JP2010278952A - Successive approximation a/d converter circuit, and semiconductor integrated circuit - Google Patents

Successive approximation a/d converter circuit, and semiconductor integrated circuit Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To correct errors resulting from switching noise generated in a comparison circuit and improve conversion accuracy without inviting an increase in area, reduction in conversion rate or increase in consumption current in a successive approximation analog-digital (AD) converter circuit. <P>SOLUTION: In the successive approximation AD converter circuit provided with the comparison circuit including a plurality of amplifier stages cascade-connected via a coupling capacitance for evaluating sizes of input analog voltage and comparison voltage, a capacitance with one terminal connected to an input terminal of a first stage of amplifier stages in the comparison circuit, a sub-DA converter circuit having a switching means capable of switching voltages to be applied to another terminal of the capacitance based on an output from the comparison circuit, and a control circuit which can generate a control signal for the sub-DA converter circuit depending on the output from the comparison circuit to allow the comparison circuit to perform a redundancy comparison as well as can execute an averaging processing of the outputs from the comparison circuit to generate correction signal of a value for a register are provided to allow to execute the redundancy comparison action using a result of a normal AD conversion action as a start value after the AD conversion action. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、逐次比較型AD変換回路における変換精度を向上させる技術に関し、特にチョッパ型コンパレータを備えたAD変換回路に利用して好適な技術に関する。   The present invention relates to a technique for improving conversion accuracy in a successive approximation AD converter circuit, and more particularly to a technique suitable for use in an AD converter circuit having a chopper comparator.

携帯電話、PDA(Personal Digital Assistants)、ディジタルカメラ等の携帯用電子機器には、機器内部のシステムを制御するためマイクロプロセッサが設けられており、マイクロプロセッサは温度や電池の電圧等を監視して制御を行っている。そのため、機器には温度や電池の電圧等を検出するセンサが設けられ、マイクロプロセッサには、これらのセンサからのアナログ信号をディジタル信号に変換するA/D変換回路を内蔵するものが用いられることが多い。   Portable electronic devices such as mobile phones, PDAs (Personal Digital Assistants), and digital cameras are equipped with a microprocessor to control the system inside the device. The microprocessor monitors the temperature and battery voltage. Control is in progress. Therefore, equipment is provided with sensors for detecting temperature, battery voltage, etc., and a microprocessor with an A / D conversion circuit for converting analog signals from these sensors into digital signals is used. There are many.

また、マイクロプロセッサなどに内蔵されるA/D変換回路は、その回路規模が小さなものが望まれる。そのようなA/D変換回路として、例えば図4に示すようなCMOSインバータを増幅器として利用するいわゆるチョッパ型コンパレータを用いたA/D変換回路が知られている。   Further, it is desired that the A / D conversion circuit built in the microprocessor or the like has a small circuit scale. As such an A / D conversion circuit, for example, an A / D conversion circuit using a so-called chopper type comparator using a CMOS inverter as an amplifier as shown in FIG. 4 is known.

このA/D変換回路においては、サンプリングクロックによってCMOSインバータの入出力端子間をショートした状態でアナログ信号の入力側のスイッチ(サンプリングスイッチ)SS1をオンさせて、インバータの論理しきい値電圧を基準にして入力信号Vinを容量Csにサンプリングする。その後、サンプリングスイッチSS1をオフし、比較電圧の入力側のスイッチSS2をオンさせて比較電圧Vrefをサンプリング容量Csに印加するとともに、CMOSインバータの入出力間を遮断させることで、各インバータが増幅器として動作して出力が変化する。このとき入力は3段のインバータによって増幅されるため、出力はほぼ論理レベルである電源電圧Vccまたは接地電位GNDとなり、VinとVrefとの大小関係の判定結果が出力される。   In this A / D conversion circuit, a switch (sampling switch) SS1 on the analog signal input side is turned on with the sampling clock short-circuited between the input and output terminals of the CMOS inverter, and the logical threshold voltage of the inverter is used as a reference. The input signal Vin is sampled into the capacitor Cs. Thereafter, the sampling switch SS1 is turned off, the switch SS2 on the comparison voltage input side is turned on, the comparison voltage Vref is applied to the sampling capacitor Cs, and the input and output of the CMOS inverter are shut off, whereby each inverter becomes an amplifier. Operates and changes output. At this time, since the input is amplified by the three-stage inverter, the output becomes the power supply voltage Vcc or the ground potential GND which is almost at the logic level, and the determination result of the magnitude relation between Vin and Vref is output.

特開2003−283336号公報JP 2003-283336 A

逐次比較型AD変換回路では、クロックの高速化によって比較電圧が完全に変化し終える前に判定を行なってしまうことで判定ミスが発生し、AD変換精度が低下することがある。かかる課題を解決するため、通常の比較サイクルに対して冗長比較サイクルを追加することでエラーを補正し、AD変換精度を高めるようにした発明が提案されている(特許文献1)。   In the successive approximation type AD converter circuit, a determination error may occur due to the determination being made before the comparison voltage has completely changed due to an increase in clock speed, and the AD conversion accuracy may be reduced. In order to solve such a problem, an invention has been proposed in which an error is corrected by adding a redundant comparison cycle to a normal comparison cycle to improve AD conversion accuracy (Patent Document 1).

しかしながら、逐次比較型AD変換回路では、サンプリング時に抵抗やトランジスタなどの素子が発生する熱雑音や基板に流れるリーク電流によるノイズ(基板ノイズ)をサンプリングコンデンサに取り込んでしまうことによりAD変換結果に誤差が生じる他、比較時にコンパレータで発生する切り換わりノイズによって、AD変換結果に誤差が生じることもある。   However, in the successive approximation type AD converter circuit, an error is caused in the AD conversion result by incorporating thermal noise generated by elements such as resistors and transistors during sampling and noise (substrate noise) due to leakage current flowing through the substrate into the sampling capacitor. In addition, an error may occur in the AD conversion result due to switching noise generated in the comparator during comparison.

図5には、横軸にアナログ入力電圧をとって、コンパレータの切り換わり頻度およびAD変換出力のコード変化との関係を示す。このうち(A)はコンパレータの切り換わり頻度のばらつきが小さい場合、(B)はコンパレータの切り換わり頻度のばらつきが大きい場合を示している。   In FIG. 5, the horizontal axis represents the analog input voltage, and the relationship between the switching frequency of the comparator and the code change of the AD conversion output is shown. Among these, (A) shows the case where the variation in the switching frequency of the comparator is small, and (B) shows the case where the variation in the switching frequency of the comparator is large.

図5より、(A)のようにコンパレータの頻度のばらつきが小さい場合には、変換結果は安定しておりエラーが発生するおそれは少ないが、(B)のようにコンパレータの頻度のばらつきが大きい場合には、変換結果は不安定となりエラーが発生し易くなることが分かる。具体的には、頻度のばらつきが正規分布をなすとき±3.3σが1LSB(例えば1mV)よりも広くなると、(B)のように頻度の分布の一部が重なる、つまりどのようなアナログ入力をAD変換しても一定のデジタルコード出力が得られなくなり、エラーが発生しやすくなる。   From FIG. 5, when the variation in the frequency of the comparator is small as shown in (A), the conversion result is stable and there is little possibility of an error, but the variation in the frequency of the comparator is large as shown in (B). In this case, it can be seen that the conversion result becomes unstable and an error is likely to occur. Specifically, when ± 3.3σ becomes wider than 1 LSB (for example, 1 mV) when frequency variation forms a normal distribution, a part of frequency distribution overlaps as shown in (B), that is, what analog input Even if AD conversion is performed, a constant digital code output cannot be obtained, and an error is likely to occur.

特に、チョッパ型コンパレータを備えたAD変換回路においては、図5(B)のような特性になることが多い。前記特許文献1に記載の発明は、高速化によって比較電圧が完全に変化し終える前に判定を行なってしまうことで発生する判定ミスによる誤差を補正することはできるが、熱雑音や基板ノイズ、コンパレータの切り換わりノイズによって発生する判定ミスによる誤差すなわち回路で生じるノイズに起因したエラーまでは補正することができないという課題がある。   In particular, an AD converter circuit including a chopper comparator often has characteristics as shown in FIG. The invention described in Patent Document 1 can correct an error due to a determination error that occurs when a determination is made before the comparison voltage has completely changed due to high speed, but thermal noise, substrate noise, There is a problem that an error due to a determination error caused by switching noise of a comparator, that is, an error caused by noise generated in a circuit cannot be corrected.

