができる。これは、フルレンジR2=100としたときのアナログ電圧値「66」に相当するデジタル値であり、図4に示す従来のA/D変換器によって得られたデジタル値に一致する。   Thus, as a digital output from the A / D converter, a bit string “1111” in which output bits B1, B2, B3, and B4 are arranged in this order is obtained. If a process of performing logic inversion is performed on the bit outputs from the even-numbered comparison operation circuits CP2 and CP4, the bit string “1010” can be finally obtained. This is a digital value corresponding to the analog voltage value “66” when the full range R2 = 100, and matches the digital value obtained by the conventional A / D converter shown in FIG.

<<< §6.本発明に係るA/D変換器の第2の実施例 >>>
§2では、図5を参照しながら、1つの比較演算回路から2ビット単位で比較結果を出力する形式の従来の一般的なA/D変換器の構成と動作を説明した。ここでは、この図5に示す構成をもったA/D変換器に本発明を適用した実施例を第2の実施例として述べる。
<<< §6. Second embodiment of A / D converter according to the present invention >>>
In §2, the configuration and operation of a conventional general A / D converter that outputs a comparison result in units of 2 bits from one comparison operation circuit has been described with reference to FIG. Here, an embodiment in which the present invention is applied to an A / D converter having the configuration shown in FIG. 5 will be described as a second embodiment.

ここで述べる第2の実施例の基本構成は、図5に示す従来のA/D変換器の基本構成とほぼ同じである。すなわち、本発明に係る実施例においても、比較演算回路CP1〜CP4は、それぞれ同一の構成をもった比較演算回路であり、入力電圧Vinと参照電圧Rとの大小関係を比較し、比較結果に基づいて2ビットの出力を行うとともに、両電圧の差を出力電圧Voutとして出力する機能を有する。また、増幅回路A1〜A3は、いずれも入力電圧を4倍に増幅する増幅回路であり、比較演算回路CP1〜CP4の間に介挿されている。   The basic configuration of the second embodiment described here is almost the same as the basic configuration of the conventional A / D converter shown in FIG. That is, also in the embodiment according to the present invention, the comparison operation circuits CP1 to CP4 are comparison operation circuits each having the same configuration, and the magnitude relation between the input voltage Vin and the reference voltage R is compared, and the comparison result is obtained. Based on this, it has a function of outputting 2 bits and outputting a difference between both voltages as an output voltage Vout. Each of the amplifier circuits A1 to A3 is an amplifier circuit that amplifies the input voltage four times, and is interposed between the comparison operation circuits CP1 to CP4.

ただし、本発明に係る実施例の場合、比較演算回路CP1〜CP4の処理動作が若干異なってくる。すなわち、§1で述べた従来のA/D変換器の場合、比較演算回路CPkの処理動作は、図6に示すようなものであったが、本発明に係る第2の実施例の場合、比較演算回路CPkの処理動作は、図17に示すようになる。図6に示す従来例の場合、参照電圧Rとしては、4通りの電圧R0,R1,R2,R3が用いられているが、図17に示す実施例の場合、参照電圧Rとしては、4通りの電圧R1,R2,R3,R4が用いられる。ここで、電圧R4は、フルレンジVmaxに相当する電圧である。既に述べたとおり、参照電圧Rは、時間とともにステップ状に電圧が増加する信号によって与えられる。図17の比較演算回路CPkのブロック内に示されたステップ状の信号は、このような参照信号の波形を示している。したがって、比較演算回路CPkに与えられた入力電圧Vin(k)は、まず、参照電圧R1と比較され、続いて参照電圧R2と比較され、次に参照電圧R3と比較され、最後に参照電圧R4と比較されることになる。もっとも、いずれかの参照電圧との比較において、大小関係の変化が生じたら、それ以後の比較動作は不要になる。   However, in the embodiment according to the present invention, the processing operations of the comparison operation circuits CP1 to CP4 are slightly different. That is, in the case of the conventional A / D converter described in §1, the processing operation of the comparison operation circuit CPk is as shown in FIG. 6, but in the case of the second embodiment according to the present invention, The processing operation of the comparison operation circuit CPk is as shown in FIG. In the conventional example shown in FIG. 6, four voltages R0, R1, R2, and R3 are used as the reference voltage R. In the embodiment shown in FIG. The voltages R1, R2, R3, and R4 are used. Here, the voltage R4 is a voltage corresponding to the full range Vmax. As already mentioned, the reference voltage R is given by a signal whose voltage increases stepwise with time. The step-like signal shown in the block of the comparison operation circuit CPk in FIG. 17 shows the waveform of such a reference signal. Therefore, the input voltage Vin (k) applied to the comparison operation circuit CPk is first compared with the reference voltage R1, subsequently compared with the reference voltage R2, then compared with the reference voltage R3, and finally with the reference voltage R4. Will be compared. However, if there is a change in the magnitude relationship in comparison with any of the reference voltages, the subsequent comparison operation becomes unnecessary.

図17の下半分に示す(1)〜(4)には、各比較結果に基いて実行される比較演算回路CPkの具体的な処理内容が示されている。上述したように、まず、第1の比較処理として、参照電圧R1との比較が行われる。その結果、図17(1)に示すように、Vin(k)<R1であった場合は、出力ビットBL=0,BR=0が出力され(第1の機能)、Vout(k)=R1−Vin(k)なる差電圧が出力される(第2の機能)。この場合、参照電圧R1との比較において、大小関係の変化が生じたことになる(参照電圧R0との比較は行われないが、当初の大小関係が「入力電圧>参照電圧」であるものとして、変化の判定が行われる)。この場合、以後、参照電圧R2,R3,R4との比較動作は不要である。   (1) to (4) shown in the lower half of FIG. 17 show the specific processing contents of the comparison operation circuit CPk executed based on each comparison result. As described above, first, comparison with the reference voltage R1 is performed as the first comparison processing. As a result, as shown in FIG. 17A, when Vin (k) <R1, the output bits BL = 0 and BR = 0 are output (first function), and Vout (k) = R1. A differential voltage of −Vin (k) is output (second function). In this case, the magnitude relationship has changed in comparison with the reference voltage R1 (the comparison with the reference voltage R0 is not performed, but the initial magnitude relationship is “input voltage> reference voltage”). , Change determination is performed). In this case, the comparison operation with the reference voltages R2, R3, and R4 is not necessary thereafter.

一方、参照電圧R1との比較によって、大小関係の変化が生じていない場合は(すなわち、R1≦Vin(k)の場合は)、第2の比較処理として、参照電圧R2との比較が行われる。その結果、図17(2)に示すように、R1≦Vin(k)<R2であった場合は、出力ビットBL=0,BR=1が出力され(第1の機能)、Vout(k)=R2−Vin(k)なる差電圧が出力される(第2の機能)。この場合、参照電圧R2との比較において、大小関係の変化が生じたことになる。したがって、以後、参照電圧R3,R4との比較動作は不要である。   On the other hand, when the comparison with the reference voltage R1 does not change the magnitude relationship (that is, when R1 ≦ Vin (k)), the comparison with the reference voltage R2 is performed as the second comparison process. . As a result, as shown in FIG. 17B, when R1 ≦ Vin (k) <R2, output bits BL = 0 and BR = 1 are output (first function), and Vout (k) = R2−Vin (k) is output (second function). In this case, the magnitude relationship changes in comparison with the reference voltage R2. Therefore, thereafter, the comparison operation with the reference voltages R3 and R4 is unnecessary.

参照電圧R2との比較によっても、大小関係の変化が生じていない場合は(すなわち、R2≦Vin(k)の場合は)、第3の比較処理として、参照電圧R3との比較が行われる。その結果、図17(3)に示すように、R2≦Vin(k)<R3であった場合は、出力ビットBL=1,BR=0が出力され(第1の機能)、Vout(k)=R3−Vin(k)なる差電圧が出力される(第2の機能)。この場合、参照電圧R3との比較において、大小関係の変化が生じたことになるので、参照電圧R4との比較動作は不要である。   If no change in the magnitude relationship has occurred by comparison with the reference voltage R2 (that is, when R2 ≦ Vin (k)), comparison with the reference voltage R3 is performed as a third comparison process. As a result, as shown in FIG. 17 (3), when R2 ≦ Vin (k) <R3, output bits BL = 1 and BR = 0 are output (first function), and Vout (k) = R3-Vin (k) is output (second function). In this case, the comparison with the reference voltage R3 has caused a change in the magnitude relationship, so that the comparison operation with the reference voltage R4 is unnecessary.

最後に、参照電圧R3との比較によっても、大小関係の変化が生じていない場合、すなわち、R3≦Vin(k)の場合は、入力電圧Vin(k)は、電圧R3以上、フルレンジVmax(=R4)以下の範囲内の電圧ということになる。そこで、第4の比較処理として、参照電圧R4との比較が行われる。この第4の比較処理では、必ず大小関係が変化した旨の判定がなされる。これは、参照電圧R4=フルレンジVmaxであるから、必ず入力電圧Vin(k)≦R4となるためである(Vin(k)=R4の場合、「入力電圧>参照電圧」から「入力電圧=参照電圧」に変化したことになる)。したがって、この場合、図17(4)に示すように、出力ビットBL=1,BR=1が出力され(第1の機能)、Vout(k)=R4−Vin(k)なる差電圧が出力される(第2の機能)。   Finally, when no change in the magnitude relationship occurs even by comparison with the reference voltage R3, that is, when R3 ≦ Vin (k), the input voltage Vin (k) is equal to or higher than the voltage R3 and the full range Vmax (= R4) The voltage is within the following range. Therefore, a comparison with the reference voltage R4 is performed as a fourth comparison process. In the fourth comparison process, it is always determined that the magnitude relationship has changed. This is because the reference voltage R4 = full range Vmax, so that the input voltage Vin (k) ≦ R4 is always satisfied (when Vin (k) = R4, “input voltage> reference voltage” to “input voltage = reference”). To “Voltage”). Therefore, in this case, as shown in FIG. 17 (4), output bits BL = 1 and BR = 1 are output (first function), and a differential voltage Vout (k) = R4-Vin (k) is output. (Second function).

