JP2010251986A - Analog-to-digital converter - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress degradation of performance which is caused by variations in clocks in respective comparators. <P>SOLUTION: An A/D converter 1 includes a plurality of comparators Cmp, and a first switch SWsd which is provided on a common path to supply a reference voltage VCM to the comparators Cmp. One end of a sampling capacity Cc of respective comparators Cmp is applied with an analogue input signal Vin through a second switch SWin during a sampling period, and is applied with a corresponding reference voltage Vref through a third switch SWref during a comparison period. The other end of the sampling capacity Cc is applied with a reference voltage VCM through a fourth switch SWs and common first switch SWsd during the sampling period. Here, during a transition period between the sampling period and comparison period, after the first switch SWsd is turned off, the second and fourth switches SWin and SWref of the comparators Cmp are turned off but the third switch SWref is turned on. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

この発明は、入力されたアナログ信号を複数の参照信号と比較することによってデジタル信号に変換するアナログ/デジタル変換器に関し、たとえば、フラッシュ方式またはサブレンジング方式のアナログ/デジタル変換器に関する。   The present invention relates to an analog / digital converter that converts an input analog signal into a digital signal by comparing it with a plurality of reference signals. For example, the present invention relates to a flash or subranging analog / digital converter.

アナログ/デジタル(A/D:Analog to Digital)変換器の代表例として、フラッシュ方式と呼ばれる並列型のA/D変換器が知られている(たとえば、特開昭60−100833号公報(特許文献1)参照)。フラッシュ方式のA/D変換器においては、アナログ入力信号が、多数の基準レベルと同時に比較される。nビットのデジタル出力を有するA/D変換器の場合には、基準レベルが2のn乗−1個あり、そしてこれと同数の比較器がある。たとえば、8ビットのA/D変換器の場合には、ゼロとフルスケール入力値との間の増分ステップに対応する255個の基準レベルと、255個の比較器とがある。入力信号がこれらの比較器に送られると、入力信号より小さい基準レベルを入力として有している比較器は、たとえば、論理レベル“1”の出力信号を発生する。入力信号より大きい基準レベルを入力として有している比較器は、逆の2進状態である論理レベル“0”の出力信号を発生する。所望のデジタル出力は、個々の比較器の出力の和として与えられる。   As a typical example of an analog / digital (A / D) converter, a parallel A / D converter called a flash method is known (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 60-10000833 (Patent Document). 1)). In a flash A / D converter, an analog input signal is compared simultaneously with a number of reference levels. In the case of an A / D converter having an n-bit digital output, there are 2 n −1 reference levels, and there are the same number of comparators. For example, in the case of an 8-bit A / D converter, there are 255 reference levels corresponding to incremental steps between zero and full scale input values, and 255 comparators. When an input signal is sent to these comparators, a comparator having as input a reference level lower than the input signal generates an output signal of logic level “1”, for example. A comparator having as its input a reference level greater than the input signal generates an output signal of logic level “0” which is the opposite binary state. The desired digital output is given as the sum of the individual comparator outputs.

上記の並列型のA/D変換器の比較器の個数を減らすことを目的として、サブレンジング方式と呼ばれる直並列型のA/D変換器がある(たとえば、特開昭63−299615号公報(特許文献2)参照)。サブレンジング方式のA/D変換器においては、変換を開始するとまず上位ビットが確定する。そして、上位ビットが確定した後に、マトリクススイッチによって下位ビット決定用の比較器群と基準電圧生成用の抵抗ラダーとが接続され、下位ビットの変換が行なわれる。したがって、上位ビットがmビット、下位ビットがnビットの計m+nビットのA/D変換を行なう場合、直並列型のA/D変換器では上位ビット用として2のm乗−1個の比較器が必要であり、下位ビット用として2のn乗−1個の比較器が必要である。2の(m+n)乗−1個の比較器を必要とするm+nビットの並列型のA/D変換器に比べると、少ない数の比較器で済む。   For the purpose of reducing the number of comparators of the parallel type A / D converter, there is a series / parallel type A / D converter called a sub-ranging system (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 63-299615). See Patent Document 2)). In the sub-ranging A / D converter, when the conversion is started, the upper bits are first determined. Then, after the upper bits are determined, the comparator group for determining the lower bits and the resistor ladder for generating the reference voltage are connected by the matrix switch, and the lower bits are converted. Therefore, when performing a total of m + n bits of A / D conversion with m bits for the upper bits and n bits for the lower bits, a series-parallel A / D converter uses 2 m-1 comparators for the upper bits. And 2 n-1 comparators for the lower bits. Compared to an m + n-bit parallel A / D converter that requires 2 (m + n) power-1 comparators, a smaller number of comparators are required.

特開昭60−100833号公報Japanese Patent Laid-Open No. 60-1000083 特開昭63−299615号公報JP-A 63-299615

このように、フラッシュ方式、あるいはサブレンジング方式のA/D変換器を構成する主な要素回路は比較器であり、基本的に数多くの比較器がアレイ状に配置される。これらの比較器は、クロックでその動作が制御される。この場合、クロックは比較器のアレイ中を縦断した配線によって各比較器に供給されるため、クロック配線の寄生抵抗および寄生容量によるクロックの遅延が大きい。また、比較器内部のスイッチ素子の特性ばらつきによってスイッチがオンまたはオフするタイミングがばらつくこともある。   As described above, the main element circuit constituting the flash or sub-ranging A / D converter is a comparator, and a large number of comparators are basically arranged in an array. The operation of these comparators is controlled by a clock. In this case, since the clock is supplied to each comparator through a wiring that runs through the array of comparators, the clock delay is large due to the parasitic resistance and parasitic capacitance of the clock wiring. In addition, the timing at which the switch is turned on or off may vary due to variations in the characteristics of the switch elements inside the comparator.

A/D変換器のアナログ入力信号は全比較器に共通に印加されるが、その際、クロックのタイミングがばらつくと、各比較器で入力信号をサンプルするタイミングがばらつくことなる。この結果、サンプルされた信号間に誤差が生じ、その誤差はそのままA/D変換器の誤差となってA/D変換器の性能を劣化させる。   The analog input signal of the A / D converter is commonly applied to all the comparators. At this time, if the clock timing varies, the timing at which the input signal is sampled by each comparator varies. As a result, an error occurs between the sampled signals, and the error becomes an error of the A / D converter as it is, and degrades the performance of the A / D converter.

この発明の目的は、並列動作する複数の比較器が設けられたA/D変換器において、各比較器におけるクロックのばらつきに起因した性能の劣化を抑制することである。   An object of the present invention is to suppress performance deterioration due to clock variation in each comparator in an A / D converter provided with a plurality of comparators operating in parallel.

この発明の一実施の形態によれば、複数の第1の参照電圧を生成する参照電圧生成回路と、複数の第1の参照電圧にそれぞれ対応する複数の比較器と、第1のスイッチとを備えたアナログ/デジタル変換器が提供される。各比較器は、対応の第1の参照電圧、デジタル変換すべき第1のアナログ電圧信号、および共通の基準電圧を受ける。第1のスイッチは、基準電圧を複数の比較器の各々に供給する共通の経路上に設けられ、サンプル期間に導通状態であり、比較期間に非導通状態であり、サンプル期間と比較期間との間の移行期間に導通状態から非導通状態に切替わる。ここで、各比較器は、第2〜第4のスイッチと、第1の容量素子と、増幅器とを含む。第2および第3のスイッチは、サンプル期間に導通状態であり、比較期間に非導通状態であり、移行期間に第1のスイッチが非導通状態になった後に非導通状態になる。第4のスイッチは、サンプル期間に非導通状態であり、比較期間に導通状態であり、移行期間に第1のスイッチが非導通状態になった後に導通状態になる。第1の容量素子は、一端に、第2のスイッチが導通状態のときに第1のアナログ電圧信号を受けるとともに第4のスイッチが導通状態のときに対応の第1の参照電圧を受け、他端に、第3のスイッチが導通状態のときに基準電圧を受ける。増幅器には、比較期間に第1の容量素子の他端の電圧が入力される。   According to one embodiment of the present invention, a reference voltage generation circuit that generates a plurality of first reference voltages, a plurality of comparators respectively corresponding to the plurality of first reference voltages, and a first switch are provided. An analog / digital converter is provided. Each comparator receives a corresponding first reference voltage, a first analog voltage signal to be digitally converted, and a common reference voltage. The first switch is provided on a common path for supplying a reference voltage to each of the plurality of comparators, is in a conductive state in the sample period, is in a non-conductive state in the comparison period, and is connected between the sample period and the comparison period. During the transition period, the conductive state is switched to the non-conductive state. Here, each comparator includes second to fourth switches, a first capacitive element, and an amplifier. The second and third switches are conductive during the sample period, are non-conductive during the comparison period, and are non-conductive after the first switch is non-conductive during the transition period. The fourth switch is non-conductive during the sample period, is conductive during the comparison period, and is conductive after the first switch is non-conductive during the transition period. The first capacitor element receives, at one end, a first analog voltage signal when the second switch is in a conductive state and a corresponding first reference voltage when the fourth switch is in a conductive state. At the end, the reference voltage is received when the third switch is in a conducting state. The amplifier receives the voltage at the other end of the first capacitor during the comparison period.

この実施の形態によれば、各比較器のスイッチの上位の階層に共通の第1のスイッチを設け、その第1スイッチによってデジタル変換すべき第1のアナログ電圧信号のサンプリングのタイミングが決定される。この結果、全比較器のサンプルタイミングが揃うので、各比較器におけるクロックのばらつきに起因する性能の劣化を抑制することができる。   According to this embodiment, a common first switch is provided in the upper hierarchy of the switches of each comparator, and the sampling timing of the first analog voltage signal to be digitally converted is determined by the first switch. . As a result, since the sample timings of all the comparators are aligned, it is possible to suppress the performance deterioration due to the clock variation in each comparator.

この発明の実施の形態1によるA/D変換器1の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the A / D converter 1 by Embodiment 1 of this invention. 図1のコンパレータアレイ10の構成を示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a configuration of a comparator array 10 in FIG. 1. 図2の各コンパレータCmp_iの動作を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of each comparator Cmp_i in FIG. 2. 内部クロック信号φ1d,φ1,φ2のタイミング図である。FIG. 6 is a timing diagram of internal clock signals φ1d, φ1, and φ2. 図3の増幅器Amp_iの入出力特性を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating input / output characteristics of an amplifier Amp_i in FIG. 3. 従来のA/D変換器におけるサンプルタイミングのばらつきを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the dispersion | variation in the sample timing in the conventional A / D converter. A/D変換器1のサンプルタイミングを説明するための図である。4 is a diagram for explaining sample timing of the A / D converter 1; FIG. この発明の実施の形態2によるA/D変換器2の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the A / D converter 2 by Embodiment 2 of this invention. 図8の各コンパレータCmp_iの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of each comparator Cmp_i of FIG. 図9の増幅器Amp_iの入出力特性を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating input / output characteristics of the amplifier Amp_i in FIG. 9. この発明の実施の形態3によるA/D変換器3の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the A / D converter 3 by Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態4によるA/D変換器4の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the A / D converter 4 by Embodiment 4 of this invention. この発明の実施の形態5によるA/D変換器5の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the A / D converter 5 by Embodiment 5 of this invention. 図13のラダー抵抗21の構成の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of a structure of the ladder resistance 21 of FIG. 図13の各クロック信号およびサブA/D変換器の動作を示すタイミング図である。FIG. 14 is a timing chart showing the operation of each clock signal and sub A / D converter of FIG. 13. ある仕様のデジタル制御電源用のマイクロコントローラ30のブロック図である。It is a block diagram of the microcontroller 30 for a digital control power supply of a certain specification. ある仕様のHDD用の信号処理装置50のブロック図である。It is a block diagram of the signal processing apparatus 50 for HDD of a certain specification.

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.

[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態1によるA/D変換器1の構成を示すブロック図である。図1を参照して、A/D変換器1は、n個のコンパレータ(比較器)Cmp_1〜Cmp_nがアレイ状に配置されたコンパレータアレイ10と、参照電圧生成回路11と、内部クロック生成回路12と、プリエンコーダ14と、エンコーダ15と、スイッチSWsd(第1のスイッチ)とを含む。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an A / D converter 1 according to Embodiment 1 of the present invention. Referring to FIG. 1, an A / D converter 1 includes a comparator array 10 in which n comparators (comparators) Cmp_1 to Cmp_n are arranged in an array, a reference voltage generation circuit 11, and an internal clock generation circuit 12. And a pre-encoder 14, an encoder 15, and a switch SWsd (first switch).

A/D変換器1は、アナログ入力信号Vinをデジタル変換することによって、mビットのデジタルコードD_1〜D_mを生成するフラッシュ方式のA/D変換器である。mビットの分解能を実現するために、コンパレータアレイ10はn個(n=2のm乗−1)のコンパレータCmp_1〜Cmp_n(総称するとき、または不特定のものを示すときコンパレータCmpとも称する。)を含む。   The A / D converter 1 is a flash A / D converter that generates m-bit digital codes D_1 to D_m by digitally converting an analog input signal Vin. In order to realize m-bit resolution, the comparator array 10 includes n (n = 2 to the power of m-1) comparators Cmp_1 to Cmp_n (also collectively referred to as comparators Cmp when generically referred to or unspecified). including.

なお、通常、電源やグランドからのノイズの影響を低減するために、A/D変換器には差動のアナログ入力信号が入力され、各コンパレータCmpは差動の信号を扱う構成となっている。しかし、以下では、この発明の構成を簡単化して示すために、単一のアナログ入力信号Vinが入力される場合を説明する。差動構成のA/D変換器については、実施の形態2で説明する。   Normally, in order to reduce the influence of noise from the power supply and ground, a differential analog input signal is input to the A / D converter, and each comparator Cmp is configured to handle a differential signal. . However, in the following, in order to simplify the configuration of the present invention, a case where a single analog input signal Vin is input will be described. A differential A / D converter will be described in the second embodiment.

図1の参照電圧生成回路11は、直列接続されたn+1個の抵抗素子R_1〜R_n+1を含み、外部電源電圧(上限電圧:VRT、下限電圧:VRB)を等分割して、一定のステップ幅ごとにn個の参照電圧Vref_1〜Vref_nを出力する。参照電圧Vref_1〜Vref_n(総称するとき、または不特定のものを示すとき参照電圧Vrefとも称する。)は、それぞれコンパレータCmp_1〜Cmp_nに対応する。   The reference voltage generation circuit 11 of FIG. 1 includes n + 1 resistance elements R_1 to R_n + 1 connected in series, and equally divides the external power supply voltage (upper limit voltage: VRT, lower limit voltage: VRB) for each constant step width. N reference voltages Vref_1 to Vref_n are output. Reference voltages Vref_1 to Vref_n (also collectively referred to as reference voltage Vref when indicating generically or indicating an unspecified one) correspond to comparators Cmp_1 to Cmp_n, respectively.

各コンパレータCmpは、アナログ入力信号Vinをサンプリングし、サンプリングしたアナログ入力信号Vinと対応の参照電圧Vrefとの大小比較を行なう。大小比較の結果は、信号SC_1〜SC_n(総称するとき、または不特定のものを示すとき信号SCと称する。)として、コンパレータCmp_1〜Cmp_nからそれぞれ出力される。   Each comparator Cmp samples the analog input signal Vin and compares the sampled analog input signal Vin with a corresponding reference voltage Vref. The result of the size comparison is output from each of the comparators Cmp_1 to Cmp_n as signals SC_1 to SC_n (when collectively referred to as a signal SC when indicating an unspecified one).