なお、熱雑音や基板ノイズをサンプリングコンデンサに取り込むことにより生じるエラーは、サンプリングコンデンサの容量値を大きくすることなどの対策によって低減することはできるが、そのようにすると面積が増加してコストアップを招くとともに、変換速度が低下するなど別の問題が発生する。また、このような対策では、ノイズによるエラーを低減できたとしても、エラーを補正することまではできないという課題がある。   Although errors caused by taking thermal noise and substrate noise into the sampling capacitor can be reduced by measures such as increasing the capacitance value of the sampling capacitor, doing so increases the area and increases costs. In addition, other problems occur, such as a reduction in conversion speed. Further, with such a countermeasure, there is a problem that even if an error due to noise can be reduced, the error cannot be corrected.

この発明は上記のような課題に着目してなされたものでその目的とするところは、逐次比較型AD変換回路において、主に比較回路で生じる切り換わりノイズに起因したエラーを補正しAD変換精度を向上させることができるようにすることにある。   The present invention has been made paying attention to the above-described problems, and the object of the present invention is to correct errors caused by switching noise mainly generated in the comparison circuit in the successive approximation type AD conversion circuit and to correct the AD conversion accuracy. It is to be able to improve.

上記目的を達成するため、この発明は、
結合容量を介して縦続接続された複数の増幅段を備え入力アナログ電圧と比較電圧の大小を判定する比較回路と、該比較回路の判定結果を順次取り込んで保持するレジスタと、該レジスタの値を電圧に変換し前記比較電圧を生成するローカルDA変換回路と、を備えた逐次比較型AD変換回路であって、
前記比較回路の初段の増幅段の入力端子に一方の端子が接続された1または2以上の容量と、前記比較回路の出力に基づいて前記容量の他方の端子に印加する電圧を切替え可能なスイッチ手段を有するサブDA変換回路と、
前記比較回路の出力に応じて前記サブDA変換回路の制御信号を生成し前記比較回路に冗長比較を実行させるとともに前記比較回路の出力の平均化処理を行なって前記レジスタの値の補正信号を生成可能な制御回路と、
を備え、前記ローカルDA変換回路を用いた通常のAD変換動作の後に該変換結果をスタート値として前記サブDA変換回路を用いた冗長比較動作を実行可能に構成したものである。
In order to achieve the above object, the present invention provides:
A comparison circuit that includes a plurality of amplification stages connected in cascade via a coupling capacitor, determines the magnitude of the input analog voltage and the comparison voltage, a register that sequentially captures and holds the determination result of the comparison circuit, and a value of the register A successive approximation AD converter circuit comprising: a local DA converter circuit that converts the voltage into a voltage and generates the comparison voltage;
A switch capable of switching between one or more capacitors having one terminal connected to the input terminal of the first amplification stage of the comparison circuit and a voltage applied to the other terminal of the capacitor based on the output of the comparison circuit A sub-DA conversion circuit having means;
A control signal for the sub DA converter circuit is generated in accordance with the output of the comparator circuit, and the comparator circuit performs a redundant comparison and averages the output of the comparator circuit to generate a correction signal for the register value. Possible control circuit,
And after the normal AD conversion operation using the local DA conversion circuit, a redundant comparison operation using the sub DA conversion circuit can be executed using the conversion result as a start value.

上記した構成によれば、増幅段の切り換わりノイズに埋もれているような範囲で冗長比較が行なわれるため、増幅段の切り換わりノイズによる誤差を補正したAD変換値を得ることができるようになる。また、通常のAD変換動作の後に該変換結果をスタート値として冗長比較動作を実行するため、AD変換に要する時間が極端に長くなることがない。   According to the configuration described above, since the redundancy comparison is performed in a range that is buried in the switching noise of the amplification stage, an AD conversion value in which an error due to the switching noise of the amplification stage is corrected can be obtained. . In addition, since the redundancy comparison operation is executed using the conversion result as the start value after the normal AD conversion operation, the time required for AD conversion does not become extremely long.

ここで、望ましくは、前記制御回路は、前記サブDA変換回路を用いた冗長比較を複数回実行させ、前記ローカルDA変換回路を用いた通常のAD変換動作の結果と前記複数回の冗長比較の結果との平均化処理を行ない、該平均化処理の結果に応じて前記レジスタの値を変更可能に構成する。これにより、増幅段の切り換わりノイズ等による誤差を補正したより正確なAD変換値が得られるようになる。   Here, preferably, the control circuit causes the redundant comparison using the sub DA conversion circuit to be executed a plurality of times, and the result of the normal AD conversion operation using the local DA conversion circuit and the redundant comparison of the plurality of times are performed. An averaging process with the result is performed, and the value of the register can be changed according to the result of the averaging process. This makes it possible to obtain a more accurate AD conversion value in which an error due to switching of the amplification stage is corrected.

また、望ましくは、前記ローカルDA変換回路は、2のべき乗の重み付けをされた2以上のn個の容量と、各容量に対応して設けられたスイッチ手段とを備え、前記サブDA変換回路は、2のべき乗の重み付けをされた2以上のk個の容量と、各容量に対応して設けられたスイッチ手段とを備え、前記kはnよりも小さく、前記n個の容量のうち最小のものと、前記k個の容量のうち最小のものは同一の容量値であるように構成する。これにより、サブDA変換回路の設計が容易となる。   Preferably, the local DA converter circuit includes two or more capacitors weighted by powers of 2 and switch means provided corresponding to each capacitor, and the sub DA converter circuit includes: 2 or more k capacitors weighted to the power of 2, and switch means provided corresponding to each capacitor, wherein k is smaller than n and is the smallest of the n capacitors The smallest one of the k capacitors is configured to have the same capacitance value. This facilitates the design of the sub DA conversion circuit.

さらに、望ましくは、前記ローカルDA変換回路は、
前記比較回路の入力端子に一方の端子が共通に接続された複数の重み容量を含む容量アレイと、前記複数の重み容量の他方の端子にそれぞれ入力アナログ電圧または前記第1基準電圧もしくは第2基準電圧を印加可能な切替えスイッチ回路と、
前記第1基準電圧が印加される第1ノードと前記第2基準電圧が印加される第2ノードとの間に設けられたラダー抵抗と、該ラダー抵抗のいずれかのノードから電位を取り出す選択手段と、を備え、
前記切替えスイッチ回路は、前記レジスタの上位側の複数ビットの値に応じて接続状態が決定され、第1の期間に前記複数の重み容量の他方の端子に入力アナログ電圧を印加し、第2の期間に前記第1レジスタの値に応じて前記複数の重み容量の他方の端子に前記第1基準電圧もしくは第2基準電圧を印加し、
前記選択手段は前記レジスタの下位側の複数ビットの値に応じて取り出す電位が決定され、該選択手段により取り出された電位は、前記切替えスイッチ回路によって、前記第2の期間に前記複数の重み容量のうち最も容量値の小さな容量の端子に印加され、
前記サブDA変換回路において前記スイッチ手段により前記容量に印加される電圧は、前記ローカルDA変換回路の前記ラダー抵抗のいずれかのノードから取り出されるように構成する。
Further, preferably, the local DA conversion circuit includes:
A capacitor array including a plurality of weight capacitors, one terminal of which is commonly connected to the input terminal of the comparison circuit, and an input analog voltage, the first reference voltage, or the second reference, respectively, to the other terminal of the plurality of weight capacitors. A changeover switch circuit capable of applying a voltage;
Ladder resistance provided between a first node to which the first reference voltage is applied and a second node to which the second reference voltage is applied, and selection means for extracting a potential from any node of the ladder resistance And comprising
The changeover switch circuit determines a connection state according to the values of a plurality of bits on the upper side of the register, applies an input analog voltage to the other terminal of the plurality of weight capacitors in a first period, Applying the first reference voltage or the second reference voltage to the other terminal of the plurality of weight capacitors according to the value of the first register during a period;
The selection means determines a potential to be extracted according to the values of a plurality of bits on the lower side of the register, and the potential extracted by the selection means is calculated by the changeover switch circuit during the second period. Is applied to the terminal with the smallest capacitance value,
The voltage applied to the capacitor by the switch means in the sub DA conversion circuit is configured to be extracted from any node of the ladder resistor of the local DA conversion circuit.