続いて、図18を参照しながら、この第2の実施例に係るA/D変換器に含まれる4組の比較演算回路を連携させた具体的な処理動作を説明しよう。図18に示すCP1〜CP4は、図5に示す比較演算回路CP1〜CP4に対応しており、それぞれの比較演算回路における具体的な処理動作が示されている。図のR0は接地電位、R4はフルレンジVmaxの電圧値、R1〜R3は、R0〜R4間を4等分した各中間位置の電位を示しており、棒グラフは、入力電圧Vin(k)の大きさを示す。ここでも、便宜上、接地電位R0=0,フルレンジR4=100,参照電圧R1=25,参照電圧R2=50,参照電圧R3=75という具体的な電圧値(無名数)を想定して以下の説明を行うことにする。   Next, a specific processing operation in which four sets of comparison operation circuits included in the A / D converter according to the second embodiment are linked will be described with reference to FIG. CP1 to CP4 shown in FIG. 18 correspond to the comparison operation circuits CP1 to CP4 shown in FIG. 5, and specific processing operations in the respective comparison operation circuits are shown. In the figure, R0 is a ground potential, R4 is a voltage value of the full range Vmax, R1 to R3 are potentials at intermediate positions obtained by dividing R0 to R4 into four equal parts, and the bar graph indicates the magnitude of the input voltage Vin (k). It shows. Again, for the sake of convenience, the following description assumes a specific voltage value (anonymous number) of ground potential R0 = 0, full range R4 = 100, reference voltage R1 = 25, reference voltage R2 = 50, and reference voltage R3 = 75. To do.

いま、変換対象となるアナログ信号として、電圧値「66」に相当する電圧をもった信号が、このA/D変換器に与えられたものとする。この場合、第1段目の比較演算回路CP1に与えられる入力電圧は、Vin(1)=66ということになる。このため、参照電圧R1,R2との比較では、「入力電圧>参照電圧」という大小関係を維持しているが、参照電圧R3との比較によって、「入力電圧<参照電圧」という大小関係の変化が生じることになる。したがって、比較演算回路CP1では、図17(3)に示す処理動作が実行されることになり、B1=1,B2=0が出力され、Vout(1)=R3−Vin(1)なる差電圧が出力される。具体的には、e=75−66=9なる差電圧eが、出力電圧Vout(1)として出力される。この差電圧eは、増幅回路A1で4倍に増幅され、第2段目の比較演算回路CP2に入力電圧Vin(2)として与えられることになる。図示の例の場合、e=9であるから、4・e=36が第2段目の比較演算回路CP2へ与えられることになる(図の一点鎖線は、差電圧eの4倍が後段に送られることを示している)。   Now, it is assumed that a signal having a voltage corresponding to the voltage value “66” is given to the A / D converter as an analog signal to be converted. In this case, the input voltage supplied to the first-stage comparison operation circuit CP1 is Vin (1) = 66. For this reason, in the comparison with the reference voltages R1 and R2, the magnitude relationship of “input voltage> reference voltage” is maintained, but by the comparison with the reference voltage R3, the change in magnitude relationship of “input voltage <reference voltage” is maintained. Will occur. Therefore, in the comparison operation circuit CP1, the processing operation shown in FIG. 17 (3) is executed, B1 = 1 and B2 = 0 are output, and the difference voltage Vout (1) = R3−Vin (1) Is output. Specifically, a differential voltage e of e = 75−66 = 9 is output as the output voltage Vout (1). The difference voltage e is amplified four times by the amplifier circuit A1, and is supplied as the input voltage Vin (2) to the second comparison operation circuit CP2. In the example shown in the figure, since e = 9, 4 · e = 36 is given to the second-stage comparison operation circuit CP2 (the dashed-dotted line in FIG. Indicating that it will be sent).

こうして、第2段目の比較演算回路CP2に与えられる入力電圧は、Vin(2)=36ということになる。このため、参照電圧R1との比較では、「入力電圧>参照電圧」という大小関係を維持しているが、参照電圧R2との比較によって、「入力電圧<参照電圧」という大小関係の変化が生じることになる。したがって、比較演算回路CP2では、図17(2)に示す処理動作が実行されることになり、B3=0,B4=1が出力され、Vout(2)=R2−Vin(2)なる差電圧が出力される。具体的には、e=50−36=14なる差電圧eが、出力電圧Vout(2)として出力される。この差電圧eは、増幅回路A2で4倍に増幅され、第3段目の比較演算回路CP3に入力電圧Vin(3)として与えられることになる。図示の例の場合、e=14であるから、4・e=56が第3段目の比較演算回路CP3へ与えられることになる。   Thus, the input voltage applied to the second-stage comparison operation circuit CP2 is Vin (2) = 36. Therefore, in the comparison with the reference voltage R1, the magnitude relationship of “input voltage> reference voltage” is maintained, but the magnitude relationship of “input voltage <reference voltage” is changed by the comparison with the reference voltage R2. It will be. Therefore, in the comparison operation circuit CP2, the processing operation shown in FIG. 17 (2) is executed, B3 = 0 and B4 = 1 are output, and the difference voltage Vout (2) = R2−Vin (2). Is output. Specifically, a differential voltage e of e = 50−36 = 14 is output as the output voltage Vout (2). The difference voltage e is amplified four times by the amplifier circuit A2, and is supplied as the input voltage Vin (3) to the third-stage comparison operation circuit CP3. In the example shown in the figure, since e = 14, 4 · e = 56 is supplied to the third-stage comparison operation circuit CP3.

こうして、第3段目の比較演算回路CP3には、Vin(3)=56なる入力電圧が与えられる。このため、参照電圧R1,R2との比較では、「入力電圧>参照電圧」という大小関係を維持しているが、参照電圧R3との比較によって、「入力電圧<参照電圧」という大小関係の変化が生じることになる。したがって、比較演算回路CP3では、図7(3)に示す処理動作が実行されることになり、B5=1,B6=0が出力され、Vout(3)=R3−Vin(3)なる差電圧が出力される。具体的には、e=75−56=19なる差電圧eが、出力電圧Vout(3)として出力される。この差電圧eは、増幅回路A3で4倍に増幅され、第4段目の比較演算回路CP4に入力電圧Vin(4)として与えられることになる。図示の例の場合、e=19であるから、4・e=76が第4段目の比較演算回路CP4へ与えられることになる。   Thus, the input voltage Vin (3) = 56 is applied to the third-stage comparison operation circuit CP3. For this reason, in the comparison with the reference voltages R1 and R2, the magnitude relationship of “input voltage> reference voltage” is maintained, but by the comparison with the reference voltage R3, the change in magnitude relationship of “input voltage <reference voltage” is maintained. Will occur. Therefore, in the comparison operation circuit CP3, the processing operation shown in FIG. 7 (3) is executed, B5 = 1 and B6 = 0 are output, and the difference voltage Vout (3) = R3−Vin (3). Is output. Specifically, a differential voltage e of e = 75−56 = 19 is output as the output voltage Vout (3). This difference voltage e is amplified four times by the amplifier circuit A3, and is supplied as the input voltage Vin (4) to the fourth comparison operation circuit CP4. In the illustrated example, since e = 19, 4 · e = 76 is supplied to the fourth-stage comparison operation circuit CP4.

最後の第4段目の比較演算回路CP4に、Vin(4)=76なる入力電圧が与えられると、参照電圧R1,R2,R3との比較では、「入力電圧>参照電圧」という大小関係を維持しているが、参照電圧R4との比較によって、「入力電圧<参照電圧」という大小関係の変化が生じることになる。したがって、比較演算回路CP4では、図7(4)に示す処理動作が実行されることになり、B7=1,B8=1が出力され、Vout(4)=R4−Vin(4)なる差電圧が出力される。具体的には、e=100−76=24なる差電圧eが、出力電圧Vout(4)として出力される。ここに示す例は、第4段目の比較演算回路CP4が最終段となるが、更に第5段目の比較演算回路が続く場合には、この差電圧eは、増幅回路で4倍に増幅され、第5段目の比較演算回路に与えられることになるので、その場合は、4・e=96が第5段目の比較演算回路へ与えられることになる。   When an input voltage of Vin (4) = 76 is given to the final fourth comparison operation circuit CP4, the comparison of the reference voltages R1, R2, and R3 has a relationship of “input voltage> reference voltage”. However, the comparison with the reference voltage R4 causes a change in the magnitude relationship of “input voltage <reference voltage”. Therefore, in the comparison operation circuit CP4, the processing operation shown in FIG. 7 (4) is executed, B7 = 1 and B8 = 1 are output, and the difference voltage Vout (4) = R4−Vin (4). Is output. Specifically, a differential voltage e of e = 100−76 = 24 is output as the output voltage Vout (4). In the example shown here, the fourth-stage comparison operation circuit CP4 is the final stage. However, when the fifth-stage comparison operation circuit continues, this difference voltage e is amplified four times by the amplifier circuit. In this case, 4 · e = 96 is supplied to the fifth-stage comparison operation circuit.

かくして、各比較演算回路CP1〜CP4からのデジタル出力としては、出力ビットB1〜B8をこの順番で羅列したビット列「10011011」が得られることになるが、ここで、ビット反転手段により、偶数段目の比較演算回路CP2,CP4からのビット出力に対して論理反転を行う処理を施せば、最終的にビット列「10101000」を得ることができる。これは、フルレンジR4=100としたときのアナログ電圧値「66」に相当するデジタル値であり、図8に示す従来のA/D変換器によって得られたデジタル値に一致する。   Thus, as a digital output from each of the comparison operation circuits CP1 to CP4, a bit string “10011011” in which the output bits B1 to B8 are arranged in this order is obtained. If the process of performing logic inversion is performed on the bit outputs from the comparison operation circuits CP2 and CP4, the bit string “10101000” can be finally obtained. This is a digital value corresponding to the analog voltage value “66” when the full range R4 = 100, and coincides with the digital value obtained by the conventional A / D converter shown in FIG.