たとえば、任意の第i番目(iは1以上n以下の整数)のコンパレータCmp_iは、入力信号Vinが参照電圧Vref_iを超えたときHレベルの信号SC_iを出力し、入力信号Vinが参照電圧Vref_i以下のときLレベルの信号SC_iを出力するものとする。この場合、入力信号Vinの大きさが第z番目の参照電圧Vref_zより大きく第z+1番目の参照電圧Vref_z+1より小さい範囲にあるとすれば、第1〜z番目のコンパレータCmpの出力信号SCは全てHレベルであり、第z+1〜n番目のコンパレータCmpの出力信号SCは全てLレベルである。このように、コンパレータアレイ10の出力信号SC_1〜SC_nは、入力信号レベルに対応した信号SCまで1が連続し、その後、0が連続するパターンとなっており、いわゆる温度計コードと呼ばれる。   For example, an arbitrary i-th (i is an integer of 1 to n) comparator Cmp_i outputs an H-level signal SC_i when the input signal Vin exceeds the reference voltage Vref_i, and the input signal Vin is equal to or less than the reference voltage Vref_i. In this case, an L level signal SC_i is output. In this case, if the magnitude of the input signal Vin is larger than the zth reference voltage Vref_z and smaller than the z + 1th reference voltage Vref_z + 1, all the output signals SC of the first to zth comparators Cmp are H The output signals SC of the (z + 1) -th to n-th comparators Cmp are all at the L level. Thus, the output signals SC_1 to SC_n of the comparator array 10 have a pattern in which 1 continues to the signal SC corresponding to the input signal level, and thereafter 0 continues, and is called a so-called thermometer code.

内部クロック生成回路12は、外部クロックCLKを受けて、各コンパレータCmpのサンプリングおよび信号比較のタイミングを制御するために用いられる内部クロック信号φ1,φ2,φ1dを生成する。内部クロック信号φ1,φ2はコンパレータアレイ10に出力され、内部クロック信号φ1dはスイッチSWsdに出力される。   The internal clock generation circuit 12 receives the external clock CLK and generates internal clock signals φ1, φ2, and φ1d that are used to control the timing of sampling and signal comparison of each comparator Cmp. Internal clock signals φ1 and φ2 are output to comparator array 10, and internal clock signal φ1d is output to switch SWsd.

スイッチSWsdは、基準電圧VCMを各比較器Cmpに供給する共通の経路上に設けられる。スイッチSWsdとして、たとえば、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)が用いられる。実施の形態1では、スイッチSWsdを制御する内部クロック信号φ1dがHレベルのときスイッチSWsdは導通状態(オン状態)になり、内部クロック信号φ1dがLレベルのときスイッチSWsdは非導通状態(オフ状態)になるものとする。スイッチSWsdの機能については、図3、図4を参照して後述する。   The switch SWsd is provided on a common path for supplying the reference voltage VCM to each comparator Cmp. As the switch SWsd, for example, a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) is used. In the first embodiment, when the internal clock signal φ1d for controlling the switch SWsd is at the H level, the switch SWsd is in the conductive state (on state), and when the internal clock signal φ1d is at the L level, the switch SWsd is in the nonconductive state (off state). ). The function of the switch SWsd will be described later with reference to FIGS.

プリエンコーダ14は、コンパレータアレイ10から出力された温度計コードによる信号SC_1〜SC_nを演算して新たな信号SP_1〜SP_nを生成する。具体的には、第z番目までのコンパレータアレイ10からの出力信号SC_1〜SC_zがHレベルであり、第z+1番目以降の出力信号SC_z+1〜SC_nがLレベルのとき、プリエンコーダ14の第z番目の出力信号SP_zはHレベルとなり、それ以外の出力信号がLレベルとなる。   The pre-encoder 14 calculates signals SC_1 to SC_n based on the thermometer code output from the comparator array 10 to generate new signals SP_1 to SP_n. Specifically, when the output signals SC_1 to SC_z from the z-th comparator array 10 are at the H level and the z + 1-th and subsequent output signals SC_z + 1 to SC_n are at the L level, the z-th output of the pre-encoder 14 is reached. The output signal SP_z becomes H level, and the other output signals become L level.

エンコーダ15は、プリエンコーダ14の出力信号SP_1〜SP_nに対応するmビットのデジタルコードD_1〜D_mを出力する。なお、この明細書では、プリエンコーダ14とエンコーダ15とをまとめて演算回路13と称する。   The encoder 15 outputs m-bit digital codes D_1 to D_m corresponding to the output signals SP_1 to SP_n of the pre-encoder 14. In this specification, the pre-encoder 14 and the encoder 15 are collectively referred to as an arithmetic circuit 13.

以下、コンパレータアレイ10の構成についてさらに詳しく説明する。
図2は、図1のコンパレータアレイ10の構成を示す回路図である。図2を参照して、各コンパレータCmp_i(以下、iは1以上n以下の整数)は、サンプリング容量Cc_i(第1の容量素子)と、スイッチSWin_i(第2のスイッチ)と、スイッチSWs_i(第3のスイッチ)と、スイッチSWref_i(第4のスイッチ)と、増幅器Amp_iと、ラッチ回路Lch_iとを含む。サンプリング容量Cc_iおよび3個のスイッチSWin_i,SWref_i,SWs_iによって容量部CA_iが構成される。
Hereinafter, the configuration of the comparator array 10 will be described in more detail.
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of the comparator array 10 of FIG. Referring to FIG. 2, each comparator Cmp_i (hereinafter, i is an integer from 1 to n) includes a sampling capacitor Cc_i (first capacitor element), a switch SWin_i (second switch), and a switch SWs_i (first switch). 3 switches), a switch SWref_i (fourth switch), an amplifier Amp_i, and a latch circuit Lch_i. The sampling capacitor Cc_i and the three switches SWin_i, SWref_i, and SWs_i constitute a capacitor unit CA_i.

スイッチSWin_i,SWref_i,SWs_iとして、たとえばMOSFETを用いることができる。スイッチSWin_i,SWs_iのスイッチングは、内部クロック信号φ1によって制御される。実施の形態1の場合、内部クロック信号φ1がHレベルのときスイッチSWin_i,SWs_iがオン状態になり、内部クロック信号φ1がLレベルのときスイッチSWin_i,SWs_iがオフ状態になる。また、スイッチSWref_iのスイッチングは、内部クロック信号φ2によって制御される。実施の形態1の場合、内部クロック信号φ2がHレベルのときスイッチSWref_iがオン状態になり、内部クロック信号φ2がLレベルのときスイッチSWref_iがオフ状態になる。   As the switches SWin_i, SWref_i, and SWs_i, for example, MOSFETs can be used. Switching of the switches SWin_i and SWs_i is controlled by an internal clock signal φ1. In the first embodiment, the switches SWin_i and SWs_i are turned on when the internal clock signal φ1 is at the H level, and the switches SWin_i and SWs_i are turned off when the internal clock signal φ1 is at the L level. The switching of the switch SWref_i is controlled by the internal clock signal φ2. In the first embodiment, the switch SWref_i is turned on when the internal clock signal φ2 is at the H level, and the switch SWref_i is turned off when the internal clock signal φ2 is at the L level.

各コンパレータCmp_iにおいて、スイッチSWin_iは、アナログ入力信号Vinの共通の入力ノードとサンプリング容量Cc_iの入力側の端子(ノードNC_i)との間に接続される。したがって、コンパレータCmp_iのノードNC_iには、スイッチSWin_iがオン状態のときに共通のアナログ入力信号Vinが入力される。   In each comparator Cmp_i, the switch SWin_i is connected between a common input node of the analog input signal Vin and a terminal (node NC_i) on the input side of the sampling capacitor Cc_i. Therefore, the common analog input signal Vin is input to the node NC_i of the comparator Cmp_i when the switch SWin_i is in the ON state.

また、各コンパレータCmp_iにおいて、スイッチSWref_iは、図1の参照電圧生成回路11の出力ノードのうち対応する参照電圧Vref_iの出力ノードとサンプリング容量Cc_iの入力側の端子(ノードNC_i)との間に接続される。したがって、コンパレータCmp_iのノードNC_iには、スイッチSWref_iがオン状態のときに対応の参照電圧Vref_iが入力される。   In each comparator Cmp_i, the switch SWref_i is connected between the output node of the corresponding reference voltage Vref_i among the output nodes of the reference voltage generation circuit 11 of FIG. 1 and the input side terminal (node NC_i) of the sampling capacitor Cc_i. Is done. Therefore, the corresponding reference voltage Vref_i is input to the node NC_i of the comparator Cmp_i when the switch SWref_i is on.

各コンパレータCmp_iにおいて、スイッチSWs_iは、基準電圧VCMをコンパレータCmp_1〜Cmp_nに供給する配線Lcとサンプリング容量Cc_iの出力側の端子(ノードNA_i)との間に接続される。ここで、基準電圧VCMをコンパレータCmp_1〜Cmp_nに供給する共通の経路上には、スイッチSWsdが設けられる。したがって、コンパレータCmp_iのノードNA_iには、共通のスイッチSWsdとコンパレータCmp_iごとに設けられたスイッチSWs_iとが両方ともオン状態のときに基準電圧VCMが入力される。   In each comparator Cmp_i, the switch SWs_i is connected between a wiring Lc that supplies the reference voltage VCM to the comparators Cmp_1 to Cmp_n and a terminal (node NA_i) on the output side of the sampling capacitor Cc_i. Here, a switch SWsd is provided on a common path for supplying the reference voltage VCM to the comparators Cmp_1 to Cmp_n. Therefore, the reference voltage VCM is input to the node NA_i of the comparator Cmp_i when both the common switch SWsd and the switch SWs_i provided for each comparator Cmp_i are on.

増幅器Amp_iは、ノードNA_iの電圧を増幅してラッチ回路Lch_nに出力する。実施の形態1の場合、増幅器Amp_iは、入力電圧が閾値電圧を超える場合はLレベルの電圧を出力し、閾値電圧以下の場合にはHレベルの電圧を出力する反転増幅回路である。   The amplifier Amp_i amplifies the voltage at the node NA_i and outputs it to the latch circuit Lch_n. In the case of the first embodiment, the amplifier Amp_i is an inverting amplifier circuit that outputs an L level voltage when the input voltage exceeds the threshold voltage, and outputs an H level voltage when the input voltage is lower than the threshold voltage.

ラッチ回路Lch_iは、所定の時間、増幅器Amp_iの出力を保持する回路である。ラッチ回路Lch_iの出力は、前述の出力信号SC_iとして、演算回路13に入力される。   The latch circuit Lch_i is a circuit that holds the output of the amplifier Amp_i for a predetermined time. The output of the latch circuit Lch_i is input to the arithmetic circuit 13 as the output signal SC_i described above.

次に、コンパレータCmp_iの動作について説明する。
図3は、図2の各コンパレータCmp_iの動作を説明するための図である。図3に示すように、以下の説明では、ノードNA_iの寄生容量Cs_iも考慮する。
Next, the operation of the comparator Cmp_i will be described.
FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of each comparator Cmp_i in FIG. As shown in FIG. 3, in the following description, the parasitic capacitance Cs_i of the node NA_i is also considered.

図4は、内部クロック信号φ1d,φ1,φ2のタイミング図である。
図3、図4を参照して、まず、時刻t1で内部クロック信号φ2がLレベルになり、続く時刻t2で内部クロック信号φ1d,φ1が共にHレベルになる。この結果、スイッチSWin_i,SWs_iおよびスイッチSWsdがオン状態になるので、サンプリング容量Cc_iの入力側の端子(ノードNC_i)にアナログ入力信号Vinが印加され、出力側の端子(ノードNA_i)に基準電圧VCMが印加される。内部クロック信号φ2がLレベルであり、内部クロック信号φ1d,φ1が共にHレベルである状態は、次の時刻t3まで続く。この時刻t2から時刻t3までの期間がアナログ入力信号Vinをサンプリングするサンプル期間である。
FIG. 4 is a timing diagram of internal clock signals φ1d, φ1, and φ2.
Referring to FIGS. 3 and 4, first, internal clock signal φ2 becomes L level at time t1, and both internal clock signals φ1d and φ1 become H level at subsequent time t2. As a result, the switches SWin_i and SWs_i and the switch SWsd are turned on, so that the analog input signal Vin is applied to the input side terminal (node NC_i) of the sampling capacitor Cc_i, and the reference voltage VCM is applied to the output side terminal (node NA_i). Is applied. The state where the internal clock signal φ2 is at the L level and the internal clock signals φ1d and φ1 are both at the H level continues until the next time t3. A period from time t2 to time t3 is a sample period for sampling the analog input signal Vin.

サンプル期間には、サンプリング容量Cc_iの出力側の端子(ノードNA_i)に、次式(1)に示す電荷Q_a_iが蓄積される。ただし、次式(1)において、サンプリング容量Cc_iの容量値をCcとし、ノードNA_iの寄生容量Cs_iの容量値をCsとしている。   In the sample period, the charge Q_a_i represented by the following formula (1) is accumulated in the output side terminal (node NA_i) of the sampling capacitor Cc_i. However, in the following equation (1), the capacitance value of the sampling capacitor Cc_i is Cc, and the capacitance value of the parasitic capacitance Cs_i of the node NA_i is Cs.

Q_a_i = Cc × (VCM − Vin) + Cs × VCM …(1)
時刻t3で、内部クロック信号φ1よりも先に内部クロック信号φ1dがLレベルに変化する。この結果、全コンパレータCmp_1〜Cmp_nのサンプリング容量Cc_1〜Cc_nが共通配線Lcに接続されたまま、各コンパレータCmp_iのノードNA_iがハイインピーダンス状態となる。各コンパレータCmp_iのノードNA_iでは、この直前に印加されている入力信号Vinに応じた電荷Q_a_iが保持される。すなわち、このタイミングで、アナログ入力信号Vinがサンプルされる。
Q_a_i = Cc × (VCM − Vin) + Cs × VCM… (1)
At time t3, the internal clock signal φ1d changes to the L level before the internal clock signal φ1. As a result, the node NA_i of each comparator Cmp_i is in a high impedance state while the sampling capacitors Cc_1 to Cc_n of all the comparators Cmp_1 to Cmp_n are connected to the common line Lc. At the node NA_i of each comparator Cmp_i, the charge Q_a_i corresponding to the input signal Vin applied immediately before this is held. That is, the analog input signal Vin is sampled at this timing.

次の時刻t4で、内部クロック信号φ1がLレベルに変化することによって、スイッチSWin_i,スイッチSWs_iがオフ状態になる。引き続いて時刻t5に、内部クロック信号φ2がHレベルに変化することによって、スイッチSWref_iがオン状態になる。この結果、サンプリング容量Cc_iの入力側の端子(ノードNC_i)に対応の参照電圧Vref_iが印加される。内部クロック信号φ1d,φ1がLレベルであり、内部クロック信号φ2がHレベルとなる期間は時刻t6まで続き、この時刻t5からt6までの期間が比較期間である。また、時刻t3から時刻t5までがサンプル期間と比較期間との間の移行期間である。   At the next time t4, the internal clock signal φ1 changes to the L level, so that the switches SWin_i and SWs_i are turned off. Subsequently, at time t5, the internal clock signal φ2 changes to the H level, so that the switch SWref_i is turned on. As a result, the corresponding reference voltage Vref_i is applied to the input terminal (node NC_i) of the sampling capacitor Cc_i. The period in which the internal clock signals φ1d and φ1 are at the L level and the internal clock signal φ2 is at the H level continues until time t6, and the period from time t5 to t6 is the comparison period. Further, the period from time t3 to time t5 is a transition period between the sample period and the comparison period.

比較期間では、ノードNA_iに、時刻t3の直前に印加された入力信号Vinに応じた電荷Q_a_iが保持されている。したがって、ノードNA_iの電圧V_a_iと電荷Q_a_iとは、次式(2)の関係がある。   In the comparison period, the charge Q_a_i corresponding to the input signal Vin applied immediately before time t3 is held in the node NA_i. Therefore, the voltage V_a_i of the node NA_i and the charge Q_a_i have the relationship of the following equation (2).

Q_a_i = Cc × (V_a_i − Vref_i) + Cs × V_a_i …(2)
上式(1)、(2)からノードNA_iの電圧V_a_iは、次式(3)のような値となる。
Q_a_i = Cc × (V_a_i − Vref_i) + Cs × V_a_i… (2)
From the above equations (1) and (2), the voltage V_a_i of the node NA_i has a value as in the following equation (3).

V_a_i = VCM + Cc/(Cc+Cs)×(Vref_i−Vin) …(3)
増幅器Amp_iは、比較期間に、上式(3)で表わされる電圧V_a_iを増幅する。ここで、実施の形態1の場合、上式(3)の基準電圧VCMは、増幅器Amp_iの閾値電圧に等しく設定される。
V_a_i = VCM + Cc / (Cc + Cs) x (Vref_i-Vin) (3)
The amplifier Amp_i amplifies the voltage V_a_i expressed by the above equation (3) during the comparison period. Here, in the case of the first embodiment, the reference voltage VCM of the above equation (3) is set equal to the threshold voltage of the amplifier Amp_i.