ローカルDA変換回路を容量アレイとラダー抵抗とで構成することにより、AD変換回路の変換ビット数が大きい場合にもローカルDA変換回路の回路規模の増大を抑えることができるとともに、ローカルDA変換回路のラダー抵抗をサブDA変換回路で使用する切替え電圧の生成手段として共用できるため、回路規模の増大を抑えることができる。   By configuring the local DA converter circuit with a capacitor array and a ladder resistor, an increase in the circuit scale of the local DA converter circuit can be suppressed even when the number of conversion bits of the AD converter circuit is large. Since the ladder resistor can be shared as a switching voltage generating means used in the sub DA conversion circuit, an increase in circuit scale can be suppressed.

また、望ましくは、前記比較回路は、
CMOSインバータを前記増幅段として有するとともに、各CMOSインバータの入出力端子間にそれぞれ設けられたスイッチ素子と、前記CMOSインバータ間に設けられた結合容量と、を有し、
第1の期間に前記スイッチ素子がオン状態にされて、サンプリング容量の一方の端子に前記CMOSインバータの論理しきい値に相当する電圧が印加されて該電圧を基準に入力アナログ電圧を取り込み、
第2の期間に、前記サンプリング容量に前記入力アナログ電圧と前記比較電圧との電位差に応じた電荷がチャージされ、かつ前記スイッチ素子がオフ状態にされて前記サンプリング容量の電位を前記CMOSインバータで増幅するように構成する。これにより、回路を構成する素子の数が多い差動増幅回路のようなコンパレータを用いることなく、入力アナログ電圧と比較電圧の大小を判定することができる。
Preferably, the comparison circuit includes:
Having a CMOS inverter as the amplification stage, a switch element provided between the input and output terminals of each CMOS inverter, and a coupling capacitor provided between the CMOS inverters,
In the first period, the switch element is turned on, a voltage corresponding to the logic threshold of the CMOS inverter is applied to one terminal of the sampling capacitor, and an input analog voltage is taken in based on the voltage,
In a second period, the sampling capacitor is charged with a charge corresponding to the potential difference between the input analog voltage and the comparison voltage, and the switch element is turned off to amplify the potential of the sampling capacitor by the CMOS inverter To be configured. Thereby, the magnitude of the input analog voltage and the comparison voltage can be determined without using a comparator such as a differential amplifier circuit having a large number of elements constituting the circuit.

また、本出願の他の発明は、上記のような構成を有する逐次比較型AD変換回路とCPUとを備えた半導体集積回路において、CPUによって比較動作の回数を設定可能なレジスタを設け、前記制御回路は該レジスタの設定値に応じて前記サブDA変換回路を制御するように構成したものである。これにより、変換対象となるアナログ信号に応じて冗長比較回数を可変にすることができ、信号の特性に合わせて比較的短い時間内に所望の変換精度を有するAD変換結果を得ることができるようになる。   According to another aspect of the present application, in a semiconductor integrated circuit including a successive approximation AD converter circuit having a configuration as described above and a CPU, a register in which the number of comparison operations can be set by the CPU is provided. The circuit is configured to control the sub DA conversion circuit in accordance with the set value of the register. As a result, the number of redundant comparisons can be made variable according to the analog signal to be converted, and an AD conversion result having a desired conversion accuracy can be obtained within a relatively short time according to the signal characteristics. become.

本発明によれば、逐次比較型AD変換回路において、主に比較回路で生じる切り換わりノイズに起因したエラーを補正しAD変換精度を向上させることができるようになるという効果がある。   According to the present invention, in the successive approximation type AD converter circuit, it is possible to correct errors caused by switching noise mainly generated in the comparison circuit and improve AD conversion accuracy.

本発明に係る逐次比較型AD変換回路の一実施形態を示す回路構成図である。1 is a circuit configuration diagram showing an embodiment of a successive approximation AD converter circuit according to the present invention. 本発明に係る逐次比較型AD変換回路の第2の実施形態を示す回路構成図である。FIG. 3 is a circuit configuration diagram showing a second embodiment of a successive approximation AD converter circuit according to the present invention. 横軸に時間軸をとってローカルDA変換回路の出力電圧(Vref)のレベルを各サイクル毎に示したタイムチャートである。5 is a time chart showing the level of the output voltage (Vref) of the local DA converter circuit for each cycle, with the time axis on the horizontal axis. チョッパ型コンパレータを備えた従来のAD変換回路の構成例を示す回路構成図である。It is a circuit block diagram which shows the structural example of the conventional AD converter circuit provided with the chopper type comparator. 横軸にアナログ入力電圧をとって、コンパレータの切り換わり頻度およびAD変換出力のコード変化との関係を示すもので、(A)はコンパレータの切り換わり頻度のばらつきが小さい場合、(B)はコンパレータの切り換わり頻度のばらつきが大きい場合を示す説明図である。Taking the analog input voltage on the horizontal axis, the relationship between the switching frequency of the comparator and the code change of the AD conversion output is shown. (A) shows a small variation in the switching frequency of the comparator, (B) shows the comparator It is explanatory drawing which shows the case where the dispersion | variation in switching frequency of is large.

以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明に係る逐次比較型AD変換回路の一実施形態を示す。図1に示されているAD変換回路は、アナログ入力端子に入力されたアナログ入力Vinと基準電圧端子に印加された比較電圧Vrefとを交互にサンプリングして差電圧を保持するサンプル・ホールド回路11と、該サンプル・ホールド回路11によってサンプリングされた差電圧を増幅するチョッパ型コンパレータ12と、該チョッパ型コンパレータ12の出力を順次取り込む逐次比較レジスタ13と、該レジスタ13から出力される信号によって内部のスイッチが切り替わることでレジスタ13の出力コードをDA変換した電圧を比較電圧Vrefとして上記サンプル・ホールド回路11へ出力するローカルDA変換回路14と、コンパレータ12の出力を入力とし所定の信号を出力する制御回路15と、コンパレータ12の初段のCMOSインバータINV1の入力端子に接続されたサブDA変換回路(SubDAC)16とを備える。   FIG. 1 shows an embodiment of a successive approximation AD converter circuit according to the present invention. The AD conversion circuit shown in FIG. 1 is a sample-and-hold circuit 11 that alternately samples an analog input Vin input to an analog input terminal and a comparison voltage Vref applied to a reference voltage terminal to hold a difference voltage. A chopper comparator 12 that amplifies the differential voltage sampled by the sample and hold circuit 11, a successive approximation register 13 that sequentially captures the output of the chopper comparator 12, and a signal output from the register 13 The local DA conversion circuit 14 that outputs the voltage obtained by DA-converting the output code of the register 13 as the comparison voltage Vref to the sample and hold circuit 11 when the switch is switched, and the control that outputs the predetermined signal using the output of the comparator 12 as an input The circuit 15 and the CMOS input of the first stage of the comparator 12 And a sub-DA converter (SubDAC) 16 which is connected to an input terminal of the chromatography data INV1.

サンプル・ホールド回路11は、サンプリングクロックφsとその逆相のクロック/φsによって相補的にオン、オフされる一対のサンプリング用スイッチSS1,SS2と、該スイッチSS1,SS2の接続ノードと上記チョッパ型コンパレータ12の入力端子との間に接続されたサンプリング容量Csとからなる。   The sample and hold circuit 11 includes a pair of sampling switches SS1 and SS2 that are complementarily turned on and off by a sampling clock φs and a clock / φs having a phase opposite to the sampling clock φs, a connection node between the switches SS1 and SS2, and the chopper comparator The sampling capacitor Cs is connected between 12 input terminals.