<<< §7.その他の実施例 >>>
§5および§6で述べた実施例は、物理的に別個独立した4組の比較演算回路CP1〜CP4をカスケード接続した構成をとっているが、本発明は、もちろん、図9に示すような巡回型A/D変換器にも適用可能である。図19は、このような巡回型A/D変換器に本発明を適用した実施例である。図9に示す巡回型A/D変換器と図19に示す巡回型A/D変換器との相違点は、比較演算回路CPkの処理動作だけである。すなわち、前者は図6に示すアルゴリズムに従って、入力電圧Vin(k)と各参照電圧R0,R1,R2,R3との比較処理の結果に基づき、2ビットのデータBL,BRを出力するとともに、差電圧(図4に示す差電圧dに相当)を出力電圧Vout(k)として出力するのに対して、後者は図17に示すアルゴリズムに従って、入力電圧Vin(k)と各参照電圧R1,R2,R3,R4との比較処理の結果に基づき、2ビットのデータBL,BRを出力するとともに、差電圧(図18に示す差電圧eに相当)を出力電圧Vout(k)として出力する。
<<< §7. Other Examples >>>
The embodiments described in §5 and §6 have a configuration in which four sets of comparison operation circuits CP1 to CP4 which are physically separate and independent are cascade-connected. Of course, the present invention is as shown in FIG. The present invention can also be applied to a cyclic A / D converter. FIG. 19 shows an embodiment in which the present invention is applied to such a cyclic A / D converter. The only difference between the cyclic A / D converter shown in FIG. 9 and the cyclic A / D converter shown in FIG. 19 is the processing operation of the comparison operation circuit CPk. That is, according to the algorithm shown in FIG. 6, the former outputs 2-bit data BL and BR based on the result of the comparison processing between the input voltage Vin (k) and each of the reference voltages R0, R1, R2, and R3, and the difference. While the voltage (corresponding to the differential voltage d shown in FIG. 4) is output as the output voltage Vout (k), the latter follows the algorithm shown in FIG. 17 and the input voltage Vin (k) and each reference voltage R1, R2, Based on the result of the comparison processing with R3 and R4, 2-bit data BL and BR are output, and a differential voltage (corresponding to the differential voltage e shown in FIG. 18) is output as the output voltage Vout (k).

この図19に示す巡回型A/D変換器においても、増幅回路Akは4倍の増幅処理を行い、その出力電圧がセレクタSに与えられる点は、図9のA/D変換器と全く同じである。また、セレクタSが、変換対象となるアナログ信号が与えられた当初は、当該アナログ信号を選択して、比較演算回路CPkに与え、増幅回路Akから巡回した信号が供給された後は、当該巡回信号を選択して、比較演算回路CPkに与える点も、図9のA/D変換器と全く同じである。ただ、比較演算回路CPkから出力される2ビットの出力BL,BRは、奇数回目のビット出力の場合はそのままでよいが、偶数回目のビット出力の場合は論理反転を行う必要があるので、別途、そのような処理を実行するビット反転手段を設ける必要がある。   Also in the cyclic A / D converter shown in FIG. 19, the amplifier circuit Ak performs the amplification process four times, and the output voltage is given to the selector S in exactly the same way as the A / D converter of FIG. It is. In addition, when the selector S initially receives an analog signal to be converted, the selector S selects the analog signal, applies the analog signal to the comparison operation circuit CPk, and after the cyclic signal is supplied from the amplifier circuit Ak, The point that the signal is selected and given to the comparison operation circuit CPk is exactly the same as the A / D converter of FIG. However, the 2-bit outputs BL and BR output from the comparison operation circuit CPk may be left as they are in the case of the odd-numbered bit output, but in the case of the even-numbered bit output, it is necessary to perform logic inversion. It is necessary to provide bit inversion means for executing such processing.

図20は、図19に示す巡回型A/D変換器を、3ビット単位で比較結果を出力する形式のA/D変換器に拡張した例を示すブロック図である。比較演算回路CPkは、毎巡回時に、比較結果を3ビット単位のデータB1,B2,B3として出力する機能を有する。そのために、参照電圧Rとして、8通りの電圧R1〜R8を用いている。図20の比較演算回路CPkのブロック内に示されたステップ状の信号は、このような参照信号の波形を示している。ここで、R0を接地電位、R8をフルレンジVmaxに相当する電圧とした場合、R1〜R7は、R0〜R8の電位差を8等分した各中間電位である。また、増幅回路Akは、比較演算回路CPkからの出力電圧Vout(k)を8倍に増幅する処理を実行する。この場合も、比較演算回路CPkから出力される3ビットの出力B1,B2,B3は、奇数回目のビット出力の場合はそのままでよいが、偶数回目のビット出力の場合は論理反転を行う必要があるので、別途、そのような処理を実行するビット反転手段を設ける必要がある。   FIG. 20 is a block diagram showing an example in which the cyclic A / D converter shown in FIG. 19 is extended to an A / D converter that outputs a comparison result in units of 3 bits. The comparison operation circuit CPk has a function of outputting the comparison result as data B1, B2, B3 in units of 3 bits at every cycle. Therefore, eight voltages R1 to R8 are used as the reference voltage R. The step-like signal shown in the block of the comparison operation circuit CPk in FIG. 20 shows the waveform of such a reference signal. Here, when R0 is a ground potential and R8 is a voltage corresponding to the full range Vmax, R1 to R7 are intermediate potentials obtained by dividing the potential difference of R0 to R8 into eight equal parts. Further, the amplifier circuit Ak executes a process of amplifying the output voltage Vout (k) from the comparison operation circuit CPk by 8 times. Also in this case, the 3-bit outputs B1, B2, and B3 output from the comparison operation circuit CPk may be left as they are in the case of odd-numbered bit output, but in the case of even-numbered bit output, it is necessary to perform logic inversion. Therefore, it is necessary to separately provide bit inversion means for executing such processing.

図21は、図19,図20に示す巡回型A/D変換器を、任意の数nを用いて表現されるnビット単位で比較結果を出力する形式のA/D変換器に拡張した例を示すブロック図である。比較演算回路CPkは、毎巡回時に、比較結果をnビット単位のデータB1,B2,...,Bnとして出力する機能を有する。そのために、参照電圧Rとして、2通りの電圧R(1)〜R(2)を用いている。ここで、R(0)を接地電位、R(2)をフルレンジVmaxに相当する電圧とした場合、R(1)〜R(2−1)は、R(0)〜R(2)を2等分した各中間電位である(ここでは符号表記の便宜上、第i番目の参照電圧を括弧付きの符号R(i)で示すことにするが、R(0),R(1),R(2),...等は、これまで述べてきた参照電圧R0,R1,R2,...等と同じものである。)。なお、比較演算回路CPkは、フルレンジの電圧幅0〜Vmaxまでの入力電圧Vin(k)が与えられた場合に正常動作するように構成されているので、変換対象となるアナログ信号の電圧値は最大でフルレンジの電圧Vmaxにする必要がある。一方、増幅回路Akは、比較演算回路CPkから差電圧として出力される出力電圧Vout(k)を2倍に増幅する処理を実行する。 FIG. 21 shows an example in which the cyclic A / D converter shown in FIGS. 19 and 20 is extended to an A / D converter that outputs a comparison result in units of n bits expressed using an arbitrary number n. FIG. The comparison operation circuit CPk has a function of outputting the comparison result as data B1, B2,. For this purpose, 2 n kinds of voltages R (1) to R (2 n ) are used as the reference voltage R. Here, when R (0) is a ground potential and R (2 n ) is a voltage corresponding to the full range Vmax, R (1) to R (2 n −1) are R (0) to R (2 n ) Are divided into 2 n equal parts (here, for convenience of reference, the i-th reference voltage is indicated by parenthesized reference R (i), but R (0), R (1 ), R (2),... Are the same as the reference voltages R0, R1, R2,. Note that the comparison operation circuit CPk is configured to operate normally when an input voltage Vin (k) of a full-range voltage range 0 to Vmax is applied, so that the voltage value of the analog signal to be converted is The maximum voltage Vmax needs to be set. On the other hand, the amplifier circuit Ak executes a process of amplifying the output voltage Vout (k) output as a difference voltage from the comparison operation circuit CPk by 2n times.

この図21に示すA/D変換器の場合も、比較演算回路CPkから出力されるnビットの出力B1,B2,...,Bnは、奇数回目のビット出力の場合はそのままでよいが、偶数回目のビット出力の場合は論理反転を行う必要があるので、別途、そのような処理を実行するビット反転手段を設ける必要がある。もちろん、別途、参照電圧発生回路を設ける必要もある。この参照電圧発生回路は、フルレンジを2分割することにより得られる(2+1)通りの電圧R(0),R(1),R(2),...,R(2)のうち(但し、R(0)=0、R(2)=Vmax)、2通りの参照電圧R(1),R(2),...,R(2)をこの順序で所定周期で発生させ、電圧がステップ状に増加してゆく参照信号として比較演算回路CPkに与える機能を果たす。 Also in the case of the A / D converter shown in FIG. 21, the n-bit outputs B1, B2,..., Bn output from the comparison operation circuit CPk may be left as they are in the case of odd-numbered bit output. In the case of even-numbered bit output, it is necessary to perform logic inversion, and therefore it is necessary to provide bit inversion means for performing such processing separately. Of course, it is necessary to provide a reference voltage generation circuit separately. The reference voltage generating circuit is obtained by 2 n split the full range (2 n +1) voltage as R (0), R (1 ), R (2), ..., R a (2 n) Among them (where R (0) = 0, R (2 n ) = Vmax), 2n reference voltages R (1), R (2),..., R (2 n ) are determined in this order. A function is provided which is generated in a cycle and given to the comparison operation circuit CPk as a reference signal in which the voltage increases stepwise.