図5は、図3の増幅器Amp_iの入出力特性を示す図である。図5を参照して、増幅器Amp_iの入力電圧IN_iが基準電圧VCMに等しいとき、増幅器Amp_iの出力電圧OUT_iはHレベルとLレベルの間の中立の電圧Vmになる。言替えると、出力電圧OUT_iが中立の電圧Vmになるように基準電圧VCMが増幅器Amp_iの閾値電圧に設定される。そして、入力電圧IN_iが基準電圧VCMを超えると出力電圧OUT_iはVmより小さいLレベル(“L”とも記載する)になり、入力電圧IN_iが基準電圧VCM未満の場合、出力電圧OUT_iはVmより大きいHレベル(“H”とも記載する)になる。   FIG. 5 is a diagram illustrating input / output characteristics of the amplifier Amp_i in FIG. Referring to FIG. 5, when the input voltage IN_i of the amplifier Amp_i is equal to the reference voltage VCM, the output voltage OUT_i of the amplifier Amp_i becomes a neutral voltage Vm between the H level and the L level. In other words, the reference voltage VCM is set to the threshold voltage of the amplifier Amp_i so that the output voltage OUT_i becomes the neutral voltage Vm. When the input voltage IN_i exceeds the reference voltage VCM, the output voltage OUT_i becomes L level (also referred to as “L”) smaller than Vm. When the input voltage IN_i is less than the reference voltage VCM, the output voltage OUT_i is larger than Vm. H level (also described as “H”).

図3の増幅器Amp_iおよびラッチ回路Lch_iは、基準電圧VCMを基準としてノードNA_iの電圧がそれより大きいか小さいかに応じて、LレベルまたはHレベルの出力信号SC_iを出力する。したがって、上式(3)から明らかなように、
Vref_i < Vinの場合、SC_i = “H” …(4)
Vref_i > Vinの場合、SC_i = “L” …(5)
となる。
The amplifier Amp_i and the latch circuit Lch_i in FIG. 3 output an L-level or H-level output signal SC_i depending on whether the voltage at the node NA_i is higher or lower than the reference voltage VCM. Therefore, as is clear from the above equation (3),
When Vref_i <Vin, SC_i = “H” (4)
When Vref_i> Vin, SC_i = “L” (5)
It becomes.

再び図3、図4を参照して、ラッチ回路Lch_iは、比較期間が終了する時刻t6の直前に増幅器Amp_iの出力を保持する。時刻t6以降の手順は、時刻t1以降と同じである。   Referring to FIGS. 3 and 4 again, latch circuit Lch_i holds the output of amplifier Amp_i immediately before time t6 when the comparison period ends. The procedure after time t6 is the same as that after time t1.

次に、従来技術と比較した場合の実施の形態1のA/D変換器1の効果について説明する。   Next, the effect of the A / D converter 1 of Embodiment 1 when compared with the prior art will be described.

従来技術のA/D変換器の場合には、図3のスイッチSWsdが設けられていない。そこで、従来のA/D変換器の場合、サンプル期間から比較期間に移行する移行期間のとき、図3の各コンパレータCmp_iでは、スイッチSWs_i(iは1以上n以下の整数)がスイッチSWin_iよりも先にオフ状態になるように制御される。この制御のため、スイッチSWs_i用の内部クロック信号が、スイッチSWin_i用の内部クロック信号よりも先にHレベルからLレベルに変化する。あるいは、図4に示す内部クロック信号φ1dによってスイッチSWs_iが制御され、内部クロック信号φ1によって、スイッチSWin_iが制御されると考えてもよい。   In the case of a conventional A / D converter, the switch SWsd of FIG. 3 is not provided. Therefore, in the case of the conventional A / D converter, in each comparator Cmp_i in FIG. 3, the switch SWs_i (i is an integer of 1 to n) is more than the switch SWin_i in the transition period in which the sample period shifts to the comparison period. It is controlled so as to be turned off first. Due to this control, the internal clock signal for the switch SWs_i changes from the H level to the L level before the internal clock signal for the switch SWin_i. Alternatively, it may be considered that the switch SWs_i is controlled by the internal clock signal φ1d shown in FIG. 4 and the switch SWin_i is controlled by the internal clock signal φ1.

スイッチSWs_iがオフ状態になることによって、各コンパレータCmp_iのノードNA_iがハイインピーダンス状態となるので、直前に印加されている入力信号Vinに応じた電荷Q_a_iがサンプリング容量Cc_iに保持される。すなわち、このタイミングで、アナログ入力信号Vinがサンプルされる。   When the switch SWs_i is turned off, the node NA_i of each comparator Cmp_i enters a high impedance state, and thus the charge Q_a_i corresponding to the input signal Vin applied immediately before is held in the sampling capacitor Cc_i. That is, the analog input signal Vin is sampled at this timing.

理想的には、各コンパレータCmp_iに供給される内部クロック信号の“H”から“L”への変化タイミングは全て共通となるはずである。しかし実際には、クロック配線の寄生抵抗や寄生容量によってクロックに遅延が発生する。さらに、各コンパレータCmp_iのスイッチSWs_iを構成するMOSトランジスタ素子の閾値Vthのばらつきによっても、各コンパレータCmp_iにおけるサンプリングのタイミングがずれる。   Ideally, all the timings at which the internal clock signal supplied to each comparator Cmp_i changes from “H” to “L” should be common. However, in reality, a delay occurs in the clock due to the parasitic resistance and parasitic capacitance of the clock wiring. Furthermore, the sampling timing in each comparator Cmp_i also shifts due to variations in the threshold value Vth of the MOS transistor elements constituting the switch SWs_i of each comparator Cmp_i.

図6は、従来のA/D変換器におけるサンプルタイミングのばらつきを説明するための図である。図6を参照して、スイッチSWin_iを制御する内部クロック信号のタイミングが第x番目のコンパレータCmp_x(時刻t11)と第y番目のコンパレータCmp_y(時刻t12)でΔtだけずれると、その時間差の間にアナログ入力信号Vinは変化してしまう。結果として第x番目のコンパレータCmp_xでサンプルされるアナログ信号Vin_xと第y番目のコンパレータCmp_yでサンプルされるアナログ信号Vin_yとには誤差Verrが生じる。時間差Δtが大きいほど、または、アナログ入力信号Vinの周波数が大きいほど誤差Verrは大きくなる。   FIG. 6 is a diagram for explaining variation in sample timing in a conventional A / D converter. Referring to FIG. 6, when the timing of the internal clock signal for controlling the switch SWin_i is shifted by Δt between the x-th comparator Cmp_x (time t11) and the y-th comparator Cmp_y (time t12), The analog input signal Vin changes. As a result, an error Verr occurs between the analog signal Vin_x sampled by the xth comparator Cmp_x and the analog signal Vin_y sampled by the yth comparator Cmp_y. The error Verr increases as the time difference Δt increases or as the frequency of the analog input signal Vin increases.

各コンパレータCmp_iではサンプル時に発生したこの誤差を含んだまま、次の比較動作を行うため誤差はそのままコンパレータCmp_iの出力信号SC_iに影響する。したがって、その出力信号SC_iを用いて演算回路13から出力されるデジタルコードD_1〜D_mには大きな誤差が含まれることとなり、A/D変換器の性能が大幅に劣化することになる。このような誤差の特性から、高速または高精度のA/D変換器になるほど、従来のA/D変換器では精度劣化が大きい。   Since each comparator Cmp_i performs the next comparison operation while including this error generated at the time of sampling, the error directly affects the output signal SC_i of the comparator Cmp_i. Therefore, a large error is included in the digital codes D_1 to D_m output from the arithmetic circuit 13 using the output signal SC_i, and the performance of the A / D converter is greatly deteriorated. Due to such error characteristics, as the A / D converter becomes faster or more accurate, the accuracy degradation of the conventional A / D converter becomes larger.

フラッシュ方式やサブレンジング方式ではコンパレータアレイの規模が他の方式に比べて大きいため、内部クロック信号の配線が長くなり、寄生抵抗と寄生容量が増えて遅延が大きくなる。たとえ、配線長を短くすることができたとしても、スイッチを構成するトランジスタの閾値Vthのばらつきは製造装置によって決まるため下限があり、クロックの遅延を無くすことは不可能である。したがって、複数のコンパレータでサンプル動作を行なうフラッシュ方式やサブレンジング方式では、このサンプルタイミングのばらつきの問題は避けられない。   In the flash method and the sub-ranging method, the scale of the comparator array is larger than in other methods, so that the wiring of the internal clock signal becomes longer, the parasitic resistance and the parasitic capacitance increase, and the delay increases. Even if the wiring length can be shortened, the variation in the threshold value Vth of the transistors constituting the switch is determined by the manufacturing apparatus, so there is a lower limit, and it is impossible to eliminate the clock delay. Therefore, in the flash method or sub-ranging method in which the sample operation is performed by a plurality of comparators, this problem of variation in sample timing is unavoidable.

これに対して、実施の形態1のA/D変換器1の場合、全コンパレータCmpでは、内部クロック信号φ1dによってサンプルのタイミングが決まる。この内部クロック信号φ1dによって制御されるスイッチSWsdは1箇所にしか存在しない。このため、クロック配線の寄生抵抗や寄生容量によるクロックの遅延や、スイッチを構成するトランジスタ素子の閾値Vthのばらつきなどは、サンプリングのタイミングに影響しない。   On the other hand, in the case of the A / D converter 1 of the first embodiment, the sampling timing is determined by the internal clock signal φ1d in all the comparators Cmp. The switch SWsd controlled by the internal clock signal φ1d exists only in one place. Therefore, the delay of the clock due to the parasitic resistance and parasitic capacitance of the clock wiring and the variation in the threshold value Vth of the transistor elements constituting the switch do not affect the sampling timing.

実施の形態1の場合にも、各コンパレータCmp内に存在するスイッチSWs_iのオンおよびオフのタイミングは、従来回路と同様にクロック配線の寄生抵抗および寄生容量による遅延や、スイッチSWs_iを構成するトランジスタの閾値Vthのばらつきの影響を受ける。しかしながら、各コンパレータCmp_iのノードNA_iに蓄積される電荷Q_a_iはスイッチSWsdがオフした後は保持されるため、スイッチSWs_iのタイミングずれによってサンプリングのタイミングに誤差は生じない。   Also in the case of the first embodiment, the ON / OFF timing of the switch SWs_i existing in each comparator Cmp is the same as that of the conventional circuit, the delay due to the parasitic resistance and the parasitic capacitance of the clock wiring, and the transistor constituting the switch SWs_i. It is affected by variations in threshold value Vth. However, since the charge Q_a_i accumulated in the node NA_i of each comparator Cmp_i is held after the switch SWsd is turned off, an error does not occur in the sampling timing due to the timing deviation of the switch SWs_i.

図7は、A/D変換器1のサンプルタイミングを説明するための図である。図7を参照して、実施の形態1の場合において、内部クロック信号φ1がLレベルに変化するタイミングが第x番目のコンパレータCmp_x(時刻t11)と第y番目のコンパレータCmp_y(時刻t12)とでΔtだけずれたとする。この場合、内部クロック信号φ1がLレベルに変化する以前の時刻t10にスイッチSWsdがオフしている。したがって、スイッチSWsdがオフ状態になる直前にサンプルされたアナログ入力Vin_iは全コンパレータCmpで共通であるため、各コンパレータCmpによるサンプリング誤差は基本的にはなくなる。この結果、各コンパレータCmp_iの出力信号SC_iから、スイッチSWs_iのオンおよびオフのタイミングのずれによる影響が排除されるため、A/D変換器の性能が向上する。   FIG. 7 is a diagram for explaining sample timing of the A / D converter 1. Referring to FIG. 7, in the case of the first embodiment, the timing at which internal clock signal φ1 changes to the L level is the xth comparator Cmp_x (time t11) and the yth comparator Cmp_y (time t12). Assume that Δt is shifted. In this case, the switch SWsd is turned off at time t10 before the internal clock signal φ1 changes to the L level. Accordingly, since the analog input Vin_i sampled immediately before the switch SWsd is turned off is common to all the comparators Cmp, the sampling error due to each comparator Cmp is basically eliminated. As a result, the output signal SC_i of each comparator Cmp_i eliminates the influence due to the deviation of the on / off timing of the switch SWs_i, thereby improving the performance of the A / D converter.

[実施の形態2]
図8は、この発明の実施の形態2によるA/D変換器2の構成を示すブロック図である。図8のA/D変換器2は、電源やグランドからのノイズの影響を低減するために、差動のアナログ入力信号Vin(Vinp,Vinn)をデジタル変換して、mビットのデジタルコードD_1〜D_mを出力する。A/D変換器2は、実施の形態1の場合と同様に、n個のコンパレータ(比較器)Cmq_1〜Cmq_nがアレイ状に配置されたコンパレータアレイ10Aと、参照電圧生成回路11Aと、内部クロック生成回路12と、プリエンコーダ14と、エンコーダ15と、スイッチSWsd(第1のスイッチ)とを含む。以下、主として実施の形態1のA/D変換器1と異なる点について説明し、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰返さない場合がある。
[Embodiment 2]
FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the A / D converter 2 according to the second embodiment of the present invention. The A / D converter 2 in FIG. 8 digitally converts the differential analog input signal Vin (Vinp, Vinn) in order to reduce the influence of noise from the power supply and the ground, and outputs an m-bit digital code D_1 to D_1. D_m is output. Similar to the first embodiment, the A / D converter 2 includes a comparator array 10A in which n comparators (comparators) Cmq_1 to Cmq_n are arranged in an array, a reference voltage generation circuit 11A, and an internal clock. A generation circuit 12, a pre-encoder 14, an encoder 15, and a switch SWsd (first switch) are included. Hereinafter, differences from the A / D converter 1 according to the first embodiment will be mainly described, and the same or corresponding parts may be denoted by the same reference symbols and description thereof may not be repeated.

図8の参照電圧生成回路11Aは、差動の参照電圧Vrefp_i,Vrefn_i(iは1以上n以下の整数、n=2のm乗−1)を生成する。具体的には、参照電圧生成回路11Aは、直列接続されたn+1個の抵抗素子Rp_1〜Rp_n+1を含む。参照電圧生成回路11Aは、これらの抵抗素子Rp_1〜Rp_n+1によって外部電源電圧(上限電圧の絶対値:VRT、下限電圧の絶対値:VRB)を等分割して、一定のステップ幅ごとにn個の正の参照電圧Vrefp_1〜Vrefp_nを出力する。また、参照電圧生成回路11Aは、直列接続されたn+1個の抵抗素子Rn_1〜Rn_n+1を含む。参照電圧生成回路11Aは、こららの抵抗素子Rn_1〜Rn_n+1によって外部電源電圧(上限電圧の絶対値:VRB、下限電圧の絶対値:VRT)を等分割して、一定のステップ幅ごとにn個の負の参照電圧Vrefn_1〜Vrefn_nを出力する。生成された正負の参照電圧Vrefp_i,Vrefn_iは、対応のコンパレータCmq_iに出力される。   The reference voltage generation circuit 11A of FIG. 8 generates differential reference voltages Vrefp_i and Vrefn_i (where i is an integer between 1 and n, and n = 2 to the mth power-1). Specifically, the reference voltage generation circuit 11A includes n + 1 resistance elements Rp_1 to Rp_n + 1 connected in series. The reference voltage generation circuit 11A equally divides the external power supply voltage (absolute value of the upper limit voltage: VRT, absolute value of the lower limit voltage: VRB) by these resistance elements Rp_1 to Rp_n + 1, and outputs n pieces for each constant step width. Positive reference voltages Vrefp_1 to Vrefp_n are output. The reference voltage generation circuit 11A includes n + 1 resistance elements Rn_1 to Rn_n + 1 connected in series. The reference voltage generation circuit 11A equally divides the external power supply voltage (the absolute value of the upper limit voltage: VRB, the absolute value of the lower limit voltage: VRT) by these resistance elements Rn_1 to Rn_n + 1, and n pieces for each constant step width. Negative reference voltages Vrefn_1 to Vrefn_n are output. The generated positive and negative reference voltages Vrefp_i and Vrefn_i are output to the corresponding comparator Cmq_i.

