JP2010034728A - Comparison operation amplification circuit, ad conversion circuit, and electronic apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、比較演算増幅回路、AD変換回路、電子機器に関する。より詳細には、2種の信号を比較・増幅して出力する比較演算増幅回路、アナログ信号をデジタルデータに変換するAD変換回路、AD変換回路の仕組みを利用する記録再生装置を始めとする電子機器に関する。 The present invention relates to a comparative operational amplifier circuit, an AD conversion circuit, and an electronic device. In more detail, a comparison operational amplifier circuit that compares and amplifies two types of signals, outputs them, an AD converter circuit that converts an analog signal into digital data, and a recording / reproducing apparatus that uses a mechanism of the AD converter circuit Regarding equipment.
記録再生装置を始めとする各種の電子機器においては、2種の信号を比較・増幅して出力する比較演算増幅回路や、アナログ信号をデジタルデータに変換するAD変換回路を用いることがある。 In various electronic devices such as a recording / reproducing apparatus, a comparison operational amplifier circuit that compares and amplifies two kinds of signals and outputs an AD converter circuit that converts an analog signal into digital data may be used.
AD変換方式としては、回路規模や処理速度(高速化)や分解能などの観点から様々な方式が考えられているが、一例として、並列型(フラッシュ型)のAD変換回路が知られている。並列型のAD変換回路は、アナログ入力電圧を複数の基準電圧とクロック信号に従って一斉に比較を行なうことでアナログ入力電圧に対応するデジタルデータを取得するものである。 Various AD conversion methods have been considered from the viewpoint of circuit scale, processing speed (higher speed), resolution, and the like. As an example, a parallel type (flash type) AD conversion circuit is known. The parallel AD converter circuit obtains digital data corresponding to an analog input voltage by comparing the analog input voltage according to a plurality of reference voltages and a clock signal all at once.
並列型のAD変換回路は、基本的な構成として、ビット分解能の2のべき乗個の比較演算増幅回路を用いて回路が構成されている。そのため、ビット数が増えると回路規模や消費電力が膨大になる難点がある。 As a basic configuration, the parallel AD conversion circuit is configured by using power-of-two comparison operation amplification circuits with bit resolution. Therefore, when the number of bits increases, there is a problem that the circuit scale and power consumption become enormous.
たとえば、並列型のAD変換回路では、アナログ入力信号と複数の基準電位とを比較演算増幅回路を用いて比較し、アナログ信号が基準電位より低ければ差動分で負、高ければ差動分で正となる、あるゲインで入力信号に追従したアナログ差動信号(ゼロクロス信号や増幅出力信号対と呼ぶ)を生成する。そして、増幅出力信号対の差をコンパレータおよびラッチ回路を用いて2値化する(正負判別を行なう)ことにより、その基準電位の分解能に応じたデジタルコードへの変換を行なう。 For example, in a parallel type AD converter circuit, an analog input signal and a plurality of reference potentials are compared using a comparison operational amplifier circuit. If the analog signal is lower than the reference potential, the difference is negative, and if the analog signal is higher, the differential is An analog differential signal (referred to as a zero-cross signal or an amplified output signal pair) that follows the input signal with a certain gain is generated. Then, the difference between the amplified output signal pair is binarized using a comparator and a latch circuit (positive / negative discrimination is performed), thereby converting the reference potential into a digital code corresponding to the resolution.
この比較演算増幅回路、コンパレータ、ラッチ回路は分解能が細かくなるほどその回路の素子数も増大する。また、プロセスの微細化に伴う低電圧化によって、その分解能はより細かい電圧となり、高精度な比較演算増幅回路・コンパレータ・ラッチ回路が必要となる。さらに、高速動作を実現させるためにも面積・電力は増大してしまう。 The comparison operational amplifier circuit, the comparator, and the latch circuit increase in the number of elements of the circuit as the resolution becomes finer. In addition, as the voltage is reduced due to process miniaturization, the resolution becomes finer, and a high-precision comparison operation amplification circuit / comparator / latch circuit is required. Furthermore, the area and power increase in order to realize high-speed operation.
このような問題を解決するために、様々な技術が提案されているが、一例として、特許文献1,2に記載のAD変換回路が知られている。
In order to solve such a problem, various techniques have been proposed. As an example, AD conversion circuits described in
特許文献1に記載の仕組みは、特許文献2に記載のフォールディング方式を採用した構成であり、アナログ信号を、折返し演算回路を用いることで複数回折り返し、その折り返した分、回路規模や消費電力を、基本的な構成に比べて少なくするものである。
The mechanism described in
しかしながら、比較演算増幅回路や並列型のAD変換回路では、回路規模や消費電力の各側面において、さらなる改善が望まれている。フォールディング方式のAD変換回路においても同様に、回路規模や消費電力の各側面において、さらなる改善が望まれている。 However, in the comparative operational amplifier circuit and the parallel AD converter circuit, further improvements are desired in each aspect of circuit scale and power consumption. Similarly, in the folding AD conversion circuit, further improvements are desired in each aspect of circuit scale and power consumption.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、フォールディング方式を採らない場合において、回路規模や消費電力の内の少なくとも一側面において、さらなる低減を図ることのできる並列型のAD変換回路の仕組みを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and in a case where a folding method is not employed, at least one aspect of the circuit scale and power consumption of a parallel AD conversion circuit that can further reduce the circuit size and power consumption. The purpose is to provide a mechanism.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、フォールディング方式を採る場合において、回路規模や消費電力の内の少なくとも一側面において、さらなる低減を図ることのできる並列型のAD変換回路の仕組みを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and in the case of adopting a folding method, the mechanism of a parallel AD conversion circuit capable of further reducing at least one of the circuit scale and power consumption. The purpose is to provide.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、回路規模や消費電力の内の少なくとも一側面において、さらなる低減を図ることのできる比較演算増幅回路の仕組みを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a mechanism of a comparative operational amplifier circuit capable of further reducing at least one of the circuit scale and power consumption.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、回路規模や消費電力の内の少なくとも一側面において、さらなる低減を図ることのできる電子機器の仕組みを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a mechanism of an electronic device that can achieve further reduction in at least one aspect of circuit scale and power consumption.
本発明に係るAD変換回路は、先ず、AD変換対象の差動アナログ信号対について、複数のサンプルホールド回路によりそれぞれ異なるタイミングでそのレベルを一時保持し、各ホールドモード時の出力信号対の何れかを第1の信号選択回路により選択する。つまり、複数のサンプルホールド回路と第1の信号選択回路により、差動アナログ信号対について、ホールドモード時の出力信号対を時分割で出力するようにする。 The AD converter circuit according to the present invention first temporarily holds the level of a differential analog signal pair to be AD converted at a different timing by a plurality of sample and hold circuits, and outputs one of the output signal pairs in each hold mode. Are selected by the first signal selection circuit. That is, the output signal pair in the hold mode is output in a time division manner for the differential analog signal pair by the plurality of sample hold circuits and the first signal selection circuit.
そして、フォールディング方式を採らない第1の態様においては、時分割で供給される複数の出力信号対について、第2の信号選択回路により複数の差動基準信号対を時分割で扱うように切り替えながら、比較演算増幅部では、各出力信号対と各差動基準信号対の差を各差動増幅回路で増幅することで複数の増幅出力信号対を時分割で出力するようにする。これを受けて、デジタルデータ取得部では、時分割で供給される複数の増幅出力信号対の差をそれぞれ2値化することでデジタルデータを取得する。 And in the 1st mode which does not take a folding system, about the plurality of output signal pairs supplied by time division, while switching so that a plurality of differential reference signal pairs may be handled by time division by the 2nd signal selection circuit. The comparison operation amplification unit amplifies the difference between each output signal pair and each differential reference signal pair by each differential amplifier circuit, thereby outputting a plurality of amplified output signal pairs in a time division manner. In response to this, the digital data acquisition unit acquires the digital data by binarizing the difference between the plurality of amplified output signal pairs supplied in time division.
また、フォールディング方式を採る第2の態様においては、折返し演算回路は、複数の差動基準信号対について比較演算増幅部から時分割で出力される各増幅出力信号対に基づき所定量ずつ位相がずれたP相の折り返された差動信号対を時分割で出力する。サンプルホールド回路では、P相の折り返された差動信号対を第4の信号選択回路により各別に分配し、第4の信号選択回路により分配されたP相の折り返された差動信号対を保持回路で保持する。これを受けて、デジタルデータ取得部では、P相の折り返された差動信号対の差をそれぞれ2値化し、各2値化データに基づいて前記差動アナログ信号対をデジタルデータに変換する。 Further, in the second aspect employing the folding method, the folding operation circuit shifts the phase by a predetermined amount based on each amplified output signal pair output in a time division manner from the comparison operation amplification unit for a plurality of differential reference signal pairs. The P-phase folded differential signal pair is output in a time-sharing manner. In the sample-and-hold circuit, the P-phase folded differential signal pair is distributed by the fourth signal selection circuit, and the P-phase folded differential signal pair distributed by the fourth signal selection circuit is held. Hold in circuit. In response, the digital data acquisition unit binarizes the difference between the P-phase folded differential signal pairs, and converts the differential analog signal pair into digital data based on each binarized data.
フォールディング方式では、さらに、上位ビットと下位ビットに分けた処理を行なうこともある。このような第3の態様においては、下位ビットの処理について、前述の第2の態様を適用するのがよい。 In the folding method, processing divided into upper bits and lower bits may be further performed. In such a third aspect, it is preferable to apply the second aspect described above for the processing of the lower bits.
また、フォールディング方式を採る第2や第3の態様では、補間方式と組み合わせることもある。この場合、前述の第2の態様において、さらに、サンプルホールド回路の後段に、P相の折り返された差動信号対の間を補間することでP×Q相の折り返された差動信号対を生成する補間部を設ける。そして、P×Q相の折り返された差動信号対の差をそれぞれ2値化し、各2値化データに基づいて差動アナログ信号対をデジタルデータに変換する。 Further, in the second and third modes employing the folding method, there are cases where it is combined with the interpolation method. In this case, in the second aspect described above, the differential signal pair having the P × Q phase folded is further interpolated between the differential signal pair having the P phase folded after the sample hold circuit. An interpolation unit for generation is provided. Then, the difference between the P × Q phase folded differential signal pairs is binarized, and the differential analog signal pair is converted into digital data based on each binarized data.
本発明に係る比較演算増幅回路は、複数の差動基準信号対について信号選択回路により時分割で扱うように切り替えながら、比較演算増幅部では、差動アナログ信号対と複数の差動基準信号対の差を各差動増幅回路で増幅することで複数の増幅出力信号対を時分割で出力するようにする。 The comparison operational amplification circuit according to the present invention switches the differential analog signal pair and the multiple differential reference signal pairs in the comparative operational amplification unit while switching the multiple differential reference signal pairs to be handled in a time division manner by the signal selection circuit. Are amplified by each differential amplifier circuit, so that a plurality of amplified output signal pairs are output in a time division manner.
本発明に係る電子機器は、前述の本発明に係るAD変換回路と同様の仕組みを備えたものである。 The electronic apparatus according to the present invention has a mechanism similar to that of the above-described AD conversion circuit according to the present invention.
本発明に係る比較演算増幅回路は、AD変換回路のみではなく、一般的な電子機器にも適用可能である。 The comparison operational amplifier circuit according to the present invention can be applied not only to an AD converter circuit but also to a general electronic device.
本発明のAD変換回路や比較演算増幅回路や電子機器では、信号選択回路により複数の差動基準信号対を時分割で扱うように切り替えながら、差動アナログ信号対あるいは増幅出力信号対と複数の差動基準信号対を共通の比較演算増幅回路にて比較増幅するようにしている点で、同様の構成を備えている。 In the AD converter circuit, the comparative operational amplifier circuit, and the electronic device according to the present invention, the signal selection circuit switches the differential reference signal pair to be handled in a time division manner, and the differential analog signal pair or the amplified output signal pair A similar configuration is provided in that the differential reference signal pair is comparatively amplified by a common comparison operational amplifier circuit.
差動アナログ信号対あるいは増幅出力信号対と複数の差動基準信号対に関して、共通の比較演算増幅回路にて比較増幅するので、信号選択回路と比較演算増幅回路の構成次第ではあるが、複数の差動基準信号対のそれぞれについて比較演算増幅回路を設ける場合よりも、全体の回路規模や電力消費が削減され得る。 Since the differential analog signal pair or the amplified output signal pair and the plurality of differential reference signal pairs are compared and amplified by a common comparison operation amplifier circuit, depending on the configuration of the signal selection circuit and the comparison operation amplifier circuit, The overall circuit scale and power consumption can be reduced as compared with the case where a comparison operational amplifier circuit is provided for each differential reference signal pair.
たとえば、本発明を適用しない場合には、複数の差動基準信号対のそれぞれについて、差動アナログ信号対あるいは増幅出力信号対と各差動基準信号対を比較増幅する比較演算増幅回路が、複数の差動基準信号対のそれぞれについて設けられる。複数の比較演算増幅回路が同時並行的に動作するので、電力消費は、同時並行的に動作する複数の比較演算増幅回路の分となる。 For example, when the present invention is not applied, for each of a plurality of differential reference signal pairs, a plurality of comparison operational amplifier circuits for comparing and amplifying the differential analog signal pair or the amplified output signal pair and each differential reference signal pair are provided. Are provided for each of the differential reference signal pairs. Since the plurality of comparison operation amplifier circuits operate simultaneously in parallel, the power consumption is equivalent to the plurality of comparison operation amplifier circuits operating in parallel.
一方、本発明では、信号選択回路にて複数の差動基準信号対を時分割で扱うようにしながら、差動アナログ信号対あるいは増幅出力信号対と複数の差動基準信号対のそれぞれを比較演算増幅回路にて比較増幅する。追加される信号選択回路の電力消費分は僅かと考えてよく、時分割で比較増幅を行なうので、電力消費は、共通使用される1つの比較演算増幅回路の分となるから、本発明を適用しない場合よりも電力消費が低減される。 On the other hand, in the present invention, the differential selection of the differential analog signal pair or the amplified output signal pair and the plurality of differential reference signal pairs is compared with each other while the signal selection circuit handles the plurality of differential reference signal pairs in a time division manner. Comparative amplification is performed by an amplifier circuit. The power consumption of the added signal selection circuit may be considered to be small, and comparison amplification is performed in a time-sharing manner, so that the power consumption is that of one comparative operational amplifier circuit that is commonly used. Power consumption is reduced compared to when not.
また、追加される信号選択回路の回路規模の方が、信号選択回路を適用することで比較演算増幅回路の全体または一部を共通使用可能となることによる比較演算増幅回路側の回路規模の削減分よりも少なければ、本発明を適用しない場合よりも回路規模が低減される。この観点では、複数の差動基準信号対を時分割化する信号選択回路の構成としてはできるだけ素子数が少ないのが好ましく、差動基準信号ごとに1つのトランジスタを使用するトランジスタスイッチにするのがよい。なお、このトランジスタスイッチのことは、複数の差動基準信号対を時分割化する信号選択回路だけでなく、その他の信号選択回路についても同様である。回路規模をできるだけ増やさないようにするためである。 In addition, the circuit scale of the added signal selection circuit can be reduced by using the signal selection circuit so that all or part of the comparison operation amplification circuit can be used in common. If it is less than minutes, the circuit scale is reduced as compared with the case where the present invention is not applied. From this point of view, it is preferable that the number of elements is as small as possible as the configuration of the signal selection circuit that time-divides a plurality of differential reference signal pairs, and that a transistor switch that uses one transistor for each differential reference signal is used. Good. This transistor switch applies not only to a signal selection circuit that time-divides a plurality of differential reference signal pairs, but also to other signal selection circuits. This is to prevent the circuit scale from being increased as much as possible.
本発明によれば、本発明を採用しない場合と比較して、回路規模や消費電力を低減することができる。 According to the present invention, the circuit scale and power consumption can be reduced compared to the case where the present invention is not adopted.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。各機能要素について実施形態別に区別する際には、A,B,…などのように大文字の英語の参照子を付して記載し、特に区別しないで説明する際にはこの参照子を割愛して記載する。図面においても同様である。以下では、nチャネル型のMOSトランジスタをnMOS、pチャネル型のMOSトランジスタをpMOSと称する。各種信号において対をなすものについては、各信号の符号名の後に“P”または“N”の符号を小文字で付す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. When distinguishing each functional element according to the embodiment, an uppercase English reference such as A, B,... Is added and described, and when not particularly described, this reference is omitted. To describe. The same applies to the drawings. Hereinafter, an n-channel MOS transistor is referred to as an nMOS, and a p-channel MOS transistor is referred to as a pMOS. For a pair of various signals, the code name of each signal is followed by a “P” or “N” code in lower case.