なお、nは、比較演算回路CPkから出力されるビット数を定めるパラメータとなるので、一般的には、1以上の自然数に設定することになるが、最近では、1.5ビット、3.5ビット、4.5ビットといった小数を含むビット数からなる出力ビットを取り扱う技術も提案されている。本発明は、このような技術にも適用可能であり、そのような場合は、nは自然数に限定されない。   Note that n is a parameter that determines the number of bits output from the comparison operation circuit CPk. Therefore, it is generally set to a natural number of 1 or more, but recently, 1.5 bits, 3.5 There has also been proposed a technique for handling output bits composed of bits and bits including decimal numbers such as 4.5 bits. The present invention is also applicable to such a technique, and in such a case, n is not limited to a natural number.

このような参照信号を受けた比較演算回路CPkは、入力電圧Vin(k)と第i番目の参照電圧R(i)とを順次比較する処理を行う(i=1,2,...,2)。そして、第i番目の参照電圧R(i)が与えられているときに、入力電圧と参照電圧との大小関係が変化した場合には、入力電圧Vin(k)とその時点の参照電圧R(i)との差電圧(差の絶対値)を出力電圧Vout(k)として出力するとともに、nビットのビット列を出力する。ここで、このnビットのビット列は、値(i−1)の二進表現に対応するものにすればよい。 Upon receiving such a reference signal, the comparison operation circuit CPk performs a process of sequentially comparing the input voltage Vin (k) and the i-th reference voltage R (i) (i = 1, 2,..., 2n ). If the magnitude relationship between the input voltage and the reference voltage changes when the i-th reference voltage R (i) is given, the input voltage Vin (k) and the reference voltage R ( A difference voltage (absolute value) from i) is output as an output voltage Vout (k), and an n-bit bit string is output. Here, the n-bit bit string may correspond to the binary representation of the value (i−1).

たとえば、図17に示すように、比較演算回路CPkが2ビットのデータBL,BRを出力するのであれば、第1番目の参照電圧R1との比較時に大小関係が変化した場合(図17(1)の場合)には、値「1−1=0」の二進表現に対応するビット列「00」を出力し、第2番目の参照電圧R2との比較時に大小関係が変化した場合(図17(2)の場合)には、値「2−1=1」の二進表現に対応するビット列「01」を出力し、第3番目の参照電圧R3との比較時に大小関係が変化した場合(図17(3)の場合)には、値「3−1=2」の二進表現に対応するビット列「10」を出力し、第4番目の参照電圧R4との比較時に大小関係が変化した場合(図17(4)の場合)には、値「4−1=3」の二進表現に対応するビット列「11」を出力すればよい。   For example, as shown in FIG. 17, if the comparison operation circuit CPk outputs 2-bit data BL and BR, the magnitude relationship changes when compared with the first reference voltage R1 (FIG. 17 (1)). )), A bit string “00” corresponding to the binary representation of the value “1-1 = 0” is output, and the magnitude relationship changes when compared with the second reference voltage R2 (FIG. 17). In the case of (2), the bit string “01” corresponding to the binary representation of the value “2-1 = 1” is output, and the magnitude relationship changes when compared with the third reference voltage R3 ( In the case of FIG. 17 (3), the bit string “10” corresponding to the binary representation of the value “3-1 = 2” is output, and the magnitude relationship has changed when compared with the fourth reference voltage R4. In the case (in the case of FIG. 17 (4)), the bit string “4” corresponding to the binary representation of the value “4-1 = 3”. It may be output 1 ".

<<< §8.各部の具体的構成例 >>>
図22は、本発明に係るA/D変換器に含まれる比較演算回路CPkの具体的な構成例を、参照電圧発生回路20およびビット反転手段30とともに示すブロック図である。図示の例の場合、比較演算回路CPkは、差分回路10、記憶回路11、符号判定回路12、制御回路13によって構成されている。また、参照電圧発生回路20は、これまで述べてきた参照電圧Rを発生させるための回路である。
<<< §8. Specific configuration example of each part >>>
FIG. 22 is a block diagram showing a specific configuration example of the comparison operation circuit CPk included in the A / D converter according to the present invention, together with the reference voltage generation circuit 20 and the bit inversion means 30. In the case of the illustrated example, the comparison operation circuit CPk includes a difference circuit 10, a storage circuit 11, a sign determination circuit 12, and a control circuit 13. The reference voltage generation circuit 20 is a circuit for generating the reference voltage R described so far.

この図22に示す比較演算回路CPkの構成は、図12に示す従来装置の構成とほぼ同じである。すなわち、差分回路10は、入力電圧Vin(k)と参照電圧Rとの差電圧を求める回路であり、求められた差電圧は、記憶回路11および符号判定回路12に与えられる。記憶回路11は、この差電圧を一時的に保持する。また、符号判定回路12は、差電圧の符号を判定する(別言すれば、入力電圧Vin(k)と参照電圧Rとの大小関係を判定することになる)。   The configuration of the comparison operation circuit CPk shown in FIG. 22 is substantially the same as that of the conventional device shown in FIG. That is, the difference circuit 10 is a circuit for obtaining a difference voltage between the input voltage Vin (k) and the reference voltage R, and the obtained difference voltage is given to the storage circuit 11 and the sign determination circuit 12. The memory circuit 11 temporarily holds this differential voltage. The sign determination circuit 12 determines the sign of the difference voltage (in other words, the magnitude relationship between the input voltage Vin (k) and the reference voltage R is determined).

ただ、この図22に示す例では、参照電圧発生回路20が発生した参照電圧Rは、制御回路13を介すことなしに、直接差分回路10へ与えられる。これは、図13で説明したとおり、従来装置の場合、符号判定回路12において、時刻t(i)のタイミングで符号の変化が判定された場合、次の時刻t(i+1)のタイミングで、参照電圧をR(i−1)に戻す処理を行う必要があったのに対して、本発明に係る装置の場合、そのような処理が不要になるためである。ただ、この例では、参照電圧との同期をとるために、参照電圧発生回路20が発生した参照電圧Rを制御回路13にも与えている。   However, in the example shown in FIG. 22, the reference voltage R generated by the reference voltage generation circuit 20 is directly given to the difference circuit 10 without going through the control circuit 13. As described with reference to FIG. 13, in the case of the conventional apparatus, when the code change is determined at the timing t (i) in the code determination circuit 12, the reference is performed at the next timing t (i + 1). This is because the process of returning the voltage to R (i-1) needs to be performed, whereas in the case of the apparatus according to the present invention, such a process becomes unnecessary. However, in this example, the reference voltage R generated by the reference voltage generation circuit 20 is also supplied to the control circuit 13 in order to synchronize with the reference voltage.

この装置では、符号判定回路12は、符号判定の結果が変化したときに、その旨を示す信号を記憶回路11および制御回路13に与える。記憶回路11は、この判定結果が変化したことを示す信号を受け取ったときに、その時点で保持している差電圧を出力電圧Vout(k)として出力する。具体的には、図13に示す例の場合、時刻t(i)のタイミングで符号の判定結果に変化が生じるので、記憶回路11は、このとき保持していた差電圧e=R(i)−Vin(k)を、出力電圧Vout(k)として出力することになる。   In this apparatus, the sign determination circuit 12 gives a signal indicating that to the storage circuit 11 and the control circuit 13 when the result of the code determination changes. When the memory circuit 11 receives a signal indicating that the determination result has changed, the memory circuit 11 outputs the difference voltage held at that time as the output voltage Vout (k). Specifically, in the example shown in FIG. 13, since the sign determination result changes at the time t (i), the memory circuit 11 stores the difference voltage e = R (i) held at this time. -Vin (k) is output as the output voltage Vout (k).

一方、時刻t(i)のタイミングで符号判定の結果が変化した旨の信号を受け取った制御回路13は、参照電圧発生回路20から与えられる参照電圧Rを参照することにより、iの値を認識することができる。そこで、値(i−1)の二進表現に対応するデータを示すビット列B1,B2,B3,...を出力することができる。   On the other hand, the control circuit 13 that has received a signal indicating that the result of the sign determination has changed at the timing of time t (i) recognizes the value of i by referring to the reference voltage R supplied from the reference voltage generation circuit 20. can do. Therefore, bit strings B1, B2, B3,... Indicating data corresponding to the binary representation of the value (i-1) can be output.

図22には、1段階の比較演算回路CPkしか示されていないが、実際には、このような比較演算回路CPkが増幅回路Akを介して多段階カスケード接続されている。ビット反転手段30は、このような多段接続された比較演算回路CPkのうち、偶数段目の比較演算回路CPkについてのみ設けられる。奇数段目の比較演算回路CPkから出力されたビット列は、論理反転することなしに、そのまま出力すればよい。   FIG. 22 shows only one-stage comparison operation circuit CPk, but actually, such comparison operation circuit CPk is cascade-connected via the amplifier circuit Ak. The bit inverting means 30 is provided only for the even-numbered comparison calculation circuit CPk among the comparison calculation circuits CPk connected in multiple stages. The bit string output from the odd number comparison operation circuit CPk may be output as it is without being logically inverted.

すなわち、一般論としては、K組(Kは2以上の自然数)の比較演算回路と、(K−1)組の増幅回路と、を用意し、第k番目(k=1〜K−1)の比較演算回路が出力する差電圧が、第k番目の増幅回路で増幅された後に第(k+1)番目の比較演算回路に入力されるように、比較演算回路と増幅回路とを交互に接続したA/D変換器に本発明を適用する場合には、偶数段目の比較演算回路からの出力ビットを論理反転するためのビット反転手段30を設けるようにすればよい。   That is, as a general theory, a comparison operation circuit of K sets (K is a natural number of 2 or more) and an amplification circuit of (K-1) sets are prepared, and the kth (k = 1 to K-1). The comparison operation circuit and the amplification circuit are alternately connected so that the difference voltage output from the comparison operation circuit is input to the (k + 1) th comparison operation circuit after being amplified by the kth amplification circuit. When the present invention is applied to an A / D converter, it is only necessary to provide a bit inversion means 30 for logically inverting the output bits from the even-numbered comparison operation circuit.