各コンパレータCmq_i(i=1〜n)は、正のアナログ入力信号Vinpと負のアナログ入力信号Vinnをサンプルする。各コンパレータCmq_iは、それらのアナログ入力信号の差分(Vinp−Vinn)と、参照電圧生成回路11Aから供給される対応の正の参照電圧Vrefp_iと対応の負の参照電圧Vrefn_iの差分(Vrefp_i−Vrefn_i)との大小比較を行う。その比較結果は信号SC_iとして各コンパレータCmq_iから出力され、プリエンコーダ14で演算されて新たな信号SP_iが生成される。エンコーダ15ではこの信号SP_iを受けてmビットのデジタルコードD_1〜D_mを出力する。   Each comparator Cmq_i (i = 1 to n) samples the positive analog input signal Vinp and the negative analog input signal Vinn. Each comparator Cmq_i has a difference (Vrefp_Vinn) between the analog input signals and a difference (Vrefp_i−Vrefn_i) between the corresponding positive reference voltage Vrefp_i supplied from the reference voltage generation circuit 11A and the corresponding negative reference voltage Vrefn_i. Compare size with. The comparison result is output from each comparator Cmq_i as a signal SC_i and is calculated by the pre-encoder 14 to generate a new signal SP_i. The encoder 15 receives this signal SP_i and outputs m-bit digital codes D_1 to D_m.

図9は、図8の各コンパレータCmq_iの構成を示す回路図である。図9を参照して、各コンパレータCmq_i(iは1以上n以下の整数)は、第1、第2の容量部CAp_i,CAn_iと、差動増幅器Amq_iと、ラッチ回路Lch_iとを含む。   FIG. 9 is a circuit diagram showing a configuration of each comparator Cmq_i in FIG. Referring to FIG. 9, each comparator Cmq_i (i is an integer of 1 to n) includes first and second capacitor units CAp_i and CAn_i, a differential amplifier Amq_i, and a latch circuit Lch_i.

第1の容量部CAp_iは、正のアナログ入力信号Vinp、対応する正の参照電圧Vrefp_i、および基準電圧VCMを受ける。容量部CAp_iは、サンプリング容量Ccp_i(第1の容量素子)と、スイッチSWinp_i(第2のスイッチ)と、スイッチSWrefp_i(第4のスイッチ)と、スイッチSWap_i(第3のスイッチ)と、スイッチSWbp_iおよびSWcp_iとを含む。   The first capacitor unit CAp_i receives a positive analog input signal Vinp, a corresponding positive reference voltage Vrefp_i, and a reference voltage VCM. The capacitor unit CAp_i includes a sampling capacitor Ccp_i (first capacitor element), a switch SWinp_i (second switch), a switch SWrefp_i (fourth switch), a switch SWap_i (third switch), a switch SWbp_i, and SWcp_i.

スイッチSWinp_i,SWrefp_i,SWap_i,SWbp_i,SWcp_iとして、たとえば、MOSFETを用いることができる。スイッチSWinp_i,SWap_i,SWbp_iのスイッチングは、内部クロック信号φ1によって制御される。実施の形態2の場合、内部クロック信号φ1がHレベルのときこれらのスイッチがオン状態になり、内部クロック信号φ1がLレベルときこれらのスイッチがオフ状態になる。また、スイッチSWrefp_i,SWcp_iのスイッチングは、内部クロック信号φ2によって制御される。実施の形態2の場合、内部クロック信号φ2がHレベルのときこれらのスイッチがオン状態になり、内部クロック信号φ2がLレベルときこれらのスイッチがオフ状態になる。   As the switches SWinp_i, SWrefp_i, SWap_i, SWbp_i, and SWcp_i, for example, MOSFETs can be used. Switching of the switches SWinp_i, SWap_i, and SWbp_i is controlled by an internal clock signal φ1. In the second embodiment, these switches are turned on when internal clock signal φ1 is at the H level, and these switches are turned off when internal clock signal φ1 is at the L level. Further, switching of the switches SWrefp_i and SWcp_i is controlled by the internal clock signal φ2. In the case of the second embodiment, these switches are turned on when internal clock signal φ2 is at the H level, and these switches are turned off when internal clock signal φ2 is at the L level.

各容量部CAp_iにおいて、スイッチSWinp_iは、正のアナログ入力信号Vinpの共通の入力ノードとサンプリング容量Ccp_iの入力側の端子(ノードNCp_i)との間に接続される。したがって、容量部CAp_iのノードNCp_iには、スイッチSWinp_iがオン状態のときに共通の正のアナログ入力信号Vinpが入力される。   In each capacitor unit CAp_i, the switch SWinp_i is connected between a common input node of the positive analog input signal Vinp and a terminal (node NCp_i) on the input side of the sampling capacitor Ccp_i. Therefore, the common positive analog input signal Vinp is input to the node NCp_i of the capacitor unit CAp_i when the switch SWinp_i is in the on state.

また、各容量部CAp_iのスイッチSWrefp_iは、図8の参照電圧生成回路11Aの出力ノードのうち対応する正の参照電圧Vrefp_iの出力ノードとサンプリング容量Ccp_iの入力側の端子(ノードNCp_i)との間に接続される。したがって、容量部CAp_iのノードNCp_iには、スイッチSWrefp_iがオン状態のときに対応の正の参照電圧Vrefp_iが入力される。   Further, the switch SWrefp_i of each capacitor unit CAp_i is between the output node of the corresponding positive reference voltage Vrefp_i among the output nodes of the reference voltage generation circuit 11A of FIG. 8 and the input side terminal (node NCp_i) of the sampling capacitor Ccp_i. Connected to. Therefore, the corresponding positive reference voltage Vrefp_i is input to the node NCp_i of the capacitor unit CAp_i when the switch SWrefp_i is in the on state.

各容量部CAp_iのスイッチSWap_iは、基準電圧VCMをコンパレータCmq_1〜Cmq_nに供給する配線Lcとサンプリング容量Ccp_iの出力側の端子(ノードNAp_i)との間に接続される。ここで、基準電圧VCMをコンパレータCmp_1〜Cmp_nに供給する共通の経路上には、スイッチSWsdが設けられる。したがって、容量部CAp_iのノードNAp_iには、基準電圧VCMが、共通のスイッチSWsdおよび容量部CAp_iごとに設けられたスイッチSWap_iの両方がオン状態のときに入力される。   The switch SWap_i of each capacitor unit CAp_i is connected between a wiring Lc that supplies the reference voltage VCM to the comparators Cmq_1 to Cmq_n and a terminal (node NAp_i) on the output side of the sampling capacitor Ccp_i. Here, a switch SWsd is provided on a common path for supplying the reference voltage VCM to the comparators Cmp_1 to Cmp_n. Therefore, the reference voltage VCM is input to the node NAp_i of the capacitor unit CAp_i when both the common switch SWsd and the switch SWap_i provided for each capacitor unit CAp_i are in the on state.

各容量部CAp_iのスイッチSWcp_iは、サンプリング容量Ccp_iの出力側の端子(ノードNAp_i)と差動増幅器Amq_iの非反転入力端子(ノードNBp_i)との間に設けられる。したがって、差動増幅器Amq_iの非反転入力端子(ノードNBp_i)には、サンプリング容量Ccp_iの出力側の端子(ノードNAp_i)の電圧V_ap_iが、スイッチSWcp_iがオン状態のときに入力される。   The switch SWcp_i of each capacitor unit CAp_i is provided between the output-side terminal (node NAp_i) of the sampling capacitor Ccp_i and the non-inverting input terminal (node NBp_i) of the differential amplifier Amq_i. Therefore, the voltage V_ap_i of the output side terminal (node NAp_i) of the sampling capacitor Ccp_i is input to the non-inverting input terminal (node NBp_i) of the differential amplifier Amq_i when the switch SWcp_i is in the on state.

各容量部CAp_iのスイッチSWbp_iは、配線Lcと差動増幅器Amq_iの非反転入力端子(ノードNBp_i)との間に接続される。したがって、差動増幅器Amq_iの非反転入力端子(ノードNBp_i)には、基準電圧VCMが、共通のスイッチSWsdと容量部CAp_iごとに設けられたスイッチSWbp_iとの両方がオン状態のときに入力される。   The switch SWbp_i of each capacitor unit CAp_i is connected between the wiring Lc and the non-inverting input terminal (node NBp_i) of the differential amplifier Amq_i. Therefore, the reference voltage VCM is input to the non-inverting input terminal (node NBp_i) of the differential amplifier Amq_i when both the common switch SWsd and the switch SWbp_i provided for each capacitor unit CAp_i are in the on state. .

第2の容量部CAn_iは、第1の容量部CAp_iと対で設けられ、負のアナログ入力信号Vinn、対応する負の参照電圧Vrefn_i、および基準電圧VCMを受ける。容量部CAn_iは、サンプリング容量Ccn_i(第2の容量素子)と、スイッチSWinn_i(第5のスイッチ)と、スイッチSWrefn_i(第7のスイッチ)と、スイッチSWan_i(第6のスイッチ)と、スイッチSWbn_iおよびSWcn_iとを含む。   The second capacitor unit CAn_i is provided in a pair with the first capacitor unit CAp_i and receives the negative analog input signal Vinn, the corresponding negative reference voltage Vrefn_i, and the reference voltage VCM. The capacitor unit CAn_i includes a sampling capacitor Ccn_i (second capacitor element), a switch SWin_i (fifth switch), a switch SWrefn_i (seventh switch), a switch SWan_i (sixth switch), a switch SWbn_i, and SWcn_i.

容量部CAn_iの各構成要素間の接続は、容量部CAp_iと同様であるので説明を繰返さない。具体的には、容量部CAp_iについての上記の説明において、サンプリング容量Ccp_iおよびスイッチSWinp_i,SWrefp_i,SWap_i,SWbp_i,SWcp_iは、サンプリング容量Ccn_iおよびスイッチSWinn_i,SWrefn_i,SWan_i,SWbn_i,SWcn_iにそれぞれ置換わる。ノードNAp_i,NBp_i,NCp_iは、ノードNAn_i,NBn_i,NCn_iにそれぞれ置換わる。正のアナログ入力信号Vinpおよび正の参照電圧Vrefp_iは、負のアナログ入力信号Vinnおよび負の参照電圧Vrefn_iにそれぞれ置換わる。そして、差動増幅器Amq_iの非反転入力端子(ノードNBp_i)は、差動増幅器Amq_iの反転入力端子(ノードNBn_i)に置換わる。   Since the connection between the components of capacitor portion CAn_i is similar to that of capacitor portion CAp_i, description thereof will not be repeated. Specifically, in the above description of the capacitor unit CAp_i, the sampling capacitor Ccp_i and the switches SWinp_i, SWrefp_i, SWap_i, SWbp_i, and SWcp_i are replaced with the sampling capacitor Ccn_i and the switches SWinn_i, SWrefn_i, SWan_i, SWbn_i, and SWcn_i, respectively. Nodes NAp_i, NBp_i, and NCp_i are replaced with nodes NAn_i, NBn_i, and NCn_i, respectively. Positive analog input signal Vinp and positive reference voltage Vrefp_i are replaced with negative analog input signal Vinn and negative reference voltage Vrefn_i, respectively. Then, the non-inverting input terminal (node NBp_i) of the differential amplifier Amq_i is replaced with the inverting input terminal (node NBn_i) of the differential amplifier Amq_i.

次に、コンパレータCmq_iの動作を説明する。コンパレータCmq_iを構成する各スイッチを制御する内部クロック信号φ1d,φ1,φ2のタイミングは図4と同じであるので、以下、図4、図9を参照して説明する。   Next, the operation of the comparator Cmq_i will be described. Since the timings of the internal clock signals φ1d, φ1, and φ2 for controlling the switches constituting the comparator Cmq_i are the same as those in FIG. 4, the following description will be given with reference to FIGS.

まず、図4の時刻t1で内部クロック信号φ2がLレベルになり、続く時刻t2で内部クロック信号φ1d,φ1が共にHレベルになる。時刻t2から次の時刻t3までの期間がサンプル期間である。   First, internal clock signal φ2 becomes L level at time t1 in FIG. 4, and both internal clock signals φ1d and φ1 become H level at subsequent time t2. A period from time t2 to the next time t3 is a sample period.

サンプル期間では、第1の容量部CAp_iのスイッチSWinp_i,SWap_i,SWbp_iおよびスイッチSWsdがオン状態になるので、サンプリング容量Ccp_iの入力側の端子(ノードNCp_i)に正のアナログ入力信号Vinpが印加され、出力側の端子(ノードNAp_i)および差動増幅器Amq_iの非反転入力端子(ノードNBp_i)に基準電圧VCMが印加される。   In the sample period, since the switches SWinp_i, SWap_i, SWbp_i and the switch SWsd of the first capacitor unit CAp_i are turned on, the positive analog input signal Vinp is applied to the input side terminal (node NCp_i) of the sampling capacitor Ccp_i, The reference voltage VCM is applied to the output side terminal (node NAp_i) and the non-inverting input terminal (node NBp_i) of the differential amplifier Amq_i.

このとき、サンプリング容量Ccp_iの出力側の端子(ノードNAp_i)には、次式(6)に示す電荷Q_ap_iが蓄積される。ただし、次式(6)において、サンプリング容量Ccp_iの容量値をCcとし、ノードNAp_iの寄生容量の容量値をCsとしている。   At this time, the charge Q_ap_i shown in the following equation (6) is accumulated in the output side terminal (node NAp_i) of the sampling capacitor Ccp_i. However, in the following equation (6), the capacitance value of the sampling capacitor Ccp_i is Cc, and the capacitance value of the parasitic capacitance of the node NAp_i is Cs.

Q_ap_i = Cc × (VCM − Vinp) + Cs × VCM …(6)
同様に、サンプル期間では、第2の容量部CAn_iのスイッチSWinn_i,SWan_i,SWbn_iがオン状態になるので、サンプリング容量Ccn_iの入力側の端子(ノードNCn_i)に負のアナログ入力信号Vinnが印加され、出力側の端子(ノードNAn_i)および差動増幅器Amq_iの反転入力端子(ノードNBn_i)に基準電圧VCMが印加される。
Q_ap_i = Cc × (VCM − Vinp) + Cs × VCM… (6)
Similarly, in the sample period, since the switches SWin_i, SWan_i, and SWbn_i of the second capacitor unit CAn_i are turned on, the negative analog input signal Vinn is applied to the input side terminal (node NCn_i) of the sampling capacitor Ccn_i, The reference voltage VCM is applied to the output terminal (node NAn_i) and the inverting input terminal (node NBn_i) of the differential amplifier Amq_i.

このとき、サンプリング容量Ccn_iの出力側の端子(ノードNAn_i)に、次式(7)に示す電荷Q_an_iが蓄積される。ただし、次式(7)において、サンプリング容量Ccn_iの容量値をCcとし、ノードNAn_iの寄生容量の容量値をCsとしている。   At this time, the charge Q_an_i represented by the following equation (7) is accumulated in the output side terminal (node NAn_i) of the sampling capacitor Ccn_i. However, in the following equation (7), the capacitance value of the sampling capacitor Ccn_i is Cc, and the capacitance value of the parasitic capacitance of the node NAn_i is Cs.

Q_an_i = Cc × (VCM − Vinn) + Cs × VCM …(7)
次の時刻t3で、内部クロック信号φ1よりも先に内部クロック信号φ1dがLレベルに変化する。これによって、全コンパレータCmq_1〜Cmq_nのサンプリング容量Ccp_1〜Ccp_nおよびCcn_1〜Ccn_nが共通配線Lcに接続されたままの状態で、第1の容量部CAp_iのノードNAp_iおよび第2の容量部CAn_iのノードNAn_iがハイインピーダンス状態となる。この結果、各第1の容量部CAp_iのノードNAp_iでは、この直前に印加されている入力信号Vinpに応じた電荷Q_ap_iが保持される。また、各第2の容量部CAn_iのノードNAn_iでは、この直前に印加されている入力信号Vinnに応じた電荷Q_an_iが保持される。したがって、このタイミングで、差動のアナログ入力信号Vin(Vinp,Vinn)の値がサンプルされることになる。
Q_an_i = Cc × (VCM − Vinn) + Cs × VCM… (7)
At the next time t3, the internal clock signal φ1d changes to the L level before the internal clock signal φ1. As a result, the sampling capacitors Ccp_1 to Ccp_n and Ccn_1 to Ccn_n of all the comparators Cmq_1 to Cmq_n remain connected to the common line Lc, and the node NAp_i of the first capacitor unit CAp_i and the node NAn_i of the second capacitor unit CAn_i Becomes a high impedance state. As a result, the charge Q_ap_i corresponding to the input signal Vinp applied immediately before is held at the node NAp_i of each first capacitor unit CAp_i. Further, the charge Q_an_i corresponding to the input signal Vinn applied immediately before is held at the node NAn_i of each second capacitor unit CAn_i. Therefore, at this timing, the value of the differential analog input signal Vin (Vinp, Vinn) is sampled.