<比較演算増幅回路:第1例>
図1は、本実施形態の第1例の比較演算増幅回路を説明する図である。ここで、図1(1)は、第1例の比較演算増幅回路1Aの全体概要を示す図であり、図1(2)は、第1例の比較演算増幅回路1Aの動作を説明するタイミングチャートである。
<Comparison operational amplifier circuit: first example>
FIG. 1 is a diagram illustrating a comparative operational amplifier circuit according to a first example of this embodiment. Here, FIG. 1 (1) is a diagram showing an overall outline of the first comparative operational amplifier circuit 1A, and FIG. 1 (2) is a timing for explaining the operation of the first comparative operational amplifier circuit 1A. It is a chart.
第1例の比較演算増幅回路1Aは、差動構成を採る第1差動増幅回路110A、差動構成を採る第2差動増幅回路120A、および負荷回路130を具備した比較演算増幅部の一例である比較演算増幅回路100A(プリアンプ,PreAMP)と、信号選択回路140(第2の信号選択回路)との組合せで構成されている。
The comparative operational amplifier circuit 1A of the first example is an example of a comparative operational amplifier that includes a first
比較演算増幅回路100Aは、差動アナログ入力信号(アナログ入力信号VIP ,VIN の対)と差動参照電圧(基準電位VRP ,VRN の対)との電位差を増幅するものである。比較演算増幅回路100Aは、基準電位REFA(基準電位VRPA,VRNA)とアナログ入力差動電圧信号(アナログ入力信号VIP ,VIN )との比較演算を行ない、差動の増幅出力信号VOP ,VON (纏めてゼロクロス信号VOと称する)を出力する。
The comparative
差動アナログ入力信号(アナログ入力信号VIP ,VIN の対)と差動参照電圧(基準電位VRP ,VRN の対)との間には、差動アナログ入力信号(アナログ入力信号VIP ,VIN の対)のコモン電圧(中点電位)を基準として同じ電圧差の点に設定する、つまり、(VRP +VRN )/2=(VIP +VIN )/2となるように設定するのがよい。この設定により、アナログ入力信号VIP と基準電位VRP の電圧差とアナログ入力信号VIN と基準電位VRN の電圧差は常に等しくなる。 Differential analog input signal (analog input signal VIP, VIN pair) between differential analog input signal (analog input signal VIP, VIN pair) and differential reference voltage (reference potential VRP, VRN pair) The common voltage (midpoint potential) is set to the same voltage difference point, that is, (VRP + VRN) / 2 = (VIP + VIN) / 2. With this setting, the voltage difference between the analog input signal VIP and the reference potential VRP and the voltage difference between the analog input signal VIN and the reference potential VRN are always equal.
第1例の第1差動増幅回路110Aは、第1の差動対をなすnMOS112およびnMOS114と、この差動TRペア(nMOS112,114)に所定の動作電流を供給する電流源として機能するnMOS116を有する。第1例の第2差動増幅回路120Aは、第2の差動対をなすnMOS122およびnMOS124と、この差動TRペア(nMOS122,124)に所定の動作電流を供給する電流源として機能するnMOS126を有する。nMOS112,122は、アナログ入力信号AIN (アナログ入力信号VIP ,VIN )が入力されるアナログ信号入力トランジスタである。nMOS114,124は、基準電位REF (基準電位VRP ,VRN )が入力される基準信号入力トランジスタである。
The first
nMOS116は、ソースが負電源Vssに接続され、ドレインがnMOS112,114の各ソースと共通に接続されている。nMOS126は、ソースが負電源Vssに接続され、ドレインがnMOS122,124の各ソースと共通に接続されている。nMOS116,126の各ゲートにはバイアス電圧VIB が共通に供給されている。nMOS112のゲートにはアナログ入力信号VIP が供給され、nMOS114のゲートには信号選択回路140からの基準電位VRP が供給される。nMOS122のゲートにはアナログ入力信号VIP と差動関係にあるアナログ入力信号VIN が供給され、nMOS124のゲートには信号選択回路140からの基準電位VRN が供給される。
The
負荷回路130は、負荷となる2つの抵抗素子132,134を有する。抵抗素子132は、一方の端子が電源Vddに接続され、他方の端子がnMOS112,124の各ドレインに共通に接続され、その接続点が比較演算増幅回路1Aの反転出力端となり増幅出力信号VON が出力される。抵抗素子134は、一方の端子が電源Vddに接続され、他方の端子がnMOS114,122の各ドレインに共通に接続され、その接続点が比較演算増幅回路1Aの非反転出力端となり増幅出力信号VOP が出力される。なお、ここでは負荷素子として抵抗素子を使用した受動負荷としているが、pMOSカレントミラー回路などトランジスタを負荷とする能動負荷としてもよい。
The
第1例の比較演算増幅回路1Aは、各差動増幅回路110A,120Aのそれぞれについて、基準信号入力トランジスタであるnMOS114,124に対して、基準電位VRP ,VRN が入力される制御入力端側(つまりゲート側)に信号選択回路140を配置する構成を採っている。この場合、後述する第2例の比較演算増幅回路1Bとは異なり、nMOS114,124はそれぞれ1つでよい。
The comparative operational amplifier circuit 1A of the first example has a control input terminal side to which reference potentials VRP and VRN are input to
信号選択回路140は、2入力−1出力型のセレクタ(マルチプレクサ:multiplexer )を2系統有する。たとえば、第1差動増幅回路110A用にはセレクタ142が配置され、第2差動増幅回路120A用にはセレクタ144が配置されている。セレクタ142はスイッチ142_A,142_Bを有し、セレクタ144はスイッチ144_A,144_Bを有する。
The
スイッチ142_Aの入力側には基準電位REFAの内の一方の基準電位VRPAが供給され、スイッチ142_Bの入力側には基準電位REFBの内の一方の基準電位VRPBが供給される。スイッチ142_A,142_Bの出力側は、共通に接続され、セレクタ142で選択された基準電位VRPA,VRPBの何れか一方が基準電位VRP としてnMOS114のゲートに供給される。スイッチ144_Aの入力側には基準電位REFAの内の他方の基準電位VRNAが供給され、スイッチ144_Bの入力側には基準電位REFBの内の他方の基準電位VRNBが供給される。スイッチ144_A,144_Bの出力側は、共通に接続され、セレクタ144で選択された基準電位VRNA,VRNBの何れか一方が基準電位VRN としてnMOS124のゲートに供給される。
One reference potential VRPA of the reference potential REFA is supplied to the input side of the switch 142_A, and one reference potential VRPB of the reference potential REFB is supplied to the input side of the switch 142_B. The outputs of the switches 142_A and 142_B are connected in common, and one of the reference potentials VRPA and VRPB selected by the
各スイッチ142_A,142_B,144_A,144_Bは、一例としてpMOSまたはnMOSの何れか一方のみによるトランジスタスイッチとする。信号選択回路としては、たとえば、pMOSとnMOSを相補型に並列接続した1対のCMOS構成の相補スイッチ(トランスファーゲート、トランスミッションゲート)を入出力間に配置するものが知られているが、ここでは回路構成をコンパクトにする点に鑑み1つのトランジスタで構成する。pMOSを使用する場合はそのゲートにアクティブLの制御信号を入力し、nMOSを使用する場合はそのゲートにアクティブHの制御信号を入力することでトランジスタをオンさせる。 Each of the switches 142_A, 142_B, 144_A, and 144_B is, for example, a transistor switch that includes only one of pMOS and nMOS. As a signal selection circuit, for example, a circuit in which a pair of complementary switches (transfer gate, transmission gate) having a CMOS configuration in which pMOS and nMOS are connected in parallel in a complementary manner is arranged between input and output is known. In view of making the circuit configuration compact, it is composed of one transistor. When a pMOS is used, an active L control signal is input to its gate, and when an nMOS is used, an active H control signal is input to its gate to turn on the transistor.
セレクタ142は、スイッチ142_A,142_Bにより基準電位VRPA,VRPBの何れか一方を選択するために、スイッチ142_A,142_Bの各ゲートには選択制御信号として相補関係にあるクロック信号ΦPA,xΦPAが供給される。セレクタ144は、スイッチ144_A,144_Bにより基準電位VRNA,VRNBの何れか一方を選択するために、スイッチ144_A,144_Bの各ゲートには相補関係にあるクロック信号ΦPA,xΦPAが供給される。クロック信号ΦPA,xΦPAを纏めて比較演算増幅回路1用のクロック信号CKPAと称する。ここでは、各スイッチ142_A,142_B,144_A,144_BはnMOSであり、スイッチ142_A,144_Aのゲートにクロック信号ΦPAが供給され、スイッチ142_B,144_Bのゲートにクロック信号xΦPAが供給されるものとする。
Since the
このような構成により、第1例の比較演算増幅回路1Aは、アナログ入力差動電圧信号(アナログ入力信号VIP ,VIN )と複数の異なる基準差動電圧(基準電位VRPA,VRNAおよび基準電位VRPB,VRNB)が入力され、信号選択回路140で選択された1つの基準差動電圧(基準電位VRPA,VRNAもしくは基準電位VRPB,VRNB)とアナログ入力差動電圧信号との差電圧を比較演算増幅回路100Aで増幅出力し、それぞれの増幅出力をシリアルに(時分割で)差動の増幅出力信号VOP ,VON として出力する(図1(2)を参照)。
With such a configuration, the comparison operational amplifier circuit 1A of the first example has an analog input differential voltage signal (analog input signals VIP and VIN) and a plurality of different reference differential voltages (reference potentials VRPA, VRNA and reference potential VRPB, VRNB) is input, and the difference voltage between one reference differential voltage (reference potential VRPA, VRNA or reference potential VRPB, VRNB) selected by the
たとえば、クロック信号ΦPAがHレベルでクロック信号xΦPAがLレベルのときには、スイッチ142_A,スイッチ144_Aがオンし、スイッチ142_B,スイッチ144_Bがオフするので、比較演算増幅回路100Aには基準電位REFA(基準電位VRPA,VRNA)が入力される。比較演算増幅回路100Aは、基準電位REFA(基準電位VRPA,VRNA)とアナログ入力差動電圧信号(アナログ入力信号VIP ,VIN )との比較演算を行ない、ゼロクロス信号VOA を出力する。一方、クロック信号ΦPAがLレベルでクロック信号xΦPAがHレベルのときには、スイッチ142_A,スイッチ144_Aがオフし、スイッチ142_B,スイッチ144_Bがオンするので、比較演算増幅回路100Aには基準電位REFB(基準電位VRPB,VRNB)が入力される。比較演算増幅回路100Aは、基準電位REFB(基準電位VRPB,VRNB)とアナログ入力差動電圧信号(アナログ入力信号VIP ,VIN )との比較演算を行ない、ゼロクロス信号VOB を出力する。
For example, when the clock signal ΦPA is at the H level and the clock signal xΦPA is at the L level, the switch 142_A and the switch 144_A are turned on and the switch 142_B and the switch 144_B are turned off, so that the reference
これにより1つの比較演算増幅回路100Aにて2系統の基準電位REFA,REFBに対するゼロクロス信号VOA ,VOB がシリアルに出力される。比較演算増幅回路1Aは、比較演算増幅回路100Aを1サイクルで2回使う、つまり各差動増幅回路110,120の基準信号入力トランジスタ(nMOS114,124)のゲートに2系統の基準電位を時分割で供給するものとなる。
As a result, the zero cross signals VOA and VOB for the two reference potentials REFA and REFB are serially output by one comparison
第1例の比較演算増幅回路1Aの適用の有無による素子数(トランジスタ数=TR数、負荷素子数=R数)や面積・電力の差について考察する。第1例の比較演算増幅回路1Aを適用しない場合には、2系統の基準電位REFA,REFBのそれぞれに比較演算増幅回路100A(TR数=6,R数=2)が使用されることになる。したがって、トランジスタは12個(=6個×2系統)、負荷素子は抵抗素子が4個(=2個×2系統)となる。一方、第1例の比較演算増幅回路1Aは、1つの比較演算増幅回路100A(TR数=6,R数=2)と1つの信号選択回路140(TR数=4)で構成されているので、トランジスタは10個(=6個+4個)、負荷素子は抵抗素子が2個となり、トランジスタが2個削減され、負荷素子である抵抗素子が2個削減され、回路面積の削減に寄与する。
The difference in the number of elements (number of transistors = TR number, number of load elements = R number) and area / power depending on whether or not the comparative operational amplifier circuit 1A of the first example is applied will be considered. When the comparative operational amplifier circuit 1A of the first example is not applied, the comparative
また、第1例の比較演算増幅回路1Aを適用しない場合には、2系統の基準電位REFA,REFB用の各比較演算増幅回路100Aが常時動作する2系統並行処理となるのに対して、第1例の比較演算増幅回路1Aは、2系統の基準電位REFA,REFBを切り替えて動作する時分割処理となるので消費電力が概ね1/2以下に削減される。ここで「概ね1/2以下」と称したのは、信号選択回路140での電力消費分(ごく僅かである)を考慮したものである。
Further, when the comparison operational amplifier circuit 1A of the first example is not applied, the comparison
このように第1例の比較演算増幅回路1Aでは、2つの基準電位REF に対して1つの比較演算増幅回路100を共有することで回路面積や電力消費を削減する仕組みを採っている。この削減に当たり新たに追加される信号選択回路140の素子数(トランジスタ数)をできるだけ少なくすることで、その削減効果が十分に得られる。換言すれば、本実施形態では、回路面積の削減効果が不十分となるかあるいは逆に回路規模が大きくなってしまうことがないように、比較演算増幅回路100の削減分よりも信号選択回路140の追加分の方が回路規模が少なくなるようにすることに留意する。
As described above, the comparative operational amplifier circuit 1A of the first example employs a mechanism for reducing the circuit area and power consumption by sharing one comparative
本例では信号選択回路140として2入力−1出力型のセレクタ142,144を有する構成としたので、2系統の基準電位REFA,REFBを時分割で切り替えることで、基準電位REFA,REFBに対するゼロクロス信号をシリアルに出力するものとなっているが、3系統以上の基準電位を時分割で切り替える構成にしてもよい。この場合、N入力−1出力型のセレクタを有する構成とし、セレクタを構成するトランジスタのゲートに対する制御信号をそれに応じて設定することで、N系統の基準電位に対するゼロクロス信号がシリアルに出力される。
In this example, since the
第1例の比較演算増幅回路1Aでは、比較演算増幅回路100Aを構成する第1差動増幅回路110A,120Aのトランジスタのゲートに与える基準電位VRP ,VRN を切り替えているので、後述する第2例よりも回路規模が小さくて済む利点があるが、基準電位VRP ,VRN のセトリングに関する問題が発生し得る。すなわち、基準電位VRP ,VRN は、それぞれ異なる基準電位VRPA,VRNAと基準電位VRPB,VRNBで切り替えられるので、切り替え時にセトリングして(安定になって)から比較演算を行なう必要があり、その分比較演算増幅回路100Aの比較演算のための時間が短くなる。
In the comparative operational amplifier circuit 1A of the first example, the reference potentials VRP and VRN applied to the gates of the transistors of the first
特に、複数の基準電圧(基準電位VRPA,VRNAや基準電位VRPB,VRNB)を設定する回路として一般的な抵抗分割による基準電位生成回路(抵抗ラダー回路)を使用した場合、消費電力を抑えるために抵抗の値を大きくする。よって、抵抗ラダー回路の出力ノードの時定数は大きくなるため、基準電位VRP ,VRN の切り替え時のセトリング時間は大きいものとなってしまう。後述の第2例の比較演算増幅回路1Bは、この点の対策をとったものである。 In order to reduce power consumption, especially when using a reference potential generation circuit (resistance ladder circuit) with a general resistance division as a circuit for setting multiple reference voltages (reference potentials VRPA, VRNA and reference potentials VRPB, VRNB) Increase the resistance value. Therefore, since the time constant of the output node of the resistance ladder circuit becomes large, the settling time when switching between the reference potentials VRP and VRN becomes long. A comparative operational amplifier circuit 1B of a second example to be described later takes measures against this point.