図23は、本発明に係る2ビット単位で比較結果を出力する形式のA/D変換器の基本構成を示すブロック図である。図5に示す従来装置の構成との相違は、図23に示す装置を構成する各比較演算回路CP1〜CP4が図22に示すような構成をなし、参照電圧Rとして、R1,R2,R3,R4が与えられる点と、ビット反転手段30として、インバータ回路31,32,33,34が設けられている点である。インバータ回路31,32は、第2段目の比較演算回路CP2からのビット出力線に設けられており、ビットB3,B4を論理反転する機能を果たし、インバータ回路33,34は、第4段目の比較演算回路CP4からのビット出力線に設けられており、ビットB7,B8を論理反転する機能を果たす。このように、ビット反転手段30としては、偶数段目の比較演算回路からのビット出力線に設けられたインバータ回路を用いればよい。   FIG. 23 is a block diagram showing a basic configuration of an A / D converter that outputs a comparison result in units of 2 bits according to the present invention. The difference from the configuration of the conventional device shown in FIG. 5 is that each of the comparison operation circuits CP1 to CP4 constituting the device shown in FIG. 23 has a configuration as shown in FIG. R4 is given, and inverter circuits 31, 32, 33, and 34 are provided as the bit inversion means 30. The inverter circuits 31 and 32 are provided on the bit output line from the comparison operation circuit CP2 at the second stage, and perform the function of logically inverting the bits B3 and B4. The inverter circuits 33 and 34 are at the fourth stage. Are provided on the bit output line from the comparison operation circuit CP4, and function to logically invert the bits B7 and B8. Thus, as the bit inverting means 30, an inverter circuit provided on the bit output line from the even-numbered comparison operation circuit may be used.

これに対して、図24は、本発明を巡回型A/D変換器に適用した場合の基本構成を示すブロック図である。図24に一点鎖線で囲って示す比較演算回路CPkの部分は、図22に示す比較演算回路CPkと全く同じ構成である。ただ、図22に示す比較演算回路CPkは、図23に示す例のように、多段接続して用いることになるのに対して、図24に示す例は巡回型であるため、図示されている構成要素でA/D変換器としての機能を果たすことができる。   On the other hand, FIG. 24 is a block diagram showing a basic configuration when the present invention is applied to a cyclic A / D converter. The part of the comparison operation circuit CPk surrounded by the alternate long and short dash line in FIG. 24 has the same configuration as the comparison operation circuit CPk shown in FIG. However, the comparison operation circuit CPk shown in FIG. 22 is used in a multi-stage connection as in the example shown in FIG. 23, whereas the example shown in FIG. The component can serve as an A / D converter.

この図24に示すA/D変換器は、1組の比較演算回路CPkと、1組の増幅回路Akと、を備え、比較演算回路CPkから出力電圧Vout(k)として出力された差電圧が増幅回路AkでM倍に増幅された後に、再び同一の比較演算回路CPkに入力されるように巡回させることにより、1台の比較演算回路CPk自身による複数段のカスケード接続が実現されている。   The A / D converter shown in FIG. 24 includes a set of comparison operation circuits CPk and a set of amplification circuits Ak, and the difference voltage output as the output voltage Vout (k) from the comparison operation circuit CPk is obtained. After being amplified M times by the amplifier circuit Ak and then cycled so as to be input again to the same comparison operation circuit CPk, a cascade connection of a plurality of stages by one comparison operation circuit CPk itself is realized.

比較演算回路CPkの前段に設けられたセレクタSは、第1の入力端に与えられた信号と第2の入力端に与えられた信号とを選択的に出力する機能を有する。このセレクタSの第1の入力端には、変換対象となるアナログ信号(電圧V)を供給する信号線が接続されており、第2の入力端には、増幅回路Akから出力された増幅信号が巡回して与えられている。そして、セレクタSが選択した信号によって、比較演算回路CPkに入力電圧Vin(k)が供給されることになる。セレクタSは、前述したとおり、変換対象となるアナログ信号が与えられた当初は第1の入力端に与えられた信号(変換対象となるアナログ信号)を選択的に出力し、増幅回路Akから巡回した信号が与えられた後は第2の入力端に与えられた信号(増幅回路Akから巡回した信号)を選択的に出力する。   The selector S provided in the previous stage of the comparison operation circuit CPk has a function of selectively outputting a signal given to the first input terminal and a signal given to the second input terminal. A signal line for supplying an analog signal (voltage V) to be converted is connected to the first input terminal of the selector S, and the amplified signal output from the amplifier circuit Ak is connected to the second input terminal. Is given to patrol. The input voltage Vin (k) is supplied to the comparison operation circuit CPk according to the signal selected by the selector S. As described above, the selector S selectively outputs the signal (analog signal to be converted) given to the first input terminal at the beginning when the analog signal to be converted is given, and cyclically outputs from the amplifier circuit Ak. After the received signal is given, the signal given to the second input terminal (the signal circulated from the amplifier circuit Ak) is selectively output.

また、参照電圧発生回路20は、これまで述べたとおり、ステップ状に増加してゆく参照電圧を発生し、これを差分回路10の一方の入力端に与える。そして、ビット反転手段30は、比較演算回路CPkからの偶数回目のビット出力に対して論理反転を行う。このようなビット反転手段30は、たとえば、インバータ回路とラッチ回路とを利用して構成することができる。   Further, as described above, the reference voltage generation circuit 20 generates a reference voltage that increases stepwise, and applies this to one input terminal of the difference circuit 10. The bit inverting means 30 performs logic inversion on the even-numbered bit output from the comparison operation circuit CPk. Such a bit inverting means 30 can be configured using, for example, an inverter circuit and a latch circuit.

<<< §9.固体撮像装置への組み込み >>>
図25は、本発明に係るA/D変換器を固体撮像装置に組み込んだ利用例を示すブロック図である。一般的な固体撮像装置は、図示のとおり、イメージセンサ100と、垂直シフトレジスタ110と、列電流源120と、CDS回路130と、各列ごとの出力選択用スイッチ140と、水平シフトレジスタ150とを備えている。
<<< §9. Integration in solid-state imaging device >>>
FIG. 25 is a block diagram showing an application example in which the A / D converter according to the present invention is incorporated in a solid-state imaging device. A general solid-state imaging device includes an image sensor 100, a vertical shift register 110, a column current source 120, a CDS circuit 130, an output selection switch 140 for each column, a horizontal shift register 150, as illustrated. It has.

本発明に係るA/D変換器をこのような一般的な固体撮像装置に組み込むには、参照電圧発生回路160を付加し、CDS回路内に、たとえば、図24に示すような構成要素(参照電圧発生回路20を除く)を個々の列ごとに組み込むようにすればよい。イメージセンサ100内の各列ごとに読み出された電圧Vは、図24の回路において、図の左方に示す電圧Vとして与えられることになる。また、図24の参照電圧発生回路20の役割は、図25に示す例の場合、参照電圧発生回路160が果たすことになる。こうして、図24の回路におけるビット反転手段30を介したデジタル出力(偶数回目のビット出力について論理反転したもの)は、図25に示す出力選択用スイッチ140を介して、各画素ごとのデジタル出力として取り出されることになる。   In order to incorporate the A / D converter according to the present invention into such a general solid-state imaging device, a reference voltage generating circuit 160 is added, and, for example, a component (see FIG. 24) in the CDS circuit. The voltage generation circuit 20 may be incorporated for each column. The voltage V read for each column in the image sensor 100 is given as the voltage V shown on the left side of the drawing in the circuit of FIG. Further, the reference voltage generation circuit 20 in FIG. 24 plays the role of the reference voltage generation circuit 160 in the example shown in FIG. Thus, the digital output through the bit inversion means 30 in the circuit of FIG. 24 (the logical inversion of the even-numbered bit output) is converted into a digital output for each pixel through the output selection switch 140 shown in FIG. It will be taken out.

図26は、図25に示すCDS回路130内に組み込まれる巡回型A/D変換器(図24に示すセレクタS,比較演算回路CPk,増幅回路Ak)の具体的な回路構成例を示す回路図である。なお、図の下方に示す参照電圧発生回路160は、ここに示す実施例の場合、CDS回路130の外部に設けられている(もちろん、内部に設けてもかまわない)。   FIG. 26 is a circuit diagram showing a specific circuit configuration example of the cyclic A / D converter (the selector S, the comparison operation circuit CPk, and the amplifier circuit Ak shown in FIG. 24) incorporated in the CDS circuit 130 shown in FIG. It is. In the embodiment shown here, the reference voltage generation circuit 160 shown in the lower part of the figure is provided outside the CDS circuit 130 (of course, it may be provided inside).

イメージセンサ100内の各画素から読み出された電圧Vは、ノードP0に与えられ、スイッチS1を介してノードP1へと伝達され、更にバッファ131(倍率1倍)を介してノードP2へと伝達される。ノードP2とノードP3とは、容量素子C1を介して接続されている。OPアンプ132の負側の入力端子はノードP3に接続されており、正側の入力端子には第1の電源電圧V1が供給されている。このOPアンプ132の出力端子はノードP4に接続される。ノードP3とノードP4との間には、OPアンプ132と並列して、容量素子C2とスイッチS3が接続されている。   The voltage V read from each pixel in the image sensor 100 is applied to the node P0, transmitted to the node P1 via the switch S1, and further transmitted to the node P2 via the buffer 131 (1x magnification). Is done. The node P2 and the node P3 are connected via the capacitive element C1. The negative input terminal of the OP amplifier 132 is connected to the node P3, and the first power supply voltage V1 is supplied to the positive input terminal. The output terminal of the OP amplifier 132 is connected to the node P4. Between the node P3 and the node P4, a capacitive element C2 and a switch S3 are connected in parallel with the OP amplifier 132.