次の時刻t4で、内部クロック信号φ1がLレベルに変化することによって、第1の容量部CAp_iのスイッチSWinp_i,SWap_i,SWbp_iおよび第2の容量部CAn_iのスイッチSWinn_i,SWan_i,SWbn_iがオフ状態になる。   At the next time t4, the internal clock signal φ1 changes to the L level, so that the switches SWinp_i, SWap_i, SWbp_i of the first capacitor unit CAp_i and the switches SWin_i, SWan_i, SWbn_i of the second capacitor unit CAn_i are turned off. Become.

引き続いて時刻t5に、内部クロック信号φ2がHレベルに変化することによって、第1の容量部CAp_iのスイッチSWrefp_i,SWcp_iおよび第2の容量部CAn_iのスイッチSWrefn_i,SWcn_iがオン状態になる。この結果、対応の正の参照電圧Vrefp_iがサンプリング容量Ccp_iの入力側の端子(ノードNCp_i)に印加され、対応の負の参照電圧Vrefn_iがサンプリング容量Ccn_iの入力側の端子(ノードNCn_i)に印加される。   Subsequently, at time t5, the internal clock signal φ2 changes to the H level, whereby the switches SWrefp_i and SWcp_i of the first capacitor unit CAp_i and the switches SWrefn_i and SWcn_i of the second capacitor unit CAn_i are turned on. As a result, the corresponding positive reference voltage Vrefp_i is applied to the input side terminal (node NCp_i) of the sampling capacitor Ccp_i, and the corresponding negative reference voltage Vrefn_i is applied to the input side terminal (node NCn_i) of the sampling capacitor Ccn_i. The

また、差動増幅器Amq_iの非反転入力端子(ノードNBp_i)には、スイッチSWcp_iを介してサンプリング容量Ccp_iの出力側の端子(ノードNAp_i)の電圧V_ap_iが入力される。同様に、差動増幅器Amq_iの非反転入力端子(ノードNBn_i)には、スイッチSWcn_iを介してサンプリング容量Ccn_iの出力側の端子(ノードNAn_i)の電圧V_an_iが入力される。内部クロック信号φ1d,φ1がLレベルであり、内部クロック信号φ2がHレベルとなる期間は時刻t6まで続き、この時刻t5からt6までの期間が比較期間である。また、時刻t3から時刻t5までの期間が、サンプル期間と比較期間との間の移行期間である。   Further, the voltage V_ap_i of the output side terminal (node NAp_i) of the sampling capacitor Ccp_i is input to the non-inverting input terminal (node NBp_i) of the differential amplifier Amq_i through the switch SWcp_i. Similarly, the voltage V_an_i of the output side terminal (node NAn_i) of the sampling capacitor Ccn_i is input to the non-inverting input terminal (node NBn_i) of the differential amplifier Amq_i through the switch SWcn_i. The period in which the internal clock signals φ1d and φ1 are at the L level and the internal clock signal φ2 is at the H level continues until time t6, and the period from time t5 to t6 is the comparison period. A period from time t3 to time t5 is a transition period between the sample period and the comparison period.

比較期間では、第1の容量部CAp_iのノードNAp_iでは、時刻t3の直前に印加された入力信号Vinpに応じた電荷Q_ap_iが保持されている。したがって、ノードNAp_iの電圧V_ap_iは、電荷Q_ap_iと次式(8)の関係がある。   In the comparison period, the charge Q_ap_i corresponding to the input signal Vinp applied immediately before time t3 is held at the node NAp_i of the first capacitor unit CAp_i. Therefore, the voltage V_ap_i of the node NAp_i has a relationship of the following equation (8) with the charge Q_ap_i.

Q_ap_i = Cc × (V_ap_i − Vrefp_i) + Cs × V_ap_i …(8)
上式(6)、(8)からノードNAp_iの電圧V_ap_iは、次式(9)のような値となる。
Q_ap_i = Cc × (V_ap_i − Vrefp_i) + Cs × V_ap_i… (8)
From the above equations (6) and (8), the voltage V_ap_i of the node NAp_i has a value as in the following equation (9).

V_ap_i = VCM + Cc/(Cc+Cs)×(Vrefp_i−Vinp) …(9)
同様に、第2の容量部CAn_iのノードNAn_iでは、時刻t3の直前に印加された入力信号Vinnに応じた電荷Q_an_iが保持されている。したがって、ノードNAn_iの電圧V_an_iは、電荷Q_an_iと次式(10)の関係がある。
V_ap_i = VCM + Cc / (Cc + Cs) x (Vrefp_i-Vinp) (9)
Similarly, the charge Q_an_i corresponding to the input signal Vinn applied immediately before time t3 is held at the node NAn_i of the second capacitor unit CAn_i. Therefore, the voltage V_an_i of the node NAn_i has a relationship of the following equation (10) with the charge Q_an_i.

Q_an_i = Cc × (V_an_i − Vrefn_i) + Cs × V_an_i …(10)
上式(7)、(10)からノードNAn_iの電圧V_an_iは、次式(11)のような値となる。
Q_an_i = Cc × (V_an_i − Vrefn_i) + Cs × V_an_i (10)
From the above equations (7) and (10), the voltage V_an_i of the node NAn_i has a value as in the following equation (11).

V_an_i = VCM + Cc/(Cc+Cs)×(Vrefn_i−Vinn) …(11)
差動増幅器Amq_iは、比較期間に、上式(9)で表わされる電圧V_ap_iと、上式(11)で表わされる電圧V_an_iとの差電圧(V_ap_i − V_an_i)を増幅する。具体的に、差電圧(V_ap_i − V_an_i)は次式(12)で表わされる。
V_an_i = VCM + Cc / (Cc + Cs) x (Vrefn_i-Vinn) (11)
The differential amplifier Amq_i amplifies a difference voltage (V_ap_i−V_an_i) between the voltage V_ap_i expressed by the above equation (9) and the voltage V_an_i expressed by the above equation (11) during the comparison period. Specifically, the difference voltage (V_ap_i−V_an_i) is expressed by the following equation (12).

V_ap_i − V_an_i
= Cc/(Cc+Cs)×((Vrefp_i−Vrefn_i)−(Vinp−Vinn)) …(12)
図10は、図9の差動増幅器Amq_iの入出力特性を示す図である。図10を参照して、差動増幅器Amq_iの入力電圧の差電圧(INp_i−INn_i)が0のとき、出力電圧の差電圧(OUTp_i−OUTn_i)も0になる。そして、入力電圧の差電圧が正のとき出力電圧の差電圧はLレベル(負)になり、入力電圧の差電圧が負のとき出力電圧の差電圧はHレベル(正)になる。
V_ap_i − V_an_i
= Cc / (Cc + Cs) × ((Vrefp_i−Vrefn_i) − (Vinp−Vinn)) (12)
FIG. 10 is a diagram showing input / output characteristics of the differential amplifier Amq_i in FIG. Referring to FIG. 10, when the differential voltage (INp_i−INn_i) of the input voltage of differential amplifier Amq_i is 0, the differential voltage (OUTp_i−OUTn_i) of the output voltage is also 0. When the input voltage difference voltage is positive, the output voltage difference voltage is L level (negative), and when the input voltage difference voltage is negative, the output voltage difference voltage is H level (positive).

図9のコンパレータCmq_iの場合、サンプル期間には、差動増幅器Amq_iの反転入力端子および非反転入力端子のいずれにも基準電圧VCMが印加されるので、出力電圧の差電圧(OUTp_i−OUTn_i)は0になる。なお、基準電圧VCMの大きさは、差動増幅器の設計上、ゲインを出し易いバイアス電圧に設定される。たとえば、電源電圧Vddに対して、1/2×Vdd〜2/3×Vddに設定される。   In the case of the comparator Cmq_i in FIG. 9, since the reference voltage VCM is applied to both the inverting input terminal and the non-inverting input terminal of the differential amplifier Amq_i during the sample period, the output voltage difference voltage (OUTp_i−OUTn_i) is 0. The magnitude of the reference voltage VCM is set to a bias voltage that makes it easy to obtain a gain in designing the differential amplifier. For example, the voltage is set to 1/2 × Vdd to 2/3 × Vdd with respect to the power supply voltage Vdd.

一方、比較期間には、差動増幅器Amq_iには、上式(12)の差電圧(V_ap_i−V_an_i)が入力される。したがって、図9の差動増幅器Amq_iおよびラッチ回路Lch_iは、入力された差電圧(V_ap_i−V_an_i)が正か負かに応じて、LレベルまたはHレベルの出力信号SC_iを出力する。すなわち、
Vrefp_i−Vrefn_i < Vinp−Vinnの場合、SC_i = “H” …(13)
Vrefp_i−Vrefn_i > Vinp−Vinnの場合、SC_i = “L” …(14)
となる。
On the other hand, during the comparison period, the differential voltage (V_ap_i−V_an_i) of the above equation (12) is input to the differential amplifier Amq_i. Therefore, the differential amplifier Amq_i and the latch circuit Lch_i in FIG. 9 output the L-level or H-level output signal SC_i depending on whether the input difference voltage (V_ap_i-V_an_i) is positive or negative. That is,
When Vrefp_i−Vrefn_i <Vinp−Vinn, SC_i = “H” (13)
When Vrefp_i-Vrefn_i> Vinp-Vinn, SC_i = “L” (14)
It becomes.

実施の形態2のA/D変換器2の場合にも、実施の形態1の場合と同様に、全コンパレータCmq_i(iは1以上n以下の整数)では、内部クロック信号φ1dによってサンプルのタイミングが決まる。この内部クロック信号φ1dによって制御されるスイッチSWsdは1箇所にしか存在しない。そのため、クロック配線の寄生抵抗や寄生容量によるクロックの遅延や、各スイッチを構成するトランジスタ素子の閾値Vthのばらつきは、サンプリングのタイミングに影響しない。この結果、各コンパレータCmq_iの出力信号SC_iから、スイッチのオンおよびオフのタイミングのずれによる誤差が排除されるので、A/D変換器の性能が向上する。   Also in the case of the A / D converter 2 of the second embodiment, as in the case of the first embodiment, in all the comparators Cmq_i (i is an integer not less than 1 and not more than n), the sample timing is controlled by the internal clock signal φ1d. Determined. The switch SWsd controlled by the internal clock signal φ1d exists only in one place. Therefore, the clock delay due to the parasitic resistance and parasitic capacitance of the clock wiring and the variation of the threshold value Vth of the transistor elements constituting each switch do not affect the sampling timing. As a result, an error due to a shift in the on / off timing of the switch is eliminated from the output signal SC_i of each comparator Cmq_i, so that the performance of the A / D converter is improved.

[実施の形態3]
図11は、この発明の実施の形態3によるA/D変換器3の構成を示す回路図である。図11のコンパレータアレイ10Bは、n個のコンパレータCmp_1〜Cmp_nがj個(jはnの約数、通常j=2,3などが用いられる。)のコンパレータグループG_1〜G_jに分割される点で、図2のコンパレータアレイ10と異なる。
[Embodiment 3]
FIG. 11 is a circuit diagram showing a configuration of an A / D converter 3 according to the third embodiment of the present invention. The comparator array 10B of FIG. 11 is divided into j comparator groups G_1 to G_j in which n comparators Cmp_1 to Cmp_n are j (j is a divisor of n, usually j = 2, 3, etc.). 2 is different from the comparator array 10 of FIG.

また、図11のA/D変換器3は、j個のコンパレータグループG_1〜G_jにそれぞれ対応して、j個のスイッチSWsd_1〜SWsd_j(複数の第1のスイッチ)を含む点で、図2のA/D変換器1と異なる。スイッチSWsd_w(wは1以上j以下の整数)は、対応のコンパレータグループG_wを構成する各コンパレータCmpに基準電圧VCMを供給する共通の配線Lc_w上に設けられる。したがって、各コンパレータグループG_wを構成するコンパレータCmpのノードNAには、個別のスイッチSWsと対応する共通のスイッチSWsd_wとの両方がオン状態のときに基準電圧VCMが供給される。   Further, the A / D converter 3 of FIG. 11 includes j switches SWsd_1 to SWsd_j (a plurality of first switches) corresponding to the j comparator groups G_1 to G_j, respectively. Different from the A / D converter 1. The switch SWsd_w (w is an integer of 1 to j) is provided on a common line Lc_w that supplies the reference voltage VCM to each comparator Cmp that forms the corresponding comparator group G_w. Accordingly, the reference voltage VCM is supplied to the node NA of the comparator Cmp constituting each comparator group G_w when both the individual switch SWs and the corresponding common switch SWsd_w are in the on state.

スイッチSWsd_1〜SWsd_jのスイッチングは、内部クロック信号φ1dによって制御される。サンプル期間から比較期間に移行する移行期間のとき、各コンパレータCmp_i(iは1以上n以下の整数)のスイッチSWsを制御する内部クロック信号φ1がLレベルに変化する前に、内部クロック信号φ1dがLレベルに変化する。これによって、スイッチSWsd_1〜スイッチSWsd_jは、スイッチSWsよりも先にオフ状態になる。   Switching of the switches SWsd_1 to SWsd_j is controlled by an internal clock signal φ1d. During the transition period of transition from the sample period to the comparison period, the internal clock signal φ1d is changed before the internal clock signal φ1 that controls the switch SWs of each comparator Cmp_i (i is an integer of 1 to n) changes to the L level. Changes to L level. Accordingly, the switches SWsd_1 to SWsd_j are turned off before the switch SWs.

上記の構成によれば、実施の形態1の場合と同様に、各コンパレータグループを構成するコンパレータCmp間のサンプルタイミングのずれに伴なう誤差を排除することができる。一方、スイッチSWsdを1箇所に配置した実施の形態1の場合に比べると、コンパレータグループG_1〜G_j間のスイッチSWsd_1〜SWsd_jのオンおよびオフのタイミングがずれるため誤差の低減効果が若干小さくなることは避けられない。しかしながら、スイッチSWsd_1〜SWsd_jの各々のサイズは、1つのスイッチSWsdを設ける実施の形態1の場合に比べて小さくできる。したがって、レイアウト上でコンパレータアレイ内部に隙間があるのであれば、その隙間に配置することでA/D変換器3全体のサイズを実施の形態1の場合よりも小さくすることができる。   According to the above configuration, as in the case of the first embodiment, it is possible to eliminate an error caused by a sample timing shift between the comparators Cmp configuring each comparator group. On the other hand, compared to the case of the first embodiment in which the switch SWsd is arranged at one place, the ON / OFF timing of the switches SWsd_1 to SWsd_j between the comparator groups G_1 to G_j is shifted, so that the error reduction effect is slightly reduced. Inevitable. However, the size of each of the switches SWsd_1 to SWsd_j can be made smaller than in the case of the first embodiment in which one switch SWsd is provided. Therefore, if there is a gap in the comparator array in the layout, the size of the entire A / D converter 3 can be made smaller than that in the first embodiment by arranging in the gap.

図11のその他の点については実施の形態1の場合と同様であるので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰返さない。なお、実施の形態2に示した差動構成のA/D変換器2の場合にも、コンパレータアレイ10Aを構成するコンパレータCmq_1〜Cmq_mを複数のコンパレータグループに分割し、各コンパレータグループに対して、基準電圧VCMを供給する共通の経路上にスイッチSWsdを設けることができる。   Since other points in FIG. 11 are the same as those in the first embodiment, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated. In the case of the A / D converter 2 having the differential configuration shown in the second embodiment, the comparators Cmq_1 to Cmq_m constituting the comparator array 10A are divided into a plurality of comparator groups. A switch SWsd can be provided on a common path for supplying the reference voltage VCM.