<比較演算増幅回路:第2例>
図2は、本実施形態の第2例の比較演算増幅回路を説明する図である。ここで、図2(1)は、第2例の比較演算増幅回路1Bの全体概要を示す図であり、図2(2)は、第2例の比較演算増幅回路1Bの動作を説明するタイミングチャートである。 第2例の比較演算増幅回路1Bは、各差動増幅回路110B,120Bのそれぞれについて、基準信号入力トランジスタであるnMOS114,124を2系統の基準電位REFA,REFB用に個別に持つ構成としている。たとえば、第1差動増幅回路110Bは、nMOS114_A,114_Bを有し、第2差動増幅回路120Bは、nMOS124_A,124_Bを有する。nMOS112とnMOS114_A、nMOS112とnMOS114_Bはそれぞれ差動対を構成し、nMOS122とnMOS124_A、nMOS122とnMOS124_Bはそれぞれ差動対を構成する。
<Comparison operational amplifier circuit: second example>
FIG. 2 is a diagram for explaining a comparative operational amplifier circuit of the second example of the present embodiment. Here, FIG. 2 (1) is a diagram showing an overview of the second comparative operational amplifier circuit 1B, and FIG. 2 (2) is a timing for explaining the operation of the second comparative operational amplifier circuit 1B. It is a chart. The comparative operational amplifier circuit 1B of the second example has a configuration in which
さらに、信号選択回路140が差動増幅回路110B,120B内に入り込んだ構成としている。特に、信号選択回路140を差動増幅回路110B,120B内に入り込んだ構成とするに当たっては、nMOS114,124に対して負荷側(つまりドレイン側)に配置する構成と、電流源であるnMOS116,126側(つまりソース側)に配置する構成の何れかを採り得るが、ここでは後者のソース側を採用している。つまり、比較演算増幅回路100Bには基準信号入力トランジスタを複数設け、そのトランジスタのソース側にスイッチを設ける構成としている。
Further, the
具体的には、信号選択回路140は、第1差動増幅回路110B用にセレクタ142が配置され、第2差動増幅回路120B用にセレクタ144が配置されている。各セレクタ142,144の構成自体は第1例と同様であるが、入出力端の接続態様が第1例とは異なる。
Specifically, in the
スイッチ142_Aの入力側はnMOS114_Aのソースが接続され、スイッチ142_Bの入力側はnMOS114_Bのソースが接続される。スイッチ142_A,142_Bの出力側は、nMOS112のソースと共通に接続され、nMOS116のドレインと接続される。スイッチ144_Aの入力側はnMOS124_Aのソースが接続され、スイッチ144_Bの入力側はnMOS124_Bのソースが接続される。スイッチ144_A,144_Bの出力側は、nMOS122のソースと共通に接続され、nMOS126のドレインと接続される。
The input side of the switch 142_A is connected to the source of the nMOS 114_A, and the input side of the switch 142_B is connected to the source of the nMOS 114_B. The output sides of the switches 142_A and 142_B are connected in common with the source of the nMOS 112 and are connected to the drain of the
セレクタ142はスイッチ142_A,142_BによりnMOS114_A,114_Bの何れか一方を選択し、セレクタ144はスイッチ144_A,144_BによりnMOS124_A,124_Bの何れか一方を選択するために、スイッチ142_A,142_Bやスイッチ144_A,144_Bの各ゲートには、選択制御信号として相補関係にあるクロック信号ΦPA,xΦPAが供給される。たとえばスイッチ142_A,144_Aのゲートにクロック信号ΦPAが供給され、スイッチ142_B,144_Bのゲートにクロック信号xΦPAが供給されるものとする。
The
このような構成により、第2例の比較演算増幅回路1Bも、アナログ入力差動電圧信号(アナログ入力信号VIP ,VIN )と複数の異なる基準差動電圧(基準電位VRPA,VRNAおよび基準電位VRPB,VRNB)が入力され、信号選択回路140で選択された1つの基準差動電圧(基準電位VRPA,VRNAもしくは基準電位VRPB,VRNB)とアナログ入力差動電圧信号との差電圧を比較演算増幅回路100Aで増幅出力し、それぞれの増幅出力をシリアルに差動の増幅出力信号VOP ,VON として出力する(図2(2)を参照)。
With such a configuration, the comparative operational amplifier circuit 1B of the second example also has an analog input differential voltage signal (analog input signals VIP and VIN) and a plurality of different reference differential voltages (reference potentials VRPA, VRNA and reference potential VRPB, VRNB) is input, and the difference voltage between one reference differential voltage (reference potential VRPA, VRNA or reference potential VRPB, VRNB) selected by the
第1例では、基準差動電圧を直接に信号選択回路140で選択する構成であるのに対して、第2例では、nMOS114_A,nMOS114_Bの動作電流経路やnMOS124_A,nMOS124_Bの動作電流経路を時分割で切り替えることで、基準差動電圧を基準信号入力トランジスタを介して間接的に信号選択回路140で選択する構成である点で相違があるが、基準電位REF を切り替えるという点においては同様の機能を持つ。
In the first example, the reference differential voltage is directly selected by the
たとえば、クロック信号ΦPAがHレベルでクロック信号xΦPAがLレベルのときには、スイッチ142_A,スイッチ144_Aがオンし、スイッチ142_B,スイッチ144_Bがオフするので、基準電位REFA(基準電位VRPA,VRNA)が入力される側のnMOS114_A、124_Aが電流を流し、基準電位REFB(基準電位VRPB,VRNB)が入力される側のnMOS114_B、124_Bは電流を流さない。このため、比較演算増幅回路100Bは、基準電位REFA(基準電位VRPA,VRNA)とアナログ入力差動電圧信号(アナログ入力信号VIP ,VIN )との比較演算を行ない、増幅出力信号VOP ,VON としてゼロクロス信号(VOA )を出力する。
For example, when the clock signal ΦPA is at the H level and the clock signal xΦPA is at the L level, the switches 142_A and 144_A are turned on and the switches 142_B and 144_B are turned off, so that the reference potential REFA (reference potentials VRPA and VRNA) is input. NMOSs 114_A and 124_A on the other side pass current, and nMOSs 114_B and 124_B on the side to which the reference potential REFB (reference potentials VRPB and VRNB) is input do not pass current. For this reason, the comparison
一方、クロック信号ΦPAがLレベルでクロック信号xΦPAがHレベルのときには、スイッチ142_A,スイッチ144_Aがオフし、スイッチ142_B,スイッチ144_Bがオンするので、基準電位REFB(基準電位VRPB,VRNB)が入力される側のnMOS114_B、124_Bが電流を流し、基準電位REFA(基準電位VRPA,VRNA)が入力される側のnMOS114_A、124_Aは電流を流さない。このため、比較演算増幅回路100Bは、基準電位REFB(基準電位VRPB,VRNB)とアナログ入力差動電圧信号(アナログ入力信号VIP ,VIN )との比較演算を行ない、増幅出力信号VOP ,VON としてゼロクロス信号(VOB )を出力する。
On the other hand, when the clock signal ΦPA is at the L level and the clock signal xΦPA is at the H level, the switches 142_A and 144_A are turned off and the switches 142_B and 144_B are turned on, so that the reference potential REFB (reference potentials VRPB and VRNB) is input. The nMOSs 114_B and 124_B on the other side pass current, and the nMOSs 114_A and 124_A on the side to which the reference potential REFA (reference potentials VRPA and VRNA) is input do not pass current. For this reason, the comparison
これにより1つの比較演算増幅回路100Bにて2系統の基準電位REFA,REFBに対するゼロクロス信号がシリアルに出力される。比較演算増幅回路100Bを1サイクルで2回使うこととなる点で、第1例と同様である。
As a result, the zero cross signal for the two reference potentials REFA and REFB is serially output by one comparison
本例では信号選択回路140として2入力−1出力型のセレクタを有する構成としたので、2系統の基準電位REFA,REFBに対するゼロクロス信号をシリアルに出力するものとなっているが、N入力−1出力型のセレクタを有する構成とし、セレクタを構成するトランジスタのゲートに対する制御信号をそれに応じて設定することで、N系統の基準電位に対するゼロクロス信号がシリアルに出力される。
In this example, since the
基準信号入力トランジスタであるnMOS114,124を2系統の基準電位REFA,REFB用に個別に持つ構成としているので、基準電位VRP ,VRN を切り替える場合においても、その基準信号入力トランジスタのゲートに与える基準電位VRP ,VRN は不変であり、切り替え時の基準電位のセトリングの問題は解消される。比較演算増幅回路1Bは、比較演算増幅回路100Bにおける比較演算に当たり基準電位のセトリング時間を加味する必要がなく、2系統の基準電位と入力信号との比較演算出力を1つの比較演算増幅回路100でシリアルに出力するようになる。
Since the reference signal input transistors nMOSs 114 and 124 are individually provided for the two reference potentials REFA and REFB, even when the reference potentials VRP and VRN are switched, the reference potential applied to the gate of the reference signal input transistor VRP and VRN are unchanged, and the problem of settling of the reference potential during switching is solved. The comparison operation amplifier circuit 1B does not need to consider the settling time of the reference potential in the comparison operation in the comparison
この点は、信号選択回路140をnMOS114,124に対して負荷側(つまりドレイン側)に配置する構成を採った場合においても同様である。つまり、比較演算増幅回路100Bには基準信号入力トランジスタを複数設け、そのトランジスタのドレイン側にスイッチを設ける構成としても、比較演算増幅回路1Bと同様の効果が得られる。
This also applies to the case where the
第2例の比較演算増幅回路1Bの適用の有無による素子数(トランジスタ数=TR数、負荷素子数=R数)や面積・電力の差について考察する。第2例の比較演算増幅回路1Bを適用しない場合には、2系統の基準電位REFA,REFBのそれぞれに比較演算増幅回路100A(TR数=6,R数=2)が使用されることになる。したがって、トランジスタは12個(=6個×2系統)、負荷素子は抵抗素子が4個(=2個×2系統)となる。一方、第2例の比較演算増幅回路1Bは、1つの比較演算増幅回路100B(信号選択回路140の分は除く;TR数=8,R数=2)と1つの信号選択回路140(TR数=4)で構成されているので、トランジスタは12個(=8個+4個)、負荷素子は抵抗素子が2個となり、トランジスタは削減されないが、負荷素子である抵抗素子が2個削減され、回路面積の削減に寄与する。
Consider the number of elements (number of transistors = TR number, number of load elements = R number) and the difference in area / power depending on whether or not the comparative operational amplifier circuit 1B of the second example is applied. When the comparative operational amplifier circuit 1B of the second example is not applied, the comparative
また、第2例の比較演算増幅回路1Bを適用しない場合には、2系統の基準電位REFA,REFB用の各比較演算増幅回路100Aが常時動作する2系統並行処理となるのに対して、第2例の比較演算増幅回路1Bは、2系統の基準電位REFA,REFBを切り替えて動作する時分割処理となるので消費電力が概ね1/2以下に削減される。ここで「概ね1/2以下」と称したのは、信号選択回路140での電力消費分(ごく僅かである)を考慮したものである。
Further, when the comparative operational amplifier circuit 1B of the second example is not applied, the two comparative
<サンプルホールド回路>
図3は、本実施形態のサンプルホールド回路を説明する図である。ここで、図3(1)は、サンプルホールド回路3の全体概要を示す図であり、図3(2)は、サンプルホールド回路3の動作を説明するタイミングチャートである。
<Sample hold circuit>
FIG. 3 is a diagram illustrating the sample and hold circuit of the present embodiment. Here, FIG. 3A is a diagram showing an overall outline of the sample-and-
本実施形態のサンプルホールド回路3は、2つのサンプルホールド回路310_1,310_2と、信号選択回路340(第1の信号選択回路)との組合せで構成されている。各サンプルホールド回路310_1,310_2は、たとえば特許第3938727号明細書の図1に記載されているようなサンプルホールド機能を持った回路である。各サンプルホールド回路310_1,310_2の入力端には共通にアナログ入力信号AINが入力される。
The sample and hold
信号選択回路340は、2入力−1出力型のセレクタ342(信号選択回路)を有する。セレクタ342はスイッチ342_1,342_2を有する。スイッチ342_1の入力側はサンプルホールド回路310_1の出力に接続され、スイッチ342_2の入力側はサンプルホールド回路310_2の出力に接続されている。セレクタ342は、サンプルホールド回路310_1,310_2の出力を時分割で切り替えることで出力信号AOUT を出力する。
The
各スイッチ342_1,342_2は、回路規模をできるだけ増やさないようにするため、一例としてpMOSまたはnMOSの何れか一方のみによるトランジスタスイッチとする。ここでは、制御入力端であるゲートにHレベルが入力されるとオンするnMOSであるものとする。 Each of the switches 342_1 and 342_2 is a transistor switch using only one of pMOS and nMOS as an example in order to prevent the circuit scale from increasing as much as possible. Here, it is assumed that the nMOS is turned on when the H level is input to the gate which is the control input terminal.
サンプルホールド回路310_1,310_2やスイッチ342_1,342_2の制御入力端には相補関係にあるクロック信号ΦSH,xΦSHが供給される。クロック信号ΦSH,xΦSHを纏めてサンプルホールド回路3用のクロック信号CKSHと称する。たとえば、スイッチ342_1のゲートにクロック信号xΦSHが供給され、スイッチ342_2のゲートにクロック信号ΦSHが供給されるものとする。サンプルホールド回路310_1の制御入力端にはクロック信号ΦSHが供給され、サンプルホールド回路310_2の制御入力端にはクロック信号xΦSHが供給される。
Clock signals ΦSH and xΦSH having a complementary relationship are supplied to the control input terminals of the sample hold circuits 310_1 and 310_2 and the switches 342_1 and 342_2. The clock signals ΦSH and xΦSH are collectively referred to as a clock signal CKSH for the
このような構成により、本実施形態のサンプルホールド回路3は、複数のサンプルホールド回路(サンプルホールド回路310_1,310_2)の出力を切り替える信号選択回路340を備え、クロック信号ΦSH,xΦSHの1周期の間、常に複数のホールド出力を行なうものとなる(図3(2)を参照)。つまり、従来のサンプルホールド回路のサンプル期間においても、ホールド出力を行なうことを可能とするサンプルホールド回路が構成される。
With such a configuration, the sample and hold
たとえば、クロック信号ΦSHがHレベルでクロック信号xΦSHがLレベルのときには、サンプルホールド回路310_1はサンプルモードとなりアナログ入力信号AINに追従した信号を出力し、サンプルホールド回路310_2はホールドモードとなりクロック信号ΦSHがHレベルとなる直前のアナログ入力信号AINをホールドして出力する。このとき、サンプルホールド回路310_1の出力先のスイッチ342_1はオフとなり、サンプルホールド回路310_2の出力先のスイッチ342_2はオンとなる。よって、このサンプルホールド回路3の出力信号Aout はサンプルホールド回路310_2のホールドモード時の出力となる。
For example, when the clock signal ΦSH is at the H level and the clock signal xΦSH is at the L level, the sample and hold circuit 310_1 enters the sample mode and outputs a signal following the analog input signal AIN, and the sample and hold circuit 310_2 enters the hold mode and the clock signal ΦSH is Holds and outputs the analog input signal AIN immediately before it becomes H level. At this time, the output destination switch 342_1 of the sample hold circuit 310_1 is turned off, and the output destination switch 342_2 of the sample hold circuit 310_2 is turned on. Therefore, the output signal Aout of the
一方、クロック信号ΦSHがLレベルでクロック信号xΦSHがHレベルのときには、サンプルホールド回路310_2がサンプルモードとなりアナログ入力信号AINに追従した信号を出力し、サンプルホールド回路310_1はホールドモードとなりクロック信号ΦSHがHレベルとなる直前のアナログ入力信号AINをホールドして出力する。このとき、サンプルホールド回路310_2の出力先のスイッチ342_2はオフとなり、サンプルホールド回路310_1の出力先のスイッチ342_1はオンとなる。よって、このサンプルホールド回路3の出力信号Aout はサンプルホールド回路310_1のホールドモード時の出力となる。
On the other hand, when the clock signal ΦSH is at the L level and the clock signal xΦSH is at the H level, the sample hold circuit 310_2 enters the sample mode and outputs a signal following the analog input signal AIN, and the sample hold circuit 310_1 enters the hold mode and the clock signal ΦSH is Holds and outputs the analog input signal AIN immediately before it becomes H level. At this time, the output destination switch 342_2 of the sample hold circuit 310_2 is turned off, and the output destination switch 342_1 of the sample hold circuit 310_1 is turned on. Therefore, the output signal Aout of the
したがって、本実施形態のサンプルホールド回路3を用いることにより、常にホールドされた入力信号が出力されることになる。このことは、本実施形態のサンプルホールド回路3を適用しないサンプルホールド回路310_1,310_2の何れか一方の構成の場合は、アナログ入力信号AINに追従した信号が出力される期間が存在するのと異なる。
Therefore, by using the
本例では信号選択回路340として2入力−1出力型のセレクタ342を有する構成としたので、1周期で2つのホールドされた入力信号を時分割で出力するものとなっているが、3以上のホールドされた入力信号を時分割で切り替える構成にしてもよい。この場合、N入力−1出力型のセレクタを有する構成とし、セレクタを構成するトランジスタのゲートに対する制御信号をそれに応じて設定することで、1周期でN個のホールドされた入力信号が時分割で出力される。たとえば、1番目のサンプルホールド回路310_1がサンプルモードのときにn番目のサンプルホールド回路310_nのホールドモード時の出力が出力信号AOUT となり、その後はn番目のサンプルホールド回路310_nがサンプルモードのときにn−1番目のサンプルホールド回路310_n-1のホールドモード時の出力が出力信号AOUT となり、以下順に繰り返すようにすればよい。
In this example, since the
本実施形態のサンプルホールド回路3の適用の有無による素子数(トランジスタ数=TR数)や面積・電力の差について考察する。サンプルホールド回路3を適用しない場合には、サンプルホールド回路310_1,310_2の何れか一方を備えたものとなるのに対して、サンプルホールド回路3は2つのサンプルホールド回路310_1,310_2と信号選択回路340を備えるので、面積・電力の面では不利である。しかしながら、その出力信号は、サンプルホールド回路310_1,310_2の何れかのホールドモード時の出力が常に得られる利点がある。常にホールドモード時の出力が得られることで、本実施形態の比較演算増幅回路1との組合せによりAD変換回路を構成する場合に、負荷となる比較演算増幅回路100の数が削減され負荷容量が減るので負荷駆動能力(つまり駆動電流)は少なくてよく、消費電力や動作速度の低減に寄与する。この点は次のAD変換回路の項目で詳しく説明する。
Consider the difference in the number of elements (number of transistors = number of TRs), area, and power depending on whether or not the
<AD変換回路:第1例>
図4〜図4Cは、本実施形態の第1例のAD変換回路を説明する図である。ここで、図4は、第1例のAD変換回路5Aの全体概要を示す図である。図4Aは、第1例のAD変換回路5Aを適用しない第1比較例のAD変換回路5Xの全体概要を示す図である。図4Bは、第1例のAD変換回路5Aの動作を説明するタイミングチャートである。図4Cは、第1比較例のAD変換回路5Xの動作を説明するタイミングチャートである。
<AD conversion circuit: first example>
4 to 4C are diagrams for explaining the AD converter circuit of the first example of the present embodiment. Here, FIG. 4 is a diagram showing an overall outline of the AD conversion circuit 5A of the first example. FIG. 4A is a diagram illustrating an overall outline of an AD conversion circuit 5X of a first comparative example to which the AD conversion circuit 5A of the first example is not applied. FIG. 4B is a timing chart for explaining the operation of the AD converter circuit 5A of the first example. FIG. 4C is a timing chart for explaining the operation of the AD conversion circuit 5X of the first comparative example.