また、チョッパ型コンパレータ12は、3個のCMOSインバータINV1,INV2,INV3を、容量C2,C3を介して縦続接続するとともに、各インバータ毎に入出力端子間を短絡するスイッチS1,S2,S3を設けた構成とされている。   The chopper comparator 12 has three CMOS inverters INV1, INV2, and INV3 connected in cascade through capacitors C2 and C3, and switches S1, S2, and S3 that short-circuit the input / output terminals for each inverter. It is set as the provided structure.

この実施例のコンパレータ12においては、サンプリング期間にスイッチS1,S2,S3がオンされてインバータINV1,INV2,INV3の入出力が短絡されることで、各インバータの入力電位と出力電位はその論理しきい値VLTと等しい電位になる。そのため、サンプル・ホールド回路11では、サンプリングクロックφsによって入力端子側のスイッチSS1がオン状態にされる。これによって、サンプリング容量Csには、VLTを基準として入力アナログ電圧Vinがサンプリングされる。つまり、CsにはVLTとVinとの電位差に応じた電荷がチャージされる。また、容量C2,C3には、各インバータの論理しきい値の差分の電圧(VLT2−VLT1),(VLT3−VLT2)がチャージされる。   In the comparator 12 of this embodiment, the switches S1, S2, and S3 are turned on during the sampling period, and the input and output of the inverters INV1, INV2, and INV3 are short-circuited. The potential is equal to the threshold value VLT. Therefore, in the sample and hold circuit 11, the switch SS1 on the input terminal side is turned on by the sampling clock φs. As a result, the input analog voltage Vin is sampled in the sampling capacitor Cs with reference to VLT. That is, Cs is charged with a charge corresponding to the potential difference between VLT and Vin. The capacitors C2 and C3 are charged with voltages (VLT2−VLT1) and (VLT3−VLT2) which are the differences between the logic threshold values of the inverters.

比較判定時(ホールド期間)には、サンプル・ホールド回路11では、サンプリングクロック/φsによってリファレンス側のスイッチSS2がオン状態にされる。これによって、サンプリング容量Csには、入力アナログ電圧Vinと比較電圧Vrefとの電位差(Vref−Vin)に応じた電荷が残る。また、コンパレータ12においては、φsによってスイッチS1,S2,S3がオフされてインバータINV1,INV2,INV3の入出力間が遮断されることで、各インバータは増幅器として動作し入力電位に応じて出力が変化する。   At the time of comparison determination (hold period), in the sample and hold circuit 11, the reference-side switch SS2 is turned on by the sampling clock / φs. As a result, charges corresponding to the potential difference (Vref−Vin) between the input analog voltage Vin and the comparison voltage Vref remain in the sampling capacitor Cs. In the comparator 12, the switches S1, S2, and S3 are turned off by φs and the input and output of the inverters INV1, INV2, and INV3 are cut off, so that each inverter operates as an amplifier and outputs according to the input potential. Change.

そして、このとき初段のインバータINV1の入力端子には、サンプリング容量Csを介して電位差(Vref−Vin)が伝達され、その電位差がインバータINV1,INV2,INV3によって次第に増幅されて行く。その結果、インバータINV3の出力には、入力アナログ電圧Vinと比較電圧Vrefとを比較した結果が現われる。具体的には、VinがVrefよりも高いときはインバータINV3の出力はロウレベル(接地電位GND)に、またVinがVrefよりも低いときはインバータINV3の出力はハイレベル(電源電圧Vdd)になる。   At this time, the potential difference (Vref−Vin) is transmitted to the input terminal of the first-stage inverter INV1 through the sampling capacitor Cs, and the potential difference is gradually amplified by the inverters INV1, INV2, and INV3. As a result, the result of comparing the input analog voltage Vin and the comparison voltage Vref appears at the output of the inverter INV3. Specifically, when Vin is higher than Vref, the output of the inverter INV3 is at a low level (ground potential GND), and when Vin is lower than Vref, the output of the inverter INV3 is at a high level (power supply voltage Vdd).

サブDA変換回路16は、初段のインバータINV1の入力端子に一方の端子が接続された容量CDA1……CDAkと、各容量CDA1……CDAkの他方の端子に接続され、所定の基準電圧Vref_hまたはVref_lを選択的に印加する切替えスイッチSW11……SW1kとにより構成されている。Vref_hとVref_lは、AD変換可能な電圧範囲FSR(Full Scale Range)の上限値と下限値に相当する電圧である。   The sub D / A converter circuit 16 is connected to a capacitor CDA1... CDAk having one terminal connected to the input terminal of the first-stage inverter INV1, and to the other terminal of each capacitor CDA1. Switch SW11... SW1k for selectively applying. Vref_h and Vref_l are voltages corresponding to an upper limit value and a lower limit value of a voltage range FSR (Full Scale Range) in which AD conversion is possible.

容量CDA1……CDAkは、それぞれ20,21,……2k-1の重みを有する関係となるように容量値が設定される。そして、そのうち最も小さな容量CDAkは、例えばローカルDA変換回路14が重み容量を使用した電荷分配型の回路である場合には、そのローカルDA変換回路を構成する重み容量のうち最も小さな容量と同一の容量値とする。スイッSW11……SW1kは制御回路15からの信号によって印加する電圧の切り替え動作を行なう。なお、ローカルDA変換回路14を構成する重み容量の重み付けを20,21,……2nとすると、kはnよりも小さな正の整数である。 Capacity CDA1 ...... CDAk are each 2 0, 2 1, the capacitance value such that the relationship with the weight of the ...... 2 k-1 is set. For example, when the local DA converter circuit 14 is a charge distribution type circuit using a weight capacitor, the smallest capacitor CDak is the same as the smallest capacitor among the weight capacitors constituting the local DA converter circuit. The capacity value. The switches SW11... SW1k perform a switching operation of the voltage to be applied according to a signal from the control circuit 15. The two weighted weight capacity constituting the local DA conversion circuit 14 0, 2 1, when ...... 2 n, k is a positive integer smaller than n.

制御回路15は、後述の冗長比較動作によってコンパレータ12から出力される複数回の冗長比較結果の平均化を行なう機能を有しており、コンパレータ12の冗長比較結果を保持するレジスタ(アキュームレータ)と複数回の冗長比較結果の平均をとる演算回路(加算器)などから構成される。   The control circuit 15 has a function of averaging a plurality of redundant comparison results output from the comparator 12 by a redundant comparison operation described later, and includes a register (accumulator) that holds the redundant comparison results of the comparator 12 and a plurality of It is composed of an arithmetic circuit (adder) that takes the average of the redundant comparison results of the first time.

逐次比較レジスタ13には、コンパレータ12の出力がANDゲートのような伝送ゲートG1を介して供給/遮断可能にされており、伝送ゲートG1は制御回路15によって、ローカルDA変換回路14による通常のDA変換が開始される際にはコンパレータ12の出力を逐次比較レジスタ13へ伝達し、通常のDA変換が終了するとコンパレータ12の出力の逐次比較レジスタ13への伝達を遮断するように制御される。   The output of the comparator 12 can be supplied / shut off to the successive approximation register 13 via a transmission gate G1 such as an AND gate. The transmission gate G1 is controlled by the control circuit 15 by the local DA conversion circuit 14. When the conversion is started, the output of the comparator 12 is transmitted to the successive approximation register 13, and when the normal DA conversion is completed, the transmission of the output of the comparator 12 to the successive approximation register 13 is controlled.

次に、本実施形態のAD変換回路の動作手順を、図3を用いて説明する。図3は、横軸に時間軸をとってローカルDA変換回路の出力電圧(Vref)のレベルを各サイクル毎に示したものである。   Next, the operation procedure of the AD conversion circuit of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows the level of the output voltage (Vref) of the local DA converter circuit for each cycle, with the time axis on the horizontal axis.

図3において、符号T1で示されている期間は、ローカルDA変換回路14を使用した通常のAD変換動作を行なう期間であり、DACの出力を切り替えながら重み容量の数と同一の回数(n回)だけ比較動作が行なわれる。符号T2で示されている期間は、サブDA変換回路を使用した冗長比較動作を行なう期間であり、冗長比較は同じシーケンスが複数回(m回)繰り返される。また、各冗長比較では図1のスイッSW11……SW1kを切り替えることでk回の比較が行なわれる。   In FIG. 3, a period indicated by a symbol T1 is a period in which a normal AD conversion operation using the local DA converter circuit 14 is performed, and the same number of times (n times) as the number of weighting capacitors while switching the DAC output. ) Is only compared. A period indicated by a symbol T2 is a period in which a redundant comparison operation using the sub DA conversion circuit is performed, and the same sequence is repeated a plurality of times (m times) in the redundant comparison. In each redundancy comparison, the comparison is performed k times by switching the switches SW11... SW1k in FIG.