[実施の形態4]
図12は、この発明の実施の形態4によるA/D変換器4の構成を示すブロック図である。図12のA/D変換器4は、コンパレータグループG_1〜G_jに基準電圧VCMを供給する共通の配線Lt上に設けられた1個のスイッチSWt(第8のスイッチ)をさらに含む点で、図11のA/D変換器3と異なる。したがって、各コンパレータグループG_w(wは1以上j以下の整数)を構成するコンパレータCmpには、対応のスイッチSWsd_wおよび共通のスイッチSWtの両方がオン状態のときに基準電圧VCMが供給される。
[Embodiment 4]
FIG. 12 is a block diagram showing the configuration of the A / D converter 4 according to the fourth embodiment of the present invention. The A / D converter 4 in FIG. 12 further includes one switch SWt (eighth switch) provided on the common wiring Lt that supplies the reference voltage VCM to the comparator groups G_1 to G_j. 11 different from the A / D converter 3. Accordingly, the reference voltage VCM is supplied to the comparators Cmp constituting each comparator group G_w (w is an integer of 1 to j) when both the corresponding switch SWsd_w and the common switch SWt are in the on state.

スイッチSWtのスイッチングは、内部クロック信号φ1tによって制御される。サンプル期間から比較期間に移行する移行期間のとき、内部クロック信号φ1tは、スイッチSWsd_1〜SWsd_jを制御する内部クロック信号φ1dがLレベルになるよりも前にLレベルになる。この結果、スイッチSWtは、スイッチSWsd_1〜SWsd_jよりも先にオフ状態になる。   Switching of the switch SWt is controlled by an internal clock signal φ1t. During the transition period in which the sample period shifts to the comparison period, the internal clock signal φ1t becomes the L level before the internal clock signal φ1d that controls the switches SWsd_1 to SWsd_j becomes the L level. As a result, the switch SWt is turned off before the switches SWsd_1 to SWsd_j.

このように、スイッチSWsd_1〜SWsd_jの上の階層にもう1つ共通のスイッチSWtを設けることで、コンパレータグループG_1〜G_j間のスイッチのオン・オフのタイミングがずれることの影響を低減することが可能である。   As described above, by providing another common switch SWt in the layer above the switches SWsd_1 to SWsd_j, it is possible to reduce the influence of the switch ON / OFF timing between the comparator groups G_1 to G_j being shifted. It is.

図12のその他の点については実施の形態3の場合と同様であるので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰返さない。なお、実施の形態2に示した差動構成のA/D変換器2の場合にも、コンパレータアレイ10Aを構成するコンパレータCmq_1〜Cmq_mを複数のコンパレータグループに分割し、各コンパレータグループに対して、階層化されたスイッチSWt,SWsdの両方がオン状態のときに基準電圧VCMを供給するように構成することができる。   Since the other points in FIG. 12 are the same as those in the third embodiment, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated. In the case of the A / D converter 2 having the differential configuration shown in the second embodiment, the comparators Cmq_1 to Cmq_m constituting the comparator array 10A are divided into a plurality of comparator groups. The reference voltage VCM can be supplied when both of the hierarchized switches SWt and SWsd are in the on state.

[実施の形態5]
図13は、この発明の実施の形態5によるA/D変換器5の構成を示すブロック図である。図13のA/D変換器5は、サブレンジング方式の変換器である。
[Embodiment 5]
FIG. 13 is a block diagram showing the configuration of the A / D converter 5 according to the fifth embodiment of the present invention. The A / D converter 5 in FIG. 13 is a sub-ranging converter.

A/D変換器の方式には様々なものがあり、それぞれステージの段数に違いがある。ステージとはアナログ信号を取り込んで参照電圧との比較結果に応じたデジタル信号を出力すると共に、アナログ演算を行って新たなアナログ信号を生成する機能を持った要素回路を示す。各ステージでアナログ信号読み込みからデジタル信号、およびアナログ信号を出力するまでに、クロックCLKの1周期分が必要であり、隣接したステージ間では半周期の遅延が必要である。   There are various types of A / D converters, and there are differences in the number of stages. The stage is an element circuit having a function of taking in an analog signal and outputting a digital signal corresponding to a comparison result with a reference voltage, and performing an analog operation to generate a new analog signal. One cycle of the clock CLK is required from reading an analog signal to outputting a digital signal and an analog signal at each stage, and a half cycle delay is required between adjacent stages.

一般にこのステージ数を増やすと参照電圧との比較を行うコンパレータの数を削減できるという利点があり、それを活用したものにパイプライン方式や逐次比較方式などがある。これらはコンパレータ数の削減により消費電力やサイズを小さくできるという効果を得ているが、その一方で、ステージ数が多いため各ステージでの動作にクロックが1周期ずつ必要となるため、A/D変換器全体の変換時間が長いという欠点がある。   In general, when the number of stages is increased, there is an advantage that the number of comparators that perform comparison with the reference voltage can be reduced, and there are a pipeline method, a successive approximation method, and the like that utilize this. These have the effect of reducing power consumption and size by reducing the number of comparators, but on the other hand, since the number of stages is large, one cycle is required for the operation at each stage. There is a disadvantage that the conversion time of the whole converter is long.

一方、ステージ数が1段であるのがフラッシュ方式であり、2段がサブレンジング方式である。これらのA/D変換器は、A/D変換時間が短いという利点がある。したがって、変換時間を極力短くする必要のあるデータストレージ系、デジタル制御電源系のシステムではフラッシュ方式やサブレンジング方式が必須である。   On the other hand, the flash system has one stage and the sub-ranging system has two stages. These A / D converters have the advantage of a short A / D conversion time. Therefore, a flash method or a sub-ranging method is essential for a data storage system or a digital control power supply system that needs to shorten the conversion time as much as possible.

図13に示すサブレンジング方式のA/D変換器5は、A/D変換動作を上位と下位の2段階で行うことを特徴とする。まず、図14を参照して、A/D変換器5の動作の概要を説明する。   The sub-ranging A / D converter 5 shown in FIG. 13 is characterized in that the A / D conversion operation is performed in two stages, upper and lower. First, the outline of the operation of the A / D converter 5 will be described with reference to FIG.

図14は、図13のラダー抵抗21の構成の一例を示す回路図である。図14は、上位2ビット、下位2ビットの4ビットのA/D変換器用のラダー抵抗21の構成を示している。ラダー抵抗21は、直列接続された複数の抵抗素子によって電源電圧(上限電圧:VRT、下限電圧:VRB)を分割することにより、複数の参照電圧を生成する回路である。   FIG. 14 is a circuit diagram showing an example of the configuration of the ladder resistor 21 of FIG. FIG. 14 shows a configuration of a ladder resistor 21 for a 4-bit A / D converter of upper 2 bits and lower 2 bits. The ladder resistor 21 is a circuit that generates a plurality of reference voltages by dividing a power supply voltage (upper limit voltage: VRT, lower limit voltage: VRB) by a plurality of resistance elements connected in series.

上位のA/D変換ではラダー抵抗21で生成される粗い参照電圧Vrc_1、Vrc_2、およびVrc_3を使ってアナログ入力信号との比較が行われ、変換結果として2ビットのデジタルコード(上位コード)が得られる。それと同時に、その変換動作によって、アナログ入力信号が参照電圧レンジRc_1、Rc_2、Rc_3、およびRc_4の何れのレンジ内に該当するかが判定され、該当するレンジ(図の例ではRc_2)の中の細かい参照電圧Vrf_1、Vrf_2、およびVrf_3が次の下位A/D変換に用いられる。下位A/D変換では、それらの参照電圧とアナログ入力信号との比較を行い、アナログ入力信号が参照電圧レンジRf_1、Rf_2、Rf_3、およびRf_4の何れのレンジ内に該当するかが判定され、変換結果として2ビットのデジタルコード(下位コード)が得られる。先の上位コードと合わせて合計4ビットのデジタルコードがA/D変換結果である。   In the upper A / D conversion, the coarse reference voltages Vrc_1, Vrc_2, and Vrc_3 generated by the ladder resistor 21 are used for comparison with the analog input signal, and a 2-bit digital code (upper code) is obtained as a conversion result. It is done. At the same time, it is determined by the conversion operation whether the analog input signal falls within the reference voltage ranges Rc_1, Rc_2, Rc_3, and Rc_4, and the detailed in the corresponding range (Rc_2 in the example in the figure). The reference voltages Vrf_1, Vrf_2, and Vrf_3 are used for the next lower A / D conversion. In the low-order A / D conversion, the reference voltage and the analog input signal are compared, and it is determined whether the analog input signal falls within the reference voltage range Rf_1, Rf_2, Rf_3, or Rf_4. As a result, a 2-bit digital code (lower code) is obtained. A digital code of a total of 4 bits together with the previous high-order code is the A / D conversion result.

再び図13を参照して、サブレンジング方式のA/D変換器5は、上位A/D変換用のサブA/D変換器(CADC)と、下位A/D変換用の2個のサブA/D変換器(FDAC#A,FDAC#B)と、演算回路22と、ラダー抵抗21と、スイッチ群(MUX)と、内部クロック生成回路26と、スイッチ23,24,25と、スイッチSWsd(第1のスイッチ)とを含む。   Referring to FIG. 13 again, the sub-ranging A / D converter 5 includes a sub A / D converter (CADC) for upper A / D conversion and two sub A for lower A / D conversion. / D converter (FDAC # A, FDAC # B), arithmetic circuit 22, ladder resistor 21, switch group (MUX), internal clock generation circuit 26, switches 23, 24, 25, switch SWsd ( First switch).

図13のA/D変換器5の場合、インターリーブ動作(交互動作)を行なうために、下位A/D変換用のサブA/D変換器としてFDAC#AおよびFDAC#Bの2つが設けられている。これらのサブA/D変換器FDAC#A,FDAC#Bは、同じ回路であり、単独で下位A/D変換の機能を有する。   In the case of the A / D converter 5 of FIG. 13, in order to perform an interleave operation (alternate operation), two sub-A / D converters for lower-order A / D conversion, FDAC # A and FDAC # B, are provided. Yes. These sub A / D converters FDAC # A and FDAC # B are the same circuit and have a function of lower A / D conversion independently.

上位および下位のサブA/D変換器CADC,FDAC#A,FDAC#Bは、それぞれ複数のコンパレータを含む。サブA/D変換器の詳細な構成は、実施の形態1のコンパレータアレイ10と同様であるので説明を繰返さない。サブA/D変換器CADCの動作を制御する内部クロック信号φ11,φ12は、実施の形態1の内部クロック信号φ1,φ2にそれぞれ対応する。同様に、サブA/D変換器FDAC#Aを制御する内部クロック信号φ21,φ22は、実施の形態1の内部クロック信号φ1,φ2にそれぞれ対応する。また、サブA/D変換器FDAC#Bを制御する内部クロック信号φ31,φ32は、実施の形態1の内部クロック信号φ1,φ2にそれぞれ対応する。   The upper and lower sub A / D converters CADC, FDAC # A, and FDAC # B each include a plurality of comparators. Since the detailed configuration of the sub A / D converter is similar to that of comparator array 10 of the first embodiment, description thereof will not be repeated. Internal clock signals φ11 and φ12 for controlling the operation of the sub A / D converter CADC correspond to the internal clock signals φ1 and φ2 of the first embodiment, respectively. Similarly, internal clock signals φ21 and φ22 for controlling sub A / D converter FDAC # A correspond to internal clock signals φ1 and φ2 of the first embodiment, respectively. The internal clock signals φ31 and φ32 that control the sub A / D converter FDAC # B correspond to the internal clock signals φ1 and φ2 of the first embodiment, respectively.

演算回路22は、サブA/D変換器CADCの変換結果とサブA/D変換器FDAC#A,FDAC#Bの変換結果を合わせてmビットのデジタルコードを出力する論理回路である。   The arithmetic circuit 22 is a logic circuit that outputs an m-bit digital code by combining the conversion result of the sub A / D converter CADC and the conversion results of the sub A / D converters FDAC # A and FDAC # B.

ラダー抵抗21は、既に説明したように、A/D変換すべきアナログ入力信号Vinと比較するための複数の参照電圧を発生する参照電圧生成回路である。   As already described, the ladder resistor 21 is a reference voltage generation circuit that generates a plurality of reference voltages for comparison with the analog input signal Vin to be A / D converted.

スイッチ群(MUX)は、ラダー抵抗21で発生される参照電圧の中から、上位A/D変換の結果に応じて判定されたサブレンジの参照電圧をサブA/D変換器FDAC#A,FDAC#Bに印加するためのスイッチ群である。   The switch group (MUX) uses the sub-A / D converters FDAC # A and FDAC # to convert the reference voltage of the sub-range determined according to the result of the higher-order A / D conversion from the reference voltages generated by the ladder resistor 21. A switch group for applying to B.

内部クロック生成回路26は、外部から印加されるクロックCLKを元にして内部クロック信号φ1d,φ11,φ12,φ21,φ22,φ31,φ32を生成する回路である。   The internal clock generation circuit 26 is a circuit that generates internal clock signals φ1d, φ11, φ12, φ21, φ22, φ31, and φ32 based on a clock CLK applied from the outside.

スイッチ23,24,25は、下位A/D変換用の2個のサブA/D変換器FDAC#AおよびFDAC#Bをインタリーブ動作させるときに用いられるスイッチである。   The switches 23, 24, and 25 are switches used when the two sub A / D converters FDAC # A and FDAC # B for low-order A / D conversion are interleaved.

スイッチSWsdは、実施の形態1の場合と同様に、基準電圧VCMを供給する共通の経路上に設けられる。スイッチSWsdのスイッチングは、内部クロック信号φ1dによって制御される。内部クロック信号φ1dがHレベルのときスイッチSWsdはオン状態になり、内部クロック信号φ1dがLレベルのときスイッチSWsdはオフ状態になる。   The switch SWsd is provided on a common path for supplying the reference voltage VCM, as in the case of the first embodiment. Switching of the switch SWsd is controlled by an internal clock signal φ1d. The switch SWsd is turned on when the internal clock signal φ1d is at the H level, and the switch SWsd is turned off when the internal clock signal φ1d is at the L level.

図15は、図13の各クロック信号およびサブA/D変換器の動作を示すタイミング図である。以下、図13、図15を参照してA/D変換器5の動作を説明する。   FIG. 15 is a timing chart showing the operation of each clock signal and sub A / D converter of FIG. Hereinafter, the operation of the A / D converter 5 will be described with reference to FIGS. 13 and 15.

図15の時刻t31で、内部クロック信号φ1d,φ11,φ21がHレベルに変化する。これによって、サブA/D変換器CADCおよびサブA/D変換器FDAC#Aが、共に同じタイミングでアナログ入力信号Vinのサンプリングを行なう(サンプル期間Sa#1)。なお、このとき、スイッチ23はサブA/D変換器FDAC#A側に接続され、スイッチ24,25はサブA/D変換器FDAC#B側に接続される。   At time t31 in FIG. 15, internal clock signals φ1d, φ11, and φ21 change to the H level. As a result, the sub A / D converter CADC and the sub A / D converter FDAC # A both sample the analog input signal Vin at the same timing (sample period Sa # 1). At this time, the switch 23 is connected to the sub A / D converter FDAC # A side, and the switches 24 and 25 are connected to the sub A / D converter FDAC # B side.

次の時刻t32で、内部クロック信号φ11,φ21よりも先に内部クロック信号φ1dがLレベルに変化する。これによって、スイッチSWsdがオフ状態になるので、この時点のアナログ入力信号Vinの値(#1)がサンプルされる。   At the next time t32, the internal clock signal φ1d changes to the L level before the internal clock signals φ11, φ21. As a result, the switch SWsd is turned off, and the value (# 1) of the analog input signal Vin at this time is sampled.

次の時刻t33に内部クロック信号φ11,φ21がLレベルに変化した後、時刻t34に内部クロック信号φ12がHレベルに変化する。これによって、サブA/D変換器CADCは、アナログ入力信号Vinのサンプル値(#1)と上位A/D変換用の粗い参照電圧との比較を行なう(CADCの比較期間Co#1)。この結果、上位デジタルコードが得られるとともに、アナログ入力信号Vinのサンプル値(#1)がどのレンジに含まれるかが判定される。   After the internal clock signals φ11 and φ21 change to L level at the next time t33, the internal clock signal φ12 changes to H level at time t34. As a result, the sub A / D converter CADC compares the sample value (# 1) of the analog input signal Vin with the coarse reference voltage for higher-order A / D conversion (CADC comparison period Co # 1). As a result, a higher-order digital code is obtained, and it is determined in which range the sample value (# 1) of the analog input signal Vin is included.