並列型のAD変換回路は、高速処理が可能であるが、分解能に応じた比較演算増幅回路とマスターコンパレータラッチが必要になるため、分解能を高めようとすると回路規模が指数関数的に増大し、これに伴い消費電力とチップサイズが増大する欠点を持つ。さらに、高分解能を実現しようとすると各回路間のオフセットが深刻になるため、その応用範囲が制限される傾向にある。そこで、本実施形態では、本実施形態の比較演算増幅回路1とサンプルホールド回路3の仕組みを利用してAD変換回路の入力段のアナログ前処理を工夫することで、回路規模や消費電力を低減することを考える。
The parallel AD converter circuit is capable of high-speed processing, but a comparison operation amplification circuit and a master comparator latch corresponding to the resolution are required. Therefore, when the resolution is increased, the circuit scale increases exponentially, As a result, power consumption and chip size increase. Furthermore, since the offset between each circuit becomes serious if high resolution is to be realized, its application range tends to be limited. Therefore, in this embodiment, the circuit scale and power consumption are reduced by devising the analog preprocessing of the input stage of the AD converter circuit using the mechanism of the comparison
第1例のAD変換回路5Aは、比較演算増幅回路501(比較演算増幅部)と、基準電位生成回路502と、サンプルホールド回路503(サンプルホールド部)と、ラッチ回路508Aと、デコード回路509の組合せで構成されている。ラッチ回路508Aとデコード回路509により、比較演算増幅回路501から時分割で出力される複数の増幅出力信号対(ゼロクロス信号VO:増幅出力信号VOP ,VON )の差をそれぞれ2値化することでデジタルデータを取得するデジタルデータ取得部6が構成される。アナログ系統の回路(比較演算増幅回路501、サンプルホールド回路503)に関する信号線は差動表記であるものとする。図では、4ビット対応の構成で示している。この構成は4ビットに限るものではなく5ビット以上においても同様に組むことができる。
The AD converter circuit 5A of the first example includes a comparison operation amplification circuit 501 (comparison operation amplification unit), a reference
4ビット対応であり、基準電位生成回路502は、16系統の基準電位REF1〜REF16 (それぞれ基準電位VRP ,VRN の対)を生成することとなる。16系統の基準電位REF1〜REF16 を生成する基準電位生成回路502は、一般的な抵抗分割による抵抗ラダー回路を使用する。このとき、高電圧Vhと低電圧Vlとの間を等分割し、差動参照電圧(基準電位VRP ,VRN の対)は、その中間電圧(Vh+Vl)/2(=入力信号のコモン電圧)を基準として同じ電圧差の点に設定する、つまり、(VRP +VRN )/2=(VIP +VIN )/2となるように設定するのがよい。この設定により、アナログ入力信号VIP と基準電位VRP の電圧差とアナログ入力信号VIN と基準電位VRN の電圧差は、16系統の基準電位REF1〜REF16 の何れにおいても等しくなる。
The reference
比較演算増幅回路501は、16系統の基準電位REF について2系統ごとに、2つの基準電位と入力信号を比較し比較結果をシリアルに出力する本実施形態の比較演算増幅回路1(図では1_1〜1_8)を備える構成となっている。
The comparison
ラッチ回路508Aは、比較演算増幅回路1ごとにラッチ580(図では580_1〜580_8)を有する。ラッチ580は、比較演算増幅回路1から出力される増幅出力信号対の差を2値化する。ラッチ580は、マスターコンパレータラッチとも称されるもので、比較演算増幅回路1の差動出力(ゼロクロス信号)に基づき比較処理を行なう比較器(コンパレータ)(後述する図6A(2)を参照)とD型フリップフロップを有する。比較器は、比較演算増幅回路1から出力される増幅出力信号対の差を2値化する、つまりゼロクロス信号VOに基づき正負判別を行なう。D型フリップフロップがクロック信号CKLTに基づき比較器による正負判別結果を保持することでサーモメータコードDを生成し、後段のデコード回路509に出力する。デコード回路509は、2つの基準電位に関するサーモメータコードDO,DEを合成して4ビットデジタルコードDOUTを出力する。
The latch circuit 508A has a latch 580 (580_1 to 580_8 in the figure) for each comparison
サンプルホールド回路503には、アナログ入力信号VIP ,VIN 用にそれぞれ、1周期で2つのホールドされた入力信号を出力する本実施形態のサンプルホールド回路3が使用されており、その出力信号が比較演算増幅回路501の各比較演算増幅回路1_1〜1_8のアナログ入力信号(VIP ,VIN )とされる。
The sample-and-
全体的には、セレクタ142の入力対応数をN(本例では2)としたとき、比較演算増幅回路1を1サイクルでN回使うことと、比較演算増幅回路1の出力をラッチ580で時分割的に保持する機能を持つ。
As a whole, when the number of inputs corresponding to the
図4Aに示すように、第1例のAD変換回路5Aを適用しない比較例(通常のフラッシュ方式)のAD変換回路5Xでは、サンプルホールド回路503Xに、アナログ入力信号AINに追従した信号(サンプル出力)が出力される期間が存在する通常のサンプルホールド回路310が使用される。また、比較演算増幅回路501Xは、16系統の基準電位REF ごとに、基準電位と入力信号を比較し比較結果を出力する通常の比較演算増幅回路100を備える構成となっている。ラッチ回路508Xは、16系統の基準電位用の比較演算増幅回路100ごとにラッチ580(図では580_1〜580_16 )を有する。
As shown in FIG. 4A, in the AD conversion circuit 5X of the comparative example (ordinary flash method) to which the AD conversion circuit 5A of the first example is not applied, a signal (sample output) that follows the analog input signal AIN is sent to the sample hold circuit 503X. ) Is used, a normal sample and hold circuit 310 is used. The comparison
第1比較例のAD変換回路5Xと第1例のAD変換回路5Aを比較すると、比較演算増幅回路1に2つの基準電位を入力させることによって、比較演算増幅回路100やラッチ580の数が半減する。比較演算増幅回路1についての前述の説明から理解されるように、比較演算増幅回路100を半減させるのに信号選択回路140を必要とするが、比較演算増幅回路501やラッチ回路508Aの回路規模が削減されるのは明らかである。また2系統の基準電位に関して時分割処理するので消費電力は概ね1/2になる。
Comparing the AD converter circuit 5X of the first comparative example and the AD converter circuit 5A of the first example, by inputting two reference potentials to the comparative
また、サンプルホールド回路3についての前述の説明から理解されるように、サンプルホールド回路503には、差動信号のそれぞれについて、2つのサンプルホールド回路310が必要であるが、サンプルホールド回路3からは常にホールドモード時の出力が得られる。AD変換回路5Xと比較して、サンプルホールド回路503(詳細は各サンプルホールド回路310)は、半分の動作速度の設計でよい。動作速度が半分でよくなることで、消費電力は低減するし、トランジスタサイズは小さくてよくなり、AD変換回路5Xの面積・電力の削減に寄与するため、サンプルホールド回路310が2つになる影響は少ない。
As can be understood from the above description of the sample and hold
<AD変換回路の動作:第1例>
図4Bを参照して、第1例のAD変換回路5Aでは、第1比較例のAD変換回路5Xに対してサンプルホールド回路503の動作速度が半分でよくなる点について詳細に説明する。図中のCKSHはサンプルホールド回路503用のクロック信号、CKPAは比較演算増幅回路501(比較演算増幅回路1_1〜1_8)用のクロック信号、CKLTはラッチ回路508A(ラッチ580_1〜580_8)用のクロック信号である。クロック信号CKPAはクロック信号CKSHに対して2倍の周波数であり、クロック信号CKLTはクロック信号CKPAに対して2倍の周波数である。各クロック信号は同期をとっている。これにより、信号遅延に起因するAD変換エラーの発生を防止し、AD変換精度を向上させる。
<Operation of AD Conversion Circuit: First Example>
With reference to FIG. 4B, the AD converter circuit 5A of the first example will be described in detail with respect to the point that the operation speed of the
また、サンプルホールドの出力をAOUT、比較演算増幅回路501(各比較演算増幅回路1_1〜1_8)に入力される基準電位をREF 、比較演算増幅回路501のゼロクロス信号出力をVO、ラッチ出力のサーモメータコードをD、4ビットデジタルコード出力をDOUTと表記する。また、奇数番目には参照子O(Odd )、偶数番目には参照子E(Even)を付す。表記の都合で、全角文字を適宜半角文字に変更して記載することがある。
The sample hold output is AOUT, the reference potential input to the comparison operation amplification circuit 501 (respective comparison operation amplification circuits 1_1 to 1_8) is REF, the zero cross signal output of the comparison
クロック信号CKSHがLレベルからHレベルになるとき、サンプルホールド回路503はアナログ信号AOUT1 を保持し、比較演算増幅回路501の各比較演算増幅回路1_1〜1_8に出力する。
When the clock signal CKSH changes from the L level to the H level, the
このとき、クロック信号CKPAがHレベルであれば、比較演算増幅回路1_1〜1_8には奇数番目の基準電位REFOが入力され、比較演算結果VOO1が出力される。この比較演算増幅回路1_1〜1_8の出力を受け、クロック信号CKLTがLレベルからHレベルに立ち上がるとき、ラッチ580_1〜580_8が正負判別を行ない、基準電位が奇数番目のときのサーモメータコードDO1 を後段のデコード回路509に出力する。
At this time, if the clock signal CKPA is at the H level, the odd-numbered reference potential REFO is input to the comparison operation amplifier circuits 1_1 to 1_8, and the comparison operation result VOO1 is output. The latches 580_1 to 580_8 perform positive / negative discrimination when the clock signal CKLT rises from the L level to the H level in response to the outputs of the comparison operational amplifier circuits 1_1 to 1_8, and the thermometer code DO1 when the reference potential is an odd number is followed by To the
一方、クロック信号CKPAがLレベルであれば、比較演算増幅回路1_1〜1_8には偶数番目の基準電位REFEが入力され、比較演算結果VOE1が出力される。この比較演算増幅回路1_1〜1_8の出力を受け、クロック信号CKLTがLレベルからHレベルに立ち上がるとき、ラッチ580_1〜580_8が正負判別を行ない、基準電位が偶数番目のときのサーモメータコードDE1 を後段のデコード回路509に出力する。
On the other hand, if the clock signal CKPA is at the L level, the even-numbered reference potential REFE is input to the comparison operation amplifier circuits 1_1 to 1_8, and the comparison operation result VOE1 is output. The latches 580_1 to 580_8 perform positive / negative discrimination when the clock signal CKLT rises from the L level to the H level upon receiving the outputs of the comparison operational amplifier circuits 1_1 to 1_8, and the thermometer code DE1 when the reference potential is the even number is the subsequent stage. To the
これから分かるように、ゼロクロス信号VOは、奇数番目の基準電位REF_O に対応するゼロクロス信号VOO と偶数番目の基準電位REF_E に対応するゼロクロス信号VOE とが時分割で切り替えられる。これに対応して、ラッチ出力も、奇数番目の基準電位REF_O に対応するラッチ出力DOと偶数番目の基準電位REF_E に対応するラッチ出力DEとが時分割で切り替えられる。 As can be seen, the zero-cross signal VO is switched in a time division manner between the zero-cross signal VOO corresponding to the odd-numbered reference potential REF_O and the zero-cross signal VOE corresponding to the even-numbered reference potential REF_E. Correspondingly, the latch output is switched in a time-sharing manner between the latch output DO corresponding to the odd-numbered reference potential REF_O and the latch output DE corresponding to the even-numbered reference potential REF_E.
デコード回路509は、奇数番目と偶数番目に基準電位を分けて比較演算されたサーモメータコードDO1 ,DE1 を合成して4ビットデジタルコードDOUT1 を出力する。
The
次に、クロック信号CKSHがHレベルからLレベルになるとき、サンプルホールド回路503はアナログ信号AOUT2 を保持し、比較演算増幅回路501の各比較演算増幅回路1_1〜1_8に出力する。その後は、アナログ信号AOUT1 についての前記の動作と同様であり、最終的には、デコード回路509は、4ビットデジタルコードDOUT2 を出力する。
Next, when the clock signal CKSH changes from the H level to the L level, the
この結果から分かるように、第1例のAD変換回路5AにおけるAD変換の動作クロックは、サンプルホールド回路503用のクロック信号CKSHではなく、比較演算増幅回路501用のクロック信号CKPAであり、クロック信号CKPAの1周期ごとにAD変換結果を出力する。
As can be seen from this result, the AD conversion operation clock in the AD conversion circuit 5A of the first example is not the clock signal CKSH for the
第1比較例のAD変換回路5Xでは、図4Aに示すように、サンプルホールド回路503Xに、サンプル出力期間が存在する通常のサンプルホールド回路310が使用される。その動作例が図4Cに示されている。通常のフラッシュ方式のAD変換回路5Xはサンプルホールド用クロック信号CKSHの1周期ごとにAD変換結果を出力する。これに対して、第1例のAD変換回路5Aは、図4Bに示した通り、サンプルホールド用クロック信号の半分の周期でAD変換結果を出力する。
In the AD conversion circuit 5X of the first comparative example, as shown in FIG. 4A, a normal sample hold circuit 310 having a sample output period is used for the
したがって、同じ周期でAD変換結果を出力する場合を比較すると、第1例のAD変換器5Aのサンプルホールド用クロック信号CKSHは、第1比較例のAD変換回路5Xと比較して、周波数が1/2となり、サンプルホールド回路310の動作速度が半分でよくなり、電力消費削減に寄与する。その結果、サンプルホールド回路310が2つになる影響は少ないと言える。 Therefore, when comparing the case where the AD conversion result is output in the same cycle, the frequency of the sample and hold clock signal CKSH of the AD converter 5A of the first example is 1 compared to the AD conversion circuit 5X of the first comparative example. Therefore, the operation speed of the sample and hold circuit 310 can be halved, which contributes to reduction of power consumption. As a result, it can be said that the influence of the two sample and hold circuits 310 is small.
ここで、第1例のAD変換回路5Aは、ラッチ回路508Aの各ラッチ580がAD動作クロックの2倍の周波数で動作することが必要となる。一方、第1比較例のAD変換回路5Xでは、AD動作クロックと同じ周波数でよい。このことは、第1比較例のAD変換回路5Xと比べると、ラッチ580の設計が難しいものと考えられるし、ラッチ580の部分で消費電力の上昇が懸念されラッチ580の半減による消費電力の低減効果を低くしてしまう可能性がある。後述の第2例のAD変換回路5Bは、この点の対策をとったものである。
Here, the AD converter circuit 5A of the first example requires that each
<AD変換回路:第2例>
図5〜図5Aは、本実施形態の第2例のAD変換回路を説明する図である。ここで、図5は、第2例のAD変換回路5Bの全体概要を示す図である。図5Aは、第2例のAD変換回路5Bの動作を説明するタイミングチャートである。
<AD conversion circuit: second example>
FIG. 5 to FIG. 5A are diagrams for explaining the AD converter circuit of the second example of the present embodiment. Here, FIG. 5 is a diagram showing an overall outline of the AD conversion circuit 5B of the second example. FIG. 5A is a timing chart for explaining the operation of the AD converter circuit 5B of the second example.