さらに、通常のAD変換の後に行なわれる冗長比較は、通常のAD変換によって得られた変換結果をスタート値としてつまり逐次比較レジスタにAD変換値を保持したまま新たにサンプリングをしないで開始される。なお、図3には示されていないが、m回の冗長比較シーケンスが終了すると、通常のAD変換の変換結果の下位ビットと上記k回の冗長比較結果を平均化してその平均値に応じて、通常のAD変換で得られ逐次比較レジスタに保持されている値に対して加算または減算の処理を行なう。   Further, the redundancy comparison performed after the normal AD conversion is started by using the conversion result obtained by the normal AD conversion as a start value, that is, without newly sampling while holding the AD conversion value in the successive approximation register. Although not shown in FIG. 3, when m redundancy comparison sequences are completed, the lower bits of the normal AD conversion result and the k redundancy comparison results are averaged, and the average value is determined according to the average value. Then, addition or subtraction is performed on a value obtained by normal AD conversion and held in the successive approximation register.

なお、通常のAD変換動作中(サンプリング中を含む)は、サブDA変換回路16では最も大きな容量CDAkの端子に切替えスイッチSW1kにより電圧Vref_hが印加され、それよりも小さな容量CDAk-1〜CDA1の端子には切替えスイッチSW1k-1〜SW11により電圧Vref_lが印加される。そして、冗長比較では、先ずスイッチSW1kにより最も大きな容量CDAkの端子の印加電圧がVref_hからVref_lへ切り替えられる。これにより、ローカルDA変換回路14から出力される基準電圧Vrefを下げたのと同じ状態にされる。この状態でコンパレータ12が動作して比較を行ない、コンパレータの出力に応じてその後、容量CDAk-1〜CDA1の端子に印加される電圧がVref_hまたはVref_lにされることで、冗長比較が実行される。   During normal AD conversion operation (including sampling), the voltage Vref_h is applied to the terminal of the largest capacitor CDAk by the changeover switch SW1k in the sub DA converter circuit 16, and the capacitors CDAk-1 to CDA1 smaller than that are applied. A voltage Vref_l is applied to the terminals by changeover switches SW1k-1 to SW11. In the redundant comparison, first, the voltage applied to the terminal of the largest capacitor CDAk is switched from Vref_h to Vref_l by the switch SW1k. As a result, the same state as when the reference voltage Vref output from the local DA conversion circuit 14 is lowered is set. In this state, the comparator 12 operates to perform comparison, and then, according to the output of the comparator, the voltage applied to the terminals of the capacitors CDAk-1 to CDA1 is set to Vref_h or Vref_l, thereby performing a redundant comparison. .

本発明者が試算したところによると、通常のAD変換後に冗長比較シーケンス1回の実行でSN比3dBの改善を、また冗長比較シーケンス3回の実行でSN比6dB、冗長比較シーケンス15回の実行でSN比12dBの改善を図ることができることが分かった。従って、AD変換出力の許容ずれが2コードの場合には+3回の冗長比較を行ない、許容ずれが3コードの場合には+6回の冗長比較、許容ずれが4コードの場合には+15回の冗長比較を行なうのが望ましい。なお、冗長比較シーケンスを15回実行する場合においても、下位ビットの比較では基準電圧の変化量が小さく静定時間も短くなるので、比較時間を通常よりも短くできるとともに、kの値もnの値に比べて比較的小さくできるので、極端な変換時間の増加にはならない。   According to a trial calculation by the present inventor, an SN ratio of 3 dB is improved by executing one redundancy comparison sequence after a normal AD conversion, and an SN ratio of 6 dB is executed by executing the redundancy comparison sequence three times, and the redundancy comparison sequence is executed 15 times. It was found that the SN ratio could be improved by 12 dB. Therefore, if the allowable deviation of the AD conversion output is 2 codes, +3 redundant comparisons are performed, if the allowable deviation is 3 codes, +6 redundant comparisons are performed, and if the allowable deviation is 4 codes, +15 times are compared. It is desirable to perform a redundant comparison. Even when the redundant comparison sequence is executed 15 times, the change in the reference voltage is small and the settling time is shortened in the comparison of the lower bits, so that the comparison time can be made shorter than usual and the value of k is n. Since it can be made relatively small compared to the value, the conversion time does not increase drastically.

また、各冗長比較シーケンスにおける比較回数すなわちサブDA変換回路16の変換ビット数に関しては、AD変換の出力コードの誤差発生範囲=目標値±2LSBとすると、通常のAD変換での変換結果がずれていることも考慮して、±4LSBの範囲で補正を可能にするのがよく、それには3ビットの冗長比較(k=3)とすれば良い。   Further, regarding the number of comparisons in each redundant comparison sequence, that is, the number of conversion bits of the sub DA conversion circuit 16, if the error generation range of the output code of AD conversion = target value ± 2LSB, the conversion result in normal AD conversion is shifted. Therefore, it is preferable to make correction within a range of ± 4LSB, and a 3-bit redundant comparison (k = 3) may be used.

以上説明したように、本実施形態においては、通常のAD変換後にその変換結果を引き継いでそのまま下位ビットの冗長比較を複数回実行し平均化することで、図5(B)の分布の中央に近いあたりの出力コードが得られ、コンパレータの切り換わりノイズ等による誤差を補正した値が得られるようになる。   As described above, in the present embodiment, after the normal AD conversion, the conversion result is taken over and the low-order bit redundancy comparison is performed a plurality of times and averaged to obtain the result in the center of the distribution of FIG. An output code near the end can be obtained, and a value obtained by correcting an error due to switching noise of the comparator can be obtained.

なお、AD変換回路がCPU(中央処理装置)を有するマイクロプロセッサのようなLSIに搭載されるものである場合には、CPUによって上記kやmの値を設定可能なレジスタを設け、制御回路15がこのレジスタの設定値に応じた比較回数でサブDA変換回路16を動作させるように構成することも可能である。   When the AD conversion circuit is mounted on an LSI such as a microprocessor having a CPU (central processing unit), a register capable of setting the values of k and m by the CPU is provided, and the control circuit 15 However, it is also possible to configure the sub DA conversion circuit 16 to operate with the number of comparisons corresponding to the set value of this register.

図2は、本発明に係る逐次比較型AD変換回路の第2の実施形態を示す。この実施形態は、ローカルDA変換回路として、電荷配分型と抵抗分圧型を組み合わせたDA変換回路を使用するとともに、サブDA変換回路において容量(CDA1〜CDAk)に印加する基準電圧(Vref_h、Vref_l)を、ローカルDA変換回路14のラダー抵抗RLDで分圧された電圧から取り出して使用するようにしたものである。   FIG. 2 shows a second embodiment of the successive approximation AD converter circuit according to the present invention. In this embodiment, a DA conversion circuit combining a charge distribution type and a resistance voltage division type is used as a local DA conversion circuit, and reference voltages (Vref_h, Vref_l) applied to capacitors (CDA1 to CDAk) in the sub DA conversion circuit. Is extracted from the voltage divided by the ladder resistor RLD of the local DA conversion circuit 14 and used.

図2のローカルDA変換回路14は、2のn乗の重みを有する重み容量C0,C1,……Cn-1を含む容量アレイと、直列形態の抵抗R1〜Rnからなるラダー抵抗RLDとを有する。抵抗R1〜Rnは、通常は同一抵抗値に設定される。重み容量C0,C1,……Cn-1の一方の端子は共通接続されて、コンパレータ12の1段目のインバータINV1の入力端子に接続される。   The local DA converter circuit 14 of FIG. 2 has a capacitor array including weighted capacitors C0, C1,... Cn-1 having a weight of 2 to the power of n, and a ladder resistor RLD including series resistors R1 to Rn. . The resistors R1 to Rn are normally set to the same resistance value. One terminals of the weight capacitors C0, C1,... Cn-1 are connected in common and connected to the input terminal of the first-stage inverter INV1 of the comparator 12.