なお、容量素子C1の静電容量値をC1、容量素子C2の静電容量値をC2とした場合、C1=4・C2に設定されている。これは、OPアンプ132の増幅率を4倍に設定するためである。結局、図26に示す回路は、図19に示す回路として機能することになる。   When the capacitance value of the capacitive element C1 is C1 and the capacitance value of the capacitive element C2 is C2, C1 = 4 · C2. This is because the amplification factor of the OP amplifier 132 is set to 4 times. Eventually, the circuit shown in FIG. 26 functions as the circuit shown in FIG.

ノードP4の右方には、スイッチS4および容量素子C3を介して、ノードP5が連なっており、その右方には、バッファ133(倍率1倍)を介してノードP6が連なっている。また、ノードP5には、スイッチS5を介して第2の電源電圧V2が供給される。ノードP1とノードP6とは、スイッチS2を介して接続されている。   A node P5 is connected to the right side of the node P4 via the switch S4 and the capacitive element C3, and a node P6 is connected to the right side of the node P4 via the buffer 133 (magnification of 1). The node P5 is supplied with the second power supply voltage V2 via the switch S5. Nodes P1 and P6 are connected via a switch S2.

更に、ノードP1には、容量素子C4を介して、参照電圧発生回路160で発生させた参照電圧Rが与えられる。また、ノードP4の下方には、インバータ134を介してノードP7が連なり、更に、ラッチ回路135が連なっている。ラッチ回路135は、外部から与えられる2ビットのカウント値を、インバータ134を通った電圧(論理ビット)の変化タイミングに合わせて一時的に保持する。ラッチ回路135に保持されている2ビットのデータは、スイッチS6を介して、A/D変換データとして外部へ出力される。   Further, the reference voltage R generated by the reference voltage generation circuit 160 is applied to the node P1 through the capacitive element C4. Further, below the node P4, a node P7 is connected via an inverter 134, and further a latch circuit 135 is connected. The latch circuit 135 temporarily holds a 2-bit count value given from the outside in accordance with the change timing of the voltage (logic bit) that has passed through the inverter 134. The 2-bit data held in the latch circuit 135 is output to the outside as A / D conversion data via the switch S6.

図27は、図26に示す回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。ここで、左端欄に表示されているt1〜t14は、この順序で実行される所定の動作タイミングを示している。前半のt1〜t7は、CDSの処理(画素から読み出された電圧のサンプリング処理)および最初のA/D変換処理を行うためのタイミングであり、後半のt8〜t14は、2回目以降のA/D変換処理を行うためのタイミングである。一方、上欄に表示されているS1〜S5およびRは、図26の回路における各スイッチS1〜S5および参照電圧Rに対応する。タイミングチャートの各欄には、個々のスイッチのON/OFFの切替状態(視覚的把握が容易なように、「ON」は太字で記した)および参照電圧値(R0〜R4)が示されている。なお、スイッチS6は、単に、ラッチ回路135に保持されているデジタルデータを外部へ出力するためのスイッチであるため、その切替状態は、図27のチャートには掲載していない。   FIG. 27 is a timing chart for explaining the operation of the circuit shown in FIG. Here, t1 to t14 displayed in the left end column indicate predetermined operation timings executed in this order. The first half t1 to t7 are timings for performing CDS processing (sampling processing of the voltage read from the pixel) and the first A / D conversion processing, and the second half t8 to t14 are the second and subsequent times. This is the timing for performing the / D conversion process. On the other hand, S1 to S5 and R displayed in the upper column correspond to the switches S1 to S5 and the reference voltage R in the circuit of FIG. In each column of the timing chart, an ON / OFF switching state of each switch (“ON” is shown in bold type for easy understanding) and a reference voltage value (R0 to R4) are shown. Yes. Note that the switch S6 is simply a switch for outputting the digital data held in the latch circuit 135 to the outside, and therefore its switching state is not shown in the chart of FIG.

まず、前半の動作では、タイミングt1において、スイッチS1をONとし、画素からの読み出し電圧Vとして、リセット時の電圧VresetをノードP1に与える。このとき、スイッチS3をONにし、ノードP3,P4間を短絡状態にすれば、OPアンプ132の負帰還機能により、ノードP3の電圧は第1の電源電圧V1に等しくなる。このとき、スイッチS4,S5はON、スイッチS2はOFF、参照電圧発生回路160は、参照電圧R0を出力している。   First, in the first half operation, at the timing t1, the switch S1 is turned ON, and the voltage Vreset at the time of reset is supplied to the node P1 as the readout voltage V from the pixel. At this time, if the switch S3 is turned on and the nodes P3 and P4 are short-circuited, the negative feedback function of the OP amplifier 132 makes the voltage at the node P3 equal to the first power supply voltage V1. At this time, the switches S4 and S5 are ON, the switch S2 is OFF, and the reference voltage generation circuit 160 outputs the reference voltage R0.

続くタイミングt2では、スイッチS1をONに維持したまま、画素からの読み出し電圧Vとして、画素信号の電圧VsignalをノードP1に与える。このとき、スイッチS3をOFFにすると、ノードP4の電圧は、V1+(Vreset−Vsignal)×4になる(前述のように、C1=4・C2であり、OPアンプ132の増幅率は4倍に設定されている)。   At subsequent timing t2, the voltage Vsignal of the pixel signal is applied to the node P1 as the readout voltage V from the pixel while the switch S1 is kept ON. At this time, when the switch S3 is turned OFF, the voltage of the node P4 becomes V1 + (Vreset−Vsignal) × 4 (as described above, C1 = 4 · C2, and the amplification factor of the OP amplifier 132 is quadrupled). Is set).

次のタイミングt3では、スイッチS1がOFFになり、図26の回路が画素から切り離される。そして、このタイミングt3を起点として、参照電圧発生回路160は、参照電圧Rをステップ状に増加させてゆく。すなわち、参照電圧Rは、t3,t4,t5,t6,t7の各タイミングで、R0,R1,R2,R3,R4と変化してゆく。一方、ラッチ回路135に与える2ビットのカウント値は、t4,t5,t6,t7の各タイミングで、それぞれ00,01,10,11と変化させてゆく。   At the next timing t3, the switch S1 is turned OFF, and the circuit in FIG. 26 is disconnected from the pixel. Then, starting from this timing t3, the reference voltage generation circuit 160 increases the reference voltage R stepwise. That is, the reference voltage R changes as R0, R1, R2, R3, and R4 at each timing t3, t4, t5, t6, and t7. On the other hand, the 2-bit count value given to the latch circuit 135 is changed to 00, 01, 10, and 11 at timings t4, t5, t6, and t7, respectively.

以降の動作は、読み出された画素信号の電圧Vsignalの値によって異なるが、ここでは、一例として、R2≦Vreset−Vsignal<R3であった場合の動作を示すことにする。いま、ノードP4の電圧と電源電圧V1との大小関係に着目すると、R2≦Vreset−Vsignal<R3であった場合、タイミングt6の時点で大小関係が逆転して、ノードP4の電圧<V1となる。したがって、インバータ134を経たノードP7のデジタル値も反転することになるので、この反転を利用して、スイッチS4,S5をOFFに切り替える。図27のチャートのタイミングt6の欄には、このような切り替えが行われた状態が示されている。このとき、同時に、ラッチ回路135に、その時点で与えられていた2ビットのカウント値(この例の場合、「10」)をホールドさせ、所定のタイミングでスイッチS6を介して外部へ出力させる。このとき、ノードP4の電圧は、V1+((Vreset−Vsignal)−R3)×4になっており、ノードP5の電圧は第2の電源電圧V2になっている。   The subsequent operation differs depending on the value of the voltage Vsignal of the read pixel signal, but here, as an example, the operation when R2 ≦ Vreset−Vsignal <R3 is shown. Now, paying attention to the magnitude relationship between the voltage of the node P4 and the power supply voltage V1, when R2 ≦ Vreset−Vsignal <R3, the magnitude relationship is reversed at the timing t6 so that the voltage of the node P4 <V1. . Therefore, since the digital value of the node P7 that has passed through the inverter 134 is also inverted, the switches S4 and S5 are switched OFF using this inversion. In the column of timing t6 in the chart of FIG. 27, a state in which such switching has been performed is shown. At the same time, the latch circuit 135 holds the 2-bit count value (“10” in this example) given at that time, and outputs it to the outside via the switch S6 at a predetermined timing. At this time, the voltage of the node P4 is V1 + ((Vreset−Vsignal) −R3) × 4, and the voltage of the node P5 is the second power supply voltage V2.

続くタイミングt7では、参照電圧RがR4に変化するが、各スイッチの状態には変わりはない。上述したように、図27のチャートは、一例として、R2≦Vreset−Vsignal<R3であった場合の動作を示しているため、タイミングt6においてスイッチS4,S5の切り替えが行われているが、もちろん、このような切り替えが行われるのは、Vsignalの大きさに応じて、タイミングt4〜t7のいずれかということになる。   At the subsequent timing t7, the reference voltage R changes to R4, but the state of each switch does not change. As described above, the chart in FIG. 27 shows the operation when R2 ≦ Vreset−Vsignal <R3 as an example, and thus the switches S4 and S5 are switched at the timing t6. Such switching is performed at any one of timings t4 to t7 according to the magnitude of Vsignal.

以上、図27のタイミングチャートの前半の動作(電圧Vsignalの読み出しと、第1回目のA/D変換動作)を説明したが、続いて、後半の動作(第2回目以降のA/D変換動作)の説明を行う。   The operation in the first half of the timing chart of FIG. 27 (reading of the voltage Vsignal and the first A / D conversion operation) has been described above. Subsequently, the operation in the second half (the second and subsequent A / D conversion operations). ).