第2例のAD変換回路5Bは、比較演算増幅回路501の各比較演算増幅回路1_1〜1_8とラッチ回路508Bとの間に1つの信号(本例では奇偶の増幅出力信号VOP ,VON を時分割化したゼロクロス信号VO)をそれぞれ各別に(本例では2系統)に分配する1入力−2出力型のセレクタ542_1〜542_8(デマルチプレクサ:demultiplexer )を具備する信号選択回路540(第3の信号選択回路)を配置している。加えて、ラッチ回路508Bには、第1比較例のAD変換回路5Xと同様に、16系統の基準電位ごとにラッチ580(図では580_1〜580_16 )を設けている。16個のラッチ580_1〜580_16 の内、奇数番目のものをラッチ580_O、偶数番目のものをラッチ580_Eと称する。
The AD converter circuit 5B of the second example time-divides one signal (in this example, the odd-even amplified output signals VOP and VON between the comparison operation amplification circuits 1_1 to 1_8 of the comparison
セレクタ542_1〜542_8はそれぞれスイッチ542_O,542_Eを有する。各スイッチ542_O,542_Eは、回路規模をできるだけ増やさないようにするため、一例としてpMOSまたはnMOSの何れか一方のみによるトランジスタスイッチとする。ここでは、制御入力端であるゲートにHレベルが入力されるとオンするnMOSであるものとする。奇数番目の各スイッチ542_Oの制御入力端にはスイッチ用のクロック信号CKSWO が共通に供給され、偶数番目の各スイッチ542_Eの制御入力端にはスイッチ用のクロック信号CKSWE が共通に供給される。 The selectors 542_1 to 542_8 have switches 542_O and 542_E, respectively. Each of the switches 542_O and 542_E is a transistor switch using only one of pMOS and nMOS as an example in order to increase the circuit scale as much as possible. Here, it is assumed that the nMOS is turned on when the H level is input to the gate which is the control input terminal. The switch clock signal CKSWO is commonly supplied to the control input terminals of the odd-numbered switches 542_O, and the switch clock signal CKSWE is commonly supplied to the control input terminals of the even-numbered switches 542_E.
セレクタ542_1〜542_8の入力側(スイッチ542_O,542_Eの各入力側)は比較演算増幅回路1_1〜_8の内の対応するものの出力に接続されている。スイッチ542_Oの出力側はラッチ回路508の奇数番目のラッチ580の入力に接続され、スイッチ542_Eの出力側はラッチ回路508の偶数番目のラッチ580の入力に接続されている。スイッチ542_Oの出力側はラッチ回路508の奇数番目のラッチ580_Oの入力に接続され、スイッチ542_Eの出力側はラッチ回路508の偶数番目のラッチ580_Eの入力に接続されている。
Input sides of the selectors 542_1 to 542_8 (each input side of the switches 542_O and 542_E) are connected to outputs of corresponding ones of the comparison operational amplifier circuits 1_1 to _8. The output side of the switch 542_O is connected to the input of the odd-numbered
このように、第2例のAD変換回路5Bは、第1例のAD変換回路5Aの比較演算増幅回路1_kの出力にスイッチ542_O,542_Eを設け、スイッチ542_Oにはラッチ580_O、スイッチ542_Eにはラッチ580_Eを設けることで、ラッチ回路508が備えるラッチ580の数を倍にしたものである。AD変換回路5Bは、比較演算増幅回路1の出力先を切り替えるデマルチプレクサ(信号選択回路)を有し、比較演算増幅回路1の出力を時分割ではあるがパラレルに出力する構成となる。
As described above, in the AD converter circuit 5B of the second example, the switches 542_O and 542_E are provided at the output of the comparison operation amplifier circuit 1_k of the AD converter circuit 5A of the first example, the latch 580_O is latched to the switch 542_O, and the latch is switched to the switch 542_E. By providing 580_E, the number of
ここで、第2例のAD変換回路5Bの適用の有無による素子数や面積・電力の差について考察する。第2例のAD変換回路5Bを適用するとラッチ回路508が具備するラッチ580の数はAD変換回路5Xと同じになり、比較演算増幅回路100の数が半減するものの信号選択回路540(セレクタ542)を必要とする。2系統の基準電位に対して1つの比較演算増幅回路1と1つのセレクタ542(TR数=2)が必要なるので、比較演算増幅回路1が第1例・第2例の何れであるかなどにもより、回路規模が削減されるか否かは一概に決まらない。
Here, the difference in the number of elements, area, and power depending on whether or not the AD conversion circuit 5B of the second example is applied will be considered. When the AD conversion circuit 5B of the second example is applied, the number of
ここで、比較演算増幅回路1として第1例の比較演算増幅回路1A(TR数=10,R数=2)を採用している場合には、図5A(1)に示すように、2系統当たり、トランジスタは12個(=10個+2個)、負荷素子は抵抗素子が2個となり、トランジスタは削減されないが、負荷素子である抵抗素子が2個削減され、回路面積の削減に寄与する。
Here, when the comparative operational amplifier circuit 1A (TR number = 10, R number = 2) of the first example is adopted as the comparative
一方、比較演算増幅回路1として第2例の比較演算増幅回路1B(TR数=12,R数=2)を採用している場合には、図5A(2)に示すように、2系統当たり、トランジスタは14個(=12個+2個)、負荷素子は抵抗素子が2個となり、トランジスタが2個増加し負荷素子である抵抗素子が2個削減されるので、回路面積が削減されるか否かは一概に決まらない。ただし、一般的には抵抗素子よりもトランジスタの方が小面積でよく、トランジスタの2個増加による面積増加よりも抵抗素子の2個削減による面積削減の方が効果が高いと言える。よって、第2例の比較演算増幅回路1Bとの組合せに当たっては、比較演算増幅回路100の負荷素子としてはトランジスタではなく抵抗素子を使用することで回路面積が削減されると言える。
On the other hand, when the comparative operational amplifier circuit 1B of the second example (TR number = 12, R number = 2) is adopted as the comparative
一方、比較演算増幅回路1が第1例・第2例の何れであっても、2系統の基準電位に関して時分割処理するので消費電力は概ね1/2になる。サンプルホールド回路503については、第1例と同様であり、AD変換回路5Xと比較して半分の動作速度の設計でよく、消費電力は低減するし、面積・電力の削減に寄与する。
On the other hand, regardless of whether the comparison
<AD変換回路の動作:第2例>
図5Aを参照して、第2例のAD変換回路5Bの動作について説明する。図中のCKSWO ,CKSWE は比較演算増幅回路1_1〜1_8の出力に接続されたセレクタ542_1〜542_8用のクロック信号、CKLTO は奇数番目のラッチ580_O用のクロック信号、CKLTE は偶数番目のラッチ580_E用のクロック信号である。また、奇数番目のラッチ580_Oの出力サーモメータコードをDO、偶数番目のラッチ580_Eの出力サーモメータコードをDEと表記する。
<Operation of AD Conversion Circuit: Second Example>
With reference to FIG. 5A, the operation of the AD conversion circuit 5B of the second example will be described. In the figure, CKSWO and CKSWE are clock signals for the selectors 542_1 to 542_8 connected to the outputs of the comparison operational amplifier circuits 1_1 to 1_8, CKLTO is a clock signal for the odd-numbered latch 580_O, and CKLTE is for the even-numbered latch 580_E. This is a clock signal. The output thermometer code of the odd-numbered latch 580_O is expressed as DO, and the output thermometer code of the even-numbered latch 580_E is expressed as DE.
クロック信号CKSHがLレベルからHレベルになるとき、サンプルホールド回路503はアナログ信号AOUT1 を保持し、比較演算増幅回路501の各比較演算増幅回路1_1〜1_8に出力する。クロック信号CKPAがHレベルであれば、比較演算増幅回路1_1〜1_8には奇数番目の基準電位REFOが入力され、比較演算結果VOO1が出力される。このとき、クロック信号CKSWO はHレベルで、クロック信号CKSWE はLレベルであり、スイッチ542_Oがオン、スイッチ542_Eがオフとなっている。そのため、比較演算増幅回路1_1〜1_8の出力(比較演算結果VOO1)は奇数番目のラッチ580_Oにのみ供給される。この比較演算増幅回路1_1〜1_8の出力(比較演算結果VOO1)を受け、クロック信号CKLTO がLレベルからHレベルに立ち上がるとき、ラッチ580_Oが正負判別を行ない、基準電位が奇数番目のときのサーモメータコードDO1 を後段のデコード回路509に出力する。
When the clock signal CKSH changes from the L level to the H level, the
一方、クロック信号CKPAがLレベルであれば、比較演算増幅回路1_1〜1_8には偶数番目の基準電位REFEが入力され、比較演算結果VOE1が出力される。このとき、クロック信号CKSWO はLレベルで、クロック信号CKSWE はHレベルであり、スイッチ542_Oがオフ、スイッチ542_Eがオンとなっている。そのため、比較演算増幅回路1_1〜1_8の出力(比較演算結果VOE1)は偶数番目のラッチ580_Eにのみ供給される。この比較演算増幅回路1_1〜1_8の出力(比較演算結果VOE1)を受け、クロック信号CKLTE がLレベルからHレベルに立ち上がるとき、ラッチ580_Eが正負判別を行ない、基準電位が偶数番目のときのサーモメータコードDE1 を後段のデコード回路509に出力する。
On the other hand, if the clock signal CKPA is at the L level, the even-numbered reference potential REFE is input to the comparison operation amplifier circuits 1_1 to 1_8, and the comparison operation result VOE1 is output. At this time, the clock signal CKSWO is at the L level, the clock signal CKSWE is at the H level, the switch 542_O is off, and the switch 542_E is on. Therefore, the outputs (comparison operation results VOE1) of the comparison operation amplifier circuits 1_1 to 1_8 are supplied only to the even-numbered latches 580_E. When the output (comparison operation result VOE1) of the comparison operation amplifier circuits 1_1 to 1_8 is received and the clock signal CKLTE rises from the L level to the H level, the latch 580_E performs positive / negative discrimination, and the thermometer when the reference potential is the even number The code DE1 is output to the
デコード回路509は、奇数番目と偶数番目に基準電位を分けて比較演算されたサーモメータコードDO1 (ラッチ580_Oが生成),DE1 (ラッチ580_Eが生成)を合成して4ビットデジタルコードDOUT1 を出力する。
The
次に、クロック信号CKSHがHLレベルからLレベルになるとき、サンプルホールド回路503はアナログ信号AOUT2 を保持し、比較演算増幅回路501の各比較演算増幅回路1_1〜1_8に出力する。その後は、アナログ信号AOUT1 についての前記の動作と同様であり、最終的には、デコード回路509は、4ビットデジタルコードDOUT2 を出力する。
Next, when the clock signal CKSH changes from the HL level to the L level, the
これから分かるように、第2例でも、ゼロクロス信号VOは、奇数番目の基準電位REF_O に対応するゼロクロス信号VOO と偶数番目の基準電位REF_E に対応するゼロクロス信号VOE とが時分割で切り替えられる。これに対応して、ラッチ出力も、奇数番目の基準電位REF_O に対応するラッチ出力DOと偶数番目の基準電位REF_E に対応するラッチ出力DEとが時分割で切り替えられる。 As can be seen from the above, also in the second example, the zero-cross signal VO is switched in a time division manner between the zero-cross signal VOO corresponding to the odd-numbered reference potential REF_O and the zero-cross signal VOE corresponding to the even-numbered reference potential REF_E. Correspondingly, the latch output is switched in a time-sharing manner between the latch output DO corresponding to the odd-numbered reference potential REF_O and the latch output DE corresponding to the even-numbered reference potential REF_E.
第1例では1つのラッチ580が奇数番目のサーモメータコードDOと偶数番目のサーモメータコードDEを時分割でデコード回路509に伝達するのに対して、第2例では奇数番目のサーモメータコードDOはラッチ580_Oで、偶数番目のサーモメータコードDEはラッチ580_Eで、それぞれ個別に対処する点の相違があるが、デコード回路509の動作としては第1例と第2例で相違はない。
In the first example, one
この結果から分かるように、第1例のAD変換回路5AにおけるAD変換の動作クロックは、サンプルホールド回路503用のクロック信号CKSHではなく、比較演算増幅回路501用のクロック信号CKPAであり、クロック信号CKPAの1周期ごとにAD変換結果を出力する。従前のようにAD変換の動作クロックをクロック信号CKPAの周波数と同じにするのであれば、クロック信号CKPAはクロック信号CKSHに対して2倍の周波数であるから、各クロック信号の周波数を全体的に1/2になり、動作速度が半分でよくなる。
As can be seen from this result, the AD conversion operation clock in the AD conversion circuit 5A of the first example is not the clock signal CKSH for the
加えて、ラッチ580用のクロック信号CKLTO ,CKLTE はクロック信号CKPAと同じ周期となるため、ラッチ580は第1比較例のAD変換回路5Xと同様な回路でよい。
In addition, since the clock signals CKLTO and CKLTE for the
<AD変換回路:第3例>
図6〜図6Fは、本実施形態の第3例のAD変換回路を説明する図である。ここで、図6は、第3例のAD変換回路5Cの全体概要を示す図である。図6Aは、第3例のAD変換回路5Cで使用する抵抗補間回路の構成例を示す図である。図6Bは、第3例のAD変換回路5Cで使用する折返し演算回路(フォールディング回路)の構成例を示す図である。図6Cは、第3例で適用する補間処理を説明する図である。図6Dは、第3例のAD変換回路5Cを適用しない第2比較例のAD変換回路5Yの全体概要を示す図である。図6Eは、第2比較例のAD変換回路5Yで使用する折返し演算回路の構成例を示す図である。図6Fは、第3例のAD変換回路5Cの動作を説明するタイミングチャートである。
<AD conversion circuit: third example>
6 to 6F are diagrams for explaining the AD converter circuit of the third example of the present embodiment. Here, FIG. 6 is a diagram showing an overall outline of the AD conversion circuit 5C of the third example. FIG. 6A is a diagram illustrating a configuration example of a resistance interpolation circuit used in the AD conversion circuit 5C of the third example. FIG. 6B is a diagram illustrating a configuration example of a folding operation circuit (folding circuit) used in the AD conversion circuit 5C of the third example. FIG. 6C is a diagram illustrating the interpolation process applied in the third example. FIG. 6D is a diagram illustrating an overall outline of an AD conversion circuit 5Y of a second comparative example to which the AD conversion circuit 5C of the third example is not applied. FIG. 6E is a diagram illustrating a configuration example of a folding operation circuit used in the AD conversion circuit 5Y of the second comparative example. FIG. 6F is a timing chart for explaining the operation of the AD converter circuit 5C of the third example.
第3例のAD変換回路5Cは、m+nビット対応の構成であり、上位mビットと下位nビットのデジタルデータ(グレイコードデータ)を各別に発生する方式を採っている。本例では、5ビット対応の構成であり、上位2ビットと下位3ビットのデジタルデータ(グレイコードデータ)を各別に発生するものとする。上位2ビットについては、一般的なフォールディング方式を採用し、下位3ビットについては、フォールディング方式と補間(インターポレーション)が組み合わされた折返し・補間型を採用している。折返し・補間型では、フォールディング方式で得られる所定量Pずつ位相がずらされたQ相のサイン波対の間を補間してR・Q相のサイン波対を取得し、このR・Q相のサイン波対をそれぞれ比較して2値データを生成し、2値データをn(本例では3)ビットのグレイコードに変換する。 The AD converter circuit 5C of the third example has a configuration corresponding to m + n bits, and adopts a method of generating digital data (gray code data) of upper m bits and lower n bits separately. In this example, it is a configuration corresponding to 5 bits, and digital data (gray code data) of upper 2 bits and lower 3 bits are generated separately. For the upper 2 bits, a general folding method is adopted, and for the lower 3 bits, a folding / interpolation type in which a folding method and interpolation (interpolation) are combined is adopted. The folding / interpolation type interpolates between the Q-phase sine wave pairs whose phases are shifted by a predetermined amount P obtained by the folding method to obtain the R / Q-phase sine wave pair. The sine wave pairs are respectively compared to generate binary data, and the binary data is converted to an n (3 in this example) bit Gray code.