重み容量C0,C1,……Cn-1のうちC1,……Cn-1の他方の端子には切替えスイッチSW1〜SWn-1によって、基準電圧Vref_h、Vref_lまたは入力電圧Vinのいずれか1つが印加可能にされる。また、重み容量C0の他方の端子には切替えスイッチSW0によって、ラダー抵抗RLDの選択電圧または入力電圧Vinのいずれか1つが印加可能に構成されている。なお、重み容量C0,C1,……Cn-1を合わせたものが図1におけるサンプリング容量Csに相当する。基準電圧Vref_lには接地電位を用いてもよい。   One of the reference voltages Vref_h, Vref_l or the input voltage Vin is applied to the other terminal of C1,... Cn-1 among the weight capacitors C0, C1,. Made possible. In addition, either the selection voltage of the ladder resistor RLD or the input voltage Vin can be applied to the other terminal of the weight capacitor C0 by the changeover switch SW0. Note that the sum of the weighting capacitors C0, C1,... Cn-1 corresponds to the sampling capacitor Cs in FIG. A ground potential may be used as the reference voltage Vref_l.

図示しないが、ラダー抵抗RLDには、該ラダー抵抗の各ノードの電位を取り出すスイッチが設けられている。この実施形態では、上記切替えスイッチSW0〜SWn-1は逐次比較レジスタ13の上位側のビットによって制御され、ラダー抵抗のスイッチはレジスタ13の下位側のビットによって制御される。具体的には、ラダー抵抗RLDの電位を使用するときは、レジスタ13の下位側のビットによってラダー抵抗のスイッチのうちいずれか一つがオン状態にされ、切替えスイッチSW0〜SWn-1はSW0のみ動作し、SW1〜SWn-1は動作しない。   Although not shown, the ladder resistor RLD is provided with a switch for taking out the potential of each node of the ladder resistor. In this embodiment, the change-over switches SW0 to SWn-1 are controlled by the upper bits of the successive approximation register 13, and the ladder resistor switch is controlled by the lower bits of the register 13. Specifically, when the potential of the ladder resistor RLD is used, one of the ladder resistor switches is turned on by the lower bit of the register 13, and the changeover switches SW0 to SWn-1 operate only on SW0. However, SW1 to SWn-1 do not operate.

また、重み容量C0,C1,……Cn-1を使用するときは、基準電圧Vref_hまたはVref_lが切替えスイッチSW0を介して容量C0に伝達される。SW1〜SWn-1は、サンプリング時にはVinの入力端子に接続され、比較判定時にはレジスタ13の上位側のビットに応じて基準電圧Vref_hまたはVref_lに接続される。   Further, when the weight capacitors C0, C1,... Cn-1 are used, the reference voltage Vref_h or Vref_l is transmitted to the capacitor C0 via the changeover switch SW0. SW1 to SWn-1 are connected to the Vin input terminal during sampling, and are connected to the reference voltage Vref_h or Vref_l according to the higher-order bit of the register 13 during comparison determination.

上記切替えスイッチSW0〜SWn-1は、逐次比較レジスタ13の値とサンプリングクロックに応じて接続端子が決定される。図2には、各スイッチのサンプリング期間における状態が示されており、切替えスイッチSW0〜SWn-1はすべて入力電圧Vin側に接続されて、対応する重み容量C0,C1,……Cn-1の他方の端子に入力電圧Vinを印加しVinに応じた電荷をチャージする。   The connection terminals of the changeover switches SW0 to SWn-1 are determined according to the value of the successive approximation register 13 and the sampling clock. FIG. 2 shows the state of each switch during the sampling period, and all the change-over switches SW0 to SWn-1 are connected to the input voltage Vin side, and the corresponding weight capacitors C0, C1,. An input voltage Vin is applied to the other terminal, and a charge corresponding to Vin is charged.

比較判定期間(ホールド期間)になると、切替えスイッチSW1〜SWn-1は、そのときの逐次比較レジスタの値に応じてVref_hまたはVref_lのいずれか一方に接続される。また、切替えスイッチSW0はラダー抵抗RLDの選択電圧であり、どのノードの電圧が選択されるかは逐次比較レジスタの値によって決定される。   In the comparison determination period (hold period), the changeover switches SW1 to SWn-1 are connected to either Vref_h or Vref_l according to the value of the successive approximation register at that time. The changeover switch SW0 is a selection voltage of the ladder resistor RLD, and which node voltage is selected is determined by the value of the successive approximation register.

ローカルDA変換回路では、比較判定期間に、Vref_hとVref_lのうちいずれかの基準電圧が、重み容量C0,C1,……Cn-1の他方の端子に印加されることで、印加された電圧と直前に印加された入力電圧Vinとの電位差に応じた電荷が残り、それがC0,C1,……Cn-1間で分配され、共通接続ノードに生じた電圧がコンパレータとしてのインバータINV1の入力端子に供給される。   In the local DA converter circuit, any reference voltage of Vref_h and Vref_l is applied to the other terminal of the weight capacitors C0, C1,. Charges corresponding to the potential difference from the input voltage Vin applied immediately before remain, which is distributed among C0, C1,... Cn-1, and the voltage generated at the common connection node is the input terminal of the inverter INV1 as a comparator To be supplied.

コンパレータにおいては、サンプリング期間にスイッチS1がオンされてインバータINV1の入出力が短絡されることで、入力電位と出力電位はインバータの論理しきい値VLTと等しい電位になる。これによって、重み容量C0,C1,……Cn-1には、VLTを基準として入力アナログ電圧Vinがサンプリングされる。つまり、VLTとVinとの電位差に応じた電荷がチャージされる。   In the comparator, the switch S1 is turned on during the sampling period and the input / output of the inverter INV1 is short-circuited, so that the input potential and the output potential become equal to the logical threshold value VLT of the inverter. As a result, the input analog voltage Vin is sampled to the weighting capacitors C0, C1,. That is, a charge corresponding to the potential difference between VLT and Vin is charged.

比較判定時には、前述したように、ローカルDACでは切替えスイッチSW0〜SWn-1がレジスタ13の値に応じて基準電圧Vref_hまたはVref_lに接続される。これにより、インバータINV1の入力端子には直前にサンプリングした入力アナログ電圧と、切替えスイッチSW0〜SWn-1の状態によって決まる比較電圧との電位差に応じた電位が供給される。そして、このときスイッチS1がオフされてインバータINV1の入力端子と出力端子が切り離されるため、インバータが増幅器として働いて入力電位を増幅して出力する。   At the time of comparison determination, as described above, in the local DAC, the changeover switches SW0 to SWn-1 are connected to the reference voltage Vref_h or Vref_l according to the value of the register 13. As a result, a potential corresponding to the potential difference between the input analog voltage sampled immediately before and the comparison voltage determined by the state of the changeover switches SW0 to SWn-1 is supplied to the input terminal of the inverter INV1. At this time, since the switch S1 is turned off and the input terminal and the output terminal of the inverter INV1 are disconnected, the inverter works as an amplifier to amplify and output the input potential.

抵抗分圧型DA変換部では、ラダー抵抗RLDの一方の端子には基準電圧Vref_hが、またラダー抵抗RLDの一方の端子には基準電圧Vref_lが印加され、それらの電位差を抵抗比で分圧したいずれかの電圧が、レジスタ13の下位側のビットによって制御されるスイッチによって取り出される。   In the resistive voltage dividing DA converter, the reference voltage Vref_h is applied to one terminal of the ladder resistor RLD and the reference voltage Vref_l is applied to one terminal of the ladder resistor RLD, and the potential difference is divided by the resistance ratio. Such a voltage is taken out by a switch controlled by a lower bit of the register 13.