まず、タイミングt8において、スイッチS2,S3,S4をONにする。ノードP3,P4間が短絡状態になるので、OPアンプ132の負帰還機能により、ノードP3の電圧は第1の電源電圧V1に等しくなる。また、ノードP6,P1間が短絡状態になるので、ノードP5の電圧=ノードP6の電圧=ノードP1の電圧=V2−(((Vreset−Vsignal)−R3)×4)になる。このとき、参照電圧発生回路160の出力は、参照電圧R0に戻っている。   First, at timing t8, the switches S2, S3, S4 are turned on. Since the nodes P3 and P4 are short-circuited, the voltage of the node P3 becomes equal to the first power supply voltage V1 by the negative feedback function of the OP amplifier 132. Further, since the nodes P6 and P1 are short-circuited, the voltage at the node P5 = the voltage at the node P6 = the voltage at the node P1 = V2 − (((Vreset−Vsignal) −R3) × 4). At this time, the output of the reference voltage generation circuit 160 returns to the reference voltage R0.

続くタイミングt9では、スイッチS3がOFF、スイッチS5がONに切り替えられる。これにより、ノードP5の電圧が第2の電源電圧V2となるので、ノードP1の電圧もV2になる。したがって、ノードP4の電圧は、V1+((R3−(Vreset−Vsignal)×4)×4になる。   At subsequent timing t9, the switch S3 is turned off and the switch S5 is turned on. As a result, the voltage at the node P5 becomes the second power supply voltage V2, so the voltage at the node P1 also becomes V2. Therefore, the voltage of the node P4 is V1 + ((R3- (Vreset−Vsignal) × 4) × 4.

以下、タイミングt10〜t14の動作(第2回目のA/D変換動作)は、前述したタイミングt3〜t7の動作(第1回目のA/D変換動作)と同様である。図27では、一例として、R2≦(R3−(Vreset−Vsignal)×4)<R3であった場合の動作が示されており、タイミングt13の時点でスイッチS4,S5がOFFに切り替えられている。これにより、2ビットのカウント値「10」がラッチ回路135にホールドされ、所定のタイミングでスイッチS6を介して外部へ出力される。   Hereinafter, the operation at timings t10 to t14 (second A / D conversion operation) is the same as the above-described operation at timings t3 to t7 (first A / D conversion operation). In FIG. 27, as an example, an operation in the case of R2 ≦ (R3− (Vreset−Vsignal) × 4) <R3 is shown, and the switches S4 and S5 are switched OFF at the timing t13. . As a result, the 2-bit count value “10” is held in the latch circuit 135 and is output to the outside via the switch S6 at a predetermined timing.

こうして、第2回目のA/D変換動作が完了したら、再び、タイミングt8〜t14の動作を行い、第3回目のA/D変換動作を実行する。同様にタイミングt8〜t14の動作を繰り返すことにより、第4回目、第5回目、...とA/D変換動作を実行し、それぞれ2ビットのデジタル値を出力させることができる。もちろん、偶数回目のA/D変換動作で出力された2ビットのデジタル値に対しては、ビット反転手段30によって、ビット反転処理が行われることになる。   Thus, when the second A / D conversion operation is completed, the operation at timings t8 to t14 is performed again, and the third A / D conversion operation is executed. Similarly, by repeating the operations at timings t8 to t14, the fourth, fifth,..., A / D conversion operations can be executed, and 2-bit digital values can be output. Of course, bit inversion processing is performed by the bit inversion means 30 on the 2-bit digital value output in the even-numbered A / D conversion operation.

従来の一般的な1ビット単位で比較結果を出力する形式のA/D変換器の基本構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the basic composition of the A / D converter of the format which outputs the comparison result by the conventional general 1 bit unit. 図1に示すA/D変換器に含まれる比較演算回路の一般的な処理動作を示す図である。It is a figure which shows the general processing operation | movement of the comparison arithmetic circuit contained in the A / D converter shown in FIG. 図2に示す比較演算回路の具体的な処理動作を例示する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a specific processing operation of the comparison operation circuit illustrated in FIG. 2. 図1に示すA/D変換器に含まれる4組の比較演算回路を連携させた具体的な処理動作を例示する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a specific processing operation in which four sets of comparison operation circuits included in the A / D converter illustrated in FIG. 1 are linked. 従来の一般的な2ビット単位で比較結果を出力する形式のA/D変換器の基本構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the basic composition of the A / D converter of the format which outputs the comparison result by the conventional general 2-bit unit. 図5に示すA/D変換器に含まれる比較演算回路の一般的な処理動作を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a general processing operation of a comparison operation circuit included in the A / D converter shown in FIG. 5. 図5に示すA/D変換器に含まれる比較演算回路の具体的な処理動作を例示する図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a specific processing operation of a comparison operation circuit included in the A / D converter illustrated in FIG. 5. 図5に示すA/D変換器に含まれる4組の比較演算回路を連携させた具体的な処理動作を例示する図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a specific processing operation in which four sets of comparison operation circuits included in the A / D converter illustrated in FIG. 5 are linked. 従来の一般的な2ビット単位で比較結果を出力する形式の巡回型A/D変換器の基本構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the basic composition of the cyclic | annular A / D converter of the format which outputs the comparison result by the conventional general 2-bit unit. 従来の一般的な3ビット単位で比較結果を出力する形式の巡回型A/D変換器の基本構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the basic composition of the cyclic | annular A / D converter of the format which outputs a comparison result in the conventional general 3 bit unit. 従来の一般的なnビット単位で比較結果を出力する形式の巡回型A/D変換器の基本構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the basic composition of the cyclic | annular A / D converter of the format which outputs the comparison result by the conventional general n bit unit. 従来の一般的なA/D変換器に含まれる比較演算回路の具体的な構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the specific structural example of the comparison arithmetic circuit contained in the conventional general A / D converter. 従来の一般的なA/D変換器の動作原理と本発明に係るA/D変換器の動作原理とを比較するタイムチャートである。It is a time chart which compares the operation principle of the conventional general A / D converter, and the operation principle of the A / D converter which concerns on this invention. 本発明に係る1ビット単位で比較結果を出力する形式のA/D変換器に含まれる比較演算回路の一般的な処理動作を示す図である。It is a figure which shows the general processing operation | movement of the comparison arithmetic circuit contained in the A / D converter of the format which outputs a comparison result per 1 bit unit based on this invention. 図14に示す比較演算回路の具体的な処理動作を例示する図である。FIG. 15 is a diagram illustrating a specific processing operation of the comparison operation circuit illustrated in FIG. 14. 本発明に係る1ビット単位で比較結果を出力する形式のA/D変換器に含まれる4組の比較演算回路を連携させた具体的な処理動作を例示する図である。It is a figure which illustrates the concrete processing operation | movement which cooperated 4 sets of comparison arithmetic circuits contained in the A / D converter of the format which outputs a comparison result per bit which concerns on this invention. 本発明に係る2ビット単位で比較結果を出力する形式のA/D変換器に含まれる比較演算回路の一般的な処理動作を示す図である。It is a figure which shows the general processing operation | movement of the comparison arithmetic circuit contained in the A / D converter of the format which outputs a comparison result per 2 bits based on this invention. 本発明に係る2ビット単位で比較結果を出力する形式のA/D変換器に含まれる4組の比較演算回路を連携させた具体的な処理動作を例示する図である。It is a figure which illustrates the concrete processing operation | movement which cooperated 4 sets of comparison arithmetic circuits contained in the A / D converter of the format which outputs a comparison result per 2 bits based on this invention. 本発明に係る2ビット単位で比較結果を出力する形式の巡回型A/D変換器の基本構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the basic composition of the cyclic | annular A / D converter of the format which outputs a comparison result per 2 bits based on this invention. 本発明に係る3ビット単位で比較結果を出力する形式の巡回型A/D変換器の基本構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the basic composition of the cyclic | annular A / D converter of the format which outputs a comparison result per 3 bits based on this invention. 本発明に係るnビット単位で比較結果を出力する形式の巡回型A/D変換器の基本構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the basic composition of the cyclic | annular A / D converter of the format which outputs a comparison result per n bit based on this invention. 本発明に係るA/D変換器に含まれる比較演算回路の具体的な構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the specific structural example of the comparison arithmetic circuit contained in the A / D converter which concerns on this invention. 本発明に係る2ビット単位で比較結果を出力する形式のA/D変換器の基本構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the basic composition of the A / D converter of the format which outputs a comparison result per 2 bits based on this invention. 本発明に係る巡回型A/D変換器の基本構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the basic composition of the cyclic | annular A / D converter which concerns on this invention. 本発明に係るA/D変換器を固体撮像装置に組み込んだ利用例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the usage example which incorporated the A / D converter which concerns on this invention in the solid-state imaging device. 本発明に係る巡回型A/D変換器の具体的な回路構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the specific circuit structural example of the cyclic | annular A / D converter which concerns on this invention. 図26に示す回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。27 is a timing chart for explaining the operation of the circuit shown in FIG. 26.