ここで、第3実施形態のAD変換回路5Cは、フォールディング方式でQ個のサイン波対を生成する際に、本実施形態の比較演算増幅回路1から出力される、基準電位を時分割した結果を受けた各出力信号(本例では増幅出力信号VOP ,VON の対)を使用する点、これを受けて補間回路ではフォールディング方式で得られる各系統の出力信号(サイン波)をサンプルホールドする(何れか1つはサンプルホールドが不要)仕組みを持つ点に特徴がある。
Here, when the AD converter circuit 5C of the third embodiment generates Q sine wave pairs by the folding method, the result of time-sharing the reference potential output from the comparison
このため、AD変換回路5Cは先ず、5ビットの内の上位2ビットについて一般的なフォールディング方式によりAD変換行なう上位ビット変換回路504UPを備える。上位ビット変換回路504UPには、基準電位生成回路502から上位ビット変換用の基準電位が供給され、サンプルホールド回路503からアナログ入力信号AIN のホールド出力が供給される。上位ビット変換回路504UPは、入力信号と複数の基準電位によって上位2ビットのデジタルデータ(グレイコードデータ)を出力する。
For this reason, the AD conversion circuit 5C includes an upper bit conversion circuit 504UP that performs AD conversion on the upper 2 bits of the 5 bits by a general folding method. The upper bit conversion circuit 504UP is supplied with a reference potential for upper bit conversion from the reference
すなわち、上位ビット変換回路504UPは、差動アナログ信号対(アナログ入力信号VIP ,VIN )と差動基準信号対(基準電位VRP ,VRN )がそれぞれ入力され、両信号対の差を増幅する比較演算増幅回路と、比較演算増幅回路から出力されるゼロクロス信号VO(増幅出力信号VOP ,VON )に基づき折り返された差動信号対(折返し信号FOP ,FON )を出力する折返し演算回路を備え、折返し演算回路が出力する差動信号対(折返し信号FOP ,FON )を比較し、上位mビットのグレイコードを生成する。 That is, the upper bit conversion circuit 504UP receives a differential analog signal pair (analog input signals VIP and VIN) and a differential reference signal pair (reference potentials VRP and VRN), respectively, and performs a comparison operation that amplifies the difference between the two signal pairs. Amplification circuit and a folding operation circuit that outputs a differential signal pair (folding signals FOP, FON) that is folded based on the zero-cross signal VO (amplified output signals VOP, VON) output from the comparison operation amplification circuit, and a folding operation The differential signal pair (folded signals FOP and FON) output from the circuit is compared, and the upper m-bit gray code is generated.
また、第3例のAD変換回路5Cは、5ビットの内の下位3ビットについて折返し・補間型でAD変換を行なう下位ビット変換回路504DNとして、先ず、比較演算増幅回路501、ラッチ回路508、デコード回路509を備える。下位ビット変換回路504DNはさらに、比較演算増幅回路501とラッチ回路508の間に、8系統入力の折返し演算回路505と、サンプルホールド回路560および抵抗補間回路570を具備したR倍補間回路506を備える。折返し演算回路505は差動出力で、折返し演算回路505から出力される折返し信号FOは折返し信号FOP ,FON の対であり、折返し信号FOP ,FON に対応するような構成のR倍補間回路506が設けられる。
Further, the AD converter circuit 5C of the third example, as a lower bit conversion circuit 504DN that performs AD conversion for the lower 3 bits of the 5 bits, first, a comparison
比較演算増幅回路501により時分割で2系統の基準電位が切り替えられたものに基づく増幅出力信号VO_1〜VO_8(それぞれVOP ,VON の差動対)が折返し演算回路505に入力される。折返し演算回路505としては、たとえば、特開2007−143140号公報の段落59〜62、図3に示されているような方式のものをベースに、8差動入力対に拡張した差動8入力・差動出力(折返し信号FOP ,FON )の折返し演算回路、つまり8回フォールディングする構成を採用するとよい(詳細は後述する)。
Amplified output signals VO_1 to VO_8 (a differential pair of VOP and VON, respectively) based on the two reference potentials switched in a time division manner by the comparison
R倍補間回路506は、一例としてP相(ここでは2相)の信号を受けて2倍補間を行なうもので示す。その結果、R倍補間回路506は、4相の信号IOをラッチ回路508に供給する。ラッチ回路508は、R倍補間回路506から出力される信号数に対応して、4つのラッチ580_1〜580_4を有している。ラッチ回路508から出力される4相のサイクルコードD_1 〜D_4 はデコード回路509に供給される。
An R-fold interpolation circuit 506 is shown as an example that receives a P-phase (here, two-phase) signal and performs a two-fold interpolation. As a result, the R-fold interpolation circuit 506 supplies the 4-phase signal IO to the
デコード回路509は、グレイコード・エンコーダを持つ。グレイコード・エンコーダは、たとえば、R倍補間回路506からの4相のサイクルコードD_1 〜D_4 を排他的論理和(Exclusive OR)回路を用いてグレイコードに変換する回路である。回路構成は周知のものを用いることができるので、ここでは説明を割愛する。
The
R倍補間回路506のサンプルホールド回路560は、スイッチ562(第4の信号選択回路)と保持容量564とバッファ566を、奇数系統用と偶数系統用の2系統分有している。スイッチ562と保持容量564は、奇数系統用と偶数系統用のそれぞれにおいて、折返し信号FOP ,FON のそれぞれに設けられる。一方、バッファ566は差動入力・差動出力型のものとすることで、差動の折返し信号FOP ,FON を入力可能となるので、奇数系統用と偶数系統用のそれぞれに1つを設ければ十分である。
The
各スイッチ562_O,562_Eは、回路規模をできるだけ増やさないようにするため、一例としてpMOSまたはnMOSの何れか一方のみによるトランジスタスイッチとする。ここでは、制御入力端であるゲートにHレベルが入力されるとオンするnMOSであるものとする。奇数系統用のスイッチ562_Oの制御入力端にはスイッチ用のクロック信号CKSWO が供給され、偶数系統用のスイッチ562_Eの制御入力端にはスイッチ用のクロック信号CKSWE が供給される。スイッチ562_O,スイッチ562_Eの入力側は共通に折返し演算回路505の出力に接続されている。
Each of the switches 562_O and 562_E is a transistor switch using only one of pMOS and nMOS as an example in order to prevent the circuit scale from increasing as much as possible. Here, it is assumed that the nMOS is turned on when the H level is input to the gate which is the control input terminal. The switch clock signal CKSWO is supplied to the control input terminal of the odd-numbered system switch 562_O, and the switch clock signal CKSWE is supplied to the control input terminal of the even-numbered system switch 562_E. The input sides of the switches 562_O and 562_E are commonly connected to the output of the
スイッチ562_Oの出力は保持容量564_Oの一方の端子およびバッファ566_Oの入力に接続され、スイッチ562_Eの出力は保持容量564_Eの一方の端子およびバッファ566_Eの入力に接続されている。保持容量564_O,564_Eの各他方の端子は共通に基準点(たとえば接地電位)に接続されている。因みに、本構成例の場合、その動作との関係で、保持容量564_Eを備えることは必須ではない。バッファ566_Oの出力はラッチ580_1の入力に接続され、バッファ566_Eの出力はラッチ580_3の入力に接続されている。 The output of the switch 562_O is connected to one terminal of the storage capacitor 564_O and the input of the buffer 566_O, and the output of the switch 562_E is connected to one terminal of the storage capacitor 564_E and the input of the buffer 566_E. The other terminals of the storage capacitors 564_O and 564_E are commonly connected to a reference point (for example, ground potential). Incidentally, in the case of this configuration example, it is not essential to provide the storage capacitor 564_E in relation to the operation. The output of the buffer 566_O is connected to the input of the latch 580_1, and the output of the buffer 566_E is connected to the input of the latch 580_3.
R倍補間回路506の抵抗補間回路570としては、たとえば、特公平07−061018号公報の第8図の補間回路12に示されているような抵抗器のリング方式の構成を採用する。具体的には、図6A(1)に示すように、抵抗値が同一の8つの抵抗素子572P,574P,576P,578P,572N,574N,576N,578N(特に補間抵抗と称する)の環状接続回路である。抵抗素子572Pと抵抗素子578Nとの接続点をノードN1P 、抵抗素子572Pと抵抗素子574Pとの接続点をノードN2P 、抵抗素子574Pと抵抗素子576Pとの接続点をノードN3P 、抵抗素子576Pと抵抗素子578Pとの接続点をノードN4P とする。抵抗素子572Nと抵抗素子578Pとの接続点をノードN1N 、抵抗素子572Nと抵抗素子574Nの接続点をノードN2N 、抵抗素子574N抵抗素子576Nの接続点をノードN3N 、抵抗素子576Nと抵抗素子578Nとの接続点をノードN4N とする。
As the
ノードN1P はバッファ566_Oの非反転出力IO1Pおよびラッチ580_1の入力IO1Pに接続されている。ノードN2P はラッチ580_2の非反転入力IO2Pに接続されている。ノードN3P はバッファ566_Eの非反転出力IO3Pおよびラッチ580_3の非反転入力IO3Pに接続されている。ノードN4P はラッチ580_4の非反転入力IO4Pに接続されている。ノードN1N はバッファ566_Oの反転出力IO1Nおよびラッチ580_1の反転入力IO1Nに接続されている。ノードN2N はラッチ580_2の反転入力IO2Nに接続されている。ノードN3N はバッファ566_Eの反転出力IO3Nおよびラッチ580_3の反転入力IO3Nに接続されている。ノードN4Nはラッチ580_4の反転入力IO4Nに接続されている。図6A(2)に示すように、ラッチ580に内蔵のコンパレータ(比較器)は、入力されたサイン波対IOP ,ION の差を2値化する、つまりサイン波対に基づき正負判別を行なう。
Node N1P is connected to non-inverted output IO1P of buffer 566_O and input IO1P of latch 580_1. Node N2P is connected to non-inverting input IO2P of latch 580_2. Node N3P is connected to non-inverting output IO3P of buffer 566_E and non-inverting input IO3P of latch 580_3. Node N4P is connected to non-inverting input IO4P of latch 580_4. Node N1N is connected to inverted output IO1N of buffer 566_O and inverted input IO1N of latch 580_1. Node N2N is connected to inverting input IO2N of latch 580_2. Node N3N is connected to inverted output IO3N of buffer 566_E and inverted input IO3N of latch 580_3. Node N4N is connected to inverting input IO4N of latch 580_4. As shown in FIG. 6A (2), the comparator (comparator) built in the
このように、第3例のAD変換回路5Cは、折返し演算回路505と、折返し演算回路505の出力を切り替えるスイッチ562と、折返し演算回路505の出力を時分割で保持する保持容量564を有し、保持容量564に保持された2系統の情報に基づき補間演算を行なう構成となっている。
As described above, the AD conversion circuit 5C of the third example includes the
8系統入力の折返し演算回路505は、一例として、図6Bに示すような回路構成が採用される。折返し演算回路505は、8系統入力に対応するべく、8個の差動TRペアM(nMOS差動トランジスタ対:nMOS550,552)と、差動TRペアに所定の動作電流を供給する電流源として機能するnMOS554と、負荷素子としての抵抗素子556,558を備えている。なお、ここでは負荷素子として抵抗素子を使用した受動負荷としているが、pMOSカレントミラー回路などトランジスタを負荷とする能動負荷としてもよい。
As an example, the 8-system input
差動TRペアM_1〜M_8には比較演算増幅回路1_1〜1_8の対応するものから出力されるゼロクロス信号VO_1〜VO_8(増幅出力信号VOP_1 ,VON_1 〜VOP_8 ,VON_8 )が供給される。詳しくは、nMOS550_1〜550_8には増幅出力信号VOP_1 〜VOP_8 が供給され、nMOS552_1〜552_8には増幅出力信号VON_1 〜VON_8 が供給される。ゼロクロス信号VOは、奇数番目の基準電位REF_O に対応するゼロクロス信号VOO と偶数番目の基準電位REF_E に対応するゼロクロス信号VOE とが時分割で切り替えられる。 Zero cross signals VO_1 to VO_8 (amplified output signals VOP_1, VON_1 to VOP_8, VON_8) output from corresponding ones of the comparison operational amplifier circuits 1_1 to 1_8 are supplied to the differential TR pairs M_1 to M_8. Specifically, amplified output signals VOP_1 to VOP_8 are supplied to the nMOSs 550_1 to 550_8, and amplified output signals VON_1 to VON_8 are supplied to the nMOSs 552_1 to 552_8. The zero cross signal VO is switched in a time division manner between the zero cross signal VOO corresponding to the odd-numbered reference potential REF_O and the zero cross signal VOE corresponding to the even-numbered reference potential REF_E.
抵抗素子556は、一方の端子が電源Vddに接続され、他方の端子が奇数番目のnMOS550_Oの各ドレインおよび偶数番目のnMOS552_Eの各ドレインに共通に接続され、その接続点から折返し信号FOP が出力される。抵抗素子558は、一方の端子が電源Vddに接続され、他方の端子が奇数番目のnMOS552_Oの各ドレインおよび偶数番目のnMOS550_Eの各ドレインに共通に接続され、その接続点から折返し信号FON が出力される。各差動TRペアMの出力信号は基準電位REF の位置で折り返された入出力特性となる。
The
折返し演算回路505は、8個の差動TRペアMの出力信号を合成することで、各基準電位REF の位置でゼロクロスする折返し信号FO(FOP ,FON )を出力することになる。たとえば、図6Cには、R倍補間回路506の入出力特性(IO対AIN )を示す動作波形図が示されている。
The
折返し演算回路505は、比較演算増幅回路1_1〜1_8のゼロクロス信号VO(増幅出力信号VOP ,VON )が奇数番目の基準電位REF_O のときは奇数番目の基準電位REF_O の位置でゼロクロスする折返し信号FO_O(FOP_O ,FON_O :IO1 )を出力する。また折返し演算回路505は、比較演算増幅回路1_1〜1_8のゼロクロス信号VO(増幅出力信号VOP ,VON )が偶数番目の基準電位REF_E のときは偶数番目の基準電位REF_E の位置でゼロクロスする折返し信号FO_E(FOP_E ,FON_E :IO3 )を出力する。折返し信号FO_Oと折返し信号FO_Eとの間には90度の位相差がある。
When the zero cross signal VO (amplified output signals VOP, VON) of the comparison operational amplifier circuits 1_1 to 1_8 is the odd reference potential REF_O, the
このことから分かるように、折返し演算回路505は、折返し信号FO_O,FO_Eを時分割で出力する。因みに、折返し信号FOの特性(FOP ,FON :IO)がサイン波のように見えるので折返し演算回路505はサイン波発生回路とも称される。よって、折返し演算回路505は、アナログ入力信号AIN に応じて90度の位相差を持つ2相のサイン波対IO1 ,IO3 を時分割で出力するものとなる。
As can be seen from this, the
R倍補間回路506は、この折返し演算回路505から時分割で出力される折返し信号FO_O,FO_E(2相のサイン波対IO1 ,IO3 )に基づき、2相のサイン波対IO1 ,IO3 の間を補間してサイン波対IO2 ,IO4 を生成することで4相のサイン波対を取得する。つまり、R倍補間回路506は、サイン波対IO1 ,IO3 の間を2分割した4個のサイン波対を生成する。このとき、折返し演算回路505は折返し信号FO_O,FO_E(2相のサイン波対IO1 ,IO3 )を時分割で出力するので、R倍補間回路506は、少なくとも先に出力される方のサイン波対(本例ではサイン波対IO1 )を保持しておく仕組みとしてサンプルホールド回路560を有している。各ノードのサイン波対IO1 〜IO4 がラッチ580のコンパレータに入力されることで正負判別が行なわれる。
The R-fold interpolation circuit 506 is based on the folding signals FO_O and FO_E (two-phase sine wave pairs IO1 and IO3) output from the folding
一方、図6Dに示すように、第3実施形態を適用しない第2比較例(通常のフォールディング方式)のAD変換回路5Yは、比較演算増幅回路501Yは基準電位REF ごとに比較演算増幅回路100を有し、折返し演算回路505Yは折返し演算回路505_Oと折返し演算回路505_Eを個別に有する。折返し演算回路505_Oは、奇数番目の基準電位REF_O に対応するゼロクロス信号VOO が入力され、奇数番目の基準電位REF_O の位置でゼロクロスする折返し信号FO_O(FOP_O ,FON_O :IO1 )を生成する。折返し演算回路505_Eは、偶数番目の基準電位REF_E に対応するゼロクロス信号VOE が入力され、偶数番目の基準電位REF_E の位置でゼロクロスする折返し信号FO_E(FOP_E ,FON_E :IO3 )を生成する。
On the other hand, as shown in FIG. 6D, in the AD conversion circuit 5Y of the second comparative example (normal folding method) to which the third embodiment is not applied, the comparison
奇数番目用の折返し演算回路505_Oと偶数番目用の折返し演算回路505_Eは、一例として、図6Eに示すような回路構成が採用される。何れも基本的な回路構成は折返し演算回路505と同じであるが、折返し演算回路505_Oに入力されるゼロクロス信号VOは、奇数番目の基準電位REF_O に対応するゼロクロス信号VOO のみであり、折返し演算回路505_Eに入力されるゼロクロス信号VOは、偶数番目の基準電位REF_O にE応するゼロクロス信号VOE のみである。これは、折返し演算回路505_Oと折返し演算回路505_Eを個別に有することから明らかである。
As an example, the odd-numbered folding operation circuit 505_O and the even-numbered folding operation circuit 505_E employ a circuit configuration as shown in FIG. 6E. In any case, the basic circuit configuration is the same as that of the
AD変換回路5CとAD変換回路5Yを比較すると、先ず、2系統の基準電位に関して時分割処理するので消費電力は概ね1/2になる。回路規模に関しては、比較演算増幅回路501と折返し演算回路505の規模が削減され得るものの、サンプルホールド回路560が必要になる。したがって、比較演算増幅回路501の回路規模の削減分×折返し演算回路505への入力系統数(本例では8系統)+折返し演算回路505の削減分よりも、サンプルホールド回路560の回路規模が少なくなるようにすることに留意する。比較演算増幅回路501側の削減効果が少なくても、折返し演算回路505の回路規模は半減するので、総じて言えば、折返し演算回路505の削減分よりもサンプルホールド回路560の回路規模が少なくなるようにすると概ね十分な削減効果が得られると言える。もちろん、比較演算増幅回路501は、第2例の比較演算増幅回路1Bではなく第1例の比較演算増幅回路1Aを使用するのが好ましい。
Comparing the AD conversion circuit 5C and the AD conversion circuit 5Y, first, time-division processing is performed with respect to two systems of reference potentials, so the power consumption is approximately halved. Regarding the circuit scale, the scale of the comparison
<AD変換回路の動作:第3例>
図6Fを参照して、第3例のAD変換回路5Cの動作について説明する。図中のCKSWO はスイッチ562_O用のクロック信号、CKSWE はスイッチ562_E用のクロック信号、CKLTはラッチ580_1〜580_4用のクロック信号である。
<Operation of AD Conversion Circuit: Third Example>
With reference to FIG. 6F, the operation of the AD conversion circuit 5C of the third example will be described. In the figure, CKSWO is a clock signal for the switch 562_O, CKSWE is a clock signal for the switch 562_E, and CKLT is a clock signal for the latches 580_1 to 580_4.