上記のように、電荷配分型に抵抗分圧型を組み合わせることによって、例えば10ビットのDA変換回路では、電荷配分型のみの場合には最小容量C0の210倍(約1000倍)の容量が必要であったものが、C0の25倍(32倍)の容量と32個の抵抗を設けるだけで済み、面積的に有利になるという利点がある。 As described above, by combining the resistive dividing type in charge distribution type, the DA converter, for example, 10 bits, required capacity of 2 10 times the minimum capacitance C0 in the case of only the charge distribution type (about 1000 times) However, it is only necessary to provide a capacitor 25 times (32 times) C0 and 32 resistors, which is advantageous in terms of area.

さらに、この実施形態では、ラダー抵抗RLDで生成されたいずれかの電圧を図示しないスイッチで選択して、サブDA変換回路16の容量(図1のCDA1〜CDAk)に印加させるようにしているため、印加する電圧に自由度を持たせることができるとともに、サブDA変換回路16のためにのみ印加する電圧を生成する回路を設ける必要がなく、小面積化が可能になるという利点がある。   Furthermore, in this embodiment, any voltage generated by the ladder resistor RLD is selected by a switch (not shown) and applied to the capacitors (CDA1 to CDAk in FIG. 1). The voltage to be applied can be given a degree of freedom, and it is not necessary to provide a circuit for generating a voltage to be applied only for the sub DA conversion circuit 16, and there is an advantage that the area can be reduced.

以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、CMOSインバータを3段縦続接続したコンパレータを示したが、2つのインバータを縦続接続したもの、あるいは4つのインバータを縦続接続したものであってもよい。   Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, a comparator in which three stages of CMOS inverters are cascade-connected is shown, but two inverters may be cascade-connected, or four inverters may be cascade-connected.

また、上記実施形態では、ローカルDA変換回路14内の重み付けされたn個の容量のうち最小のものと、サブDA変換回路16内の重み付けされたk個の容量のうち最小のものは同一の容量値であるとしたが、サブDA変換回路16内の重み付けされた容量のうち最大のものの容量値を、ローカルDA変換回路14内の重み付けされた容量のうち最小のものと同一の容量値に設定することも可能である。その場合には、エラー補正機能のために冗長比較動作を行なう他に、サブDA変換回路16を使用した比較結果を、ローカルDA変換回路14を使用した通常のAD変換により得られた出力コードの下位に付加して、変換ビット数を増加させたデジタル出力として出力させることも可能である。   In the above embodiment, the smallest of the weighted n capacitors in the local DA converter circuit 14 and the smallest of the weighted k capacitors in the sub DA converter circuit 16 are the same. The capacity value of the maximum weighted capacity in the sub DA conversion circuit 16 is set to the same capacity value as the minimum weighted capacity in the local DA conversion circuit 14. It is also possible to set. In that case, in addition to performing the redundant comparison operation for the error correction function, the comparison result using the sub DA conversion circuit 16 is obtained from the output code obtained by the normal AD conversion using the local DA conversion circuit 14. It is also possible to output it as a digital output with an increased number of conversion bits added to the lower order.

さらに、上記実施形態では、チョッパ型コンパレータを構成する増幅段としてCMOSインバータを使用したものを説明したが、CMOSインバータの代わりにシングルエンドの差動増幅回路あるいは差動入力−差動出力の増幅回路を用いてもよい。また、CMOSインバータの入力端子と出力端子との間にフィードバック容量を接続して、CMOSインバータのゲインを調整可能に構成してもよい。   Further, in the above embodiment, the CMOS inverter is used as the amplification stage constituting the chopper type comparator. However, instead of the CMOS inverter, a single-ended differential amplifier circuit or a differential input-differential output amplifier circuit is used. May be used. Further, a feedback capacitor may be connected between the input terminal and the output terminal of the CMOS inverter so that the gain of the CMOS inverter can be adjusted.

さらに、上記実施形態では、ローカルDA変換回路14を用いた通常のAD変換の後でサブDA変換回路19による冗長比較を行なうと説明したが、入力電圧がほとんど変化しないものを対象とする場合には、前回のAD変換結果を用いてローカルDA変換回路14の出力を設定して通常のAD変換を省略し、サブDA変換回路16を使用した比較動作のみ実行してAD変換結果を得るようにしても良い。   Furthermore, in the above-described embodiment, it has been described that the redundancy comparison by the sub DA conversion circuit 19 is performed after the normal AD conversion using the local DA conversion circuit 14, but the case where the input voltage hardly changes is the target. Uses the previous AD conversion result to set the output of the local DA conversion circuit 14 to omit the normal AD conversion and execute only the comparison operation using the sub DA conversion circuit 16 to obtain the AD conversion result. May be.

また、複数回実行する冗長比較の結果に重み付けをして平均化処理を行なったり、複数回の冗長比較結果に中央値フィルタをかけて大きくずれているものを外して平均化処理を行なうようにしてもよい。さらに、冗長比較結果の平均化処理を複数回行なった結果に対してさらに平均化処理を行なったり、複数回の平均化処理結果に重み付けをして平均化処理を行なったり、フィルタをかけるようにしてもよい。なお、AD変換回路がCPUを有するマイクロプロセッサのようなLSI(大規模半導体集積回路)に搭載されるものである場合には、上記平均化処理やフィルタ処理をCPUのソフトウェア処理によって行なうようにすることも可能である。   In addition, weighting is performed on the results of redundant comparisons that are executed multiple times, and averaging processing is performed by removing those that have been significantly shifted by applying a median filter to the results of multiple times of redundant comparisons. May be. Further, the averaging process of the redundancy comparison result is performed more than once, the averaging process is further performed, the averaging process result is weighted, the averaging process is performed, or a filter is applied. May be. When the AD conversion circuit is mounted on an LSI (Large Scale Semiconductor Integrated Circuit) such as a microprocessor having a CPU, the averaging process and the filter process are performed by CPU software processing. It is also possible.

11 サンプル・ホールド回路
12 コンパレータ
13 逐次比較レジスタ
14 ローカルDA変換回路
15 制御回路
16 サブDA変換回路
SS1,SS2 サンプリング用スイッチ
S1,S2,S3 短絡用スイッチ
Cs サンプリング容量
C2,C3 結合容量
RLD ラダー抵抗
C0〜Cn-1 重み容量
SW0〜SWn-1 切替えスイッチ
11 Sample / Hold Circuit 12 Comparator 13 Successive Approximation Register 14 Local DA Converter 15 Control Circuit 16 Sub DA Converter SS1, SS2 Sampling Switch S1, S2, S3 Shorting Switch Cs Sampling Capacitor C2, C3 Coupling Capacitor RLD Ladder Resistor C0 〜Cn-1 Weight capacity SW0 to SWn-1 selector switch

Claims (6)