符号の説明Explanation of symbols

10:差分回路
11:記憶回路
12:符号判定回路
13:制御回路
20:参照電圧発生回路
30:ビット反転手段
31〜34:インバータ回路
100:イメージセンサ
110:垂直シフトレジスタ
120:列電流源
130:A/D変換器を含んだCDS回路
131:バッファ
132:OPアンプ
133:バッファ
134:インバータ
135:ラッチ回路
140:スイッチ
150:水平シフトレジスタ
160:参照電圧発生回路
A,A1〜A3,Ak:増幅回路
B,B1〜B8:出力ビット
BL:左出力ビット
BR:右出力ビット
C1〜C4:容量素子
CP1〜CP4,CPk:比較演算回路
d:差電圧
e:差電圧
P0〜P7:ノード
R,R0〜R8,R(i):参照電圧
S:セレクタ
S1〜S6:スイッチ
t,t(i):時間
t1〜t15:タイミング
V:変換対象となるアナログ信号の電圧
V1,V2:電源電圧
Vin,Vin(1)〜Vin(4),Vin(k):入力電圧
Vout,Vout(1)〜Vout(4),Vout(k):出力電圧
10: difference circuit 11: storage circuit 12: sign determination circuit 13: control circuit 20: reference voltage generation circuit 30: bit inversion means 31-34: inverter circuit 100: image sensor 110: vertical shift register 120: column current source 130: CDS circuit 131 including A / D converter: buffer 132: OP amplifier 133: buffer 134: inverter 135: latch circuit 140: switch 150: horizontal shift register 160: reference voltage generation circuits A, A1 to A3, Ak: amplification Circuits B, B1 to B8: Output bit BL: Left output bit BR: Right output bit C1 to C4: Capacitance elements CP1 to CP4, CPk: Comparison operation circuit d: Difference voltage e: Difference voltages P0 to P7: Nodes R, R0 -R8, R (i): Reference voltage S: Selectors S1-S6: Switches t, t (i): Times t1-t15: Imming V: Analog signal voltages V1 and V2 to be converted: power supply voltages Vin, Vin (1) to Vin (4), Vin (k): input voltages Vout, Vout (1) to Vout (4), Vout ( k): Output voltage

Claims (7)

入力電圧と所定の参照電圧との大小関係を比較し、比較結果を示すビットを出力するとともに、前記入力電圧と前記参照電圧との差電圧を出力する比較演算回路と、
前記比較演算回路が出力する差電圧を増幅する増幅回路と、
を備え、
前段の比較演算回路から出力された差電圧が前記増幅回路で増幅された後に後段の比較演算回路に入力されるように、前記比較演算回路は、前記増幅回路を介挿した状態で複数段がカスケード接続され、
変換対象となるアナログ信号を第1段目の比較演算回路に与えると、各段の比較演算回路からのビット出力列として、変換後のデジタルデータが得られるA/D変換器において、
前記比較演算回路は、入力電圧と参照電圧との大小関係が変化した時点に与えられていた参照電圧に関する差電圧を出力し、
偶数段目の比較演算回路からのビット出力に対して論理反転を行うビット反転手段を更に備えることを特徴とするA/D変換器。
A comparison operation circuit that compares the magnitude relationship between the input voltage and a predetermined reference voltage, outputs a bit indicating a comparison result, and outputs a difference voltage between the input voltage and the reference voltage;
An amplifier circuit for amplifying the differential voltage output by the comparison operation circuit;
With
The comparison operation circuit has a plurality of stages in a state where the amplification circuit is interposed so that the differential voltage output from the comparison operation circuit of the previous stage is amplified by the amplification circuit and then input to the comparison operation circuit of the subsequent stage. Cascaded,
When an analog signal to be converted is supplied to the first-stage comparison operation circuit, an A / D converter that obtains converted digital data as a bit output string from each comparison operation circuit,
The comparison operation circuit outputs a difference voltage related to the reference voltage that was given when the magnitude relationship between the input voltage and the reference voltage changed,
An A / D converter, further comprising bit inversion means for performing logic inversion on a bit output from the even-numbered comparison operation circuit.
請求項1に記載のA/D変換器において、
電圧を徐々に増加させることにより、複数通りの参照電圧を順番に発生させ、これを比較演算回路に所定タイミングで与える参照電圧発生回路を備え、
比較演算回路が、入力電圧と参照電圧との大小関係が変化したタイミングを認識し、当該変化タイミングに対応づけられた特定のビットを出力することを特徴とするA/D変換器。
The A / D converter according to claim 1,
By gradually increasing the voltage, a plurality of reference voltages are generated in order, and a reference voltage generation circuit that gives this to the comparison operation circuit at a predetermined timing is provided.
An A / D converter, wherein the comparison operation circuit recognizes a timing at which the magnitude relationship between the input voltage and the reference voltage has changed, and outputs a specific bit associated with the change timing.
請求項2に記載のA/D変換器において、
比較演算回路が、入力電圧と参照電圧との差電圧を求める差分回路と、前記差電圧を一時的に保持する記憶回路と、前記差電圧の符号を判定する符号判定回路と、前記符号判定回路の判定結果が変化したタイミングに基づいて特定のビットを出力する制御回路と、を有し、前記記憶回路が、前記符号判定回路の判定結果が変化したときに保持している差電圧を出力することを特徴とするA/D変換器。
The A / D converter according to claim 2,
A comparison operation circuit obtains a difference voltage between an input voltage and a reference voltage, a storage circuit that temporarily holds the difference voltage, a sign determination circuit that determines a sign of the difference voltage, and the sign determination circuit And a control circuit that outputs a specific bit based on the timing at which the determination result of the signal changes, and the storage circuit outputs a difference voltage held when the determination result of the sign determination circuit changes An A / D converter characterized by the above.
請求項2または3に記載のA/D変換器において、
比較演算回路には、フルレンジの電圧幅0〜Vmaxまでの入力電圧が与えられるように構成され、
参照電圧発生回路が、前記フルレンジを2分割することにより得られる(2+1)通りの電圧R(0),R(1),R(2),...,R(2)のうち(但し、R(0)=0、R(2)=Vmax)、2通りの参照電圧R(1),R(2),...,R(2)をこの順序で発生させ、
比較演算回路が、入力電圧と第i番目の参照電圧R(i)との比較時において大小関係が変化したときに(i=1,2,...,2)、前記入力電圧と前記第i番目の参照電圧R(i)との差電圧を出力するとともに、値(i−1)の二進表現に対応するnビットのビット列を出力し、
増幅回路が、差電圧を2倍に増幅することを特徴とするA/D変換器。
The A / D converter according to claim 2 or 3,
The comparison operation circuit is configured to be provided with an input voltage from 0 to Vmax in the full range of voltage width,
A reference voltage generation circuit divides the full range by 2 n to obtain (2 n +1) different voltages R (0), R (1), R (2),..., R (2 n ). Among them (where R (0) = 0, R (2 n ) = Vmax), 2n reference voltages R (1), R (2),..., R (2 n ) are generated in this order. Let
When the comparison operation circuit changes in magnitude when comparing the input voltage with the i-th reference voltage R (i) (i = 1, 2,..., 2 n ), the input voltage and the Outputs a difference voltage from the i-th reference voltage R (i), and outputs an n-bit bit string corresponding to a binary representation of the value (i−1),
An A / D converter, wherein the amplifier circuit amplifies the difference voltage by 2n times.
請求項1〜4のいずれかに記載のA/D変換器において、
K組(Kは2以上の自然数)の比較演算回路と、(K−1)組の増幅回路と、を備え、第k番目(k=1〜K−1)の比較演算回路が出力する差電圧が、第k番目の増幅回路で増幅された後に第(k+1)番目の比較演算回路に入力されるように、比較演算回路と増幅回路とが交互に接続されており、
ビット反転手段が、偶数段目の比較演算回路からのビット出力線に設けられたインバータ回路によって構成されていることを特徴とするA/D変換器。
The A / D converter in any one of Claims 1-4 WHEREIN:
K difference (K is a natural number of 2 or more) comparison operation circuits and (K-1) amplification circuit, and the difference output from the kth (k = 1 to K-1) comparison operation circuit The comparison operation circuit and the amplification circuit are alternately connected so that the voltage is amplified by the kth amplification circuit and then input to the (k + 1) th comparison operation circuit.
An A / D converter, wherein the bit inversion means is constituted by an inverter circuit provided on a bit output line from the even-numbered comparison operation circuit.
請求項1〜4のいずれかに記載のA/D変換器において、
1組の比較演算回路と、1組の増幅回路と、を備え、前記比較演算回路から出力された差電圧が前記増幅回路で増幅された後に、再び前記比較演算回路に入力されるように巡回させることにより、前記比較演算回路自身による複数段のカスケード接続が実現されており、
ビット反転手段が、前記比較演算回路からの偶数回目のビット出力に対して論理反転を行うことを特徴とするA/D変換器。
The A / D converter in any one of Claims 1-4 WHEREIN:
A set of comparison operation circuits and a set of amplification circuits, so that the differential voltage output from the comparison operation circuit is amplified by the amplification circuit and then input to the comparison operation circuit again. By doing so, a cascade connection of a plurality of stages by the comparison operation circuit itself is realized,
An A / D converter, wherein the bit inversion means performs logic inversion on the even-numbered bit output from the comparison operation circuit.
請求項6に記載のA/D変換器において、
第1の入力端に与えられた信号と第2の入力端に与えられた信号とを選択的に出力するセレクタを備え、前記セレクタの第1の入力端には、変換対象となるアナログ信号を供給する信号線が接続されており、前記セレクタの出力端は比較演算回路の入力電圧用の入力端に接続され、前記比較演算回路の差電圧用の出力端は増幅回路の入力端に接続され、前記増幅回路の出力端は前記セレクタの第2の入力端に接続されており、前記セレクタは、変換対象となるアナログ信号が与えられた当初は第1の入力端に与えられた信号を選択的に出力し、前記増幅回路から巡回した信号が与えられた後は第2の入力端に与えられた信号を選択的に出力することを特徴とするA/D変換器。
The A / D converter according to claim 6, wherein
A selector that selectively outputs a signal applied to the first input terminal and a signal applied to the second input terminal; and an analog signal to be converted is input to the first input terminal of the selector. The signal line to be supplied is connected, the output terminal of the selector is connected to the input terminal for the input voltage of the comparison arithmetic circuit, and the output terminal for the differential voltage of the comparison arithmetic circuit is connected to the input terminal of the amplifier circuit. The output terminal of the amplifier circuit is connected to the second input terminal of the selector, and the selector selects the signal supplied to the first input terminal at the beginning when the analog signal to be converted is supplied. The A / D converter is characterized by selectively outputting the signal given to the second input terminal after the signal outputted from the amplifying circuit is given and the signal given to the second input terminal is selectively outputted.
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