クロック信号CKSHがLレベルからHレベルになるとき、サンプルホールド回路503はアナログ信号AOUT1 を保持し、比較演算増幅回路501の各比較演算増幅回路1_1〜1_8に出力する。クロック信号CKPAがHレベルであれば、比較演算増幅回路1_1〜1_8には奇数番目の基準電位REFOが入力され、比較演算結果VOO1が出力される。これを受けて、折返し演算回路505は、奇数番目の基準電位REF_O の位置でゼロクロスする折返し信号FO_O(FOP_O ,FON_O :IO1 )をR倍補間回路506に供給する。
When the clock signal CKSH changes from the L level to the H level, the
このとき、クロック信号CKSWO はHレベルで、クロック信号CKSWE はLレベルであり、スイッチ562_Oがオン、スイッチ562_Eがオフとなっている。そのため、折返し演算回路505から出力された折返し信号FO_O(FOP_O ,FON_O :IO1 )は保持容量564_Oにサンプルされ、バッファ566_Oを介して抵抗補間回路570のノードN1に出力される。
At this time, the clock signal CKSWO is at the H level, the clock signal CKSWE is at the L level, the switch 562_O is on, and the switch 562_E is off. Therefore, the folding signal FO_O (FOP_O, FON_O: IO1) output from the
一方、クロック信号CKPAがLレベルであれば、比較演算増幅回路1_1〜1_8には偶数番目の基準電位REFEが入力され、比較演算結果VOE1が出力される。これを受けて、折返し演算回路505は、偶数番目の基準電位REF_E の位置でゼロクロスする折返し信号FO_E(FOP_E ,FON_E :IO3 )をR倍補間回路506に供給する。このとき、クロック信号CKSWO はLレベルで、クロック信号CKSWE はHレベルであり、スイッチ562_Oがオフ、スイッチ562_Eがオンとなっている。そのため、折返し演算回路505から出力された折返し信号FO_E(FOP_E ,FON_E :IO3 )は保持容量564_Eにサンプルされ、バッファ566_Eを介して抵抗補間回路570のノードN3に出力される。
On the other hand, if the clock signal CKPA is at the L level, the even-numbered reference potential REFE is input to the comparison operation amplifier circuits 1_1 to 1_8, and the comparison operation result VOE1 is output. In response, the
このとき、スイッチ562_Oがオフしているので、保持容量564_Oにはサンプルされた折返し信号FO_O(FOP_O ,FON_O :IO1 )がホールドされており、バッファ566_Oを介して抵抗補間回路570のノードN1に出力されている。
At this time, since the switch 562_O is off, the sampled folding signal FO_O (FOP_O, FON_O: IO1) is held in the storage capacitor 564_O, and is output to the node N1 of the
そこで、R倍補間回路506は、バッファ566_Eを介して抵抗補間回路570のノードN3に折返し信号FO_E(FOP_E ,FON_E :IO3 )が供給されると、抵抗補間回路570のノードN2にサイン波対IO1 ,IO3 の間を補間したサイン波対IO2 を生成し、抵抗補間回路570のノードN4にサイン波対IO3 ,IO1 の間を補間したサイン波対IO4 を生成する。
Therefore, when the folding signal FO_E (FOP_E, FON_E: IO3) is supplied to the node N3 of the
これにより、ラッチ回路508には、R倍補間回路506から4相のサイン波対IO1 ,IO2 ,IO3 ,IO4 が供給される。
As a result, the four-phase sine wave pairs IO1, IO2, IO3, and IO4 are supplied to the
ラッチ回路508は、4相のサイン波対IO1 ,IO2 ,IO3 ,IO4 を受け、クロック信号CKLTがLレベルからHレベルに立ち上がるとき、ラッチ580_1〜580_4が正負判別を行ないサイクルコードD1_1〜D1_4を取得し後段のデコード回路509に出力する。デコード回路509は、4相のサイクルコードD1_1〜D1_4に基づき、下位3ビットのデジタルコードDOUT1 (グレイコード)を出力する。すなわち、4相のサイン波対IO1 ,IO2 ,IO3 ,IO4 をコンパレータによって比較すると、2値化されたサイクルコードD1_1〜D1_4が得られる。そして、このサイクルコードD1_1〜D1_4をデコード回路509によってコーディングすると、下位3ビットのグレイコードが得られる。
The
次に、クロック信号CKSHがHLレベルからLレベルになるとき、サンプルホールド回路503はアナログ信号AOUT2 を保持し、比較演算増幅回路501の各比較演算増幅回路1_1〜1_8に出力する。その後は、アナログ信号AOUT1 についての前記の動作と同様であり、最終的には、デコード回路509は、4相のサイクルコードD2_1〜D2_4に基づき、下位3ビットのデジタルコードDOUT2 (グレイコード)を出力する。
Next, when the clock signal CKSH changes from the HL level to the L level, the
この結果から分かるように、第3例のAD変換回路5CにおけるAD変換は、下位3ビットについて、フォールディング(サイン波生成)用の基準電位REF を奇数番目と偶数番目で時分割で折返し演算回路505に供給することで、2相のサイン波対IO1 ,IO3 を時分割で生成する点において第2比較例のAD変換回路5Yと異なるが、その後の補間処理やサイクルコードの生成とグレイコードへの変換は第2比較例のAD変換回路5Yと同じである。
As can be seen from this result, in the AD conversion in the AD conversion circuit 5C of the third example, for the lower 3 bits, the reference potential REF for folding (sine wave generation) is an odd-numbered and even-numbered time-
サイン波発生回路として機能する折返し演算回路505の出力を切り替えて、それぞれサンプルホールドすることにより、回路数を削減し、第2比較例のAD変換回路5Yよりも回路面積や電力を削減したAD変換器が実現される。
AD conversion with reduced circuit area and power than the AD conversion circuit 5Y of the second comparative example by switching the output of the
なお、前記の説明では、5ビット対応の構成で説明したが、5ビットに限るものではなく6ビット以上においても同様に組むことができる。また、上位ビットと下位ビットの区分けも任意である。一般的には、上位ビットの方を下位ビットよりも少なくする。 In the above description, the configuration corresponding to 5 bits has been described. However, the configuration is not limited to 5 bits, and the configuration can be similarly applied to 6 bits or more. Further, the upper bit and the lower bit can be classified arbitrarily. In general, the upper bits are less than the lower bits.
前記の説明では、抵抗補間回路570を備える構成で説明したが、抵抗補間回路570を備えることは必須ではなく、抵抗補間回路570を取り外した構成にしてもよい。さらに、上位ビットと下位ビットに区分けすること自体も不要であり、この場合、前記説明における上位ビット変換回路504UPを取り外した構成にすればよい。これら変形例については、各機能部を備えない構成であり、図示するまでもなくその構成を特定できるし、その場合の動作も特定できるので、それら変形例の構成図や動作説明は割愛する。
In the above description, the configuration including the
<電子機器への適用:記録再生装置>
図7は、本実施形態の電子機器を説明する図である。本実施形態の電子機器は、前述の比較演算増幅回路1やサンプルホールド回路3やAD変換回路5の仕組みを一般的な電子機器に適用したものである。つまり、電子機器に本発明に係る比較演算増幅回路やAD変換回路を適用する事例を示したものである。図7は、その電子機器として記録再生装置(光ディスク装置)を例に示している。比較演算増幅回路やAD変換回路において、複数系統の基準電位REF を時分割で扱うことにより、電子機器としても、回路削減や電力消費低減がなされる。
<Application to electronic equipment: Recording / playback device>
FIG. 7 is a diagram illustrating the electronic apparatus according to the present embodiment. The electronic apparatus according to the present embodiment is obtained by applying the mechanism of the comparison
本実施形態の記録再生装置9は、回転サーボ系として、音楽などの再生すべき情報が記録された光ディスクPD(Photo Disk)を回転させるスピンドルモータ910と、スピンドルモータ910を駆動するモータドライバ912と、光ディスクPDに付加情報を記録するあるいは光ディスクPDに記録されている情報を読み取るためのレーザ光源を具備した光ピックアップ914を備える。
The recording / reproducing
光ディスクPDとしては、CD(コンパクトディスク)やCD−ROM(Read Only Memory)などのいわゆる再生専用の光ディスクのほか、たとえばCD−R(Recordable)のような追記型光ディスクや、CD−RW(Rewritable )のような書き換え可能型光ディスクであってもよい。さらには、CD系の光ディスクに限らず、MO(光磁気ディスク)であってもよいし、通常のDVD(Digital Video またはVersatile Disk)や、たとえば波長407nm程度の青色レーザを利用する次世代DVDといったDVD系の光ディスクであってもよい。また、現行のCDフォーマットを踏襲しながら、記録密度を現行フォーマットの約2倍とした、いわゆる2倍密度のCD(DDCD;DD=Double Density)やCD−RあるいはCD−RWであってもよい。 As the optical disk PD, in addition to a so-called reproduction-only optical disk such as a CD (compact disk) or a CD-ROM (Read Only Memory), a write-once optical disk such as a CD-R (Recordable), a CD-RW (Rewritable), or the like. Such a rewritable optical disc may be used. Furthermore, it is not limited to a CD-based optical disk, but may be an MO (magneto-optical disk), a normal DVD (Digital Video or Versatile Disk), or a next-generation DVD using a blue laser with a wavelength of about 407 nm, for example. It may be a DVD-type optical disc. Further, it may be a so-called double density CD (DDCD; DD = Double Density), CD-R, or CD-RW in which the recording density is approximately double that of the current format while following the current CD format. .
記録再生装置9は、スピンドルモータ制御部930とピックアップ制御部940を備える。スピンドルモータ制御部930は、モータドライバ912を制御する回転制御部(回転サーボ系)の一例である。ピックアップ制御部940は、トラッキングサーボ系およびフォーカスサーボ系の一例であり、光ピックアップ914の光ディスクPDに対する半径方向位置を制御する。
The recording / reproducing
記録再生装置9は、記録・再生系として、光ピックアップ914を介して情報を記録する情報記録部および光ディスクPDに記録されている情報を再生する情報再生部の一例である記録・再生信号処理部950を備える。記録・再生信号処理部950の構成としては、たとえば位相同期回路やAD変換回路を備えている。
The recording / reproducing
記録再生装置9は、コントローラ系として、コントローラ962や図示を割愛したインタフェース機能をなすインタフェース部などを備える。コントローラ962は、マイクロプロセッサ(MPU:Micro Processing Unit )で構成されており、スピンドルモータ制御部930およびピックアップ制御部940を有するサーボ系や記録・再生信号処理部950の動作を制御する。インタフェース部は、当該記録再生装置9を利用した各種の情報処理を行なう情報処理装置(ホスト装置)の一例であるパーソナルコンピュータ(以下パソコンと称する)との間のインタフェース(接続)機能をなす。インタフェース部には、ホストIFコントローラが設けられる。記録再生装置9とパソコンにより情報記録再生システム(光ディスクシステム)が構成される。
The recording / reproducing
<記録・信号処理部>
記録・再生信号処理部950は、RF増幅部952と、波形整形部953(波形等化器;Equalizer )と、AD変換回路の一例であるAD変換部954(ADC;Analog to Digital Converter )を備える。AD変換部954の前段に配置されたアナログ信号処理系統(光ピックアップ914から波形整形部953までの各機能部)は、AD変換対象の差動アナログ信号対を生成するアナログ信号生成部を構成する。
<Recording / Signal Processing Unit>
The recording / reproduction
RF増幅部952は、光ピックアップ914により読み取られた微小なRF(高周波)信号(以下再生RF信号ともいう)を所定レベルに増幅する。波形整形部953は、RF増幅部952から出力された再生RF信号を整形する。AD変換部954は、波形整形部953から出力されたアナログの再生RF信号をデジタルデータに変換する。
The
記録・再生信号処理部950は、クロック再生部955と、DSP(Digital Signal Processor)で構成されたデジタル信号処理部956と、記録電流制御部957と、書込みクロック生成部960を備える。
The recording / reproduction
クロック再生部955は、AD変換部954から出力されたデジタルデータ列に基づきクロック信号を再生する。クロック再生部955は、AD変換部954からのデジタルデータ(デジタルデータ列Din)にロックしてクロック信号を生成するデータリカバリ型の位相同期回路(PLL回路)を有する。クロック再生部955は、再生したクロック信号をAD変換部954へADクロック(サンプリングクロック)CKadとして供給したり、その他の機能部に供給したりする。AD変換部954は、ADクロックCKadに基づいてアナログ信号をデジタルデータに変換する。デジタル信号処理部956は、AD変換部954から出力されたデジタルデータ列(再生RF信号に対応するもの)を復調し、デジタルオーディオデータやデジタル画像データなどを復号化するなどのデジタル信号処理をする。
The clock regeneration unit 955 regenerates a clock signal based on the digital data string output from the
記録電流制御部957は、情報を光ディスクPDに記録するためのレーザ光の記録電流を制御(オンオフ)する。記録電流制御部957は、光ディスクPDの材質と記録速度に応じて光出力パワーをマルチパルス変調し、また、レーザ光源(光ピックアップ914内にある)から発せられるレーザ光の光出力(光強度、光出力パワー)を一定値に保持するためのAPC(Auto Power Control)制御を行なう。
The recording
書込みクロック生成部960は、クリスタル発振器などから供給される基準クロックに基づいて光ディスクPDへの記録の際にデータを変調するための書込みクロックを生成する。
The write
このような構成の記録再生装置9としても、AD変換部954は、複数系統の基準電位REF を時分割で扱う本実施形態のAD変換回路5A〜5Cの仕組みを適用することで、回路規模や電力消費を抑える仕組みが実現される。
Also in the recording / reproducing
以上、本発明について実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は前記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で前記実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。 As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. Various changes or improvements can be added to the above-described embodiment without departing from the gist of the invention, and embodiments to which such changes or improvements are added are also included in the technical scope of the present invention.
また、前記の実施形態は、クレーム(請求項)にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組合せの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。前述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜の組合せにより種々の発明を抽出できる。実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、効果が得られる限りにおいて、この幾つかの構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。 Further, the above embodiments do not limit the invention according to the claims (claims), and all combinations of features described in the embodiments are not necessarily essential to the solution means of the invention. Absent. The embodiments described above include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. Even if some constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in the embodiment, as long as an effect is obtained, a configuration from which these some constituent requirements are deleted can be extracted as an invention.