結合容量を介して縦続接続された複数の増幅段を備え入力アナログ電圧と比較電圧の大小を判定する比較回路と、該比較回路の判定結果を順次取り込んで保持するレジスタと、該レジスタの値を電圧に変換し前記比較電圧を生成するローカルDA変換回路と、を備えた逐次比較型AD変換回路であって、
前記比較回路の初段の増幅段の入力端子に一方の端子が接続された1または2以上の容量と、前記比較回路の出力に基づいて前記容量の他方の端子に印加する電圧を切替え可能なスイッチ手段を有するサブDA変換回路と、
前記比較回路の出力に応じて前記サブDA変換回路の制御信号を生成し前記比較回路に冗長比較を実行させるとともに前記比較回路の出力の平均化処理を行なって前記レジスタの値の補正信号を生成可能な制御回路と、
を備え、前記ローカルDA変換回路を用いた通常のAD変換動作の後に該変換結果をスタート値として前記サブDA変換回路を用いた冗長比較動作を実行可能に構成されていることを特徴とする逐次比較型AD変換回路。
A comparison circuit that includes a plurality of amplification stages connected in cascade via a coupling capacitor, determines the magnitude of the input analog voltage and the comparison voltage, a register that sequentially captures and holds the determination result of the comparison circuit, and a value of the register A successive approximation AD converter circuit comprising: a local DA converter circuit that converts the voltage into a voltage and generates the comparison voltage;
A switch capable of switching between one or more capacitors having one terminal connected to the input terminal of the first amplification stage of the comparison circuit and a voltage applied to the other terminal of the capacitor based on the output of the comparison circuit A sub-DA conversion circuit having means;
A control signal for the sub DA converter circuit is generated in accordance with the output of the comparator circuit, and the comparator circuit performs a redundant comparison and averages the output of the comparator circuit to generate a correction signal for the register value. Possible control circuit,
And a redundant comparison operation using the sub DA conversion circuit using the conversion result as a start value after a normal AD conversion operation using the local DA conversion circuit. Comparison type AD converter circuit.
前記制御回路は、前記サブDA変換回路を用いた冗長比較を複数回実行させ、前記ローカルDA変換回路を用いた通常のAD変換動作の結果と前記複数回の冗長比較の結果との平均化処理を行ない、該平均化処理の結果に応じて前記レジスタの値を変更可能であることを特徴とする請求項1に記載の逐次比較型AD変換回路。   The control circuit performs a redundancy comparison using the sub DA conversion circuit a plurality of times, and performs an averaging process between a result of a normal AD conversion operation using the local DA conversion circuit and a result of the plurality of redundancy comparisons The successive approximation AD converter circuit according to claim 1, wherein the register value can be changed according to the result of the averaging process. 前記ローカルDA変換回路は、2のべき乗の重み付けをされた2以上のn個の容量と、各容量に対応して設けられたスイッチ手段とを備え、前記サブDA変換回路は、2のべき乗の重み付けをされた2以上のk個の容量と、各容量に対応して設けられたスイッチ手段とを備え、前記kはnよりも小さく、前記n個の容量のうち最小のものと、前記k個の容量のうち最小のものは同一の容量値であることを特徴とする請求項1または2に記載の逐次比較型AD変換回路。   The local DA conversion circuit includes two or more n capacitors weighted by a power of 2 and switch means provided corresponding to each of the capacitors, and the sub DA conversion circuit has a power of 2 2 or more weighted k capacitors, and switch means provided corresponding to each capacitor, wherein k is smaller than n, and the smallest of the n capacitors, and k 3. The successive approximation AD converter circuit according to claim 1, wherein the smallest one of the capacitors has the same capacitance value. 前記ローカルDA変換回路は、前記比較回路の入力端子に一方の端子が共通に接続された複数の重み容量を含む容量アレイと、前記複数の重み容量の他方の端子にそれぞれ入力アナログ電圧または前記第1基準電圧もしくは第2基準電圧を印加可能な切替えスイッチ回路と、
前記第1基準電圧が印加される第1ノードと前記第2基準電圧が印加される第2ノードとの間に設けられたラダー抵抗と、該ラダー抵抗のいずれかのノードから電位を取り出す選択手段と、を備え、
前記切替えスイッチ回路は、前記レジスタの上位側の複数ビットの値に応じて接続状態が決定され、第1の期間に前記複数の重み容量の他方の端子に入力アナログ電圧を印加し、第2の期間に前記第1レジスタの値に応じて前記複数の重み容量の他方の端子に前記第1基準電圧もしくは第2基準電圧を印加し、
前記選択手段は前記レジスタの下位側の複数ビットの値に応じて取り出す電位が決定され、該選択手段により取り出された電位は、前記切替えスイッチ回路によって、前記第2の期間に前記複数の重み容量のうち最も容量値の小さな容量の端子に印加され、
前記サブDA変換回路において前記スイッチ手段により前記容量に印加される電圧は、前記ローカルDA変換回路の前記ラダー抵抗のいずれかのノードから取り出されるように構成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の逐次比較型AD変換回路。
The local DA converter circuit includes a capacitor array including a plurality of weight capacitors, one terminal of which is commonly connected to an input terminal of the comparison circuit, and an input analog voltage or a second capacitor connected to the other terminal of the plurality of weight capacitors. A changeover switch circuit capable of applying one reference voltage or a second reference voltage;
Ladder resistance provided between a first node to which the first reference voltage is applied and a second node to which the second reference voltage is applied, and selection means for extracting a potential from any node of the ladder resistance And comprising
The changeover switch circuit determines a connection state according to the values of a plurality of bits on the upper side of the register, applies an input analog voltage to the other terminal of the plurality of weight capacitors in a first period, Applying the first reference voltage or the second reference voltage to the other terminal of the plurality of weight capacitors according to the value of the first register during a period;
The selection means determines a potential to be extracted according to the values of a plurality of bits on the lower side of the register, and the potential extracted by the selection means is calculated by the changeover switch circuit during the second period. Is applied to the terminal with the smallest capacitance value,
2. The voltage applied to the capacitor by the switch means in the sub DA conversion circuit is configured to be extracted from any node of the ladder resistor of the local DA conversion circuit. The successive approximation AD converter circuit according to any one of to 3.
前記比較回路は、
CMOSインバータを前記増幅段として有するとともに、各CMOSインバータの入出力端子間にそれぞれ設けられたスイッチ素子と、前記CMOSインバータ間に設けられた結合容量と、を有し、
第1の期間に前記スイッチ素子がオン状態にされて、サンプリング容量の一方の端子に前記CMOSインバータの論理しきい値に相当する電圧が印加されて該電圧を基準に入力アナログ電圧を取り込み、
第2の期間に、前記サンプリング容量に前記入力アナログ電圧と前記比較電圧との電位差に応じた電荷がチャージされ、かつ前記スイッチ素子がオフ状態にされて前記サンプリング容量の電位を前記CMOSインバータで増幅するように構成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の逐次比較型AD変換回路。
The comparison circuit is
Having a CMOS inverter as the amplification stage, a switch element provided between the input and output terminals of each CMOS inverter, and a coupling capacitor provided between the CMOS inverters,
In the first period, the switch element is turned on, a voltage corresponding to the logic threshold of the CMOS inverter is applied to one terminal of the sampling capacitor, and an input analog voltage is taken in based on the voltage,
In a second period, the sampling capacitor is charged with a charge corresponding to the potential difference between the input analog voltage and the comparison voltage, and the switch element is turned off to amplify the potential of the sampling capacitor by the CMOS inverter The successive approximation AD converter circuit according to claim 1, wherein the successive approximation AD converter circuit is configured as described above.
請求項1〜5のいずれかに記載の逐次比較型AD変換回路と、CPUと、該CPUによって比較動作の回数を設定可能なレジスタとを備え、前記制御回路は該レジスタの設定値に応じて前記サブDA変換回路を制御するように構成されていることを特徴とする半導体集積回路。   6. A successive approximation AD converter circuit according to claim 1; a CPU; and a register capable of setting the number of comparison operations by the CPU; and the control circuit according to a set value of the register A semiconductor integrated circuit configured to control the sub DA conversion circuit.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6097052A (en) * 1983-09-26 1985-05-30 イー・アイ・デュ・ポン・ドゥ・ヌムール・アンド・カンパニー Cyanohydrine forming catalyst
JP2015186111A (en) * 2014-03-25 2015-10-22 株式会社東海理化電機製作所 Analog/digital conversion apparatus
JP2017192099A (en) * 2016-04-15 2017-10-19 ローム株式会社 Successive comparison type a-d converter
CN111147076A (en) * 2019-12-31 2020-05-12 清华大学 Analog-to-digital converter capable of canceling sampling noise

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9071261B2 (en) * 2013-10-01 2015-06-30 Analog Devices, Inc. Accuracy enhancement techniques for ADCs
US11387837B1 (en) * 2020-12-30 2022-07-12 Texas Instruments Incorporated Successive approximation register analog to digital converter

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7218259B2 (en) * 2005-08-12 2007-05-15 Analog Devices, Inc. Analog-to-digital converter with signal-to-noise ratio enhancement
US7286075B2 (en) * 2005-11-14 2007-10-23 Analog Devices, Inc. Analog to digital converter with dither

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6097052A (en) * 1983-09-26 1985-05-30 イー・アイ・デュ・ポン・ドゥ・ヌムール・アンド・カンパニー Cyanohydrine forming catalyst
JP2015186111A (en) * 2014-03-25 2015-10-22 株式会社東海理化電機製作所 Analog/digital conversion apparatus
JP2017192099A (en) * 2016-04-15 2017-10-19 ローム株式会社 Successive comparison type a-d converter
CN111147076A (en) * 2019-12-31 2020-05-12 清华大学 Analog-to-digital converter capable of canceling sampling noise

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