次の時刻t35に内部クロック信号φ12がLレベルに変化することによって、サブA/D変換器CADCの比較期間Co#1が終了する。   At the next time t35, the internal clock signal φ12 changes to the L level, so that the comparison period Co # 1 of the sub A / D converter CADC ends.

次の時刻t36で、内部クロック信号φ1d,φ11,φ22,φ31がHレベルに変化する。このとき、スイッチ23はサブA/D変換器FDAC#B側に接続され、スイッチ24,25はサブA/D変換器FDAC#A側に接続される。スイッチ群(MUX)は、CADCの比較期間Co#1の判定結果を基に、アナログ入力信号Vinのサンプル値(#1)に対応する電圧レンジに含まれる下位A/D変換用の細かい参照電圧をサブA/D変換器FDAC#Aに印加する。そして、時刻t36から時刻t40までの内部クロック信号φ22がHレベルの間(FADC#Aの比較期間Co#1)、サブA/D変換器FDAC#Aは、アナログ入力信号Vinのサンプル値(#1)と下位A/D変換用参照電圧との比較を行なう。この結果、下位デジタルコードが得られ、演算回路22は、先の上位デジタルコードとこの下位デジタルコードとを合わせてA/D変換結果として出力する。   At the next time t36, the internal clock signals φ1d, φ11, φ22, and φ31 change to the H level. At this time, the switch 23 is connected to the sub A / D converter FDAC # B side, and the switches 24 and 25 are connected to the sub A / D converter FDAC # A side. The switch group (MUX) is a fine reference voltage for low-order A / D conversion included in the voltage range corresponding to the sample value (# 1) of the analog input signal Vin based on the determination result of the comparison period Co # 1 of CADC Is applied to the sub A / D converter FDAC # A. While the internal clock signal φ22 from time t36 to time t40 is at the H level (FADC # A comparison period Co # 1), the sub A / D converter FDAC # A outputs the sample value (# 1) is compared with the lower A / D conversion reference voltage. As a result, a lower digital code is obtained, and the arithmetic circuit 22 outputs the A / D conversion result by combining the upper digital code and the lower digital code.

また、時刻t36から次の時刻t37までは、サブA/D変換器FDAC#Aの比較動作と並行して、サブA/D変換器CADCおよびサブA/D変換器FDAC#Bが、共に同じタイミングでアナログ入力信号Vinのサンプリングを行なう(サンプル期間Sa#2)。   Further, from time t36 to the next time t37, the sub A / D converter CADC and the sub A / D converter FDAC # B are both the same in parallel with the comparison operation of the sub A / D converter FDAC # A. The analog input signal Vin is sampled at the timing (sample period Sa # 2).

次の時刻t37で、内部クロック信号φ11,φ31よりも先に内部クロック信号φ1dがLレベルに変化する。これによって、スイッチSWsdがオフ状態になるので、この時点のアナログ入力信号Vinの値(#2)がサンプルされる。   At the next time t37, the internal clock signal φ1d changes to the L level before the internal clock signals φ11 and φ31. As a result, the switch SWsd is turned off, and the value (# 2) of the analog input signal Vin at this time is sampled.

次の時刻t38に内部クロック信号φ11,φ31がLレベルに変化した後、時刻t39に内部クロック信号φ12がHレベルに変化する。この変化を受けて、サブA/D変換器CADCは、アナログ入力信号Vinのサンプル値(#2)と上位A/D変換用の粗い参照電圧との比較を行なう(CADCの比較期間Co#2)。この結果、上位デジタルコードが得られるとともに、アナログ入力信号Vinがどのレンジに含まれるかが判定される。   After the internal clock signals φ11 and φ31 change to L level at the next time t38, the internal clock signal φ12 changes to H level at time t39. In response to this change, the sub A / D converter CADC compares the sample value (# 2) of the analog input signal Vin with the coarse reference voltage for the higher A / D conversion (CADC comparison period Co # 2). ). As a result, a higher-order digital code is obtained, and it is determined in which range the analog input signal Vin is included.

次の時刻t40に内部クロック信号φ12がLレベルに変化することによって、サブA/D変換器CADCの比較期間Co#2が終了する。このとき、内部クロック信号φ22もLレベルに変化するので、前述のサブA/D変換器FDAC#Aの比較期間Co#1が終了する。   The internal clock signal φ12 changes to the L level at the next time t40, whereby the comparison period Co # 2 of the sub A / D converter CADC ends. At this time, since the internal clock signal φ22 also changes to the L level, the comparison period Co # 1 of the sub A / D converter FDAC # A described above ends.

次の時刻t41で、内部クロック信号φ1d,φ11,φ21,φ32が再びHレベルに変化する。このとき、スイッチ23はサブA/D変換器FDAC#A側に接続され、スイッチ24,25はサブA/D変換器FDAC#B側に接続される。スイッチ群(MUX)は、CADCの比較期間Co#2の判定結果を元に、アナログ入力信号Vinのサンプル値(#2)に対応する電圧レンジに含まれる下位A/D変換用の細かい参照電圧をサブA/D変換器FDAC#Bに印加する。そして、時刻t41以降の内部クロック信号φ32がHレベルの間(FADC#Bの比較期間Co#2)、サブA/D変換器FDAC#Bはアナログ入力信号Vinのサンプル値(#2)と下位A/D変換用参照電圧との比較を行なう。この結果、下位デジタルコードが得られ、演算回路22は、先の上位デジタルコードとこの下位デジタルコードとを合わせてA/D変換結果として出力する。   At the next time t41, the internal clock signals φ1d, φ11, φ21, and φ32 change to the H level again. At this time, the switch 23 is connected to the sub A / D converter FDAC # A side, and the switches 24 and 25 are connected to the sub A / D converter FDAC # B side. The switch group (MUX) is a fine reference voltage for low-order A / D conversion included in the voltage range corresponding to the sample value (# 2) of the analog input signal Vin based on the determination result of the comparison period Co # 2 of CADC Is applied to the sub A / D converter FDAC # B. Then, while the internal clock signal φ32 after time t41 is at the H level (the FADC # B comparison period Co # 2), the sub A / D converter FDAC # B has a lower value than the sample value (# 2) of the analog input signal Vin. Comparison with the reference voltage for A / D conversion is performed. As a result, a lower digital code is obtained, and the arithmetic circuit 22 outputs the A / D conversion result by combining the upper digital code and the lower digital code.

また、時刻t41以降の内部クロック信号φ1dがHレベルの間、上記のサブA/D変換器FDAC#Bの比較動作と並行して、サブA/D変換器CADCおよびサブA/D変換器FDAC#Aは、共に同じタイミングでアナログ入力信号Vinのサンプリングを行なう。   In addition, while the internal clock signal φ1d after time t41 is at the H level, the sub A / D converter CADC and the sub A / D converter FDAC are parallel to the comparison operation of the sub A / D converter FDAC # B. Both #A sample the analog input signal Vin at the same timing.

以上のように、サブA/D変換器FDAC#AおよびサブA/D変換器FDAC#Bは交互に動作を行う。この目的は、サブA/D変換器FDAC#AおよびFDAC#Bを2つ交互に動作させることにより、サブA/D変換器CADCよりも動作速度を半減させることである。サブA/D変換器FDAC#AおよびFDAC#Bに要求される精度はサブA/D変換器CADCよりも格段に厳しいため、一般にサブA/D変換器CADCと同じ速度で動作させることは難しい場合が多く、もし可能である場合でも消費電力が非常に大きくなるというデメリットを伴う。その対策としてこのような交互動作(インタリーブ動作)が行なわれる。   As described above, the sub A / D converter FDAC # A and the sub A / D converter FDAC # B operate alternately. The purpose is to halve the operating speed of the sub A / D converter CADC by alternately operating two sub A / D converters FDAC # A and FDAC # B. Since the accuracy required for the sub A / D converters FDAC # A and FDAC # B is much stricter than that of the sub A / D converter CADC, it is generally difficult to operate at the same speed as the sub A / D converter CADC. In many cases, there is a demerit that the power consumption becomes very large even if possible. As a countermeasure, such an alternating operation (interleave operation) is performed.

実施の形態5のA/D変換器5の場合にも、実施の形態1の場合と同様に、サブA/D変換器CADC,FDAC#A,FDAC#Bを構成するコンパレータアレイでは、内部クロック信号φ1dによってサンプルのタイミングが決まる。この内部クロック信号φ1dによって制御されるスイッチSWsdは1箇所にしか存在しない。このため、クロック配線の寄生抵抗や寄生容量によるクロックの遅延やスイッチを構成するトランジスタ素子の閾値Vthのばらつきによって生じるスイッチのオンおよびオフのタイミングのずれは、サンプルのタイミングに影響しない。この結果、サブA/D変換器CADC,FDAC#A,FDAC#Bの出力信号から、スイッチのオンおよびオフのタイミングのずれによる影響が排除されるので、A/D変換器の性能が向上する。   Also in the case of the A / D converter 5 of the fifth embodiment, as in the case of the first embodiment, the comparator array constituting the sub A / D converters CADC, FDAC # A, and FDAC # B has an internal clock. The timing of the sample is determined by the signal φ1d. The switch SWsd controlled by the internal clock signal φ1d exists only in one place. For this reason, the deviation of the on / off timing of the switch caused by the delay of the clock due to the parasitic resistance or parasitic capacitance of the clock wiring or the variation of the threshold value Vth of the transistor elements constituting the switch does not affect the timing of the sample. As a result, the influence of the switch on / off timing shift is eliminated from the output signals of the sub A / D converters CADC, FDAC # A, and FDAC # B, thereby improving the performance of the A / D converter. .

実施の形態5では、単一のアナログ入力信号の場合について説明したが、差動のアナログ入力信号をA/D変換するサブレンジング方式の変換器の場合にも、基準電圧VCMを供給する共通の経路上に共通のスイッチSWsdを設けることができる。   In the fifth embodiment, the case of a single analog input signal has been described. However, even in the case of a sub-ranging converter that performs A / D conversion on a differential analog input signal, a common reference voltage VCM is supplied. A common switch SWsd can be provided on the path.

また、実施の形態5では、スイッチSWsdを1箇所のみ設けたが、実施の形態3のように、サブA/D変換器CADC,FDAC#A,FDAC#BごとにスイッチSWsd_1〜SWsd_3を設けることもできる。この場合、実施の形態4のように、さらに上の階層のスイッチSWtを設けてもよい。この場合には、サブA/D変換器CADC,FDAC#A,FDAC#Bに対して、階層化されたスイッチSWt,SWsd_1〜SWsd_3の両方がオン状態のときに基準電圧VCMが供給される。   In the fifth embodiment, only one switch SWsd is provided. However, as in the third embodiment, switches SWsd_1 to SWsd_3 are provided for each of the sub A / D converters CADC, FDAC # A, and FDAC # B. You can also. In this case, a switch SWt at a higher level may be provided as in the fourth embodiment. In this case, the reference voltage VCM is supplied to the sub A / D converters CADC, FDAC # A, and FDAC # B when both of the hierarchized switches SWt, SWsd_1 to SWsd_3 are in the on state.

[実施の形態1〜5のA/D変換器の半導体装置への適用例]
上述したフラッシュ方式のA/D変換器1〜4およびサブレンジング方式のA/D変換器5は、HDD(Hard Disk Drive)などのデータストレージ用のシステムLSI(Large-Scale Integration)や、デジタル制御電源用のマイクロコントローラなどの半導体装置で好適に用いることができる。
[Application Example of A / D Converter of Embodiments 1 to 5 to Semiconductor Device]
The flash A / D converters 1 to 4 and the sub-ranging A / D converter 5 described above are system LSIs (Large-Scale Integration) for data storage such as HDDs (Hard Disk Drives) and digital control. It can be suitably used in a semiconductor device such as a power supply microcontroller.

データストレージやデジタル制御の分野では、フラッシュ方式やサブレンジング方式のA/D変換器が多用される。その理由は、システムの中にA/D変換器を含んだフィードバック系の制御信号のループがあり、そのフィードバックに許される時間的な余裕が少ないからである。このため、A/D変換器がアナログ信号をサンプルしてから、それに該当するデジタルコードを出力するまでにかかる時間(すなわち、変換時間)を極力小さくする必要がある。   In the fields of data storage and digital control, A / D converters of flash type or sub-ranging type are frequently used. The reason is that there is a feedback control signal loop including an A / D converter in the system, and there is little time allowance for the feedback. For this reason, it is necessary to minimize the time required for the A / D converter to sample the analog signal and output the corresponding digital code (that is, the conversion time) as much as possible.

既に説明したように、フラッシュ方式やサブレンジング方式のA/D変換器では、数多くの比較器がアレイ状に配置されることによって構成される。このため、クロックの遅延やスイッチ素子の特性ばらつきによって、比較器ごとにアナログ入力信号をサンプルするタイミングにばらつきが生じやすい。実施の形態1〜5のA/D変換器1〜5では、各比較器を構成するサンプリング容量に供給される基準電圧の供給線路上に共通のスイッチを設けることによって、比較器ごとのサンプルタイミングを揃えることができる。   As already described, the flash-type and sub-ranging A / D converters are configured by arranging a number of comparators in an array. For this reason, the timing at which the analog input signal is sampled for each comparator tends to vary due to the delay of the clock and the variation in characteristics of the switch elements. In the A / D converters 1 to 5 of the first to fifth embodiments, the sample timing for each comparator is provided by providing a common switch on the supply line of the reference voltage supplied to the sampling capacitor constituting each comparator. Can be aligned.

以下、実施の形態1〜5のA/D変換器の半導体装置への適用例について説明する。
図16は、ある仕様のデジタル制御電源用のマイクロコントローラ30のブロック図である。図16を参照して、デジタル制御電源は、マイクロコントローラ30と、DC−DCコンバータなどのスイッチング回路31と、スイッチング回路31の出力を平滑化する平滑回路32と、フィードバック制御のために出力電圧を検出する電圧検出部33とを含む。
Hereinafter, application examples of the A / D converters of the first to fifth embodiments to a semiconductor device will be described.
FIG. 16 is a block diagram of a microcontroller 30 for a digital control power supply having a certain specification. Referring to FIG. 16, the digital control power supply includes a microcontroller 30, a switching circuit 31 such as a DC-DC converter, a smoothing circuit 32 that smoothes the output of the switching circuit 31, and an output voltage for feedback control. And a voltage detection unit 33 for detection.

マイクロコントローラ30は、電圧検出部33で検出した検出電圧に基づいて、スイッチング回路31のスイッチング素子を制御するPWM(Pulse-Width Modulation)信号を生成する回路である。図16に示すように、マイクロコントローラ30は、A/D変換器41と、A/D変換器41用の基準電圧を発生する基準電圧回路42と、信号処理回路43とを含む。   The microcontroller 30 is a circuit that generates a PWM (Pulse-Width Modulation) signal for controlling the switching element of the switching circuit 31 based on the detected voltage detected by the voltage detector 33. As shown in FIG. 16, the microcontroller 30 includes an A / D converter 41, a reference voltage circuit 42 that generates a reference voltage for the A / D converter 41, and a signal processing circuit 43.

A/D変換器41は、フラッシュ方式やサブレンジング方式の高速のA/D変換器であり、電圧検出部33で検出した検出電圧をデジタル変換する。また、基準電圧回路42は、図1の基準電圧VCMや参照電圧生成回路11に入力される電源電圧(VRT,VRB)などを生成する回路である。   The A / D converter 41 is a high-speed A / D converter of a flash method or a sub-ranging method, and digitally converts the detection voltage detected by the voltage detection unit 33. The reference voltage circuit 42 is a circuit that generates the reference voltage VCM of FIG. 1, the power supply voltages (VRT, VRB) input to the reference voltage generation circuit 11, and the like.

信号処理回路43は、外部から入力された制御信号および検出電圧に基づいて、スイッチング回路31に対する制御アルゴリズムを実行するDSP(digital signal processor)と、DSPの演算結果に基づいてPWM信号を生成するデジタルPWM信号生成器とを含む。   The signal processing circuit 43 is a digital signal processor (DSP) that executes a control algorithm for the switching circuit 31 based on a control signal and a detection voltage input from the outside, and a digital that generates a PWM signal based on a calculation result of the DSP. And a PWM signal generator.

実施の形態1〜5で説明したA/D変換器を上記のA/D変換器41に適用することによって、高性能のデジタル制御電源を実現することができる。   By applying the A / D converter described in Embodiments 1 to 5 to the A / D converter 41 described above, a high-performance digital control power supply can be realized.