たとえば、前記実施形態では、電子機器として光ディスク装置などの記録再生装置への適用例で説明したが、記録再生装置としては光ディスク装置に限らず、たとえば、ハードディスク駆動装置などもあり、ハードディスク駆動装置もAD変換回路を使用することがある。このAD変換回路に前記実施形態のAD変換回路5A〜5Cを適用可能である。 For example, in the above-described embodiment, the example of application to a recording / reproducing apparatus such as an optical disc apparatus has been described as an electronic device. An AD conversion circuit may be used. The AD conversion circuits 5A to 5C of the above embodiment can be applied to this AD conversion circuit.
さらに、記録再生装置に限らず、たとえば、固体撮像装置や撮像装置や表示装置など、その他の電子機器にも適用可能である。 Furthermore, the present invention is not limited to the recording / reproducing device, and can be applied to other electronic devices such as a solid-state imaging device, an imaging device, and a display device.
また、本実施形態の比較演算増幅回路1は、本実施形態のAD変換回路5A〜5Cへの適用に限らず、複数の基準電位REF を扱う各種の比較演算増幅回路や、それを利用した一般的な電子機器にも適用可能である。
Further, the comparison
1…比較演算増幅回路、100…比較演算増幅回路、110…第1差動増幅回路、120…第2差動増幅回路、130…負荷回路、140…信号選択回路(第2の信号選択回路)、3…サンプルホールド回路、310…サンプルホールド回路、340…信号選択回路(第1の信号選択回路)、5…AD変換回路、501…比較演算増幅回路、502…基準電位生成回路、503…サンプルホールド回路、504DN…下位ビット変換回路、504UP…上位ビット変換回路、505…折返し演算回路、506…R倍補間回路、508…ラッチ回路、509…デコード回路、540…信号選択回路(第3の信号選択回路)、560…サンプルホールド回路、562…スイッチ(第4の信号選択回路)、564…保持容量、566…バッファ、570…抵抗補間回路、580…ラッチ、6…デジタルデータ取得部、9…記録再生装置、954…AD変換部
DESCRIPTION OF
Claims (12)
複数の差動基準信号対を時分割で扱うように切り替える第2の信号選択回路と前記出力信号対と前記差動基準信号対が入力される2組の差動増幅回路を具備し、前記出力信号対と複数の前記差動基準信号対のそれぞれの差を増幅して、複数の増幅出力信号対を時分割で出力する比較演算増幅部と、
前記比較演算増幅回路から時分割で出力される前記複数の増幅出力信号対の差をそれぞれ2値化することでデジタルデータを取得するデジタルデータ取得部と、
を備えたAD変換回路。 A plurality of sample hold circuits that temporarily hold the levels of the differential analog signal pairs at different timings, and a first signal selection circuit that selects one of the output signal pairs in the hold mode of the plurality of sample hold circuits. A sample hold unit;
A second signal selection circuit that switches a plurality of differential reference signal pairs to be handled in a time-sharing manner, two sets of differential amplifier circuits to which the output signal pair and the differential reference signal pair are input, and the output A comparison operation amplification unit that amplifies a difference between each of the signal pair and the plurality of differential reference signal pairs, and outputs a plurality of amplified output signal pairs in a time-sharing manner;
A digital data acquisition unit for acquiring digital data by binarizing the difference between the plurality of amplified output signal pairs output in a time-sharing manner from the comparison operational amplifier circuit;
An AD conversion circuit comprising:
前記デジタルデータ取得部は、前記増幅出力信号対の差を2値化する2値化部を、前記第3の信号選択回路により分配された前記複数の増幅出力信号対ごとに有する
請求項1に記載のAD変換回路。 A third signal selection circuit for distributing the plurality of amplified output signal pairs separately between the comparison operation amplification unit and the digital data acquisition unit;
The digital data acquisition unit includes a binarization unit that binarizes a difference between the amplified output signal pairs for each of the plurality of amplified output signal pairs distributed by the third signal selection circuit. The AD conversion circuit described.
複数の差動基準信号対を時分割で扱うように切り替える第2の信号選択回路と前記出力信号対と前記差動基準信号対が入力される2組の差動増幅回路を具備し、前記出力信号対と複数の前記差動基準信号対のそれぞれの差を増幅して、複数の増幅出力信号対を時分割で出力する比較演算増幅部と、
複数の前記差動基準信号対について前記比較演算増幅部から時分割で出力される各増幅出力信号対に基づき所定量ずつ位相がずれたP相の折り返された差動信号対を時分割で出力する折返し演算回路と、
前記P相の折り返された差動信号対を各別に分配する第4の信号選択回路および前記第4の信号選択回路により分配された前記P相の折り返された差動信号対を保持する保持回路を具備したサンプルホールド回路と、
前記サンプルホールド回路から出力される前記P相の折り返された差動信号対の差をそれぞれ2値化し、各2値化データに基づいて前記差動アナログ信号対をデジタルデータに変換するデジタルデータ取得部と、
を備えたAD変換回路。 A plurality of sample hold circuits that temporarily hold the levels of the differential analog signal pairs at different timings, and a first signal selection circuit that selects one of the output signal pairs in the hold mode of the plurality of sample hold circuits. A sample hold unit;
A second signal selection circuit that switches a plurality of differential reference signal pairs to be handled in a time-sharing manner, two sets of differential amplifier circuits to which the output signal pair and the differential reference signal pair are input, and the output A comparison operation amplification unit that amplifies a difference between each of the signal pair and the plurality of differential reference signal pairs, and outputs a plurality of amplified output signal pairs in a time-sharing manner;
For the plurality of differential reference signal pairs, a P-phase folded differential signal pair whose phase is shifted by a predetermined amount based on each amplified output signal pair output in a time division manner from the comparison operation amplification unit is output in a time division manner. A folding operation circuit to
A fourth signal selection circuit that distributes the P-phase folded differential signal pair separately and a holding circuit that holds the P-phase folded differential signal pair distributed by the fourth signal selection circuit A sample and hold circuit comprising:
Digital data acquisition for binarizing the difference between the P-phase folded differential signal pairs output from the sample-and-hold circuit and converting the differential analog signal pair to digital data based on each binarized data And
An AD conversion circuit comprising:
前記上位ビット変換部は、複数の差動基準信号対の内の上位mビット側についての増幅出力信号対に基づき折り返された差動信号対を出力する第1の折返し演算回路を具備し、前記第1の折返し演算回路が出力する差動信号対を比較することで上位mビットのグレイコードを生成し、
前記下位ビット変換部は、
それぞれ異なるタイミングで差動アナログ信号対のレベルを一時保持する複数のサンプルホールド回路と前記複数のサンプルホールド回路のホールドモード時の出力信号対の何れかを選択する第1の信号選択回路を具備したサンプルホールド部と、
複数の差動基準信号対を時分割で扱うように切り替える第2の信号選択回路と前記出力信号対と前記差動基準信号対が入力される2組の差動増幅回路を具備し、前記出力信号対と複数の前記差動基準信号対のそれぞれの差を増幅して、複数の増幅出力信号対を時分割で出力する比較演算増幅部と、
複数の前記差動基準信号対について前記比較演算増幅部から時分割で出力される各増幅出力信号対に基づき所定量ずつ位相がずれたP相の折り返された差動信号対を時分割で出力する折返し演算回路と、
前記P相の折り返された差動信号対を各別に分配する第4の信号選択回路および前記第4の信号選択回路により分配された前記P相の折り返された差動信号対を保持する保持回路を具備したサンプルホールド回路と、
前記サンプルホールド回路から出力される前記P相の折り返された差動信号対の差をそれぞれ2値化し、各2値化データに基づいて下位nビットのグレイコードを生成するデジタルデータ取得部と、
を有する
AD変換回路。 An upper bit conversion circuit for converting a differential analog signal pair to an upper m-bit Gray code; and a lower bit conversion circuit for converting the differential analog signal pair to a lower n-bit Gray code, the differential analog signal pair With a digital data acquisition unit that converts
The upper bit conversion unit includes a first folding operation circuit that outputs a differential signal pair folded based on an amplified output signal pair on the upper m bit side of a plurality of differential reference signal pairs, By comparing the differential signal pair output from the first folding operation circuit, an upper m-bit gray code is generated,
The lower bit converter is
A plurality of sample hold circuits that temporarily hold the levels of the differential analog signal pairs at different timings, and a first signal selection circuit that selects one of the output signal pairs in the hold mode of the plurality of sample hold circuits. A sample hold unit;
A second signal selection circuit that switches a plurality of differential reference signal pairs to be handled in a time-sharing manner, two sets of differential amplifier circuits to which the output signal pair and the differential reference signal pair are input, and the output A comparison operation amplification unit that amplifies a difference between each of the signal pair and the plurality of differential reference signal pairs, and outputs a plurality of amplified output signal pairs in a time-sharing manner;
For the plurality of differential reference signal pairs, a P-phase folded differential signal pair whose phase is shifted by a predetermined amount based on each amplified output signal pair output in a time division manner from the comparison operation amplification unit is output in a time division manner. A folding operation circuit to
A fourth signal selection circuit that distributes the P-phase folded differential signal pair separately and a holding circuit that holds the P-phase folded differential signal pair distributed by the fourth signal selection circuit A sample and hold circuit comprising:
A digital data acquisition unit that binarizes the difference between the P-phase folded differential signal pairs output from the sample-and-hold circuit and generates a lower-order n-bit gray code based on each binarized data;
An AD conversion circuit.
前記R×Q相の折り返された差動信号対の差をそれぞれ2値化し、各2値化データに基づいて前記差動アナログ信号対をデジタルデータに変換する
請求項3または4に記載のAD変換回路。 An interpolating unit that generates an R × Q phase folded differential signal pair by interpolating between the P phase folded differential signal pairs at a subsequent stage of the sample hold circuit;
5. The AD according to claim 3, wherein the difference between the R × Q-phase folded differential signal pairs is binarized, and the differential analog signal pair is converted into digital data based on each binarized data. Conversion circuit.
請求項1〜5の内の何れか一項に記載のAD変換回路。 The AD conversion circuit according to any one of claims 1 to 5, wherein each signal selection circuit uses one transistor for each signal.
差動アナログ信号対と複数の差動基準信号対が入力される2組の差動増幅回路と、
を備え、
差動アナログ信号対と複数の差動基準信号対のそれぞれの差を増幅して、前記複数の増幅出力信号対を時分割で出力する
比較演算増幅回路。 A signal selection circuit that switches to handle a plurality of differential reference signal pairs in a time-sharing manner;
Two sets of differential amplifier circuits to which a differential analog signal pair and a plurality of differential reference signal pairs are input;
With
A comparison operation amplification circuit that amplifies a difference between each of the differential analog signal pair and the plurality of differential reference signal pairs and outputs the plurality of amplified output signal pairs in a time division manner.
前記信号選択回路は、前記2組の差動増幅回路のそれぞれにおいて、前記基準信号入力トランジスタの制御入力端側に配置されており、複数の前記差動基準信号対を時分割で切り替える
請求項7に記載の比較演算増幅回路。 Each of the two sets of differential amplifier circuits includes an analog signal input transistor to which the differential analog signal pair is input and a reference signal input transistor to which the plurality of differential reference signal pairs are input in a time division manner Constitutes a differential pair,
8. The signal selection circuit is arranged on the control input end side of the reference signal input transistor in each of the two sets of differential amplifier circuits, and switches the plurality of differential reference signal pairs in a time division manner. The comparative operational amplifier circuit described in 1.
前記信号選択回路は、前記2組の差動増幅回路のそれぞれにおいて、前記複数の基準信号入力トランジスタの動作電流供給端側または前記増幅出力信号対が出力される出力端側に配置されており、前記動作電流の電流経路を時分割で切り替える
請求項7に記載の比較演算増幅回路。 Each of the two sets of differential amplifier circuits includes an analog signal input transistor to which the differential analog signal pair is input and a plurality of reference signal inputs to which the plurality of differential reference signal pairs are separately input. Each of the transistors forms a differential pair,
In each of the two sets of differential amplifier circuits, the signal selection circuit is disposed on an operation current supply end side of the plurality of reference signal input transistors or an output end side on which the amplified output signal pair is output, The comparison operational amplifier circuit according to claim 7, wherein the current path of the operating current is switched in a time division manner.
請求項7〜9の内の何れか一項に記載の比較演算増幅回路。 The circuit scale of the signal selection circuit that time-divides the plurality of differential reference signal pairs can be obtained by using all or a part of the comparison operational amplification circuit for the plurality of differential reference signal pairs by using the signal selection circuit. The comparative operational amplifier circuit according to claim 7, wherein the comparative operational amplifier circuit is smaller than a reduction in circuit scale on the side of the comparative operational amplifier circuit due to common use.
クロック信号に応じて前記差動アナログ信号対のレベルを一時保持する複数のサンプルホールド回路と前記複数のサンプルホールド回路のホールドモード時の出力信号対の何れかを選択する第1の信号選択回路を具備したサンプルホールド部と、
複数の差動基準信号対を時分割で扱うように切り替える第2の信号選択回路と前記出力信号対と前記差動基準信号対が入力される2組の差動増幅回路を具備し、前記出力信号対と複数の前記差動基準信号対のそれぞれの差を増幅して、複数の増幅出力信号対を時分割で出力する比較演算増幅部と、
前記比較演算増幅回路から時分割で出力される前記複数の増幅出力信号対の差をそれぞれ2値化することでデジタルデータを取得するデジタルデータ取得部と
を備えた電子機器。 An analog signal generation unit for generating a differential analog signal pair to be AD converted;
A first signal selection circuit for selecting one of a plurality of sample hold circuits that temporarily hold the level of the differential analog signal pair in accordance with a clock signal and an output signal pair in a hold mode of the plurality of sample hold circuits; A sample hold unit provided;
A second signal selection circuit that switches a plurality of differential reference signal pairs to be handled in a time-sharing manner, two sets of differential amplifier circuits to which the output signal pair and the differential reference signal pair are input, and the output A comparison operation amplification unit that amplifies a difference between each of the signal pair and the plurality of differential reference signal pairs, and outputs a plurality of amplified output signal pairs in a time-sharing manner;
An electronic apparatus comprising: a digital data acquisition unit that acquires digital data by binarizing a difference between the plurality of amplified output signal pairs output in a time-sharing manner from the comparison operational amplifier circuit.
クロック信号に応じて前記差動アナログ信号対のレベルを一時保持する複数のサンプルホールド回路と前記複数のサンプルホールド回路のホールドモード時の出力信号対の何れかを選択する第1の信号選択回路を具備したサンプルホールド部と、
複数の差動基準信号対を時分割で扱うように切り替える第2の信号選択回路と前記出力信号対と前記差動基準信号対が入力される2組の差動増幅回路を具備し、前記出力信号対と複数の前記差動基準信号対のそれぞれの差を増幅して、複数の増幅出力信号対を時分割で出力する比較演算増幅部と、
複数の前記差動基準信号対について前記比較演算増幅部から時分割で出力される各増幅出力信号対に基づき所定量ずつ位相がずれたP相の折り返された差動信号対を時分割で出力する折返し演算回路と、
前記P相の折り返された差動信号対を各別に分配する第4の信号選択回路および前記第4の信号選択回路により分配された前記P相の折り返された差動信号対を保持する保持回路を具備したサンプルホールド回路と、
前記P相の折り返された差動信号対の差をそれぞれ2値化し、各2値化データに基づいて前記差動アナログ信号対をデジタルデータに変換するデジタルデータ取得部と、
を備えた電子機器。 An analog signal generation unit for generating a differential analog signal pair to be AD converted;
A first signal selection circuit for selecting one of a plurality of sample hold circuits that temporarily hold the level of the differential analog signal pair in accordance with a clock signal and an output signal pair in a hold mode of the plurality of sample hold circuits; A sample hold unit provided;
A second signal selection circuit that switches a plurality of differential reference signal pairs to be handled in a time-sharing manner, two sets of differential amplifier circuits to which the output signal pair and the differential reference signal pair are input, and the output A comparison operation amplification unit that amplifies a difference between each of the signal pair and the plurality of differential reference signal pairs, and outputs a plurality of amplified output signal pairs in a time-sharing manner;
For the plurality of differential reference signal pairs, a P-phase folded differential signal pair whose phase is shifted by a predetermined amount based on each amplified output signal pair output in a time division manner from the comparison operation amplification unit is output in a time division manner. A folding operation circuit to
A fourth signal selection circuit that distributes the P-phase folded differential signal pair separately and a holding circuit that holds the P-phase folded differential signal pair distributed by the fourth signal selection circuit A sample and hold circuit comprising:
A digital data acquisition unit that binarizes the difference between the P-phase folded differential signal pairs and converts the differential analog signal pair into digital data based on each binarized data;
With electronic equipment.
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