図17は、ある仕様のHDD用の信号処理装置50のブロック図である。信号処理装置50は、ハードディスクコントローラ(HDC)から受けた書込データに応じた書込信号を発生したり、磁気ヘッドからの読出信号に基づいて読出データを生成したりする回路である。また、信号処理回路50は、磁気ヘッドからの読出信号に基づいて磁気ヘッドの位置決めするためのデータをサーボ制御回路に出力したりする。   FIG. 17 is a block diagram of a signal processing device 50 for an HDD having a certain specification. The signal processing device 50 is a circuit that generates a write signal corresponding to the write data received from the hard disk controller (HDC) and generates read data based on the read signal from the magnetic head. Further, the signal processing circuit 50 outputs data for positioning the magnetic head to the servo control circuit based on a read signal from the magnetic head.

図17に示すように、信号処理回路50は、外部のハードディスクコントローラ(HDC)などとデータの授受を行なうためのインターフェース回路56と、書込データに基づいて書込信号を生成する書込ドライバ59とを含む。   As shown in FIG. 17, the signal processing circuit 50 includes an interface circuit 56 for exchanging data with an external hard disk controller (HDC) and the like, and a write driver 59 for generating a write signal based on the write data. Including.

さらに、信号処理回路50は、ハードディスクから信号を読み出すための回路として、ゲイン可変アンプ51と、アナログフィルタ52と、A/D変換器53と、デジタルフィルタ54と、検出回路55と、読出/書込用の電圧制御発振器(VCO:Voltage-Controlled Oscillator)57と、サーボ制御用の電圧制御発振器(VCO)58とを含む。   Further, the signal processing circuit 50 is a circuit for reading a signal from the hard disk, and includes a variable gain amplifier 51, an analog filter 52, an A / D converter 53, a digital filter 54, a detection circuit 55, a read / write. A voltage-controlled oscillator (VCO) 57 and a voltage-controlled oscillator (VCO) 58 for servo control.

ゲイン可変アンプ51は、磁気ヘッドが持つ非線形の電磁気特性で劣化減衰した読出信号の振幅を、所定の振幅レベルに可変増幅する。アナログフィルタ52は、ゲイン可変アンプ51から出力されたアナログ信号のノイズを除去する。A/D変換器53は、アナログフィルタ52の出力をデジタル信号に変換する。デジタルフィルタ54は、A/D変換器53から出力されたデジタル信号のノイズを除去する。検出回路55は、デジタルフィルタ54の出力に基づいて読出データを生成する。読出/書込用およびサーボ制御用の電圧制御発振器(VCO)57,58は、検出回路55の出力に基づいてA/D変換器53のサンプリングの基準となるクロック信号を生成する。   The variable gain amplifier 51 variably amplifies the amplitude of the read signal that has deteriorated and attenuated due to the nonlinear electromagnetic characteristics of the magnetic head to a predetermined amplitude level. The analog filter 52 removes noise from the analog signal output from the variable gain amplifier 51. The A / D converter 53 converts the output of the analog filter 52 into a digital signal. The digital filter 54 removes noise from the digital signal output from the A / D converter 53. The detection circuit 55 generates read data based on the output of the digital filter 54. Voltage control oscillators (VCO) 57 and 58 for reading / writing and servo control generate a clock signal that is a reference for sampling of the A / D converter 53 based on the output of the detection circuit 55.

実施の形態1〜5で説明したA/D変換器を上記のA/D変換器53に適用することによって、HDD用の高速の信号処理装置50を実現することができる。   By applying the A / D converter described in the first to fifth embodiments to the A / D converter 53 described above, a high-speed signal processing device 50 for HDD can be realized.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time must be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

1〜5 A/D変換器、10,10A,10B コンパレータアレイ、11,11A 参照電圧生成回路、12,26 内部クロック生成回路、21 ラダー抵抗(参照電圧生成回路)、Amp_i 増幅器、Amq_i 差動増幅器、CA_i,CAp_i,CAn_i 容量部、Cc_i,Ccp_i,Ccn_i サンプリング容量(容量素子)、Cmp_i,Cmq_i コンパレータ、G_1〜G_j コンパレータグループ、SWsd,SWsd_1〜SWsd_j 第1のスイッチ、SWin_i,SWinp_i 第2のスイッチ、SWref_i,SWrefp_i 第4のスイッチ、SWs_i,SWap_i 第3のスイッチ、SWinn_i 第5のスイッチ、SWrefn_i 第7のスイッチ、SWan_i 第6のスイッチ、SWbp_i,SWcp_i,SWbn_i,SWcn_i スイッチ、SWt 第8のスイッチ、VCM 基準電圧、Vin アナログ入力信号、Vinp 正のアナログ入力信号、Vinn 負のアナログ入力信号、Vref_i,Vrc 参照電圧、Vrefp_i 正の参照電圧、Vrefn_i 負の参照電圧。   1 to 5 A / D converter, 10, 10A, 10B comparator array, 11, 11A reference voltage generation circuit, 12, 26 internal clock generation circuit, 21 ladder resistor (reference voltage generation circuit), Amp_i amplifier, Amq_i differential amplifier , CA_i, CAp_i, CAn_i Capacitors, Cc_i, Ccp_i, Ccn_i Sampling capacitors (capacitance elements), Cmp_i, Cmq_i comparators, G_1 to G_j comparator groups, SWsd, SWsd_1 to SWsd_j First switch, SWin_i, SWinp_i SWref_i, SWrefp_i 4th switch, SWs_i, SWap_i 3rd switch, SWin_i 5th switch, SWrefn_i 7th switch, SWan_i 6th switch , SWbp_i, SWcp_i, SWbn_i, SWcn_i switch, SWt eighth switch, VCM reference voltage, Vin analog input signal, Vinp positive analog input signal, Vinn negative analog input signal, Vref_i, Vrc reference voltage, Vrefp_i positive reference voltage , Vrefn_i Negative reference voltage.

Claims (5)

複数の第1の参照電圧を生成する参照電圧生成回路と、
前記複数の第1の参照電圧にそれぞれ対応し、各々が、対応の第1の参照電圧、デジタル変換すべき第1のアナログ電圧信号、および共通の基準電圧を受ける複数の比較器と、
前記基準電圧を前記複数の比較器の各々に供給する共通の経路上に設けられ、サンプル期間に導通状態であり、比較期間に非導通状態であり、前記サンプル期間と前記比較期間との間の移行期間に導通状態から非導通状態に切替わる第1のスイッチとを備え、
前記複数の比較器の各々は、
前記サンプル期間に導通状態であり、前記比較期間に非導通状態であり、前記移行期間に前記第1のスイッチが非導通状態になった後に非導通状態になる第2および第3のスイッチと、
前記サンプル期間に非導通状態であり、前記比較期間に導通状態であり、前記移行期間に前記第1のスイッチが非導通状態になった後に導通状態になる第4のスイッチと、
一端に、前記第2のスイッチが導通状態のときに前記第1のアナログ電圧信号を受けるとともに前記第4のスイッチが導通状態のときに対応の第1の参照電圧を受け、他端に、前記第3のスイッチが導通状態のときに前記基準電圧を受ける第1の容量素子と、
前記比較期間に前記第1の容量素子の前記他端の電圧が入力される増幅器とを含む、アナログ/デジタル変換器。
A reference voltage generation circuit for generating a plurality of first reference voltages;
A plurality of comparators respectively corresponding to the plurality of first reference voltages, each receiving a corresponding first reference voltage, a first analog voltage signal to be digitally converted, and a common reference voltage;
Provided on a common path for supplying the reference voltage to each of the plurality of comparators, is conductive in the sample period, is non-conductive in the comparison period, and is between the sample period and the comparison period A first switch that switches from a conductive state to a non-conductive state during the transition period;
Each of the plurality of comparators is
Second and third switches that are conductive in the sample period, non-conductive in the comparison period, and non-conductive after the first switch is non-conductive in the transition period;
A fourth switch that is non-conductive during the sample period, is conductive during the comparison period, and is conductive after the first switch is non-conductive during the transition period;
One end receives the first analog voltage signal when the second switch is in a conductive state and the corresponding first reference voltage when the fourth switch is in a conductive state. A first capacitive element that receives the reference voltage when the third switch is conductive;
An analog / digital converter including an amplifier to which the voltage of the other end of the first capacitor element is input during the comparison period.
前記参照電圧生成回路は、前記複数の第1の参照電圧とそれぞれ対になって複数の差動の参照電圧を構成する複数の第2の参照電圧をさらに生成し、
前記複数の比較器の各々は、前記第1のアナログ電圧信号と対になって差動のアナログ電圧信号を構成する第2のアナログ電圧信号をさらに受け、
前記複数の比較器の各々は、
前記サンプル期間に導通状態であり、前記比較期間に非導通状態であり、前記移行期間に前記第1のスイッチが非導通状態になった後に非導通状態になる第5および第6のスイッチと、
前記サンプル期間に非導通状態であり、前記比較期間に導通状態であり、前記移行期間に前記第1のスイッチが非導通状態になった後に導通状態になる第7のスイッチと、
一端に、前記第5のスイッチが導通状態のときに前記第2のアナログ電圧信号を受けるとともに前記第7のスイッチが導通状態のときに対応の第2の参照電圧を受け、他端に、前記第6のスイッチが導通状態のときに前記基準電圧を受ける第2の容量素子とを含み、
前記複数の比較器の各々において、前記増幅器には、前記比較期間に前記第2の容量素子の前記他端の電圧がさらに入力される、請求項1に記載のアナログ/デジタル変換器。
The reference voltage generation circuit further generates a plurality of second reference voltages that form a plurality of differential reference voltages in pairs with the plurality of first reference voltages, respectively.
Each of the plurality of comparators further receives a second analog voltage signal paired with the first analog voltage signal to form a differential analog voltage signal;
Each of the plurality of comparators is
Fifth and sixth switches that are conductive during the sample period, non-conductive during the comparison period, and non-conductive after the first switch is non-conductive during the transition period;
A seventh switch that is non-conductive during the sample period, is conductive during the comparison period, and is conductive after the first switch is non-conductive during the transition period;
One end receives the second analog voltage signal when the fifth switch is conductive and the corresponding second reference voltage when the seventh switch is conductive, and the other end receives the second reference voltage. And a second capacitive element that receives the reference voltage when the sixth switch is in a conductive state,
2. The analog / digital converter according to claim 1, wherein in each of the plurality of comparators, a voltage of the other end of the second capacitor element is further input to the amplifier during the comparison period.
アナログ/デジタル変換器であって、
複数の第1の参照電圧を生成する参照電圧生成回路と、
前記複数の第1の参照電圧にそれぞれ対応し、各々が、対応の第1の参照電圧、デジタル変換すべき第1のアナログ電圧信号、および共通の基準電圧を受ける複数の比較器とを備え、
前記複数の比較器は、複数のグループに分割され、
前記アナログ/デジタル変換器は、さらに、前記複数のグループにそれぞれ対応し、各々が、対応するグループを構成する各比較器に前記基準電圧を供給する共通の経路上に設けられ、サンプル期間に導通状態であり、比較期間に非導通状態であり、前記サンプル期間と前記比較期間との間の移行期間に導通状態から非導通状態に切替わる複数の第1のスイッチを備え、
前記複数の比較器の各々は、
前記サンプル期間に導通状態であり、前記比較期間に非導通状態であり、前記移行期間に前記複数の第1のスイッチが非導通状態になった後に非導通状態になる第2および第3のスイッチと、
前記サンプル期間に非導通状態であり、前記比較期間に導通状態であり、前記移行期間に前記複数の第1のスイッチが非導通状態になった後に導通状態になる第4のスイッチと、
一端に、前記第2のスイッチが導通状態のときに前記第1のアナログ電圧信号を受けるとともに前記第4のスイッチが導通状態のときに対応の第1の参照電圧を受け、他端に、前記第3のスイッチが導通状態のときに前記基準電圧を受ける第1の容量素子と、
前記比較期間に前記第1の容量素子の前記他端の電圧が入力される増幅器とを含む、アナログ/デジタル変換器。
An analog / digital converter,
A reference voltage generation circuit for generating a plurality of first reference voltages;
A plurality of comparators each corresponding to the plurality of first reference voltages, each receiving a corresponding first reference voltage, a first analog voltage signal to be digitally converted, and a common reference voltage;
The plurality of comparators are divided into a plurality of groups,
The analog / digital converter further corresponds to each of the plurality of groups, and each of the analog / digital converters is provided on a common path for supplying the reference voltage to each comparator constituting the corresponding group, and is conducted during the sample period. A plurality of first switches that are in a state, in a non-conduction state in a comparison period, and switched from a conduction state to a non-conduction state in a transition period between the sample period and the comparison period;
Each of the plurality of comparators is
Second and third switches that are conductive during the sample period, non-conductive during the comparison period, and are non-conductive after the plurality of first switches are non-conductive during the transition period When,
A fourth switch that is non-conductive during the sample period, is conductive during the comparison period, and is conductive after the plurality of first switches are non-conductive during the transition period;
One end receives the first analog voltage signal when the second switch is in a conductive state and the corresponding first reference voltage when the fourth switch is in a conductive state. A first capacitive element that receives the reference voltage when the third switch is conductive;
An analog / digital converter including an amplifier to which the voltage of the other end of the first capacitor element is input during the comparison period.
前記参照電圧生成回路は、前記複数の第1の参照電圧とそれぞれ対になって複数の差動の参照電圧を構成する複数の第2の参照電圧をさらに生成し、
前記複数の比較器の各々は、前記第1のアナログ電圧信号と対になって差動のアナログ電圧信号を構成する第2のアナログ電圧信号をさらに受け、
前記複数の比較器の各々は、
前記サンプル期間に導通状態であり、前記比較期間に非導通状態であり、前記移行期間に前記複数の第1のスイッチが非導通状態になった後に非導通状態になる第5および第6のスイッチと、
前記サンプル期間に非導通状態であり、前記比較期間に導通状態であり、前記移行期間に前記複数の第1のスイッチが非導通状態になった後に導通状態になる第7のスイッチと、
一端に、前記第5のスイッチが導通状態のときに前記第2のアナログ電圧信号を受けるとともに前記第7のスイッチが導通状態のときに対応の第2の参照電圧を受け、他端に、前記第6のスイッチが導通状態のときに前記基準電圧を受ける第2の容量素子とを含み、
前記複数の比較器の各々において、前記増幅器には、前記比較期間に前記第2の容量素子の前記他端の電圧がさらに入力される、請求項4に記載のアナログ/デジタル変換器。
The reference voltage generation circuit further generates a plurality of second reference voltages that form a plurality of differential reference voltages in pairs with the plurality of first reference voltages, respectively.
Each of the plurality of comparators further receives a second analog voltage signal paired with the first analog voltage signal to form a differential analog voltage signal;
Each of the plurality of comparators is
Fifth and sixth switches that are conductive during the sample period, are non-conductive during the comparison period, and are non-conductive after the plurality of first switches are non-conductive during the transition period When,
A seventh switch that is non-conductive during the sample period, is conductive during the comparison period, and is conductive after the plurality of first switches are non-conductive during the transition period;
One end receives the second analog voltage signal when the fifth switch is conductive and the corresponding second reference voltage when the seventh switch is conductive, and the other end receives the second reference voltage. And a second capacitive element that receives the reference voltage when the sixth switch is in a conductive state,
5. The analog / digital converter according to claim 4, wherein in each of the plurality of comparators, a voltage of the other end of the second capacitive element is further input to the amplifier during the comparison period.
前記アナログ/デジタル変換器は、さらに、前記複数の第1のスイッチの各々に前記基準電圧を供給する共通の経路上に設けられた第8のスイッチを備え、
前記第8のスイッチは、前記サンプル期間に導通状態であり、前記比較期間に非導通状態であり、前記移行期間に前記複数の第1のスイッチが非導通状態になる前に非導通状態になる、請求項3または4に記載のアナログ/デジタル変換器。
The analog / digital converter further includes an eighth switch provided on a common path for supplying the reference voltage to each of the plurality of first switches,
The eighth switch is conductive during the sample period, is non-conductive during the comparison period, and is non-conductive before the plurality of first switches are non-conductive during the transition period. 5. An analog / digital converter according to claim 3 or 4.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114035635A (en) * 2021-11-12 2022-02-11 中国电子科技集团公司第二十四研究所 Reference voltage generating circuit and method for modulator

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